Охлаждение корпуса газовой турбины

Степень охлаждения корпуса, как и всякой детали, определяется как количеством тепла, отводимого средой, так и интенсивностью подвода тепла.

 Принцип обеспечения эффективного охлаждения двустенного корпуса показан на Рис. 54.

В профильный паз наружного корпуса 1 вводятся диафрагмы 5, в которые вварены вершины сопловых лопаток 4. Диафрагмы состоят из отдельных сегментов, что позволяет им свободно расширяться при нагреве. Диафрагма касается наружного корпуса лишь в нескольких точках. Это резко уменьшает передачу тепла теплопроводностью. Между элементами внутреннего корпуса, образуемыми цилиндрическими стенками диафрагм, и наружным корпусом размещены пакеты с изоляцией 2, которые препятствуют передаче тепла радиацией. Наружный корпус охлаждается воздухом.

 

Рис. 54. Схема двустенного охлаждаемого корпуса турбины

Таким образом, при нагреве диаметр элементов внутреннего корпуса соответствует диаметру относительно холодного наружного корпуса. Это определяет величину радиального зазора между внут­ренним корпусом и рабочими лопатками 3.

 

Состав вспомогательного оборудования ГТУ

Газотурбинная установка является совокупность газотурбинного двигателя и всех обслуживающих его систем, устройств и вспомогательных механизмов, обеспечивающих его нормальную безопасную эксплуатацию.

В состав каждой ГТУ входит:

- пусковое устройство, включающее внешний двигатель для раскрутки турбокомпрессора при пуске ГТУ;

- топливная система, обеспечивающая хранение, подготовку и передачу топлива к двигателю;

- система смазывания, предназначенная для смазывания и охлаждения подшипников турбин, компрессоров, зубчатых зацеплений и других узлов;

- система охлаждения, которая в сложных ГТУ делится на отдельные подсистемы: воздушную для охлаждения роторов турбин, дистиллированной воды для охлаждения корпусов турбин, забортной воды для масло -, воздухо - и водоохладителей;

- система регулирования, управления и защиты (система РУЗ), позволяющая осуществлять маневры (пуск, остановка, изменение режима, реверс) двигателем, автоматически поддерживать заданный режим и обеспечивать безопасность работы двигателя.

- валоповоротное устройства (по числу валов) для проворачивания роторов турбокомпрессоров после остановки и перед пуском ГТУ.

 

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.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: