Лабораторная работа №5 пуск газотурбинной установки

I. Общие положения. Пуск газотурбинной установки (ГТУ) - это процесс перевода ее из нерабочего состояния в состояние ус­тойчивой работы на частоте холостого хода. Особенностью ГТУ. как теплового двигателя является то, что ее устойчивая работа возможна лишь при подаче в камеру сгорания топлива и воздуха в определенном соотношении. Поэтому в начальный период пуска компрессора ГТУ приводится во вращение от постороннего источ­ника (пускового устройства) и зажигание топлива в камере сго­рания производится только при достижении определенного давления воздуха за компрессором.

В качестве пускового устройства, в зависимости от назначе­ния и мощности ГТУ, могут быть применены: электродвигатели с питанием от аккумуляторных батарей (электростартеры); турбостар­теры, паровые турбины малой мощности и др.

Процесс пуска ГТУ условно можно разбить на три этапа (рис.10).

Рис.10. Графики пуска газотурбинной установки

На первом этапе ротора ГТУ раскручивается пусковым устрой­ством до частоты вращения п₁ при отсутствии подачи топлива в камеру сгорания.

Второй этап. При достижении ротором ГТУ частоты враще­ния п₁ количество воздуха, подаваемого компрессором в каме­ру сгорания, достаточно для устойчивого сгорания топлива. В этот момент в камеру сгорания подается и зажигается топливо. Температура газа при этом повышается мгновенно, так как частота вращения ротора практически не успевает измениться. Включа­ется в работу турбина, и дальнейшее увеличение частоты вращения ротора происходит за счет совместной работы стартера и турбины. В общем виде момент, идущий на ускорение ротора М_уск, определя­ется выражением

М_уск = М_пу + М_т – М_пр,

где М_пу - момент, развиваемый пусковым устройством;

М_т - момент, развиваемый турбиной;

М_пр - момент, необходимый для вращения ротора ГТУ при пуске.

М_пр складывается из моментов, затрачиваемых на: преодоление трения в подшипниках; привод агрегатов; преодоление газодинами­ческих сил, возникающих на лопатках компрессора и турбины.

По мере раскрутки ротора (при частоте вращения п_с) турбина начинает вырабатывать такую мощность, что может вращать ротор ГТУ самостоятельно. Режим, соответствующий частоте вра­щения п_с, называют режимом самоходности. При частоте враще­ния п_с пусковое устройство можно отключить. Однако для повы­шения надежности пуска и его ускорения пусковое устройство отключается позже (при частоте вращения п₂).

Третий этап пуска ГТУ состоит в раскрутке ротора до ча­стоты вращения холостого хода п_xx. Режим, соответствующий частоте п_хх, характеризуется равенством моментов М_Т=М_П. После того, как ГТУ начнет работать устойчиво на холостом ходу, её можно нагружать, увеличивая подачу топлива в камеру сгора­ния.

II. Цель работы. Ознакомление с агрегатами системы пус­ка и последовательностью операций при пуске газотурбинной установки.

III. Описание установки. Работа проводится на газотур­бинной установке, принципиальная схема которой приведена на рис. II.

Рис.11. Принципиальная схема ГТУ

ГТУ предназначена для привода электрогенератора.

Основные технические данные ГТУ:

Мощность ГТУ, кВт -220

компрессор - центробежный

тип турбины - двухвальная

турбина компрессора - осевая, одноступенчатая

силовая турбина - осевая, одноступенчатая

камера сгорания - кольцевая

топливо - керосин

частота вращения турбины компрессора, мин^-1 - 23500

IV. Описание системы пуска ГТУ. Система пуска ГТУ обеспечивает автоматический ее пуск при нажиме кнопки "пуск", расположенной на пульте управления установкой. Она состоит из пускового устройства (электрического стартера), источника пи­тания (аккумуляторных батарей), пускового запального устройст­ва, автомата пуска, пусковой топливной системы.

Электрический стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока и рассчитан на кратковременно-повторный режим работы. Он предназначен для раскрутки ротора турбокомпрессо­ра во время пуска ГТУ. Отключение стартера осуществляется автоматически при достижении ротором частоты вращения 7000 мин^-1, Источником питания стартера являются две аккумуляторные бата­реи емкостью по 125 А.ч. каждая.

Запальное устройство предназначено для зажигания топлива в камере сгорания при пуске ГТУ. Оно состоит из катушки за­жигания и запальной свечи.

Катушка зажигания является преобразователем тока низко­го напряжения в ток высокого напряжения.

Запальная свеча представляет собой керамический сердечник, запрессованный в экран, и два электрода. Между электрода­ми во время пуска возникает искровой электрический разряд, от которого воспламеняется топливо, подаваемое в камеру сгорания.

Пусковая топливная система работает только во время пуска ГТУ и состоит из бака пускового топлива и пускового топливно­го насоса.

Автомат пуска представляет собой программный механизм, от которого поступают команды на включение и отключение стартера, системы зажигания, подачу топлива в камеру сгорания.

V. Порядок пуска газотурбинной установки. Работа по пуску ГТУ состоит из подготовки ГТУ к пуску, холодной прокрутки и горячего пуска ГТУ.

1. Подготовка ГТУ к пуску сводится к следующим операциям. Внешний осмотр установки (проверяется отсутствие повреждений, посторонних предметов). Проверка герметичности всех трубопро­водов, зарядки аккумуляторных батарей (напряжение на клеммах должно быть 24±10% В), наличия топлива и масла в баках. Нужно также проверить надежность соединения силовой Турбины с генератором, а также плавность его вращения.

2. Холодная прокрутка - прокрутка ротора турбокомпрессора от стартера без включения топлива в камеру сгорания и с отклю­ченным запальным устройством. Цель холодной прокрутки - про­верить плавность вращения ротора турбокомпрессора, наличие дав­ления масла в маслосистеме, удаление остатков топлива из газо­воздушного тракта ГТУ. Для того чтобы сделать холодную прок­рутку, необходимо: включить аккумуляторные батареи нажатием кнопки переключателя массы; включить питание приборов; поста­вить переключатель вида работ в положение "холодная прокрутка", нажать кнопку "пуск".

В случае нормальной работы пусковой системы ГТУ через 30 сек стартер должен отключиться. Если стартер не отключил­ся автоматически, его нужно выключить нажатием на кнопку "прек­ращение запуска".

3. Горячий пуск ГТУ разрешается только после его холод­ной прокрутки и производится в следующем порядке: проверить,

включены ли аккумуляторные батареи и питание приборов; по­ставить переключатель вида работ в положение "пуск"; включить подкачивающий топливный насос, нажать кнопку "пуск". После выполнения перечисленных операций ГТУ не более чем через 30 с должна выйти на режим холостого хода. Выход на номинальный или любой другой режим производится полной или частичной загруз­кой генератора. В процессе пуска давление масла на входе в под­шипники должно быть 0,05...0,1 МПа, температура газа на вы­ходе из силовой турбины не должна превышать 650° С.

При нормальной работе контролируются: частота вращения роторов турбокомпрессора и силовой турбины; давление масла для смазки подшипников; давление топлива перед форсунками; темпе­ратура масла на входе и выходе из подшипников; температура га­за на выходе из ГТУ; величина загрузки генератора.

В настоящей лабораторной работе студенты осуществляют подготовку ГТУ к пуску и проводят холодную прокрутку. На этапе холодной прокрутки определяется значение частоты вращения турбокомпрессора в момент отключения стартера. Момент отк­лючения стартера фиксируется по показанию амперметра - потреб­ляемый стартером ток падает до нуля.

VI. Содержание отчета. Отчет должен содержать: принци­пиальную схему и основные технические данные ГТУ; перечень операций по пуску ГТУ.