Глава 2 - Основные параметры и требования к ГТД

-воздушный винт (ВВ);

-вспомогательный двигатель (ВД).

Êкомпонентам II класса относятся части конструкции планера воздушного судна, работоспособность которых влияет на летную годность (фюзеляж, крыло, секции механизации крыла, шасси, механическая система управления и др.).

Êкомпонентам III класса относятся комплектующие изделия (КИ), которыми являются любые готовые изделия (механизмы, агрегаты, приборы, блоки и др.), устанавливаемые на воздушное судно, АМД, ВВ, ВД.

Для обеспечения безопасности полетов к воздушному судну и его компонентам предъявляется комплекс требований по обеспечению летной годности. НЛГ авиационных двигателей приведены

âÀÏ–33 [2.8.4]. Они содержат требования к проектированию и конструированию узлов и систем двигателя по обеспечению прочности, надежности и безопасности, а также комплекс стендовых и летных испытаний по проверке выполнения требований НЛГ.

Кроме требований летной годности воздушные суда и их компоненты должны выполнять требования по охране окружающей среды согласно действующим ограничениям выбросов вредных веществ

âатмосферу (окиси углерода СО, несгоревших уг-

леводородов НС, окислов азота NOX, а также дыма CN) и уровня шума, создаваемого самолетом на местности во время взлета и посадки.

Работы по установлению соответствия воздушного судна и его компонентов требованиям по обеспечению летной годности и охране окружающей среды называются сертификацией. Компоненты воздушного судна сертифицируются либо в его составе (компоненты III класса), либо на начальном этапе самостоятельно, а затем — в составе воздушного судна (компоненты I и II класса).

Сертификации также подвергаются предприятия и организации, разрабатывающие и производящие авиационную технику.

Государственным компетентным органом, осуществляющим нормирование летной годности, процедуры сертификации и выдающим соответствующие сертификаты на образцы авиационной техники является Авиационный Регистр МАК, который действует на территории государств–учре- дителей МАК: в Азербайджане, Армении, Беларуси, Грузии, Казахстане, Кыргызстане, Молдове, Таджикистане, Узбекистане, Российской Федерации, Туркменистане и Украине.

Процедуры сертификации авиационной техники приведены в АП–21.

После проведения сертификации двигателя

Разработчик получает от Авиационного Регистра МАК Сертификат типа на двигатель.

2.4 - Особенности требований к ГТД наземного применения

В данном разделе рассматриваются особенности требований к наземным ГТД, используемым

âкачестве привода нагнетателей природного газа

âсоставе ГПА и для привода электрогенераторов

âсоставе ГТЭС различного типа.

Энергетика и механический привод являются важнейшими областями применения наземных ГТД: в суммарном объеме мирового производства наземных и морских ГТД энергетические ГТД составляют около 91 %, приводные ГТД – около 5 % (по стоимости). В России основной потребитель ГТД – газотранспортные подразделения ОАО «Газпром», однако и в энергетике в последнее время наблюдается быстрый рост спроса на газотурбинные приводы.

2.4.1 - Особенности требований к приводным ГТД для ГПА

2.4.1.1 - Требования к характеристикам ГТД

Основными характеристиками ГТД, определяющими его размерность и техническое совершенство являются номинальная мощность на выходном валу (Nå ÍÎÌ) и эффективный к.п.д. (ηå) на режиме номинальной мощности.

Nå ÍÎÌ – это максимальная длительная мощность в определенных стандартных условиях (см. ниже), при которой обеспечиваются заявленные показатели ресурса, надежности и экономичности. Nå ÍÎÌ è ηå определяются для двух условий: условий по ISO 2314 и станционных условий.

Условия ISO 2314 (ГОСТ 20440–75):

1)параметры воздуха на входе (в плоскости входного патрубка компрессора): полное давление 0,1013 МПА, полная температура +15 °С, относительная влажность 60 %;

2)параметры на выхлопе (в плоскости выхлопного патрубка турбины или на выходе из регенератора, если используется регенеративный цикл): статическое давление 0,1013 МПА;

3)сопротивление входного и выхлопного трактов ГПА не учитывается.

Параметры ГТД в условиях ISO используются для определения технического уровня двигате-

92

Глава 2 - Основные параметры и требования к ГТД

ля и сравнения его с ближайшими аналогами. Станционные условия отличаются от условий

ISO учетом потерь полного давления во входном

èвыхлопном устройствах ГПА, которые обычно не превышают 1000 Па (100 мм вод.ст.).

Номинальная мощность должна обеспечи- ваться до температуры атмосферного воздуха +25 °С (это требование может быть изменено для конкретного двигателя).

Максимальная мощность ГТД – это предельная рабочая мощность, развиваемая при больших отрицательных температурах атмосферного воздуха. Максимальная мощность должна быть до 20 % выше номинальной.

Номинальный к.п.д. проектируемых ГТД должен соответствовать современному техническому уровню или быть выше. Значения к.п.д. современных серийных ГТД для различных классов мощности приведены в таблице 2.4.1.1_1 [2.8.5].

Примечание: показатели относятся к серийной товарной продукции мирового рынка простого

èрегенеративного цикла и не относятся к установкам сложных и комбинированных циклов. Перспективные разработки и прототипы могут иметь к.п.д. на 1,5…2 % (абсолютных) выше.

Нагрузочная характеристика двигателя ГПА (зависимость мощности от частоты вращения силовой турбины при постоянном режиме газогенератора) должна быть пологой — не более 5 % снижения мощности при частоте вращения СТ 70 % от номинальной.

Минимальная мощность, при которой допускается длительная эксплуатация ГТД, может составлять до 50 % от номинальной мощности.

Конструкция ГТД должна допускать возможность отбора сжатого воздуха из–за компрессора на станционные нужды и в противообледенительную систему. При этом соответственно снижаются мощность и к.п.д.

Двигатели ГПА работают на земле, в условиях запыленности, поэтому в процессе эксплуатации

мощность снижается из–за загрязнения газовоздушного тракта двигателя (в основном, проточной части компрессора). Для восстановления мощности выполняют промывку газовоздушного тракта. При промывке на вход в двигатель при помощи промывочных устройств подаются специальные моющие растворы. Промывку выполняют на рабочем режиме или на режиме холодной прокрутки. Отличие промывки на рабочих режимах от промывки на холодной прокрутке заключается в расходах промывочной жидкости — на холодной прокрутке подается значительно больше моющей жидкости. Рекомендуемая периодичность промывки:

-на рабочем режиме – через 300…1000 часов работы;

-на режиме холодной прокрутки – через 3000…5000 часов работы.

Промывки могут производиться и чаще в слу- чае значительного снижения мощности ГТД при сильной загрязненности воздуха.

2.4.1.2 - Требования к ресурсам и надежности

Класс использования ГТД для ГПА, как правило, базовый:

-время работы свыше 6000 час/год,

-число пусков не менее 20 в год,

-время непрерывной работы — более 300 час/

ïóñê.

Срок службы ГТД – не менее 20 лет. Ресурсы:

-назначенный — не менее 100000 час;

-межремонтный — 20000…25000 час. Назначенный ресурс газогенератора ГТД, кон-

вертированного из авиадвигателя, должен быть не менее 50000 час.

Надежность ГТД для ГПА определяется следующими основными показателями:

а) наработка на отказ по причинам, связанным с двигателем, ч:

Таблица 2.4.1.1_1

Современный уровень к.п.д. ГТД

93

Глава 2 - Основные параметры и требования к ГТД

	TОТКАЗ= TÐ / ×ОТКАЗ,
ãäå ÒÐ	– суммарное время работы парка двига-
	телей, ч;

×ОТКАЗ – количество отказов. Нормируемое значение ÒОТКАЗ ≥ 3500 ÷àñ.

б) коэффициент надежности пусков:

ÊÍÏ = Ï / ÏÎÁÙ,

ãäå Ï – количество удавшихся пусков; ÏÎÁÙ – общее количество пусков с учетом

неудавшихся. Нормируемое значение ÊÍÏ ≥ 0,95.

в) коэффициент готовности:

		ÊÃ = ÒÐ / (ÒÐ + Òпрост)
ãäå ÒÐ		– суммарное время работы парка двига-
Òпрост		телей, ч;
	– суммарное время вынужденных про-
		стоев, связанное с устранением отка-
		çîâ, ÷.
Нормируемое значение ÊÃ ≥ 0,98.
г) коэффициент технического использования:
		ÊÒÈ = ÒÐ / (ÒÐ + ÒВОССТ + ÒÒÎÐ),
ãäå ÒÐ		– суммарное время работы парка двига-
ÒВОССТ		телей, ч;
		– суммарное время восстановления, свя-
ÒÒÎÐ		занное с устранением отказов, ч;
		– время простоев на плановое техни-
		ческое обслуживание и ремонт, зап-

ланированный на время простоев,ч. Нормируемое значение ÊÒÈ ≥ 0,9.

Фактически показатели надежности оцениваются по результатам эксплуатации и должны быть подтверждены по истечении пяти лет эксплуатации двигателей.

2.4.1.3 - Требования к габаритам

èвесовым характеристикам

Âотличие от авиационных, к ГТД наземного применения предъявляются менее жесткие требования по габаритам и массе.

Основными ограничениями являются габариты контейнеров для транспортировки и хранения двигателей. ГТД должны транспортироваться обыч-

ными транспортными средствами с применением распространенных грузоподъемных механизмов. При проектировании промышленных двигателей для ГПА нет необходимости вводить в конструкцию элементы, снижающие массу деталей: выборки, проточки, отверстия и т.п. Также не следует применять без особой необходимости дорогостоящие легкие сплавы — (титановые, алюминиевые, магниевые) и высоколегированные стали.

2.4.1.4 - Используемые ГСМ

Âкачестве топлива для ГТД ГПА в основном используется природный газ, отбираемый из транспортных газопроводов. Состав и характеристики топливного газа регламентируются отраслевым стандартом. При проектировании ГТД, особенно деталей камеры сгорания, лопаток и дисков турбины, следует учитывать, что в состав природного газа входят сероводород и меркаптановая сера. Эти компоненты газа при высоких температурах вызывают оксидно–сернистую коррозию деталей. Повышенным содержанием сероводорода отличается природный газ, откачиваемый из подземных хранилищ газа. В некоторых случаях в качестве топлива могут использоваться попутные нефтяные газы.

Транспортируемый газ, используемый в каче- стве топлива, проходит на компрессорных станциях через специальные блоки подготовки В этих блоках газ доводится до требований стандарта по чистоте, содержанию влаги и температуре.

Во многих случаях транспортируемый природный газ используется и в качестве рабочего тела для турбостартеров двигателя – так называемый пусковой газ. Пусковой газ также подается к стартеру двигателя из блоков подготовки газа компрессорной станции.

Âсистемах смазки ГТД для ГПА используются минеральные масла типа МС–8П, в некоторых двигателях используется масло турбинное типа ТП–22е. В высокотемпературных ГТД, конвертированных из авиадвигателей, применяются синтетические масла при условии минимизации потерь масла.

2.4.1.5 - Требования экологии и безопасности

Существуют допустимые нормы содержания окислов азота и углерода в выхлопных газах приводных ГТД ГПА.

Содержание окислов азота (в сухих продуктах сгорания при температуре 0 °С, давлении

94