Ю. В. Варечкин, М.Ю.Храмов

Ю. В. Варечкин, М.Ю.Храмов

 

 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

 

Нижний Новгород

2012
Федеральное агенство морского и речного транспорта

Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Волжская государственная академия водного транспорта»

 

 

Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок

 

 

Ю. В. Варечкин, М.Ю.Храмов

 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

 

Учебное пособие для студентов очного и заочного обучения  специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок»

 

 Нижний Новгород

Издательство ФБОУ ВПО «ВГАВТ»

2012

УДК 629.12-135

В18

 

Варечкин, Ю. В.

Эксплуатация судовых турбомашин: учеб. пособие /Ю.В. Варечкин, М.Ю. Храмов. - Н.Новгород : Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2012. – 104с.

 

Рассмотрены различные схемы паровых и газовых установок. Приведено описание принципа их действия и конструкции, а также устройство основных деталей турбин и компрессоров. Описаны системы: топливная, смазывания, охлаждения, управления и защиты. Даны основы технической эксплуатации судовых паровых и газовых установок.

 

Для студентов очного и заочного обучения специальности 180403 «Эксплуатация судовых энергетических установок».

 

Рецензент - доц., к.т.н. В.И. Беспалов.

 

Работа рекомендована к изданию кафедрой эксплуатации судовых энергетических установок (протокол № 13 от 5.05.2011г.).

Введение

На современных судах мирового флота в качестве главных двигателей преимущественно устанавливаются двигатели внутреннего сгорания, но наряду с ними устанавливаются паровые и газовые турбины, отвечающие требованиям новой техники и экономичности для больших мощностей.

Турбина (от латинского turbo «вихрь») представляет собой ротационный тепловой двигатель лопаточного типа. Действие турбины основано на преобразовании тепловой (потенциальной) энергии пара (газа) в кинетическую, с последующим преобразованием энергии в механическую энергию вращающего вала.

Лопаточные двигатели по сравнению с поршневыми двигателями внутреннего сгорания обладают рядом существенных преимуществ. К их числу относятся: непрерывность и устойчивость рабочего процесса, уравновешенность, практически неограниченная мощность, высокая надежность, простота обслуживания, более низкий удельный вес и малые габариты, по сравнению с дизелями аналогичной мощности.

Рабочий процесс турбин характерен постоянством тепловых явлений - теплопередачи и теплового режима в рабочих органах и полостях, что способствует долговечности работы турбин без вскрытия.

Судовой механик работающий на судне с главными двигателями, паровыми или газовыми турбинами, должен разбираться в вопросах рабочего процесса, конструкциях турбин и знать особенности их технической эксплуатации.

 

Судовые паротурбинные установки (ПТУ)

Классификация ПТУ

Судовые паротурбинные установки классифицируются по нескольким признакам.

1. По назначению:

- главные турбины, обеспечивающие судну движение на передний и задний ход;

-турбины вспомогательных механизмов - электрогенераторов, насосов.

2. По числу корпусов: одно- и многокорпусные;

3. По давлению пара, подводимого к турбине: турбины высокого (7,85 МПа), среднего (не более 4,1 МПа), и низкого (ниже 2,8 МПа) давления.

4. По давлению пара на выходе из турбины:

- конденсационные, в которых пар расширяется до давлении ниже атмосферного,

- с противодавлением, давление отработавшего пара которых выше атмосферного.

5. По способу преобразования энергии пара:

- активные, если расширения пара происходит только в сопловых аппаратах турбины;

- реактивные, если располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию примерно поровну в сопловых и рабочих аппаратах;

- комбинированные активно-реактивные турбины;

6.По числу потоков пара;

- однопроточные;

- двухпроточные, когда поток пара после входа в турбину идет в двух противоположных направлениях.

7. По направлению движения пара:

- осевые, если движение пара направлено вдоль оси турбины;

- радиальные, если он движется в плоскости перпендикулярной к оси турбины.

8. По расположению оси турбины:

- горизонтальные (главные и вспомогательные);

- вертикальные (вспомогательные).

9. По способу передачи мощности:

- прямодействующие (с прямой передачей на дополнительный механизм);

- с передачей мощности через зубчатую, гидравлическую или  электрическую передачи.

10. По направлению вращения:

- реверсивные турбоагрегаты, используемые в качестве главных, обратное направление вращения обеспечивается специальной турбиной заднего хода (ТЗХ);

- нереверсивные турбины для главных двигателей, когда реверс судна обеспечивается электрической передачей или винтом регулируемого шага (ВРЩ), а также для вспомогательных механизмов.

 

Принцип действия ПТУ

На Рис. 1 представлена схема паротурбинной установки.

Рис. 1. Схема паротурбинной установки 1- гребной винт, 2- редуктор, 3 - турбина, 4 - котлоагрегат, 5 - пароперегреватель, 6 - питательный насос, 7 - питательный бак, 8 - конденсационный насос, 9 - конденсатор

Пар, получаемый в котлоагрегате 4, поступает в пароперегреватель 5, а затем в турбину 3. Механическая энергия вырабатываемая турбиной, через редуктор 2 передается на гребной винт 1.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор 9. Конденсатор прокачивается забортной водой, которая и служит теплоприемником. В нем пар охлаждается и конденсируется; конденсат насосом 8 подается в питательный бак 7, из которого питательным насосом подается котлоагрегат.

Схема современного парового двухкорпусного турбозубчатого агрегата (ТЗА) приведена на Рис. 2.

Пар от котлов через маневровое устройство поступает к сопловым клапанам 1 турбины высокого давления (ТВД) 2. Маневровое устройство состоит из двух клапанов для подачи пара к турбине переднего хода и заднего хода (ТЗХ).

Пар, отработавший в ТВД по паропроводу 12, называемому ресивером попадает во входной патрубок 11, в корпус турбины низкого давления (ТНД) 10, где расположен ротор 8, а затем в конденсатор 9.

 

Рис. 2. Схема двухкорпусного турбозубчатого агрегата 1 - сопловые клапана, 2 - турбина высокого давления, 3 - ротор ТВД, 4, 7 - первые ступени редуктора, 5 - вторая ступень редуктора, 6 - выходной фланец редуктора, 8 - ротор ТНД, 9 - конденсатор, 10 - турбина низкого давления, 11- входной патрубок, 12 - паропровод.

Соприкасаясь с поверхностью трубок, внутри которых прокачивается вода, он превращается в конденсат, отводимый в питательную систему котла.

Передача мощности от турбины к гребному валу осуществляется посредством двухступенчатого редуктора. Крутящий момент от роторов 3 ТВД и 8 ТНД передается через соответствующие первые ступени редуктора 4 и 7, далее через общую вторую ступень 5 на выходной фланец редуктора 6, который соединен валопроводом с гребным винтом.

К конструкции судовых турбин и турбозубчатым агрегатам (ТЗА) в целом предъявляются высокие требования надежности и экономичности. При этом ТЗА должен обладать хорошими маневренными качествами, быть простым в обслуживании. Применение повышенных параметров пара по сравнению существующими, введение промежуточного перегрева пара, развитие системы подогрева питательной воды позволяет существенно повысить экономичность паротурбинной установки.

Конструкции ПТУ

Общий вид

К конструкциям современных судовых турбин и ТЗА в целом предъявляются высокие требования надежности и экономичности. При этом ТЗА должен обладать хорошими маневренными качествами, быть простым в обслуживании.

Конструкция турбоагрегата с промежуточным подогревом пара приведена на Рис. 3.

Рис. 3. Продольный разрез турбоагрегата 1 - подвод пара из вторичного пароперегревателя, 7 - подвод свежего пара, 8 - сопловая коробка ТВД, 9 - ТВД, 10 - отвод пара во вторичный пароперегреватель, 11 - концевое уплотнение, 12 - упорный подшипник, 13 - импеллер, 14 - гибкая опора, 15 - отбор пара.

Он состоит из двух корпусной турбины, трехступенчатого редуктора и конденсационной установки. Турбины высокого давления (ТВД) и турбины среднего давления (ТСД) размещены в одном корпусе, турбина низкого давления (ТНД) - в отдельном корпусе.

Турбина заднего хода (ТЗХ) отсутствует, поскольку реверсирование турбиной не предусмотрено.

ТВД-ТСД состоит из пяти активных ступеней высокого давления, после которых пар направляется в промежуточный пароперегреватель, и пяти активных ступеней среднего давления, к которым пар подводится после промежуточного перегрева. Потоки пара в ТВД-ТСД направлены от середины в противоположные стороны, что уменьшает утечки через концевые уплотнения.

Полости ступеней высокого и среднего давления разделены разъемной перегородкой с уплотнениями. Концевые части корпуса образуют выпускные патрубки.

На Рис. 4 представлена конструкция турбины низкого давления.

Рис. 4. Турбина низкого давления 1 - кормовой стул, 2 - отвод масла, 3 - зубчатая муфта, 4 - упорный подшипник, 5 - опорный подшипник, 6 - подвод пара из ТСД, 7 - ротор, 8 - концевое уплотнение, 9 - импеллер, 10 - патрубки отсоса пара от уплотнений, 11- гибкая опора, 12 - паровыпускной патрубок, 13 - диск, 14 - рабочие лопатки, 15 - диафрагмы, 16 - корпус, 17 - камера отбора пара.

Отработавший в ТВД пар по ресиверу поступает в паровпускную часть корпуса. Далее через проточную часть турбины и выходной патрубок идет в конденсатор.

Проточная часть ТНД состоит из 10 ступеней активного типа. Ротор жесткий, цельнокованый. С кормовой стороны ротора выточен гребень упорного подшипника и полумуфта, зубчатым венцом соединяющая с торсионным валом зубчатой передачи редуктора. На носовом торце укреплен импеллер, служащий для подачи импульса в систему регулирования.

Проточная часть

Проточную часть турбины составляют детали, при помощи которых совершается преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую, а затем кинетической в механическую работу вала.

К ним относятся: сопловые аппараты, направляющие и рабочие лопатки, вспомогательные детали бандажа, связывающая проволока, замки и крепежные детали.

В зависимости от расположения в корпусе турбин сопловые аппараты различают: регулировочных и первых ступеней группы, промежуточных диафрагм активных турбин, реактивных турбин.

На Рис. 5, а показана типовая конструкция индивидуальных фрезерованных лопаток, применяемых в первых ступенях главных турбин.

Индивидуальные цельнофрезерные сопла набираются либо непосредственно в пазы сопловой коробки, либо в сопловые сегменты, которые затем крепятся к ней. Для крепления сопла 1 снабжены в верхней части дуговыми выступами (фланцами) 2 и 3.

Рис. 5. Сопловые лопатки а) индивидуальные фрезерованные сопла; б) крепление сопл к корпусу; в) сборный сопловой фрагмент; г) сопловой сегмент с залитыми лопатками; д) литой сопловой сегмент.

Сборные сопловые аппараты (Рис. 5, в) состоят из цельнофрезерованных лопаток 1 и двух обойм наружной 2 и внутренней 3. Каждая лопатка в верхней и нижней частях имеет шип 5 и отверстие под заклепку 4 для крепления в обоймах.

Сопловые аппараты (Рис. 5, г) состоят из лопаток стального проката и тела сегмента 2, полученного путем заливки верхней и нижней частей лопаток чугуном с последующей обработкой.

Литые сопловые аппараты (Рис. 5, д) являются дешевыми, однако трудность качественной обработки каналов снижает их эффективность.

Направляющие и рабочие лопатки турбин неподвижно закреплены в корпусе или в диафрагмах. Рабочие лопатки крепятся к дискам или барабану.

Турбинные лопатки имеют разнообразную конструкцию. На Рис. 6 изображены наиболее часто применяемые в судовых турбинах рабочие и сопловые лопатки.

Рис. 6. Типы лопаток турбин - активная (а) и реактивная (б)

Каждая лопатка состоит из трех основных частей: хвостовой 1 для закрепления в роторе или корпусе, рабочей части 2, омываемой паром и концевой 3. Концевая часть представляет собой шип, на который насаживается ленточный бандаж либо так называемое уплотнение. Поперечные сечения лопатки в пределах рабочей части называется профилем лопатки.

Формы активных и реактивных лопаток отличаются между собой. Активные лопатки турбин имеют симметричную форму и образуют каналы примерно постоянной величины. Реактивные лопатки образуют суживающиеся каналы, в которых происходит расширение и ускорение рабочего тела.

Применяют следующие способы крепления лопаток на роторе: погружного типа и верхового типа.

На Рис. 7 представлены конструкции наиболее часто встречающихся форм хвостового крепления лопаток.

Рис. 7. Типы лопаточных хвостов

Сопловые лопатки реактивных турбин и направляющие лопатки ступеней скорости снабжаются хвостовиками только погружного типа (Рис. 7, а, б, в, г), хвостовики верхового типа (Рис. 7, д, е) могут применятся лишь при посадке рабочих лопаток на диски в активных одновенечных ступенях. Фиксируют лопатки с помощью планки, которая после установки лопатки соответствующим образом загибается (Рис.7, ж).

Для борьбы с вибрацией (от воздействия струи пара) вершины лопаток скреплены бандажной лентой, надеваемой на шипы, или связующей проволокой. Бандажная лента состоит из нескольких отрезков, объединяющих 6…12 лопаток, между которыми предусматриваются зазоры в 1,5…2мм для компенсации теплового расширения. Крайние лопатки иногда припаивают к бандажной ленте.

На Рис. 8 показано крепление реактивных лопаток связующей проволокой, которую пропускают через отверстия в лопатках 1 и припаивают к ним серебряным припоем.

Рис. 8. Установка связующих проволок	Рис. 9. Замки

Проволока состоит из отдельных отрезков, объединяющих 8…10 лопаток в отдельные пакеты. Для меньшей амплитуды колебаний между пакетами ставят демпфирующую проволоку 2 (мостик).

Для размещения лопаточных хвостовиков погружного типа в пазах ротора на окружности обода диска или барабана делают вырез (колодец), который после набора лопаток в ступень закрывают замком (Рис. 9)

Планка 2 штифтом 1 закрепляется на рабочем колесе.

 

Роторы паровых турбомашин

Ротором называют вращающуюся часть турбомашины с закрепленными на ней рабочими лопатками. В процессе взаимодействия потока с рабочими лопатками энергия пара от потока передается лопатками потребителю.

Ротор состоит из вала с дисками или барабана с полуосями, рабочих лопаток, упорного гребня, элементов наружных уплотнений и полумуфт. Типы роторов приведены на Рис. 11

Рис. 11. Типы роторов  а) - с насадными дисками; б) - цельнокованый барабанный; в) - барабанного типа; г) - цельнокованый дисковый; д) - сварной

Конструкция ротора зависит от типа турбины: в активных турбинах применяются дисковые, в реактивных - барабанные, а в активно-реактивных- комбинированные.

По способу изготовления роторы различают: цельнокованые, когда весь ротор, за исключением мелких деталей (гребня, втулки уплотнения) состоит из одной поковки (обычно диаметром до 1 м), составные- ротор составлен из двух или большего числа крупных поковок, сварные- ротор сварен из отдельных частей.

 

Диафрагмы турбин

Диафрагмы многоступенчатых активных турбин предназначены для разделения внутренней полости турбины на отдельные ступени давления, а также для размещения сопловых лопаток, обеспечивающих последовательное расширение пара в ступенях. Независимо от конструкции каждая лопатка состоит из двух половин: верхней, устанавливаемой в крышке турбины, и нижней, располагаемой в нижней половине корпуса.

Любая диафрагма состоит из полотна, представляющего собой ее остов, сопловых лопаток, обода и уплотнения в местах прохода вала через центральное отверстие диафрагмы. Сопла в диафрагмах могут располагаться по всей окружности или только в части ее. В первом случае диафрагма будет с полным впуском пара, во втором- с парциальным.

По способу изготовления и крепления сопловых лопаток диафрагмы бывают литые, наборные и сварные. На Рис. 14 представлены все типы диафрагм.

Рис. 15. Диафрагмы а) - литая, б) - наборная, в) - сварная.

Литая диафрагма имеет обод 1, сопловые лопатки 2 и полотно 3. На кромках сопловых лопаток делают шины в виде ласточкиного хвоста или сверлят отверстия.

В наборной диафрагме цельнофрезерные сопла 1 надеваются на кольцевой выступ 2 с прорезями 3 и крепятся заклепками 4.

В сварной диафрагме сопловые лопатки набраны в специально проточенной канавке. Далее диафрагма закрепляется в специальное приспособление и лопатки по всей дуге приваривают к ободу и телу. Сопловые лопатки 3 набираются в специальном приспособлении в два ленточных бандажа - наружный 2 и внутренний 4 с отверстиями так, чтобы края лопаток выступали за бандажные ленты с каждой стороны на 1…1,5мм. Затем концы лопаток приваривают к бандажам, полученную таким образом сопловую решетку приваривают к ободу 1 и полотну 5.

 

Подготовка турбоагрегата к действию

Подготовка парового турбоагрегата к прогреванию начинается с проверки состояния агрегата и обслуживающих систем.

Для этого необходимо выполнить следующие действия:

1. Подготовить турбины и зубчатые передачи, т.е. произвести осмотр турбин и зубчатых передач и убедиться в наличии всех штатных контрольно-измерительных приборов и их исправности. Проверить состояние указателей расширения корпусов и скользящих опор. Произвести замеры осевого и радиального положения валов и осевого положения корпусов.

2. Подготовить и ввести в действие масляную систему.

Для этого необходимо:

· Удалить отстоявшуюся воду и шлам из масляных цистерн;

· Проверить уровень масла в сточных и напорных гравитационных цистернах;

· В случае низкой температуры масла подогреть его до 30…35 ⁰С, при этом следить за тем, чтобы давление греющего пара не превышало 0,11…0,115 МПа;

· Запустить масляный сепаратор и ввести его в действие;

· Подготовить к работе фильтры и маслоохладитель, открыть соответствующие клапаны и клинкеты;

· Подготовить к пуску и запустить масляный насос;

· Открыв воздушные краники на фильтре, маслоохладители на всех крышках подшипников турбин и зубчатой передачи, выпустить воздух и проверить заполнение масляной системы маслом;

· Проверить поступление масла на смазывание зубьев зубчатой передачи, при необходимости открыв для этого смотровые лючки;

· Убедиться, что давление в системах смазывания и регулирования соответствует значениям, указанным в инструкции;

· Убедиться в отсутствии утечек масла из системы;

· Понижением уровня масла проверить исправность сигнального устройства;

· После запуска циркуляционного насоса открыть клапаны циркуляционной воды у маслоохладителя, проверить циркуляцию воды;

· Проверить исправность действия терморегуляторов;

· Убедиться в наличии достаточного перелива масла из напорной гравитационной цистерны.

3. Подготовить к работе валоповоротное устройство;

4. Произвести осмотр и подготовку валопровода;

При подготовке валопровода к проворачиванию необходимо:

· Проверить отсутствие посторонних предметов на валопроводе;

· Отжать тормоз валопровода;

· При необходимости ослабить дейдвудный сальник;

· Проверить и подготовить к работе систему охлаждения подшипников;

· Проверить и убедиться в нормальном натяжении цепи привода к датчику тахометра;

· Подготовить и включить валоповоротное устройство;

О включении валоповоротного устройства, на посту управления повесить табличку ВАЛОПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО ВКЛЮЧЕНО. Для пробного проворачивания турбоагрегата ВПУ необходимо получить разрешение вахтенного помощника капитана. Произвести проворачивание на 1 и 1/3 оборота гребного винта на передний и задний ход. При этом наблюдать по амперметру за мощностью, потребляемой электродвигателем валоповоротного устройства и тщательно прослушивая турбину и зубчатую передачу. Превышение нагрузки допустимого значения свидетельствует о наличии неисправности, которая должна быть устранена.

5.  Подготовить паропровод и систему управления, сигнализации и защиты;

Подготовка заключается в проверке работы паровых клапанов на открытие и закрытие при отсутствии пара в паропроводах:

· Проверить, закрыты ли клапаны отбора пара из турбин;

· Открыть клапаны продувания;

· Открыть-закрыть быстрозапорный, маневровый и сопловые клапаны, чтобы убедится в исправности их действия;

· Произвести наружный осмотр редукционных и предохранительных клапанов;

· После подачи масла в систему регулирования выключить вакуум-реле, открыть быстрозапорный клапан, проверить его действие выключением от руки, понижением давления масла, а также воздействием на реле осевого сдвига, после чего оставить клапан закрытым и включить вакуум-реле;

· Открыть клапаны продувания ресиверов, быстрозапорного и маневрового клапанов, паровой коробки и камер штоков сопловых клапанов;

· Перед прогреванием турбин, прогреть и продуть главный паропровод до быстрозапорного клапана через специальный трубопровод прогревания или медленным открытием главных разобщительных клапанов, постепенно повышая давление в паропроводе по мере прогревания.

6. Подготовить конденсационную систему и главный конденсатор;

для этого необходимо:

· Открыть приемный и отливной клинкеты (или клапаны) циркуляционного насоса, запустить главный циркуляционный насос;

· Открыть воздушные краники на водяной части главного конденсатора, закрыв их после того, как из них пойдет сплошной струей вода;

· Проверить и убедится, что спускные клапаны водяной стороны конденсатора и циркуляционного насоса закрыты;

· Заполнить сборник конденсата главного конденсатора питательной водой до половины водомерного стекла;

· Подготовить к действию автоматику поддержания уровня конденсата в конденсаторе;

· Проверить открытие клапанов на магистрали конденсата, поступающего к холодильникам (конденсаторам) эжекторов;

· Открыть клапан на трубопроводе обратной циркуляции;

· Пустить конденсатный насос, после чего открыть клапан на его напорном трубопроводе;

· Проверить работу регулятора уровня конденсата в конденсаторе.

7. Прогреть паровые турбины.

Прогревание турбин начинают с подачи пара к концевым уплотнениям турбин, подготавливают и включают в работу главный пароструйный эжектор, тем самым поднимают вакуум в конденсаторе. Включают в действие автоматику поддержания давления в системе управления.

Поднимают вакуум до полного для проверки плотности системы после чего снижают до величины, установленной заводом производителем.

В процессе подъема вакуума проворачивают роторы турбин валоповоротным устройством.

Для прогревания турбин главных турбозубчатых агрегатов применяется три способа прогревания:

Первый- прогревание турбин при вращении ротора рабочим паром на стоянке;

Второй- прогревание турбин при вращении роторов валоповоротным устройством;

Третий- комбинированный, при котором вначале прогревание ведется при вращении ротора валоповоротным устройством, а затем, получив разрешение с командного мостика, дают пробные обороты рабочим паром турбин на передний ход. При этом внимательно прослушивают турбины, зубчатые зацепления и подшипники.

Проверяют давление пара при страгивании турбин, которое не должно превышать значений, указанных в инструкции. Меняют направление вращения турбин с переднего хода на задний, с помощью маневрового клапана и опять прослушивают все элементы ТЗА. После окончания процесса прогревания турбин переводят циркуляционный конденсатный и масляный насос на нормальный эксплуатационный режим работы и поднимают вакуум в главном конденсаторе до рабочего значения.

При этом надо иметь в виду, что роторы турбин могут оставаться неподвижными, после подачи пара к уплотнениям не более 5…7 минут.

8. Проверить блокировку, исключающую возможность пуска агрегата в ход при включенном валоповоротном устройстве.

9. Произвести процесс пробного проворачивания ТЗА.

При пробном проворачивании турбоагрегатов валоповоротным устройством необходимо убедится, что:

· Быстрозапорный клапан (БЗК) закрыт;

·  Маневровые клапаны турбины закрыты;

·  Автоблокировка валоповоротного устройства, если она имеется, не позволяет открыть БЗК давлением масла.

В процессе пробного проворачивания турбоагрегата валоповоротным устройством необходимо выполнить следующие действия:

· Провернуть валы турбоагрегата, тщательно прослушивая при этом турбины и зубчатую передачу;

· Пробное проворачивание производить не менее чем на один оборот гребного вала на передний и задний ход;

· Следить за силой тока потребляемого валоповоротным устройством и в случае превышения нормального значения или резком колебании силы тока немедленно остановить валоповоротное устройство до выяснения причин и устранения неисправностей.

При проворачивании ГТЗА ВПУ возможно, что электродвигатель валоповоротного устройства при страгивании и проворачивании ГТЗА имеет повышенную нагрузку или резкие колебания. Это может происходить по следующим причинам:

· Возможно задевание внутри турбины в облопатывании или в уплотнении, задевание в зубчатой передаче во время проворачивания ГТЗА, при этом слышен характерный звук.

В этом случае необходимо вскрыть горловины и прослушать изнутри, проверить осевые и радиальные зазоры как в проточной части, так и в подшипниках.

При обнаружении недопустимых просадок или разбегов, дефектов проточной части турбины вскрыть корпус или редуктор и устранить дефекты.

· В турбине слышен характерный при наличии воды звук, скопление воды в корпусе турбины, переполнение главного конденсатора.

Для их устранения необходимо открыть продувание турбины, удалить воду, довести уровень в главном конденсаторе до нормального.

· Возможно заедание внутри кинематической схемы ВПУ.

В этом случае необходимо отключить ВПУ, проверить кинематическую схему и устранить заедание.

· Возможно нарушение работы электродвигателя.

В этом случае надо проверить подшипники и электрическую схему и устранить неисправность.

· Зажат тормоз.

· Намотан трос на винт.

В процессе прогревания турбин запрещается применять следующие процедуры:

· Снижать вакуум в конденсаторе за счет уменьшения подачи пара на уплотнения;

· Держать открытыми БЗК и маневровые клапаны при проворачивании ГТЗА валоповоротным устройством.

По окончании прогревания турбин необходимо выполнить следующие действия:

· Произвести пробные пуски турбоагрегата со всех постов управления;

· Убедиться в правильности действия системы дистанционного управления.

В процессе пробных оборотов ГТЗА возможно, что турбина не страгивается при допустимой величине давления пара. Это возможно по следующим причинам:

· Не достаточен вакуум в главном конденсаторе;

· Тепловой прогиб ротора турбины в результате местного охлаждения во время стоянки с прогретым ГТЗА и нарушение режима проворачивания.

В этом случае следует вывести турбинную установку из действия, дать турбине постепенно остыть. Для равномерного остывания необходимо закрыть приемные и отливные клинкеты главного конденсатора, удалить из него охлаждающую воду. После проворачивания ГТЗА ВПУ ввести установку в действие.

· При открытии сопловых клапанов происходит падение давления в главном паропроводе.

В этом случае возможна неисправность клапанов на главном паропроводе или они не полностью открыты.

 

Пуск турбин в ход

По команде с мостика дать ход, плавным открытием маневрового клапана довести частоту вращения роторов до заданного. При этом тщательно прослушивают турбины и редуктор и следят за равномерностью расширения корпусов турбин, положение роторов, температурой и давлением масла, уровнем конденсата в конденсаторе.

При запуске темп повышения частоты вращения турбоагрегата следует устанавливать по тепловому и по вибрационному состоянию.

При переходе на установившийся режим работы открывают сопловые клапаны, из таблиц выбирают такую комбинацию, чтобы маневровый клапан был максимально открыт.

Закрыть клапаны продувания и клапан редукции конденсата и открыть клапаны отбора пара.

Отрегулировать обжатие дейдвудного сальника.

Если предполагается длительный передний ход необходимо закрыть разобщительный клапан заднего хода и открыть продувание камеры между разобщительным и маневровым (заднего хода) клапанами на конденсатор.

При работе турбоагрегата на самом полном ходу запрещается превышать частоту вращения (мощность) и длительность работы агрегата.

При экстренном пуске агрегата допускается отключение защитных устройств по осевому сдвигу роторов и по вакууму в конденсаторе.

При маневрировании недопустимо нарушать частоту вращения полного хода и давление контрпара.

Давление контрпара может быть повышено до величины предусмотренной в инструкции для экстренного торможения только в случаях грозящих судну опасностью и когда по машинному телеграфу дважды поступает команда «Самый полный».

 

Принцип действия

Газотурбинным называется такой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия рабочего тела превращается в механическую энергию в газовой турбине. Рабочим телом в газовой турбине служит любой газ (воздух, продукты сгорания, гелий, азот и др.) или их смеси.

Газотурбинный двигатель с зубчатой передачей и навешенными или расположенными на общей с ним раме вспомогательными механизмами и устройствами называется газотурбинным агрегатом.

Газотурбинный агрегат с обслуживающими его системами образует газотурбинную установку (ГТУ).

Схема простейшего судового газотурбинного двигателя (ГТД) (открытого цикла) с горением топлива при постоянном давлении представлена на Рис. 25, а соответствующие процессы термодинамического цикла в диаграмме T - S изображены на Рис. 26.

Рис. 25. Схема ГТУ открытого цикла

В состав ГТД входят три основных элемента: газовая турбина 5, компрессор 3 и камера сгорания 4. Помимо этого на схеме изображено: гребной винт 7, редуктор 6, муфта 2 и пусковой электродвигатель 1.

Компрессор засасывает атмосферный воздух, сжимает его до определенного давления р и подает в камеру сгорания. Сюда же топливным насосом непрерывно подается топливо, которое сгорает в среде сжатого воздуха.

 Образующиеся при этом продукты сгорания (газы) при высокой температуре  и давлении  поступают в газовую турбину, где, расширяясь вращают ротор точно так же, как пар вращает ротор паровой турбины. Отработавшие газы выбрасываются в атмосферу, в силу этого цикл называем открытым.

Газовая турбина большую часть своей мощности затрачивает на привод компрессора, а оставшуюся часть (полезная мощность) отдает гребному винту 7.

Вращение от газовой турбины к гребному винту передается через зубчатую передачу (редуктор) 6.

Запуск установки производится от пускового электродвигателя 1, который может быть соединен с общим для турбины и компрессора валом при помощи специальной муфты 2. Электродвигатель сообщает компрессору требуемую частоту вращения, после чего в камеру сгорания подается через форсунку топливо, и установка начинает работать.

ГТУ работает по циклу, изображенному на Рис. 26.

Рис. 26. Цикл ГТУ

Здесь:

1-2’- адиабатный процесс сжатия в компрессоре;

1-2 - действительный процесс сжатия в компрессоре с учетом внутренних потерь;

2-3 - подвод теплоты в камере сгорания;

3-4’- адиабатный процесс расширения в турбине;

3-4 - действительный процесс расширения в турбине;

4-1 - условный замыкающий процесс, соответствующий охлаждению газов, покидающих турбину.

 

Сложные циклы

На Рис. 27 представлена схема ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха и регенерацией теплоты и изображен её цикл в диаграмме T - S.

Рис. 27. Схема и цикл ГТУ с промежуточным охлаждением и регенерацией теплоты

Линии 1 - 2’ и 1’ - 2 соответствуют процессам сжатия в ком­прессоре низкого давления 1 и в компрессоре высокого давления (КВД) 3 с учетом внутренних потерь в компрессоре. Линия 2' - 1' - процессу отвода теплоты при постоянном давлении в промежуточном воздухо­охладителе 2. Промежуточный воздухоохладитель повышает экономичность двигателя, так как сжатие воздуха в КВД происходит при более низкой температуре. Линия 2 - 5 подогрев воздуха в регенераторе 5. Регенератор - теплообменный аппарат, в котором отработавшие в турбине газы нагревают воздух, поступающий в камеру сгорания. При наличии регенератора для достижения той же температуры газа перед турбиной требуется сжигать меньшее количество топлива в камере сгорания, чем в ГТД без регенератора. Линия 5 - 3 - подвод теплоты в камере сгорания 4. Линия 3-4 расширения газов в турбине 6. 4 - 6 - отвод теплоты от газов в регенераторе и 6-1 охлажде­ние продуктов сгорания в атмосфере, условное замы­кание цикла.

За счёт использования части теплоты с уходящими газами для подогрева сжатого воздуха, перед его поступлением в камеру сгорания, повышается эффективность действия ГТУ.

Возможно также осуществить промежуточный подогрев. Схема ГТУ с промежуточным подогревом и регенерацией теплоты представлена на Рис. 28.

Рис. 28. Схема и цикл ГТУ с промежуточным подогревом и регенерацией теплоты

Линия 1 - 2 соответствует процессу сжатия в компрессоре 1. Линия 2 - 5 - подогрев воздуха в регенераторе 5. Линия 5 - 3 - подвод теплоты в первой камере сгорания 2. Линия 3 - 4’ расширения газов в турбине высокого давления 3. Линия 4’ - 3’ - подвод теплоты во второй камере сгорания 4. Линия 3’ - 4 - расширение газов в турбине низкого давления 6. 4 - 6 - отвод теплоты от газов в регенераторе и 6 - 1 охлаждение продуктов сгорания в атмосфере, условное замыкание цикла.

Рассмотрим цикл с промежуточным охлаждением, промежуточным подогревом и регенерацией теплоты, представленный на рис. 29.

Линии 1 - 2’ и 1’ - 2 соответствуют процессам сжатия в ком­прессоре низкого давления 1 и в компрессоре высокого давления 7. Линия 2' - 1' - процессу отвода теплоты при постоянном давлении в промежуточном воздухоохладителе 8. Линия 2 - 5 подогрев воздуха в регенераторе 5. Линия 5 - 3 - подвод теплоты в первой камере сгорания 2. 3 - 4’ расширения газов в турбине высокого давления 3. Линия 4’ - 3’ - подвод теплоты во второй камере сгорания 4. Линия 3’ - 4 - расширение газов в турбине низкого давления 6. 4 - 6 - отвод теплоты от газов в регенераторе и 6 - 1 охлаждение продуктов сгорания в атмосфере, условное замыкание цикла.

Рис. 29. Схема и цикл с промежуточным охлаждением, промежуточным подогревом и регенерацией теплоты

 

Устройство ГТД

Схема конструкции газотурбинного двигателя судовой установки ГТУ - 20 мощностью 8700 кВт приведена на Рис. 30.

Рис. 30. Схема судового газотурбинного двигателя легкого типа

Компрессор высокого давления приводится во вращение турби­ной высокого давления, компрессор низкого давления - турбиной среднего давления (вал проходит внутри вала КВД - ТВД). Турбина винта вырабатывает полезную мощность, которая через рессору 13 и редуктор 14 передается винту. Все три турбины имеют различную частоту вращения. Для передачи мощности от пусковых электродвигателей и для привода навешенных вспомогательных механизмов служат передняя 2 и основная 3 коробки приводов. Маслоагрегат 15 также получает энергию от вала компрессора. Все элементы ГТД смонтированы на общей раме 16. Окружающий воздух эжектируется уходящими газами и, проходя между кожухом и корпусом двигателя, охлаждает эти элементы.

 

Компрессоры

Назначение, классификация

Компрессором называют машину, предназначенную для повышения давления газа и для его перемещения за счет подведен­ной механической энергии.

По принципу действия компрессоры разделяют на лопаточные (турбокомпрессоры) и объемного действия. В лопаточных компрессорах давление рабочей среды повышается за счет преобразования подведенной механической энергии от вращающихся рабочих лопаток к потоку воздуха (газа) движущемуся в межлопаточных каналах. В компрессорах второго типа давление повышается за счет уменьшения объема, занимаемого воздуха (газа), под действием перемещающейся детали, например поршня.

По конструктивному исполнению компрессоры различают на: центробежные, осевые и комбинированные.

Объемные компрессоры в зависимости от характера движения рабочего органа делятся на поршневые и ротационные.

По параметрам компрессоры характеризуются производитель­ностью - массовой или объемной:

- степенью повышения давления;

- скоростью перемещения рабочих органов - частотой вращения
ротора или скоростью движения поршня.

По назначению различают компрессоры газотурбинных двигате­лей, компрессоры наддувочных и продувочных агрегатов.

Компрессоры судовых ГТУ должны отвечать следующим требованиям: создать необходимую степень сжатия при возможно большем к. п. д.; подать в камеры сгорания непрерывный поток воздуха; быть всережимными; то есть иметь как можно меньшую чувствительность к изменениям режимов работы от пуска до полного хода. Этим требованиям больше всего удовлетворяют осевые и центробежные компрессоры. Оба типа компрессоров относятся к классу ротативных лопаточных машин. В осевом компрессоре сжатие потока движется параллельно оси, в центробежном - от центра к периферии.

 

Конструкции газовых турбин

Ротор

Вал, критическая скорость вращения которого выше рабочего, называют жестким. Если критическая скорость вращения ниже рабочего, вал называют гибким.

В установках, рассчитанных на работу при изменяющейся в ши­роких пределах скорости вращения (к таким установкам относятся су­довые ГТУ). роторы, как правило, выполняют жесткими.

Роторы газовых турбин с одной-двумя ступенями иногда делают однодисковыми, консольными. Диск соединяется с валом при помощи болтов, шпилек или радиальных штифтов. Ротор многоступенчатой турбины изготовляют из нескольких дисков, сваренных между собой или собранных на стяжных болтах или шпильках.

На Рис. 34 показаны некоторые наиболее типичные конструкции роторов.

Консольный однодисковый ротор (Рис. 34, а) часто применяют в высокооборотных напряженных турбинах. Рабочее колесо обычно имеет форму диска равного сопротивления без центрального отверстия. В большинстве случаев он выполняется отдельно от вала, соединяется с валом болтами, шпильками или радиальными штифтами, обеспечивающими сохранение соосности при тепловых расширениях.

Для высокооборотного ротора многоступенчатой турбины широ­кое применение находит сварной ротор, состоящий из нескольких сплошных дисков (см. Рис. 34, б).

Рис. 34. Различные типы роторов газовых турбин

Часто многоступенчатый ротор выполняют в виде отдельных дисков (Рис. 34, в) собранных на стяжке 1, проходящей через цен­тральное отверстие. Сохранение соосности дисков при тепловых рас­ширениях обеспечивается радиальными шлицами 2, размещенными по окружности.

Барабанная конструкция ротора (Рис. 34, г) может применяться только в многоступенчатых турбинах при сравнительно низких окружных скоростях.

Цельнокованый ротор (Рис. 34, д) конструктивно достаточно прост.

 

Рабочие лопатки

Рабочие лопатки относятся к наиболее ответственным деталям газовой турбины и всей ГТУ. В газовых турбинах чаще всего применяются лопатки переменного профиля по высоте. С целью по­вышения прочности рабочих лопаток при их профилировании стре­мятся уменьшить площадь сечения профиля на периферии относи­тельного корневого сечения. Это позволяет уменьшить напряжения в лопатке от растяжения центробежными силами.

Ответственным узлом является крепление лопаток на роторе.

На Рис. 35 показаны различные виды крепления рабочих лопаток.

Рис. 35. Различные типы крепления лопаток на роторе а) - Т - образное; б) - грибовидное; в) - зубчатое; г) - вильчатое; д) - Лаваля; е) - елочное.

Одним из наиболее простых является Т - образное крепление (Рис. 35, а). В диске или барабане протачивают в тангенциальном (окружном) направлении паз, в котором набираются лопатки. Между двумя соседними лопатками в паз может устанавливаться так называемое промежуточное тело, обеспечивающее необходимое расстояние между ними.

Т - образное крепление обычно применяют для относительно ко­ротких лопаток, так как при большой центробежной силе в нем возни­кают чрезмерные напряжения. Наиболее опасные сечения крепления: Б - В - работает на растяжение, А - В - работает на смятие, Д - Г - работает на растяжение и изгиб.

Грибовидное крепление лопаток (Рис. 35, б), при котором лопатки вводятся на свои места в тангенциальном направлении.

Зубчатое крепление лопаток (Рис. 35, в). Лопатки также вводятся в паз в тангенциальном направлении. Зубцы выфрезеровываются как на хвостовой части лопатки 1. так и на промежуточном теле 2.

Вильчатое крепление лопаток (Рис. 35, г). Лопатки крепятся к диску плотно пригнанными заклепками, которые выполняются из вязкой стали.

Крепления лопаток типа Лаваль (Рис. 35, д) применяют при умеренных напряжениях и температурах.

Елочные крепления (Рис. 35, е) применяются при высоких напряжениях и температурах. В елочном креплении центробежная сила воспринимается полочками всех зубцов, что снижает напряжения.

На Рис. 36, в качестве примера, показано замковое соединение лопаток с зубчатом креплением.

Рис. 36. Рабочие лопатки с зубчатым креплением: 1 - замковая вставка; 2 - клин к замку; 3 - клиновая вставка.

Когда все лопатки поставлены на свои места в тангенциальном пазе ротора, устанавливают замковую вставку 1 и клиновую вставку 3. Затем вводят клин 2, а вставку 3 сверху расчеканивают. Лопатки прошиты двумя бандажными проволоками. У вершины они имеют утонение, что уменьшает опасность возникновения аварии в случае задевания лопаток о корпус.

 

Корпус

Корпуса современных газовых турбин выполняют, как правило, сварными или сварно-литыми, не имеющими горизонтального разъема, реже литой с горизонтальным разъемом. Для облегчения условий работы корпуса турбин делают двустенными. В этом случае внутренний корпус из жаростойких сталей и сплавов несет тепловую нагрузку, наружный корпус воспринимает разность давлений. Наружный корпус как экраном защищен внутренним корпусом от воздействия высоких температур, и дополнительно предусматривает водяное охлаждение.

Все элементы внутреннего корпуса имеют возможность свободных тепловых расширений во избежание возникновения значительных напряжений. Крепление корпуса турбины на фундаментной раме устроено так, чтобы происходило свободные тепловые расширения без нарушения центровки ротора и статора.

Для уменьшения радиального зазора над рабочими лопатками в корпусе иногда устанавливают специальные керамические обечайки. В результате приработки во время эксплуатации радиальный зазор оказывается небольшим.

В корпусе турбины крепятся сопловые аппараты и диафрагмы с сопловыми (направляющими) лопатками. Иногда сопловые лопатки крепятся непосредственно в корпусе - чаще в многоступенчатых турбинах реактивного типа при умеренных температурах

Диафрагмы обычно имеют сварную конструкцию. Они как и в паровых турбинах, могут выполняться из двух половин, которые под­вешиваются в корпусе вблизи разъема. Часто диафрагмы выполняют из отдельных сегментов, которые вводятся в фасонные пазы корпуса и могут свободно расширяться при нагреве.

 

Уплотнение газовых турбин

В целях исключения протекания рабочего тела (газа) в машинное отделение между валом и корпусом газовой турбины ставят уплотнения так называемые лабиринтовые. Они представляют собой ряд сужений, образуемых вокруг вала, например, зачеканенными в корпусе пластинами и усиками на валу. Газ, протекая через узкую щель, по обе стороны которой создается перепад давлений, сразу за щелью теряет свою скорость, то есть дросселируется. Таким образом, давление в уплотнении падает от камеры к камере, а скорость за каждым сужением гасится.

На Рис. 37 показаны некоторые конструктивные формы лабиринтовых уплотнений.

Рис. 37. Некоторые конструктивные формы лабиринтовых уплотнений: 1 - корпус; 2 - элемент уплотнения с усиками; 3 - вал; 4 - плоская пружина; 5 - керамическое кольцо.

Элементы с усиками выполняются в виде отдельных сегментов (Рис. 37, а), которые вводятся в специальные фасонные пазы корпуса или диафрагмы.

Лабиринтовые уплотнения (Рис. 37, 6) крепятся на болтах к соответствующим элементам статора.

Уплотнение (Рис. 37, в) выполнено с керамическими вставками для уменьшения протечек газа.

Уплотнения (Рис. 37, г, д), а также радиальное типа (Рис. 37, е) имеют сравнительно небольшие коэффициенты расхода рабочего те­ла.

Протечки газа из турбин в машинное отделение крайне нежела­тельны. Поэтому выходные части вала уплотняют воздухом. Воздух подается в камеру переднего концевого уплотнения при давлении, несколько превышающем давление за соплами первой ступени.

Камеры сгорания

Камеры сгорания предназначены для создания газового потока

заданной температуры за счет сжигания топлива. Схематично камера сгорания показана на Рис. 38.

Рис.38. Схема камеры сгорания

Камера сгорания состоит из корпуса 5, жаровой трубы 4, топливной форсунки 1, и блока зажигания 3. Весь воздух, поступающий в камеру сгорания, делится на первичный и вто­ричный. Первичный проходит внутрь жаровой трубы через воэдухо-направляющее устройство 2, перемешивается с топливом и принимает участие в горении как окислитель. Температура газа в зоне горения достигает 1800°С. Для снижения температуры газа до приемлемой величины предназначен вторичный воздух. Он поступает внутрь жаровой трубы через сопла или отверстия смесителя 6 и перемешивается с горячими газами. Эта зона жаровой трубы называется зоной смешения. Проходя по кольцевому каналу между корпусом и жаровой трубой, вторичный воздух охлаждает ее. Форсунка подает топливо в зону горения в мелко распыленном состоянии. Блок зажигания предназначен для пуска камеры сгорания. В его состав входит пусковая топливная форсунка и электроискровая свеча. По конструктивным особенностям камеры сгорания можно классифицировать:

- по типу - трубчатые, многотрубчатые (секционные), кольцевые, трубчато-кольцевые;

- по числу форсунок- на одно-, двух- и многорегистровые (горелочные);

- по направлению движения потока - на прямоточные и петлевые (с поворотом потока на 180°);

- по направлению распыления топлива - с распыливанием топлива вдоль оси камеры сгорания (потока воздуха и газов) и поперек оси.

Трубчатая камера сгорания схематично представлена на Рис. 39.

Рис.39. Трубчатая камера сгорания а) - поперечное сечение индивидуальной трубчатой камеры; б) - трубчатая камера сгорания 1 - завихритель; 2 - форсунка; 3 - запальное устройство; 4 - наружный корпус; 5 - кожух жаровой трубы; 6 - кожух зоны смешения.

Трубчатые камеры сгорания выполняются как одно-, так и многорегистровыми прямоточными и петлевыми, с распыливанием топлива вдоль оси камеры сгорания. На поперечных сечениях камер огневое пространство заштриховано.

Кольцевые камеры сгорания характеризуются единым огневым пространством Рис. 40, Рис. 41. Пламенная труба имеет вид кольцевой полости с многорегистровым фронтовым устройством и расположена между наружным кожухом и внутренним корпусом.

Рис.40. Кольцевая камера сгорания а) - поперечное сечение кольцевой камеры сгорания; б) - кольцевая камера сгорания 1 - форсунка; 2 - запальное устройство; 3 - наружный корпус; 4 - наружный кожух жаровой трубы; 5 - внутренний кожух жаровой трубы; 6 - внутренний корпус; 7 - коническая головка; 8 - диффузор; 9 - лопаточный завихритель.

Рис. 41. Кольцевая камера сгорания 1 - запальное устройство; 2 - наружный корпус; 3 - наружный кожух жаровой трубы; 4 - внутренний кожух жаровой трубы; 5 - диффузор; 6 - лопаточный завихритель; 7- форсунка.

Трубчато-кольцевые камеры сгорания состоят из нескольких пламенных труб по окружности двигателя (Рис. 42). Все камеры идентичны, имеют малые массы и габариты и соединены между собой пламепередающими патрубками, которые служат для выравнивания давления и распространения пламени при запуске по всем жаровым трубам. Блоки зажигания устанавливают в двух-трех камерах. Попе­речное сечение огневых камер заштрихованы.

Рис. 42. Трубчато-кольцевая камера сгорания - поперечное сечение

Многотрубчатые (секционные камеры сгорания, поперечное се­чение представлено на Рис. 43) состоят из нескольких трубчатых, расположенных по окружности газотурбинного двигателя.

Рис. 43. Многотрубчатая (секционная) камера сгорания

Рабочий процесс в камере сгорания газотурбинного двигателя очень сложен и представляет собой совокупность многообразных физико-химических явлений.

Организация рабочего процесса и характеристики камеры сго­рания существенно отличают ее от других топливо сжигающих уст­ройств. В камерах сгорания выделяется большое количество теплоты в малом объеме. Весь процесс, происходящий в камере, можно раз­делить на ряд этапов.

Первый этап - первичное смесеобразование, подготовка топливо- воздушной смеси к сгоранию. Вначале происходит подача топлива в зону горения, его распыление и дробление на мельчайшие капли. Затем следует испарение капель и диффузное перемешивание паров топлива с воздухом. Далее эта топливо - воздушная смесь нагревается до температуры воспламенения.

Второй этап - горение топлива. Наиболее полно и быстро реакция горения происходит в диапазонах температур от 900 до 1800⁰С. Наивысшая температура факела может быть достигнута при сжигании топлива с необходимым количеством воздуха, так называемой стехиометрической смеси.

Третий этап - вторичное смесеобразование вторичного воздуха с продуктами сгорания в зоне смешения, которое влияет на образова­ние заданного температурного поля за камерой сгорания и таким об­разом оказывает влияние на ресурс газовой турбины и двигателя в целом.

Обеспечение качественного сгорания топлива в камерах сгорания осуществляется с помощью форсунок. Наибольшее распространение в современных ГТУ получили центробежные форсунки. Механический распыл осуществляется в них за счет завихрения струи топлива в специальной вихревой камере под действием высокого давления, которое на входе в форсунку достигает 8,0...10,0МПа. Пример центробежных форсунок с механическим распылом показан на Рис. 44.

На Рис. 44, а) показана схема простейшей одноконтурной цен­тробежной форсунки. Из кольцевой полости топливо по тангенциаль­ным каналам 2, число которых колеблется от двух до шести, поступает в камеру закручивания 3, где получает вращательное движение с большой скоростью, и выходит через сопло 4. При выходе из сопла топливо под действием центробежных сил распадается на мельчайшие частицы, образуя полый конус распыла. Такую конструкцию имеют пусковые форсунки блоков зажигания камер сгорания. Расход топлива в подобных форсунках регулируется изменением давления топлива.

Рис.44 Схемы одноконтурной (а) и двухконтурной (б)центробежных форсунок

На Рис. 44, б представлена двухконтурная форсунка, которая представляет собой блок из двух соосных форсунок. Сопло 5 первой ступени расположено внутри сопла 6 второй ступени. Каждая ступень имеет свои тангенциальные каналы и камеры закручивания. Ко второй ступени топливо подводится через специальный клапан, в котором под действием переменного давления топлив перемещается плунжер и изменяет проходное сечение каналов для топлива второго контура. Двухконтурные форсунки могут быть с одним соплом, с одной камерой, закручивания, но с разными тангенциальными каналами для первой и второй ступени. Через форсунку подводится также воздух для охлаждения и обдува торцовой части форсунки с целью уменьшения нагарообразования.

 

Регенератор

Регенератором называют теплообменный аппарат, предназначенный для подогрева сжатого воздуха перед его поступлением в камеру сгорания за счет теплоты уходящих газов.

Различают две группы регенераторов.

Регенераторы первой группы характеризуются передачей теплоты от газа к воздуху через разделяющую их поверхность или через тепловые трубы.

В регенераторах второй группы поверхность теплообмена попе­ременно обтекается горячим газом и холодным воздухом, причем в первый период происходит аккумуляция теплоты, во второй - ее отдача.

Регенераторы по исполнению могут быть неподвижными и вращающимися.

Неподвижные регенераторы по конструкции разделяют на трубчатые, пластинчатые и с тепловыми трубами.

По схеме течения рабочего тепа регенераторы различают на аппараты с параллельным током (обычно противотоком) и с перекре­стным током.

Регенераторы с перекрестным током по воздушной стороне, в свою очередь,  разделяются на одноходовые и многоходовые.

В современных газотурбинных установках используют пластин­чатые регенераторы. На Рис. 45 показана геометрия поверхности нагрева пластинчатого регенератора.

Рис. 45. Геометрия поверхности нагрева пластинчатого регенератора

Теплопередающая поверхность такого регенератора состоит из профильных пластин - листов, в которых параллельными рядами выштампованы овальные лунки. Листы попарно сварены контактным способом со сдвигом лунок на полшага, в результате чего образуются волнистые каналы. При соединении двух пар листов между ними по­лучаются каналы двуугольной формы. Воздух пропускают по волнообразным каналам, а газ - в перпендикулярном направлении по прямым двуугольным каналам.

Важнейшей характеристикой регенератора является степень ре­генерации R - отношения действительного нагрева воздуха к теорети­чески возможному, при котором температура воздуха достигнет тем­пературы газов на входе в регенератор.

Степень регенерации современных ГТУ достигает 0,75-0,8. Пример трубчатого регенератора с поперечным токам представлен на Рис. 46. Степень регенерации в одноходовом регенераторе составляет не более

R = 0,6...0,65.

Рис. 46. Одноходовой трубчатый регенератор ЦКТИ с перекрестным током: А - подвод газа; В - отвод газа; С - вход воздуха; D - выход воздуха.

В трубчатом регенераторе диаметр трубок небольшой: от 10...25мм, толщина стенки составляет 0,5...2мм.

Пример пластинчатого регенератора приведен на Рис. 47. Реге­нератор выполнен трехходовым по воздуху и одноходовым по газу, со степенью регенерации 0,78. Теплообменные элементы изготовлены из стальных листов толщиной 0,8мм.

Интенсивность теплообмена повышается за счет наличия пла­стинчатой поверхности нагрева.

Для очистки поверхности нагрева со стороны газа установлены трубы сажеобдувочного устройства.

 

Рис. 47. Пластинчатый регенератор: 1 - сильфонный компен­сатор; 2 - воздушная крышка; 3 - трубы обдувочного устройства; 4 - теплообменная секция; 5 - корпус; 6 - привод обдувочного устройства.

Для ГТУ небольшой мощности используют вращающий регенератор, главный конструктивный элемент которого составляет диск или барабан заполненный набивкой - проволочной сеткой, гофрированной лентой или пористым материалом. Ротор медленно вращается и в период обдувки газом аккумулирует теплоту, отдавая ее в период обдувки холодным воздухом. Схема вращающегося регенератора показана на Рис. 48.

Благодаря большой поверхности теплообмена такие регенера­торы весьма компактны, что делает их перспективными для транс­портных ГТУ.

Рис. 48. Схемы вращающегося регенератора: а) - с дисковым ротором; б) - с ротором барабанного типа 1 - пористая матрица; 2 - уплотнение по окружности; 3 - разделяющая стенка; 4 - электродвигатель с редуктором; 5 - продольное уплотнение; 6 - радиальные стенки в матрице.

 

Воздухоохладитель

Воздухоохладитель ГТД предназначен для промежуточного охлаждения воздуха. Они чаще всего представляют собой трубчатый теплообменный аппарат с перекрестным током воздуха и охла­ждающей воды. Вода течет по трубкам, а воздух между трубками. Из-за различия физических свойств воды и воздуха (в частности, более высокой плотности воды по сравнению с воздухом) коэффициент теплоотдачи от стенки к воде во много раз выше, чем от стенки к воздуху. Поэтому с наружной стороны, то есть со стороны воздуха трубки снабжены ребрами для увеличения поверхности теплообмена.

На Рис. 49 показана конструкция поверхности нагрева трубчато-пластинчатого воздухоохладителя с перекрестным током. Трубки имеют овальный профиль с припаянными поперечными ребрами из красной меди. Концы трубок имеют круглое сечение и закреплены в трубных дисках развальцовкой.

Рис. 49. Трубчато-пластинчатый охладитель: а) - схема; б) - продольное и поперечное сечение трубок

Степень охлаждения воздуха в регенераторе определяется тем­пературой охлаждающей воды. Расход охлаждающей воды, в судовых ГТУ может приниматься достаточно большим, поэтому он сравнительно мало влияет на степень охлаждения воздуха. Обычно разность между температурой охлажденного воздуха и температурой охлаждающей воды на входе воздухоохладитель составляет 10...20°С. При изменении температуры охлаждающей (забортной воды) в условиях эксплуатации температура охлажденного воздуха изменяется примерно на такую же величину.

 

Охлаждение дисков ротора

Охлаждение дисков производится одним из следующих способов:

- радиальный обдув;

- струйное охлаждение;

- продувка воздуха через зазоры хвостов лопаток;

- заградительное и комбинированное охлаждение.

На Рис. 52 схематично показано охлаждение диска газовой тур­ины ГТУ-20. Эта конструкция во многом является типичной. Как видно из рисунка, радиальный обдув сочетается с охлаждением обода диска продувкой воздуха через зазоры хвостов лопаток.

Рис. 52. Схема охлаждения ротора турбины

На Рис. 53 показана схема охлаждения ротора, собранного из отдельных дисков, продувкой воздуха через хвостовики рабочих лопаток, а также охлаждение обода диска струйным способом. Последний способ нашел применение в газовых турбинах.

Рис. 53. Схема охлаждения дискового ротора: а) - продувка череххвостовики рабочих лопаток; б) - струйным способом.

 

Пусковая система

Запуск ГТД включает прокрутку ротора двигателя, подачу топлива в камеру сгорания, воспламенение его и вывод двигателя на режим хода.

Система запуска состоит из пускового двигателя (стартера), муфты включения, запального устройства и пускорегулирующей аппаратуры. В качестве пускового двигателя могут служить электростартеры, воздушные турбины или пневматические двигатели, газотурбинные стартеры, паровые турбины, ДВС; но наиболее распространены электростартеры. Если запуск ГТД требует большой мощности (65...75кВт) используют пусковые газотурбинные двигатели или несколько электростартеров.

Присоединение стартера к приводу вала ГТД осуществляется посредством муфты включения, которая автоматически отключается при достижении определенной частоты вращения ротора двигателя.

Запальное устройство состоит из пусковой форсунки и электри­ческой запальной свечи.

 

Топливная система

Топливная система служит для приема, перекачки, хранения, очистки, транспортировки топлива из расходных цистерн к газотурбинным двигателям.

Судовая газотурбинная установка отличается от других установок повышенными требованиями к качеству топлива. От качества используемого топлива существенно зависит работа основных узлов ГТУ: топливной систем камеры сгорания, проточной части турбины, регенератора, а также их ресурс и надежность.

Важное достоинство газовых турбин состоит в том, что они спо­собны работать на различных топливах.

Судовые ГТУ работают в основном на дистиллятных сортах то­плива DMA, DMB или DMC стандарта ISO 8217 1996. Кроме того, в газотурбинных установках может быть использовано остаточные сорта RМА или RMВ.

Принципиальная схема системы топливопитания газотурбинной установки показана на Рис. 55.

Рис. 55. Топливная система газотурбинной установки с ее элементами 1 - стоп-кран для подключения и отключения топлива к двигателю; 2 - клапан переключения топлива легкое-тяжелое; 3 - клапан переключения топлива тяжелое-легкое; 4 - фильтр тонкой очистки низкого давления; 5 - фильтр тонкой очистки высокого давления; 6, 7, 8 - топливные насосы высокого давления; 9 - фильтр тонкой очистки; 10 - электронасос пускового топлива; 11, 12 - фильтр; 13 - электронасос легкого топлива; 14, 15 - топливоподкачивающий насос; 16 - фильтр; 17 - невозвратный клапан; 18 - топливо подогреватель; 19 - фильтр; 20 - клапан обводного трубопровода; 21 - дроссельный клапан ввода присадок в топливо.

Качественные характеристики топлива для ГТУ рекомендуется ограничивать в зависимости от температуры газов на входе в турбину. В случае работы турбины при температуре газов 600°С и ниже зольность топлива не должна превышать 0,05%. При температуре газов выше 730°С требования по содержанию зольных элементов повышаются. Допускается максимальное содержание следующих элементов: ванадия - 0,0002%, суммарное содержание натрия и калия - 0,0005%, кальция - 0,0001%, свинца - 0,0005%. Свинец, натрий и калий, при больших количествах, отлагаются в проточной части турбины и при температурах газа 650...850°С вызывают коррозию лопаточного аппарата.

 

Система смазывания

Система смазывания в газотурбинной установке обеспечивает смазкой все опорные и упорные подшипники, зубчатую передачу и валопровод, навешенные механизмы, а также систему регулирования.

Таким образом масло в газотурбинных установках выполняет тройную функцию: смазывает трущиеся поверхности в подшипниках, охлаждает части путем непрерывной циркуляции и служит гидравлической средой в органах регулирования и управления. Основным свойством смазочных масел является вязкость. Величина условной вязкости турбинных масел при t=50°С должна находится в пределах 2,9...6,5° Энглера.

При больших удельных давлениях и небольших скоростях вра­щения применяются вязкие масла. Для больших скоростей вращения шейки желательно применять менее вязкие масла.

Это объясняется тем, что чем больше скорость вращения шейки вала в гребне упорного подшипника, тем сильнее масло нагнетается в зазор, образуя масляный клин, и тем лучше вал отделяется от баббитовой поверхности, снижая коэффициент трения скольжения. Следовательно, при больших скоростях нет надобности в масле с большой вязкостью.

В зацеплении редукторов при больших скоростях имеет значение прилипаемость, зависящая главным образом от вязкости. Масло с малой вязкостью при больших скоростях с зубцов слетает, нагревая кожух передачи (кинетическая энергия при ударе капель масла о кожух превращается в тепло), в результате чего на зацеплении остается недостаточный слой смазки.

Поэтому для определенного типа газотурбоагрегата следует применять масло только той вязкости, которая предусмотрена инст­рукцией.

Суда с главными газотурбинными двигателями оборудуют циркуляционными системами смазывания, которые по способу создания напора у мест смазки могут подразделяться на гравитационные и напорные.

Гравитационная система характеризуется тем, что главные масляные насосы не подают масло непосредственно к местам смазки, а перекачивают его из сточной цистерны в напорную расположенную на высоте 7...10м над уровнем оси двигателя. В ней создается аварийный запас масла, на случай отказа главного масляного насоса, достаточный для работы установки в течение нескольких минут.

В такой системе давление масла, поступающего в двигатель, всегда постоянно и не зависит от расхода масла в системе. Кроме того, в напорной цистерне происходит дополнительный отстой масла и отделение от него газообразных включений.

В напорных системах давление в местах смазки создается насо­сом, откачивающим масло из сточных цистерн.

В энергетической установке с одним главным двигателем необходимо иметь один основной и один резервный насос циркуляционной смазки. В случае установки двух главных двигателей в одном помещении достаточно иметь по одному масляному насосу на каждый двигатель и один резервный насос с независимым приводом производительностью, необходимой для обеспечения работы каждого двигателя.

Принципиальная схема системы смазывания ГТУ гравитационного типа показана на Рис. 56.

Рис. 56. Принципиальная схема системы смазывания ГТУ

В состав системы смазывания входят:

- два главных масляных вертикальных пяти винтовых насоса с приводом от электродвигателя, один из насосов служит резервным и включается в работу автоматически при падении давления в трубопроводе;

- масляный трех винтовой электронасос аварийного выбега ГТУ, предназначенный для обеспечения смазывания ГТУ до полной остановки; насос включается в работу автоматически от аварийного дизель-генератора в момент обесточивания судна;

- два маслоохладителя кожухотрубного типа, в которых забортная вода идет по трубкам, а масло между трубками;

- сетчато-магнитный фильтр;

- главный сдвоенный сетчатый масляный фильтр;

- сточная масляная цистерна, расположенная в междудонном пространстве; эта цистерна оборудована измерительной трубой с футштоком и самозапорной головкой, воздушной трубой, змеевиками общего обогрева и горловинами для осмотра и ремонта.

- напорная масляная цистерна, состоящая из двух секций и расположенная на шлюпочной палубе; цистерна оборудована указательной колонкой, воздушной и переливной трубами, змеевиками для подогрева масла и датчиками нижнего допустимого уровня масла.

Из сточной масляной цистерны через приемную трубу и невоз­вратный запорный клапан 1, магнитный фильтр 2, клинкетную задвижку 4 или 5 масло принимают одним из главных электронасосов. От насосов через невозвратно-запорный клапан 6 или 7, сетчатый фильтр 8, клинкетную задвижку 10 или 11 масло поступает на один из маслоохладителей 12 или 13 и затем в одну из секций напорной масляной цистерны, откуда самотеком направляется к коллекторам редуктора, компрессоров и турбин. При неисправности напорной масляной цистерны предусмотрена возможность подачи масла в систему ГТУ, минуя эту цистерну, через невозвратно-запорный клапан 19.

От импульсной трубы напорной масляной цистерны масло через клапан 16 или 17 направляется в переливную трубу и по ней в сточную цистерну ГТУ. За переливом масла ведут наблюдение через смотровой фонарь 14 из машинного отделения, а также из центрального поста управления ГТУ - через смотровой фонарь 20. Ниже клапанов 16 и 17 имеется отбор масла к реле давления защиты ГТУ и на автоматическое включение резервного масляного насоса 3.

В систему автоматического регулирования и защиты ГТУ масло подводится от напорной магистрали через фильтр тонкой очистки 9 по трубопроводу, идущему к газотурбинной установке. Опорожнение напорной масляной цистерны производится через клапаны 15 и 18 по переливным трубам в сточную цистерну. Масло от подшипников, коробок приводов турбин, поддона редуктора и из ступеней редуктора сливается в сточную цистерну ГТУ.

Работа масла в ГТУ имеет характерные для этих типов двигателей особенности, которые обусловлены их конструкцией и условиями работы. Наиболее тяжелыми являются условия работы масла непосредственно в двигателе - в подшипниках компрессоров и особенно турбин. Если температура масла на входе в ГТД изменяется от 20 до 50°С, то на выходе из двигателя оно составляет 100...120°С. В отдельных эпизодах, например температура масла на выходе из задней опоры компрессора может достигнуть 150...160°С, а на выходе из опор турбин 160...180°С. При контакте с нагретыми деталями масло интенсивно перемешивается и, контактирует с воздухом, а также подвергается интенсивному окислению. При этом образуются мягкие липкие осадки и абразивные продукты глубокого окисления типа карбенов и карбидов. Таким образом, масло, которое поступает на воздухоохладительные центрифуги системы суфлирования двигателя, содержат 30...60% воздуха. Это, в свою очередь, приводит к вспениванию масла и к ухудшению работы системы смазывания. Попадание вспененного масла на подшипники (особенно подшипники скольжения) создает неблагоприятные условия для образования необходимого масляного клина и ухудшает теплоотдачу охлаждаемых поверхностей.

В зацеплениях и подшипниках главных судовых передач масло работает в умеренных температурных условиях. Обычно температура масла на входе в редуктор составляет 20...40°С, а на выходе 60...70°С. Подшипники редуктора воспринимают в несколько раз большие усилия, чем подшипники ГТД. Это требует бесперебойной подачи к ним качественного масла и обеспечения условий смазки подшипников.

Масло, использующееся в системе газовых турбин, находится в особо тяжелых условиях. При контакте с деталями, нагретыми до вы­сокой температуры, оно подвергается интенсивному окислению. Высокая кратность циркуляции в системе и распыливание подающими форсунками усугубляет этот процесс. Большое содержание воздуха снижает их теплоотводящие свойства масла. Все это требует постоянного контроля за качественными характеристиками масла и его периодическую замену.

Эксплуатационные свойства масел характеризуется рядом пока­зателей таких как: вязкость, индекс вязкости, температура застывания, температура вспышки, кислотное число, зольность, содержание водо­растворимых кислот и щелочей, содержание механических примесей и содержание воды.

Вязкость характеризует величину внутреннего трения между его частицами. От вязкости зависит несущая способность масляного кли­на, отвод теплоты, потери на трение в смазываемых узлах, потери на прокачку масла. Поэтому при изменении вязкости на 20...25% от базового значения его необходимо заменить.

Температура вспышки турбинных масел значительно превышает температуру вспышки топлива. С помощью этого показателя легко обнаружить попадание топлива в масло, так как температура вспышки значительно снижается. Если температура вспышки упадет ниже допустимого значения, его необходимо заменить.

Содержание в масле различных органических и неорганических кислот характеризуется кислотным числом, которое выражается в миллиграммах гидроокиси калия на грамм масла (мг КОН на 1г) необходимое для нейтрализации кислот. Содержание кислот должно быть лимитировано, так как неорганические кислоты, вступая во взаимодействия с материалами узлов трения, повышают коррозионную активность, а органические кислоты, которые появляются в масле в результате контакта с кислородом воздуха, увеличивают коррозионную агрессивность масла, способствуя отложению лаков и нагара.

В процессе эксплуатации кислотность устраняют путем промыв­ки масла горячей пресной водой, подаваемой к сепаратору по масля­ной магистрали.

Содержание воды в масле не допускается, так как образуется эмульсия с высоким содержанием воздуха, что способствует окисле­нию масла и увеличивает коррозионную активность содержащихся в масле кислот, кроме того, снижается несущая способность масляного клина. Воду из масла удаляют путем сепарирования.

Механические примеси - нерастворимые вещества органическо­го и неорганического происхождения. При эксплуатации количество этих примесей, растет, что увеличивает коксуемость масла. Примеси удаляются при помощи сепарирования масла.

В процессе эксплуатации ГТД необходимо постоянно контроли­ровать:

- давление масла на выходе из масляного насоса, до и после фильтров;

- уровень масла в масляных цистернах;

- температуру масла поступающего на подшипники, которая должна быть в пределах 35...45°С;

- температуру охлаждающей воды до и после маслоохладителя, перепад которых должен составлять 6...10°С.

 Масла, применяемые в ГТУ должны удовлетворять следующим характеристикам:

Вязкость кинематическая, 10 м²/с при температуре:

50° С............................................................... 7-9,6

20°С не более............................................... 30

Кислотное число, мг КОН на 1г масла, не более.......... 0,04

Зольность, %, не более................................ 0,05

Содержание водорастворимых кислот и щелочей отсутствуют

Содержание механических примесей ....................... отсутствуют

Содержание воды.......................................... ..... отсутствуют

Температура вспышки, °С, не ниже............. 135

Температура застывания, °С, не выше........ - 45

Такими характеристиками обладают следующие марки масел для судовых газовых турбин производство иностранных фирм: Фирма Shell-Turbo T32, Aeroshell 11 Фирма Mobil - D. Т. Е. 724 oil Фирма Castrol-Perfecta T32, Aero CT11 Фирма ВР - Aeroturbine oil 3 Фирма ELF (Antar) - Misola H22.

 

Система охлаждения

Система охлаждения газотурбинной установки предна­значена для охлаждения маслоохладителей ГТД и электрогенерато­ров, охлаждающего воздуха для компрессоров и других механизмов.

На рис.57 показана схема системы охлаждения маслоохлади­телей ГТД и их редукторов.

Особенность системы охлаждения состоит в том, что забортная вода из кингстонно-раслределительного ящика забирается насосами и подается к маслоохладителям ГТД, редукторам и другим потребите­лям. Такая система позволяет иметь постоянный запас отфильтро­ванной воды для многих потребителей и удобно подключать их.

Рис. 57. Схема охлаждения маслоохладителей ГТД и редукторов 1 - кингстонно-раслределительный канал; 2 - фильтр; 3 - кингстонный ящик; 4 – решетка; 5 - агрегат насосов забортной воды; 6 – терморегулятор; 7 - агрегат масло­охладителей ГТД; 8 - маслоохладитель редуктора; 9 - к насосам турбогенератора; 10 - аварийное осушение машинного отделения; 11 - к насосу опреснительной установки; 12 - к вспомогательным  потребителям.

 

Подготовка к пуску

Подготовка двигателя к пуску начинается с его общего внешнего осмотра и узлов, подвергавшихся переборке. Непосредст­венно перед пуском ГТУ необходимо:

- проверить и довести до рабочего уровня топлива, масла, воды
в расходных емкостях;

- слить отстой воды из масляных и, топливных цистерн, прове­рить соленость отстоявшей воды;

- проверить положение клапанов и кранов на масляных фильт­рах ГТД, и редуктора;

- подготовить к действию топливную систему;

- подать питание на станцию управления;

- подогреть масло в расходных цистернах до 40... 50°С;

- включить масляный пусковой (резервный) насос. Проверяют
наличие и подход масла к подшипникам;

- замерить осевой разбег в упорных подшипниках: обычно он
должен оставлять 0,4... 0,8мм;

- включить насос пускового топлива с работой его на байпас;
при необходимости выпустить воздух из трубопроводов и аппаратов;

- включить насос циркуляционной воды на масло- и воздухоохладитель, воду на охлаждения корпусов турбин;

- снять чехлы с шахты забора воздуха и дымовой трубы;

- провернуть валоповоротным устройством на два-три оборота
роторы турбокомпрессоров и валопровод; убедиться в отсутствии задевания лопаток роторов о корпус (путем прослушивания специальными слуховыми трубками).

 

Пуск

Пуск - наиболее ответственная операция при эксплуа­тации ГТД, когда за короткое время происходит быстрое и значитель­ное по величине изменение всех параметров двигателя, в первую очередь температуры его элементов. С некоторым упрощением пуск можно рассматривать состоящим из трех этапов:

I - раскрутка ротора турбокомпрессора стартером до частоты вращения, при которой расход воздуха обеспечивает горение топлива;

II - совместная раскрутка ротора компрессора стартером и тур­биной после начала горения топлива;

III - дальнейшая раскрутка ротора компрессора турбиной после отключения стартера.

Система пуска судовой ГТУ обеспечивает выведения установки на такой режим, при котором ГТД работает при некоторой установив­шейся частоте вращения, а мощность развиваемая на валу пропуль­сивной турбины, близка к нулю. Такой режим называются режимом холостого хода.

Соответствующие этому режиму расход топлива, подаваемого в камеру сгорания, и частота вращения ротора турбокомпрессора назы­вается расходом топлива и частотой вращения холостого хода.

При дальнейшем увеличении частоты вращения турбокомпрес­сора турбина принимает на себя всю нагрузку, обусловленную затра­тами мощности на сжатие воздуха в компрессоре и потерями энергии на трение в подшипниках, а пусковой двигатель отключается от рото­ра турбокомпрессора при помощи специальной муфты, называемой обгонной. После отключения пускового двигателя разгон ротора тур­бокомпрессора до режима холостого хода осуществляется при помо­щи турбины, так называемый «горячий разгон». Когда, при минималь­ном устойчивом режиме работы турбокомпрессора, мощность развиваемая пропульсивной турбиной позволяет стронуть линию валопровода и привести во вращение гребной винт, производят байпасирование пропульсивной турбины, направляя часть газа в обвод ее, в атмосферу или непосредственно в регенератор.

После достижения ротором турбокомпрессора частоты враще­ния холостого хода дальнейшим увеличением подачи топлива в каме­ру сгорания может быть осуществлен переход к любому другому устой­чивому режиму работы ГТД.

Ограничение температуры газа за камерой сгорания и соответ­ствующее ограничение подачи топлива в камеру при пуске имеет це­лью не только предохранение лопаточного аппарата турбины от чрез­мерного перегрева, но и предотвращает возникновение явлений помпажа в компрессоре.

Явление помпажа во время пуска начинает развиваться в первых ступенях компрессора, явление срыва на лопатках которые обу­словлены уменьшением массового расхода воздуха. Уменьшение рас­хода объясняется снижением пропускной способности проточных час­тей турбин вследствие резкого увеличения температуры газа при больших расходах топлива и, соответственно, роста удельного объё­ма, увеличивая сопротивление тракта за компрессором. Такое явле­ние представляет собой большую опасность для лопаточных аппара­тов.

 

Остановка ГТУ

Главные судовые газотурбинные двигатели имеют три основных типа остановок: «СТОП», «СТОП-ВИНТ» и «СТОП-МАШИНА».

По команде «СТОП» двигатель выводят на режим холостого хо­да.

По команде «СТОП-ВИНТ» открывают обводные трубопроводы для перепуска части газа на выпуск, минуя турбину винта, включают тормоз винта, который стопорит винт, валопровод, редуктор и турбину винта. Каждые 10...15 мин. тормоз ослабляют и дают турбине про­вернуться на несколько оборотов.

По команде «СТОП-МАШИНА» отключается подача топлива и двигатель останавливается. После остановки двигателя включают валоповоротные механизмы, которые проворачивают роторы с малой частотой вращения для равномерного их остывания.

При любой остановке ГТУ необходимо обеспечивать равномер­ное остывание турбокомпрессоров и контроль за возможным задева­нием внутри турбин и компрессоров (вследствие различной скорости остывания роторов и статоров неодинаковой температуры во время эксплуатации и разной их массы).

Замеряют время выбега турбокомпрессоров и сравнивают со временем, указанным в инструкции.

Производят проверочную холодную прокрутку турбокомпрессо­ров, одновременно прослушивая каждый корпус с целью обнаружения задеваний.

После остывания корпусов турбокомпрессоров до температуры, близкой температуре в машинном отделении, замеряют осевое и ра­диальное положения роторов турбин и компрессоров контрольными приборами.

Во избежание подплавления баббита вкладышей подшипников теплом от горячих дисков роторов после остановки ГТУ производится прокачка масла всех подшипников до понижения температуры роторов в требуемых пределах.

Обслуживание во время длительного бездействия.

Техническое обслуживание ГТУ в период бездействия сводится к тому, чтобы предотвратить коррозию и поддержание уста­новки в состоянии готовности к пуску и эксплуатации.

Ежедневно проверяется температура и влажность в машинном от­делении и по необходимости производится его вентилирование.

На период бездействия установки спускают охлаждающую воду из системы ГТУ. Роторы турбин и компрессоров периодически соглас­но инструкциям проворачивают; турбины, компрессоры и зубчатую передачу прослушивают, при этом подшипники в обязательном поряд­ке прокачивают маслом.

Согласно инструкции, не реже чем раз в месяц вскрывают и ос­матривают шейки роторов турбин, компрессоров, редуктора и валопровода. При этом проверяют просадку роторов, состояние баббито­вой заливки и убеждаются в отсутствии ржавления шеек в местах против масляных карманов подшипника.

При остановках на длительное время осматривают через лючки состояние проточной части компрессора. В случае необходимости проточную часть, не вскрывая компрессора, промывают теплой дис­тиллированной водой, поворачивая ротор валоповоротным устройст­вом, с прибавлением различных моющих средств согласно заводской инструкции.

На длительных остановках (более 3...4 дней) секции регенератора желательно промывать, как указывается в заводской инструкции.

 

Ю. В. Варечкин, М.Ю.Храмов

 

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: