- •Оглавление
- •Введение.
- •Тепловые двигатели и история создания гту
- •Принятые сокращения
- •1 Принципиальные схемы газотурбинных установок
- •1.1 Газоперекачивающий агрегат: состав, виды приводов и систем гту
- •1.2 Принципиальные схемы гту, их преимущества и недостатки
- •Принципиальные схемы гту.
- •1.3 Основы термодинамики, теплотехники и рабочие процессы гту. Циклы гту в координатах р-V, t-s диаграммах.
- •Энтальпия.
- •Энтропия.
- •2 Осевые турбомашины
- •2.1 Осевой компрессор, назначение, типы. Состав. Газовая динамика осевого компрессора
- •Конструкция лопатки.
- •Опоры (подшипники) ротора.
- •Лабиринтные уплотнения.
- •Газовая динамика осевого компрессора.
- •2.2 Газовая турбин, назначение, классификация по принципам работы. Основные узлы. Режимы работы. Газовая динамика турбины Газовая турбина.
- •Охлаждение деталей турбины.
- •Газовая динамика турбины.
- •2.3 Система запуска гту. Валоповоротные устройства (впу). Валоповоротное устройство.
- •Работа валоповоротного устройства двигателя гтк-10-4.
- •2.4 Турбодетандер. Назначение и режимы работы Турбодетандер гтк-10-4.
- •Работа турбодетандера и управление кранами на пусковом газе.
- •3. Топливная система гту
- •3.1 Назначение топливной системы и основные функции.
- •3.2 Горение топлива газотурбинных установок. Физические и химические процессы.
- •Горение газообразного топлива
- •3.3 Камера сгорания. Назначение, типы, коэффициент избытка топлива. Основные узлы кс и рабочие процессы. Камера сгорания.
- •Типы камер сгорания.
- •Основные узлы камеры сгорания:
- •3.4 Системы топливного, пускового и импульсного газа. Назначение, состав, рабочие параметры.
- •3.5 Способы регулирования гту.
- •3.6 Совмещенная характеристика ок и гт (одновальная)
- •4. Маслосистема газотурбинной установки.
- •4.1 Система маслоснабжения гту, назначение, функции и состав.
- •5 Центробежный нагнетатель
- •5.1 Назначение, типы, состав
- •Состав нагнетателя.
- •Повышение давления в центробежном колесе.
- •Принцип повышения давления в центробежном колесе
- •5.2 Рабочая характеристика нагнетателя, характерные точки и зоны. Пуск нагнетателя
- •2. Критическая точка с зоной помпажа.
- •4. Нулевая точка.
- •5. Зона низких степеней сжатия
- •Пуск нагнетателя
- •6 Конструкция газотурбинного двигателя гтк -10-4
- •6.1 Технические данные гтк-10-4, основные узлы
- •6.2 Блок турбогруппы: компрессор, передний блок, турбины, рама-маслобак, подшипник силового ротора.
- •Осевой компрессор
- •Передний блок
- •Вкладыши ротора турбокомпрессора
- •Средний подшипник
- •Переднее лабиринтное уплотнение
- •Заднее лабиринтное уплотнение.
- •Сбросные клапаны
- •Рама – маслобак
- •Турбины твд и тнд
- •Корпус турбин
- •Передняя часть корпуса
- •Диффузор
- •Выхлопные патрубки
- •Диафрагма с уплотнением
- •Обойма направляющих лопаток турбины
- •Диск турбины высокого давления
- •Ротор силовой турбины
- •Переднее уплотнение турбины
- •Уплотнение силовой турбины
- •Подшипник силового ротора
- •Вкладыши подшипника силового ротора
- •Импеллер
- •Муфта зубчатая
- •Воздухоподогреватель
- •6.3 Камера сгорания
- •6.4 Маслосистема гтк-10-4 Назначение системы маслоснабжения
- •Работа системы
- •Параметры работы системы
- •Узлы системы маслоснабжения Главный маслонасос
- •Инжектор главного маслонасоса
- •Пусковой маслонасос смазки
- •Сдвоенный обратный клапан
- •Регулятор давления "после себя"
- •Маслоохладитель
- •Фильтр масляный
- •Резервный маслонасос смазки
- •Система отсоса масляных паров
- •Рама-маслобак
- •6.5 Система автоматического регулирования и защиты
- •Функции системы автоматического регулирования
- •Состав системы автоматического регулирования
- •Воздушные связи
- •Устройство системы регулирования
- •Агрегаты (назначение, конструкция, принцип работы). Регулятор скорости.
- •Принцип работы.
- •Стопорный клапан
- •Принцип работы
- •Регулирующий клапан
- •Принцип работы
- •Ограничитель приемистости
- •Принцип работы
- •Выпускной воздушный клапан
- •Принцип работы.
- •Отсечной золотник
- •Регулирующее устройство турбодетандера
- •Принцип работы регулирующего устройства.
- •Принцип работы.
- •Импеллер
- •Принцип работы
- •Реле осевого сдвига
- •Принцип работы
- •Автоматы безопасности
- •Реле давлении воздуха
- •Принцип работы
- •Золотник с электромагнитным приводом малоинерционного регулятора температуры (мирт).
- •Предпусковое состояние системы регулирования
- •Работа системы регулирования при пуске турбины
- •Работа системы регулирования при поддержании заданной скорости силового вала
- •Работа системы регулирования при остановке турбины
- •7 Техническая эксплуатация гтк-10-4
- •7.1 Система технического обслуживания и ремонта гпа.
- •Регламент технического обслуживания
- •7.2 Особенности эксплуатации гтк-10-4 при отрицательных температурах
- •7.3 Очистка ок в процессе эксплуатации
- •7.4 Пути совершенствования гту
- •7.5 Современные гпа применяемые на компрессорных станциях.
- •Газотурбинная установка гту-16п
- •Агрегат газоперекачивающий
- •Агрегат газоперекачивающий
- •Литература
Функции системы автоматического регулирования
Поддержание постоянной частоты вращения ротора ТНД.
Изменение частоты вращения ротора ТНД с помощью регулятора скорости.
Управление стопорным клапаном.
Управление турбодетандером.
Прекращение подачи топливного газа в камеру сгорания и открытие выпускных воздушных клапанов при срабатывании защиты от:
бойковых автоматов безопасности;
реле осевого сдвига;
электрического сигнала остальных защитных устройств.
6. Управление при останове одного из последовательно работающих ГПА в группе.
Состав системы автоматического регулирования
В состав системы автоматического регулирования входят следующие агрегаты:
Регулятор скорости
Стопорный клапан
Регулирующий клапан
Ограничитель приемистости
Выпускные воздушные клапана
Отсечной золотник
Регулирующее устройство турбодетандера
Регулятор давления " после себя "
Импеллер
Электромагнитные вентили
Реле осевого сдвига
Автоматы безопасности
Реле давления воздуха
Воздушные связи
Обеспечиваются за счет изменения давления воздуха:
• в проточной системе;
• в системе предельной защиты.
В каждую из этих систем воздух поступает из системы постоянного давления через одно дроссельное отверстие и далее выпускается в другие отверстия, сечения которых изменяются в устройствах составляющих элементы САР. В зависимости от соотношения площадей подвода и выпуска воздуха в проточных линиях устанавливаются различные значения давлений, влияющие на положение поршней сервомоторов или золотников.
Система постоянного давления - образуется после регулятора давления "после себя", поддерживающего постоянное давление 0,14 МПа и подходит к:
двум дроссельным шайбам
отсечному золотнику
управляющему золотнику регулирующего клапана
кнопкам управления
реле осевого сдвига
Проточная система - образуется дроссельной шайбой диаметром 4 мм и обеспечивает связь между:
регулятором скорости,
ограничителем приемистости,
отсечным золотником.
Давление в проточной системе определяет положение РК и ВВК
Система предельной защиты - образуется дроссельной шайбой диаметром 3,3 мм и элементами защиты агрегата:
стопорным клапаном;
двумя электромагнитными вентилями;
пневматическими выключателями ТВД и ТНД, ТД;
система предельной защиты подключена также к регулятору скорости.
Система управления турбодетандером - питается маслом постоянного давления от пускового маслонасоса и включает в себя:
электромагнитный вентиль
расцепное устройство
регулирующий клапан
Устройство системы регулирования
Система автоматического регулирования ГТУ выполнена по схеме непрямого регулирования с пневматическими серводвигателями и усилителями (Рис. 75). Воздух для работы системы отбирается из станционного коллектора сжатого воздуха, в который подается через отборы из осевых компрессоров, работающих ГПА или от поршневого компрессора с приводом от электродвигателя переменного тока. Перед использованием в системе воздух охлаждается и очищается в блоке воздухоподготовки. Давление воздуха в САР поддерживается 0,14 МПа регулятором давления "после себя". Электромагнитный вентиль (ЭМВ5) на подводящем трубопроводе к регулятору давления (РД) используется для отключения подачи воздуха к системе, когда агрегат остановлен.
Основными регулирующими органами системы являются стопорный (СК) и регулирующий (РК) клапаны. Положение РК определяет количество газового топлива, подводимого к камере сгорания (КС). В качестве привода этих клапанов используются мембранные пневматические сервомоторы. Основным регулятором в системе является регулятор скорости (РС), поддерживающий заданную частоту вращения вала нагнетателя. Импульсом РС служит напор масла от насоса-импеллера, установленного на валу турбины низкого давления (ТНД). Регулятор скорости снабжен механизмом задатчика частоты вращения (двигателем регулятора скорости - ДРС), подключенным к системе автоматического управления. На работающем агрегате ДРС можно управлять дистанционно с помощью кнопок "РС ВЫШЕ" и "РС НИЖЕ", расположенных на пульте управления ГПА.
Основные связи в пневматической системе обеспечиваются тремя линиями - постоянного давления, проточной и предельного регулирования. В проточную линию воздух поступает из линии постоянного давления через дроссельную шайбу диаметром 4 мм. Проточная линия осуществляет связь между регулятором скорости (РС), ограничителем приемистости (ОП), золотником с электромагнитным приводом (ЭМП) малоинерционного регулятора температуры, золотником отсечным (ЗО) и серводвигателем регулирующего клапана. В РС, ЭМП и ОП воздух из проточной линии может выпускаться в атмосферу.
Количество выпускаемого воздуха определяет давление в проточной линии, а оно, в свою очередь, положение регулирующего (РК) и выпускных клапанов (ВВК1, ВВК2). По мере снижения давления в проточной линии РК прикрывается, а при увеличении давления - открывается.
Воздух в линию предельного регулирования поступает из линии постоянного давления через дроссельную шайбу диаметром 3,3 мм. Эта линия связывает регулятор скорости, электромагнитные вентили ЭМВ1 и ЭМВ2, серводвигатель стопорного клапана, пневматические выключатели (ПВ) автоматов безопасности силовой турбины (АБ ТНД), вала турбокомпрессора (АБ ТВД) и вала турбодетандера (АБ ТД). Давление в линии предельной защиты определяет положение стопорного клапана.
Стопорный клапан открыт, если в РС, ЭМВ1, ЭМВ2 и ПВ выпуск воздуха в атмосферу перекрыт и давление в линии предельного регулирования равно 0,14 МПа. При открытии сброса воздуха в одном из перечисленных устройств давление в линии снижается, и СК закрывается.
Рис. 75. Система регулирования газотурбинной установки:
1-воздух постоянного давления; 2-воздух проточный; 3-воздух предельного регулирования (защиты).
Ограничитель приемистости (ОП) предназначен для ограничения максимальной температуры (не более 800 °С) продуктов сгорания, поступающих в ТВД. Ограничитель приемистости устанавливает максимально возможное открытие РК по подаче топлива в камеру сгорания в зависимости от давления воздуха за компрессором. Работает ОП по принципу ограничения давления воздуха в проточной линии.
В нагнетании осевого компрессора установлены два воздушных выпускных клапана (ВВК1 и ВВК2), работающих параллельно. Эти клапаны сбрасывают в атмосферу воздух при остановке ГПА или при сбросе нагрузки. В первом случае выпуск воздуха сокращает время выбега роторов турбины и продувки горячей проточной части холодным воздухом, во втором - снижает заброс частоты вращения ротора силовой турбины.
Отсечной золотник (ЗО) используется для усиления управляющего импульса к выпускным клапанам. К золотнику подводится воздух из двух линий - постоянного давления и проточной. При снижении давления в проточной линии до 0,04-0,05 МПа золотник отсекает подвод воздуха из линии постоянного давления к выпускным клапанам, и они открываются под действием потока воздуха из ОК.
В целях предохранения осевого компрессора от помпажа на пуске ГТУ за его четвертой ступенью установлено непосредственно на корпусе компрессора восемь сбросных клапанов (СБК) для выпуска части воздуха в атмосферу. В период пуска ГТУ, когда давление за четвертой ступенью ОК низкое, клапаны под действием пружины удерживаются в открытом положении. По мере увеличения частоты вращения компрессорного вала растет перепад давления воздуха, действующий на тарелку клапана и создающий усилие для его закрытия. СБК закрываются при достижении частоты вращения вала компрессора 4200-4300 об/мин.
Автоматы безопасности (АБ) предназначены для остановки турбоагрегата при увеличении частоты вращения роторов до предельно допустимого значения. ТВД, ТНД и ТД защищают бойковые автоматы безопасности. При вращении вала ротора на боек АБ действует центробежная сила, которая при частоте вращения ниже допускаемой уравновешивается натяжением пружины. При достижении предельной частоты вращения центробежная сила, действующая на боек, и натяжение пружины сравниваются. Дальнейшее повышение оборотов вызывает увеличение центробежной силы, и боек, сжимая пружину, выходит из вала, ударяет по рычагу, вызывая срабатывание пневматического выключателя (ПВ). В пневматическом выключателе открывается клапан, давление в линии предельного регулирования падает, закрывается стопорный клапан, турбина останавливается. Автоматы безопасности турбодетандера (АБ ТД) и турбокомпрессорного вала (АБ ТВД) воздействуют на один пневматический выключатель. Автомат безопасности силового вала (АБ ТНД) воздействует на свой выключатель. Все три АБ конструктивно оформлены одинаково. Отличаются они, в основном, только размерами бойка.
Кроме бойкового автомата безопасности вал силовой турбины также защищает частотно - электрический АБ с управлением от тахометра. Автоматы безопасности настраиваются на срабатывание при следующих частотах вращения роторов, об/мин
бойковый турбокомпрессорного вала (АБ ТВД) 5300+80;
электрический силового вала 5250+80;
бойковый силового вала (АБ ТНД) 5350+80;
бойковый вала турбодетандера (АБ ТД) 9100-11400.
Установка пневматического выключателя в рабочее положение после срабатывания АБ осуществляется с помощью пневматической кнопки управления. При нажатии на эту кнопку воздух постоянного давления подается к выключателю. Клапан в ПВ опустится и закроет сбор воздуха из линии предельного регулирования.
Пневматической кнопкой "Аварийный останов" осуществляют экстренную остановку турбины и опробование действия ПВ на остановленной турбине. При нажатии на эту кнопку воздух постоянного давления подается к пневматическому выключателю, и он, срабатывая, открывает сброс воздуха из линии предельного регулирования.
Малоинерционный регулятор температуры (МИРТ) предназначен для ограничения максимально допустимой температуры продуктов сгорания перед ТВД. В целях повышения надежности и долговечности термопар, используемых в качестве датчиков для МИРТ, температура продуктов сгорания измеряется за ТНД. Определение температуры перед ТВД осуществляется в вычислительном устройстве системы автоматического управления на основе измеренных температуры за ТНД и давления воздуха за ОК по формуле
где t1 - температура перед ТВД,°С
t2 - температура за ТНД, °С
р - давление за ОК, МПа
В, К, С - постоянные коэффициенты.
Регулятор температуры воздействует на электромагнитный привод золотника (ЭМП), который в зависимости от своего положения выпускает в атмосферу воздух из проточной линии, чем и определяется положение регулирующего клапана (РК) на подводе топливного газа в камеру сгорания.