RU2480600C1

RU2480600C1 - Oil system of power gas turbine plant

Info

Publication number: RU2480600C1
Application number: RU2011153035/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Голубов; Вадим Георгиевич Семёнов; Вячеслав Николаевич Фомин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-04-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: oil system of power gas turbine plant includes devices for supply and removal of oil from oil cavities of bearing supports of the turbo-compressor, free turbine and drive unit, in which the oil supply device is made in the form of a system consisting of two delivery pumps, one of which is driven from the turbo-compressor rotor and the other one is driven from the electric drive. Suction lines of delivery pumps are connected parallel to the oil tank. Delivery pipelines of delivery pumps are interconnected with each other through a shutoff valve. In addition, the delivery pipeline of the delivery pump with the electric drive is taken out to the oil cavity of bearing supports of the drive unit. Besides, the oil pumping line of the drive unit is connected to a common oil tank of the plant.

EFFECT: proposed invention will allow improving operating reliability of the oil system at the start-up of the power gas turbine plant owing to reducing the time of oil starvation of the plant, which is caused with the necessity of oil filling of a large free inner space in oil pipelines and instrumentation and control system located on them and simplifying the design of the plant owing to avoiding the use of an independent oil tank and a delivery pump for the drive unit.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к маслосистеме энергетической газотурбинной установки, применяемой на газоперекачивающих и электрических станциях для привода различных агрегатов (насосов, газовых и воздушных компрессоров, электрогенераторов и т.п.).The invention relates to the field of engine building, in particular to the oil system of a power gas turbine used at gas pumping and power plants to drive various units (pumps, gas and air compressors, electric generators, etc.).

Известна маслосистема энергетической газотурбинной установки (ЭГТУ), содержащая устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей подшипниковых опор турбокомпрессора, свободной турбины и приводного агрегата (см. описание прототипа, 6-й абзац сверху; патент RU 2277175, МПК F02C 7/06, опубл. 27.05.2006 г.).A known oil system of an energy gas turbine installation (EGTU) containing devices for supplying and pumping oil from the oil cavities of the bearing bearings of a turbocompressor, a free turbine and a drive unit (see description of the prototype, 6th paragraph from above; patent RU 2277175, IPC F02C 7/06, published on May 27, 2006).

Особенностью известной установки является большая и широкоразветвленная сеть масляных коммуникаций. Стационарность установки и отсутствие жестких требований к ее весовым характеристикам позволили размещать маслопроводы и расположенные на них приборы и контрольно-измерительную аппаратуру в удобных для эксплуатационного обслуживания местах, что привело к значительному увеличению протяженности маслопроводов.A feature of the well-known installation is a large and wide-branched network of oil communications. The plant’s stationarity and the absence of strict requirements for its weight characteristics made it possible to place the oil pipelines and the instruments and instrumentation located on them in places convenient for maintenance, which led to a significant increase in the length of the oil pipelines.

Из-за требований большого ресурса (≈100000 часов) и времени непрерывной работы установки увеличены размеры фильтров, теплообменников и других приборов, кроме того, введено дублирование (например, сдвоенные фильтры, сигнализаторы стружки, теплообменники и другие агрегаты). Поэтому при запуске ЭГТУ давление в магистрали подачи масла в масляные полости опорных подшипников роторов турбокомпрессора, силовой турбины и приводного агрегата появляется со значительной задержкой как из-за постепенной раскрутки вала нагнетающего насоса, имеющего привод от ротора турбокомпрессора, так и из-за необходимости заполнения маслом большого внутреннего пространства в маслопроводах с расположенными на них приборами и контрольно-измерительной аппаратуре. Это приводит к тому, что на режимах запуска ЭГТУ наиболее нагруженный ее узел - упорный подшипник ротора турбокомпрессора, воспринимающий осевое усилие на ротор и начавший вращение, остается на некоторое время без смазки, что снижает надежность работы маслосистемы и сокращает рабочий ресурс установки.Due to the long resource requirements (≈100000 hours) and the unit’s continuous operation time, the dimensions of filters, heat exchangers and other devices have been increased, and duplication has been introduced (for example, dual filters, chip detectors, heat exchangers and other units). Therefore, when starting an EGTU, the pressure in the oil supply line to the oil cavities of the thrust bearings of the turbocompressor rotors, the power turbine and the drive unit appears with a significant delay both due to the gradual unwinding of the pressure pump shaft, which is driven by the turbocompressor rotor, and because of the need to fill with oil large internal space in oil pipelines with devices and control and measuring equipment located on them. This leads to the fact that in the start-up conditions of the EGTU its most loaded unit is the thrust bearing of the turbocompressor rotor, which receives the axial force on the rotor and starts rotation, remains without lubrication for some time, which reduces the reliability of the oil system and reduces the operating life of the installation.

Налицо явное техническое противоречие: с одной стороны, рост подачи масла нагнетающим насосом пропорционально росту частоты вращения ротора турбокомпрессора необходим, а с другой стороны, при запуске ЭГТУ такой характер изменения подачи масла недопустим, так как не обеспечивает надежность работы маслосистемы.There is a clear technical contradiction: on the one hand, an increase in the oil supply by the injection pump is proportional to an increase in the rotational speed of the turbocompressor rotor, and on the other hand, when starting an EGTU, this type of change in the oil supply is unacceptable, since it does not ensure the reliability of the oil system.

Предложенное изобретение позволяет устранить это техническое противоречие.The proposed invention eliminates this technical contradiction.

Другим недостатком известной ЭГТУ является то, что система подачи и откачки масла турбокомпрессора и свободной турбины гидравлически не связана с системой подачи и откачки масла приводного агрегата, что усложняет конструкцию установки из-за необходимости использовать дополнительный маслобак и автономный нагнетающий насос.Another disadvantage of the known EGTU is that the system for supplying and pumping oil of a turbocompressor and a free turbine is not hydraulically connected to the system for supplying and pumping out oil of the drive unit, which complicates the design of the installation due to the need to use an additional oil tank and a stand-alone charge pump.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение надежности работы маслосистемы при запуске ЭГТУ и упрощение ее конструкции.The task to which the claimed invention is directed is to increase the reliability of the oil system when starting EGTU and simplify its design.

Указанная задача достигается тем, что в маслосистеме энергетической газотурбинной установки, содержащей устройства для подачи и откачки масла из масляных полостей подшипниковых опор турбокомпрессора, свободной турбины и приводного агрегата, в которой устройство для подачи масла выполнено в виде системы из двух нагнетающих насосов, с приводом одного из них от ротора турбокомпрессора, а другого от электропривода, всасывающие магистрали которых подключены параллельно к маслобаку, согласно изобретению напорные магистрали нагнетающих насосов сообщены между собой через запорный клапан, при этом напорная магистраль нагнетающего насоса с электроприводом дополнительно выведена в масляную полость подшипниковых опор приводного агрегата. Кроме того, магистраль откачки масла приводного агрегата подключена к единому маслобаку установки.This problem is achieved by the fact that in the oil system of a power gas turbine installation containing devices for supplying and pumping oil from the oil cavities of the bearing bearings of a turbocompressor, a free turbine and a drive unit, in which the device for supplying oil is made in the form of a system of two pressure pumps, with one drive of them from the rotor of the turbocharger, and the other from the electric drive, the suction lines of which are connected in parallel to the oil tank, according to the invention, the pressure lines forcing the nipples are interconnected via a shut-off valve, while the pressure line of the electrically driven discharge pump is additionally brought into the oil cavity of the bearing bearings of the drive unit. In addition, the oil pumping line of the drive unit is connected to a single installation oil tank.

Выполнение устройства для подачи масла в виде системы из двух нагнетающих насосов, с приводом одного из них от турбокомпрессора, а другого от электропривода, всасывающие магистрали которых подключены параллельно к маслобаку, а напорные магистрали сообщены между собой через запорный клапан, позволит корректировать подачу масла на нестационарных режимах работы ЭГТУ (например, при запуске) в масляные полости подшипниковых опор турбокомпрессора и свободной турбины, где расположены наиболее напряженные узлы установки (например, упорный подшипник турбокомпрессора).The implementation of the device for supplying oil in the form of a system of two injection pumps, one of which is driven by a turbocharger, and the other by an electric drive, the suction lines of which are connected in parallel to the oil tank, and the pressure lines are interconnected via a shut-off valve, will allow you to adjust the oil supply to non-stationary EGTU operating modes (for example, at start-up) into the oil cavities of the bearing supports of a turbocompressor and a free turbine, where the most stressed units of the installation are located (for example, turbocharger bearings).

Гидравлическая связь систем подачи и откачки масла турбокомпрессора с силовой турбиной и приводного агрегата позволит отказаться от использования автономного маслобака и нагнетающего насоса для приводного агрегата, что упростит конструкцию маслосистемы и облегчит эксплуатационное обслуживания ЭГТУ.The hydraulic connection of the turbocharger oil supply and pumping systems with the power turbine and the drive unit will make it possible to abandon the use of an autonomous oil tank and a discharge pump for the drive unit, which will simplify the design of the oil system and facilitate operation of the EGTU.

На чертеже представлена принципиальная схема маслосистемы ЭГТУ.The drawing shows a schematic diagram of the oil system EGTU.

Маслосистема ЭГТУ включает в себя маслобак 1, масляные полости 2, 3, 4, соответственно, турбокомпрессора, свободной турбины, приводного агрегата. В масляной полости турбокомпрессора 2 расположен самый нагруженный узел установки - упорный подшипник 5, воспринимающий осевое усилие, действующее на ротор. На коробке приводов 6 турбокомпрессора установлен приводимый во вращение от ротора турбокомпрессора нагнетающий насос 7. Отдельно на установке смонтирован нагнетающий насос 8 с электроприводом. Всасывающие магистрали 9, 10 нагнетающих насосов 7 и 8 соответственно параллельно подключены к маслобаку 1. Напорные магистрали 11, 12 нагнетающих насосов 7 и 8 соответственно сообщены между собой через запорный клапан 13, управляемый электропневмоклапаном 14 по команде от датчика давления 15, установленного в напорной магистрали 16 подачи масла на упорный подшипник 5 турбокомпрессора. Напорная магистраль 12 нагнетающего насоса 8 с электроприводом дополнительно выведена через теплообменник 17 и фильтр 18 в масляную полость 4 приводного агрегата.The EGTU oil system includes an oil tank 1, oil cavities 2, 3, 4, respectively, of a turbocompressor, a free turbine, and a drive unit. In the oil cavity of the turbocharger 2 is located the most loaded unit of the installation - thrust bearing 5, perceiving axial force acting on the rotor. On the drive box 6 of the turbocompressor there is installed a pump 7 driven in rotation from the turbocompressor rotor. The electric pump 8 is separately mounted on the unit. The suction lines 9, 10 of the pressure pumps 7 and 8, respectively, are connected in parallel to the oil tank 1. The pressure lines 11, 12 of the pressure pumps 7 and 8, respectively, are interconnected via a shut-off valve 13, controlled by an electro-pneumatic valve 14 by command from a pressure sensor 15 installed in the pressure line 16 oil supply to the thrust bearing 5 of the turbocharger. The pressure line 12 of the discharge pump 8 with electric drive is additionally removed through the heat exchanger 17 and the filter 18 into the oil cavity 4 of the drive unit.

Для откачки масла из масляных полостей 2 и 3 турбокомпрессора и свободной турбины предусмотрены откачивающие насосы 19, 20, 21, 22 (все с приводом от ротора турбокомпрессора).For pumping oil from the oil cavities 2 and 3 of the turbocharger and a free turbine, pumping pumps 19, 20, 21, 22 are provided (all with a drive from the rotor of the turbocharger).

Для откачки масла из масляной полости 4 приводного агрегата на установке смонтирован отдельный откачивающий насос 23 с электроприводом.To pump oil from the oil cavity 4 of the drive unit, a separate electric pump 23 is installed on the unit.

По команде на запуск ЭГТУ одновременно включаются в работу и насосы с электроприводом (нагнетающий насос 8 и откачивающий насос 23) при открытом запорном клапане 13.On a command to start the EGTU, electric pumps (pressure pump 8 and pumping pump 23) are simultaneously turned on and the shut-off valve 13 is open.

В ходе раскрутки турбокомпрессора постепенно включаются в работу нагнетающий насос 7 и откачивающие насосы 19, 20, 21, 22 с приводом от ротора турбокомпрессора. Поскольку нагнетающий насос 8 выполнен с электроприводом, он раскручивается почти мгновенно, а нагнетающий насос 7 постепенно (по мере раскрутки турбокомпрессора), то основное маслопитание установки на запуске будет производиться нагнетающим насосом 8, который обеспечит быстрое заполнение большого внутреннего пространства в напорных магистралях 11, 12, 16 и расположенных в них агрегатах (фильтрах, теплообменниках и т.п.), после чего начнет расти давление масла в напорной магистрали 16 подачи масла на упорный подшипник 5 турбокомпрессора. Когда давление масла в напорной магистрали 16 достигнет минимально допустимой величины (например ≈1.8 кгс/см²), срабатывает датчик давления 15 и электрический сигнал поступит на электропневмоклапан 14 и запорный клапан 13 разобщит между собой напорные магистрали 11 и 12. Дальнейший рост давления в напорной магистрали 16 будет обеспечен подачей масла только нагнетающим насосом 7, а нагнетающий насос 8 перестроится на подачу масла через теплообменник 17 и фильтр 18 в масляную полость 4 приводного агрегата.During the spin-up of the turbocharger, the charge pump 7 and the evacuation pumps 19, 20, 21, 22 with the drive from the rotor of the turbocharger are gradually switched on. Since the charge pump 8 is electrically driven, it spins up almost instantly, and the charge pump 7 gradually (as the turbocharger spins up), the main oil supply of the installation at the start will be produced by the charge pump 8, which will quickly fill up a large internal space in the pressure lines 11, 12 , 16 and the units located in them (filters, heat exchangers, etc.), after which the oil pressure in the pressure line 16 of the oil supply to the thrust bearing 5 of the turbocharger starts to increase. When the oil pressure in the pressure line 16 reaches the minimum permissible value (for example, ≈1.8 kgf / cm ² ), the pressure sensor 15 is triggered and the electric signal arrives at the electro-pneumatic valve 14 and the shut-off valve 13 disconnects the pressure lines 11 and 12. The pressure increases in the pressure line line 16 will be provided with oil supply only by a pump 7, and pump 8 will be tuned to supply oil through a heat exchanger 17 and a filter 18 into the oil cavity 4 of the drive unit.

Отработанное в масляных полостях масло поступает на вход откачивающих насосов 19, 20, 21, 22, 23 и переносится ими в маслобак 1. Из маслобака 1 освобожденное от воздушных включений масло попадает по всасывающим магистралям 9, 10 к нагнетающим насосам 7 и 8, и весь цикл движения масла повторяется снова. При останове ЭГТУ запорный клапан 13 открывается, а насосы 8 и 23 (с электроприводом) обесточиваются.The oil used in the oil cavities enters the inlet of the pumping pumps 19, 20, 21, 22, 23 and is transferred by them to the oil tank 1. From the oil tank 1, the oil freed from air inclusions flows through the suction lines 9, 10 to the discharge pumps 7 and 8, and the whole the oil cycle is repeated again. When the EGTU stops, the shut-off valve 13 opens, and the pumps 8 and 23 (with electric drive) are de-energized.

Реализация изобретения позволит повысить надежность работы маслосистемы при запуске ЭГТУ за счет подключения в напорную магистраль нагнетающего насоса с приводом от турбокомпрессора напорной магистрали нагнетающего насоса с электроприводом, с последующим разобщением магистралей при достижении минимально допустимого давления подачи масла на смазку упорного подшипника турбокомпрессора, воспринимающего осевую нагрузку на ротор, и упростить конструкцию маслосистемы, гидравлически связав систему подачи и откачки масла турбокомпрессора, свободной турбины и приводного агрегата.The implementation of the invention will improve the reliability of the oil system when starting the EGTU by connecting a pressure pump to the pressure line driven by a turbocharger of the pressure line of the pressure pump with electric drive, followed by uncoupling of the lines when the minimum allowable oil supply pressure for lubricating the thrust bearing of the turbocharger, which receives axial load on rotor, and simplify the design of the oil system by hydraulically linking the turbocharger oil supply and pumping system ora, free turbine and drive unit.

Claims

1. The oil system of a power gas turbine installation containing devices for supplying and pumping oil from the oil cavities of the bearing bearings of a turbocompressor, a free turbine and a drive unit, in which the device for supplying oil is made in the form of a system of two pressure pumps, with one of them being driven from the turbocompressor rotor and the other from the electric drive, the suction lines of which are connected in parallel to the oil tank, characterized in that the pressure lines of the discharge pumps are interconnected via ny valve, wherein the pressure line injection pump with the electric additionally displayed in the oil chamber of the bearing supports of the drive unit.

2. The oil system of an energy gas turbine installation according to claim 1, characterized in that the oil pumping line of the drive unit is connected to a single oil tank of the installation.