Радиально–осевая центростремительная ступень

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КЕРЧЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОРСКОЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра судовых энергетических установок

 

Конюков В.Л.

 

 

СУДОВЫЕ ТУРБОМАШИНЫ

 

 

Раздел

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН

 

Конспект лекций

для курсантов специальности

26.05.06 Эксплуатация судовых энергетических установок

очной и заочной форм обучения

 

 

Керчь 2017 г.

  УДК 621

 

Составитель: Конюков В.Л., канд. техн. наук, доцент кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ» ______________________

 

 

Рецензент: Горбенко А.Н., канд. техн. наук, доцент кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ» ______________________

 

 

Конспект лекций рассмотрен и одобрен на заседании кафедры судовых энергетических установок ФГБОУ ВО «КГМТУ», протокол № _____ от ____________20____г.

Зав. кафедрой СЭУ _______________Н.П. Клименко

 

Конспект лекций утвержден и рекомендован к публикации на заседании методической комиссии МФ ФГБОУ ВО «КГМТУ», протокол № _____ от ____________20____г.

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………...4

1. Радиально – осевая центростремительная ступень……………………………..7

1.1 Специфика энергетических преобразований………………………………........7

1.2 Окружной и внутренний КПД ступени…………………………………………10

1.3 Вопросы для самоконтроля……………………………………………………..12

2. Многоступенчатые турбины со ступенями давления…………………………12

2.1 Общие замечания………………………………………………………………...12

2.2 Сущность и особенности ступеней давления………………………………….13

2.3 Использование выходной энергии……………………………………………...14

2.4 Возвращенная теплота…………………………………………………………...14

2.5 Вопросы для самоконтроля…………………………………………………..…16

3. Многоступенчатые турбины со ступенями скорости…………………………16

3.1 Устройство и принцип действия ступеней скорости………………………….16

3.2 Окружной и внутренний КПД ступеней………………………………………..18

3.3 Сопоставление турбинных ступеней различных типов……………………….20

3.4 Вопросы для самоконтроля………………………………………………….….21

4. Турбинная ступень с диффузором……………………………………………...21

4.1 Устройство и рабочий процесс…………………………………………….......21

4.2 Область применения и конструктивные особенности………………………...24

4.3 Вопросы для самоконтроля……………………………………………………..25

5. Работа турбин на нерасчетных режимах…………………………………….…25

5.1 Общая характеристика нерасчетных режимов………………………………….25

5.2 Работа ступени при неизменной располагаемой работе……………………….25

5.3 Работа ступени при уменьшении располагаемой работы……………………..27

5.4 Работа ступени при увеличении располагаемой работы………………………28

5.5 Расход рабочего тела……………………………………………………………29

5.6 Внешние характеристики………………………………………………………..30

5.7 Вопросы для самоконтроля……………………………………………………..32

6. Совместная работа турбин и потребителей………………………………….…33

6.1 Внешние характеристики гребного винта……………………………………...33

6.2 Совместная работа турбины и винта…………………………………………...34

6.3 Совместная работа турбины и электрогенератора…………………………….35

6.4 Вопросы для самоконтроля………………………………………………….….36

7. Прочность элементов судовых турбомашин…………………………………..36

7.1 Условия работы деталей турбомашин……………………………………….…36

7.2 Расчет прочности рабочих лопаток…………………………………………….37

7.3 Основные положения расчета на прочность вращающегося диска………….40

7.4 Вопросы для самоконтроля……………………………………………………..42

8. Обслуживание судовых паротурбинных и газотурбинных установок……..…43

8.1Обслуживание паротурбинной установки …………………………….……….44

8.2 Обслуживание судовых газотурбинных установок……………………….……49

8.3 Вопросы для самоконтроля………………………………………………….…...52

9 Топлива и масла турбинных двигателей………………………………………...52

9.1 Топливо для ГТД…………………………………………………………………52

9.2 Турбинные масла…………………………………………………………………53

9.3 Вопросы для самоконтроля……………………………………………………... 55

    Список использованной литературы…………………………………….………56

Введение

С целью повышения эффективности турбомашин в практике широко используются специальные конструкции турбинных ступеней. Ступень давления со ступенями скорости позволяет срабатывать повышенную располагаемую работу со сравнительно высоким КПД. Такие ступени широко применяются во вспомогательных турбинах и в главных агрегатах в качестве регулировочных ступеней. Для увеличения мощности турбин при фиксированных начальных и конечных параметрах применяют турбинные ступени с диффузором и центростремительные турбины. В предлагаемом разделе конспекта лекций приведены турбинные ступени специальных конструкций, особенности работы многоступенчатых турбин со ступенями скорости, рассмотрены отдельные моменты работы турбомашин на долевых нагрузках и работа турбин с потребителями механической энергии. Даются основы расчета на прочность турбинных лопаток и дисков. Все разделы конспекта лекций соответствуют учебной программе дисциплины «Судовые турбинные установки и их эксплуатация» для специальности «Судовые энергетические установки и их эксплуатация».

 

Тематический план

Наименование темы	Кол-во часов
Многоступенчатые турбины. Причины использования многоступенчатых турбин. Многоступенчатые турбины со ступенями скорости, устройство и принцип их действия. Изменение параметров потока в проточной части.	2
Многоступенчатые турбины со ступенями давления. Возвращенная теплота. Эффективная мощность турбоагрегата. Эффективный КПД турбин. Внешние характеристики турбин. Основные положения тепловых расчетов паровых и газовых турбин	2
Эксплуатация судовых турбоагрегатов. Характеристики переменных режимов. Изменение кинематики потока на переменных режимах при изменении частоты вращения. Изменение расхода рабочего тела при изменении начальных параметров и давления на выходе. Регулирование мощности турбоагрегатов.	2
Совместная работа турбоагрегата и потребителя механической энергии. Работа турбины на гребной винт, работа турбины на привод электрогенератора, работа турбины в составе турбонаддувочного агрегата поршневого ДВС.	2
Состав и назначение систем судовых турбоагрегатов. Подготовка к пуску ГТД. Пуск, прогревание и вывод на режим ГТД. Обслуживание ГТД на режиме. Вывод ГТД из работы. Подготовка к пуску парового турбоагрегата. Прогревание, пуск и вывод на режим парового турбоагрегата. Обслуживание парового турбоагрегата на режиме, вывод его из работы.	2
Условия работы деталей турбомашин. Критерии качества конструкции. Материалы, применяемые для изготовления деталей турбин и компрессоров.	2
Расчет прочности рабочих лопаток с постоянной и переменной площадью сечения. Колебания лопаток. Основные уравнения равновесия вращающегося диска. Приближенные методы расчета дисков на прочность.	2
Всего лекций	14

 

Требования к результатам освоения дисциплины

 

Материал раздела конспекта лекций «Специальные вопросы судовых турбомашин» направлен на формирование следующих компетенций, предусмотренных ФГОСВО и ПДНВ-78 (для морских специальностей):

Профессиональные компетенции (ПК):

№ компе-тенции	Содержание компетенции
ПК-1	способность генерировать новые идеи, выявлять проблемы, связанные с реализацией профессиональных функций, формулировать задачи и намечать пути исследования
ПК -7	способность и готовность осуществлять безопасное техническое использование, техническое обслуживание и ремонт судов и их механического и электрического оборудования в соответствии с международными и национальными требованиями
ПК-8	способность и готовность выполнять диагностирование судового механического и электрического оборудования
ПК-9	способность и готовность осуществлять выбор оборудования, элементов и систем оборудования для замены в процессе эксплуатации судов
ПК-10	способность и готовность осуществлять разработку эксплуатационной документации
ПК-15	способность применять базовые знания фундаментальных и профессиональных дисциплин, осуществлять управление качеством изделий, продукции и услуг, проводить технико-экономический анализ в области профессиональной деятельности, обосновывать принимаемые решения по технической эксплуатации судового оборудования, уметь решать на их основе практические задачи профессиональной деятельности
ПК-16	способность и готовность выбрать и, при необходимости, разработать рациональные нормативы эксплуатации, технического обслуживания, ремонта и хранения судов и их оборудования
ПК-17	способность и готовность находить компромисс между различными требованиями (стоимости, качества, безопасности и сроками исполнения) при долгосрочном и краткосрочном планировании эксплуатации судового оборудования, выбрать рациональное (оптимальное) решение
ПК-23	способность и готовность разработать проекты объектов профессиональной деятельности с учетом физико-технических, механико-технологических, эстетических, экологических, эргономических и экономических требований, в том числе с использованием информационных технологий
ПК-24	способность и готовность принять участие в разработке проектной, нормативной, эксплуатационной и технологической документации для объектов профессиональной деятельности
ПК-26	способность и готовность осуществлять монтаж, наладку, техническое наблюдение судовой техники, эффективно использовать материалы, оборудование, соответствующие алгоритмы и программы расчетов параметров технологических процессов
ПК-27	способность и готовность организовать и эффективно осуществлять контроль качества запасных частей, комплектующих изделий и материалов, производственный контроль технологических процессов, качества продукции, услуг и конструкторско-технологической документации
ПК-28	способность и готовность обеспечить экологическую безопасность эксплуатации, хранения, обслуживания, ремонта и сервиса судов и судового оборудования, безопасные условия труда персонала в соответствии с системой национальных и международных требований
ПК-30	способность участвовать в фундаментальных и прикладных исследованиях в области судов и судового оборудования
ПК-31	способность создавать теоретические модели, позволяющие прогнозировать свойства объектов профессиональной деятельности
ПК-32	способность разрабатывать планы, программы и методики проведения исследований объектов профессиональной деятельности
ПК-35	способность передавать знания по дисциплинам профессиональных циклов в системах среднего и высшего профессионального образования

Компетенции в соответствии с разделом Кодекса ПДНВ-78 (К):

К-4	эксплуатация главных установок и вспомогательных механизмов и связанных с ними систем управления
К-5	эксплуатация систем топливных, смазочных, балластных и других насосных систем и связанных с ними систем управления
К-9	техническое обслуживание и ремонт судовых механизмов и оборудования
К-10	обеспечение выполнения требований по предотвращению загрязнения
К-18	управление работой механизмов двигательной установки
К-19	планирование и график работы
К-20	эксплуатация, наблюдение, оценка работы и поддержание безопасности двигательной установки и вспомогательных механизмов
К-24	управление безопасным и эффективным проведением технического обслуживания и ремонта
К-25	обнаружение и выявление причин неисправной работы механизмов и устранение неисправностей
К-36	содействие наблюдению и управлению несением машинной вахты
К-39	содействие эксплуатации оборудования и механизмов
К-41	содействие техническому обслуживанию и ремонту на судне

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Чем отличается центростремительная турбина от центробежной турбины?

2. Какие потери энергии входят в состав профильных потерь энергии?

3. Какие геометрические характеристики радиально-осевой турбинной ступени влияют на оптимальный шаг соплового аппарата?

4. Какие виды ускорений имеет рабочее тело во вращающейся рабочей решетке радиально-осевой турбинной ступени?

5. Какое направление вращения имеют парные вихри у периферии и у ступицы рабочей решетки радиально-осевой турбинной ступени?

6. От каких геометрических и эксплуатационных характеристик рабочего аппарата зависят срывные потери энергии?

7. Какие зазоры имеет радиально-осевая турбинная ступень обычной конструктивной формы?

Литература: [1], [2], [8].

 

Общие замечания

В современных судовых паровых турбинах располагаемая энергия измеряется перепадом энтальпий l_a =420¸850 кДж/кг у вспомогательных и 1250¸1700 кДж/кг – у главных турбин. Для преобразования таких энергий в одной турбинной ступени с максимальным КПД необходимо обеспечить окружные скорости порядка 750¸850 м/с для активной ступени и 1000¸1200 м/с для конгруэнтной.

В газотурбинных двигателях для преобразования располагаемой работы в одной ступени требуются окружные скорости примерно 400¸500 м/с для активной ступени и 550¸650 – для конгруэнтной.

Значение окружной скорости, соответствующее максимальному КПД можно определить из выражения:

,                                (2.1)

где -адиабатная работа соплового аппарата.

Максимальная окружная скорость рабочих лопаток осевых ступеней может достигать 400 м/с, у центростремительных газовых турбин на периферии рабочих колес – 500 м/с. Однако, даже при таких окружных скоростях, одноступенчатая турбина не может справиться с переработкой указанных выше энергий с высоким КПД. Это связано с тем, что получается сверхзвуковая ступень, КПД которой на 2¸3% ниже КПД дозвуковой. Кроме того, у многоступенчатых турбин выходная потеря на 1¸2% меньше, и на использовании возращенной теплоты можно дополнительно выиграть 1¸2% [8].

Общий выигрыш в КПД многоступенчатой турбины, по сравнению с одноступенчатой может составить 3¸6%. Такое снижение КПД одноступенчатого варианта во многих случаях исключает его применение.

Для срабатывания высоких располагаемых энергий, при высоких КПД используются следующие средства:

1) ступени давления, за счет снижения скорости с ₁;

2) ступени скорости, благодаря уменьшению (u / c ₁)_opt;

3) ступень с диффузором, за счет уменьшения (u / c ₁)_opt;

 

Возращенная теплота

Рассмотрим процесс расширения рабочего тела в многоступенчатой турбине (рис.3.).

Предположим, что ступень работает без использования выходной энергии. Тогда располагаемый перепад энтальпий (располагаемая работа) группы ступеней

L_a = l_{a 1} + l_{a 2} + l_{a 3} +…+ l_{a z},                                                    (2.3)

где l_{a 1}, l_{a 2},…- располагаемые работы турбинных ступеней.

 

Рисунок 3 - Процесс расширения рабочего тела в группе четырех ступеней без использования выходной энергии.

 

По свойству si диаграммы , и т.д. в связи с этим соотношения располагаемых работ можно записать в следующем виде

; ;                 (2.4)

Просуммировав левые и правые части уравнений (2.4), получим

.                              (2.5)

Из рис.3. видно, что ; обозначим = Q _B. Здесь Q _B называется возращенной теплотой второго рода. Таким образом, располагаемая работа группы ступеней, работающих в определенном интервале давлений больше располагаемой работы одной ступени, работающей в том же интервале давлений. Это вызвано тем, что внутренние потери энергии через механизм трения повышают энтальпию рабочего тела на входе в турбинную ступень, начиная со второй, а это увеличивает располагаемую работу ступени. Наибольшую долю в возращенную теплоту вносит первая ступень, т.е. потери в ней небольшими частями реализуются во всех последующих ступенях группы, включая последнюю. Потери энергии в последней ступени возвращенной теплоты второго рода не дают.

Для оценки использования возращенной теплоты второго рода вводят коэффициент возращенной теплоты

,                         (2.6)

где .

Коэффициент возращенной теплоты зависит от числа ступеней в группе и перепада давлений на группу. По статистическим данным у судовых турбин R=1,01¸1,07. Большие значения относятся к многоступенчатым главным паровым турбоагрегатам, меньшие – к газовым турбинам.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные преимущества срабатывания больших располагаемых работ (перепадов энтальпий) в многоступенчатых турбинах.

2. Перечислите типы турбоагрегатов для срабатывания больших перепадов энтальпий с высоким КПД.

3. Дайте определение многоступенчатой турбины со ступенями давления.

4. Перечислите основные условия использования выходной энергии в многоступенчатых турбинах со ступенями давления.

5. Что такое возвращенная теплота второго рода?

6. От каких факторов зависит коэффициент возвращенной теплоты?

Литература: [5], [6], [8].

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Перечислите основные элементы ступени давления с двумя ступенями скорости.

2. Каково назначение направляющего аппарата второй ступени скорости?

3. Чем отличаются частные степени реактивности ступени давления со ступенями скорости от общей степени реактивности?

4. Поясните процессы, происходящие в ступени давления с двумя ступенями скорости в si -диаграмме (рисунок 6).

5. В каких турбоагрегатах целесообразно использовать ступени давления со ступенями скорости?

6. Какой тип турбинных ступеней обеспечивает меньшее их количество при срабатывании заданной располагаемой работы?

Литература: [3], [8], [11].

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какие энергетические преобразования имеют место в диффузорах?

2. Как изменяются давление и абсолютная скорость газа по ходу движения в диффузоре?

3. Почему увеличивается располагаемая работа турбинной ступени при установке за ней диффузора?

4. Перечислите условия, необходимые для повышения КПД турбинной ступени с диффузором.

5. Укажите, в каких случаях целесообразно устанавливать диффузор за турбинной ступенью?

Литература: [1], [5], [8], [11].

 

Расход рабочего тела

При изменении режима работы турбины в общем случае, изменяются параметры рабочего тела, что приводит к изменению расхода. Здесь необходимо различать два основных случая: сверхкритический и докритический.

При сверхкритических режимах в одной из турбинных решеток можно записать

,  ,               (5.12)

где

Принимая _I= ₁₀, F _к = const, получим

 .         (5.13)

Для идеального газа  , поэтому

                                         (5.14)

Приближенные равенства написаны в предположении, что изменение температуры невелико. Из формул (5.13) и (5.14) следует, что при сверхкритических режимах расход определяется параметрами рабочего тела перед ступенью, он не зависит ни от частоты вращения, ни от степени реактивности, ни от давления за ступенью.

Если группа режимов является докритическими в обоих случаях, то для долевого и номинального режимов расход можно определить через параметры в выходном сечении сопловой решетки:

                 (5.15)

здесь под знаком радикала r – степень реактивности.

Обозначим через c _ф условную скорость вычислимую по располагаемой работе на ступень c _ф = , допустим , F ₁= F ₁₀ и r = r ₀-  , тогда

.                                  (5.16)

Эта формула показывает, что изменение параметров (например, частоты вращения), вызывающих изменение степени реактивности влияет на расход рабочего тела. На долевых нагрузках, обычно, изменяется давление за ступенью, что сказывается на величине расхода, это может быть учтено через степень понижения давления в ступени .

 ,     (5.17)

где m = =0,95¸1,3; .

Из формулы (5.17) можно получить более простую, но достаточно точную формулу, наглядно показывающую влияние параметров рабочего тела на расход

                                      (5.18)

Для частных случаев долевых режимов формулы (5.17) и (5.18) преобразуются в более простой вид.

 

Внешние характеристики

К внешним характеристикам турбинной ступени (турбины) относят мощность N, крутящий момент на валу M, число оборотов ротора n, расход рабочего тела G, располагаемая работа L ₀, КПД и др. Графическая взаимосвязь между любыми двумя из этих величин называется характеристикой ступени (турбины).Рассмотрим связь между наиболее важными (итоговыми) внешними характеристиками: мощностью N, моментом M и частотой вращения n. При неизменном положении органов управления и регулирования сохраняются постоянными расход рабочего тела G = G ₀ и располагаемая работа L ₀= L ₀₀. Изменяя нагрузку потребителя механической энергии, произойдет торможение (уменьшение n) или разгон (увеличение n) системы ротор турбины – потребитель. Такая ситуация имеет место при изменении угла установки лопастей ВРШ.

Для крутящего момента можно записать

;                     (5.19)

где r – средний радиус лопаток.

Из треугольников скоростей (рис.13)

, тогда ,

в этой формуле учтено допущение, что с _1u= c _1u0.

Очевидно, что при u = u ₀ получим момент М ₀ на номинальном режиме. При неподвижной турбине достигается наибольшее значение момента

.                                (5.20)

Так как , то

.                (5.21)

Введем относительные значения характеристик:

, , .

Коэффициент пускового момента называется отношение

.                                                  (5.22)

 

Рисунок 13 - Работа турбинной ступени с переменными оборотами

(G = const, L ₀ = const): а) треугольники скоростей;

б) изменение мощности, крутящего момента и КПД

в функции частоты вращения.

 

Учитывая, что  из уравнения (5.21) находим

,                                      (5.23)

.                                   (5.24)

Пренебрегая изменением механических потерь энергии, потерь в решетках, потерь внутренних, а также принимая неизменными расход G и располагаемую работу L ₀ получим

.                             (5.25)

Из формул (5.24) и (5.25) следует, что при указанных допущениях относительные изменения h и N одинаковы, а кривые и совпадают.

Анализируя полученные выражения можно сделать вывод, что момент есть линейная функция частоты вращения или окружной скорости. Мощность и КПД изменяются по симметричной параболе (рис.13). У рассматриваемых зависимостей есть три особые точки. Первую из них, где мощность и КПД достигают максимального значения, найдем из условия ,

,                                  (5.26)

.                          (5.27)

Формулы (5.26) и (5.27) будут справедливы, если n ₀ не соответствует максимальной мощности.

Вторая точка соответствует нулевой мощности при вращении турбины, частота вращения при этом называется угонными оборотами n _уг

.                                    (5.28)

Угонные обороты соответствуют режиму, при котором выходной и входной треугольники скоростей накладываются один на другой (c _1u- c _2u=0).

Ротор турбины устремляется к угонным оборотам при потере нагрузки (поломка муфты, потеря винта и т.п.) Практически угонные обороты на 5¸20% ниже значений, вычисленных по формуле (5.28) из–за увеличения механических и внутренних потерь энергии с повышением n.

Третья особая точка соответствует неподвижному ротору турбины n =0, а момент имеет наибольшее значение определенной формулой (5.21), что возможно при G = G ₀ и L ₀= L ₀₀.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Как изменяется направление вектора относительной скорости на входе в рабочий аппарат при неизменной располагаемой работе и понижении мощности турбинной ступени?

2. Как изменяется направление вектора относительной скорости на выходе из рабочего аппарата при неизменной располагаемой работе и понижении мощности турбинной ступени?

3. Как изменяется направление вектора относительной скорости на входе в рабочий аппарат при уменьшении располагаемой работы и понижении мощности турбинной ступени?

4. Как изменяется режим течения рабочего тела при увеличении располагаемой работы и мощности турбинной ступени?

5. Как влияет изменение начального давления на расход рабочего тела?

6. Как влияет понижение давления за ступенью на расход рабочего тела?

7. Дайте определение внешних характеристик турбины.

8. При каких условиях турбина выходит на угонные обороты?

Литература: [5], [8].

 

 

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение внешних характеристик гребного винта

2. Что такое относительная поступь гребного винта?

3. Как связаны мощность гребного винта и момент на его ступице с частотой вращения?

4. Как располагаются на графиках утяжеленные и облегченные характеристики гребного винта относительно его номинальной характеристики?

5. Изобразите диаграмму совместной работы турбины и гребного винта.

6. Изобразите диаграмму совместной работы турбины и электрогенератора.

Литература: [5], [8], [9].

 

Вопросы для самоконтроля

 

1. Перечислите основные типы нагрузок, действующих на элементы турбомашин.

2. Как направлены окружные силы, действующие на узлы и детали турбомашин?

3. Что является основной причиной вибрации лопаточных аппаратов турбомашин?

4. Какие основные нагрузки действуют на рабочие лопатки турбомашин во время их работы?

5. Как определяются изгибающие напряжения в рабочей лопатке турбомашины?

6. Как определяются напряжения растяжения в рабочей лопатке турбомашины?

7. Из каких напряжений складывается суммарное напряжение в корневом сечении рабочей лопатки турбомашины?

8. Перечислите силы, вызывающие напряжения во вращающемся диске?

Литература: [4], [5], [10].
8 Обслуживание судовых паротурбинных

И газотурбинных установок

Судовые главные турбозубчатые агрегаты (ГТЗА), предназначены для привода судовых движителей (гребных винтов), вспомогательные (ВТЗА) — для привода электрогенераторов судовых электростанций, грузовых насосов и др.

Основной задачей персонала, обслуживающего турбинную установку при эксплуатации, является обеспечение высокой надежности ее работы при максимально возможной экономичности.

Переходные режимы работы, особенно пуски и остановы турбин, являются наиболее ответственными этапами их эксплуатации. Эти операции связаны со значительными изменениями механического и термического состояния элементов турбинных установок и от квалифицированности проведения этих операций зависят надежность и долговечность турбоагрегатов.

Неустановившееся тепломеханическое состояние агрегата вызывает термические напряжения в стенках и фланцах корпусов турбин, паропроводов, стопорных и регулирующих клапанов; дополнительные, растягивающие напряжения в шпильках разъемов корпусов турбин, фланцевых соединениях клапанов, трубопроводов. Вследствие разности температур верхней и нижней частей корпуса турбины возникают прогибы цилиндра, неодинаково изменяются линейные размеры статора и ротора, что приводит к изменению осевых и радиальных зазоров в проточной части турбины, компрессора. Перечисленные возникающие явления усложняют пуск и вывод из работы турбоагрегатов, увеличивают продолжительность операций и становятся причиной аварий при нарушении режимов прогрева.

Скорость прогрева турбоагрегата является нормируемой величиной, при этом фиксируются два типа температурных расширений: абсолютное (статора) и относительное (ротора).

Абсолютным удлинением (расширением) статора называется температурное удлинение корпуса турбины (турбин) от фикс-пункта в сторону переднего подшипника турбины. Это удлинение при пуске турбины никаких ограничений не вызывает.

Относительным удлинением (укорочением) ротора называется разность между значениями абсолютных удлинений ротора и статора. Так как масса ротора меньше массы статора, то он прогревается быстрее статора, удлиняется с большей скоростью (при охлаждении — наоборот, укорачивается быстрее), что ведет к из­менению осевых и радиальных зазоров в проточной части турбины. В области упорного подшипника изменения осевых зазоров минимальные, а в ступенях удаленных от упорного подшипника (в уплотнениях последних ступеней) зазоры могут недопустимо уменьшаться. Это ограничивает скорость пуска, ведет к росту напряжений по причине разности температур между фланцами и шпильками и др.

Таким образом, с целью недопустимости возникновения опасных напряжений и деформаций пуск и останов турбины должен производиться при контроле термического состояния различных узлов и деталей турбины.

Обслуживание и эксплуатация судовых турбоагрегатов регламентированы требованиями Международной Конвенции ПДНВ-78, Правилами технической эксплуатации судовых турбин Российской Федерации и инструкциями заводов-строителей.

Заводские инструкции определяют особенности обслуживания конкретных турбоустановок: контроль температуры и давления, требования к топливу, маслу, последовательности операций при подготовке к пуску, в период пуска, останова ГТЗА и вспомогательных механизмов, во время работы и на стоянках ГТЗА.

К самостоятельному управлению и обслуживанию судовых паро- и газотурбинных агрегатов допускаются лица имеющие подготовку и диплом соответствующие требованиям МК ПДНВ-78 и прошедшие проверку в квалификационной комиссии на предмет подтверждения наличия минимально не­обходимых знаний и умений.

 

Маневрирование

О предстоящих маневрах вахтенный механик должен быть предупрежден не менее чем за полчаса (кроме аварийных случаев и команды «человек за бортом»). Вахтенный механик обязан доложить о предстоящих маневрах старшему механику, подготовить котельное оборудование и вспомогательные механизмы к новому режиму работы. Закрыть клапаны отборов пара из турбин, открыть клапаны продувания и разобщительный клапан заднего хода.

После команды об изменении хода, вахтенный механик устанавливает в соответствующее положение маневровый клапан. По команде «Стоп» —быстро закрывает маневровый клапан и постепенно, во избежание заброса воды в паропровод, открывает маневровый клапан противоположного хода для сокращения пути выбега судна.

При полном заднем ходе контролируют работу конденсатора и температуру корпусов турбин. Длительность режима заднего хода и частота вращения ротора не должны превышать значений указанных в инструкции завода-строителя.

 

Ревизия паровых турбин

 

Ревизией турбоустановки называется планово-предупредительный ремонт, производимый в соответствии с правилами эксплуатации и инструкция завода-строителя с целью контроля технического состоянием установки и проведения профилактических мероприятий.

При ревизии производятся: чистка, проверка состояния де­талей, их износа, повреждений, зазоров. Обнаруженные дефекты устраняются.

В период между полными ревизиями (со вскрытием турбин) производятся вскрытие и ревизия отдельных узлов агрегата. Сроки между ревизиями, предусмотренные правилами и инструкциями, могут быть изменены в зависимости от технического состояния и условий эксплуатации.

Ревизия, как правило, осуществляется судоремонтным заводом, но может быть выполнена личным составом под руководством шеф-инженера завода-строителя или старшего механика.

Перед постановкой на ревизию должны быть за