Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Если промывка не восстанавливает полностью мощность установки, лопатки компрессоров очищают путем ввода в проточную часть абразивных и абсорбирующих веществ, которые всасывают и удаляют осажденные на лопатках загрязнения. Обычно для этого используют опилки и некоторые размолотые неорганические абразивы. Могут быть использованы также составы, применяемые для очистки турбинных лопаток,— размолотые скорлупы грецкого ореха, персиковые косточки и т. п.
На газоперекачивающих станциях США, оборудованных ГТУ мощностью 7500 л. с. фирмы Дженерал — Электрик, компрессоры очищают каждые семь дней без остановки агрегата путем ввода в проточную часть мелкодисперсного абразивного порошка из обезжиренного кокса, получаемого из продуктов переработки нефти.
Компрессор ГТУ мощностью 5850 квт фирмы Фиат, установленный на цементном заводе в Аргентине, в первый период эксплуатации подвергался чистке каждые 500 ч вспрыскиванием 540 л горячего водного раствора очистителя, а затем 540 л хо-208
лодной воды при прокручивании охлажденного турбокомпрессора пусковым электродвигателем. Вследствие большой тепловой инерции регенератора (массой 80 т) процесс охлаждения агрегата длился более 30 ч, поэтому для ускорения процесса очистки был использован иной метод: при полной нагрузке ГТУ каждые 250—300 ч во входной патрубок компрессора вводилось 20 кг риса в течение 5 мин. Необходимость в промывке агрегата при этом не отпадает, но период между промывками увеличивается до 2500—3000 часов.
Во избежание засорения узких каналов и трубопроводов отбора воздуха из компрессора для охлаждения турбины на период ввода твердых веществ их необходимо закрывать. Так как жидкость, поданная на вход компрессора, через несколько ступеней центрифугируется, в ряде конструкций предусмотрен подвод жидкости в нескольких местах — после каждой группы ступеней.
Однако далеко не всегда введение жидких и твердых моющих и очищающих веществ обеспечивает полное восстановление мощности установки. В ряде случаев необходима ручная чистка лопаток.
ТУРБИНЫ
ТИПЫ ТУРБИН
Tурбины ГТУ аналогичны паровым турбинам, но специфической их особенностью является то, что только 30—40% мощности турбин реализуется в приводном механизме, а остальная !Мощность используется для привода компрессора. Поэтому повышение к. п. д. газовой турбины на 1%, приводящее к увеличению мощности турбины на такую же величину, повышает полезную мощность установки приблизительно на 3%. Исходя из этого ясны особо жесткие требования, предъявляемые к отработке аэродинамики проточной части турбины.
Наряду с увеличением к. п. д. проточной части одним из основных путей для повышения мощности турбины служит увеличение начальной температуры газа. Выбор начальной температуры зависит от ряда факторов и в первую очередь от вида топлива и ресурса работы установки.
Тяжелое жидкое топливо с содержанием серы и ванадия предопределяет начальную температуру газа не выше 650° С в. связи с возможной коррозией лопаток. Легкое жидкое и газообразное топливо не лимитирует температуру газа перед соплами. В этом случае определяющим фактором является прочность элементов ротора турбины. Так как в настоящее время еще не существует внедренных в практику способов охлаждения рабочих лопаток газовых турбин, температура лопаток определяется температурой газового потока. Характеристики ползучести (крип) материала определяют взаимосвязь между напряжениями в лопатках и ресурсом их работы. На промежуточных нагрузках снижаются температура газа или скорость вращения турбины, что приводит к резкому увеличению ресурса облопа-чивания. Ресурс работы облопачивания из сплавов типа Нимо-ник для простейшей ГТУ с разрезным валом при нагрузке 95% возрастает более чем в 2 раза, при нагрузке 90% — почти в 5 раз> а при нагрузке 80%) —в 40 раз. Поэтому начальную температуру газа нужно выбирать по эквивалентному времени с учетом 210
режимов работы на протяжении всего периода эксплуатации-установки.
Значительное влияние на ресурс оказывает число пусков ГТУ, так как в период пуска и быстрого набора мощности возникают значительные напряжения в элементах ротора. Так, ресурс стационарной пиковой ГТУ мощностью 10 000 квт на базе турбореактивного двигателя «Эвон» фирмы Ролле Ройс составляет 8000 ч при 10 пусках, 2400 ч при 1500 пусках и 1800 ч при 1800 пусках. Таким образом, один пуск эквивалентен примерно
3,5 ч работы при полной нагрузке.
Специфической особенностью первых ступеней газовых турбин в отличие от паровых являются большие объемные расходы рабочего тела, определяемые его высокой температурой, низким уровнем давления, а также большим массовым расходом на единицу полезной мощности. Благодаря этому в ГТУ мощностью более 100—200 квт лопатки имеют приемлемую высоту и турбины могут быть выполнены осевыми.
Выбор числа ступеней осевых турбин служит основным критерием при проектировании'турбины. В практике стационарного и транспортного газотурбостроения строят как мало-, так и многоступенчатые турбины. С ростом числа ступеней возрастают размеры и стоимость турбины, усложняется конструкция элементов и организация их охлаждения, но повышается к. п. д. проточной части. С другой стороны, малое число ступеней предопределяет применение активной первой ступени с большим перепадом и резким снижением температуры газа за соплом. В двухступенчатой турбине ГТУ фирмы Дженерал — Электрик при начальной температуре газа 760° С температура рабочей лопатки первой ступени равна 625° С, а в реактивной десятиступенчатой турбине температура лопатки составляла бы 738° С. При заданной температуре рабочей лопатки первой ступени в активной турбине может быть значительно повышена начальная температура газа. Кроме того, при выборе больших осевых скоростей потока в активной ступени уменьшается высота рабочей лопатки и снижаются напряжения от центробежных сил, что со своей стороны позволяет дополнительно увеличивать начальную температуру. Высокая температура газа в определенной степени компенсирует пониженный к. п. д. турбины с малым числом ступеней, но требует более качественных материалов и лучшего охлаждения корпуса турбины, соплового аппарата, входного патрубка и других элементов, омываемых потоком горячего газа.
