Гидромашины

 

3.2.1. Расчет располагаемой мощности  ГМК

Расчет проводится по методике, изложенной в /2/, согласно которой располагаемая мощность в кВт равна:

где - номинальная мощность ГМК, кВт,

Р_а - атмосферное давление воздуха в районе расположения КС (приложение 9 ), МПа;

Р_s - парциальное давление водяных паров в зависимости от относительной влажности φ и температуры воздуха на входе двигателя /2/, МПа;

;

Т_з -расчетная температура воздуха, К;

Т_а - средняя температура атмосферного воздуха в рассматриваемый период /2/,К;

δТ - поправка на изменчивость климатических данных ( 1,5 К  - для средней температуры года и сезона, 2,5 К - для средней месячной температуры).

Значения  не доданы превышать . В противном случае следует принимать =

 

3.2.2. Определение располагаемой мощности электродвигателя.

При номинальных значениях параметров системы охлаждения двигателя располагаемая  мощность синхронного электродвигателя равна номинальной мощности.

При отклонения температуры охлаждающей  среды в системах охлаждения электропривода от номинальных значений располагаемая мощность должна определяться по приложению 13.

 

 

3.2.3. Расчет располагаемой мощности  ГТУ.

Располагаемая мощность ГТУ, приводящей центробежный нагнетатель, находится  в зависимости от условий работы установки по формуле /1/

где - номинальная мощность ГТУ, кВт;

- коэффициент, учитывающий техническое  состояние ГТУ; 

- коэффициент, учитывающий влияние температуры наружного воздуха;

- коэффициент, учитывающий влияние противообледенительной системы;

- коэффициент, учитывающий влияние  система утилизации тепла выхлопных  газов; 

Р_а - расчетное давление наружного воздуха (приложение 9) МПа;

и - расчетная и номинальная температура воздуха на входе ГТУ, К;

Т_а - средняя температура наружного воздуха в рассматриваемый период, К;

δТ_а - поправка на изменчивость климатических параметров и местный подогрев наружного воздуха на входе ГТУ, δТ_а=5 К;

Значения  , , , принимать по приложению 7. Численное значение при отсутствии технических данных по системе утилизации тепла принимать равным 0,985, а при выполнении курсовой работы равным единице.

Значение располагаемой  мощности не додано превышать номинальную мощность на 15% (для ГПУ-10  номинальной мощности). Если в результате расчета получена большая величина, то следует принимать

=1,154    (для ГПУ-10 = )

 

3.2.4. Расчет мощности, потребляемой компрессорными машинами

Мощность N находится при расчете режимов работы компрессорных машин (КМ). Данный расчет состоит в определения потребного числа работающих КМ на КС и методов регулирования режимов их работы для обеспечения станции заданных значений подачи Q, давления всасывания Р_вх, давления нагнетания Р_н и температуры газа на выходе КС Т_н.

Расчет выполняется отдельно для различных видов КС магистрального газопровода - головной КС (ГКС), последней КС газопровода, промежуточных станций.

Различие в расчете  режимов работы КМ названных станций  состоит в том, что давление на входе ГКС в общем случае отлично от давления на входе других КС, а давление на выходе последней КС - от аналогичного давления на других станциях.

Возможны случаи, когда режимы работы всех КС газопровода могут быть различны (например, при не полной загрузке газопровода и выведении из эксплуатации части станций, при наличии путевых подкачек и сбросов).

Перед выполнением расчета уточняется требуемая производительность станции, и обосновываются требуемые давления на входе и выходе КС, на основе расчета потерь давления на прилегающих к КС учасках газопровода.

 

3.2.5. Расчет режима работы поршневых  компрессорных машин ГМК.

Общие положения методики расчета  приведены в /2/ /3/.

1. Расчет требуемого давления на входе Р_в и выходе Р_н1 ГМК (в МПа),

где Р_вх и Р_н - давление на входе и выходе КС, МПа,

λ_в и λ_н- потери давления во всасывающих и нагнетательных клапанах компрессора, определяются по приложению 14;

ΔР_вх и ΔР_н потери давления соответственно во входных и нагнетательных технологических коммуникациях КС, определяются по приложению 8 или /I/, МПа.

2. Определение требуемой степени сжатия ГМК

3. Определение часовой производительности одного цилиндра компрессора по загрузочным кривым /2/ для двух случаев - при закрытых и открытых регуляторах производительности ("карманах") - соответственно q_оз и q_оо (в м³/ч).
4. Расчет суточной производительности одного ГМК (м³/сут) при закрытых q_з, и открытых q_о "карманах"

 

где i_к - число цилиндров ГМК;

Р_о - атмосферное давление, равное 0.0981 МПа;

Т_о = 293 К;

Т_в - температура газа на входе ГМК,

5. Расчет потребного количества работающих ГМК при закрытых n_кз и открытых n_ко "карманах"

где Q  - производительность КС, м³/сут.

6. Уточнение потребного количества ГМК.

При дробных значениях n_кз и n_ко производительность ГМК корректируется изменением частоты вращения вала компрессора для достижения целых значений n_кз и n_ко.

Необходимая частота вращения вала ГМК определяется из выражений

где n_н - номинальная частота вращения вала ГМК, об/мин,

n_кз и n_ко - расчетное количество, работающих ГМК на КС, округленное до целого числа.

Полученные значения n_з и n_о не должны выходить за допустимые пределы. Для ГМК типа 10 ГК допустимый диапазон изменения частоты вращения вала находится в пределах 250+315 об/мин при n_н = 300 об/мин.

К дальнейшему рассмотрению принимается  тот режим работы КС, который обеспечивает целое число работающих ГМК на станции и имеет резерв по способам регулирования. Допускается принимать режим работы КС, при котором наблюдается некоторое превышение числа работающих машин над расчетным дробным их количеством.

7. Расчет мощности, потребляемой ГМК при выбранном режиме работы компрессорной станции.

По загрузочным кривым /2/ находится  мощность N_i, потребляемая одним цилиндром ГМК, затем рассчитывается общая мощность, потребляемая всем ГМК N в кВт.

где i_к - число цилиндров ГМК;

N_i  - мощность, потребляемая одним цилиндром, л.с./(кг/см²);

n_*  - частота вращения вала ГМК (п_з  или п_о - в зависимости от выбранного режима работы КС ), об/мин.

При соблюдении неравенства  выбранный режим работы КС принимается окончательно; в противном случае следует сделать перерасчет режима работы станции, увеличивая число работающих машин и уменьшая частоту вращения их валов, либо используя другие методы понижения N.

8. Расчет температуры газа на выходе ГМК

Температуре, газа на выходе ГМК и  КС не должна превышать 60°С во избежание разрушения изоляции трубопроводов и не должна превышать температуру, допустимую из условия прочности и устойчивости трубопровода /23/ /6/ /12/.

 

3.2.6. Расчет режима работы центробежных  нагнетателей.

На компрессорных станциях, оборудованных  центробежными нагнетателями, может  иметь место одно- , двух- и трехступенчатое  сжатие. Расчет режима работы таких  станций проводится по отдельным ступеням сжатие. Результаты расчета справедливы для всех параллельно работающих нагнетателей, составляющих единую ступень сжатия.

Общие положения методики расчета  изложены в /I/ /2/ /3/ /4/ /13/.

А. Расчет режима работы нагнетателей первой ступени сжатия

1. Определение параметров газа на входе нагнетателей первой ступени сжатия

где Т_в1 и Т_вх - температура газа на входе нагнетателей первой ступени и на входе КС;

Р_в1 и Р_вх - давление газа на входе нагнетателей и КС, МПа;

ΔР_вх - потери давления во входных технологических коммуникациях КС (приложение 8), МПа.

2. Расчет характеристик газа при условиях на входе в нагнетатели

где R   - газовая постоянная, транспортируемого газа, Дж/кг К;

Δ - относительная плотность газа по воздуху;

ρ_н и ρ_воз - плотность газа и воздуха при стандартных условиях (20°С и 760 мм рт.ст.), кг/м³;

Р_в1 -давление на входе нагнетателя первой ступени сжатия, МПа;

ρ_{в1 -} плотность газа при условиях всасывания, кг/м³; 

Z₁ - коэффициент сжимаемости газа при условиях всасывания /4/ /5/ /6/ /13/.

3. Определение объемной производительности нагнетателя в м³/мин

где Q - производительность нагнетателя, м³/сут;

Q_кс - производительность КС, м³/сут;

К- количество параллельно работающих нагнетателей.

4. Определение допустимого интервала изменения числа оборотов ротора нагнетателя

а) из условия экономичности работы нагнетателя 

б) из условия соблюдения правил технической  эксплуатации газотурбинного привода  нагнетателя

где n_н - номинальная частота вращения ротора нагнетателя, об/мин;

Q_пр.min и Q_пр.max - минимальное и максимальное значения Q_пр, соответствующе зоне приведенной характеристики с η_пол≥0,8;

n_Tmin и n_Tmax - минимально и максимально допустимые значения частоты вращения вала силовой турбины /2/ /16/;

i - передаточное число редуктора, соединяющего вал силовой турбины (ТНД) с валом нагнетателя /7/.

Для нагнетателей с электроприводом, имеющим постоянную частоту вращения ротора, данный пункт расчета опускается.

5. Определение потребной частоты вращения ротора нагнетателя.

Для обеспечения нагнетателю оптимальных  условий работы частота вращения его ротора додана быть равной или  близкой n_н. Значения n, отличающиеся от n_н. следует назначать лишь при невыполнении одного из условий (2) и (3) при n = n_н. Во всех случаях n должно находится в интервале, одновременно удовлетворяющему допустимым интервалам изменения n , определенным в п. 4.

Для электроприводных нагнетателей с  постоянной частотой вращения ротора двигателя n = n_н.

6. Определение приведенной производительности нагнетателя

7. Расчет приведенного числа оборотов ротора нагнетателя

где Z_пр, R_пр, T_пр - параметры газа с приведенной характеристики; размерность R_пр – Дж/(кг К).

8. Проверка удаленности режима работы нагнетателя от границы помпажа

Нагнетателю гарантируется безпомпажная работа при соблюдении неравенства

где - значение из приведенной характеристики, соответствующее максимуму зависимости для рассматриваемого значения , а при отсутствии максимума у зависимости - минимальному значению из приведенной характеристики.

9. Определение степени сжатия нагнетателе ε и относительной приведенной внутренней мощности нагнетателей по приведенной характеристике нагнетателя.
10. Расчет мощности, потребляемой нагнетателем

11. Определение потребной мощности для привода нагнетателя

где - механический к.п.д. нагнетателя и редуктора (если имеется); для электроприводных ГПА должен приниматься равным 0,96 , для газотурбинных - определяться по приложению 7.

Рассчитываемый режим работы нагнетателей принимается окончательно при соблюдении условий (2) и (3). При невыполнении данных условий следует задаться новым значением n с учетом п.5 либо использовать другие методы регулирования и расчет режима работы повторить.