ЗАО «Эко-Энергетика»

Деятельность ЗАО «Эко-Энергетика» направлена на производство недорогого и экономичного агрегата, предназначенного для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии на промышленно-отопительных котельных. АВПР-1,0 создан именно для интеграции в промышленно-отопительных котельных. Эти установки востребованы для относительно малых предприятий, когда потребители энергии предпочитают использование более дешевого источника энергии малой мощности, позволяющего осуществлять как автономную, так и синхронную работу с энергосистемой.

Конструкция паро-винтового агрегата АВПР-1,0

• В корпусе расширителя вращаются рабочие органы — винты роторов. Корпус выполнен из высокопрочного чугуна, имеет горизонтальный и вертикальный разъёмы. В нём располагаются также синхронизирующие шестерни, встроенные редуктор и маслонасос.
• Роторы выполнены из стали, на них нарезаны винты асимметричного профиля. Роторы вращаются в опорных подшипниках скольжения, а для восприятия осевых сил используются подшипники качения.
• Синхронизирующие шестерни, установленные на роторах, исключают возможность касания профилей винтов друг с другом.
• Встроенный редуктор соединяется с ведущим ротором посредством шлицевого соединения и через шлицевой валик передаёт крутящий момент шестерней редуктора и далее через колесо приводит в движение приводной механизм, например, генератор. Для уменьшения влияния несоостности и излома осей соединяемых валов между встроенным редуктором и приводимым механизмом устанавливается зубчатая муфта. Вал шестерни редуктора вращается в опорных подшипниках скольжения, а вал колеса — в подшипниках качения. Осевые усилия в шестернях редуктора воспринимаются радиально-упорными шарикоподшипниками с разрезным внутренним кольцом, фиксирующим шестерни по оси в обоих направлениях относительно корпуса редуктора. На крышке редуктора установлен дефлектор (сапун), предназначенный для отвода паров масла из редуктора.
• Встроенный маслонасос приводится в движение от выходного вала редуктору и обеспечивает надёжную подачу масла ко всем смазочным точкам расширителе и редуктора при вращении роторов.
• Разгрузочное устройство установлено на ведущем роторе и за счёт перепада давления пара позволяет значительно снизить осевую силу, действующую на ротор.
• Лабиринтные и радиально-щелевые угольные уплотнения установлены на концах валов роторов и в разгрузочном устройстве и исключают протечки пара в масляную систему расширителя, а также уменьшают протечки пара в атмосферу.
• В расширителе использованы стандартные лабиринтные масляные уплотнения, которые установлены на роторах вблизи подшипников и исключают попадание масла в уплотнительные узлы.

Принцип работы расширителя

При работе расширителя насыщенный водяной пар поступает во впускную камеру и через впускное окно заполняет впадины винтов роторов. Характерной особенностью профилей винтов, применяемых в винтовом машиностроении, является то, что отдельные участки поверхности винтов подвержены различным давлениям. Пар, попадая в полость винтов и воздействуя на эти поверхности, создаёт на роторах механический крутящий момент, передаваемый приводимому в движение агрегату. При вращении роторов часть впадин, заполненных паром, отсекаются от впускного окна. Пар при дальнейшем вращении винтов расширяется по мере увеличения объёма парной полости, совершая механическую работу. Объём парных полостей, достигнув максимума, соединяется с выпускным окном, и через выпускной патрубок поступает в трубопровод низкого давления и используется далее для теплотехнических нужд потребителя.

При расширении пара его температура понижается и возможно образование конденсата, который благодаря конструктивным особенностям винтового расширителя не оказывает на последний отрицательного воздействия.

Масляная система обеспечивает смазку и охлаждение зубчатых передач, а также подшипников расширителя и редуктора. В масляной системе используются 2 насоса: пусковой с электроприводом и встроенный в расширитель. Пусковой насос используется для прокачки подшипников перед пуском и отключается после достижения рабочего давления масла в масляном коллекторе уже при работе встроенного маслонасоса. Таким образом, смазочное масло поступает из маслобака в насос, откуда, пройдя масляный фильтр и охладитель масла, поступает в распределительный коллектор, из которого направляется ко всем смазочным точкам расширителя и редуктора. После смазки трущихся поверхностей масло сливается обратно в маслобак.

В разгрузочное устройство подаётся пар из камеры подвода пара к расширителю, а протечки пара после лабиринтного уплотнения перепускаются в камеру выхода пара из расширителя. Для уменьшения протечек пара из рабочих полостей расширителя в атмосферу на валах роторов установлены лабиринтные и угольные радиально-щелевые уплотнения.

Конструктивные особенности АВПР-1,0

Поскольку назначение агрегата предъявляет высокие требования к его надёжной, длительной эксплуатации, был выбран тип винтового одноступенчатого расширителя, который наиболее полно удовлетворяет этим требованиям. Он обладает следующими преимуществами по сравнению с другими типами расширителей:

• высокой надежностью и длительным моторесурсом, что определяется простотой его конструкции;
• малыми габаритами и массой, что достигается быстроходностью рабочих органов, совершающих вращательное движение и высокой степенью расширения в одной ступени;
• нечувствительностью к наличию в рабочем потоке капельной жидкости и гидравлическим ударам (явление эрозии не оказывает влияния на прочностные характеристики винтов благодаря форме и массивности рабочих органов (зубьев);
• более высоким внутренним относительным КПД (67…70 %);
• высокой степенью уравновешенности роторов расширителя, позволяющей отказаться от массивных фундаментов;
• высокой равномерностью вращения;
• простотой обслуживания и низкими эксплуатационными расходами.

В процессе расчётной проработки конструкции расширителя основной задачей являлось определение оптимальных соотношений между объёмом свободных полостей винтов в момент его отсечки от впускного окна, скоростью вращения ведущего винта и степенью расширения пара в расширителе. Исходя из требования надёжной работы синхронизирующих шестерён, шестерён редуктора и подшипниковых опор расширителя и на основании отечественного и зарубежного опыта создания винтовых компрессоров (близких по конструкции к расширителям), окружная скорость вращения ведущего винта расширителя принята в пределах 100-110 м/с. Окружная скорость на делительных диаметров синхронизирующих шестерён принята в пределах 60 — 70 м/с.

По рассчитанному расходу рабочей среды и оптимальному значению окружной скорости определены оптимальные соотношения геометрических размеров рабочих органов расширителя, а именно наружный диаметр винтов 315 мм и отношение длинны винтов к диаметру L / D = 1,35. Полученные таким образом значения геометрических размеров винтов позволили так распределить объёмы полостей в начале и в конце процесса расширения рабочей среды, что удалось степень внутреннего расширения максимально приблизить к внешней степени расширения. Последнее способствует безударному выпуску рабочей среды и максимальной отдаче энергии пара вращающимся винтам расширителя.

Необходимые минимальные зазоры между торцами винтов и корпусом на стороне высокого давления обеспечивается за счёт изменения толщины регулировочных прокладок. Минимально допустимые радиальные зазоры между винтами и корпусом обеспечиваются точностью обработки расточек корпуса винтов роторов, подшипников и зазоров в последних.

Промежуточный корпус (крышка) между верхней частью корпуса высокого давления и крышкой редуктора позволяет (при его съёме) обеспечить доступ к регулировочным прокладкам между торцами винтов роторов и корпусом на стороне высокого давления без сложной разборки расширителя, а также возможность съёма и установки встроенного масляного насоса.

Для синхронизации вращения винтов роторов применена конструкция шестерён, разработанная ранее при проектировании компрессоров, обеспечивающая при использовании разрезной шестерни, установленной на ведомом роторе, надёжную регулировку профильных зазоров.

Применение встроенного редуктора позволило значительно уменьшить общие габариты агрегата и упростить соединительные элементы в схеме расширитель-редуктор-приводимый механизм.

Применение встроенного маслонасоса дополнительно к пусковому маслонасосу с приводом от выходного вала редуктора позволяет повысить надёжность работы масляной системы, т.к. обеспечивает подачу масла ко всем смазочным точкам расширителя при вращении роторов вплоть до остановки независимо от внешней среды, а также значительно упростить его конструкцию по сравнению с навесным маслонасосом. Особое внимание при разработке было уделено уплотнительным узлам для исключения попадания пара в масляную систему.

Применение разгрузочного устройства позволило использовать для восприятия осевого усилия, действующего на ведущий ротор, радиально-упорные подшипники качения вместо значительно более сложных и трудоёмких в изготовлении упорных подшипников скольжения.

Конструкция расширителя позволяет практически без изменения обеспечить штатную работу при давлении пара на входе 14,10 и 7 кгс/см2 (абс) и противодавлении 2 кгс/см2 при той же частоте вращения на выходном валу — 3000 об/мин (при геометрической степени расширения соответственно 3,0 и 2,5). Это достигается оригинальной конструкцией камеры подвода пара к расширителю, позволяющей изменять размеры окон на входе механической обработкой на торцевой части и сменными литейными вставками на радиальной части окон.

• При давлении пара на входе 14 кгс/см2 (абс) и противодавлении 2 кгс/см2 на выходном валу достигается мощность 1009 кВт.
• При давлении пара на входе 10 кгс/см2 (абс) и противодавлении 2 кгс/см2 на выходном валу достигается мощность 713 кВт.
• При давлении пара на входе 7 кгс/см2 (абс) и противодавлении 2 кгс/см2 на выходном валу достигается мощность 441 кВт.

Оборудование мини-ТЭЦ с АВПР-1,0:

• винтовой расширитель, одноступенчатый, «сухого сжатия» со встроенным редуктором, синхронизирующими шестернями, встроенным маслонасосом и полумуфтой;
• маслосистема с маслопроводами, с запорной и регулирующей арматурой, маслофильтром и маслоохладителем;
• автономный пусковой масляный электронасос;
• паропроводы с запорной и регулирующей арматурой, клапаном-захлопкой на входе в винтовой расширитель с автоматической системой управления и встроенным фильтром для очистки, а также гибкие патрубки в местах подвода и отвода пара;
• водопроводы системы охлаждения, водяной фильтр, стояночный водяной электронасос и система отвода конденсата;
• рама-бак, на которой смонтированы все узлы и системы винтового расширителя и предусмотрены места крепления к фундаментной раме;
• инструменты и приспособления;
• приводимый генератор с насаженной полумуфтой, установленный на подрамник, который крепится к фундаментной раме;
• муфта агрегата с защитным кожухом, соединяющая приводимый генератор и винтовой расширитель;
• на агрегате предусмотрены места для подсоединения контрольно-измерительных приборов и датчиков системы управления;
• предусмотрены системы регулирования нагрузки (электрической и тепловой);
• предусмотрены системы автоматического управления и защиты, а также регулирования и поддержания частоты вращения вала расширителя — агрегата независимо от нагрузки;
• щит манометровый;
• щит электрооборудования.

Конструкция установки обеспечивает:

• максимально возможный доступ для осмотра, разборки и ремонта;
• минимально возможные габариты и массы;
• удобство обслуживания и ремонтопригодность узлов установки;
• использование установки при температуре окружающей среды 278…318 К (5…45°С);
• взаимозаменяемость узлов и деталей и установки в целом;
• высокую динамику и управляемость;
• надёжность систем регулирования и защиты.

Мини-ТЭЦ на базе работы АВПР-1,0 с асинхронным генератором

Если энергоустановка с АВПР-1 предназначена параллельной работы с сетью, то целесообразно применять асинхронный генератор, обладающий рядом преимуществ по сравнению с системой АВПР + синхронный генератор (СГ):

• отсутствие дорогой и сложной системы синхронизации генератора с сетью;
• упрощается электросиловая часть установки, уменьшается количество релейных защит генератора, и, в конечном счёте, повышается надёжность электроснабжения;
• уменьшается стоимость всей энергоустановки за счёт меньшей стоимости генератора и электросиловой части;
• асинхронный генератор не влияет на частоту и форму синусоиды электрических колебаний сети.

Недостатком асинхронного генератора является потребление им реактивной мощности из сети, однако это можно скомпенсировать путём параллельного включения батареи конденсаторов или синхронного компенсатора.

Мини-ТЭЦ на базе работы АВПР-1,0 с синхронным генератором

Если энергоустановка с АВПР-1 предназначена для автономной работы, то целесообразно применять синхронный генератор. В этом случае:

• вырабатывается как активная, так и реактивная мощность, что дает возможность полного или частичного отключения конденсаторных батарей в сети потребителя, устанавливающего у себя синхронный генератор;
• возможно использования СГ в любом режиме работы — базовом, автономном, аварийном.

190000, Санкт-Петербург,
ул. Малая Морская, 16, оф. 31
Тел.: (812) 314-9341
Тел./Факс: (812) 315-1509

e-mail: info@eco-energetika.ru
www.eco-energetika.ru
Информация о предприятии