3.9. Устройство для подогрева всасывающего циклового воздуха. Антиобледенительная система
Опыт эксплуатации газотурбинных установок на магистральных газопроводах свидетельствует о том, что при понижении температуры наружного воздуха практически в любых природно-климатических условиях эксплуатации возможно обледенение входного тракта ГПА.
Наиболее вероятными условиями обледенения являются температуры наружного воздуха в диапазоне от +3 до -5 °С при относительной его влажности > 80 %.
Обледенению в той или иной степени подвержены все элементы воздухозаборного устройства (фильтры, шумоглушители, крепежные детали и т.п.). При появлении обледенения гидравлическое сопротивление на входе возрастает, что может привести не только к помпажу осевого компрессора, но и к разрушению воздухозаборной камеры. Кроме того, оторвавшиеся куски льда могут быть занесены потоком воздуха в проточную часть компрессора и вызвать разрушение его проточной части.
В целях предупреждения обледенения входного тракта ГТУ используются различные противообледенительные системы, основанные на подогреве циклового воздуха на всасе в компрессор.
При включении в работу системы подогрева циклового воздуха его температура повышается примерно на 10-12 °С.
На газотурбинных установках применяют следующие схемы подогрева циклового воздуха:
- подогрев горячим воздухом, отбор которого осуществляется из воздухопровода за осевым компрессором ГТУ. Эта схема применяется в основном для стационарных и импортных ГТУ;
- подогрев циклового воздуха осуществляется смесью воздуха, отбираемого после компрессора или одной из его ступени, и выхлопных газов. Эта схема применяется на авиаприводных ГПА;
- подогрев циклового воздуха теплым воздухом, отбираемым после АВО масла. Применяется в основном на стационарных ГТУ с расположением АВО масла под воздухозаборной камерой.
Подогрев подверженных обмерзанию элементов входного тракта ГТУ горячим воздухом, отбираемым за компрессором, является наиболее эффективным способом защиты от обледенения. Недостатком данной схемы является ограничение по количеству отбираемого воздуха за компрессором и, с термодинамической точки зрения, сам подогрев воздуха, приводящий к увеличению мощности осевого компрессора.
При использовании первой схемы для смешивания горячего и циклового воздуха используют специальные устройства - смесители. Место расположения смесителей и их конструкция зависят от типа агрегата. Так на агрегатах ГТК-10, ГТ-750-6 используют смесители кольцевого типа, устанавливаемые на всасывающем трубопроводе осевого компрессора (рис 3.15).
Горячий воздух подается на смеситель по четырем подводам с дроссельными шайбами, регулирующими расход. Схема обвязки обеспечивает отбор горячего воздуха после регенераторов в равной степени из левого и правого трубопроводов. Электроприводная задвижка 2, регулирующая расход горячего воздуха, управляется с ГЩУ. Конструкция смесителя обеспечивает качественное перемешивание горячего воздуха из кольцевого канала коллектора смесителя и всасываемого холодного воздуха, что снижает неравномерность температурного поля воздушного потока перед осевым компрессором.
Рис. 3.15. Система подогрева циклового воздуха
(антиобледенительная система) агрегата ГТК-10-4
На некоторых газотурбинных установках, а также агрегатах с приводом от авиационных двигателей, дополнительно оборудуется система подогрева входного направляющего аппарата (ВНА). Горячий воздух после компрессора подается по трубопроводам в кольцевую полость цилиндра осевого компрессора и далее, пройдя по специальным каналам лопаток ВНА и подогревая их, сбрасывается в проточную часть компрессора (см. рис. 3.15 поз. 1 и 1А). Система обогрева ВНА включается при помощи специально предусмотренного клапана.
Для регистрации условий образования льда в эксплуатации применяют следующие способы:
- устанавливают термометр (ТСП) для замера температуры воздуха на входе в компрессор, а также термометр для замера температуры атмосферного воздуха; при достижении температуры +3 °С и ниже до -5 °С включают систему подогрева;
- ведут визуальное наблюдение за состоянием поверхности входного направляющего аппарата (появление обледенения) через смотровые окна с подсветкой на корпусе всасывающей камеры цилиндра осевого компрессора;
- для автоматической сигнализации о появлении условий для обледенения в системе защиты агрегата предусмотрен датчик образования льда, контролирующий состояние атмосферного воздуха по температуре и влажности и сигнализирующий о необходимости включения обогревающего устройства при условиях, благоприятствующих образованию льда на лопатках ВНА осевого компрессора. Датчик образования льда встроен в инжектор, устанавливаемый после пылеулавливающих сеток камеры фильтров ВЗК. К инжектору подводится сжатый воздух из линии нагнетания компрессора, который, расширяясь, подсасывает атмосферный воздух из камеры фильтров. При образовании льда, что сопровождается увеличением перепада давления на сетке датчика, подается сигнал на включение системы обогрева. Перепад давления фиксируется дифманометром, который выдает сигнал через реле.
Агрегаты ГТК-25И имеют аналогичную систему подогрева циклового воздуха, за исключением того, что смеситель имеет несколько другую конструкцию и расположен перед фильтрующими элементами ВЗК (рис. 3.16).
Рис. 3.16. Система подогрева циклового воздуха
(антиобледенительная система) агрегата ГТК-25И
Рис. 3.17. Система подогрева циклового воздуха агрегата ГПА-Ц-6,3:
1 - решетка распределительная; 2 - вентиль с электроприводом; 3 - воздуховод;
5 - эжектор; 6 - трубопровод
Вторая схема с использованием теплоты отработанных выхлопных газов применяется на отечественных агрегатах типов ГПА-Ц-6,3 и ГПА-Ц-16, а также импортных агрегатах типа ГТК-10И.
На рис. 3.17 представлена такая схема подогрева циклового воздуха для агрегата ГПА-Ц-6,3.
Система подогрева циклового воздуха включает в себя две распределительные решетки 1, расположенные с двух сторон ВЗК, к которым при помощи эжектора 5, тройника 4 и воздуховодов 3, подаются выхлопные газы от двигателя НК-12СТ.
Эжектирующий воздух отбирается за осевым компрессором двигателя и по трубопроводу 6 подается в эжектор. В трубопроводе для управления работой системы предусмотрен вентиль с электроприводом 2, включенный в систему автоматического управления агрегатом.
Распределительные решетки аналогичны по конструкции, как и смесители. Распределительные решетки устанавливаются, как и на ГПА ГТК-25И, на входе в воздухоочистительные элементы ВОУ и состоят из прямоугольного короба и короба с отверстиями для выхода газовоздушной смеси.
При температуре наружного воздуха от +3 до -5 °С включается система подогрева циклового воздуха, при этом на пульте управления загорается лампочка "Обогрев ВОУ". При температуре наружного воздуха от +3 до -5 °С необходимо вести постоянное (через 2 часа) наблюдение и осмотр камеры всасывания, защитной решетки и входного устройства двигателя на отсутствие обледенения через окна, предусмотренные конструкцией ГПА.
Схема подогрева воздуха с использованием теплоты от АВО масла, применялась только на первых стационарных агрегатах. При этой схеме АВО масла устанавливались непосредственно под ВЗК.
Оба узла - АВО масла и ВЗК - разделялись горизонтальными жалюзями, которыми регулировались степень подогрева циклового воздуха и степень охлаждения турбинного масла в АВО. Но эта система не нашла применения, так как в летний период через неплотности жалюзей из АВО масла и пространства КВОУ теплый воздух подсасывался в осевой компрессор, что приводило к снижению мощности и КПД ГТУ.