POLITECHNIKA ŚLĄSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH Turbina gazowa Laboratorium Pomiarów Maszyn Energetycznych (PM-4) (PM-5) Opracował: Sprawdził: Zatwierdził: dr inż. Daniel Węcel dr inż. Sebastian Lepszy prof. dr hab. inż. Janusz Kotowicz www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape 1
1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z konstrukcją, podstawowymi parametrami i metodologią badań turbinowych silników spalinowych (turbin gazowych). Przeprowadzone badania pozwolą na wykonanie charakterystyk pracy turbiny przy różnych parametrach pracy. 2. Wprowadzenie 2.1. Charakterystyka turbin oraz mikroturbin gazowych Turbiny gazowe (spalinowe silniki turbinowe) są silnikami cieplnymi wirnikowymi ze spalaniem wewnętrznym i mogą być opalane paliwami gazowymi lub ciekłymi (mogą też pracować w systemie dwupaliwowym) (Rys.1). Paliwo Energia elektryczna 2 Komora spalania 3 Generator Sprężarka Turbina 1 Powietrze 4 Spaliny Rys.1. Prosty schemat układu turbiny gazowej W najprostszym układzie cieplnym z turbiną gazową jest realizowany obieg Braytona-Joule'a. Składa się on, podobnie jak obieg Clausiusa Rankine a z dwóch izobar i dwóch izentrop (Rys.2). Rys.2. Przykład obiegu Braytona na wykresie h-s 2
Obieg siłowni rzeczywistej różni się od obiegu porównawczego, w myśl drugiej zasady termodynamiki, ze względu na występowanie strat. Dochodzi zarówno do spadków ciśnień podczas przepływu czynnika przez elementy siłowni jak i do przyrostu entropii podczas sprężania gazu w sprężarce i rozprężania go w turbinie. Obieg siłowni rzeczywistej przedstawiony jest we współrzędnych h s na Rys.3. Rys.3. Przykład obiegu rzeczywistej siłowni gazowej na wykresie h s Działanie układu gazowego, w najczęściej spotykanej wersji otwartej, polega na zassaniu chłodnego powietrza z otoczenia i sprężeniu go w sprężarce. Następnie jest ono ogrzewane w komorze spalania. Proces ten polega na bezpośrednim spalaniu paliwa w sprężonym powietrzu, w wyniku czego otrzymywany jest gaz spalinowy o odpowiedniej temperaturze. Ogrzany czynnik rozpręża się następnie w turbinie, w wyniku czego dochodzi do zamiany części jego entalpii na pracę mechaniczną, przekazywaną na wał wirnika turbiny. Praca ta służy zarówno do napędu sprężarki jak i generatora elektrycznego. Spotykane są różne układy siłowni gazowych. W rozwiązaniu najprostszym cała turbina i cała sprężarka osadzone są na jednym wale, który poprzez sprzęgło połączony jest z wałem generatora elektrycznego. Nie jest to rozwiązanie optymalne ze względów aerodynamicznych. Nieco lepszym rozwiązaniem jest połączenie jednym wałem części turbiny i całej sprężarki. Ta część turbiny napędza tylko sprężarkę. Druga natomiast generator elektryczny. Bywają także rozwiązania bardziej skomplikowane, np. część niskoprężna sprężarki napędzana jest częścią średnioprężną turbiny, część wysokoprężna sprężarki częścią wysokoprężną turbiny, a część niskoprężna turbiny napędza generator. Im układ siłowni bardziej podzielony, tym większe jest stopniowanie prędkości maszyn. Możliwa jest więc praca poszczególnych podzespołów maszyny z prędkościami obrotowymi bliższymi optymalnym, co wpływa korzystnie na sprawność układu. Wiąże się to niestety ze wzrostem kosztów inwestycyjnych. O wyborze rozwiązania powinna decydować ścisła analiza ekonomiczna. Zalety energetycznych instalacji turbin gazowych: niezawodność działania, duża elastyczność cieplna = krótki czas rozruchu (można je doprowadzić do pełnego obciążenia w kilka minut), znaczna żywotność (nawet do 200 tys. godz.), lekkość i zwartość budowy, korzystne charakterystyki ekologiczne i ekonomiczne, łatwość obsługi i automatyzacji procesów eksploatacyjnych, 3
możliwość pracy w różnych układach technologicznych, a także z różnym czynnikiem roboczym, możliwość zasilania różnymi paliwami. W energetyce turbiny gazowe zwykle pracują w układach gazowo-parowych, osiągających sprawność wytwarzania energii elektrycznej powyżej 55%. Są wykorzystywane w układach generacji ciepła i energii elektrycznej. 3. Badana turbina Przedmiotem badań jest silnik turbinowy GTD-350 zaprojektowany do napędu śmigłowców Mi-2. Jest to silnik dwuwałowy. Składa się z: ośmiostopniowej sprężarki (siedem stopni osiowych, ósmy stopień odśrodkowy) z zaworem upustowym pomiędzy szóstym a siódmym stopniem i dyfuzorem bezłopatkowym; komory spalania dzbanowo-pierścieniowej z przepływem zwrotnym; trzystopniowej turbiny (jeden stopień napędza poprzez wał wewnętrzny sprężarkę, dwa stopnie następne stanowią zespół turbiny napędowej). Turbina napędowa poprzez zewnętrzny wał przekazuje moc na integralny reduktor silnikowy, a następnie na wał wyjściowy. Integralnymi elementami silnika GTD-350 są: skrzynia przekładniowa (skrzynka napędów), pompa paliwowa NR-40T, prodnico-rozrusznik, ogranicznik obrotów turbiny napędowej, synchronizator turbiny (stosowany przy równoległej pracy dwóch silników), układ pomp olejowych wraz z filtrami oleju, obrotomierz, automat sterowania upustem powietrza, zawór paliwa rozruchowego, wtryskiwacz roboczy i rozruchowy, zestaw termopar do pomiaru temperatury gazów przed pierwszym stopniem turbiny (turbina połączona ze sprężarką) (Rys.4). Rys.4. Przekrój silnika turbinowego GTD-350 Podstawowe parametry pracy silnika: moc: o startowa: 294.2 kw dla 43 200 obr/min (turbosprężarka), o nominalna: 235.4 kw dla 40 500 obr/min (turbosprężarka), max. prędkość obrotowa turbosprężarki - 45 000 obr/min, 4
max. prędkość obrotowa turbiny napędowej - 25 000 obr/min, max. prędkość obrotowa wału wyjściowego - 6 140 obr/min, max. zużycie paliwa (nafta lotnicza) - 0.415 kg/km h (160 kg/h), max. dopuszczalna temp. przed turbiną - 1243 K, natężenie przepływu powietrza przez sprężarkę - 2.4 kg/s, spręż sprężarki (max.) - 6.05. Wymiary i ciężar suchego silnika: długość silnika - 1385 [mm], szerokość silnika - 626 [mm], wysokość silnika - 760 [mm], ciężar suchego silnika - 137,7+2% [kg]. 4. Opis stanowiska i realizowane badania 4.1. Cel badań Celem badań turbiny gazowej może być: określenie mocy na wale, określenia jednostkowego zużycia paliwa, określenie sprawność systemu (układu), sporządzenie charakterystyk turbiny gazowej, sporządzenie bilansu energetycznego. 4.2. Opis stanowiska badawczego W skład stanowiska badawczego wchodzą następujące elementy (Rys.5): turbina gazowa GTD-350 (z serwomechanizmem do regulacji ilości podawanego paliwa i siłownikiem pneumatycznym do zaworu odcinającego dopływ paliwa), rurociąg doprowadzający powietrze (z układem pomiarowym strumienia powietrza), kanał wyprowadzenia spalin do komina (z wentylatorem podmuchu), układ rozruchowy (zestaw 4 akumulatorów 12 V, skrzynka rozruchowa i zestaw przekaźników sterujących rozruchem, przyrządy pomiarowe), układ paliwowy (zbiornik, pompa paliwowa, manometr, zawór zwrotny, zestaw filtrów, przepływomierz), układ olejowy (zbiornik oleju, chłodnica oleju, przyrządy pomiarowe), hamulec elektrowirowy EMX-400/3000 o max. mocy pochłanianej 400 kw (z układem chłodzenia hamulca), układ sterowania obciążeniem hamulca (sterowniki hamulca), system pomiarowy (Rys.6), szafa sterownicza zasilająca całe stanowisko i pozwalająca sterować napędami poszczególnych układów stanowiska, tablica sterownicza (przełączniki do uruchamiania i wyłączania turbiny), układ doprowadzający wodę chłodzącą. 4.3. Wielkości mierzone w trakcie ustalonej pracy turbiny pod obciążeniem: moc na wale wyjściowym (napędowym) P e, prędkość obrotowa wytwornicy spalin (turbiny sprężarki) n WS, prędkość obrotowa turbiny napędowej n TN, temperatura spalin za komorą spalania T 3, temperatura spalin na wylocie z turbiny T 4, 5
spręż ε s, strumień powietrza na wlocie do sprężarki q v1, ciśnienie paliwa przed wtryskiwaczem (kontrola upustu) p palw, ciśnienie paliwa przed pompą paliwową p palr, ciśnienie oleju w silniku p ol, temperatury oleju na wejściu do silnika T ol1, temperatury oleju na wyjściu z silnika T ol2, strumień objętości paliwa q vpal, temperatura wody na wejściu do hamulca T wh1, temperatura wody na wyjściu z hamulca T wh2, strumień objętości wody na wejściu do hamulca - q vwh. Spaliny Komin Zbiorniki z paliwem Sterowanie dopływem paliwa Powietrze Układ rozruchowy GTD 350 Zbiornik oleju Chłodnica oleju Hamulec elektrowirowy Woda chłodząca Układ sterowania obciążeniem System pomiarowy Woda chłodząca Rys.5. Schemat instalacji badawczej 4.3.1. Pomiar parametrów powietrza wlotowego temperatury i ciśnienia. W zależności od potrzeb (do wykonania bilansu lub charakterystyk) należy zmierzyć temperaturę, ciśnienie i wilgotność powietrza przed wlotem do sprężarki silnika GTD-350. Pomiar temperatury t 1 można wykonać za pomocą termometrów rezystancyjnych metalowych (np. Pt100), ciśnienie p 1 należy zmierzyć na ściance rurociągu wlotowego za pomocą manometrów dwuramiennych (U-rurka) lub przetworników ciśnienia, wilgotność zmierzyć w kanale wlotowym higrometrem pojemnościowym. 4.3.2. Pomiar strumienia powietrza q v1, Strumień powietrza q v1 jest mierzony na wlocie do sprężarki, gdzie znajduje się dysza wlotowa (lemniskatowa). Na obwodzie dyszy znajdują się otwory impulsowe odbierające ciśnienie statyczne Δp 1, które jest uśrednianie w pierścieniu zbiorczym. Strumień powietrza q v1 jest obliczany z następującej zależności: 6
q v 1 gdzie: d - średnica dyszy wlotowej (d = 135 mm), ρ - gęstość powietrza. 2 d 2 p1 [m 3 /s] 4 Gęstość powietrza obliczana jest ze wzoru: p1 p p Tn n [kg/m 3 ] pn T1 gdzie: φ - wilgotność powietrza, T 1 - temperatura powietrza, p 1 - ciśnienie bezwzględne (absolutne) powietrza, p p - ciśnienie nasyconej pary wodnej w temperaturze T 1. Ciśnienie p 1 jest mierzone za pomocą manometru dwuramiennego cieczowego (U-rurki) wypełnionego wodą. Ciśnienie bezwzględne na ssaniu obliczamy ze wzoru: gdzie: p1 p o h1 H2O [Pa] p o [Pa] ciśnienie otoczenia, h 1 [m H 2 O] różnica poziomów w U-rurce, [N/m 3 ] ciężar właściwy wody. H 2 O W przypadku sporządzenia bilansu turbiny gazowej lub tworzenia charakterystyk konieczne jest przeliczenie strumienia objętości na strumień masy q m. 4.3.3. Spręż sprężarki Spręż określa się, jako stosunek ciśnienia za sprężarką do ciśnienia na wlocie: p2 p gdzie: p 2 ciśnienie bezwzględne powietrza za sprężarką, p 1 ciśnienie bezwzględne powietrza na wlocie. 1 4.3.4. Moc na wale napędowym Moc na wale napędowym P e (efektywna) jest to moc mechaniczna przekazywana przez turbinę do hamulca elektrowirowego EMX 201/400. W zależności od siły hamowania uzyskuje się różne obciążenie turbiny i różną moc na wale napędowym. Moc ta jest mierzona poprzez pomiar momentu obrotowego i prędkości kątowej na hamulcu. P e M [W] Korpus hamulca jest podparty na łożyskach (kołysce) pozwalających na ruch obrotowy wokół osi wału napędowego (wirnika hamulca). Blokowanie korpusu realizuje się poprzez siłomierz znajdujący się w pewnej odległości r = 567 mm od osi wirnika. Pomiar siły siłomierzem tensometrycznym pozwala obliczyć moment obrotowy na wale. M F r [Nm] 7
Prędkość obrotowa n [obr/min] wału napędowego jest mierzona na hamulcu za pomocą przetwornika indukcyjnościowego. Prędkość kątowa obliczane jest z zależności: 2 n [rad/s] 60 4.3.5. Temperatura spalin za komorą spalania T 3 Temperatura spalin za komorą spalania T 3 mierzona jest za pomocą 8 termometrów termoelektrycznych z odsłoniętą spoiną (termopary typu K) połączonych równolegle, w wyniku czego uzyskuje się średnią temperaturę przed pierwszym stopniem turbiny. 4.3.6. Temperatura spalin na wylocie z turbiny T 4 Temperatura spalin na wylocie z turbiny T 4 mierzona jest za pomocą termometru termoelektrycznego (termopara typu K) umieszczonego w jednej z dysz wylotowych turbiny gazowej. 4.3.7. Prędkość obrotowa wytwornicy spalin (turbiny sprężarki) n WS Prędkość obrotowa turbiny sprężarki n WS jest mierzona za pośrednictwem obrotomierza sprężarki n obr, który jest zamontowany na skrzynce przekładniowej (napędów). Obrotomierz poprzez zespół kół zębatych połączony jest wałem wewnętrznym napędzającym sprężarkę. Przełożenie między wałem sprężarki, a obrotomierzem wynosi 17.98. n 17. 98 [obr/min] WS n obr Miernik obrotomierza jest wyskalowany w procentach maksymalnej prędkości obrotowej, która na wale obrotomierza wynosi 2503 obr/min. 4.3.8. Prędkość obrotowa turbiny napędowej n TN, Prędkość obrotowa turbiny napędowej n TN jest mierzona za pośrednictwem obrotomierza hamulca n. Obrotomierz ten mierzy prędkość obrotową wału napędowego, który przez przekładnię zębatą połączony jest wałem zewnętrznym turbiny napędowej. Przełożenie między wałem turbiny napędowej, a obrotomierzem hamulca wynosi 4.064. n TN 4. 064 n [obr/min] 4.3.9. Ciśnienie paliwa przed pompą paliwową p palr Ciśnienie paliwa przed pompą paliwową NR-40T jest mierzone za pomocą manometru znajdującego się za pompą podającą paliwo ze zbiornika paliwa do instalacji paliwowej. Ciśnienie paliwa na wejściu do silnika powinno być w granicach 39.2 117.7 [kpa]. 4.3.10. Parametry układu olejowego Łożyska oraz koła zębate turbiny gazowej są smarowane olejem AeroShell Turbine Oil 500. Głównymi parametrami oleju mierzonymi podczas pracy turbiny jest ciśnienie oleju w silniku p ol oraz temperatury oleju na wejściu T ol1 i na wyjściu z silnika T ol2. Ciśnienie jest mierzone przetwornikiem ciśnienia o akresie 0 10 bar, a temperatury termometrami rezystancyjnymi metalowymi. Wymagane ciśnienie oleju powinno zawierać się w zakresie 2-3 bar, natomiast temperatura nie powinna przekraczać 140 C. 8
4.3.11. Strumień objętości paliwa q vpal Strumień objętości paliwa jest mierzony przed pompą paliwową (pompa nurnikowa z regulatorem przepływu PNRP-3 (NR-40T)) turbiny, przy pomocy przepływomierza owalnokołowego (z wirującymi tłokami zębatymi). Chwilowe zużycie paliwa oraz stan licznika paliwa pokazywany jest na wyświetlaczu. 4.3.12. Parametry wody chłodzącej hamulec Hamulec elektrowirowy jest chłodzony wodą. Odpowiednie chłodzenie jest kontrolowane poprzez pomiar temperatury T wh1, T wh2 i strumienia wody chłodzącej q vwh. Wzrost temperatury wody T wh2 powyżej 50 C oraz spadek przepływu q vwh poniżej założonej wartości skutkuje wyłączeniem obciążenia zadawanego przez sterownik hamulca. Temperatura jest mierzona termometrami rezystancyjnymi metalowymi na wylocie z korpusu hamulca, a strumień objętości wody na wejściu do hamulca mierzony jest przepływomierzem. Rys.6. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych 4.3.13. Napięcie i natężenie prądu w trakcie rozruchu U r, I r W trakcie rozruchu wskazane jest kontrolowanie napięcia i natężenie prądu rozruchowego. Zbyt duże spadki napięcia na zaciskach układu rozruchowego (poniżej 16 V) wskazują na niski stan naładowania akumulatorów i konieczność ich doładowania. Prąd rozruchowy na początku rozruchu nie powinien przekraczać 800 A, a po zapłonie paliwa i rozkręceniu się wałów turbiny powinien spaść do ok. 400 A. Wyłączenie układu rozruchowego sygnalizowane jest poprzez zanik prądu rozruchowego. 4.3.14. Sprawność (wyprowadzenia mocy mechanicznej) turbiny gazowej η T Sprawność turbiny gazowej η T jest liczona jako stosunek mocy na wale napędowym P e do strumienia energii chemicznej paliwa. 9
Pe T 100 [%] W q W silniku turbinowym stosowane jest paliwo lotnicze Jet A1 (nafta lotnicza). Tabela 1 Typowe własności fizyczne paliwa Jet-A1 Temperatura zapłonu 42 C Temperatura samozapłonu 210 C (410 F) Temperatura zamarzania -47 C (-52.6 F) Gęstość w temperaturze 15 C (59 F) 0.804 kg/l Wartość opałowa na kg 43.15 MJ/kg Wartość opałowa na litr 34.7 MJ/l d vpal 5. Procedura uruchomienia turbiny gazowej GTD-350 5.1. Prace przygotowawcze Przed przystąpieniem do uruchomienia turbiny gazowej GTD-350 należy wykonać szereg czynności przygotowawczych. Pierwszym etapem jest dokonanie przeglądu stanowiska: Sprawdzić drożność kanału wlotowego powietrza (zdjęcie osłony na koszu ssawnym znajdującym się na zewnątrz pomieszczenia); Skontrolować wał łączący turbinę napędową z hamulcem (pokręcić ręcznie wał, powinien obracać się płynnie w obu kierunkach); Przeprowadzić kontrolę akumulatorów (zmierzyć napięcie na każdym z 4 akumulatorów, przy napięciu poniżej 12.5 V zaleca się podładowanie akumulatorów); Otworzyć zasuwę kanału spalinowego; Sprawdzić poziom paliwa w zbiorniku wymiary zbiornika 75x75x75 cm, grubość ścianek 5 mm (1 mm odpowiada 0,555 l paliwa). Przed uruchomieniem turbiny w zbiorniku powinny znajdować się co najmniej 32 litry (58mm) paliwa; Sprawdzić poziom oleju w zbiorniku wymiary zbiornika 25x25x50,5 cm, grubość ścianek 5 mm (1 mm odpowiada 0,06 l oleju). Przed uruchomieniem turbiny w zbiorniku powinno znajdować się co najmniej 8 litrów (127mm) oleju, jednak zaleca się zalanie zbiornika 12,5 litra (199mm) oleju.; Zapewnić odpowiedni poziom wentylacji uruchomić wentylator wyciągowy i podmuchu spalin w kominie. Przed wykonaniem kolejnych czynności należy włączyć szafę sterowniczą pokrętłem znajdującym się z lewej strony szafy. Na panelu operatorskim przejść do poszczególnych obwodów instalacji. Następnie należy przygotować hamulec elektrowirowy do pracy. W celu zapewnienia prawidłowych warunków pracy hamulca należy: Uruchomić pompę (znajduje się w pomieszczeniu nr 22 HMC) doprowadzającą wodę do instalacji chłodzącej i otworzyć zawór wody obiegu zamkniętego (woda pobierana jest ze zbiornika znajdującego się przy HMC) lub tylko otworzyć zawór wody sieciowej; Sprawdzić poziom wody w zbiorniku hamulca (woda w zbiorniku hamulca powinna znajdować się na wysokości około 10 cm niższej niż górna krawędź zbiornika). Uruchomić pompę obiegu wodnego hamulca (obwód K5) oraz sprawdzić czy pracuje prawidłowo (temperatury wody ok. 17 C, strumień wody ok. 5 m 3 /h); Następnie należy przygotować pompę podającą paliwo do turbiny. Przed uruchomieniem pompy paliwa należy wykonać następujące czynności: 10
Wyczyścić zbiorniki pod pompą paliwa; Odkręcić nakrętkę znajdującą się na zbiorniku (odkręcenie nakrętki zapewni prawidłowe odpowietrzenie zbiornika); Sprawdzić czy zawór odcinający na pompie jest zamknięty; Włączyć gniazdo zasilające pompę paliwową (obwód K7) na panelu operatorskim szafy sterowniczej, a następnie włączyć gniazdo znajdujące się przy pompie; Odczytać ciśnienie na manometrze przy pompie, jeżeli odczytane ciśnienie jest w okolicach 1,5 bara można otworzyć zawór odcinający. Ustawienie ciśnienia realizuje się za pomocą zawora regulacyjnego znajdującego się przed manometrem. Odpowietrzyć przewody paliwa i pompę nurnikową za pomocą urządzenia odpowietrzającego znajdującego się na pompie nurnikowej, zapewniając płynne dostarczanie paliwa do turbiny. Na wylocie z urządzenia powinno uzyskać się ciągły strumień paliwa (przy prawidłowym wyłączeniu instalacji nie ma potrzeby odpowietrzania); Zaleca się również wykonanie przeglądu przewodów paliwowych w celu sprawdzenia czy nie występują przecieki. Zawór odcinający dopływ paliwa do komory spalania jest sterowany za pomocą siłownika pneumatycznego, dlatego należy podłączyć kompresor do króćca znajdującego się na stojaku przy turbinie. Włączyć wentylator podmuchu spalin (obwód K8) i otworzyć zasuwę wentylatora, aby zapewnić prawidłowy wylot spalin do komina. Uruchomić aparaturę pomiarową oraz sterowniki hamulca (włączyć Gniazdo serowania obwód K6). 5.2. Zimne pokręcenie Przed wykonaniem właściwego rozruchu turbiny należy wykonać tzw. "zimne pokręcenie", polegające na rozkręceniu wału sprężarki i wszystkich urządzeń z nim sprzęgniętych za pomocą rozrusznika w celu: przedmuchania komory spalania, sprawdzeniu działania pompy olejowej i sprawdzeniu układu rozruchowego. Proces zimnego pokręcenia jest sterowany poprzez skrzynkę rozruchową, która nie włącza zasilania świecy zapłonowej oraz nie przełącza akumulatorów na pracę szeregową (w układzie 48 V). Czas cyklu skrzynki rozruchowej podczas jednego zimnego pokręcenia wynosi 31-35 sekund. Zimne pokręcenie wykonywane jest przy zamkniętym zaworze odcinającym. Na tablicy sterowniczej należy wyłącznik główny przestawić w położenie "I", a następnie ustawić przełącznik na zimne pokręcenie. Przełącznik zaworu odcinającego powinien być ustawiony w położeniu wył.. Przytrzymanie przycisku "Uruchom" przez 2 sekundy rozpoczyna proces zimnego pokręcenia, który kończy się automatycznie. 5.3. Gorący rozruch Przygotowanie do uruchomienia: upewnić się czy wyłącznik główny jest załączony (w położeniu "I"); ustawić przełącznik zaworu odcinającego na wył ; ustawić przełącznik połączenia akumulatorów na 2 aku ; ustawić przełącznik na rozruch ; upewnić się czy na sterowniku hamulca obciążenie ustawione jest na 0. Proces uruchomienia jest inicjowany przez przytrzymanie przycisku "Uruchom" przez 2 sekundy i przestawienie przełącznika zaworu odcinającego na zał. W trakcie rozruchu następuje rozkręcenie wału sprężarki, zapalanie paliwa w komorze spalania i doprowadzenie turbiny 11
gazowej do pracy biegu jałowego. Całym procesem gorącego rozruchu steruje skrzynka rozruchowa, która kończy swoją pracę po ok. 30 sekundach. W trakcie uruchomienia należy obserwować wartość ciśnienia oleju, która pod koniec rozruchu powinna wynosić 147-294 kpa. 5.4. Zatrzymanie turbiny Turbina przed zatrzymaniem powinna pracować około 2 minuty na biegu jałowym, natomiast w warunkach zimowych czas ten powinien być wydłużony do 3 minut. Praca na biegu jałowym ma na celu ochłodzenie turbiny. Turbinę zatrzymuję się przez przestawienie położenia przełącznika zaworu odcinającego na wył.. Podczas zatrzymania turbiny należy zwrócić szczególna uwagę, czy nie występują stuki, zgrzyt lub inne odgłosy nienaturalnej pracy turbiny. Należy również zmierzyć czas zatrzymania, który nie powinien być krótszy niż 25 sekund. Czas zatrzymania turbiny liczy się od momentu wyłączenia zaworu odcinającego do całkowitego zatrzymania się wirnika turbosprężarki. Po zakończonych pomiarach należy wyłączyć wszystkie instalacje stanowiska oraz zamknąć wszystkie zasuwy i zawory. Należy pamiętać o zamknięciu zaworu odcinającego przed wyłączeniem pompy paliwowej. 6. Praca turbiny gazowej GTD-350 W czasie eksploatacji należy kontrolować następujące parametry pracy: Temperaturę gazów przed turbiną sprężarki T 3 ; Temperaturę oleju na wyjściu z silnika T ol2 ; Prędkość obrotową turbosprężarki n WS ; Prędkość obrotową turbiny napędowej n TN ; Ciśnienie oleju p ol ; Zużycie oleju. Zakresy wartości w jakich powinna pracować turbina są zależne przede wszystkim od obciążenia i są podane w dokumentacji technicznej silnika GTD-350. Po wyłączeniu turbiny (odcięciu dopływu paliwa) należy kontrolować czas po jakim nastąpi zatrzymanie sie sprężarki (tzw. wybieg). Czas ten nie powinien być krótszy niż 25 s. Zbyt krótki czas informuje o nieodpowiednim smarowaniu i możliwości zatarcia sprężarki. 7. Przebieg pomiarów 7.1. Czynności do wykonania Uruchomić turbinę zgodnie z procedurą rozruchu. Turbina powinna pracować bez obciążenia przez ok. 2 min aż do uzyskania temperatury oleju powyżej 30 C. Na sterowniku hamulca zwiększyć ilość paliwa podawanego na turbinę aż do zamknięcia zaworu upustu powietrza (wyraźne zmniejszenie hałasu generowanego przez turbinę). Po ustabilizowaniu się parametrów pracy turbiny należy odczytać wartości wielkości mierzonych. Zwiększyć ilość paliwa podawanego na turbinę ustalając nowy punkt pracy i ponownie odczytać wartości wielkości mierzonych. Pomiary wykonać dla co najmniej 5 punktów pracy (odpowiadających różnym obciążeniom turbiny napędowej). 7.2. Charakterystyki turbiny Zmierzone parametry turbiny gazowej w czasie ustalonej pracy pod obciążeniem pozwolą na stworzenie charakterystyk: 12
sprężarki, f q, n turbiny sprężarki, f q, n turbiny napędowej, f q, n S TS TN zespołu turbiny gazowej P f n,, T, f, gdzie: P z p d q P T d T z S TS TN S TNz TS TN mz S mz moc zredukowana mz 3 WSz WSz TNz t P z m d qmz zredukowany strumień masy pd n z T d n T d zredukowane obroty temperatura powietrza na wlocie do sprężarki [K] S p d ciśnienie powietrza na wlocie do sprężarki [Pa] 7.3. Opracowanie wyników pomiarów Na podstawie wyników pomiarów wykonać obliczenia parametrów charakteryzujących pracę turbiny gazowej w każdym punkcie pracy oraz wykreślić charakterystyki; Pz f ntnz, S, T3 ; t f P z, S. Na charakterystykach sprawności zaznaczyć punkt najwyższej sprawności. 8. Sprawozdanie Sprawozdanie powinno zawierać (Sprawozdanie ma zostać wydrukowane dwustronnie lub może zostać wykonane ręcznie): 1. Stronę tytułową a na niej, a) nazwę przedmiotu, b) nazwę ćwiczenia-tytuł (symbol w nawiasie), c) numer sekcji, d) nazwiska i imiona osób wykonujących sprawozdanie, e) datę wykonania ćwiczenia. 2. Wstęp teoretyczny zawierający informację o praktycznym zastosowaniu zagadnienia. 3. Użyte w trakcie laboratorium przyrządy i urządzenia wraz z danymi znamionowymi. 4. Schemat układu pomiarowego (Schematy mają zostać wykonane własnoręcznie). 5. Tabele wyników pomiarowych. 6. Wzory do obliczeń wraz z przykładowymi obliczeniami. 7. Wyniki obliczeń w formie tabel lub wykresów. 8. Uwagi oraz wnioski (Uwagi mają dotyczyć przebiegu ćwiczenia laboratoryjnego, wnioski należy wyciągnąć na podstawie otrzymanych wyników). WYKAZ LITERATURY 1. Instrukcja eksploatacji i obsługi technicznej silnik GTD-350. Dokument nr 16.0.373 Wyd.2 1975, Wytwórnia Sprzętu Komunikacyjnego PZL Rzeszów. 2. Opis techniczny silnika GTD-350 dla śmigłowca Mi-2. Dokument nr 16.0.381 Wyd.3 Maj 1978, Wytwórnia Sprzętu Komunikacyjnego PZL Rzeszów. 13
9. Karta pomiarowa Tab.1. Wielkości mierzone. Karta pomiarowa - Turbina GTD-350 Data Zimne pokręcenie Wybieg s Rozruch gorący Wybieg s Temperatura otoczenia C Rozruch rzekomy Wybieg s Czas Moment obrotowy zmierzony na hamulcu Prędkość obrotowa obrotomie rza hamulca Prędkość obrotowa obrotomie rza sprężarki Maksym. temp. spalin za komorą spalania Temperat ura spalin na wylocie z turbiny Zużycie paliwa Ciśnienie oleju w silniku Temperat ura oleju na wyjściu z silnika Strumień powietrza Ciśnienie za sprężarką Poziom oleju w zbiorniku Poziom paliwa w zbiorniku Stan licznika zużycia paliwa Napięcie akumulato rów M n n obr T 3 T 4 q vpal p ol t ol2 p 1 p 2 Nm obr/min % C C l/h bar C mm H2O kg/cm 2 mm mm l V 14