Железная лаборатория

Газовая турбина высокого давления приводит в действие компрессоры низкого и высокого давлений, а турбина низкого давления находится в блоке с компрессором среднего давления и с электрогенератором.
Пусковые электродвигатели соединены с валом компрессора низкого давления и электрогенератора через редукторы. Пусковой электродвигатель одновременно является и возбудителем электрогенератора.
Турбина высокого давления двухступенчатая. Корпус ТВД имеет внутреннюю и наружную части. Наружная часть корпуса выполнена из стали перлитного класса, а внутренняя — из жаростойкой аустенитной стали.
Турбина низкого давления — четырехступенчатая, наружный корпус турбины сделан из перлитной стали, а внутренний имеет аустенитные вставки.
Все нагруженные и работающие при высокой температуре детали имеют воздушное охлаждение. Воздух для охлаждения частей турбины отбирается от КВД. Воздух в КНД забирается из специального помещения, в котором располагаются в несколько ярусов самоочистительные фильтры.
Масляное хозяйство установки размещается в нижней части машинного зала между блоками агрегатов ТВД и ТНД. В установке предусмотрено четыре масляных насоса: главный, резервный и два аварийных.
Газотурбинная установка типа ГТУ-50-800 снабжена защитой, которая полностью отключает подачу топлива в камерах сгорания при повышении числа оборотов турбин выше нормальных на 10%, при недопустимом осевом сдвиге любого ротора, давлении масла в системе смазки ниже 0,9 кгс/см2, давлении газа перед стопорным клапаном ниже допустимого значения и при потухании факела в любой из камер сгорания.
Отличительной особенностью пуска в работу газотурбинной установки является то обстоятельство, что газовая турбина не может развернуться самостоятельно. Поэтому для разворота газовой турбины при пусках применяют специальные пусковые двигатели. В качестве пусковых двигателей ГТУ на электростанциях обычно используют электродвигатели постоянного тока, питающиеся током от аккумуляторных батарей либо от линии постоянного тока. В качестве пускового двигателя может быть использован возбудитель генератора.
В транспортных газотурбинных установках в качестве пускового двигателя применяют двигатели внутреннего сгорания, а в некоторых установках пуск газотурбинной установки осуществляется от баллонов со сжатым воздухом. Пусковой двигатель устанавливается на конце вала возбудителя или между генератором и возбудителем, но не со стороны газовой турбины. При помощи пускового двигателя производится в холодном состоянии подъем числа оборотов газовой турбины и воздушного компрессора до того момента, пока не произойдет зажигания топлива в камере сгорания. Устойчивое горение топлива в камере сгорания обычно достигается при числе оборотов турбинного агрегата порядка 20-30% нормального. После того как установится устойчивое горение топлива, газовая турбина начинает постепенно развивать мощность, которая вместе с мощностью пускового двигателя расходуется на работу компрессора и на увеличение числа оборотов агрегата. С повышением числа оборотов и увеличением напора и производительности компрессора интенсифицируется горение и возрастает мощность, развиваемая турбиной. Через некоторое время наступает такой момент, когда мощность газовой турбины становится достаточной для вращения всего агрегата. После этого пусковой двигатель отключается и газовая турбина принимает полностью нагрузку на себя. Момент отключения пускового двигателя у различных ГТУ наступает при разном числе оборотов. Это зависит от аэродинамических характеристик агрегатов и от температуры газов, поступающих в турбину. В инструкции завода-изготовителя это число оборотов обязательно указывается.
После отключения пускового двигателя производится повышение числа оборотов до номинального значения. Повышение числа оборотов у газовых турбин, в отличие от паровых, производится быстро — в течение нескольких минут. После трогания ротора турбоагрегата необходимо тщательно прослушать турбину, компрессор, лабиринтовые уплотнения и подшипники, убедившись в отсутствии посторонних шумов.
При пуске турбоагрегата после ремонта надо производить проверку вибрации подшипников. Во время пуска турбины необходимо проверять нормальное поступление масла в подшипники и вести наблюдение за их температурой. Нельзя допускать при пуске турбины чрезмерных термических напряжений в деталях, вызванных неодинаковым нагревом. Для этого необходимо следить за изменением температуры цилиндра и фланцевого соединения и поддерживать такую скорость нагрева, которая указана в инструкции.
Благодаря тому, что газовые турбины, работающие по разомкнутому циклу, имеют невысокое давление газа (около 10-20 ат) толщина корпуса и фланцев у разъема газовых турбин много меньше, чем у паровых турбин высокого давления. Поэтому прогрев и расширение корпуса у газовых турбин происходит значительно быстрее, чем у паровых турбин. Скорость прогрева ротора у газовой турбины зависит от конструкции ротора. Ротор барабанной конструкции обладает большей массой по сравнению с дисковым ротором и требует для прогрева большего времени, чем дисковый.
При прогреве важно, чтобы расширение ротора и корпуса турбины было равномерным и совпадало по времени и по направлению. Для этого необходимо при пуске, а также при резких изменениях режима работы следить по указателям за термическим расширением цилиндра и ротора.
Скорость подъема числа оборотов и приема нагрузки у разных конструкций газовых турбин устанавливается несколько различной, но значительно больше, чем у паровых турбин. Так, например, время подъема числа оборотов до нормального с момента пуска двухвальной газотурбинной установки мощностью 12 Мвт составляет примерно 6 мин, а прием нагрузки от нуля до номинальной — только 2,5 мин. Таким образом, пуск такой газотурбинной установки с момента ее трогания до принятия полной нагрузки не превышает 10 мин. Перед принятием нагрузки необходимо убедиться в нормальной работе агрегата, для чего прослушать турбину, компрессор, лабиринтовые уплотнения и подшипники. Убедиться в нормальной работе агрегатов, достаточной подаче топлива и в нормальном процессе горения. Необходимо проверить температуру подшипников, работу масляных насосов и системы охлаждения. После принятия полной нагрузки следует проверить тепловое расширение цилиндра и ротора, отрегулировать подачу охлаждающей воды на масло- и газоохладители и еще раз прослушать турбину и компрессор.
Для повышения надежности работы газотурбинные установки снабжаются защитными устройствами, предохраняющими турбину от разноса, а также от режимов, представляющих опасность для агрегата.
Регулятор безопасности. Регулятор безопасности воздействует на распределительные органы и на автоматический стопорный клапан на линии подачи топлива при повышении числа оборотов какого-либо агрегата газотурбинной установки на 10-12% сверх нормального.
Реле остановки. Реле остановки воздействует на систему регулирования турбины и вызывает закрытие стопорного клапана и распределительных топливных органов, а также вызывает отключение пускового двигателя, если в этот момент он находится в работе. Реле остановки приходит в действие в случае недопустимого падения давления масла в системе смазки или в системе регулирования, при недопустимом осевом сдвиге ротора, потухании факела в камере сгорания. Кроме того, реле остановки включает устройства, сигнализирующие отключение агрегата.
Предельные регуляторы температуры. Предельные регуляторы температуры служат для ограничения температуры газа перед турбинами посредством воздействия на распределительные органы подачи топлива. В случае, если под действием регуляторов температуры, температура газа перед турбиной переходит за предельно допустимое значение, подача топлива в камеру сгорания прекращается от действия реле остановки.
В процессе эксплуатации газотурбинной установки, так же как и паротурбинной установки, необходимо вести наблюдение за режимом работы установки по показаниям контрольно-измерительных приборов, систематически прослушивать турбины, компрессоры и электро-генераторы, вести наблюдение за температурой газа перед турбинами, давлением и температурой масла в системе смазки, работой масляных насосов и за работой системы охлаждения.
Периодически записывать в суточной ведомости показания приборов. При изменении режима работы установки необходимо проверять по указателям тепловое расширение цилиндров и роторов турбин.
Имеющийся в настоящее время опыт эксплуатации газотурбинных установок свидетельствует о высокой надежности работы этих установок. Имевшие место аварии и неполадки в работе газотурбинных установок в большинстве случаев были связаны с поломками лопаток газовой турбины, загрязнением лопаточного аппарата турбины, компрессора и трубок воздухоохладителей и воздухоподогревателей. Имевшие место случаи поломок рабочих лопаток у газовых турбин большей частью происходили в результате низкого качества материала, неудовлетворительной вибрационной характеристики лопаток и уменьшении прочности их вследствие коррозионных процессов.
Загрязнение лопаток газовых турбин отложениями чаще всего наблюдается в установках, работающих на тяжелых сортах жидкого топлива, и практически совершенно отсутствует у турбин, работающих на природном газе. В случае образования отложений на лопатках необходимо производить очистку проточной части турбины путем периодической промывки лопаток насыщенным паром при малых числах оборотов ротора либо другим путем. Загрязнение лопаток компрессоров отложениями наблюдается при неудовлетворенной работе воздушных фильтров.
При эксплуатации газотурбинной установки надо вести наблюдение за работой воздушных фильтров и поддерживать их в хорошем состоянии. В некоторых случаях приходится периодически производить промывку лопаток компрессоров водой для удаления отложений.