Соколов В.С. Газотурбинные установки

Подождите немного. Документ загружается.

10. Роторi нагнетателя жесткий; его критическая частота вращения намного боль-

"'в'м^тах'пр'охода ротора через крышки 5 и 8 корпуса нагнетателя расположены концевые

уплотнения 1 и 12, предотвращающее утечки из него газа. Ротор нагнетателя соединен с

ротором газовой турбины торсионным валом 3.

Таз из магистрали попадает в камеру 15, расположенную перед первой ступенью

нагнетателя, через приваренный сбоку на цилиндрической поверхности его корпуса

патрубок. Пройдя рабочее колесо 9, газ направляется в межступенную диафрагму 14, а за-

тем _

рабочее колесо второй ступени. За второй ступенью из

камеры 13 через второй патрубок, также приваренный к цилиндра* ческой поверхности

корпуса нагнетателя, газ уходит в напорный участок газопровода.

Нагнетатель обеспечивает перекачку природного газа по магистральным газопроводам,

рассчитанным на давление 7,6—10 МТДа, Степень повышения давления газа в двух

ступенях нагнетателя составляет 1,44.

Рис. 141. Нагнетатель природного газа: <

/ 12 — уплотнения, 2, 11 — опорные подшипники, 3 — торсионный вал, 4 — корпус, 5, 8 — крышки, б — элементы статора,

7 —ротор, 9 — рабочие колеса первой и второй ступеней, Ю — упорный подшипник, 13. IS — камеры для выхода и входа газа,

14 — межступенная диафрагма

Для привода таких нагнетателей используют ГТУ, выполненные на основе авиационного

двигателя, который является генератором рабочего тела для силовой турбины,

приводящей во вращение ротор нагнетателя.

Масло к подшипникам ГТУ и нагнетателя подается двумя насосами, один из которых

приводится в действие ротором нагнетателя, а второй ротором ГТУ. Для охлаждения

масла служат воздушные теплообменники.

Пуск установки, выход на рабочий режим и его поддержание осуществляются

автоматически.

% 42. Характеристики потребителей мощности ГТУ

Стационарные ГТУ, как уже отмечалось, наиболее широко используются для привода

электрических генераторов и нагнетателей природного газа. Чтобы определить режимы

работы ГТУ при различных нагрузках,. необходимо знать зависимость

мощности,Потребляемой генератором или нагнетателем природного газа, от

Частоты вращения

их роторов. Такую зависимость называют характеристикой потребителя мощности.При пуске

ГТУ электрический генератор переменного тока отключен от сети. Чтобы подключить

электрический генератор к сети, необходимо вращать его ротор с такой частотой, при которой

частота и фаза эдс, вырабатываемой генератором, совпадали бы

с частотой и фазой напряжения электрической сети. Иначе в момент подключения генератора

возникает большой ударный крутящий момент, воздействующий на его ротор, а через

соединительную муфту — на ротор турбины или компрессора.

Мощность, потребляемая генератором на холостом ходу (до под-

частоты

в?ащения°$о- ключения к сети), очень мала и тора электрического генератора

расходуется на преодоление трения от мощности в подшипниках и ротора о газообразную среду,

а также на привод вентиляторов, обеспечивающих охлаждение генератора, и др.

После подключения к сети частота вращения ротора генератора совпадает с частотой сети и не

зависит от мощности, вырабатываемой генератором. Так как частота электрического тока в сети

изменяется очень мало, можно считать, что электрический -гене-

Рис. 143. Распределение давления в магистральном газопроводе:

/ — нагнетатели, 2 — участки магистрального газопровода; р

— давление за нагнетателем в начале последующего участка

газопровода; р

— давление перед нагнетателей в начале предыдущего участка газопровода, I — расстояние вдоль газопровода

ратор практически работает с постоянной частотой вращения ротора п. Если обозначить частоту

вращения ротора при номинальном режиме работы генератора через л

, то его характеристика

(рис. 142) может быть представлена следующей зависимостью:

п/п

=1.

Нагнетатели природного газа располагают на магистральных газопроводах примерно на равном

расстоянии друг от друга. Что-

л=const

Рис. 144. Характеристика нагнета-• теля природного газа

IHL.......

бы прокачать газ через газопровод, необходимо преодолеть сопротивление трения, которое

возникает при движении газа по трубам. Вся мощность нагнетателей расходуется на

преодоление этого трения. По мере удаления от нагнетателя по ходу газа давление газа

уменьшается (рис. 143). Обычно расстояние между газоперекачивающими станциями выбирают

так, чтобы давление в газопроводе, выполненном из труб диаметром 1420 мм, не падало ниже

7,6 МПа, а за нагнетателем составляло 10 МПа.

Зависимость между степенью повышения давления в нагнетателе е

от расхода газа G

, пере-

качиваемого по газопроводу, и от частоты вращения ротора нагнетателя называют характеристи-

кой нагнетателя (рис. 144). Расчетный режим работы нагнетателя соответствует приведенному

расходу G

—l и расчетной степени .повышения давления е

= 8г.расч.

Так же, как и компрессор, нагнетатель может попадать в помпаж. На характеристике нагнетателя

зона режимов, при которых его работа не допускается, выделена пунктирной линией.

Контрольные вопросы

1. Каков принцип действия электрических генераторов и из каких основных частей они состоят?

2. Какие виды охлаждения генераторов вы знаете?

3. Какие системы возбуждения используются в генераторах?

4. Каков принцип действия нагнетателей природного газа и из каких основных частей они

состоят?

Глава десятая

Аварии и неполадки газотурбинных установок

§ 43. Причины аварий и неполадок ГТУ

Аварии и неполадки в работе ГТУ возникают вследствие конструктивных и технологических

недоработок, дефектов материалов, сборки, монтажа, а также неправильной эксплуатации.

Конструктивные и технологические недоработки, дефекты сборки и монтажа устраняют при сдаче

и пробной эксплуатации ГТУ. Наибольшее число повреждений в этот период приходится на

газовые турбины и примерно в три раза меньшее — на компрессор,

Камеры сгорания с газоходами и подшипниками. Еще вдвое меньшее —на теплообменники и

выходные газоходы. После длительной работы чаще повреждаются компрессор и турбина в ос-

новном вследствие неправильной эксплуатации. ■

Увеличить число аварий и неполадок могут

некачественные ремонт и монтаж оборудования. Сварочный грат, остатки электродов, грязь,

обтирочные концы, посторонние предметы, оставленные внутри оборудования, могут вызвать

тяжелые аварии. Недопустимо также повреждение деталей оборудования при монтаже. При-

чинами повреждений могут быть незнание правил ремонта и назначения деталей, несоблюдение

правил строповки, невнимательность обслуживающего персонала. Нарушение режима эксплуата-

ции может привести к тяжелым последствиям, вплоть до полного разрушения оборудования.

Кроме того, недопустимы ошибки эксплуатации, ведущие к загрязнению окружающей среды,

снижению надежности и экономичности ГТУ.

у Наиболее часто при эксплуатации ГТУ повреждаются рабочие лопатки и ротор турбины, ее

направляющие лопатки и диафрагмы, рабочие лопатки и ротор компрессора, камеры сгорания,

подшипники.

Документом, определяющим условия безопасной и экономичной эксплуатации ГТУ, являются

«Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей», на основе которых разра-

батываются местные инструкции по эксплуатации. Обслуживающий персонал ГТУ обязан знать и

строго выполнять все требования и предписания, изложенные в этих документах.

§ 44. Аварии и неполадки газовых турбин и компрессоров

Ротор турбины работает при высокой температуре и на него воздействуют силы,

пропорциональные квадрату частоты вращения. Наиболее опасно увеличение частоты вращения

ротора выше установленной нормы. При этом разрушаются рабочие лопатки турбины. При

значительном превышении частоты вращения разрушается и сам ротор, что приводит к

разрушению корпуса турбины, а зачастую и здания электростанции.

При нормальной работе системы регулирования повышение частоты вращения при сбросе

нагрузки невелико и автомат безопасности не вступает в работу. Основным условием безопасной

работы роторов турбин и компрессоров является нормальное состояние системы регулирования,

соответствующее требованиям «Правил технической эксплуатации», а также своевременное

проведение необходимых испытаний и ремонтных работ.

. В наиболее тяжелых условиях работают рабочие лопатки турбины: на них воздействуют большие

центробежные силы, потоки Газа., имеющие высокие скорости и температуры, переменные на-

грузки. В этих условиях часто наблюдается усталостное разрушение

лопаток турбины, бандажей,

бандажной проволоки. Уста-

Щ . ■

лостные разрушения возникают вследствие того, что собственные частоты колебаний лопаток

совпадают с частотой возмущающее силы, т. е. лопатки попадают в резонанс. Частота переменных

усилий, действующих на лопатки со стороны газа, зависит от частоты вращения ротора. Даже при

небольшом изменении частоты вращения лопатки могут попасть в резонанс и разрушиться через

короткое время. Так как частота вращения ротора турбины зависит от частоты электрического

тока сети, в которую включен электрический генератор, то работа его при пониженной частоте

недопустима.

При усталостном разрушении происходит отрыв части или всей лопатки, части бандажа или

бандажной проволоки. Отрыв одной лопатки обычно приводит к повреждению всех рабочих

лопаток данной ступени, а также сопловых лопаток соседней ступени. Внешне повреждение

рабочих лопаток проявляется в появлении слышимых металлических звуков и необычных шумов

внутри турбины. Если слышны удары различной силы в проточной части или посторонние звуки

турбину немедленно останавливают. \/ При поломке лопаток и "задеваниях в проточной части

турбины возрастает вибрация ротора. О поломке нескольких рядов лопаток судят по снижению

нагрузки при постоянном расходе топлива. '

При работе на запыленном воздухе или топливе высокой зольности лопатки турбины

подвергаются эрозии. Как правило, эрозий подвергается рабочие лопатки со стороны входной

кромки, а сопловые— со стороны выходной. Лопатки, поврежденные эрозией, легко

обнаруживают при очередном ремонте и заменяют. Лопатки первых ступеней турбин обычно

повреждаются окалиной или мелким сварочным гратом, остающимся после монтажа или ремонта.

Поверхность их становится шероховатой, входные кромки имеют вмятины и загибы. При ремонте

лопатки заменяют в зависимости от их состояния и наличия трещин. Эрозия и износ лопаток

являются дополнительными источниками вибрации ГТУ.

Основными источниками вибрации являются наиболее массивные вращающиеся детали: роторы

турбины, компрессора, электрического генератора и возбудителя. Причины, вызывающие

повышенную вибрацию, могут быть различны. Одни из них связаны с особенностями конструкции

установки, другие появляются в процессе ее изготовления и монтажа, третьи обусловлены ре-

жимом эксплуатации. При воздействии на ротор периодической силы, изменяющейся с частотой,

равной одной из частот собственных колебаний, ротор попадает в резонанс. При этом отклонения

ротора от положения равновесия будут наибольшими и его вибрация резко увеличивается. Когда

ротор разгоняется до рабочей частоты вращения, он может один или несколько, раз попадать в

резонанс с различными формами колебаний. Частоты вращения, на которых ротор попадает в

резонанс, являются опасными для работы ГТУ. Этот период ее работы должен быть возможно

короче. Для каждой ГТУ в инструкции по эксплуатации оговорены резонансные частоты

вращения роторов.

Частоты собственных колебаний зависят от размеров ротора и «го массы. На значение

резонансных частот влияет жесткость подшипников, корпуса турбины, компрессора и

фундамента. Амплитуду вибрации измеряют на подшипниках. Если при первом пуске ГТУ

амплитуда вибрации не укладывается в пределы оценки «хорошо», монтажная организация или

завод-изготовитель проводят работы, необходимые для ее снижения.

Повышенную вибрацию может вызвать недостаточно тщательный монтаж ГТУ. Если оси

подшипников выставлены неточно, появляется повышенная вибрация. Монтажная организация

при этом должна провести дополнительные работы по устранению ее при-

/ЧИН.

\/ Если во время эксплуатации проточные части турбины и компрессора загрязняются

отложениями", разбалансировка ротора может увеличиваться. К разбалансировке приводит также

вылет рабочих лопаток, остаточный прогиб оси ротора из-за задеваний в уплотнениях, смещение

обмотки ротора электрического генератора в пазах или лобовых частях, замыкание витков

обмотки на землю или между собой. Вибрация повышается и в том случае, когда коробится

корпус турбокомпрессора из-за неравномерного нагрева или заеданий между корпусами

подшипников и фундаментными - плитами, препятствующих их свободному перемещению при

прогреве и остывании.

\/ Повышенная вибрация турбокомпрессора может служить причиной разрушения газоходов,

маслопроводов, водоводов, трубок, охладителей и других элементов. Под воздействием вибрации

оседает фундамент, нарушается установка подшипников, что в свою очередь приводит к ее

увеличению.

Совершенно недопустим заброс пламени в проточную часть турбины и горение топлива в ней, так

как за 1—2 мин может сгореть значительная часть рабочих лопаток.

Некоторые виды разрушений рабочих и сопловых лопаток могут появляться после длительной

работы турбины. Так, при слишком- быстрых пусках и остановах в рабочих и сопловых лопатках

турбины возникают большие температурные напряжения, в результате которых появляются

трещины в кромках лопаток из-за малоцикловой усталости металла. С каждым таким пуском и ос-

тановом трещины растут и в конечном счете лопатки разрушаются. По той же причине могут

растрескиваться диски, ротор или корпус турбины.

По истечении длительного времени лопатки турбины могут разрушиться в результате исчерпания

запаса длительной прочности. Это возможно, если лопатки выработали ресурс или работали при

недопустимо высокой температуре газа. В первом -случае необходима своевременная замена

рабочих лопаток, а во втором — строгое соблюдение температурного режима.

При содержании в воздухе вредных примесей может возникать коррозия лопаток, турбины и

компрессора. При недостаточно хорошей очистке загрязненного топлива в газовой' турбине

развивается высокотемпературная коррозия, появляются отложения на "сопловых и рабочих

лопатках. Отложения вызывают уменьшение кпд турбины. Специфичным видом отложений

является обледенение проточной части компрессора, работающего на холодном влажном воздухе.

Наиболее эффективное средство борьбы — подогрев воздуха на входе в компрессор.

Если загрязнения проточной части компрессора избежать нельзя (например, при частых пыльных

бурях), ее периодически чистят мягкими абразивами (минеральными и растительными отходами,

мелкодробленой скорлупой плодовых косточек), вводя их "во всасывающий патрубок

компрессора с помощью сжатого воздуха на работающей ГТУ. Кроме того, для удаления

отложений промывают проточную часть компрессора водой или специальными составами при

низкой частоте вращения.

Источником аварий и неполадок ГТУ могут также служить подшипники. Основной

неисправностью подшипников турбины является подплавление баббитовой заливки и, как

следствие, уменьшение осевого зазора между статором и ротором в упорном подшипнике и

радиального в опорном. В том и другом случаях появляются задевания ротора о статор.

Повреждение упорных подшипников возникает при увеличении осевого усилия, а опорных —при

повышенной вибрации.

При плохом качестве заливки баббит может отслаиваться от вкладышей, особенно при работе

подшипника в условиях повышенной вибрации. Как правило, повреждение подшипников не на-

ступает мгновенно. Судить о нем можно заранее по увеличению температуры масла на сливе. В

современных турбинах в баббит подшипников устанавливают термопары, с помощью которых из-

меряют его температуру.

,- Перегрев и подплавление колодок подшипников могут также произойти при снижении давления

в системе смазки. Обычно устанавливается три контрольных уровня давления масла.. При сни-

жении-давления масла до первого и второго уровней включаются соответственно резервный и

аварийный маслонасосы, а при третьем контрольном уровне срабатывает электромагнитный

выключатель, который подает сигнал на останов турбины. Если защита не срабатывает, турбину

останавливает машинист.

§ 45. Аварии и неполадки камер сгорания, регенераторов и воздухоохладителей

Камера сгорания является одним из основных элементов, обеспечивающих надежную и

экономичную работу ГТУ. Наиболее часто встречающейся неполадкой является большая

неравномерность температур газа за встроенными камерами сгорания. Аварии и неполадки камер

сгорания вызываются также короблением корпусов и пламенных труб, прогаром и появлением в

них отложений, пульсациями горения, погасанием факела, смятием, пламенных труб, нарушением

режима работы горелок или форсунок.

Коробление корпусов и пламенных труб является следствиемнеравномерного распределения

температур, которое может возникать из-за дефектов охлаждения — нерационального распределе-

ния охлаждающего воздуха вблизи поверхности корпуса и пламенной трубы или в результате

смещения факела в пламенной трубе. Смещение факела, кроме того, приводит к местному

перегреву пламенной трубы, ее короблению или даже прогару. / Причиной смещения факела

является нарушение нормальной работы форсунок и горелок, коробление и растрескивание стенок

пламенных труб и регистров. Иногда невозможно стабилизировать факел и набрать полную

нагрузку ГТУ из-за неравномерной подачи воздуха. Если топливо не сгорает в основном факеле до

конца, его догорание происходит на струях вторичного воздуха, что также может вызвать

выгорание металла пламенной трубы.

В зоне перегрева появляются отложения кокса и трещины. Значительные отложения кокса могут

отрываться и выноситься потоком газа в турбину. Большие куски повреждают сопловые и

особенно рабочие лопатки. Трещины в деталях камеры сгорания появляются также в результате

малоцикловой или обычной усталости. Повторные пластические деформации деталей камеры сго-

рания развиваются вследствие больших температурных напряжений, возникающих при пусках и

остановах ГТУ.

При определенных условиях в камере сгорания возникают продольные или поперечные колебания

массы газа, находящегося в пламенной трубе. Возбудителями этих колебаний могут быть, на-

пример, возмущения потока за рассекателями, регистрами и т. д.

Пульсации горения сопровождаются пульсациями давления и вызывают появление механических

переменных напряжений в деталях камеры сгорания, что приводит к их разрушениям в результате

усталости материала.

Погасание факела чаще всего наблюдается после прекращения подачи топлива из-за неполадок в

системе топливоподачи, помпажа, поломок фронтового устройства и выноса воды в камеру сго-

рания. При внезапном прекращении подачи топлива в камеру сгорания давление внутри

пламенной трубы резко падает и ее может смять давлением находящегося снаружи вторичного

воздуха.

При работе камер сгорания на газообразном топливе большое * количество газового конденсата

(жидкой фазы) может вызвать аварийный режим. В этом случае топливно-воздушная смесь вблизи

фронтового устройства переобогащается и не горит. Горение начинается только в зоне подвода

вторичного воздуха и стабилизируется в проточной части турбины. При этом лопатки турбины

резко перегреваются и разрушаются.

Наиболее распространенным нарушением работы форсунок является их износ вследствие наличия

в топливе твердых частиц и коксования жидкого топлива. Коксование возникает в местах протечек

жидкого топлива через неплотности соединений деталей форсунок или после прекращения подачи

топлива при останове ГТУ.

Одной из распространенных неполадок камер сгорания, которая

не вызывает аварий

оборудования, является появление вредных выбросов в атмосферу СО и СОг и оксидов азота. При

сжигании, жидкого топлива в результате образования сажистых частиц об* разуется дым. Чтобы

ликвидировать дымление, необходимо добиться полного сгорания топлива: увеличить

коэффициент избытка первичного воздуха, ликвидировать зоны, переобогащенные топливом, и

улучшить его распыливание. Дымление можно снизить также, вводя в топливо противодымные

присадки.

Основным нарушением в работе регенераторов и воздухоохладителей является появление в них

неплотностей, отложений, а' также коррозии. Неплотности появляются из-за разрушения по-

верхностей нагрева вследствие вибрации или температурных напряжений, возникающих при

пусках-остановах. Через появившиеся неплотности происходят утечки сжатого воздуха. Коррозия

поверхностей нагрева возникает главным образом из-за присутствия влаги в воздухе. Чем больше

нагрет воздух, тем больше влаги в нем может быть испарено. Если поверхность теплообмена ох-

лаждена ниже точки росы, на ней начинается интенсивная конденсация влаги и, как следствие,

коррозия.

Отложения на поверхностях теплообмена, омываемых воздухом, возникают, если воздух

загрязнен. В регенераторе со стороны газа образуются отложения сажи, несгоревшего жидкого

топлива, пыли. При определенных условиях эти отложения воспламеняются. Работа ГТУ при

горении этих отложений допускается. В случае останова ГТУ пламя гасят с помощью системы

пожаротушения.

В водяных каналах теплообменников отложения "возникают при использовании воды с

неорганическими и органическими загрязнениями. Для удаления этих отложений теплообменные

поверхности периодически очищают.

§ 46. Аварии и неполадки систем топливоснабжения, автоматического регулирования и защиты

В системах жидкого топливоснабжения неполадки могут возникать при подготовке и

распределении топлива. Отказ в холодное время года системы подогрева жидкого топлива

приводит к прекращению его подачи в ГТУ. Это случается также при поломке топливных насосов,

засорении фильтров, разрушении топливопроводов.

Наиболее распространенной причиной разрушения топливопроводов является вибрация. Чтобы ее

ликвидировать, устанавливают топливопроводы на дополнительные опоры. Кроме того, топливо-

проводы подвержены коррозии. Особенно опасна коррозия их внутренних поверхностей.

Ржавчина забивает фильтры и выводит их из строя. Чтобы избежать коррозии, топливопроводы

после монтажа очищают, пассивируют и постоянно держат заполненными жидким топливом.

I В системах топливоснабжения, работающих на газе, наиболее тяжелые последствия вызывают

образование и воспламенение взрывоопасной смеси. Чтобы избежать этого, газопроводы перед

пуском и после останова тщательно продувают воздухом.

Содержание жидкой горючей фазы в газе также может служить причиной аварии ГТУ. Жидкость

скапливается в нижних точках газопроводов и при избытке выносится в камеру сгорания, что

вызывает срыв пламени и перенос его в проточную часть турбины. Если в газе содержатся

взрывоопасные или ядовитые (H2S, СО, меркаптаны) примеси, чтобы избежать утечек, особое

внимание уделяют плотности соединений элементов системы топливо-

подачи.

/ Неполадки систем автоматического регулирования и" защиты схожи, хотя неполадки системы

защиты наиболее опасны, так как ее несрабатывание приводит почти всегда к авариям. Неполадки

могут возникать в датчиках, усилительных звеньях и исполнительных механизмах.;

Так, заедание бойка автомата безопасности может служить причиной разрушения ротора из-за

недопустимого увеличения частоты вращения. Сгорание или разрушение термопар, измеряющих

температуру за камерой сгорания, не позволяет отключить ГТУ при недопустимом увеличении

температуры газа. Засорение датчиков давления перед компрессором или за ним делает

невозможным контроль за режимом его работы, вследствие чего появляется опасность

возникновения помпажа.

В системах механического и гидравлического усиления возможны заедания золотников и

сервомоторов, увеличение зазоров в сочленениях тяг и рычагов или их разрушение. Это ведет к

выходу из строя системы регулирования и защиты.

Наиболее распространенным недостатком исполнительных механизмов является заедание штоков

стопорных, топливных и противопомпажных клапанов. Чтобы предотвратить заедания при работе,

штоки клапанов «расхаживают», т. е. приводят их в течение некоторого времени с помощью

специальных устройств в возвратно-поступательное движение, которое не сказывается на работе

ГТУ.

§ 47. Противоаварийная учеба обслуживающего персонала

Работа обслуживающего персонала на станции очень специфична: При нормально действующем

оборудовании работа носит монотонный характер и имеет медленный ритм. Однако при воз-

никновении неполадок ритм резко ускоряется, приходится быстро принимать решения и

производить действия, направленные на ликвидацию, ненормального режима работы

оборудования. Для принятия правильных решений персонал должен в совершенстве знать

признаки и причины неполадок и аварий, а также порядок действий при их ликвидации.

136

В, Правилах технической эксплуатации электрических станций и в местных инструкциях по

эксплуатации подробно изложены все необходимые сведения. Однако механического заучивания

этих сведений недостаточно. Противоаварийная учеба должна обязательно состоять из двух

этапов:

разбора причин возникновения неполадок и аварийных ситуаций, изучения размещения приборов,

датчиков, органов управления и порядка действий персонала;

имитации неполадок на действующем оборудовании и обработки всех действий персонала на

месте.

Особенно важно на втором этапе обучения добиться правильного распознавания характера

неполадок и аварий по вторичным признакам — показаниям приборов, состоянию оборудования.

В результате противоаварийной учебы персонал должен приобрести навыки ликвидации

неполадок и предупреждения аварий, доведенные до автоматизма, но основанные на глубоком

понимании причин и последствий возникшего состояния оборудования, Необходимо учитывать,

что от правильности действий обслуживающего персонала при возникновении неполадок и аварий

зависит не только сохранность оборудования, но и безопасность людей.

Большое внимание при противоаварийной учебе уделяют мерам обеспечения пожарной

безопасности. Хранилища топлива, топливопроводы, топливная арматура являются источниками

повышенной пожарной .опасности. Особенно эта опасность увеличивается при использовании в

качестве топлива газа. Газопроводы и арматура должны быть герметичными, а утечки газа

недопустимы, так как их появление может привести не только к взрыву и пожару, но и к

отравлению людей.

Специальные меры пожарной безопасности принимаются также, когда потребителем энергии,

вырабатываемой ГТУ, является компрессор газоперекачивающей станции. В этом случае персонал

должен быть обучен обращению с противопожарной техникой и четко знать устройство,

расположение и принцип действия систем автоматического пожаротушения.

Особое внимание уделяется мерам пожарной безопасности при пусках и остановах ГТУ, когда

возможно поступление избыточного количества газообразного или жидкого топлива либо

загорание остатков жидкого топлива.

В соответствии с действующими 'нормами определяются обязанности каждого работника при

возникновении пожара.

Контрольные вопросы

1. По каким причинам возникают аварии и неполадки ГТУ?

2. Что вызывает разрушение лопаток газовых турбин?

3. Каковы последствия работы компрессора в режиме помпажа?

4. Какие причины вызывают повышенную вибрацию ГТУ?

5. Что приводит к появлению отложений в камерах сгорания?

на

■ Глава одиннадцатая

: Эксплуатация газотурбинных установок

§ 48. Оценка качества работы ГТУ

Газотурбинные установки работают по определенному графику, называемому диспетчерским и

устанавливающему вырабатываемую мощность и время, когда эта мощность должна быть,

выработана. Чтобы обеспечивать работу в таком режиме,. ГТУ должны быть надежны. Вместе с

тем заданная мощность должна вырабатываться с наименьшими затратами, т. е. ГТУ должны быть

экономичными.

Надежной считается установка, способная без перерывов, вызванных неполадками и авариями,

устойчиво работать в течение межремонтного периода на заданных режимах.

Для планирования выработки мощности необходимо иметь количественную оценку надежности.

Одной из таких оценок является коэффициент готовности К

Газотурбинные установки не все календарное время находятся в работе. Часть времени х\ они

стоят в резерве. Кроме того, обязательно выделяется время Тг, необходимое для плановых обслу-

живания, среднего и капитального ремонтов. От надежности установки зависит время t

вынужденного простоя в результате аварий и неполадок.

Коэффициент готовности — это отношение времени т

, в течение которого ГТУ находится в

работе, к сумме времени TJ.H т

Таким образом, коэффициент готовности представляет собой вероятность работоспособности ГТУ

в периоды между остановами на плановые ремонты и обслуживание.

Отношение времени нахождения ГТУ в резерве т

к количеству отказов а называют средней

наработкой на отказ.

Отношение времени работы ГТУ к сумме времени т

тг и тз называют коэффициентом

технического использования:

Коэффициент технического использования представляет собой вероятность работоспособности

ГТУ в течение заданного календарного времени.

Количество вынужденных простоев оценивают коэффициентом вынужденных простоев

вп

= xJ

■3'V

Коэффициенты готовности и вынужденных простоев связаны следующим соотношением:

ва

=(МК

)-\. 138

Наиболее часто условия эксплуатации ГТУ оцениваются коэффициентами рабочего времени и

использования установленной мощности:

где Рэ — количество выработанной электроэнергии за время *; AWta — номинальная мощность.

При эксплуатации важно знать, что ГТУ можно запустить в нужный момент. На практике не все

запуски бывают удачными. Надежность ГТУ при пусках характеризуют два показателя: ко-

эффициент безотказности пусков и наработка на запуск.

Коэффициент безотказности пусков определяет долю удачных пусков в их общем числе:

где Ь и с — количество удачных и неудачных пусков.

Наработка на запуск равна среднему времени работы на один удачный пуск. Эти показатели

используются для количественной оценки эксплуатационных качеств базовых ГТУ.

Пиковые ГТУ значительную часть времени находятся в резерве. В течение этого времени могут

быть выполнены.многие работы по их обслуживанию и ремонту, т. е. время их нахождения в

резерве и время вынужденного простоя частично перекрываются. Поэтому для оценки надежности

пиковых ГТУ используют условный коэффициент готовности

Установлены нормы на коэффициенты, определяющие надежность ГТУ. Так, коэффициенты

готовности и технического использования энергетических ГТУ соответственно составляют 0,98 и

0,92, а наработка на отказ — около 3000 ч. Коэффициент готовности пиковых ГТУ равен 0,97—

0,98.

Почти три четверти неполадок ГТУ возникает вследствие дефектов оборудования. Вместе с тем

доля неполадок, возникающих в результате нарушения режимов эксплуатации, также велика и

составляет от 10 до 25%. Причинами этого являются ошибки при управлении ГТУ и ее

техническом обслуживании.

Экономичность ГТУ тесно связана с надежностью, хотя прежде всего она определяется условиями

эксплуатации. Ряд факторов, влияющих на экономичность ГТУ, не зависит от обслуживающего

персонала (уровень вырабатываемой

мощности, количество и частота пусков, используемое

топливо, параметры и состояние окружающей среды). В то же время персонал может влиять на

-Экономичность, поддерживая номинальные температуру и давление газа перед турбиной,

экономно используя топливо, увеличивая скорость пуска, а также совершенствуя качество

эксплуатации и технического обслуживания.

Своевременная очистка проточной части компрессоров и турбин, а также трактов теплообменных

аппаратов позволяет поддерживать их кпд на заданном уровне и уменьшить потери. Утечки

воздуха и газа, топлива, масла и воды обнаруживают при внешнем осмотре ГТУ и принимают

срочные меры по устранению неплотностей.

§ 49. Обслуживание ГТУ при устойчивой работе на номинальных и частичных нагрузках

Уровень технической эксплуатации ГТУ зависит от квалификации оперативного и ремонтного

персонала, который должен своевременно и аккуратно проводить проверочные и регулировочные

работы, обнаруживать и устранять неполадки, постоянно следить за качеством топлива, масла,

воздуха, охлаждающей воды.

В обязанности оперативного персонала входят прежде всего осмотр и прослушивание ГТУ, а

также наблюдение за показаниями приборов. Анализ показаний приборов позволяет регулярно

оценивать состояние ГТУ: соответствие ее мощности, а также неравномерности температур газа

перед турбиной, давления топлива, воздуха и газа, вибрации' оборудования установленным

нормам; запас устойчивости компрессора по помпажу; степень загрязнения проточных частей

турбины и компрессора, теплообменников.

Недопустимое повышение температуры газа перед турбиной может быть признаком повреждения

как самой турбины, так и теплообменных аппаратов, возникновения в компрессоре срывов или

уменьшения расходов воздуха.

Каждой исправной ГТУ свойствен нормальный шум. Если при эксплуатации ГТУ характер шума

изменяется, появляются посторонние звуки, пульсации шума и удары, то это означает, чт*

компрессор попал в помпаж или работает на его границе.

Удары, стук, скрежет свидетельствуют прежде всего о поломках лопаточного аппарата или

задеваниях. Чтобы правильно определить характер и причину неполадок, необходимо привыкнуть

к шуму нормально работающей ГТУ. Для точного определения состояния оборудования его

прослушивают, применяя стетоскопы — «слухачи>.

Важным показателем нормального состояния оборудования ГТУ является уровень его вибрации.

Необходимо не только знать, укладывается ли амплитуда вибрации в установленные нормы, н» и

как она изменяется со временем и какова ее частота. Эти данные помогают определить характер и

место возникновения неполадок. Так, частота колебаний, меньшая частоты вращения ротора,

возникает в результате его неустойчивости на масляной пленке

подшипников; частота, равная частоте вращения ротора, — при его разбалансировке и задеваниях,

а равная двойной частоте вращения,— при прогибе вала и расцентровке муфт.

Под постоянным контролем должно находиться взаимное расположение ротора и статора.

Чрезмерное осевое перемещение ро-' тора может привести к задеваниям и свидетельствует о

срабатывании колодок упорного подшипника. Кроме того, контролируется состояние самих

подшипников: по температуре масла и баббитовой заливки, а также по качеству масла, его

расходу.

О нормальной работе камер сгорания судят прежде всего по неравномерности температур газа

перед турбиной, а также по давлению топлива и характеру дыма. Уменьшение давления топлива

при постоянной нагрузке турбины связано с износом форсунок, а увеличение — с их

загрязнением. Изменение интенсивности дымления, появление беглого или темного дыма может

быть признаком повреждения пламенных труб и трактов отработавшего газа. В темном дыме

содержится большое количество сажи, а в белом — несгоревшего топлива. Белый дым может

появиться в результате погасания одной или нескольких камер сгорания. . Для обеспечения

надежной работы ГТУ не реже чем один раз в 4 месяца проверяют автомат безопасности без

увеличения частоты вращения и защиту от недопустимого повышения температуры газа перед

турбиной.

Оперативный! персонал, должен постоянно следить за работой воздухозаборных устройств. Для

уменьшения запыленности возду

ха площадки перед воздухозаборниками поливают. Содержание

пыли в воздухе после фильтров на входе в компрессор должно быть не более 0,3 мг/м

; при этом

размеры пылинок должны быть не более 15 мкм. При каждом останове ГТУ фильтры очищают, а

сборные короба освобождают от пыли и шлака. О нормальной работе фильтров можно судить по

отсутствию выноса масла и нормальному перепаду давлений на них. Если фильтры засорены и

давление перед компрессором недопустимо уменьшилось, должен автоматически открыться

подвод воздуха помимо них (байпас).

Масляная система обеспечивает надежную работу ГТУ и вспомогательного оборудования.

Основным условием надежной работы ГТУ является постоянное снабжение оборудования маслом.

Чтобы не произошло случайного закрытия задвижек и вентилей системы маслоснабжения, все их

маховики пломбируются в рабочем положении. Это прежде всего относится к маховикам

задвижек и вентилей до и после маслоохладителей, на всасе и напоре резервных и аварийных

маслонасосов, до и после фильтров, а также на аварийном сливе из маслобака.

Пиковые ГТУ большую часть времени не работают. Однако и они должны постоянно

обслуживаться оперативным персоналом. Даже если ГТУ не работает, один раз в смену следует

проверять исправность оборудования и систем и один раз в неделю запускать и нагружать ГТУ,

чтобы убедиться в ее работоспособности.

§50. Пуск ГТУ

Пуск ГТУ — ответственная операция, которую надо проводить, соблюдая правила технической

эксплуатации и безопасности

Перед пуском ГТУ следует убедиться в исправности ее основного и вспомогательного

оборудования, систем регулирования и защиты. Кроме того, необходимо удостовериться, что

монтажные, ремонтные работы и техническое обслуживание закончены, посторонние лица около

ГТУ и внутри нее отсутствуют. Предварительно должно быть проверено качество топлива и

масла. Если оно не удовлетворяет установленным нормам, пуск ГТУ запрещается. Нельзя

запускать ГТУ, если неисправна или отключена какая-либо защита или система регулирования,

неисправен один из маслонасосов или не работает система их автоматического включения при

недопустимом уменьшении давления масла в системе смазки. Пуск ГТУ проводится

автоматически. Действиями обслуживающего персонала руководит начальник смены. После

капитально-.FO или текущего ремонта пуск ГТУ ведется под руководством начальника цеха или

его заместителя. Собственно пуск ГТУ можно разделить на несколько этапов (рис. 145).

На нервом этапе ротор газотурбинной установки раскручивают пусковым двигателем, так как она

не может запуститься самостоятельно. Мощность пускового устройства составляет 1—6% от

мощности ГТУ. Этому этапу соответствует участок 1 — 2. При частоте вращения 20—35% от

номинальной количества воздуха, подаваемого компрессором, достаточно для устойчивого

горения топлива в камере сгорания.

Затем в камеру сгорания подается и зажигается топливо, и практически мгновенно температура и

давление в ней резко возрастают (точка 3). Расход рабочего газа при этом немного уменьшается.

Частота вращения ротора за это время практически не успевает измениться и можно считать, что

участок 2—3 соответствует постоянной частоте вращения. При зажигании топлива система

регулирования должна обеспечить такое его количество, чтобы компрессор не попал в помпаж

(точка 3 находится правее границы помпажа— —пунктирная линия).

Следующий этап — увеличение частоты вращения ротора. Раскручивать ротор нужно по

возможности быстрее, не допуская опять-таки помпажа. Система регулирования должна обеспечи-

вать такой режим раскрутки, при котором гарантируется неко-

Рис. 145. Характерные этапы пуска ГТУ:

1 — запуск пускового двигателя,2 — зажигание топлива в камере сгора-вия, 3 — выход на режим работы вблизи границы

помпажа, 4 — выход на режим работы с предельной температурой газа перед турбиной, б — работа при постоянном расходе

топлива, равном расходу на холостом ходу, 6 — работа на холостом ходу

торый запас по отношению к границе помпажа (участок 3—4). При пониженных частотах с этой

целью через антипомпажный клапан может сбрасываться до 30% воздуха, проходящего через

компрессор.

При определенной частоте вращения турбина начинает вырабатывать такую мощность, что далее

может вращать ротор ГТУ самостоятельно. Такой режим называют режимом самоходности

(расход G

и степень сжатия е

). Пусковое устройство при; этом отключается.

Вследствие сжигания в камере сгорания все большего количества топлива увеличивается частота

вращения ротора и растет температура газа перед турбиной, которая, наконец, достигает пре-

дельного значения (точка 4). Так как больше увеличивать температуру газа нельзя, система

регулирования автоматически ограничивает увеличение расхода топлива, но он продолжает расти,

так как нужно увеличивать частоту вращения ротора и, следовательно, вырабатываемую турбиной

мощность. Однако система регулирования подает столько топлива, чтобы температура рабочего

газа перед турбиной сохранялась постоянной (участок 4—5).

100