Эксплуатационные характеристики импортных турбин

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.