способ испытания компрессора и установка для испытания

Формула изобретения

1. Способ испытания компрессора, включающий вращение испытуемого компрессора от силового привода через мультипликатор, создание потока высокоэнергетического сжатого компрессорного воздуха и его отвод, изменение режима вращения компрессора для определения границы устойчивости, отличающийся тем, что в качестве силового привода используют газотурбинный двигатель, компрессор вращают через суммирующий мультипликатор, а изменение режима вращения осуществляют путем подачи части отводимого сжатого воздуха на газотурбинный двигатель и/или преобразования энергии сжатого воздуха в энергию вращения и передачи ее на суммирующий мультипликатор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что преобразование энергии сжатого воздуха в энергию вращения осуществляют с помощью дополнительной турбины, соединенной с суммирующим мультипликатором и установленной на трубопроводе отвода сжатого компрессорного воздуха.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что часть отводимого сжатого воздуха подают на газотурбинный двигатель через теплообменник.

4. Установка для испытания компрессора, содержащая соединенные друг с другом силовой привод, мультипликатор, испытуемый компрессор, успокоительную камеру с выравнивающим воздушный поток устройством, воздухосборник, соединенный с выходным трубопроводом, дроссельные устройства, отличающаяся тем, что она снабжена подводящим трубопроводом с успокоителем, дополнительной турбиной и обводным трубопроводом с установленными в нем дросселями, в качестве силового привода она содержит газотурбинный двигатель, а мультипликатора - суммирующий мультипликатор, обводной трубопровод соединен с подводящим и выходным трубопроводами, а дополнительная турбина установлена с возможностью передачи вращения на суммирующий мультипликатор и соединена с подводящей стороны с выходным трубопроводом, а с отводящей стороны - патрубком с дросселем с обводным трубопроводом, при этом газотурбинный двигатель соединен с успокоителем и подводящим трубопроводом.

5. Установка для испытания турбокомпрессора по п.4, отличающаяся тем, что она снабжена байпасным трубопроводом с теплообменником, установленным на обводном трубопроводе и снабженным дросселями, обеспечивающими подключение-отключение теплообменника от потока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к компрессоростроению и установкам для испытаний компрессора, в частности, предназначено для использования при испытании осевых, центробежных и диагональных компрессоров, а также их комбинаций, при использовании регулируемого привода двигателя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ и установка для испытания компрессора, которые раскрыты в описании патента «Стенд для исследования компрессора и описание его работы».

Известный способ испытания компрессора включает вращение испытуемого компрессора от силового привода через мультипликатор, создание потока высокоэнергетического сжатого компрессорного воздуха и его отвод, изменение режима вращения компрессора для определения границы устойчивости его работы.

Известная установка для испытания компрессора содержит соединенные друг с другом силовой привод, мультипликатор, испытуемый компрессор, успокоительную камеру с выравнивающим воздушный поток устройством, воздухосборник, соединенный с выходным трубопроводом, дроссельные устройства.

/ RU 2253854, МПК 7 G01M 15/00, F04D 27/02, Опубл. 10.06.2005. / Недостатком способа и известного стенда для испытания компрессора является то, что для компрессоров большой мощности требуются значительные затраты электрической мощности, необходимой для достижения требуемых оборотов компрессора, а генерируемый при этом компрессором высокоэнергетический поток сжатого воздуха полезно не используется.

Задачей изобретения является создание экономичного способа испытания исследуемого компрессора и создание испытательной установки, полезно использующей высокоэнергетический поток сжатого воздуха, обеспечивающей требуемые обороты и необходимую мощность во всех режимах работы при снятии характеристик вплоть до границы устойчивой работы.

Ожидаемый технический результат - снижение энергетических затрат, расширение гибкости режимов испытаний.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном способе испытания компрессора, включающем вращение испытуемого компрессора от силового привода через мультипликатор, создание потока высокоэнергетического сжатого компрессорного воздуха и его отвод, изменение режима вращения компрессора для определения границы устойчивости, по предложению в качестве силового привода используют газотурбинный двигатель, компрессор вращают через суммирующий мультипликатор, а изменение режима вращения осуществляют путем подачи части отводимого сжатого воздуха на газотурбинный двигатель и/или преобразования энергии сжатого воздуха в энергию вращения и передачи ее на суммирующий мультипликатор. Преобразование энергии сжатого воздуха в энергию вращения можно осуществлять с помощью дополнительной турбины, соединенной с суммирующим мультипликатором, установленной на трубопроводе отвода сжатого компрессорного воздуха. Часть отводимого сжатого воздуха можно подавать на газотурбинный двигатель через теплообменник.

Технический результат достигается тем, что установка для испытания компрессора, содержащая соединенные друг с другом силовой привод, мультипликатор, испытуемый компрессор, успокоительную камеру с выравнивающим воздушный поток устройством, воздухосборник, соединенный с выходным трубопроводом, дроссельные устройства, согласно изобретению снабжена подводящим трубопроводом с успокоителем, дополнительной турбиной и обводным трубопроводом с установленными в нем дросселями, в качестве силового привода она содержит газотурбинный двигатель, а мультипликатора - суммирующий мультипликатор, обводной трубопровод соединен с подводящим и выходным трубопроводами, а дополнительная турбина установлена с возможностью передачи вращения на суммирующий мультипликатор и соединена с подводящей стороны с выходным трубопроводом, а с отводящей стороны - патрубком с дросселем с обводным трубопроводом, при этом газотурбинный двигатель соединен с успокоителем и подводящим трубопроводом. Установка для испытания турбокомпрессора может быть снабжена байпасным трубопроводом с теплообменником, установленным на обводном трубопроводе, и снабжена дросселями, обеспечивающими подключение-отключение теплообменника от потока.

Сущность предложения заключается в том, что электрические приводы вращения на традиционных установках по испытанию компрессоров высокой мощности достаточно затратны, в некоторых случаях развиваемая ими мощность недостаточна для испытания компрессоров во всех областях рабочего диапазона. Сжатый испытуемым компрессором воздух обладает значительной энергией, но в традиционных установках этот воздух выбрасывается в атмосферу. Для повышения мощности привода, расширения диапазона режимов испытаний компрессоров и использования энергии сжатого воздуха: привод вращения заменен газотурбинным двигателем, который соединен через суммирующий мультипликатор с компрессором. Установка оснащена системой трубопроводов и дросселей, позволяющей направить сжатый компрессором воздух либо на вход газотурбинного двигателя, либо пропустить воздух через дополнительную турбину, а выработанную энергию вращения передать на суммирующий мультипликатор либо пропускать воздух через дополнительную турбину и этот же воздух подавать на двигатель. Одновременно на двигатель можно подать и воздух непосредственно с компрессора. В установке предусмотрен байпасный трубопровод, позволяющий перед подачей сжатого воздуха на газотурбинный двигатель пропустить воздух через теплообменный аппарат и тем самым скорректировать температуру подаваемого на двигатель воздуха. Таким образом, изменяя параметры подаваемого на двигатель воздуха и суммируя мультипликатором дополнительно выработанную энергию, можно изменять мощность, подаваемую на испытуемый компрессор, достигая требуемого режима испытания.

На чертеже приведена схема установки для испытания компрессора, на которой реализуется способ испытания компрессора.

Установка содержит привод 1, суммирующий мультипликатор 2, исследуемый компрессор 3, успокоительную камеру с выравнивающим воздушный поток устройством 4. На входе в успокоительную камеру 4 расположен мерный коллектор 5 для измерения расхода воздуха через исследуемый компрессор 3, а на выходе из компрессора 3 установлен воздухосборник 6, соединенный с выходным трубопроводом 7. В качестве привода 1 применен газотурбинный двигатель, соединенный с успокоителем 4 и подводящим трубопроводом 8. Выходной трубопровод 7 и подводящий трубопровод 8 соединены обводным трубопроводом 9 с дросселями 10. Дополнительная турбина 11 установлена с возможностью передачи вращения на суммирующий мультипликатор 2 и соединена патрубком 12 с подводящей стороны турбины 11 с выходным трубопроводом 7, а с отводящей стороны - патрубком 13 с обводным трубопроводом 9. Байпасный 14 трубопровод с теплообменником 15 установлены на обводном 9 трубопроводе, обеспечивают с помощью дросселя подключение-отключение теплообменника 15 от потока.

Установка позволяет реализовать предложенный способ испытания компрессора.

Пример 1

Испытываемый компрессор 3 монтируют в установку, подключая привод и технологические трубопроводы. Закрывают дроссели Д₁ Д₃ и Д₄ и открывают дроссели Д₂, Д₅ и Д₆. Запускают двигатель 1, например: ГТУАЛ-31СТ (Газотурбинная установка типа АЛ-31 стационарная, далее турбина). По мере роста числа оборотов двигателя и компрессора 3 сжатый воздух от компрессора через воздухосборник 6, а далее по выходному 7, обводному 9, байпасному трубопроводу 14 с теплообменником 15 и подводящему 8 трубопроводам подают в успокоительную камеру 4 и двигатель 1. Масса поступающего на турбину воздуха значительно возрастает, что позволяет увеличить мощность двигателя. Перекрывая дроссель Д_5, регулируют поток поступающего на турбину воздуха, достигают требуемой скорости вращения ротора турбины, например: n_ct=5300 об/мин, которую преобразуют в мультипликаторе 2 до частоты вращения, например: 10700 об/мин, необходимой для данного режима испытания компрессора 3. Продолжительность испытания компрессора и испытательные режимы определяются программой и планом испытания.

Пример 2

После установки испытуемого компрессора 3 в установку подключения привода и технологических трубопроводов закрывают дроссели Д₄, Д₅ и Д₆ и открывают дроссели Д₁, Д₂, и Д₃ . Запускают двигатель и сжатый воздух от компрессора пропускают через воздухосборник 6, а далее частично по выходному трубопроводу 7, а другую часть - по патрубку 12 с подводящей стороны дополнительной 11 турбины, турбину 11, по патрубку 13 с отводящей стороны, обводному 9 и выходному 7 трубопроводам отводят в атмосферу. Дополнительная вращательная мощность, генерируемая турбиной, передается на суммирующий мультипликатор 2 и компрессор 3. Общая мощность вала суммируется по формуле N_B=N_CT+N_Доп.СТ

где N_B - суммарная мощность;

N_CT - мощность силовой турбины;

N _Доп.СТ - мощность дополнительной силовой турбины.

Перекрывая дроссели Д₃ и Д_2, регулируют поток поступающего на дополнительную 11 турбину воздуха, изменяя массу рабочего тела, достигают требуемой мощности при заданной частоте вращения вала после мультипликатора 2, например: 10700 об/мин, необходимой для данного режима испытания компрессора.

Пример 3

После установки испытуемого компрессора 3 в установку подключения привода и технологических трубопроводов закрывают дроссели Д₁ и Д₅ и открывают дроссели Д₂, Д₃, Д₄ и Д₆. Запускают двигатель 1 и сжатый воздух от компрессора 3 пропускают через воздухосборник 6, а далее по выходному 7 трубопроводу, и по патрубку 12 с подводящей стороны дополнительной 11 турбины, турбину 11, по патрубку 13 с ее отводящей стороны, обводному 9 и подводящему 8 трубопроводам подают в успокоительную 4 камеру и двигатель 1 (турбину). В этом случае масса рабочего тела (воздуха) максимально передается на двигатель для данной установки, при этом дополнительная вращательная мощность, генерируемая дополнительной турбиной, также передается на суммирующий мультипликатор 2 и компрессор 3. Регулируя открытие дросселей Д₁ Д ₂, Д₃ Д₅ и Д₆, устанавливают требуемую для испытания мощность вращения вала и подаваемую мощность.

Приведенные примеры реализации способа испытания компрессора на предложенной установке не исчерпывают все возможные варианты реализации способа в объеме предложенного изобретения и допускают другие варианты создания требуемых режимов вращения вала для испытания компрессоров, путем изменения порядка открытия-закрытия дросселей Д₁ Д₂, Д₃, Д₄ , Д₅ и Д₆ и использования байпасных трубопроводов и теплообменных аппаратов.

Применение предложенного способа для испытания компрессоров и установки для испытания компрессоров позволяют снизить энергетические затраты, расширить возможности по реализации режимов испытаний компрессоров и обеспечить достижение требуемых режимов испытания.