Справочник инженера-механика судовых газотурбинных установок

Содержатся краткие сведения о типах и конструктивных особенностях судовых ГТУ по теоретическим основам и практическим вопросам их эксплуатации.
Теоретическая часть включает описание протекающих в ГТУ физических процессов качественных изменения теплотехнических и прочностных параметров в зависимости от различных эксплуатационных факторов. Практические вопросы эксплуатации охватывают приготовление ГТУ к действию, пуск ГТД, обслуживание ГТУ во время работы и вывод ее из действия, использование топлива и масла, методы и средства технической диагностики ГТУ и др.
Предназначен для специалистов по проектированию и эксплуатации газотурбинных установок и может быть полезен студентам высших учебных заведений.

Оглавление
Предисловие
Условные обозначения
Индексы
Сокращения
1. Конструктивные особенности ГТУ и ее элементов
1.1. Состав ГТУ
1.1.1. ГТУ в составе судовой энергетической установки
1.1.2. Газотурбинный двигатель
1.1.3. Передача
1.1.4. Общая компоновка ГТУ
1.1.4.1. Судовые ГТУ промышленного типа
1.1.4.2. Судовые ГТУ легкого типа
1.2. Редукторы
1.3. Средства реверса
1.3.1. Газовый реверс
1.3.2. Реверсивные передачи
1.3.3. Винт регулируемого шага
1.4. Средства и посты управления
2. Характеристики осевых компрессоров
2.1. Обтекание рабочей решетки и потери в ступени компрессора
2.1.1. Треугольники скоростей на рабочей ступени компрессора
2.1.2. Влияние потерь в ступени осевого компрессора на ее работу
2.2. Понятие о характеристиках осевого компрессора
2.2.1. Нормальные характеристики
2.2.2. Анализ нормальных характеристик
2.2.3. Универсальные характеристики
3. Эксплуатационные зависимости в турбинах ГТД
3.1. Независимые параметры, определяющие режим работы турбины
3.2. Общие сведения о характеристиках турбин
3.3. Зависимость расхода газа от режима работы турбины
3.4. Зависимости эффективной мощности турбины от различных факторов
3.4.1. Частота вращения
3.4.2. Начальные параметры газа
3.5. Зависимость крутящего момента турбины от частоты вращения
3.6. Зависимость КПД турбины от режима работы
3.7. Характер перераспределения теплоперепадов по ступеням многоступенчатой турбины при отклонении от расчетных режимов работы
4. Неустойчивые режимы работы осевых компрессоров
4.1. Характеристики сети
4.2. Рабочая точка на характеристике осевого компрессора
4.3. Коэффициент запаса устойчивости компрессора по помпажу
4.4. Помпаж компрессора
4.4.1. Физическая природа помпажа
4.4.2. Определение помпажа
4.4.3. Помпаж и петля гистерезиса на характеристике компрессора
4.4.4. Внешние признаки помпажа
4.5. Вращающийся срыв
4.6. Помпаж в многоступенчатом осевом компрессоре
4.7. Меры предотвращения помпажа осевого компрессора
4.7.1. Способы
4.7.2. Средства
4.7.2.1. Выпуск части воздуха в атмосферу за компрессором
4.7.2.2. Промежуточный выпуск воздуха в атмосферу
4.7.2.3. Разворот лопаток ВИЛ компрессора с изменяемыми углами установки
4.7.2.4. Разворот поворотных лопаток спрямляющих аппаратов компрессора
4 7.2.5. Двухроторная схема компрессора
4.8. О влиянии условий эксплуатации на устойчивую работу компрессор
4.8.1. Коэффициент запаса устойчивости в эксплуатации
4.8.2. Условия на входе в компрессор и помпаж
5. Работа турбокомпрессорных блоков ГТД
5.1. Установившийся режим работы ТКБ
5.2. Перемещение рабочей точки на характеристике компрессора при разгоне ГТД
5.3. Факторы, влияющие на разгон ГТД
5.4. Приемистость ГТД
5.5. Условия работы КНД и КВД при разгоне и торможении ГТД
5.6. Скольжение частот вращения блоков ГТД
5.6.1. Понятие о скольжении частот вращения
5.6.2. Зависимость скольжения частот вращения блоков от параметров режима работы ГТУ
5.7. Об изменении скольжения частот вращения блоков ГТД
6. О влиянии изменения температуры и давления атмосферного воздуха на эксплуатационные свойства ГТУ
6.1. Диапазоны изменения температуры и давления
6.2. Физическая природа явления
6.3. Подобные режимы работы турбомашин
6.3.1. Общие положения
6.3.2. Соотношения параметров на подобных режимах работы турбомашин
6.3.3. Пересчет параметров ГТУ
6.3.3.1. Приведение параметров ГТУ к расчетным параметрам воздуха на входе
6.3.3.2. Пересчет расчетных параметров ГТУ на данные значения То и ро
6.3.4. Построение поля характеристик ГТД
6.4. Характер изменения эксплуатационных параметров ГТУ при различных программах управления установкой
6.4.1. При условии Лк=const
6.4.2. При условии Ne= const
6.4.3. При условии NKBД = const
7. Загрязнение проточной части ГТД
7.1. Механизм загрязнения
7.1.1. Источники загрязнения проточной части ГТД открытого цикла
7.1.2. Об улавливающей способности проточных частей и фильтров ГТД
7.1.3. Отложения на лопатках компрессора
7.1.4. Отложения на лопатках турбин
7.2. О влиянии загрязнения на параметры ГТУ
7.2.1. КПД элементов ГТУ
7.2.2. Закономерности изменения параметров компрессора при загрязнении
7.2.3. Закономерности изменения параметров двухкомпрессорных ГТД простого цикла при загрязнении проточной части
7.2.3.1. Загрязнение КНД
7.2.3.2. Загрязнение ТВД
7.2.3.3. Загрязнение КВД
7.2.3.4. Загрязнение ТНД и ТВ
7.2.4. Выводы
7.3. Фильтры на приеме воздуха
7.3.1. Типы фильтров
7.3.2. Характеристики фильтров
7.3.3. Изменение характеристик фильтров в эксплуатации и их очистка
7.4. Очистка проточной части ГТД
7.4.1. Способы очистки
7.4.2. Средства очистки (промывки)
7.5. Меры предупреждения обледенения входного устройства ГТД
7.5.1. Причины обледенения
7.5.2. Последствия обледенения
7.5.3. Средства и системы обогрева входного устройства
8. Работа гтд на режимах частичной нагрузки
8.1. Общие принципы осуществления режима частичной нагрузки
8.2. Режимы частичной нагрузки однокомпрессорного ГТД
8.2.1. Блокированный ГТД с постоянной частотой вращения ротора
8.2.2. Блокированный ГТД, работающий на ВФШ
8.2.3. Блокированный ГТД, работающий на ВРШ
8.2.4. Сравнение между собой блокированных однокомпрессорных ГТУ
8.3. Двухвальные однокомпрессорные ГТУ
8.4. Режим частичной нагрузки двухкомпрессорного ГТД
8.4.1. Двухкомпрессорный ГТД с «хвостовой» турбиной винта
8.4.2. Двухкомпрессорный ГТД с блокированной силовой турбиной
8.5. Общие закономерности изменения экономичности ГТД с уменьшением нагрузки
9. Ограничения в работе ГТУ и ее автоматическая защита
9.1. Область ограничений и защит
9.1.1. Параметры, подлежащие ограничению
9.1.2. Ограничения по частоте вращения
9.1.3. Ограничения по температуре газа
9.1.4. Ограничения по эффективной мощности и крутящему моменту
9.1.5. Ограничения с целью предотвращения неустойчивых режимов работы
9.1.6. Другие ограничения
9.2. Системы автоматической аварийной защиты и требования к ним
9.3. Конструкции защитных устройств ГТУ
9.3.1. Защита по частоте вращения роторов и валов
9.3.2. Защита по давлению масла в системах смазки ГТД и редуктора
9.3.3. Защита по температуре газа
9.3.3.1. Требования к защите по температуре газа
9.3.3.2. Местоположения термопар
9.3.3.3. Блоки термопар
9.3.3.4. Система термоограничения и термозащиты
9.3.4. Датчики антипомпажных устройств
10. Контроль параметров ГТУ
10.1. Точность измерения параметров ГТД
10.2. Замеры температуры
10.3. Замеры давления
10.4. Замеры перепада давлений
10.5. Замеры частоты вращения
10.6. Замеры крутящего момента
10.7. Замеры расхода
10.8. Система централизованного контроля
11. Приготовление ГТУ к действию
11.1. Задачи приготовления
11.2. Проверка состояния ходовой части ГТУ
11.2.1. Проворачивание блоков ГТД вручную
11.2.2. Электропрокрутка блоков вращения ГТД
11.2.3. Холодная прокрутка ГТД
11.2.4. Выбег блоков вращения ГТД
11.3. Случаи, при которых пуск ГТД невозможен
11.4. Особенности пуска ГТД
11.4.1. Условия пуска ГТД
11.4.2. Необходимость в стартере для разгона ГТД при его пуске
11.4.3. О размещении стартера на ГТД
11.4.4. Работа турбины при разгоне ГТД
11.4.4.1. Работа ТВД при холодной прокрутке ГТД
11.4.4.2. Работа ТВД при пуске ГТД
11.4.4.3. Работа ТКНД при пуске ГТД
12. Пуск ГТД
12.1. Частота вращения на режиме холостого хода ГТД
12.2. Общая характеристика систем управления пуском
12.3. Этапы и последовательность пуска
12.3.1. Этапы пуска ГТД
12.3.2. Последовательность пуска
12.4. Контроль процесса пуска
12.4.1. Задачи контроля в процессе пуска
12.4.2. Давление масла
12.4.3. Давление пускового и основного топлива
12.4.4. Температура газа
12.4.5. Частота вращения блоков ГТД
12.4.6. Параметры работы стартеров ГТД
12.5. Работа ГТД при нулевой или минимальных нагрузках
12.5.1. Особенности работы ГТД с открытым АУ
12.5.2. Закрытие антипомпажного устройства
12.5.3. Частота вращения, при которой происходит закрытие АУ
12.5.4. Прогревание ГТД
13. Работа ГТУ на эксплуатационных режимах
13.1. Принципы управления установкой на ходовых режимах
13.2. Системы управления пропульсивным комплексом судна
13.2.1. Функции систем управления
13.2.2. Комплексная автоматизация ГТУ
13.2.3. Система контроля за состоянием ГТУ
13.3. Параметры, определяющие состояние установки и ее отдельных элементов
13.4. Выбор частоты вращения в зависимости от температуры атмосферного воздуха
13.5. Определение эффективной мощности ГТД
13.6. Авторотация
13.7. О взаимодействии двигателей, движителей и корпуса судна
13.7.1. Винтовые характеристики
13.7.2. О взаимодействии двигателя (ГТД) н движителя (гребного винта)
13.8. Парциальная работа
13.9. Газовый (турбинный) реверс. Работа турбин на задний ход
13.10. Эксплуатация зубчатых передач
13.10.1. Условия нагружения
13.10.2. Обслуживание действующей зубчатой передачи
13.10.3. Источники шума и вибрации ЗП
13.11. Характерные отказы ГТУ в эксплуатации
13.11.1. Общие причины отказов ГТУ
13.11.2. Примеры вероятных причин отказов ГТУ
13.11.2.1. Засоление масла в циркуляционной масляной цистерне
13.11.2.2. Невоспламенение топливовоздушной смеси при пуске ГТД
13.11.2.3. Причины повышения давления топлива перед рабочими форсунками при работе ГТУ
13.11.2.4. Посторонний шум или вибрация ГТД при работе ГТУ
13.11.2.5. Превышение температуры масла на выходе из двигателя или отдельных его опор
13.11.3. Методика отыскания причин отказов
14. Остановка ГТД и вывод ГТУ из действия
14.1. Виды остановок ГТУ
14.2. Охлаждение ГТД перед его остановкой
14.3. Остановка ГТД
14.3.1. Подготовка и вывод ГТД на режим холостого хода
14.3.2. Остановка ГТД с режима холостого хода
14.3.3. Окончательная остановка блоков вращения ГТД
14.4. Вывод ГТУ из действия
14.4.1. Цели вывода ГТУ из действия
14.4.2. Отвод теплоты от горячих деталей и узлов остановленного ГТД
14.4.3. Приведение ГТУ в исходное состояние
14.4.4. Периодичность очистки (промывки) проточной части ГТД
15. Работа ГТД в составе комбинированной установки
15.1. Преимущества комбинированной установки
15.2. Классификация
15.3. Дизель-газотурбинные комбинированные установки
15.3.1. Понятие об ограничительных характеристиках ДВС
15.3.2. Особенности совместной работы ДВС и ГТУ
15.3.2.1. Об изменении мощности ДВС при работе в КУ
15.3.2.2. Работа ДВС и ГТУ на общий гребной винт
15.3.2.3. Работа ДВС и ГТУ на различные гребные винты
15.3.2.4. Экономичность КУ на дизельном и совместном режимах работы
15.3.3. Меры по исключению перегрузки ДВС при совместной работе с ГТУ
15.3.3.1. Дополнительная механическая передача
15.3.3.2. Работа ДВС на ВРШ
15.4. Газотурбинные комбинированные установки
15.4.1. Преимущества газо-газотурбинных КУ перед всережимными ГТУ 220
15.4.2. Возможные схемы Г ГТУ
15.4.3. Особенности совместной работы МГТУ и УГТУ
15.4.4. Об изменении мощности маршевой установки при совместной работе МГТУ и УГТУ
15.4.4.1. ГГТУ, включающая в свой состав МГТУ, УГТУ и односкоростную зубчатую передачу
15.4.4.2. Г ГТУ, включающая в свой состав МГТУ, две УГТУ и односкоростную зубчатую передачу
15.4.4.3. Г ГТУ, включающая в свой состав МГТУ, УГТУ и двухскоростную зубчатую передачу
16. Обслуживание бездействующей установки
16.1 Система технического обслуживания ГТУ
16.2. Консервация судовой ГТУ
16.2.1. Цели консервации
16.2.2. Методы консервации ГТУ
16.2.3. Системы консервации
16.2.4. Ложный пуск ГТД
16.2.5. Консервация топливной аппаратуры ГТД маслом
16.3. Отдельные виды осмотров
16.3.1. Контроль технического состояния зубчатых зацеплений
16.3.2. Контроль центровки в системе ГТД-редуктор-валопровод
16.3.2.1. Параметры центровки
16.3.2.2. Конструктивные связи между ГТД, редуктором и валопроводом
16.3.2.3. Замер параметров центровки
16.3.2.4. Обработка результатов замеров
16.4. Обслуживание тросиковых систем управления ГТУ
16.5. Уход за электрооборудованием
16.6. Замена агрегатов и приборов ГТУ в эксплуатации
16.7. Агрегатная замена ГТД
17. Топлива и топливные системы
17.1. О влиянии свойств топлива на работу ГТД
17.1.1. Требования к качеству топлива для ГТД
17.1.2. Сорта топлив, применяемых в ГТД
17.1.3. Физико-химические свойства топлив для ГТД
17.2. Меры предотвращения коррозии и образования отложений продуктов сгорания
17.2.1. Коррозионная активность продуктов сгорания
17.2.1.2. Образование агрессивных соединений при сгорании жидких топлив
17.2.2. Коррозия деталей ГТД в среде продуктов сгорания жидких топлив
17.2.3. Меры предотвращения коррозионного воздействия ванадия и натрия топлива на детали ГТД
17.3. Топливные системы
17.3.1. Принципиальные схемы
17.3.2. Фильтрация
17.3.3. Сепарация
17.3.4. Промывка
17.3.5. Ввод присадок
17.3.6. Гомогенизация
18. Масла и масляные системы
18.1. Требования к качеству масла
18.2. О качестве турбинных масел
18.2.1. Сорта
18.2.2. Показатели качества
18.2.3. Расход и срок службы масла
18.3. Масляные системы ГТУ
18.3.1. Схемы систем
18.3.2. Параметры и режимы работы масляных систем ГТУ
18.3.3. Сепарация турбинных масел
18.3.4. О приеме масла на судне
19. Контроль качества топлив и масел
19.1. Показатели качества топлив и масел и методы их определения
19.2. Отбор проб
19.3. Плотность топлив и масел
19.4. Содержание воды в топливах и маслах
19.4.1. Анализ в судовых условиях
19.4.2. Качественный анализ содержания воды
19.5. Вязкость топлив и масел
19.5.1. Условная вязкость
19.5.2. Кинематическая вязкость
19.5.2.1. Определение вязкости капиллярным стеклянным вискозиметром ВПЖ-2 (ГОСТ 33-82)
19.5.2.2. Определение вязкости шариковым вискозиметром
19.6. Определение содержания в масле механических примесей
19.7. Определение кислотного числа
19.8. Анализ содержания водорастворимых кислот и щелочей в топливах и маслах
19.9. Определение содержания топлива в масле
19.10. Контроль совместимости топлив
19.11. Оценка фильтруемости топлив с присадкой
19.12. Анализ содержания ванадия и натрия в топливе химическими методами
19.13. Анализ содержания ванадия и натрия в топливах на атомно-абсорбционных спектрофотометрах (ААСФ)
19.13.1. Принцип работы ААСФ
19.13.2. Порядок определения V и Na
20. Нагрузка и напряженность элементов ГТУ в эксплуатации
20.1. Природа сил, воздействующих на основные узлы и детали ГТУ
20.2. Система разгрузки осевых усилий в турбокомпрессорном блоке ГТД
20.3. Процессы в камере сгорания
20.3.1. Рабочий процесс
20.3.2. Напряженность элементов камер сгорания
20.4. Нагрузка и напряженность основных узлов и деталей ГТУ
20.4.1. Диски турбин
20.4.2. Рабочие лопатки турбин и компрессоров
20.4.3. Подшипники качения
20.5. Топливная аппаратура
21. Техническая диагностика судовых ГТД
21.1. Принципы диагностирования
21.1.1. Основные определения
21.1.2. Принципы построения систем технического диагностирования ГТД
21.1.3. Таблицы неисправностей ГТД
21.1.3.1. Таблица неисправностей при детерминированном подходе
21.1.3.2. Таблица неисправностей при вероятностном подходе
21.1.4. Прогнозирование техническое состояния ГТД
21.1.4.1. Математические модели изменения параметров во времени
21.1.4.2. Подбор элементарных функций изменения параметров
21.1.4.3. Метод экспоненциального сглаживания
21.2 Методы и средства диагностирования
21.2.1. Диагностические показатели по измерениям термогазодинамических параметров
21.2.1.1. Метод «расслоения характеристик»
21.2.1.2. Выбор диагностических параметров на основе метода малых отклонений
21.2.2. Остаточный ресурс ГТД
21.2.3. Вибрационная диагностика
21.2.3.1. Основные параметры вибрации
21.2.3.2. Неисправности элементов ГТД по вибрационным параметрам
21.2.4. Эндоскопия ГТД
21.2.5. Анализ включений в масле
21.2.5.1. Магнитные пробки
21.2.5.2. Феррографический анализ
21.2.5.3. Спектральный анализ
21.2.6. Анализ включений и выпускных газах
21.2.7. Контроль зазоров в проточной части ГТД
21.2.8. Методы обнаружения помпажа
21.2.9. Тепловые методы диагностирования
21.2.9.1. Контроль температурного уровня подшипников опор роторов
21.2.9.2. Контроль температурного поля за ТВЦ
21.2.9.3. Измерение температуры лопаток турбин фотоэлектрическим пирометром (ФЭП)
21.2.10. Нарушения сплошности элементов ГТД, обнаруживаемые методом акустической эмиссии
21.2.11. Методы неразрушающего контроля для диагностирования ГТД
21.2.12. Последовательность проведения диагностирования ГТД и обслуживания по состоянию
22. Работа парового теплоутилизационного контура в составе ГПТУ
22.1. Схемы паровых теплоутилизационных контуров
22.2. Совместная работа ТУК и ГТД
22.2.1. Характеристики элементов ТУК
22.2.2. Зависимость характеристик ТУК от параметров ГТД
22.2.3. Винтовая характеристика при совместной работе ГТД и паровой турбины
22.2.4. Перекрестный режим работы ТУК
22.3. Пуск парового теплоутилизационного контура
22.4. Водный режим работы УК и коррозия по его водяной стороне
22.5. Об изменении параметров УК в эксплуатации. Загрязнение и очистка поверхностей нагрева УК
22.6. Коррозия поверхностей нагрева УК по газовой стороне
Список литературы