Газоперекачивающий агрегат мощностью 25 МВт (ГТН-25-1) предназначен для компрессорных станций газопроводов диаметром до 1420 мм и состоит из специально спроектированной стационарной газотурбинной установки, полнонапорного центробежного нагнетателя природного газа (2Н-25), установки централизованного контроля и управления, воздушных охладителей масла, комплекта запчастей, специального инструмента, монтажных приспособлений и вспомогательного оборудования.

 Газотурбинная установка выполнена по открытому циклу с однокаскадным компрессором и свободной силовой турбиной низкого давления. ГТУ состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания (КС), турбин высокого и низкого давления (ТВД и ТНД), турбодетандера, системы регулирования и рамы – маслобака с вмонтированными узлами системы маслоснабжения и агрегатной частью КИП.

Технические характеристики:

Полезная мощность, МВт   .           .           .           .           .           .             25

Верхняя температура цикла, ⁰С     .           .           .           .           .           1090

Степень повышения давления       .           .           .           .           .             13

КПД, %          .           .           .           .           .           .           .           .             32

Частоты вращения роторов, мин^-1

     газогенератора    .           .           .           .           .           7150

     силовой турбины                       .           .           .           .  5650

Воздушный компрессор

 Воздушный компрессор осевого типа включает в себя 15 ступеней. Рабочие лопатки первых трех ступеней “A”, “Б” и ”B” крепятся своими хвостовиками на приставных дисках, которые соединены с барабаном  центральной стяжкой. Входной направляющий аппарат (ВНА) и направляющие лопатки (НЛ) ступеней  “A”, “Б” и ”B” выполнены поворотными для обеспечения запуска и частичных режимов агрегата и управляются одним сервомотором системы регулирования.

 Статор компрессора состоит из входного осевого патрубка, выходного осерадиального диффузора и обойм компрессора с закреплёнными в них направляющими лопатками. ВНА выполнен обогреваемым. В узкую внутреннюю полость профиля лопаток подается воздух из-за компрессора. Обогрев включается автоматически при температурах атмосферного воздуха +8...-5 ⁰С и предотвращает обмерзание ВНА, исключая помпаж и поломки в проточной части.

 Ротор компрессора сборный, комбинированный, включает концевую часть, приставные диски и барабанную часть. Рабочие лопатки (РЛ) ОК имеют закрученный профиль. На барабанной части ротора РЛ имеют многозубчиковые хвостовики, обеспечивающие хорошее демпфирование колебаний в замках относительно коротких лопаток. РЛ предвключенных трех ступеней (“A”, “Б” и ”B”) имеют хвостовики типа “ласточкин хвост” и закреплены в пазах дисков.

 Рост мощности в ГТН-25-1 по сравнению с предыдущими машинами ТМЗ достигнут, в первую очередь, повышением параметров цикла и лишь на 15% - увеличением производительности ОК. Такие результаты обеспечены развитием резервов конструкции. Увеличение производительности и степени повышения давления в ОК получено одновременным изменением углов установки лопаток нескольких первых ступеней и частоты вращения ротора.

Корпус компрессора имеет сварно-литую конструкцию с горизонтальным разъемом и двумя фланцами вертикальных разъемов.

Входной патрубок

 Входной патрубок предназначен для формирования воздушного потока с целью обеспечения равномерного поля скоростей и в сочетании с остальными узлами статора образует корпус ГТУ. В нижней половине корпуса входного патрубка размещаются:

-          вкладыш опорно-упорный;

-          реле осевого сдвига;

-          бесконтактные датчики частоты вращения вала турбокомпрессора.

 На корпусе входного патрубка с левой стороны установлено валоповоротное устройство, а с правой – пусковой турбодетандер.

 Корпус патрубка изготовлен из углеродистой стали и выполнен сварно-литым. Воздушный канал образован концентричными обечайками патрубка, имеющего горизонтальный разъем. В корпусе патрубка имеется развитая система уплотнений для предотвращения попадания масла на всас ОК. К системе уплотнений относятся уплотнения масляные и два ряда лабиринтовых.

 На корпусе входного патрубка имеются четыре лапы для установки его на опоры. Входной патрубок соединяется с обоймой поворотного направляющего аппарата вертикальным фланцевым соединением.

Обойма с поворотным направляющим аппаратом (ПНА)

 Обойма с ПНА является составной частью статора осевого компрессора. На ней смонтированы четыре ряда поворотных направляющих аппаратов (ВНА, ступени “A”, “Б” и ”B” и один ряд неподвижно закрепленных направляющих лопаток ступени “О”), а также механизм поворота направляющих лопаток.

Применение ПНА позволяет существенно повысить зону устойчивости работы компрессора на переходных частичных нагрузках (при пониженных оборотах и расходах через компрессор).

 Обойма цилиндра компрессора имеет сварно-литую конструкцию с горизонтальным разъемом и двумя фланцами вертикальных разъемов.

 Материал литой части – сталь 25Л, сварно-листовой прокат из стали Ст3. В плоскости лопаток ВНА обойма-цилиндр имеет внутренний кольцевой коллектор для подвода к каждой лопатке обогревающего воздуха. В нижней части коллектора имеется дренажное отверстие и трубопровод с вентилем для спуска конденсата.

 Механизм поворота направляющих аппаратов предназначен для синхронного поворота четырех рядов НЛ. Он состоит из сервомотора, соединительной тяги, рычага приводного, кронштейна рычага приводного, направляющей, срезных предохранителей, колец приводных, опор колец приводных, роликов, рычагов и узла микропереключателей. 

 Движение штока сервомотора через тягу, рычаг приводной, пальцы и срезные штифты передается на кольца приводные и далее через ролики и рычаги одновременно на все 136 поворотных лопаток компрессора.

 Заданный закон изменения углов поворота ПНА в ступенях достигается присоединением приводных колец к общему рычагу на разном расстоянии от его оси качения. Направляющие лопатки прикрыты при пуске ГТУ (верхнее положение приводного рычага) и достигают открытого положения при выходе на рабочий режим (нижнее положение приводного рычага).

 Работа компрессора с заклиненной или с освободившейся  от поворотного кольца хотя бы одной лопаткой любой ступени недопустима. Это приведет к неравномерности обтекания воздушным потоком рабочих лопаток, повышению динамических нагрузок и, как следствие, поломке лопаток.

 Все ряды поворотных аппаратов имеют бандажи, снижающие вибрационные напряжения в лопатках и позволяющие на ступенях “A”, “Б” и ”B” создать “гладкую” проточную часть компрессора – закрыть кольцевые пространства между дисками ротора. Бандажи ВНА входят в паз обоймы уплотнений переднего подшипника.

 Бандажи ВНА и ступеней “A”, “Б” и ”B” выполнены каждый из полуколец с горизонтальным разъемом. Материал – сталь 40Х, для ступени “B” – сталь 45.

 Облопачивание остальных рядов направляющих лопаток компрессора сгруппировано в двух обоймах. В первой обойме устанавливаются лопатки 1, 2 и 3 ступеней, во второй 4, 5 и 6 ступеней, в третьей 7, 8, 9, 10, 11 и выходного спрямляющего аппарата.

 Обоймы выполнены сварными с оребрением, состоят из двух половин с горизонтальным разъемом, что упрощает доступ к лопаточному аппарату компрессора и облегчает ремонт агрегата. Ко второй обойме со стороны выхода воздуха прибалчивается сварно-литой диффузор осерадиального типа, состоящий из двух половин.

 Обоймы  №1 и №2 отлиты из чугуна. Обойма №3 отлита из стали. Толщины обойм выбраны относительно большими (около 50 мм) для снижения скорости остывания во время работы агрегата, что делает возможность иметь меньшие радиальные зазоры по лопаточному аппарату компрессора.

 Направляющие лопатки – постоянного профиля. Они имеют цилиндрический хвостовик с резьбой и узкую полоску в форме параллелограмма, организующую переход от профильной части к хвостовику. Лопатки при наборе в окружные пазы обоймы вставляются вместе с сегментами, которые объединяют по несколько лопаток каждый. После первой и второй обойм организован выпуск воздуха в атмосферу при запуске ГТУ. Кроме того, перед и после первой обоймы организованы отборы воздуха на уплотнения турбин и другие технологические цели.

 Между воздушным компрессором и камерой сгорания установлена разделительная перегородка, которая предотвращает попадание сжатого воздуха из осерадиального диффузора компрессора в камеру сгорания и далее в турбину. Перегородка, имеющая горизонтальный разъем закреплена в корпусе компрессора и в пазу обоймы уплотнения, сводящего к минимуму протечки циклового воздуха из компрессора в турбину и обеспечивающего охлаждение ротора ТВД.

 Камера сгорания

 Кольцевая камера сгорания (КС) радиально скомпонована вокруг оси ГТУ между диффузором ОК и ТВД. КС состоит из жесткого каркаса, сваренного из слаболегированной теплоустойчивой стали, имеет горизонтальный разъем и крепится к обойме ТВД, образуя с ней единый сборный узел. Изнутри каркас облицован тонколистовыми элементами из жаропрочного никелевого сплава, хвостовики которых допускают их свободные тепловые перемещения в пазах каркаса в окружном и радиальном направлениях. Такое исполнение обеспечивает низкий уровень термических напряжений даже при больших градиентах температур.

 Огневой объем КС ограничен на входе фронтовыми устройствами, а с боков дисковыми стенками, установленными в каркасе и прикрепленными сегментами к обойме ТВД. Фронтовые устройства выполнены в виде П-образных элементов с перфорированными стенками и оснащены завихрителями первичного воздуха – регистрами, зацепами (для установки в каркасе) и уплотнительными планками. Двадцать фронтовых устройств образуют торообразную зону горения, в которую подается газообразное топливо через отверстия в головках горелок. Горелки расположены равномерно по окружности, закреплены снаружи корпуса турбины накидными фланцами турбины с крепежом и установлены радиально во втулках регистров. Каждая горелка снабжена штуцером подвода газа и соединена с кольцевым топливным коллектором трубками, допускающими их взаимное смещение при тепловых расширениях. В трубки вварены ниппеля с калиброванными отверстиями, обеспечивающими равномерность раздачи топливного газа по окружности КС.

Топливный коллектор размещен концентрично снаружи корпуса ТВД и закреплен на четырех опорах скобами. Коллектор оснащен двадцатью штуцерами отвода газа, двумя фланцевыми разъемами и газоподводящими патрубками в нижней половине.

 Зажигание газовоздушной смеси осуществляется электрозапальными свечами. Они установленными в двух пусковых горелках, размещенных в районе горизонтального разъема турбины, в нижней половине камеры сгорания и присоединенными высоковольтными кабелями к пусковым катушкам зажигания, установленным на кронштейнах рамы-маслобака.

Воздух, подводимый к КС, разделяется на первичный – около 41%, вторичный – 37% и охлаждающий – 22%. Первичный воздух поступает через регистры фронтовых устройств. В регистрах воздух закручивается с помощью двенадцати изогнутых лопаток под углом 50° к радиальному направлению. Регистры оснащены пережимными конусами на выходе потока, интенсифицирующими процесс горения топлива. Вторичный воздух подается через овальные и круглые отверстия дырчатого смесителя, размещенные на элементах камеры таким образом, что струи вторичного воздуха соударяются в середине потока со струями продуктов сгорания. Между фронтовыми устройствами и дисковыми стенками в месте их закрепления в каркасе предусмотрены подвод охлаждающего воздуха для создания защитной изолирующей пленки воздуха на внутренней поверхности стенок КС, а также подвод воздуха в прикорневое и периферийное сечение соплового аппарата ТВД.

 Фронтовые устройства и элементы стенок выполнены из жаропрочного сплава ХН60ВТ (ЭИ- 868), каркас и обоймы стенок – из стали 12МХ. Коллектор, трубки, корпуса горелок выполнены из стали 20. Головки горелок, прижимные сегменты для крепления элементов стенок к обойме ТВД выполнены из стали 12Х18Н10Т.