Система маслоснабжения

Масляная система обеспечивает работу систем: смазки подшип­ников ГТУ и нагнетателя, гидравлического регулирования и защи­ты, уплотнения нагнетателя, а также осуществляет отвод тепла от некоторых горячих частей ГТУ. Газотурбинные газоперекачиваю­щие агрегаты со стационарными ГТУ имеют, как правило, общую масляную систему для ГТУ и нагнетателя, использующую один тип масла; ГГПА с транспортными ГТД - две масляные системы, а иногда даже три: для ГТД, силовой турбины и нагнетателя.

В зависимости от назначения давление масла имеет следующие значения: для смазки опорных подшипников - 0,05-0,1 МПа (по манометру); для упорных подшипников - 0,5-0,7 МПа; для уплот­нений нагнетателя - 1,2-7 МПа (в зависимости от схемы); для систем регулирования и защиты - 0,5-1,5 МПа. Это влияет на сложность схемы маслоснабжения и число насосов.

Применяемые, схемы отличаются большим разнообразием, но во главу угла всегда ставится надежность маслоснабжения. Кроме этого, устройство масляной системы значительно влияет на пожаробезопасность агрегата. В общем случае масляная система ГГПА (рис. 5.1) состоит из масляного бака или рамы - маслобака, насо­сов, инжекторов, фильтров, охладителей масла, подогревателя мас­ла (перед запуском), органов гидравлического регулирования и защиты, маслопроводов, различной арматуры (запорной, предо­хранительной, регулирующей).

Представленная схема - один из возможных вариантов и содержит большое число упрощении.

При работе агрегата маслоснабжение ГПА осуществляется от главного масляного насоса, приводимого от одного из его валов. При пусках и остановах масло подается пусковым насосом, при­водимым электродвигателем переменного тока; при аварийных ос­тановах без электроснабжения переменным током - резервным (аварийным) насосом, приводимым электродвигателем постоянно­го тока. Запирание уплотнения нагнетателя осуществляется преи­мущественно с помощью специальных насосов в. д.

Рис. 5.1. Схема маслоснабжения ГГПА:

1 - резервный масляный насос; 2 - масляный бак; 3 - фильтр; 4 - пусковой насос; 5 - инжектор; 6 - главный масляный насос; 7 - насос охладителей масла; 8 - обратный кла­пан; 9 - система регулирования; 10 - охладитель масла; 11 - ГГПА

В ГТУ обычно применяют главный масляный насос (ГМН) центробежного типа с подпором давления на всасе, создаваемым специальным инжектором. Если используют насос объемного ти­па, то инжектор не нужен. Преимущество объемных насосов - яодача масла почти до полного останова ротора, который их при­водит. Давление масла после насоса определяется величиной, не­обходимой для системы автоматического регулирования. Преиму­щество привода ГМН в двухвальной ГТУ от компрессорного ва­ла - более узкий диапазон изменения частоты вращения ТВД, чем ТНД, следовательно меньше и изменение давления за насо­сом, что благоприятно для работы систем регулирования и смазки. Однако при осевом патрубке компрессора компоновка ГМН в кор­пусе переднего подшипника сопряжена с конструктивными труд­ностями. В ГПА ТМЗ и некоторых других заводов ГМН приво­дится от силового вала, что позволяет свободно скомпоновать его в корпусе заднего подшипника или на валу нагнетателя и исполь­зовать в качестве датчика регулятора частоты вращения сило­вого вала. Границы изменения давления масла при этом больше, чем в предыдущем случае. При надежном электроснабжении, на­пример от генератора собственных нужд, возможно размещение ГМН на масляном баке с приводом не от вала ГТУ, а от электро­двигателя. Возможен также привод ГМН от небольшой расшири­тельной турбины, работающей на воздухе после компрессора, как это осуществлено в агрегате ГТН-25 НЗЛ. Для поддержания во время работы постоянного давления в системе регулирования ча­ще всего используют регулятор давления «после себя». Главный масляный насос с приводом от вала ГТУ начинает работать в за­ключительной фазе запуска агрегата после выхода на такие обо­роты, когда давлением его масла перестанавливается обратный кла­пан и пусковой насос автоматически останавливается.

Пусковой насос должен быть погружен в бак или находиться под заливом, т. е. ниже уровня масла в баке, чтобы в любой момент могла проводиться подача им масла. Напор, развиваемый пусковым насосом, должен быть достаточным для функционирования системы автоматического регулирования и других систем. Пусковой насос работает при останове ГПА и на режиме расхолаживания до пол­ного остывания горячих частей ГТУ. В зависимости от расхода масла пусковой насос может быть центробежным (чаще), винто­вым или шестеренчатым. Такой насос устанавливают на крышке масляного бака. Приводится он от электродвигателя переменного тока напряжением 380 В. При неблагоприятных условиях, вызы­ваемых высокой кратностью циркуляции масла в системе маслоснабжения и другими причинами, воздушные пузырьки не успевают полностью выделиться и работа центробежного насоса может стать неустойчивой. Для борьбы с этим необходимо усиливать подпитку под давлением всасывающего патрубка насоса.

Резервный (аварийный) насос обеспечивает смазку подшипни­ков при останове без электроснабжения переменным током. Пита­ется он от цеховой аккумуляторной батареи. Такой насос выполня­ют шестеренчатым, иногда двухступенчатым, если для ГПА необ­ходимо два значения давления масла.

Если при охлаждении масла в воздушных охладителях, уста­навливаемых на определенном удалении, не хватает напора инжек­тора, ставят дополнительный центробежный насос, обеспечивающий питание системы смазки. Возможны и другие решения.

Для масляных уплотнений нагнетателя при высоком давлении газа в уплотнениях используют специальные винтовые электрона­сосы с приводом от электродвигателей переменного тока. Их до­стоинства - большие давления масла, достаточная простота и на­дежность конструкции. Однако необходимо обеспечивать чистоту перекачиваемого масла, так как посторонние включения вызывают повышенный износ трущихся поверхностей.

Резервным (аварийным) источником масла для запирания уп­лотнений нагнетателя является аккумулятор масла, находящийся под давлением газа в уплотнениях и располагающийся выше их. Он создает кратковременную плотность при останове без электро­энергии. Его вместимость обеспечивает не менее 5 мин работы до 50 %-ного опорожнения.

Масляные баки конструктивно достаточно сложны как при объ­единении с опорной рамой в единый блок, так и при выносе их из-под агрегата вперед или вбок. В них монтируют большую часть оборудования масляной системы, напорные и сливные трубопро­воды, масляные фильтры, встраивают охладители масла или про­межуточного теплоносителя, подогреватели масла перед пуском, инжекторы, переключающую арматуру, пеногасители, дегазаторы и др. Масляный бак должен быть герметичным, но в то же время давать доступ к техническому обслуживанию находящихся в нем узлов и тщательной очистке всех полостей при ремонтах, для чего его снабжают необходимым числом люков и крышек. При объеди­нении с опорной рамой бак должен быть достаточно жестким, осо­бенно под нагнетателем и опорами ГТУ. В нем монтируют часть системы пожаротушения, автоматически подающую углекислый газ при загорании. Верхний уровень масла в баке у стационарных ГТУ должен быть ниже картеров подшипников, так как слив масла из картеров происходит самотеком. В транспортных ГТД часто используют специальные откачивающие насосы. Путь масла от сливного отверстия до всасывания в насос должен быть максималь­ным, чтобы успели выделиться пузырьки воздуха. При этом в ба­ке не должно быть застойных зон, что позволяет иметь минималь­ный его объем. Для ускорения деаэрации масла и для исключения выхода масляных паров из картеров подшипников в баке должно поддерживаться небольшое разрежение, увеличивающее испаряе­мость масла.

Масло, сливающееся из уплотнений нагнетателя и находившееся в контакте с газом, проходит специальный дегазатор и подлежит тщательной очистке. Вспенивание масла ухудшает работу как си­стемы смазки, так и системы автоматического регулирования. Масляный бак разделен на отсеки: грязный горячий, куда сливается масло из подшипников; чистый горячий; чистый холодный. Между первыми двумя отсеками располагают двойные сеточные фильтры. При от­сутствии встроенных охладителей масла холодный отсек необяза­телен. Необходимы фильтры тонкой очистки, которые особенно важны в начальный период эксплуатации и после ремонтов. Дол­жен быть предусмотрен слив масла из бака в аварийную цеховую емкость самотеком.

В эксплуатации масло теряет свои свойства, подвергается ста­рению вследствие контакта с воздухом, металлом, природным га­зом и от сильного нагрева той его части, которая омывает горячие шейки роторов и полости картеров подшипников с повышенной температурой. Для борьбы со старением масла используют раз­личные присадки и проводят регенерацию. В связи с дороговизной и дефицитностью масла необходимо обеспечить максимальный срок его службы. Вмести­мость масляной системы связана с типом охладителей масла и при­нятой кратностью циркуляции. Удаленные от ГПА воздушные ох­ладители масла увеличивают необходимую вместимость бака.

Большое распространение получили воздушные охладители мас­ла (ВОМ). Они представляют собой обычно горизонтальные секции из оребренных труб, снабженные электроприводными вентилятора­ми осевого типа. Охлаждающий эффект регулируют за счет исполь­зования различного числа охлаждающих секций, закрытия и откры­тия жалюзи, переключения электродвигателей на разную частоту вращения. Применяют также вентиляторы с поворотными рабочи­ми лопатками. Для плавного регулирования используют перепуск части масла помимо ВОМ. Для разогрева масла в холодное время года ВОМ снабжают электроподогревателями. Применяют такую компоновку ВОМ, когда при исчезновении электроэнергии можно осуществлять просос через охладители воздуха, поступающего в цикловой компрессор. Это повышает автономность работы ГГПА. Для постоянной работы схема с размещением охладителей во вса­сывающем тракте не очень удобна, так как ощутимо снижается располагаемая мощность ГТУ, усложняется регулирование тем­пературы масла, возможно замасливание поступающего в ком­прессор воздуха и сильное загрязнение проточной части.

Некоторые ГПА имеют водяные охладители масла, встроенные в масляный бак или отдельно стоящие. В этом случае сопротив­ление системы по маслу ниже, чем в случае применения ВОМ, так как масляный насос охладителей можно заменить инжектором, но появляется водяной насос. Вода в этом случае играет роль проме­жуточного теплоносителя, так как в конечном счете тепло отдает­ся воздуху. Во избежание обводнения масла при появлении не­плотностей в системе давление масла должно быть больше давле­ния воды, но это грозит замасливанием системы промышленного теплоносителя. В зимнее время для упрощения эксплуатации пред­почтителен антифриз например, смесь воды с диэтиленгликолем.

Масляные системы ГГПА с транспортными ГТД более слож­ны из-за использования как минимум двух видов масел, наличия откачивающих насосов, воздухоотделяющей центрифуги, специаль­ной системы суфлирования, но требуют масляных баков мень­шей вместимости и меньшее число маслоохладителей.