Тема 3.3 Особенности использования Турбомашин

Лекция № 16

Основные вопросы:

1. Работа турбомашин на стационарных и переходных режимах.

2.Теплотехнический контроль за работой газовой турбины и компрессора агрегата наддува в условиях эксплуатации

1. Работа турбокомпрессоров на стационарных и переходных режимах

Основы эксплуатации гтэу

Основные понятия и определения

Эксплуатацией называют совокупность процессов, вклю­чающих в себя подготовку, использование объекта по назначению, его техническое обслуживание, хранение и транс­портирование.

Под использованием в повседневных условиях подразумевается комплекс организацион­но-технических мероприятий и действий личного состава по обеспечению готовности установки к работе, вводу в действие, управлению и обслуживанию во время использования и. вывода из действия

Под "техническим обслуживанием" (ТО) понимается комп­лекс организационно-технических мероприятий и работ, нап­равленных на поддержание ГТЭУ в технически исправном сос­тоянии, восстановлении ее тактико-технических свойств, утраченных в процессе повседневного и боевого использова­ния. ТО необходимо для обеспечения заданной готовности ГТЭУ к использованию.

Под "хранением" подразумевается комплекс организаци­онно-технических мероприятий и действий личного состава по обеспечению работоспособности бездействующей установки в течении определенного времени. Оно может быть кратковременным (от нескольких дней до одного меся­ца) и длительным (от нескольких месяцев и более).

Приготовление ГТЭУ к действию Задачи приготовления

Приготовление установки к действию предполагает при­ведение ее в регламентированный срок в состояние, обеспе­чивающее надежный пуск ГТД и последующую безаварийную ра­боту.

Приготовление ГТЭУ к запуску может быть нормальное и экстренное.

Нормальное приготовление - это основной способ приведения установки в действие в повседневных условиях.

При приготовлении системы управления установкой про­изводится внешний осмотр элементов, проверка соответствия положений органов управления на пульте и на двигателе, а также контроле надежности передачи управления на все пре­дусмотренные посты.

В ходе внешнего осмотра определяется отсутствие види­мых дефектов системы, выполняется уборка посторонних предметов.

Перемещение органов управления должно быть плавным, без люфтов и заеданий.

При подготовке топливной, масляной систем и системы сжатого воздуха производится осмотр технического состоя­ния трубопроводов, арматуры и агрегатов. Берется на ана­лиз отстой масла и топлива на наличие воды и механических примесей. Пополняются расходные баки ГСМ, набиваются бал­лоны ВВД. Производится включение насосов, открытие клапанов подачи рабочих сред к агрегатам энергоустановки.

Требования к топливам для ГТЗУ

К топливам, используемым в корабельных ГТЭУ, предъяв­ляются более жесткие требования, чем для иных типов ЭУ.

Сорта топлива, которые могут быть применены в судовых ГТД, приведены в табл. 4.

Опыт эксплуатации показывает, что применение загряз­ненного или обводненного топлива является причиной боль­шого количества отказов ГТД (пожоги КС и лопаток турбин, отказы запусков, самопроизвольные остановки, коррозионные и эрозионные повреждения деталей проточной части турбин и топливной аппаратуры).

Экстренное приготовление - выполняется более сжатые сроки в особых случаях, связанных с боевой или аварийной обста­новкой, а также в учебных целях.

Приготовление включает в себя последовательный ввод в действие различных систем и агрегатов, обслуживающих- ГТЭУ, и непрерывную проверку технического состояния подк­лючаемых элементов ГТЭУ. Контроль агрегатов и узлов вы­полняется только штатными контрольно-измерительными при­борами. В ходе приготовления установки проверяются и го­товятся к работе:

- газотурбинный двигатель, редуктор и валолиния;

- воздухоприемные и газовыпускные устройства;

- система управления установкой;

- топливная система;

- масляная систем?»;

- система сжатого воздуха.

Перед началом работ необходимо ознакомиться с послед­ними записями в вахтенном журнале установки о проведенных осмотрах, имевших место неисправностях и их устранении.

Особое внимание уделяется замеру сопротивления изоля­ции электрооборудования Пс*У. Только при соблюдении норм сопротивления изоляции подаются нее ниды электропитания. Важнейшим мероприятием является проверка технического состояния ходовой части ГТД и редуктора, включают в себя прослушивание при ручном и электрическом проворачи­вании роторов.

Приготовление воздухоприемного устройства предполага­ет дистанционное или местное открытие возухоприемных шахт, осмотр видимых деталей КНД турбомашин. И воздухоприемной шахте не должно быть посторонних предметов. Вход­ные сетки газотурбинных двигателей, предохраняющие про­точную часть от попадения посторонних предметов, должны быть исправны.

Подготовка газовыпускного устройства заключается в осмотре видимых частей TR и удалении посторонних предметов. Дляобеспечения безотказной работы ГТЭУ должно приме­няться строго кондиционное топливо, отвечающее требовани­ям эксплуатационных документов. Но в процессе транспорти­рования и хранения происходит загрязнение и обводнение топлива. Источники загрязнения: окалина, продукты корро­зии, прочие примеси. Источники обводнения - негерметич­ность горловин топливных цистерн, трещины корпуса, "отпо­тевание" цистерн. При обнаружении' воды и механических примесей в топливе производится его сепарация и фильтра­ция.

Требования к маслам для ГТЭУ

Смазочные материалы корабельных ГТД работают в слож­ных условиях:

- при смазке подшипников качения компрессоров темпе­ратура масла достигает 110-120 °С, а подшипников турбин 150-160°С;..

. - масло интенсивно перемешивается с воздухом, что приводит к окислению его кислородом и вспениванию;

- пуск ГТД осуществляется при температуре 5-15°С.
Особенности работы масла в редукторе заключаются в обеспечении смазки зубчатых зацеплений при высоких кон­тактных напряжениях (1000М500 МПа), а также в работе подшипников скольжения, температура которых ограничивает­ся 60-70°С.

К качеству масла для ГТЭУ предъявляются следующие об­щие требования:

- малая вязкость для обеспечения пуска ГТД при низких температурах масла;

- пологая вязкостно-температурная характеристика в диапазоне температур 5-15 С;

- минимальная склонность к вспениванию;

высокая устойчивость против окисления при рабочих температурах.

- давление ВВД в системе может быть ниже нормы;

- не замеряются уровни масла и т.д.

После окончания приготовления и заполнения контроль­ного листа с разрешения старшего производится пуск двигателя. Неисправности при наличии которых пуск невозможен.

К ним следует отнести:

- соленость отстойной или отсепарированной воды в масляных цистернах выше допустимой нормы (15 град Бр);

- неисправность хотя бы одной из защит ГТЭУ;

- повреждение элементов воздухоприемного и газовыхлопного устройств;

- видимые повреждения первой ступени КНДи последней ТВ;

- несоответствие одного или нескольких параметров
ГТЭУ спецификационым значениям;

- низкое сопротивление изоляции электрооборудования установки, которое может стать причиной короткого замыка­ния, отказа, элементов систем ГТЭУ;

- ослабленное крепление отдельных узлов или деталей ГТЭУ;

- отказ или истечение сроков проверки КИП;

- выработанный ресурс хотя бы одного прибора или аг­регата;

- повреждения оболочек кабелей и проводов, загрязне­ние или оплавление электрических контактов;

- неисправность системы пожаротушения ГТЭУ и машинно­го отделения;

- течи топлива и масла, что может вызвать пожар припуске ГТД.

- Проверка технического состояния ходовой части ГТЭУ

Подготовка ГТЭУ к действию производится согласно инс­трукции по эксплуатации и в соответствии о контрольным листом приготовления.

Приготовление ГТД к пуску заканчивается холодной прокруткой ротора. При холодной прокрутке проверяют:

- сос­тояние и работу подшипников ротора ГТД;

- состояние проточ­ных частей блоков вращении;

- коробок приводов; состояние электрических стартеров ГСР-СТ-18000 и системы их управления;

- проводят вентиляцию проточной части ГТД с целью удаления остатков топлива и масла.

Холодную прокрутку осуществляют стартеры, которые прокручивают ротор без подачи топлива в КС, но при обяза­тельной подаче масла к подшипникам ГТД. Продолжительность. холодной прокрутки в зависимости от типа ГТД составляет от нескольких секунд до нескольких десятков секунд. Сос­тояние ходовой части ГТД во время холодной прокрутки оце­нивают по следующим показателям:

- по значению оборотов КВД, достигнутому при отключе­
нии стартеров (об/мин);

- по продолжительности холодной прокрутки;

- по величине максимальных забросов тока в цепи
электростартера;

- по времени характерных переключений стартера;
Экстренное приготовление выполняется в соответствии синструкцией по эксплуатации и в основном включает в себя те же мероприятия, что и нормальное приготовление, однако при этом:

- не производится электропрокрутка ротора ГТД;

- не замеряется соленость масла;

- не замеряется сопротивление изоляции.

Пуск ГТД

. Особенности пуска ГТД

Пуск ГТД - переходный процесс от состояния покоя до минимально устойчивой частоты вращения его турбокомпрес-сорного блока (ТКБ) (холостого хода).

Основные требования к процессу пуска ГТД:

- быстротечность, которая является важным динамичес­ким показателем;

- безотказность процесса, что исключает неудачные пуски;

- минимальные затраты энергии от посторонних источни­ков;

- автоматизация процесса, что сводит функции обслужи­вающего персонала лишь к наблюдению и вмешательству толь­ко в необходимых случаях;

- отсутствие повреждений или разрушений узлов и деталей ГТД по причине перегрева, недостатка смазки в узлах трения, чрезмерных нагрузок и т.п.

Для пуска ГТД характерны следующие особенности.

1.Навесные (приводимые от роторов ГТД и редукторов маслоагрегаты не создают либо создают недостаточное дав­ление масла, подаваемого к узлам смазки, из-за малых час­тот вращения. По этой причине пусковые режимы (а также режимы остановки ГТЭУ) обеспечивают включением выносных маслоагрегатов, приводимых в движение от постороннего ис­точника энергии.

2.При пуске ГТД на определенном этапе должно воспламеняться топливо, поступающее в КС из рабочих форсунок.
Воспламенение происходит от факелов, предварительно заж­женных в четырех жаровых трубах КС. Создание пусковых факелов обеспечивает пусковая топливная система, которая может быть автономной или связанной с основной топливной системой ГТД.

Таким образом, перед началом горения основного топли­ва система управления пуском ГТД должна ввести в действие пусковую топливную систему.

3.Если к моменту воспламенения основного топлива его давление не может достигнуть минимально допустимого значения из-за низкой частоты вращения ротора насоса-регуля­тора, то должны быть предусмотрены технические средства,
создающие (хотя бы. кратковременно) условия для каче­ственного его распиливания.

4.При пуске ГТД, для раскрутки его роторов, необходим стартер, который, как правило, должен приводить во вращение блок высокого давления ГТД.

5.После воспламенения основного топлива неизбежно кратковременное возрастание (заброс) температуры газа.

6.При пуске ГТД должны быть открыты антипомпажные устройства

7.(АУ).. Этапы и последовательность пуска

в результате пуска ГТД выходит на режим холостого хо­да.

Процесс пуска ГТД условно можно разбить на три последовательных этапа.

Первый этап - разгон ТКБ ГТД только старте ром. Продолжительность этапа составляет 2Q-4OZ общей продолжительности процесса пуска. Этот этап обычно называют эта­пом холодного разгона ГТД.

Второй этап - разгон ТКБ как стартером, так и собственными турбинами ГТД. Он начинается с момента воспламе­нения основного топлива. Продолжительность этапа - 20-30общей продолжи

Рис.. Этапы запуска ГТД

тельности процесса пуска. Он носит название этапа сопровождения.

Третий этап - разгон только турбинами. Он начинается с момента отключения стартера и завершается выходом ГТД на режим холостого хода. Продолжительность этапа состав­ляет 4O-6OZ общей продолжительности процесса пуска. Его называют этапом горячего разгона ГТД на Рис графи­чески представлено поэтапное изменение момента сопротивле­ния при пуске ГТД и крутящих. моментов,

создаваемых стартером М_Ст и турбиной М_т. До выхода ГТД на ус­тойчивый режим рабо­ты, соответствующий холостому ходу, кру­тящие моменты, разви­ваемые стартером и турбиной, должны превышать момент сопро­тивления вращению, причем на первом этапе пуска М_ст должен быть больше как видно из рисунка, в течение первого этапа с рос­том частоты вращения снижается Мег- ^с момента воспламе­нения основного топлива, в начале второго этапа, суммар­ный крутящий момент М_ст+ М_т возрастает. После отключения стартера, в начале третьего этапа, крутящий момент, раз­виваемый турбиной М_т, продолжает возрастать и при часто­те врацения холостого хода момент Н_с становится равен М_т, т. е. ГТД выходит на устойчивый режим.

Последовательность пуска

Последовательность выполнения различных операций по включению и отключению агрегатов и устройств в процессе пуска типового ГТД приведены на рис.56. Мероприятия, ука­занные в таблице, характерны для ГТД, разгоняемых электростартерами.

Рис. 3.1 Функции автомата времени

Пуском ГТД "руководит" автомат времени (АВТ). Он вы­полнен на пооперационно-временном принципе, при котором процесс пуска разбивается на ряд последовательных опера­ций. Выполнение каждой из операций является следствием выполнения предыдущих. Скорость выполнения программы оп­ределяется временными зависимостями, заложенными в нее.

Пуску ГТД предшествует подача электропитания в схему потребителей, в том числе включение электростартеров

За нажатием кнопки ПУСК должны следовать включение электро­масляных агрегатов пусковой масляной системы и подача масла на углы трения ГТЭУ. Подведение смазки к узлам тре­ния создает условия для включения электростартеров, начи­нающих холодный разгон ротора ГТД. Электростартеры должны иметь в этот момент максимально возможный крутящий момент и минимальную частоту вращения. Системой управления пуском предусмотрен ряд последо­вательных переключений в цепях электростартеров для пос­тепенного наращивания частоты вращения их роторов. Отклю­чение электростартеров означает конец второго этапа пуска и сопровождается автоматическим отключением их источников питания.

Пуск ГТД происходит при открытом АУ. Оно открывается при нажатии на кнопку ПУСК и остается открытым до дости­жения частоты вращения, при которой обеспечивается устой­чивость режимов работы ГТД. После включения электростар­теров система пуска должна обеспечить надежное воспламе^ нение основного топлива в КС. Для этого, во-первых, в те­чение первого этапа пуска включается пусковая топливная система и система зажигания с целью воспламенения двух пусковых факелов в КС. Во-вторых, открывается стоп-кран, что обеспечивает подачу топлива от основного насоса к автоматическому распределителю топлива (APT) и посте­пенное увеличение давления перед распределительным клапа­ном APT.

. После открытия СК поступлению топлива от насоса-регу­лятора к рабочим форсункам препятствует только распреде­лительный клапан APT, момент открытия которого определя­ется не системой управления, а исключительно значением давления топлива перед ним. При открытии СК возникает опасность недопустимого повышения давления топлива. Поэтому однов­ременно включается система термозащиты, которая остается в этом, состоянии все время, пока будет открыт СК.

На первом этапе пуска включаются в работу все средс­тва, обеспечивающие качественное распиливание топлива при его низком давлении. Необходимость в их работе отпадает на третьем этапе, когда возросшая частота вращения ротора насоса-регулятора создает давление топлива, достаточное для качественного распиливания.

При достижении необходимого давления основного топли­ва распределительный клапан APT открывается, топливо пос­тупает одновременно во все рабочие форсунки, распиливает­ся в жаровых трубах и воспламеняется. Пламя по пламеперебрасывающим патрубкам переводится в жаровые трубы, не имеющие пусковых блоков. Начинается второй этап пуска ГТД.

Воспламенители отключаются во втором этапе пуска с некоторой задержкой по отношению к расчетному времени на­чала этапа.

Отключение электростартеров означает начало третьего этапа пуска - горячего разгона ГТД, в процессе которого автомат времени, выполнив возложенные на него задачи по управлению пуском, отключается. Этот этап завершается вы­ходом ротора на частоту вращения холостого хода и стаби­лизацией параметров ГТД.

Paбота и обслуживание ГТЗУ на эксплуатационных режимах

Работа ГТД на нулевой или минимальных нагрузке

Работа ГТД с открытыми АУ на холостом ходу протекает в весьма неблагоприятных условиях. Данный режим характеризуется:

- неполным сгоранием топлива в КС. Частичное сгорание происходит в проточной части турбин. Последствия данного процесса приводят к появлению нагара. и кокса на форсунках жаровых трубах, деталях проточной части турбин. Эти явления ухудшают качество распыления топлива, приводят к снижению экономичности ГТД.

- появлением дополнительных термических напряжений в деталях и узлах горячего тракта РТД как вследствие нерав­омерного температурного поля газов, так и в результате отложений нагара;

- повышенным шумом и вибрацией компрессорной части
ГТД и соединенных с ней трубопроводов, что повышает износ узлов и деталей;

- проникновением масла из подшипниковых узлов в проточную часть, ее загрязнение, повышение пожароопасности.

По этим причинам продолжительность работы с открытым антипомпажным устройством должна быть ограничена (не бо­лее 30 мин).

После осмотра двигателя при работе на холостом ходу записывают в вахтенный журнал параметры в контрольной точке (точка хх). Если измеренные значения параметров идентичны формулярным, двигатель выводят на режим прогре­ва. Режим прогрева - это режим, который на 100-200 об/мин выше оборотов закрытия АУ по оборотам КВД. При вы­ходе на данный режим необходимо следить за тем, чтобы температура Т3 (Т4) не превышала допустимых значений (500-г520*С), а скорость переходного процесса с *х до режима закрытия АУ ограничивалась. Допустимое ускорение частоты вращения не должно превышать 60-100 об/с

Целью прогрева ГТД является снижение термических нап­ряжений составных деталей перед принятием нагрузки.

В процессе прогрева происходит:

- выравнивание температурных полей в материале каждой детали горячего тракта ГТД;

- выравнивание температур сопряженных деталей;

- приведение осевых и радиальных зазоров в проточных частях к требуемым величинам.

Продолжительность режима прогрева может достигать 5-10 мин в зависимости от типа и конструктивных особеннос­тей ГТД.

После прогрева двигатель готов к подключению гребного вала (к потребителю) и работе на эксплуатационных режи­мах, вплоть до 1. О N Во время работы ежечасно контроли­руют параметры, осматривают двигатель и системы. Резуль­таты записывают в вахтенный журнал.

При эксплуатации зубчатой передачи (ЗП) ГТУ необходи­мо обеспечить надежную смазку, отвод теплоты от олор и зубчатых зацеплений, исключить повреждения зубьев и под­шипников. Поэтому на входе в ЗП давление и температура масла не должны превышать допустимые значения (давление масла определяется нагрузкой на зубчатые зацепления).

При возникновении вибрации ЗП или валопровода реко­мендуется постепенно снижать нагрузку до полного ее ис­чезновения. Дальнейшая эксплуатация Г'ТЭУ допускается пос­ле выяснения и устранения причин вибрации.

Дата добавления: 2014-01-05