Назначение, устройство и принцип работы системы маслоснабжения агрегата (на примере ГТК-10-4, схема)

Назначение системы маслоснабжения

Система маслоснабжения (Рис.13) обеспечивает смазку подшипников агрегата, подачу масла на уплотнение и реле осевого сдвига нагнетателя на рабочих режимах, а также в периоды пуска и остановки агрегата.

В установке ГТК-10-4 применяется единая циркуляционная система подвода масла к подшипникам и уплотнениям, что дает возможность использовать один маслобак, общие фильтры и маслоохладители для всей системы маслоснабжения. Применение общей системы снабжения маслом подшипников агрегата и уплотнений нагнетателя снижает затраты на обслуживание и ревизию маслосистемы, повышает ее эксплуатационную надежность.

Система маслоснабжения включает в себя:

- главный масляный насос (ГМНС);

- пусковой маслонасос смазки (ПМНС);

- резервный маслонасос (РМНС);

- сдвоенный обратный клапан (КОС);

- инжектор ГМНС;

- регулятор давления "после себя" (РД);

- маслоохладитель (МО);

- фильтр тонкой очистки масла (ФТО);

- подогреватель масла.

Работа системы

Подача масла к подшипникам агрегата на рабочих режимах производится главным насосом центробежного типа. Масло, забираемое насосом из бака, редуцируется регулятором давления "после себя", охлаждается, фильтруется и с требуемым избыточным давлением поступает на смазку подшипников и к насосам уплотнения. Из линии смазки подшипников турбины осуществляется также подвод масла к импульсному насосу регулятора скорости – импеллеру. Отработанное масло из подшипников собирается в сливной коллектор и самотеком возвращается в маслобак.

Все основное оборудование системы маслоснабжения (за исключением маслоохладителя) смонтировано на раме, которая одновременно является резервуаром для масла. Емкость рамы-маслобака примерно 8 т. Внутренняя полость рамы разделена перегородками на отсеки грязного и чистого масла, между которыми установлены три сдвоенных сетчатых фильтра. Фильтры входят в обоймы и вдвигаются в бак через люк, закрываемый крышкой. Благодаря тому что фильтры установлены по два последовательно, имеется возможность поочередной чистки фильтров в процессе эксплуатации. Все масло, сливаемое из подшипников и системы регулирования, попадает в грязный отсек, в котором на пути масла установлены воздухоотделительные камеры. Для уменьшениявспенивания масла сливные отверстия расположены ниже уровня масла в раме и отделены от воздухоотделительных камер перегородками, протекание через которые также способствует отделению воздуха. Основная часть воздуха удаляется из масла в воздухоотделительных камерах, для установки которых имеются люки, закрытые крышками. Из чистого отсека масло, прошедшее через сетчатые фильтры, забирается насосами. На верхнем листе рамы имеется несколько люков, служащих для чистки внутренней полости бака, а также люк для установки пускового масляного насоса.

Контроль уровня масла в маслобаке осуществляется дистанционно, а также местным указателем поплавкового типа. Заливка масла в бак производится только в грязный отсек.

Главный масляный насос центробежного типа установлен непосредственно на валу турбины высокого давления. Непосредственный привод главного насоса от вала агрегата наиболее надежен, так как обеспечивает бесперебойную подачу масла независимо от внешних источников энергоснабжения. Однако центробежные насосы не обладают свойствами самовсасывания, если они расположены выше маслобака. Для создания необходимого подпора на входе в колесо во всасывающем трубопроводе насоса установлен инжектор, к соплу которого подводится масло из нагнетания того же насоса. Подача масла при пуске и остановке агрегата производится пусковым маслонасосом смазки, который размещен на верхней крышке маслобака. Пусковой маслонасос центробежного типа погружен в отсеке чистого масла, приводится во вращение асинхронным электродвигателем переменного тока, обеспечивает подачу масла в систему в количестве 30 кг/с при давлении 0,55 МПа. На линиях нагнетания главного и пускового маслонасосов расположен сдвоенный обратный клапан, после которого масло разделяется на два потока: к маслоохладителю через регулятор давления "после себя" и к соплу инжектора главного насоса. Регулятор поддерживает давление на входе в маслоохладитель в пределах 0,4-0,6 МПа. Масло, протекающее по трубкам маслоохладителя, охлаждается воздухом, продуваемым между ними электровентиляторами. Охлажденное
и очищенное в фильтрах масло поступает на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя и к насосам системы уплотнения нагнетателя, а также после дополнительного редуцирования в регулируемых дросселях на смазку подшипников турбины и к импеллеру. При снижении давления масла в системе при неисправности главного или пускового маслонасосов включается резервный маслонасос. Он обеспечивает подачу масла к подшипникам турбины и нагнетателя, пока агрегат аварийно останавливается. Резервный маслонасос шестеренчатого типа с приводом от электродвигателя постоянного тока имеет две ступени. Первая ступень производительностью 6,9 кг/с при давлении в нагнетании 0,1 МПа подключена к маслопроводу смазки низкого давления 0,08-0,12 МПа. Вторая ступень производительностью 0,8 кг/с подает масло с давлением 0,5 МПа на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя. Перед запуском агрегата производится подогрев масла до температуры не менее 30°С. Для этого масло пропускается через подогреватель,в котором циркулирует горячая вода.
Рис. 24. Система маслоснабжения: ГМНС-главный маслонасос смазки; ФТО-фильтр тонкой очистки масла; РМНС-резервный маслонасос смазки; МО-маслоохладитель; РД-регулятор давления; ПМНС-пусковой маслонасос смазки; АМ-гидроаккумулятор; КОС-клапан обратный сдвоенный; МБ-маслобак; МНУ-маслонасос уплотнения   17. Система топливного газа на примере ГТК-10-4 (назначение и основные компоненты системы, последовательность перестановки запорной арматуры при пуске и останове ГПА, зажигание в КС ГТУ, контроль наличия факела).   Камера сгорания Камера сгорания предназначена для непрерывного процесса сжигания газообразного топлива в потоке сжатого воздуха, поступающего в КС из воздухоподогревателя (регенератора). Продукты сгорания с требуемой температурой (не выше 800 °С) направляются через переходной патрубок в газовую турбину. Камера сгорания выполнена семигорелочной с фронтовым устройством и смесителем вихревого типа. Основные горелки (6 штук) расположены по окружности и соединены общим кольцевым коллектором, подводящим топливный газ с давлением 1,5 МПа. Дежурная горелка расположена в центре и конструктивно объединена с двумя воспламенителями. Воспламенитель представляет собой кусок трубы, разделенный диаметральной перегородкой на две полости. В одну из этих полостей вставлена газоподводящая трубка. В другой полости располагаются электроды свечи зажигания. Газ, поступающий по газоподводящей трубке, эжектирует воздух, попадающий в трубу воспламенителя. Газовоздушная смесь воспламеняется при включении свечи зажигания. Образующийся факел по трубе направляется в сторону головки дежурной горелки и зажигает газовоздушную смесь дежурной горелки, после чего воспламенитель прекращает свою работу. Оба воспламенителя расположены симметрично относительно дежурной горелки и включаются в работу одновременно, чем достигается большая надежность зажигания. Фронтовое устройство предназначено для подачи первичного воздуха в зону горения, смешения его с газовым топливом и стабилизации факела на всех режимах работы. Фронтовое устройство состоит из семи малых лопаточных венцов (шести по окружности для основных горелок и одного в центре для дежурной горелки) и одного большого лопаточного венца, расположенного вокруг малых. Фронтовое устройство придает воздуху вращательное движение. Изготавливается из листовой аустенитной стали. Вихревой смеситель предназначен для смешения продуктов сгорания с вторичным воздухом и получения равномерного поля температур на выходе из камеры сгорания. Вихревой смеситель состоит из двух концентрично расположенных обечаек. Внутренняя обечайка имеет два диаметрально противоположных треугольных выреза, по боковым сторонам которых в кольцевом пространстве установлены ряды изогнутых лопаток. Лопатки разделяют общий осевой поток вторичного воздуха, движущийся в кольцевом пространстве, на два потока и направляют их под прямым углом через вырезы внутрь огневой части. Два парных вихря, образующихся внутри огневой части, взаимодействуют с продуктами сгорания, обеспечивая их перемешивание с вторичным воздухом. Корпус камеры и крышка образуют прочный корпус, воспринимающий внутреннее давление воздуха. Корпус представляет собой цилиндрический барабан с двумя врезанными в него овальными, переходящими в круглые, патрубками, заканчивающимися фланцами. По патрубкам в КС подводится воздух. Кроме того, на корпусе размещены еще три патрубка для крепления фотодатчиков контроля факела. Крышка является днищем корпуса. На крышке располагаются наварыши для крепления горелок и кольцевой коллектор топливного газа с двумя входными патрубками.   Запальное устройство Запальное устройство камеры сгорания состоит из двух электроискровых свечей зажигания. Свечи установлены в воспламенителях камеры сгорания. Питание запального устройства осуществляется от источника постоянного тока с напряжением 24 В. На свечи подается напряжение 20 кВ с блока зажигания, в котором с помощью электромеханического прерывателя постоянный ток преобразуется в импульсный с последующим повышением напряжения в трансформаторе. Для обеспечения надежной искры и увеличения срока работы свечи зазор между электродами должен составлять 2 мм.   Контроль факела Контроль факела является одним из наиболее ответственных защит с точки зрения безопасности эксплуатации агрегата. Основная задача - мгновенное прекращение подачи топливного газа (закрытием стопорного клапана) при случайном исчезновении факела в камере сгорания. Во время работы турбины ее проточная часть нагрета до высокой температуры, и попадание газа в смеси с воздухом может привести к взрыву внутри ГТУ. Не менее важной функцией контроля факела является сигнализация о появлении факела в КС при запуске агрегата. Контроль факела осуществляется прибором “Пламя”, работающим по принципу обнаружения низкочастотных (6 Гц) пульсаций пламени в КС. Конструктивно прибор контроля факела состоит из трех фотодатчиков типа ФД-24 и вторичного прибора. Прибор обеспечивает сигнализацию с помощью контактных групп цепей защиты и сигнализации. Фотодатчики установлены на специальных смотровых окнах камеры сгорания так, чтобы расстояние между смотровым окном и защитным стеклом датчика было в пределах 100-200 мм. Это необходимо для предохранения фоторезистора датчика от нагрева прямым излучением факела. Кроме того, корпус фотодатчика охлаждается водой. Во время эксплуатации следует периодически проверять работоспособность прибора на работающем агрегате путем перекрытия светового потока к фотодатчику, отключив предварительно цепи защиты. При этом на лицевой панели прибора должна загореться лампа “НЕТ ФАКЕЛА”. Краны на топливном газе Топливный газ из станционного коллектора поступает в камеру сгорания (Рис.24): -к основным горелкам через кран 12, стопорный клапан (СК) и регу- лирующий клапан (РК); -к дежурной горелке через кран 12 и стопорный клапан. К воспламенителям подается пусковой газ через кран 15 при открытом клапане 13.   Рис. 24. Краны на топливном газе: РК-регулирующий клапан; СК-стопорный клапан   Между краном 12 и стопорным клапаном врезан кран 9, который предназначен для сброса топливного газа через свечу в атмосферу при отключении топливной системы. Пневмоприводные краны 12 и 9 сблокированы между собой таким образом, что кран 9 закрыт при открытом кране 12 и наоборот. Кран 12бис имеет ручное управление и открывается при подготовке агрегата к пуску.   Последовательность операции зажигания факела в камере сгорания Исходное состояние запорной и регулирующей арматуры на топливном и пусковом газе перед прохождением операции по зажиганию факела в камере сгорания: - кран 12 закрыт; - кран 9 открыт; - стопорный клапан (СК) открыт (“защита взведена”); - регулирующий клапан (РК) закрыт; - кран 11 открыт; - кран 10 закрыт; - клапан 13 открыт; - кран 15 закрыт; -запальное устройство (“зажигание”) отключено. Зажигание факела в камере сгорания происходит на третьем этапе пуска. Турбодетандер (ТД) включен. При возрастании давления воздуха за ОК до 5 МПа (что соответствует частоте вращения ТВД 500-600 мин-1) срабатывает реле давления, включается таймер отсчета времени (3 с и 20 с), открывается кран 15 и включается запальное устройство (“зажигание”). Загораются факелы воспламенителей. По истечении трех секунд с момента срабатывания реле давления воздуха открывается кран 12 и закрывается кран 9. Загорается факел дежурной горелки. Формируется команда “ФАКЕЛ ЗАЖЖЕН”. Включается (становится в дежурный режим) защита по погасанию факела. Через 20 с с момента срабатывания реле давления воздуха отключается запальное устройство, закрывается кран 15, включается защита по давлению топливного газа. Если за время работы запального устройства (20 с) не произойдет зажигание факела в камере сгорания, то формируется команда “НЕЗАЖИГАНИЕ” и происходит возврат механизмов в положение, соответствующее выполненному второму этапу пуска, т.е. отключится подача топливного газа (закроется кран 12 и откроется кран 9), пускового газа (закроются краны 11,15 и клапан 13, откроется кран 10), турбодетандер и вал турбокомпрессора остановятся. Открытие регулирующего клапана (РК) и загорание факелов основных горелок произойдет на четвертом этапе пуска после прогрева турбины на пламени дежурной горелки.   18. Турбодетандер и система пускового газа на примере ГТК-10-4, назначение, устройство, работа. Назначение турбодетандера Турбодетандер (ТД), или пусковая турбина, предназначен для сообщения валу ТВД и ОК частоты вращения, при которой осуществляется зажигание факела в камере сгорания. Он также является источником дополнительной мощности, необходимой для увеличения частоты вращения турбокомпрессора до выхода ГТУ на режим самоходности. Турбодетандер представляет собой расширительную турбину, работающую на природном газе. Подключение и отключение турбодетандера к валу турбокомпрессора производится с помощью гидравлического расцепного устройства. Корпус ТД вертикальным фланцем крепится к корпусу переднего подшипника ГТУ. Мощность, развиваемая ТД, 200 кВт при частоте вращения до 3000 мин-1. Давление пускового газа 1,5 МПа.   Краны на пусковом газе Контур подачи пускового газа к турбодетандеру состоит из пневмоприводных кранов 10, 11 и клапана 13 с приводом от гидравлического поршневого серводвигателя. Наличие в контуре двух последовательно установленных запорных устройств позволяет надежно предотвратить просачивание газа в ТД за счет неплотностей в запорной арматуре (Рис.25).     Рис. 25. Краны на пусковом газе: ТД - пусковой турбодетандер   Управление кранами 10 и 11 с помощью одного узла управления осуществляется таким образом, что кран 10 открыт при закрытом кране 11 и наоборот. Кран 11бис имеет ручное управление и открывается при подготовке ГПА к пуску.   Работа турбодетандера и управление кранами на пусковом газе После замыкания конечного выключателя ВК1 ВПУ (валоповоротное устройство находится в зацеплении и вращает ротор турбокомпрессора) подается питание на электромагнитный вентиль ЭМВ-3. При этом открывается подача масла в рабочую полость гидропривода расцепного устройства. Масло поступает из системы маслоснабжения ГТУ с давлением 0,5 МПа. Давление масла на поршень гидропривода вызывает его перемещение, сжимая пружину. Вместе с поршнем перемещается расцепная шестерня и входит в зацепление с шестерней на валу турбокомпрессора. Когда поршень становится на упор, открывается подвод масла к серводвигателю клапана 13 и он открывается. По сигналу конечного выключателя, срабатывающего в конце хода клапана, выдается импульс для перестановки кранов 11 и 10. Кран 11 открывается, кран 10 закрывается. Газ под давлением 1,5МПа поступает к лопаткам ротора ТД, приводя его во вращение. Когда частота вращения вала турбокомпрессора при пуске ГПА достигнет 2500 мин-1, ТД отключается, закрывается кран 11 и открывается кран 10. Газ из пускового коллектора сбрасывается через свечу в атмосферу. Снимается напряжение с электромагнитного вентиля ЭМВ-3, и подача масла к гидроприводу расцепного устройства перекрывается. Поршень под действием разжимающейся пружины отходит назад, выводя из зацепления расцепную шестерню ТД с шестерней на валу турбокомпрессора. При этом перекрывается подвод масла к серводвигателю клапана 13. Клапан под действием своей пружины закрывается.   19. Система защиты вала от недопустимых частот вращения. Автоматы безопасности (ГТК-10-4)   Автоматы безопасности предназначены для остановки турбоагрегата при увеличении частоты вращения роторов до предельно допустимого значения. Турбину низкого и высокого давления, а также турбодетандер защищают бойковые автоматы безопасности. Бойковый автомат турбодетандера предохраняет его от недопустимой частоты вращения, которая может возникнуть во время пуска, если автоматически не отключится расцепное устройство. Центробежный бойковый автомат безопасности ТВД (Рис.13) собран в гильзе, которая запрессована в вал турбины и застопорена винтом. Центр тяжести бойка смещен от оси вала в сторону головки, поэтому при вращении ротора возникает центробежная сила, которой противодействует пружина. Если частота вращения ротора ниже допустимого значения, центробежная сила уравновешена натяжением пружины и боек удерживается пружиной на упоре в упорную гайку. При максимально допустимой частоте вращения центробежная сила бойка и натяжение пружины сравниваются. Но если частота увеличится, то центробежная сила преодолевает натяжение пружины, боек стронется с места, ударит по рычагу пневматического выключателя и, повернув его, остановится на упоре в гильзе. Настраивается автомат регулировкой натяжения пружины при вращении нажимной гайки. Нажимная гайка после настройки автомата безопасности стопорится винтом. Пневматический выключатель собран в сварном корпусе и устанавливается в корпусе подшипника турбины. В верхней части между двумя крышками и корпусом зажаты болтами и гайками две мембраны с жесткими центрами. Жесткие центры мембран стянуты между собой стяжкой и гайками. Внутри корпуса установлен рычаг, который может поворачиваться на оси. Верхняя часть рычага находится между жесткими центрами мембран, нижняя – между толкателями, которые установлены в отверстиях корпуса. Левый толкатель соприкасается с рычагом, который может поворачиваться на валике. Правый толкатель соприкасается с рычагом, который может поворачиваться на оси. На концах обоих рычагов имеются зацепляющиеся зубья. В отверстие правого рычага вставлен пружинодержатель, на который навинчена пружина, упирающаяся в корпус подшипника. Рис. 13. Автомат безопасности ТВД: 1-штуцер; 2-клапан; 3-штифт; 4-рычаги; 5-толкатели; 6-пневматический выключатель; 7-мембраны; 8-боек; 9-гайка нажимная; 10-вал ТВД; 11-гайка упорная; 12-гильза; 13-пружина; 14-кнопка аварийной остановки; 15-кнопка взведения   В нижней части корпуса ввинчен штуцер, к которому подведен воздух предельной защиты. Верхняя часть штуцера выполнена в виде седла. При установке выключателя врабочее положение пружина через левый рычаг и опору прижимает клапан к седлу штуцера. Опора укреплена на рычаге гайкой. Когда клапан прижат к седлу, выход воздуха предельной защиты из пневматического выключателя закрыт. В рабочем положении между концом рычага, по которому бьет боек, и головкой бойка имеется зазор 1,2 - 1,75 мм. При этом зубья на обоих рычагах расцеплены. Между ними имеется перекрыша 2,5 мм, которая может быть установлена за счет толщины прокладки под штуцером. При ударе бойка по рычагу он, поворачиваясь на валике и сжимая пружину, поднимает опору. При этом под действием своей пружины правый рычаг поворачивается вокруг оси, и зубья зацепляются. Таким образом, опора оказывается в приподнятом положении и опуститься обратно не может. Клапан открывается, давление воздуха предельной защиты падает. Турбоагрегат останавливается. Для взведения и опробования выключателя имеются кнопки управления. Для взведения необходимо нажать на правую кнопку управления. Силовой воздух из сети поступит в правую полость. Верхняя часть рычагаусилием мембраны переместится влево. Рычаг повернется и нижней частью через правый толкатель отведет рычаг вправо. Зубья на рычагах расцепятся, и пружина повернет левый рычаг, клапан опустится. Выход воздуха предельной защиты из штуцера прекратится. При последующем освобождении кнопки управления правая полость выключателя соединяется с атмосферой. Воздействие толкателя на правый рычаг прекратится, и под усилием пружины правый рычаг прижмется клевому рычагу, но зубья на них будут расцеплены. Левая кнопка управления предназначена для осуществления аварийной остановки турбины и опробования действия выключателя. При нажатии на эту кнопку силовой воздух поступает в левую полость выключателя. Верхняя часть рычага усилием мембраны переместится вправо, а нижняя часть через левый толкатель повернет рычаг на срабатывание выключателя. Клапан откроется, а зубья на рычагах сцепятся. Давление в системе предельной защиты снизится, и турбоагрегат остановится. При освобождении кнопки левая полость выключателя сообщится с атмосферой, но выключатель останется в сработавшем положении. Автоматы безопасности турбодетандера и ТНД устроены и действуют аналогично автомату ТВД. Автомат турбодетандера через рычажную систему воздействует на пневматический выключатель автомата безопасности ТВД. Автоматы безопасности настраиваются на срабатывание при следующих частотах вращения роторов:   ТНД...........................................5350+80 мин-1 ТВД...........................................5300+80 мин-1 Турбодетандера........................9100+1400 мин-1.     2.11. Кнопка управления   Пневматическая кнопка управления (Рис.14) используется для дистанционного управления выключателями автоматов безопасности. Рис. 14. Пневматическая кнопка управления: 1-кнопка; 2-корпус; 3-толкатель; 4-крышка; 5-накидная гайка; 6-резиновые шайбы; 7-клапан; 8-пружина   Кнопка состоит из корпуса, в центральной расточке которого размещены кнопка с приклеенной резиновой шайбой, клапан (также с приклеенной резиновой шайбой), толкатель и пружина. На корпус со стороны, где размещается клапан, навинчена крышка, к которой подводится силовой воздух из системы регулирования. Противоположным концом корпус с помощью накидной гайки, застопоренной винтом, крепится к панели шкафа регулирования. Эта же гайка удерживает кнопку от выпадения. В нормальном положении клапан прижимается пружиной к внутренней расточке корпуса и подвод воздуха к выключателю перекрыт. В то же время линия от выключателя через зазор между толкателем в корпусе и сверление около кнопки соединена с атмосферой. При нажатии на кнопку толкателем отодвигается клапан от седла в корпусе, и силовой воздух поступает к выключателю. Протечка воздуха по зазору между толкателем и корпусом прекращается, как только кнопка упирается в корпус. Резиновая шайба закрывает зазор, и выход воздуха в атмосферу прекращается. При освобождении кнопки пружина перемещает клапан на закрытие. Поступление силового воздуха к выключателю перекрывается, а воздух из выключателя через зазор по толкателю выходит в атмосферу.