Установка воздушных маслоохладителей (ВМ) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) за пределами машинного зала на открытом воздухе позволила сократить объем капитального строительства, но ужесточила требования, предъявляемые к работе ВМ. Требования определяются необходимостью обеспечения узких пределов изменения температуры масла перед подшипниками ГПА (Ма=35-51 С) при больших колебаниях температуры окружающего воздуха (0= =—55-+40°С). В этих условиях важно обеспечить подогрев ВМ при запуске ГПА в холодное время года и поддержать заданную температуру масла в процессе работы с наименьшими затратами энергии.
Для работы агрегата ГТК-Ю использовались ВМ с электрическим подогревом производства ВНР. Каждый аппарат состоит из трех одинаковых секций с верхними и нижними жалюзи и двумя электро-калориферами, расположенными под нижней обшивкой секций. В нижней обшивке, объединяющей секции между собой, установлено шесть одинаковых жалюзи с индивидуальными ручными приводами. Каждый из шести вентиляторов имеет отдельные верхние жалюзи, причем каждый ряд из трех верхних жалюзи имеет отдельный ручной привод. Масло подается в секции параллельно, где осуществляется перекрестное двухходовое его движение по отношению к потоку воздуха. Теплообменные элементы секций выполнены из алюминиевых сплавов. Наружное оребрение труб сделано в виде пластин с просечками размером 16X2 мм с отгибом материала по длинной стороне до сложения с удвоением толщины ребра. Основные технические данные ВМ
Число: секций пс.........................................3
труб в секции …………………………………………..240
Длина, м:
труб между трубными досками 1Т . . . . 4,79
пучка труб /п.................................... 4,86
Поверхность теплообмена секции со стороны воздуха м....................................... 1135
Коэффициент оребрения труб ф.................. 16,33
Внутренняя поверхность труб секций, м*:
без турбулизаторов Рв........................... 61,6
с турбулизаторами............................ 144
Отношение Рк(1?ь (Ф) . : . . . 18,4
Эквивалентный диаметр каналов внутри
труб а9, м...................................... 0,00525
Число ходов масла в секции,................... 2
Сжатое сечение каждого хода секции /х, м 0,0217 Фронтальное сечение теплообмеииого элемента секции со стороны воздуха 11,5
Рабочее давление рр, МПа........................... 0,6
Число вентиляторов секции шт................ 2
Производительность вентилятора (м/ч 45 000 — 52 000 Мощность электродвигателя вентилятора
кВт............................................ 5,5
Частота вращения вентилятора п, 1/с. ... 12
Диаметр присоединительных патрубков /),
м........................................... 0,15
Площадь сжатого сечения жалюзей секции в положении «открыто», м*:
верхних......................................... 1,7X2
нижних /ж................................. 3x2
Расход воздуха двух вентиляторов калориферов, Свк. м*/ч............................ 8 000x2
Мощность, кВт: электропривода вентиляторов калориферов Ывк........................................... 0,55X2
Электро-подогревателей двух калориферов............................................. 120x2
Электро-подогревателей в камерах и коллекторах............................... 32,7
Испытания аппарата проводились на компрессорной станции в г. Бердичеве при работе с маслом Тсп22. Определялись тепловые и гидродинамические характеристики аппарата, тепловые потери ВМ в окружающую среду при различных способах подогрева, тепловые потерн системы масло-снабжения, расположенной в машинном зале, а также зависимость начальной температуры охлаждающего воздуха 1Ъг от положения жалюзей н от значения. Опыты проводились в летнее и зимнее время на работающем и остановленном ГПА.
В процессе испытаний определялся расход масла См через ВМ, температура масла и воздуха по схеме рис. 1, в, температура, скорость и направление ветра, температура воздуха в машинном зале, потери давления в масляном тракте ВМ, а также фиксировались режимные параметры ГПА, связанные с работой ВМ. Температура измерялась термометрами с ценой деления 0,1 °С; потери давления — образцовыми пружинными манометрами с ценой деления 3333 Па.
Расход масла находился по тарированному сопротивлению масло-подогревателя М-8 (рис. 1, в); режимные параметры ГПА фиксировались по штатным приборам; скорость ветра замерялась с помощью чашечного анемометра.
Прандтля; Ям, гм, РгСт— коэффициенты теплопроводности, кинематической вязкости масла при средней температуре и число Прандтля для масла при средней температуре стенки теплообменного элемента; — скорость масла в сечении.
Коэффициенты теплоотдачи масла определялись расчетом по опытным значениям коэффициентов теплопередачи К и известным значениям приведенных коэффициентов теплоотдачи со стороны воздуха ав— =24,8 шв0»51-5, Вт/м2*°С, где !&в, кг/с — массовая скорость в сечении /ф. Значения ам отнесены к поверхности Рв, значения ав — к поверхности ^н- Коэффициент теплопередачи для случая свободной конвекции, отнесенный к поверхности Рн, при открытых жалюзи может быть найден по формуле
К= 0,65(;м—*в ср)0*25, Вт/м2*°С, где ср — средняя температура воздуха по измерениям перед и за теплообменными элементами.
Сопротивление масляного тракта аппарата дано в виде коэффициента сопротивления, где ДЯм и рм — потери давления в аппарате со стороны масла и плотность масла. Физические свойства масла взяты при средней температуре. Сопротивление аппарата удовлетворительно согласуется с законом Паузейля.
Тепловые потери ВМ в окружающую среду определялись для ряда случаев и оказались пропорциональными разности
Значения ЛГ/Ф0, кВт/сС
Подогрев калориферами, все жалюзи закрыты 3,64
Подогрев маслом, все жалюзи открыты....... 3.3
Подогрев маслом, верхние жалюзи открыты . . 2,4 1
Подогрев маслом» нижние жалюзи открыты. . . 1.43
Подогрев маслом, все жалюзи закрыты....... 1,17
Тепловые потери в машинном зале составляют 2,5кВт/°С.
Эти опыты показали, что подогрев калориферами и подогревателями общей мощностью 274 кВт позволяет повысить температуру аппарата примерно на 70 °С при скорости ветра 2...5 м/с. Для проталкивания масла через маслоохладитель пусковым насосом достаточно подогреть аппарат до —5°С. Кроме того, опыты подтвердили возможность усовершенствования системы подогрева ВМ за счет установки подогревателей внутри труб теплообменных элементов или непосредственно под ними. Установлено, что начальная температура охлаждающего воздуха перед теплообменными элементами совпадает с 10 при полностью открытых жалюзи. При работе всех вентиляторов значение находится из равенства, где /11 и Н2— относительное открытие верхних и нижних жалюзи.
В случае работы трех вентиляторов наблюдался более сложный характер зависимости 0 от положения пластин жалюзи (рис. 2, б). Расход охлаждающего воздуха по трактам секции с одним работающим вентилятором при Н2= 1 и Нг~0“1 показан на рис. 2, в, где Св— расход воздуха через работающий вентилятор, 0В1— ре-циркуляционный расход воздуха через отключенный вентилятор.
На основании опытных данных получена зависимость от 2 от 4 при наименьших затратах электроэнергии (рис. 2, г). Расчет выполнялся при следующих условиях:
Частота вращения вала, 1/с:
компрессора...................... 70 — 86,6
нагнетателя................... 55—83,3
Потери мощности N в системе смазки, кВт, при:
м51 °С........................ 201 — 364
м35 °С....................... 297 — 4 81
Расход масла 0М через маслоохладитель, м8/ч...................55,2 — 68,2
Из рис. 2, г видно, что понижение значения приводит к необходимости работать с одним вентилятором. Это приводит к уменьшению расхода масла через охлаждаемую секцию и к работе двух других секций в режиме нерегулируемого байпаса. Применение дополнительного регулируемого байпаса не может облегчить регулирование Ма н исключить возможность полного застывания масла в охлаждаемой секции.
При 0>—10 °С расчет совпадает с опытом. При ^0<—10...15°С совокупность влияющих факторов усложняется н для обеспечения заданных значений может понадобиться прикрытие нижних или верхних жалюзей. Для этой же цели предусмотрена возможность работы вентилятора с измененным направлением вращения (реверс) и периодическое включение вентилятора.
Результаты проведенной работы позволяют решить вопрос об автоматическом поддержании температуры масла перед подшипниками ГПА в заданных пределах.
