Система маслоснабжения ГТУ

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ГТУ
• 2. ТИПЫ КОМПЛЕКТУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
• 3. МАСЛЯНЫЕ НАСОСЫ, КЛАПАНЫ, РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ ПОСЛЕ СЕБЯ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Газотурбинная установка (ГТУ) - машина, преобразующая тепловую энергию, получаемую в результате сжигания топлива в потоке сжатого воздуха в механическую.

Основными элементами ГТУ являются: осевой компрессор (ОК),камера сгорания (КС) и газовая турбина (ГТ). Принципиальная схема ГТУ представлена на рис.1.

Рис 1. Принципиальная схема простейшей ГТУ:

ОК - осевой компрессор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; П привод

В идеальном виде рабочие процессы ГТУ происходят следующим образом. Воздух из окружающей среды засасывается компрессором, сжимается адиабатно до требуемого давления и подается в камеру сгорания, в нее же подается газообразное топливо, которое там и сгорает.

Продукты сгорания при требуемой температуре, регулируемой количеством воздуха (который подается с большим избытком в камеру сгорания, чтобы обеспечить приемлемые температуры продуктов сгорания), поступают в сопла ГТ, где их энергия в процессе адиабатного истечения преобразуется в кинетическую. Истекающие из сопел струи попадают на лопатки турбины, где кинетическая энергия газа расходуется на вращение вала установки и передается на привод нагнетателя природного газа. Цикл ГТУ, изображенный на Т,s-диаграмме (рис.2), состоит из следующих процессов:

-адиабатное сжатие воздуха в компрессоре (линия 1-2);

-изобарный подвод тепла q_t в камеру сгорания (линия 2-3);

-адиабатное расширение продуктов сгорания в ГТ (линия 3-4);

-замыкающего изобарного процесса, в котором от рабочего тела отводится тепло q₂ (линия 4-1).

1. НАЗНАЧЕНИЕ СИСТЕМЫ МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ГТУ

Масляная система предназначена для размещения на ГТУ нужна для определения необходимого количества масла, обеспечения смазки деталей и агрегатов двигателей и поддержания температуры масла в определенных пределах.

Каждый двигатель имеет самостоятельную масляную систему. Масло, циркулируя по каналам двигателя и его агрегатам, смазывает трущиеся поверхности, отбирает и уносит тепло от нагревающихся при работе двигателя деталей и выносит продукты изнашивания трущихся деталей. Маслосистема двигателя выполнена по прямой одноконтурной замкнутой схеме с принудительной циркуляцией масла [7].

Условно маслосистема двигателей делится на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя - та часть системы, агрегаты которой входят в состав двигателя; внешняя - часть системы, состоящая из агрегатов, не являющихся составной частью двигателя.

При простейшей схеме маслоснабжёния (рис. 3) масло из масляного бака 3 через магнитный фильтр 4 подается насосом 5в системы смазки и регулирования 8. В случае выхода из строя насоса 5 используется резервный насос 6. Затем масло фильтруется еще раз фильтром 7 и, пройдя маслоохладитель 9 и дроссельные шайбы //, дозирующие его подачу, подается к каждому подшипнику. После подшипников масло по сливным трубопроводам 12 поступает в общий коллектор, а из него -- в масляный бак, где освобождается от воздуха и шлака. Емкости бака должно хватать на_{ 4--8 мин работы основного масляного насоса. Давление масла перед подшипниками обычно равно 0,15-- 0,17 МПа.

Рис. 3. Схема системы маслоснабжёния турбины:

1, 2 -- пусковой н аварийный маслонасосы, 3 -- маслобак, 4, 7 -- фильтры, 5, 6 -- насосы, S -- отвод в систему регулирования, 9 -- маслоохладитель, 10 -- аварийная емкость, // -- дроссельные шайбы, 12 -- слив масла из подшипников турбины

Если необходимо масло более высокого давления, оно подается дополнительным насосом, устанавливаемым перед входом в систему регулирования. При снижении давления ниже допустимого автоматически включается аварийный масляный электронасос 2.Магнитные фильтры 4 предназначены для отделения мелких металлических частиц, а фильтры 7 задерживают немагнитные включения.

Маслоохладители представляют собой трубчатые теплообменник.

Внутри трубок течет вода, а снаружи они омываются маслом. Давление воды должно быть меньше давления масла, чтобы случае образования не плотности она не могла попасть в слив.

Система маслоснабжёния подает масло не только к подшипникам турбины, но и к подшипникам потребителя энергии -- электрического генератора, нагнетателя природного газа или др. В нагнетателях природного газа масло также подается на его торцовое, уплотнение. Перед сливом в бак это масло очищают от газа.

Пример схемы маслосистемы ГТД для газотурбинной установки показан на рис. 4, где представлена маслосистема газотурбинной установки ГТУ- 2,5 П [1].

При работе ГТУ масло из маслобака 1 поступает в нагнетающую ступень основного маслонасоса 2, имеющего редукционный клапан (не показан) и, через фильтр 3 и петлевой трубопровод 4 поступает на смазку и охлаждение узлов двигателя.

Петлевой трубопровод 4 с дросселем (не показан) предназначен для исключения перетекания масла из маслобака в опоры и в коробку приводов двигателя во время его остановки и стоянки.

Из нагнетающей магистрали масло проводится так же и командному агрегату 5, в котором оно используется в качестве рабочей жидкости. Из командного агрегата масло сливается в нижнюю коробку приводов двигателя. Из подшипниковых узлов двигателя и нижней коробки приводов через магнитные сигнализаторы стружки 6, защитные фильтры 7, масло откачивается ступенями маслонасоса откачки 8 и откачивающей ступенью основного маслонасоса 2. Далее, масло по трубопроводам поступает в воздухоотделитель 9 с фильтром-сигнализатором, после которого, через фильтр 10 по трубопроводам направляется в аппарат воздушного охлаждения масла (АВОМ) 11, где охлаждается воздухом, принудительно подаваемым вентилятором (не показан).

Фильтрованное и охлажденное масло возвращается в бак 1 двигателя. В начальный период работы, когда откачиваемое масло недостаточно прогрето и очень вязкое, перепускной клапан 12 возвращает его в бак, минуя АВОМ.

Внутренние полости подшипниковых опор компрессора, турбины компрессора и свободной турбины, выходного корпуса и верхней коробки приводов суфлируются с атмосферой через центробежный суфлер 13, на входе в который установлен датчик 14 давления сульфирования.

Доля контроля работы маслосистемы ГТУ предусмотрены датчики 15, 16 и сигнализатор 17.

Рис.3. Маслосистема газотурбинной установки ГТУ- 2,5 П:

1 - маслобак; 2 - маслонасос основной; 3 -фильтр; 4 - трубопровод петлевой; 5- агрегат командный; 6 - сигнализатор магнитной стружки; 7- фильтр защитный; 8 -маслонасос откачки; 9 -воздухоотделитель с центробежным фильтром-сигнализатором; 10 - фильтр; 11 - АВОМ; 12 - клапан перепускной; 13 - суфлер центробежный; 14 - датчик давления суфлирования; 15 - датчик давления масла; 16 - датчики температуры; 17 - сигнализатор минимального давления

2. ТИПЫ КОМПЛЕКТУЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ

Система маслоснабжёния ГТУ предназначена для подачи масла к подшипникам, в гидравлическую или электрогидравлическую систему регулирования и к трущимся поверхностям (зубчатым передачам, шарнирам и др.). Обычно применяют турбинное масло, имеющее температуру застывания -- 15° С. В северных районах используют специальные масла, температура застывания которых --45° С.

Масла должным иметь определенную вязкость, кислотное число и зольность; водорастворимые кислоты и щелочи, механические примеси, вода и сера должны в них полностью отсутствовать. Чтобы не допустить излишне быстрого окисления масла, его температура после подшипников должна быть не более 70--75° С. Теплота, уносимая маслом, отводится из системы маслоснабжёния маслоохладителями, через которые прокачивается охлаждающая вода. Расход масла зависит от количества выделяющейся теплоты в подшипниках и допустимой температуры нагрева.

Система маслоснабжения общая для газотурбинного двигателя и нагнетателя. Служит для подачи масла на смазку подшипников, на уплотнение вала нагнетателя, обеспечения маслом гидравлической системы регулирования ГТУ [4].

В систему маслоснабжения входят:

- маслобак (МБ),

- главный маслонасос (ГМН),

- насос маслоохладителя (НМО),

- насос пусковой (ПМН),

- насос аварийный (АМН),

- маслоохладитель (МО),

- инжекторы ГМН и НМО,

- инжектор смазки,

- регулятор разгрузки осевых усилий (РР),

- золотник перепуска масла (ЗПМ),

- обратные клапаны (КО1,КО2,КО3),

- Фильтры масла (Ф),

- маслопроводы,

- аккумулятор масла (АМ),

- регулятор перепада давлений (РПД),

- поплавковая камера (ПК).

Рама-маслобак разделена на три основных отсека, предназначенных, соответственно, для грязного горячего (ГГО), чистого горячего (ЧГО) и чистого холодного (ЧХО) масла. Часть отсека грязного горячего масла (ГО) отделена перегородкой, образующей гидрозатвор, и служит для слива масла из уплотнительного (опорного) подшипника нагнетателя. Из ГО имеется отвод газа, выделяющегося из масла, в свечу. ГМН и НМО установлены на маслораспределительной коробке. Размещаются в корпусе заднего подшипника ГТУ и имеют общий вал, приводимый во вращение через зубчатую передачу от ротора ТНД. Оба насоса центробежного типа.

Во время пуска и останова агрегата маслоснабжение осуществляется ПМН, расположенным на раме-маслобаке. Приводом его служит электромотор переменного тока. Сам насос - центробежного типа - находится под уровнем масла,благодаря чему создается подпор на всасе, обеспечивающий постоянную готовность к пуску. Напорная труба ПМН подведена к обратному клапану КО1, расположеному в маслораспределительной коробке под напорным патрубком ГМН. ПМН создает давление 8,5 кгс/кв.см.

При работе ПМН КО1 давлением масла поднимается вверх, закрывая напорный патрубок ГМН и открывая окна в своей буксе, через которые масло поступает в маслораспределительную коробку и далее по трубопроводам к инжекторам ГМН, НМО и инжектору смазки, регулятору перепада, регулятору осевых усилий, регулятору давления топливного газа и через регулятор давления масла «после себя» в систему регулирования.

Подача масла на смазку подшипников осуществляется инжектором смазки из ЧХО МБ под давлением 1,0-2,5 кгс/кв.см.

Инжектор ГМН предназначен для подачи очищенного и охлажденного маслана всас насоса с небольшим подпором, исключающим попадание воздуха во всасывающий тракт и повышающим надежность работы ГМН. Инжектор НМО подает горячее очищенное в сетчатых фильтрах масло для повышения надежности его работы. На стоящей турбине инжектор НМО обеспечивает циркуляцию масла через МО. Масло при этом проходит через колесо насоса и по напорной трубепоступает через ЗПМ к МО, либо по линии рециркуляции сливается в ЧХО МБ. Масло к уплотнительному подшипнику нагнетателя подается из линии после КО1 через регулятор перепада и АМ. Из уплотнений нагнетателя масло сливается в ПК и далее в газооотделитель рамы МБ.

Смазка упорно-опорного подшипника нагнетателя и частичная разгрузка его ротора от осевых усилий, создаваемых давлением газа в нагнетателе, производится маслом, поступающим из линии после КО1 через регулятор разгрузки осевых усилий. Регулятор получает импульс по давлению напорного масла, идущего на уплотнение, и поддерживает давление перед упорным подшипником в пределах 6-7 кгс/кв.см. Когда нагнетатель не заполнен газом, РР поддерживает давление к упорно-опорному подшипнику в пределах 2-3 кгс/кв.см. КО3 сообщает упорно-опорный подшипник нагнетателя с линией смазки подшипников турбины, когда ПМН и ГМН не работают, а смазка осуществляется с помощью АМН.
 По мере пуска агрегата с увеличением частоты вращения ротора ТНД давление, развиваемое ГМН, становится равным давлению за ПМН. Клапан КО1 смещается вниз, прикрывая окна в своей буксе со стороны подвода от ПМН и открывая их сверху. Поскольку высота окон больше высоты клапана, оба насоса будут какое-то время подавать масло в систему одновременно. Однако расход масла со стороны ГМН будет увеличиваться. А со стороны ПМН уменьшаться до полного перекрытия подвода от ПМН. При давлении масла за ГМН больше 10 кгс/кв.см ПМН отключается. При остановке агрегата и снижении давления масла после КО1 до 8,5 кгс/кв.см ПМН включается.

Слив масла из подшипников ГТУ и опорно-упорного подшипника нагнетателя осуществляется в ГГО МБ. Из этого отсека через сетчатые фильтры масло поступает в ЧГО, откуда оно с помощью инжектора и НМО подается к воздушному МО. Охлажденное масло сливается в чистый холодный отсек. Туда же сливается масло из линии рециркуляции ЗПМ и из блока регулирования. Слив масла из системы уплотнения нагнетателя осуществляется через ПК в ГО и далее в ГГО.

Золотник перепуска масла служит для поддержания постоянной температуры масла в ЧХО МБ засчет перепуска части или всего горячего масла мимо МО. При повышении температуры масла в ЧХО МБ до 50 град.С ЗПМ необходимо переставить вниз. При этом открывается подвод масла к МО, и закрывается рециркуляционный проход мимо МО.
Маслоохладитель представляет собой два аппарата воздушного охлаждения масла с четырьмя вентиляторами, приводимыми во вращение электродвигателями переменного тока. Регулирование температуры осуществляется включением необходимого количества вентиляторов.В выходной камере инжектора смазки расположен КО2, разобщающий систему смазки с напорным патрубком АМН.

В случае останова агрегата при неработающем ПМН включается аварийный маслонасос. АМН центробежного типа, установлен на раме маслобаке, приводится во вращение от электродвигателя постоянного тока. АМН забирает масло из ЧХО и подает его с давлением 1,3 кгс/кв.см к КО2. Обратный клапан КО2 перемещается вниз и сообщает напорную линию АМН с системой смазки ГТУ и опорноупорным подшипником нагнетателя. Масло к уплотнительному (опорному) подшипнику нагнетателя подводится в этом случае от АМ.

Параметры работы системы.

Давление масла на смазку ГТУ во время работы агрегата должно быть 1-2,5 кгс/кв.см. При снижении до величины 0,5 кгс/кв.см срабатывает аварийная сигнализация, включается АМН, ГПА аварийно останавливается.

Давление масла после КО1 при работающем ПМН должно быть не менее 8 кгс/кв.см. При работе ГПА (работает ГМН) давление должно быть
более 10 кгс/кв.см.

Давление масла после ГМН должно быть 12-16 кгс/кв.см.

Давление масла за инжектором ГМН 0,5-1,0 кгс/кв.см.

Давление масла за инжектором НМО 0,5-1,0 кгс/кв.см.

Давление на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя при наличии газа в нагнетателе должно быть 6-7 кгс/кв.см, а при отсутствии газа в нагнетателе - 2-3 кгс/кв.см.

Давление масла за НМО и перед МО при работе ГПА 3-4 кгс/кв.см.

Температура масла в ЧХО МБ перед пуском агрегата должна быть не менее 25 град.С. При работе ГПА температура должна поддерживаться около 30-50 град.С. При повышении температуры до 55 град.С срабатывает предупредительная сигнализация.

Температура масла на сливе подшипников турбины и нагнетателя при работе ГПА должна быть 50-65 град.С. При повышении температуры до 70 град.С срабатывает предупредительная сигнализация. А при повышении до 80 град.С - аварийная сигнализация, ГПА аварийно останавливается.

Нормальный уровень в отсеках МБ должен быть в пределах 250-350 мм от верхней крышки. При снижении уровня в ЧХО до 350 мм и повышении уровня в ГГО до 110 мм срабатывает предупредительная сигнализация.

При снижении уровня в ЧХО до 550 мм срабатывает аварийная сигнализация, ГПА аварийно останавливается [6].

газотурбинный двигатель маслоснабжение насос клапан

3.МАСЛЯНЫЕ НАСОСЫ, КЛАПАНЫ, РЕГУЛЯТОРЫ ДАВЛЕНИЯ ПОСЛЕ СЕБЯ

Маслонасосы предназначены для подачи смазывающих жидкостей с различной степенью вязкости:

-технологические линии для подачи топлива и перекачивания нефтепродуктов, в т.ч. масел (насосы общепромышленные) - Ш, НМШ, НМШФ, НМШГ, К, КВ, КВГ, КВМ;

-для судов морского и речного флота в машинных и прочих отделениях (насосы морские, судовые) - Ш, НМШ, НМШФ;

-системы гидравлики (насосы перекачивания масла минерального ) - НШ, А1 3В, ЭКЛ; и пр.

Насосы масел различаются и по конструкции:

-маслонасосы шестеренные - Ш, НМШ, НМШФ, НМШГ

-маслонасосы коловратные - К, КВ, КВГ, КВМ

-насосы масел трехвинтовые - ЭКЛ, А1 3В и пр.

Вязкость перекачиваемой жидкости - от 0,018 10^-4 до 22,00 10^-4 м²/с (1,08:300°ВУ) температурой до +70°С (по требованию заказчика возможно изготовление до 150°С). Нижний предел вязкости ограничивается смазывающей способностью перекачиваемой жидкости, верхний - мощностью электродвигателя и всасывающей способностью масляного насоса. При заказе маслонасосов пределы вязкости и рабочую температуру перекачиваемой жидкости необходимо оговорить с заводом-изготовителем.

Конструктивно масляные насосы Ш, НМШ, НМШФ, НМШГ представляют собой объемные насосы. Роль рабочего органа выполняют шестерни. При вращении шестерен на стороне всасывания создается разрежение, и жидкость под перепадом давления (атмосферного и на всасывании насоса) заполняет полости между зубьями, перемещается в сторону нагнетания и вытесняется в нагнетательный патрубок. Проточная часть выпускаемых масляных насосов изготавливается из чугуна, бронзы, алюминия и его сплавов, нержавеющей стали.

Клапан маслоснабжения - промышленная трубопроводная арматура, в которой запорный или регулирующий орган перемещается возвратно-поступательно параллельно оси потока рабочей среды.

Регуляторы давления после себя. Регуляторы прямого действия, которые закрываются при повышении давления. Регуляторы имеют регулирующий клапан, привод с регулирующей диафрагмой и пружину для настройки давления.

Принцип действия регулятора: диафрагма в регуляторе регулирует давление после клапана, благодаря усилиям возникающим во встроенной пружине.

Регуляторы перепада давления предназначены для автоматического поддержания заданного перепада давления на каком-либо гидравлическом сопротивлении, в том числе между подающим и обратным трубопроводами.

Регуляторы перепада давления могут быть использованы в качестве регуляторов давления «после себя».

Область применения: для автоматической регулировки перепада давления с переменным расходом на промышленных объектах.

Регулятор состоит из трех главных элементов: клапана, привода и задатчика. Тарелка клапана разгружена от гидростатических сил.

Регуляторы перепада давления прямого действия являются регулирующими устройствами, использующими для перемещения регулирующего органа энергию протекающей среды.

Регулятор представляет собой нормально открытый регулирующий орган, принцип действия которого основан на уравновешивании силы упругой деформации пружины настройки и силы, создаваемой разностью давлений в мембранных камерах привода.

Клапан регулятора при отсутствии давления нормально открыт. Импульс высокого давления регулируемого перепада подается импульсной трубкой на мембрану со стороны задатчика (штуцер «+»). Импульс низкого давления подается импульсной трубкой под мембрану со стороны клапана (штуцер «-»). Изменение регулируемой разницы давлений выше заданной величины, установленной при помощи пружины в задатчике, приводит к сдвигу штока и прикрытию или открытию тарелки клапана до момента, когда величина регулируемого перепада давления достигнет величины, установленной на задатчике [2].

При использовании регулятора в качестве регулятора давления после себя штуцер «-» не используется (остается открытым на атмосферу).

Во избежание повреждения мембраны не допускается устанавливать заглушку на штуцер «-». Схемы подключения регулятора перепада давления представлены на рис.4 и рис.5.

Рис.4.Схемы подключения регулятора перепада давления: а) подающий; б) обратный

Регулятор следует устанавливать на горизонтальном участке трубопровода. Перед регулятором рекомендуется установить фильтр.
Регулятор устанавливать вертикально приводом вниз или вверх. Допустимое отклонение от вертикали 20°.

Импульсные трубки необходимо подключать к трубе горизонтально сбоку через шаровый кран или вентиль, что позволит отключать давление от импульсных трубок.

Присоединение клапанов к трубопроводу - фланцевое. Присоединение фланцев по ГОСТ 12819-80, с размерами уплотнительных поверхностей и присоединительными размерами по ГОСТ 12815-80

Рис.5.Схема подключения регулятора давления «после себя

газотурбинный двигатель маслоснабжение насос клапан

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современные газотурбинные установки отличаются высокой надежностью. Есть данные о непрерывной работе некоторых агрегатов в течение нескольких лет. Многие поставщики газовых турбин производят капитальный ремонт оборудования на месте, производя замену отдельных узлов без транспортировки на завод - изготовитель, что существенно снижает затраты на обслуживание агрегата.

Еще одними из преимуществ современных ГТУ является удовлетворительный моторесурс (полный до 120 000 часов, до капитального ремонта 25000-60000 часов) и низкий расход смазочного масла (около литра в сутки). Возможность безаварийной работы в любом диапазоне мощностей от 0 до 100%, отсутствие водяного охлаждения, работа с серосодержащим газом, - все это делает привлекательным выбор в пользу ГТУ на малых мощностях, а на мощностях более 30 МВт - наиболее эффективным.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Латыпов Р. Ш. Вопросы рациональной эксплуатации газотурбинных установок: Учебное пособие. - Уфа: УГНТУ, 2000. - 100с.

2. Ольховский Г.Г. Энергетические газотурбинные установки. - М.:
Энергоатомиздат, 1985. - 298 с.

3. Поршаков Б. П. Газотурбинные установки на газопроводах: конспект лекций. - М.: Нефть и газ, 2003. - 215 с.

4. Ревзин Б. С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. - М.: Недра, 1986. - 215 с.

5. Соколов В. С. Газотурбинные установки. - М.: Высшая школа, 1986. -152 с.

6. Уваров В.В. Газовые турбины и газотурбинные установки. -М.: Высшая школа, 1970. - 320 с.

7. Щуровский Г. А. Зайцев Ю. А. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. - М.: Недра, 1994. - 192 с.

Размещено на Allbest.ru