RU2105177C1 - Способ предотвращения коксования масла в опоре турбины газотурбинного двигателя, работающего в составе газоперекачивающего агрегата, либо энергоустановки для привода электрогенератора - Google Patents
Способ предотвращения коксования масла в опоре турбины газотурбинного двигателя, работающего в составе газоперекачивающего агрегата, либо энергоустановки для привода электрогенератора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2105177C1 RU2105177C1 RU94025938A RU94025938A RU2105177C1 RU 2105177 C1 RU2105177 C1 RU 2105177C1 RU 94025938 A RU94025938 A RU 94025938A RU 94025938 A RU94025938 A RU 94025938A RU 2105177 C1 RU2105177 C1 RU 2105177C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- oil
- engine
- air
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Способ может быть использован для предотвращения коксования масла на элементах опоры ГТД при аварийных внезапных выключениях двигателя. Подача холодного воздуха после аварийного выключения двигателя происходит в результате холодной прокрутки ротора. Воздух подают через трубы сброса воздуха, надувающего уплотнения масляной турбины, в предмаслянную поддувающую полость от внешнего энергоисточника. Воздух подают с температурой ниже 100oC в течение времени, определяемого математическим выражением, приведенным в формуле изобретения. По истечении указанного интервала времени температура элементов турбины, контактирующих в процессе работы с маслом, снижается до величины, исключающей коксование масла. Дальше продолжают нормальную эксплуатацию двигателя. 3 ил.
Description
Изобретение относится к охлаждаемым и неохлаждаемым газовым турбинам ГТД, используемым в качестве привода газоперекачивающего агрегата или энергоустановки и предназначено для предотвращения коксования масла на элементах опоры турбины ГТД при аварийных (внезапных) выключениях двигателя (АВД).
Как показал опыт эксплуатации ГТД НК-16СТ (созданного на базе двигателя НК-8-2У), наработавшего в составе газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16 около 10 млн.ч, у отдельных ГТД имеет место по несколько десятков АВД. Причем они зачастую происходят по причинам, не связанным с нарушениями работоспособности двигателя (например из-за отказов газового компрессора, загазованности двигательного отсека и др.). АВД производятся автоматически по программе, предусмотренной системой защиты ГПА или энергоустановки.
Указанные АВД являются причиной интенсивного коксования масла на стенках масляной полости опоры турбины, подшипниках, трубопроводах подачи и откачки масла, в каналах суфлирования. Коксование происходит из-за резко повышающейся после АВД температуры указанных элементов вследствие резко увеличивающейся теплопередачи от нагретых до значительно более высокой температуры лопаток, дисков, проставок, стоек опоры турбины и пр. в вышеперечисленные детали, имеющие в момент выключения двигателя сравнительно низкую температуру. Повышение уровня температуры деталей, контактирующих с маслом, после АВД может достигать Δt t=150-200oC и более относительно исходного рабочего уровня, имевшего место перед АВД.
Разработка двигателей и осмотр элементов опоры турбины показали, что образующийся кокс забивает каналы подвода масла к подшипнику, ухудшает чистоту поверхности их беговых дорожек, уменьшает пропускную способность системы суфлирования, что в ряде случаев приводит к необходимости досрочного снятия и проведения ремонта двигателя для восстановления деталей опоры турбины.
После аварийного (внезапного) выключения ГТД температура опоры турбины сразу же начинает повышаться. Например, для вновь создаваемого высокотемпературного двигателя НК-36СТ, работающего на более качественном масле ИПМ-10, чем двигатель НК-16СТ, - на масле ТП-22 (см. технический отчет нашего предприятия 001. 11010), эта температура через 30-70 мин достигает уровня 345oC, в то время как допустимой для данного масла является величина температуры деталей масляной полости не более 280oC.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что в случает АВД НК-36СТ высокий (более 280oC) уровень температуры сохраняется в течение 2 ч стоянки двигателя НК-36СТ после АВД. Поэтому неизбежно будет происходить отложение кокса в опоре турбины этого двигателя, если не принять специальных мер. Следует отметить, что отложение кокса в таких условиях будет происходить при использовании любого масла, т.к. даже для наиболее термостабильных товарных масел диапазон температур 300-400oC является зоной их термического разложения, сопровождающегося выделением масла из смолистых веществ и коксообразования.
Известен способ предотвращения коксования масла в опоре турбины ГТД, работающего в составе ГПА или энергоустановки (технический отчет нашего предприятия 001.9702) в случае аварийных выключений, когда масляная полость опоры турбины теплоизолируется от теплоотдающих деталей турбины (лопаток, дисков, проставок и др.), например, с помощью экранов из минеральной ваты, снижающих, как показали экспериментальные испытания, температуру стенок маслополости на 30oC для условий двигателя НК-16СТ.
Недостатком способа теплоизоляции маслополости является ее низкая эффективность ( ≈30oC для двигателя НК-16СТ) и вследствие этого, как показал эксперимент, сохраняющийся после аварийных (внезапных) выключений ГТД недопустимо высокой (выше, чем по техническим условиям) уровень температур стенок маслополости - в течение 1,5 ч вместо 1 ч без дополнительной теплоизоляции маслополости. Это объясняется увеличением тепловой инерционности опоры, вызванной дополнительной аккумуляцией тепла самими экранами из минеральной ваты, а также менее интенсивной теплопередачей от нагретой маслополости в режиме ее охлаждения.
Известен способ предотвращения коксования масла в опоре турбины ГТД, работающего в составе газоперекачивающего агрегата или энергоустановки (технический отчет нашего предприятия 001.10676 для двигателя-прототипа с тем же газогенератором, что и двигатель НК-36СТ), при котором на двигателе после АВД проводят "холодные" прокрутки его роторов от турбостартера (без розжига сгорания) для охлаждения опоры и других деталей турбины, передающих тепло в масляную полость. Охлаждение опоры и других деталей турбины (лопаток, дисков, проставок и др.) происходит в этом случае за счет принудительного протока атмосферного воздуха через газовый тракт и через воздушные полости турбины. Как показали экспериментальные испытания, выполнение холодных прокруток после аварийных (внезапных) выключений двигателя снижает уровень температуры деталей маслополости до температуры, указанной в технических условиях двигателя и исключающей коксование масла.
Однако, как показано экспериментальные испытания, проведение холодных прокруток после АВД в отдельных случаях может приводить к резким всплескам температур (до 870oC) с междиафрагменной полости опоры турбины (см. фиг. 1, а), в отличие от обычного изменения температуры деталей опоры турбины после АВД без технологических мероприятий по охлаждению деталей опоры (фиг. 1,б). Это связано с утечками масла из масляной полости опоры турбины на холодных прокрутках и его возгоранием в междиафрагменной полости. Утечки масла происходят вследствие неэффективной работы насосов откачки масла из опоры турбины на малых оборотах роторов в процессе холодных прокруток, а также из-за отсутствия достаточных перепадов давлений на уплотнениях опоры турбины на этих режимах.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы деталей опоры турбины ГТД, работающего в составе газоперекачивающего агрегата или энергоустановки для привода электрогенератора за счет снижения уровня экстремальных тепловых нагрузок на ее элементы.
Цель достигается тем, что после аварийных выключений ГТД, работающего в составе ГПА или энергоустановки, охлаждают детали масляной полости опоры турбины продувкой воздухом от внешнего (стендового) источника через трубы сброса воздуха, наддувающего полость перед уплотнениями (см. фиг. 2) в течение времени, по истечении которого температура элементов турбины, контактирующих в процессе работы с маслом, снижается до величины, исключающей его коксование, после чего продолжают нормальную эксплуатацию ГТД.
Отличительных признаков в других объектах техники не обнаружено.
Сущность способа заключается в обеспечении "щадящего" теплового состояния опоры турбины, исключающего возможность коксования масла на элементах турбины ГТД, контактирующих с маслом, после аварийных выключений двигателя, работающего в составе ГПА или энергоустановки, охлаждением деталей маслополости и ее стенок путем подачи охладителя через трубы сброса воздуха, наддувающего лабиринтные или радиально-торцевые контактные уплотнения, в наддувающую полость перед уплотнениями.
Достоинством предлагаемого способа является то, что для его реализации не требуется существенных затрат на изменение конструкции двигателя, необходима лишь прокладка в ГПА специальных трубопроводов от источника сжатого до P=1,4 кг/см2 воздуха, исполнительного и управляющего механизмов.
Результаты экспериментальных исследований по определению потребного времени принудительного охлаждения основных элементов опоры (стоек, диафрагм, корпусов подшипников, крышек уплотнений и др.) при продувке их воздухом, выполненные при экспериментальных доводочных стендовых испытаниях ГТД-НК-16СТ, НК-36СТ с точностью ±10%, обобщались эмпирической зависимостью
где tнач[oC] - начальная температура элементов опоры турбины, контактирующих с маслом в момент АВД;
ti[oC] - текущая температура элементов опоры турбины, контактирующих с маслом при продувке их воздухом от внешнего энергоисточника;
Gохл[кг/с] - расход охлаждающего воздуха, подаваемого в опору после АВД;
Gбаз=0,1 кг/с - расход охлаждающего воздуха в базовом эксперименте;
τ [сек] - необходимое время продувки от начала подачи охлаждающего воздуха;
tвозд[oC] температура охлаждающего воздуха от источника сжатого воздуха на входе в трубы сброса (по результатам экспериментальных стендовых исследований tвозд ≤ 100oC).
где tнач[oC] - начальная температура элементов опоры турбины, контактирующих с маслом в момент АВД;
ti[oC] - текущая температура элементов опоры турбины, контактирующих с маслом при продувке их воздухом от внешнего энергоисточника;
Gохл[кг/с] - расход охлаждающего воздуха, подаваемого в опору после АВД;
Gбаз=0,1 кг/с - расход охлаждающего воздуха в базовом эксперименте;
τ [сек] - необходимое время продувки от начала подачи охлаждающего воздуха;
tвозд[oC] температура охлаждающего воздуха от источника сжатого воздуха на входе в трубы сброса (по результатам экспериментальных стендовых исследований tвозд ≤ 100oC).
Формула (I) позволяет с достаточной для практики точностью выбирать расходы охлаждающего воздуха для принудительного охлаждения опоры после АВД и назначать необходимое время продувки. При этом следует учитывать, что в случае продувки масловоздушной полости в течение τ <55-60 мин с момента АВД, после ее прекращения происходит некоторое (на 30-50oC) увеливение температуры элементов опоры турбины.
На фиг. 3 изображен пример графика зависимости температуры элементов опоры турбины (ti), контактирующих с маслом, от времени продувки охлаждающим воздухом масловоздушной полости ( τ ) при подаче его от внешнего энергоисточника через воздушные магистрали (трубы сброса воздуха) для двигателя НК-36СТ.
Как видно из фиг. 3, при подаче охлаждающего воздуха через трубы сброса воздуха, наддувающего уплотнения масляной полости опоры турбины, в наддувающую полость перед уплотнениями после АВД значительно снижается температура элементов опоры турбины по сравнению со случает без его подачи, например при Gохл.= 0,082 кг/с от Δt=2-3oC при τ =6 до Δt =288o при τ =65-68' для корпуса подшипников опоры турбины двигателя НК-36СТ. В случае отсутствия подачи охлаждающего воздуха (кривая I - tкорп.оп.=f( τ ) температура корпуса подшипников опоры турбины повышается через 30 мин после АВД до tкорп. подш.=345oC при допустимой температуре деталей масляной полости не более 280oC, определяемой термоокислительной стабильностью синтетического масла ИПМ-10.
Claims (1)
- Способ предотвращения коксования масла в опоре турбины газотурбинного двигателя, работающего в составе газоперекачивающего агрегата либо энергоустановки для привода электрогенератора, заключающийся в том, что после аварийных выключений двигателя с основного эксплуатационного режима осуществляют холодную прокрутку ротора и подачу воздуха, проходящего через газовый тракт и воздушные полости турбины для охлаждения опоры и других деталей турбины двигателя, отдающих тепло в масляную полость турбины, отличающийся тем, что подачу воздуха осуществляют через трубы сброса воздуха, наддувающего уплотнения масляной полости турбины, в предмасляную наддувающую полость от внешнего энергоисточника с температурой tв о з д ≤ 100oС в течение такого интервала времени
по истечении которого температура элементов турбины, контактирующих в процессе работы с маслом, снижается до величины, исключающей коксование масла, после чего продолжают нормальную эксплуатацию двигателя,
где tн а ч начальная температура элементов опоры турбины, контактирующих с маслом в момент аварийного выключения двигателя;
ti текущая температура этих элементов при продувке их воздухом от внешнего энергоисточника;
Gо х л расход охлаждающего воздуха, подаваемого в опору после аварийного выключения двигателя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025938A RU2105177C1 (ru) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Способ предотвращения коксования масла в опоре турбины газотурбинного двигателя, работающего в составе газоперекачивающего агрегата, либо энергоустановки для привода электрогенератора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025938A RU2105177C1 (ru) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Способ предотвращения коксования масла в опоре турбины газотурбинного двигателя, работающего в составе газоперекачивающего агрегата, либо энергоустановки для привода электрогенератора |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94025938A RU94025938A (ru) | 1996-05-27 |
RU2105177C1 true RU2105177C1 (ru) | 1998-02-20 |
Family
ID=20158375
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94025938A RU2105177C1 (ru) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | Способ предотвращения коксования масла в опоре турбины газотурбинного двигателя, работающего в составе газоперекачивающего агрегата, либо энергоустановки для привода электрогенератора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2105177C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622356C2 (ru) * | 2012-03-08 | 2017-06-14 | Нуово Пиньоне СРЛ | Устройство и способ разблокировки газовой турбины после ее остановки |
RU2660739C2 (ru) * | 2013-09-13 | 2018-07-09 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Способ контроля степени коксования на уровне прокладок при помощи вала газогенератора |
RU2660989C2 (ru) * | 2013-09-13 | 2018-07-11 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Контроль степени коксования на динамических уплотнениях посредством стартера |
-
1994
- 1994-07-12 RU RU94025938A patent/RU2105177C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Технический ответ ОАО СНТК им.Кузнецова N 001.11010. - Самара, 1990. Результаты термометрирования деталей опоры турбины газогенератора в процессе аварийных остановов и последующей стоянки на изделия РГ-1: Техническая справка ОАО СНТК им.Н.Д.Кузнецова. Сб. 2. - Самара, 1991, с. 2 - 8. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622356C2 (ru) * | 2012-03-08 | 2017-06-14 | Нуово Пиньоне СРЛ | Устройство и способ разблокировки газовой турбины после ее остановки |
US9845730B2 (en) | 2012-03-08 | 2017-12-19 | Nuovo Pignone Srl | Device and method for gas turbine unlocking |
RU2660739C2 (ru) * | 2013-09-13 | 2018-07-09 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Способ контроля степени коксования на уровне прокладок при помощи вала газогенератора |
RU2660989C2 (ru) * | 2013-09-13 | 2018-07-11 | Сафран Хеликоптер Энджинз | Контроль степени коксования на динамических уплотнениях посредством стартера |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94025938A (ru) | 1996-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6851266B2 (en) | Method for maintaining a combined-cycle power station at readiness | |
US7793505B2 (en) | Gas turbine engine oil system operation | |
US4107927A (en) | Ebullient cooled turbocharger bearing housing | |
CN109642497A (zh) | 改进工业燃气涡轮发动机的方法及包含改进的工业燃气涡轮发动机的动力装置 | |
US20120107104A1 (en) | Compression system for turbomachine heat exchanger | |
EP3409903B1 (en) | Gas turbine system with an intercooler providing cooled fluid as bearing pressurization fluid | |
US20100068035A1 (en) | Apparatus and method for cooling a turbine | |
EP1778959B1 (en) | Cooling arrangement for an accessory gearbox and method of cooling | |
KR930019989A (ko) | 가스 터어빈 그룹을 작동하는 방법 | |
US8272201B2 (en) | Means for cooling a bearing assembly | |
EP3153682A1 (en) | Turbine engine assembly and method of operating thereof | |
US8267639B2 (en) | Systems and methods for providing compressor extraction cooling | |
RU2105177C1 (ru) | Способ предотвращения коксования масла в опоре турбины газотурбинного двигателя, работающего в составе газоперекачивающего агрегата, либо энергоустановки для привода электрогенератора | |
USRE30333E (en) | Ebullient cooled turbocharger bearing housing | |
US6199363B1 (en) | Method for operating a gas turbogenerator set | |
RU2013615C1 (ru) | Газотурбодетандерная установка для работы на природном газе | |
US7263834B2 (en) | Method for cooling a gas turbine system and a gas turbine system for performing this method | |
GB1247000A (en) | Lubrication system for high temperature engine | |
RU2709587C1 (ru) | Способ работы парогазовой установки, работающей с использованием парового охлаждения | |
RU2031225C1 (ru) | Способ преобразования тепловой энергии в механическую в газотурбинном двигателе и газотурбинный двигатель | |
RU2075014C1 (ru) | Способ охлаждения замкнутого объекта и установка для охлаждения замкнутого объекта | |
US10794231B2 (en) | Reversible system for dissipating thermal power generated in a gas-turbine engine | |
RU2021137817A (ru) | Ветрогазотурбинный двигатель | |
Emmanuel | The Working Principle of a Turbine “Case Study: GE Frame 9E Gas Turbine” | |
WO2024086484A1 (en) | Vapor separation systems and methods |