ГТУ характеризуется быстрым запуском: время до выхода на режим холостого хода – 3-3,5 мин, время до принятия полной нагрузки – 7-8 мин.
Турбина высокого давления выводится на максимальную частоту вращения в течение 3-3,5 мин. Столь быстрое ускорение вала турбокомпрессора при пуске возможно благодаря РСА силовой турбины, который увеличивает проходное сечение и распределяет большую часть энергии на ТВД.
Только после достижения ТВД 99-100% значения полной частоты вращения закрываются сопловые лопатки и начинается загрузка силовой турбины. Быстрое нарастание температуры отходящих газов, соответствующее еще большей скорости подъема температуры газов перед турбиной, сопряжено с применением точной и быстродействующей системы регулирования. В противном случае температура может оказаться выше предельного ее значения – 540 °С.
Помимо различий в геометрии проточной части и газодинамических характеристик каждая турбина имеет свою индивидуальную настроечную характеристику, которая связывает степень сжатия и температуру на выходе при определенной температуре наружного воздуха, температуре перед турбиной и частоте вращения роторов ТВД и СТ. Однако, существует предельная температура на выходе 540 °С, которая не дает возможность поддерживать расчетную мощность при температурах выше +30° С.
Повышение температуры наружного воздуха приводит к снижению его плотности, а значит и к уменьшению расхода циклового воздуха и степени сжатия. Это, в свою очередь, приводит к еще более резкому падению мощности ГТУ и сопровождается снижением КПД и увеличением удельного расхода топлива. Повышение температуры наружного воздуха на 1°С сопряжено с падением мощности на 0,7% и КПД на 0,2%. При понижении температуры наружного воздуха до – 20 °С установка может развивать предельную мощность – 120% от номинальной (дальнейшее увеличение мощности не допускается по условиям прочности деталей, передающих крутящий момент).
Важнейшим условием достижения высоких показателей надежности и эффективности работы ГТУ является постоянный контроль за параметрами технического состояния и анализ их изменения в процессе эксплуатации.
Наиболее детальную регистрацию рабочих параметров следует вести сразу после первого запуска агрегата для последующего сравнения параметров с исходными значениями.
Сравнение с исходными величинами и анализ изменения параметров в процессе эксплуатации целесообразно вести при номинальном режиме работы.
Для получения достоверных значений, полученных путем пересчета или экстраполяции с режимов, отличающихся от номинальных, необходимо вести контроль параметров при шести режимах – от холостого хода до максимально допустимой нагрузки. Регистрировать все параметры необходимо при установившихся температурных режимах. Стационарность температуры контролируют по показаниям термопар, установленных у диска первой ступени турбины (изменение температуры перед замером параметров должно быть менее 1,5 °С в течение 15 мин).
Эффективную мощность проверяют по известным рабочим параметрам и характеристике нагнетателя, а затем эти значения приводят к расчетным параметрам наружного воздуха и отходящих газов. Контроль температуры на входе ОК позволяет выявить отклонения в работе узла подогрева циклового воздуха, а изменения приведенного уровня температуры за компрессором и увеличение разницы температур между термопарами с левой и правой сторон свидетельствуют о появлении нарушений в тракте компрессора.
Как отмечалось ранее, параметром надежности дисков турбин является температура среды, окружающей диск, а также разность температур с передней и задней сторон дисков ТВД и СТ.
Важнейший параметр технического состояния всей ГТУ – температура потока на выходе турбины, зависящая от температуры продуктов сгорания перед турбиной. Повышение этой температуры (приведенной к стандартным условиям наружного воздуха) в процессе эксплуатации свидетельствует об ухудшении технического состояния элементов ГТУ (отложения в компрессоре, увеличение зазоров в турбине, увеличение сопротивления входного и выходного трактов). Так, в результате отложений в компрессоре, вызывающих падение давления за компрессором на 0,15 кгс/см2, для сохранения мощности требуется поднять температуру на выходе на 10 °С.
Наличие шести камер сгорания приводит к тому, что необходимо контролировать неравномерности температуры на выходе для оценки их технического состояния. Так, при изменении в процессе эксплуатации разности температур в выхлопной части между показанием каждой из исправных термопар и средним значением температуры на 10 °С следует заранее планировать ревизию деталей камер сгорания. При увеличении этой разности до 25-30 °С следует остановить агрегат и проверить детали камер сгорания при первой возможности, а при достижении разности до 50 °С необходимо немедленно остановить ГТУ и выяснить причину неисправности.
Отклонения параметров температуры и давления в системе смазки свидетельствуют о появлении нарушений в работе подшипников и в элементах маслоснабжения.
Повышение сопротивления на входе в компрессор означает, что необходимо очистить или заменить элементы воздушных фильтров. Увеличение сопротивления в выхлопной части свидетельствует о возможных нарушениях за турбиной низкого давления.
Контроль расхода топлива позволяет определять эффективность установки в любой момент времени (при известной теплотворной способности). Увеличенный расход топлива свидетельствует о снижении КПД компрессора или турбины, а также о возможном появлении утечек топливного газа в подводящем тракте. В этих случаях необходимо планировать скорейшую остановку агрегата для устранения дефекта.
Контроль давления в топливном коллекторе позволяет обнаружить нарушения в системе топливоподачи: повышение давления – признак засорения топливных форсунок, а его падение означает появление утечек газа в топливном тракте.
Важным параметром диагностирования технического состояния агрегата является уровень вибрации его опорных систем. Применяемые бесконтактные датчики вибрации сигнализируют о таких нарушениях в работе агрегата, как появление дисбаланса, расцентровок, увеличении зазоров в подшипниках и снижении жесткости опорных систем. При скорости вибрации 25 мм/с необходимо немедленно остановить агрегат.
Во время эксплуатации агрегатов могут возникнуть дефекты во внутренних узлах, снижающие надежность установки. Особую опасность в этих случаях представляют дефекты рабочих лопаток компрессоров и турбин. При появлении даже небольших трещин в нижней части пера лопаток компрессора необходимо заменить лопатки. Дефекты рабочих лопаток турбин во многих случаях могут быть устранены. Существуют рекомендуемые допустимые размеры характерных дефектов рабочих лопаток 1-й и 2-й ступеней турбины, которые могут быть устранены сваркой или шлифовкой.