Корж В.В. Газотурбинные установки

Подождите немного. Документ загружается.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы характерные точки и зоны нагнетателя?

2. Из чего состоит схема пуска нагнетателя?

3. Каковы условия надежного пуска параллельно работающих ГПА?

4. В чем причины помпажа при пуске?

6 Конструкция газотурбинного двигателя ГТК-10-4

6.1 Технические данные ГТК-10-4, основные узлы

Конструкция ГТК-10-4

Установка ГТК-10-4 Невского машиностроительного завода имени

В. И. Ленина выполнена по двухвальной схеме со свободной силовой турбиной

низкого давления и регенератором (тепловая схема).

Технические данные ГТК-10-4

− номинальная мощность на муфте нагнетателя 10000 кВт (±5%);

− коэффициент полезного действия,

отнесенный к номинальной мощно-

сти на муфте нагнетателя, 28% ± 1%;

− температура наружного воздуха + 15

С;

− давление наружного воздуха 1,033 атм;

− температура газа перед турбиной 780

С;

− скорость вращения силового вала 4800 об/мин.;

− падение давления во всасывающем и выхлопном трактах 50 мм водного

столба;

− степень сжатия воздуха 4,6;

− число ступеней компрессора 10, статора имеет 12 ступеней;

− обороты ТНД 4800 об/мин.;

− обороты ТВД 5800 об/мин.;

− расход воздуха 310 т/ч;

− обороты отключения турбодетандера 2500 об/мин

− маслосистема циркуляционная под давлением;

− сорт масла Тп-22;

− масса турбины 56 тонн.

ГТУ данного типа имеет 3 модификации:

− ГТК-10-2 служит для привода ЦБН типа 520-12-1 на давлении

56 кгс/см

;

− ГТК-10-3 служит для привода ЦБН типа 370-16-1 на давлении

76 кгс/см

, работающих на Транс-Иранском газопроводе;

− ГТК-10-4 служит для привода ЦБН типа 370-18-1 на давлении

76 кгс/см

, работающих на отечественных газопроводах, отличается от

первых двух модификаций вертикальной камерой сгорания.

Принцип работы установки ГТК-10-4

ГТУ называют установку, состоящую из основных элементов воздуш-

ного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины системы смазки, топ-

ливной системы, контроля и защиты, системы уплотнения вала центро-

бежного насоса ЦБН.

В состав входят общестанционные системы: пускового газа; топливного

газа; импульсного газа; электроснабжения; противопожарная; вентиляции; и т. д

Рассмотрим работу установки ГТК-10-4 на тепловой схеме (рис. 42), бе-

ря за основу стандартную атмосферу: температуру наружного воздуха +15

С,

давление наружного воздуха 1,033 атм.

Атмосферный воздух засасывается через фильтр с параметрами: давле-

ние P = 0,1033 МПа, температура +15

С, количество воздуха G = 310 т/час и по-

ступает во всасывающую камеру, плавно разворачивается и обтекает входные

направляющие лопатки (ВНА), которые направляют поток воздуха на рабочие

лопатки компрессора первой ступени под углом 10-15

С для плавного их обте-

кания во избежание помпажа.

Далее воздух поступает на направляющие лопатки (НЛ) статора, задача

которых направить поток воздуха сжатого в первой ступени на рабочие лопатки

второй ступени под углом 10-15

С и так далее включая 10 ступеней компрессо-

ра. После 10 ступени сжатый воздух в компрессоре поступает на лопатки

спрямляющего аппарата (СА) задача которого направить воздух в нагнетатель-

ную камеру с меньшим гидравлическим сопротивлением. Из нагнетающей ка-

меры сжатый воздух имеет следующие параметры: давление P = 0,46 МПа,

T = 198

C, G = 310 т/час и поступает по трубопроводу в воздухоподогреватель,

где проходит через решетки, обогреваемые выхлопными газами из системы вы-

хлопа двигателя. Воздух выходит из воздухоподогревателя со следующими па-

раметрами: P = 0,45 МПа, T = 414

C, G = 307 т/час и подходит по трубо-

проводу к камере сгорания.

В камеру сгорания поступает сжатый воздух, пусковой и топливный газы,

где происходит горение газовоздушной смеси. В результате сгорания и смеши-

вания с вторичным потоком воздуха продукты сгорания приобретают следую-

щие параметры: P = 0,433 МПа, T = 800

C, G = 310 т/час. Далее продукты

сгорания поступают на лопатки спрямляющего аппарата турбины высокого

давления ТВД, которые направляют их на рабочие лопатки турбины ТВД, где

они отдают часть своей энергии на вращение турбины высокого давления. ТВД

устанавливается на конце турбокомпрессора и приводит во вращение компрес-

сор, который сжимает воздух. Оставшаяся энергия продуктов

сгорания посту-

пает на лопатки спрямляющего аппарата турбины низкого давления ТНД,

которые направляют продукты сгорания на рабочие лопатки турбины низкого

давления.

Рис. 42. Тепловая схема двигателя ГТК – 10 – 4

Турбина низкого давления крепится на силовом валу, на другом конце

вала через переходную муфту соединяется с нагнетателем, который служит

для перекачки газа. Далее продукты сгорания через диффузор и два выхлопных

патрубка по трубопроводу подходит к воздухоподогревателю с параметрами:

P = 0,105 МПа, T = 507

C. Проходя через воздухоподогреватель продукты сго-

рания, отдают часть тепла для нагрева решеток воздухоподогревателя. Продук-

ты сгорания выходят из подогревателя с параметрами: P = 0,101 МПа,

T = 303

C, G = 310 т/час и отводятся в выхлопную трубу. При прохождение

продуктов сгорания через воздухоподогреватель они отдают часть тепла для

подогрева воздуха, входящего в камеру сгорания, при этом температура возду-

ха повышается на ∆T = 200

Вопросы для самопроверки

1. В чем заключается конструкция ГТК-10-4?

2. Каковы технические данные ГТК-10-4?

3. Какие существуют модификации ГТК-10-4?

4. В чем заключается принцип работы ГТК-10-4?

6.2 Блок турбогруппы: компрессор, передний блок, турбины,

рама-маслобак, подшипник силового ротора

Блок турбогруппы

состоит из:

− осевого компрессора, турбин высокого и низкого давлений, объединен-

ных в одном корпусе;

− рамы маслобака и подшипника силового ротора.

На оси компрессора в передней его части установлен корпус переднего

блока, в котором находится опорно-упорный подшипник компрессора, турбо-

детандер, главный масляный насос, валоповоротное устройство.

Корпуса компрессора, турбин

и подшипника ротора турбин смонтирова-

ны на общей фундаментной раме, одновременно являющейся маслобаком.

Блок турбогруппы соединяется с нагнетателем при помощи промежуточного

вала. Ротор турбины высокого давления состоит из одновенчатого диска, укре-

пленного на консоли вала воздушного компрессора, который вращается в двух

подшипника. Одновенчатый диск ТНД вращается в двух вкладышах, располо-

женных

в корпусе подшипника силового вала.

Состав блока турбогруппы:

− 10-ступенчатый осевой компрессор;

− газовая турбина;

− рама маслобак.

− подшипник силового ротора.

Осевой компрессор

состоит из:

− статора (корпус);

− ротора;

− передней и задней опоры;

− воздушных лабиринтных уплотнений;

− 8-и сбросных клапанов.

Статор осевого компрессора

состоит из:

− всасывающей камеры;

− обоймы;

− нагнетательной камеры, соединенных между собой вертикальным

фланцем и имеющих горизонтальный разъем.

Статор крепится к маслобаку с помощью 4-х лап и 2-х шпонок.

Всасывающая камера

состоит из:

− входного патрубка, имеющего фланец прямоугольной формы, к кото-

рому при помощи шпилек присоединен всасывающий трубопровод;

− конфузорной части;

− корпуса переднего блока, нижняя часть которого прилита к входному

патрубку, внутри имеются ребра жесткости.

К передней стенке камеры крепится турбодетандер, а на крышке передне-

го блока устанавливается валоповоротное

устройство (ВПУ).

Обойма

выполнена в виде конической трубы и по внутренней поверхно-

сти имеет 12 кольцевых проточек для установки лопатки ВНА, 10 промежуточ-

ных направляющих аппаратов (НА) и СА (спрямляющего аппарата).

В средней части обоймы выполнен кольцевой прилив, внутренняя полость

которого соединена с проточной частью осевого компрессора за 4-ой ступенью.

В этом приливе установлено 8 сбросных

клапанов.

Нагнетательная камера

состоит из:

− диффузора – для безотрывного поворота воздуха. На нем устанавлива-

ется кольцевая лопатка. Диффузор установлен в расточке корпуса, верхняя по-

ловина крепится 2 винтами;

− сборной кольцевой камеры;

− патрубка, фланец которого крепится к трубопроводу.

На задней стенке имеются приливы для крепления корпуса среднего

подшипника и 6-и отверстий для подвода

воздуха на ТНД.

К диффузору крепится кольцевая лопатка.

Осевой компрессор

Ротор компрессора

(рис. 43) барабанного типа состоит из:

− пробки, зафиксированной 4-мя винтами;

− барабана.

На пробке расположены:

− усики переднего лабиринтного уплотнения;

− маслоотбойник;

− гайка опорно-упорного подшипника;

− упорный диск;

− гребень реле осевого сдвига;

− на передний конец посажена цилиндрическая шестерня и центробежное

колесо главного масляного насоса (ГМН).

На барабане выполнено 10 кольцевых проточек для установки лопаток

(лопатки имеют хвост зубчатого профиля), усики заднего лабиринтного уплот-

нения, маслоотбойное кольцо, гайка опорного подшипника, отверстие для ус-

тановки автомата безопасности, отверстие для установки магнитного

тахогенератора.

На конце

барабана крепится центробежное колесо (крылатка), одновен-

чиковый диск ТВД.

Вся турбогруппа закрывается обшивкой, из-под которой нагретый воздух

отсасывается вентилятором и выбрасывается в атмосферу. Наружная поверх-

ность компрессора покрыта звуко- и теплоизоляцией.

Рис. 43. Ротор компрессора

1 − барабан; 2 − пробка; 3 − центробежное кольцо (крылатка); 4 − упорный диск

опорно-упорного вкладыша; 5 − диск реле осевого сдвига; 6 − отверстие

для установки гильзы автомата безопасности; 7 − место шпонки зубчатого колеса;

8 – отверстие для установки магнита тахогенератора; 9 – усики переднего лабиринт-

ного уплотнения;10 – рабочая лопатка компрессора; 11 – маслозащитные кольца;

12 – усики заднего лабиринтного

уплотнения; 13 – место крепления диска ТВД

Передний блок

Нижняя часть корпуса переднего блока (рис. 44) отлита заодно с всасы-

вающим патрубком корпуса компрессора. Крышка, для удобства обслуживания

механизмов, расположенных внутри блока, имеет вертикальный разъем.

Рис. 44. Передний блок

1 – корпус компрессора; 2 – турбодетандер; 3 – расцепное устройство; 4 – главный

масляный насос; 5 – датчик тахогенератора; 6 – реле осевого сдвига; 7 – ротор

турбокомпрессора; 8 – маслозащитное кольцо; 9 – щиток; 10 – опорно-упорный

вкладыш; 11 – автомат безопасности турбокомпрессорного вала; 12 – масляный

выключатель; 13 – автомат безопасности вала турбодетандера; 14 – опорный

вкладыш турбодетандера

В блоке размещаются опорно-упорный вкладыш вала турбокомпрессора,

реле осевого сдвига, масляный выключатель, главный масляный насос, элек-

тромагнитный датчик тахогенератора и маслозащитное кольцо. На крышке

блока установлено валоповоротное устройство и вибродатчик, а на переднюю

стенку крепится пусковой турбодетандер с расцепным устройством.

Для установки опорно-упорного вкладыша в корпусе имеется кольцевой

прилив, усиленный в нижней половине продольным ребром. Подвод масла к

вкладышу осуществлен от передней стенки блока по каналу.

На горизонтальном разъеме имеется выемка для установки реле осевого

сдвига. Реле крепится двумя шпильками с гайками и фиксируется двумя штиф-

тами. Масло к реле осевого сдвига подведено при помощи двух трубок также от

передней стенки блока. Масляный выключатель автомата безопасности уста-

новлен на приливе боковой стенки блока и крепится четырьмя шпильками с

гайками. К масляному выключателю от передней стенки блока подведены три

трубки, по которым поступает масло предельной защиты, масло на взведение,

которое сливается при срабатывании масляного выключателя.

Главный масляный насос центробежного типа (рис. 45) установлен на ва-

лу турбокомпрессора в блоке переднего подшипника и служит для обеспечения

смазки агрегата и работы системы регулирования.

Рис. 45. Насос масляный

1 – прокладка; 2 – гайка; 3 – кольцо; 4 – втулка установочная; 5 – винт М16;

6 – колесо насоса; 7 – кольцо уплотнительное; 8 – шпонка, 9 – корпус насоса;

10 – рым-болт; 11 – шпилька М16; 12 – гайка М16, 13 – шайба пружинная; 14 – гайка;

16, 17 – винт М16; 15 – штифт; 18 – полукольцо установочное; 19 – винт М16;

20 – гайка М16; 21 – винт М6

Колесо насоса имеет фрезерованные лопатки. С помощью заклепок, про-

ходящих через тело лопаток, колесо насоса скрепляется с покрывающим дис-

ком. Удерживается колесо насоса на валу с помощью шпоночного соединения и

прижимной гайки-обтекателя. Корпус насоса состоит из двух половин: нижняя

половика корпуса крепится к корпусу переднего блока подшипника входным и

нагнетательным патрубками. К всасывающему патрубку насоса крепится уста-

новочная втулка. В месте ее прохода через корпус блока для предотвращения

протечек масла на нее надеты резиновые уплотнительные кольца. На переднюю

резьбовую часть втулки навернут фланец, к которому крепится входной трубо-

провод насоса; фланец стопорится винтом. Внутри втулки имеются ребра, ор-

ганизующие поток масла перед входом на колесо. В корпусе насоса по обе

стороны колеса установлены два уплотнительных кольца, из которых одно не-

разъемное, а второе состоит из двух половин, соединенных по разъему шпиль-

ками с гайками. Уплотнительные кольца – плавающие, фиксируются от

проворота штифтами, установленными в кольца и входящими в выемки на го-

ризонтальном разъеме корпуса насоса.

Описание конструкции турбодетандера с расцепным устройством и ва-

лоповоротного устройства даны отдельно.

В корпусе переднего блока имеется прилив, в расточке которого установ-

лен опорный вкладыш турбодетандера. Подвод масла к нему организован при

помощи трубки, выведенной на передний торец блока.

Датчик электротахометра вала турбокомпрессора расположен в перед-

нем блоке. Постоянный магнит установлен в поперечном отверстии ротора

турбокомпрессора. Магнитопровод при помощи кронштейна крепится к прили-

ву, в котором установлен опорный вкладыш турбодетандера. Провода, соеди-

няющие датчик электротахометра с показывающим прибором, установленным

на щите КИП, выводятся через штепсельный разъем, расположенный на перед-

нем торце блока.

В часть блока, обращенной к корпусу, для предотвращения протечек мас-

ла между ротором и корпусом установлено маслозащитное кольцо.

Описание масляного выключателя автомата безопасности и реле осево-

го сдвига приведено в описании системы регулирования.

Для удобства настройки автомата безопасности на крышке имеется люк;

второй люк, закрытый прозрачной крышкой, предназначен для наблюдения в

процессе монтажа за работой расцепного устройства.

Вкладыши ротора турбокомпрессора

Ротор вращается в двух вкладышах скольжения:

− передний опорно-упорный

− установлен в переднем блоке, восприни-

мает осевые и радиальные нагрузки;

− задний опорный

− установлен в корпусе среднего подшипника, воспри-

нимает только опорные нагрузки.

Опорно-упорный вкладыш (рис. 46) выполнен с горизонтальным разъе-

мом, верхняя и нижняя часть соединены между собой 4-мя шпильками с гайка-

ми, контрятся шплинтами и центрируются 2-мя штифтами. Опорная часть

залита баббитом. Во вкладыше винтами крепятся 2 упорных полукольца (4), на

которых

установлены по 12 рабочих и установочных колодок (5), восприни-

мающие осевые усилия со стороны ротора. Они воспринимают осевые нагрузки

во время пусков и остановок агрегата.

Рис. 46. Опорно-упорный вкладыш

1 − верхняя половина; 2 − нижняя половина; 3−шпилька; 4−полукольцо; 5 – колодки;

6−уплотнительные кольца; 7 – болт; 8 – опорная подушка; 9 – сегмент; 10 – отверстия

Для уменьшения утечек масла из камеры колодок установлены уплотни-

тельные кольца (6) плавающего типа с баббитовой заливкой, предохраняемые

от поворота штифтом. Кольцо выполнено с горизонтальным разъемом, соеди-

няется при помощи болтов (7) с гайками и шайбами гровера (шайба разрезная

пружинная служит для предупреждения самоотворачивания гаек при вибрации

агрегата).