1

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI

INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH

Turbina gazowa Laboratorium Pomiarów Maszyn Energetycznych

(PM-4)

(PM-5)

Opracował: dr inż. Daniel Węcel

Sprawdził: dr inż. Sebastian Lepszy

Zatwierdził: prof. dr hab. inż. Janusz Kotowicz

www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape

2

Sprężarka Generator

Turbina

Komora spalania

Powietrze Spaliny

Paliwo

Energia elektryczna

3

4 1

2

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z konstrukcją, podstawowymi parametrami i metodologią

badań turbinowych silników spalinowych (turbin gazowych). Przeprowadzone badania pozwolą na

wykonanie charakterystyk pracy turbiny przy różnych parametrach pracy.

2. Wprowadzenie

2.1. Charakterystyka turbin oraz mikroturbin gazowych

Turbiny gazowe (spalinowe silniki turbinowe) są silnikami cieplnymi wirnikowymi ze

spalaniem wewnętrznym i mogą być opalane paliwami gazowymi lub ciekłymi (mogą też

pracować w systemie dwupaliwowym) (Rys.1).

Rys.1. Prosty schemat układu turbiny gazowej

W najprostszym układzie cieplnym z turbiną gazową jest realizowany obieg Braytona-Joule'a.

Składa się on, podobnie jak obieg Clausiusa–Rankine’a z dwóch izobar i dwóch izentrop (Rys.2).

Rys.2. Przykład obiegu Braytona na wykresie h-s

3

Obieg siłowni rzeczywistej różni się od obiegu porównawczego, w myśl drugiej zasady

termodynamiki, ze względu na występowanie strat. Dochodzi zarówno do spadków ciśnień

podczas przepływu czynnika przez elementy siłowni jak i do przyrostu entropii podczas sprężania

gazu w sprężarce i rozprężania go w turbinie. Obieg siłowni rzeczywistej przedstawiony jest we

współrzędnych h–s na Rys.3.

Rys.3. Przykład obiegu rzeczywistej siłowni gazowej na wykresie h–s

Działanie układu gazowego, w najczęściej spotykanej wersji otwartej, polega na zassaniu

chłodnego powietrza z otoczenia i sprężeniu go w sprężarce. Następnie jest ono ogrzewane

w komorze spalania. Proces ten polega na bezpośrednim spalaniu paliwa w sprężonym powietrzu,

w wyniku czego otrzymywany jest gaz spalinowy o odpowiedniej temperaturze. Ogrzany czynnik

rozpręża się następnie w turbinie, w wyniku czego dochodzi do zamiany części jego entalpii na

pracę mechaniczną, przekazywaną na wał wirnika turbiny. Praca ta służy zarówno do napędu

sprężarki jak i generatora elektrycznego.

Spotykane są różne układy siłowni gazowych. W rozwiązaniu najprostszym cała turbina i cała

sprężarka osadzone są na jednym wale, który poprzez sprzęgło połączony jest z wałem generatora

elektrycznego. Nie jest to rozwiązanie optymalne ze względów aerodynamicznych. Nieco lepszym

rozwiązaniem jest połączenie jednym wałem części turbiny i całej sprężarki. Ta część turbiny

napędza tylko sprężarkę. Druga natomiast – generator elektryczny. Bywają także rozwiązania

bardziej skomplikowane, np. część niskoprężna sprężarki napędzana jest częścią średnioprężną

turbiny, część wysokoprężna sprężarki częścią wysokoprężną turbiny, a część niskoprężna turbiny

napędza generator. Im układ siłowni bardziej podzielony, tym większe jest stopniowanie prędkości

maszyn. Możliwa jest więc praca poszczególnych podzespołów maszyny z prędkościami

obrotowymi bliższymi optymalnym, co wpływa korzystnie na sprawność układu. Wiąże się to

niestety ze wzrostem kosztów inwestycyjnych. O wyborze rozwiązania powinna decydować ścisła

analiza ekonomiczna.

Zalety energetycznych instalacji turbin gazowych:

niezawodność działania,

duża elastyczność cieplna = krótki czas rozruchu (można je doprowadzić do pełnego

obciążenia w kilka minut),

znaczna żywotność (nawet do 200 tys. godz.),

lekkość i zwartość budowy,

korzystne charakterystyki ekologiczne i ekonomiczne ,

łatwość obsługi i automatyzacji procesów eksploatacyjnych,

4

możliwość pracy w różnych układach technologicznych, a także z różnym czynnikiem

roboczym,

możliwość zasilania różnymi paliwami.

W energetyce turbiny gazowe zwykle pracują w układach gazowo-parowych, osiągających

sprawność wytwarzania energii elektrycznej powyżej 55%. Są wykorzystywane w układach

generacji ciepła i energii elektrycznej.

3. Badana turbina

Przedmiotem badań jest silnik turbinowy GTD-350 zaprojektowany do napędu śmigłowców

Mi-2. Jest to silnik dwuwałowy. Składa się z: ośmiostopniowej sprężarki (siedem stopni osiowych,

ósmy stopień odśrodkowy) z zaworem upustowym pomiędzy szóstym a siódmym stopniem i

dyfuzorem bezłopatkowym; komory spalania dzbanowo-pierścieniowej z przepływem zwrotnym;

trzystopniowej turbiny (jeden stopień napędza poprzez wał wewnętrzny sprężarkę, dwa stopnie

następne stanowią zespół turbiny napędowej). Turbina napędowa poprzez zewnętrzny wał

przekazuje moc na integralny reduktor silnikowy, a następnie na wał wyjściowy. Integralnymi

elementami silnika GTD-350 są: skrzynia przekładniowa (skrzynka napędów), pompa paliwowa

NR-40T, prodnico-rozrusznik, ogranicznik obrotów turbiny napędowej, synchronizator turbiny

(stosowany przy równoległej pracy dwóch silników), układ pomp olejowych wraz z filtrami oleju,

obrotomierz, automat sterowania upustem powietrza, zawór paliwa rozruchowego, wtryskiwacz

roboczy i rozruchowy, zestaw termopar do pomiaru temperatury gazów przed pierwszym stopniem

turbiny (turbina połączona ze sprężarką) (Rys.4).

Rys.4. Przekrój silnika turbinowego GTD-350

Podstawowe parametry pracy silnika:

moc:

o startowa: 294.2 kW dla 43 200 obr/min (turbosprężarka),

o nominalna: 235.4 kW dla 40 500 obr/min (turbosprężarka),

max. prędkość obrotowa turbosprężarki - 45 000 obr/min,

5

max. prędkość obrotowa turbiny napędowej - 25 000 obr/min,

max. prędkość obrotowa wału wyjściowego - 6 140 obr/min,

max. zużycie paliwa (nafta lotnicza) - 0.415 kg/KM h (160 kg/h),

max. dopuszczalna temp. przed turbiną - 1243 K,

natężenie przepływu powietrza przez sprężarkę - 2.4 kg/s,

spręż sprężarki (max.) - 6.05.

Wymiary i ciężar suchego silnika:

długość silnika - 1385 [mm],

szerokość silnika - 626 [mm],

wysokość silnika - 760 [mm],

ciężar suchego silnika - 137,7+2% [kg].

4. Opis stanowiska i realizowane badania

4.1. Cel badań

Celem badań turbiny gazowej może być:

określenie mocy na wale,

określenia jednostkowego zużycia paliwa,

określenie sprawność systemu (układu),

sporządzenie charakterystyk turbiny gazowej,

sporządzenie bilansu energetycznego.

4.2. Opis stanowiska badawczego

W skład stanowiska badawczego wchodzą następujące elementy (Rys.5):

turbina gazowa GTD-350 (z serwomechanizmem do regulacji ilości podawanego paliwa

i siłownikiem pneumatycznym do zaworu odcinającego dopływ paliwa),

rurociąg doprowadzający powietrze (z układem pomiarowym strumienia powietrza),

kanał wyprowadzenia spalin do komina (z wentylatorem podmuchu),

układ rozruchowy (zestaw 4 akumulatorów 12 V, skrzynka rozruchowa i zestaw

przekaźników sterujących rozruchem, przyrządy pomiarowe),

układ paliwowy (zbiornik, pompa paliwowa, manometr, zawór zwrotny, zestaw filtrów,

przepływomierz),

układ olejowy (zbiornik oleju, chłodnica oleju, przyrządy pomiarowe),

hamulec elektrowirowy EMX-400/3000 o max. mocy pochłanianej 400 kW (z układem

chłodzenia hamulca),

układ sterowania obciążeniem hamulca (sterowniki hamulca),

system pomiarowy (Rys.6),

szafa sterownicza zasilająca całe stanowisko i pozwalająca sterować napędami

poszczególnych układów stanowiska,

tablica sterownicza (przełączniki do uruchamiania i wyłączania turbiny),

układ doprowadzający wodę chłodzącą.

4.3. Wielkości mierzone w trakcie ustalonej pracy turbiny pod obciążeniem:

moc na wale wyjściowym (napędowym) – Pe,

prędkość obrotowa wytwornicy spalin (turbiny sprężarki) – nWS,

prędkość obrotowa turbiny napędowej – nTN,

temperatura spalin za komorą spalania – T3,

temperatura spalin na wylocie z turbiny – T4,

6

spręż – εs,

strumień powietrza na wlocie do sprężarki – qv1,

ciśnienie paliwa przed wtryskiwaczem (kontrola upustu) – ppalw,

ciśnienie paliwa przed pompą paliwową – ppalr,

ciśnienie oleju w silniku – pol,

temperatury oleju na wejściu do silnika – Tol1,

temperatury oleju na wyjściu z silnika – Tol2,

strumień objętości paliwa – qvpal,

temperatura wody na wejściu do hamulca – Twh1,

temperatura wody na wyjściu z hamulca – Twh2,

strumień objętości wody na wejściu do hamulca - qvwh.

GTD 350Powietrze

Hamulecelektrowirowy

Spaliny

Układ rozruchowy

Woda chłodząca

Woda chłodząca

Komin

Układ sterowania obciążeniem

Systempomiarowy

Chłodnicaoleju

Sterowaniedopływempaliwa

Zbiornikiz paliwem

Zbiornikoleju

Rys.5. Schemat instalacji badawczej

4.3.1. Pomiar parametrów powietrza wlotowego temperatury i ciśnienia.

W zależności od potrzeb (do wykonania bilansu lub charakterystyk) należy zmierzyć

temperaturę, ciśnienie i wilgotność powietrza przed wlotem do sprężarki silnika GTD-350.

Pomiar temperatury t1 można wykonać za pomocą termometrów rezystancyjnych metalowych (np.

Pt100), ciśnienie p1 należy zmierzyć na ściance rurociągu wlotowego za pomocą manometrów

dwuramiennych (U-rurka) lub przetworników ciśnienia, wilgotność zmierzyć w kanale wlotowym

higrometrem pojemnościowym.

4.3.2. Pomiar strumienia powietrza – qv1,

Strumień powietrza qv1 jest mierzony na wlocie do sprężarki, gdzie znajduje się dysza wlotowa

(lemniskatowa). Na obwodzie dyszy znajdują się otwory impulsowe odbierające ciśnienie

statyczne Δp1, które jest uśrednianie w pierścieniu zbiorczym. Strumień powietrza qv1 jest

obliczany z następującej zależności:

7

1

2

1

2

4

pdqv

[m

3/s]

gdzie:

d - średnica dyszy wlotowej (d = 135 mm),

ρ - gęstość powietrza.

Gęstość powietrza obliczana jest ze wzoru:

1

1

Tp

Tpp

n

np

n

[kg/m

3]

gdzie:

φ - wilgotność powietrza,

T1 - temperatura powietrza,

p1 - ciśnienie bezwzględne (absolutne) powietrza,

pp - ciśnienie nasyconej pary wodnej w temperaturze T1.

Ciśnienie p1 jest mierzone za pomocą manometru dwuramiennego cieczowego (U-rurki)

wypełnionego wodą. Ciśnienie bezwzględne na ssaniu obliczamy ze wzoru:

OHo hpp211 [Pa]

gdzie: po [Pa] – ciśnienie otoczenia,

h1 [m H2O] – różnica poziomów w U-rurce,

OH2 [N/m

3] – ciężar właściwy wody.

W przypadku sporządzenia bilansu turbiny gazowej lub tworzenia charakterystyk konieczne

jest przeliczenie strumienia objętości na strumień masy qm.

4.3.3. Spręż sprężarki

Spręż określa się, jako stosunek ciśnienia za sprężarką do ciśnienia na wlocie:

1

2

p

p

gdzie: p2 – ciśnienie bezwzględne powietrza za sprężarką,

p1 – ciśnienie bezwzględne powietrza na wlocie.

4.3.4. Moc na wale napędowym

Moc na wale napędowym Pe (efektywna) jest to moc mechaniczna przekazywana przez turbinę

do hamulca elektrowirowego EMX 201/400. W zależności od siły hamowania uzyskuje się różne

obciążenie turbiny i różną moc na wale napędowym. Moc ta jest mierzona poprzez pomiar

momentu obrotowego i prędkości kątowej na hamulcu.

MPe [W]

Korpus hamulca jest podparty na łożyskach (kołysce) pozwalających na ruch obrotowy wokół

osi wału napędowego (wirnika hamulca). Blokowanie korpusu realizuje się poprzez siłomierz

znajdujący się w pewnej odległości r = 567 mm od osi wirnika. Pomiar siły siłomierzem

tensometrycznym pozwala obliczyć moment obrotowy na wale.

rFM [Nm]

8

Prędkość obrotowa n [obr/min] wału napędowego jest mierzona na hamulcu za pomocą

przetwornika indukcyjnościowego. Prędkość kątowa obliczane jest z zależności:

n60

2 [rad/s]

4.3.5. Temperatura spalin za komorą spalania – T3

Temperatura spalin za komorą spalania T3 mierzona jest za pomocą 8 termometrów

termoelektrycznych z odsłoniętą spoiną (termopary typu K) połączonych równolegle, w wyniku

czego uzyskuje się średnią temperaturę przed pierwszym stopniem turbiny.

4.3.6. Temperatura spalin na wylocie z turbiny – T4

Temperatura spalin na wylocie z turbiny T4 mierzona jest za pomocą termometru

termoelektrycznego (termopara typu K) umieszczonego w jednej z dysz wylotowych turbiny

gazowej.

4.3.7. Prędkość obrotowa wytwornicy spalin (turbiny sprężarki) – nWS

Prędkość obrotowa turbiny sprężarki nWS jest mierzona za pośrednictwem obrotomierza

sprężarki nobr, który jest zamontowany na skrzynce przekładniowej (napędów). Obrotomierz

poprzez zespół kół zębatych połączony jest wałem wewnętrznym napędzającym sprężarkę.

Przełożenie między wałem sprężarki, a obrotomierzem wynosi 17.98.

obrWS nn 98.17 [obr/min]

Miernik obrotomierza jest wyskalowany w procentach maksymalnej prędkości obrotowej,

która na wale obrotomierza wynosi 2503 obr/min.

4.3.8. Prędkość obrotowa turbiny napędowej – nTN,

Prędkość obrotowa turbiny napędowej nTN jest mierzona za pośrednictwem obrotomierza

hamulca n. Obrotomierz ten mierzy prędkość obrotową wału napędowego, który przez przekładnię

zębatą połączony jest wałem zewnętrznym turbiny napędowej. Przełożenie między wałem turbiny

napędowej, a obrotomierzem hamulca wynosi 4.064.

nnTN 064.4 [obr/min]

4.3.9. Ciśnienie paliwa przed pompą paliwową – ppalr

Ciśnienie paliwa przed pompą paliwową NR-40T jest mierzone za pomocą manometru

znajdującego się za pompą podającą paliwo ze zbiornika paliwa do instalacji paliwowej. Ciśnienie

paliwa na wejściu do silnika powinno być w granicach 39.2÷117.7 [kPa].

4.3.10. Parametry układu olejowego

Łożyska oraz koła zębate turbiny gazowej są smarowane olejem AeroShell Turbine Oil 500.

Głównymi parametrami oleju mierzonymi podczas pracy turbiny jest ciśnienie oleju w

silniku pol oraz temperatury oleju na wejściu Tol1 i na wyjściu z silnika Tol2. Ciśnienie jest

mierzone przetwornikiem ciśnienia o akresie 0÷10 bar, a temperatury termometrami

rezystancyjnymi metalowymi. Wymagane ciśnienie oleju powinno zawierać się w zakresie 2-3

bar, natomiast temperatura nie powinna przekraczać 140°C.

9

4.3.11. Strumień objętości paliwa – qvpal

Strumień objętości paliwa jest mierzony przed pompą paliwową (pompa nurnikowa

z regulatorem przepływu PNRP-3 (NR-40T)) turbiny, przy pomocy przepływomierza owalno-

kołowego (z wirującymi tłokami zębatymi). Chwilowe zużycie paliwa oraz stan licznika paliwa

pokazywany jest na wyświetlaczu.

4.3.12. Parametry wody chłodzącej hamulec

Hamulec elektrowirowy jest chłodzony wodą. Odpowiednie chłodzenie jest kontrolowane

poprzez pomiar temperatury Twh1, Twh2 i strumienia wody chłodzącej qvwh. Wzrost temperatury

wody Twh2 powyżej 50°C oraz spadek przepływu qvwh poniżej założonej wartości skutkuje

wyłączeniem obciążenia zadawanego przez sterownik hamulca. Temperatura jest mierzona

termometrami rezystancyjnymi metalowymi na wylocie z korpusu hamulca, a strumień objętości

wody na wejściu do hamulca mierzony jest przepływomierzem.

Rys.6. Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych

4.3.13. Napięcie i natężenie prądu w trakcie rozruchu – Ur, Ir

W trakcie rozruchu wskazane jest kontrolowanie napięcia i natężenie prądu rozruchowego.

Zbyt duże spadki napięcia na zaciskach układu rozruchowego (poniżej 16 V) wskazują na niski

stan naładowania akumulatorów i konieczność ich doładowania. Prąd rozruchowy na początku

rozruchu nie powinien przekraczać 800 A, a po zapłonie paliwa i rozkręceniu się wałów turbiny

powinien spaść do ok. 400 A. Wyłączenie układu rozruchowego sygnalizowane jest poprzez zanik

prądu rozruchowego.

4.3.14. Sprawność (wyprowadzenia mocy mechanicznej) turbiny gazowej ηT

Sprawność turbiny gazowej ηT jest liczona jako stosunek mocy na wale napędowym Pe do

strumienia energii chemicznej paliwa.

10

100

vpald

eT

qW

P [%]

W silniku turbinowym stosowane jest paliwo lotnicze Jet A1 (nafta lotnicza).

Tabela 1

Typowe własności fizyczne paliwa Jet-A1

Temperatura zapłonu 42 °C

Temperatura samozapłonu 210 °C (410 °F)

Temperatura zamarzania -47 °C (-52.6 °F)

Gęstość w temperaturze 15 ° C (59 ° F) 0.804 kg/l

Wartość opałowa na kg 43.15 MJ/kg

Wartość opałowa na litr 34.7 MJ/l

5. Procedura uruchomienia turbiny gazowej GTD-350

5.1. Prace przygotowawcze

Przed przystąpieniem do uruchomienia turbiny gazowej GTD-350 należy wykonać szereg

czynności przygotowawczych. Pierwszym etapem jest dokonanie przeglądu stanowiska:

Sprawdzić drożność kanału wlotowego powietrza (zdjęcie osłony na koszu ssawnym

znajdującym się na zewnątrz pomieszczenia);

Skontrolować wał łączący turbinę napędową z hamulcem (pokręcić ręcznie wał, powinien

obracać się płynnie w obu kierunkach);

Przeprowadzić kontrolę akumulatorów (zmierzyć napięcie na każdym z 4 akumulatorów,

przy napięciu poniżej 12.5 V zaleca się podładowanie akumulatorów);

Otworzyć zasuwę kanału spalinowego;

Sprawdzić poziom paliwa w zbiorniku – wymiary zbiornika 75x75x75 cm, grubość ścianek

5 mm (1 mm odpowiada 0,555 l paliwa). Przed uruchomieniem turbiny w zbiorniku

powinny znajdować się co najmniej 32 litry (58mm) paliwa;

Sprawdzić poziom oleju w zbiorniku – wymiary zbiornika 25x25x50,5 cm, grubość

ścianek 5 mm (1 mm odpowiada 0,06 l oleju). Przed uruchomieniem turbiny

w zbiorniku powinno znajdować się co najmniej 8 litrów (127mm) oleju, jednak

zaleca się zalanie zbiornika 12,5 litra (199mm) oleju.;

Zapewnić odpowiedni poziom wentylacji – uruchomić wentylator wyciągowy i podmuchu

spalin w kominie.

Przed wykonaniem kolejnych czynności należy włączyć szafę sterowniczą pokrętłem

znajdującym się z lewej strony szafy. Na panelu operatorskim przejść do poszczególnych

obwodów instalacji. Następnie należy przygotować hamulec elektrowirowy do pracy. W celu

zapewnienia prawidłowych warunków pracy hamulca należy:

Uruchomić pompę (znajduje się w pomieszczeniu nr 22 HMC) doprowadzającą wodę do

instalacji chłodzącej i otworzyć zawór wody obiegu zamkniętego (woda pobierana jest ze

zbiornika znajdującego się przy HMC) lub tylko otworzyć zawór wody sieciowej;

Sprawdzić poziom wody w zbiorniku hamulca (woda w zbiorniku hamulca powinna

znajdować się na wysokości około 10 cm niższej niż górna krawędź zbiornika).

Uruchomić pompę obiegu wodnego hamulca (obwód K5) oraz sprawdzić czy pracuje

prawidłowo (temperatury wody ok. 17°C, strumień wody ok. 5 m3/h);

Następnie należy przygotować pompę podającą paliwo do turbiny. Przed uruchomieniem

pompy paliwa należy wykonać następujące czynności:

11

Wyczyścić zbiorniki pod pompą paliwa;

Odkręcić nakrętkę znajdującą się na zbiorniku (odkręcenie nakrętki zapewni prawidłowe

odpowietrzenie zbiornika);

Sprawdzić czy zawór odcinający na pompie jest zamknięty;

Włączyć gniazdo zasilające pompę paliwową (obwód K7) na panelu operatorskim szafy

sterowniczej, a następnie włączyć gniazdo znajdujące się przy pompie;

Odczytać ciśnienie na manometrze przy pompie, jeżeli odczytane ciśnienie jest

w okolicach 1,5 bara można otworzyć zawór odcinający. Ustawienie ciśnienia realizuje się

za pomocą zawora regulacyjnego znajdującego się przed manometrem.

Odpowietrzyć przewody paliwa i pompę nurnikową za pomocą urządzenia

odpowietrzającego znajdującego się na pompie nurnikowej, zapewniając płynne

dostarczanie paliwa do turbiny. Na wylocie z urządzenia powinno uzyskać się ciągły

strumień paliwa (przy prawidłowym wyłączeniu instalacji nie ma potrzeby

odpowietrzania);

Zaleca się również wykonanie przeglądu przewodów paliwowych w celu sprawdzenia czy

nie występują przecieki.

Zawór odcinający dopływ paliwa do komory spalania jest sterowany za pomocą siłownika

pneumatycznego, dlatego należy podłączyć kompresor do króćca znajdującego się na stojaku przy

turbinie.

Włączyć wentylator podmuchu spalin (obwód K8) i otworzyć zasuwę wentylatora, aby

zapewnić prawidłowy wylot spalin do komina.

Uruchomić aparaturę pomiarową oraz sterowniki hamulca (włączyć Gniazdo serowania –

obwód K6).

5.2. Zimne pokręcenie

Przed wykonaniem właściwego rozruchu turbiny należy wykonać tzw. "zimne pokręcenie",

polegające na rozkręceniu wału sprężarki i wszystkich urządzeń z nim sprzęgniętych za pomocą

rozrusznika w celu: przedmuchania komory spalania, sprawdzeniu działania pompy olejowej i

sprawdzeniu układu rozruchowego. Proces zimnego pokręcenia jest sterowany poprzez skrzynkę

rozruchową, która nie włącza zasilania świecy zapłonowej oraz nie przełącza akumulatorów na

pracę szeregową (w układzie 48 V). Czas cyklu skrzynki rozruchowej podczas jednego zimnego

pokręcenia wynosi 31-35 sekund.

Zimne pokręcenie wykonywane jest przy zamkniętym zaworze odcinającym. Na tablicy

sterowniczej należy wyłącznik główny przestawić w położenie "I", a następnie ustawić

przełącznik na „zimne pokręcenie”. Przełącznik „zaworu odcinającego” powinien być ustawiony

w położeniu „wył.”. Przytrzymanie przycisku "Uruchom" przez 2 sekundy rozpoczyna proces

zimnego pokręcenia, który kończy się automatycznie.

5.3. Gorący rozruch

Przygotowanie do uruchomienia:

upewnić się czy wyłącznik główny jest załączony (w położeniu "I");

ustawić przełącznik zaworu odcinającego na „wył”;

ustawić przełącznik połączenia akumulatorów na „2 aku”;

ustawić przełącznik na „rozruch”;

upewnić się czy na sterowniku hamulca obciążenie ustawione jest na 0.

Proces uruchomienia jest inicjowany przez przytrzymanie przycisku "Uruchom" przez 2

sekundy i przestawienie przełącznika zaworu odcinającego na „zał”. W trakcie rozruchu następuje

rozkręcenie wału sprężarki, zapalanie paliwa w komorze spalania i doprowadzenie turbiny

12

gazowej do pracy biegu jałowego. Całym procesem gorącego rozruchu steruje skrzynka

rozruchowa, która kończy swoją pracę po ok. 30 sekundach.

W trakcie uruchomienia należy obserwować wartość ciśnienia oleju, która pod koniec

rozruchu powinna wynosić 147-294 kPa.

5.4. Zatrzymanie turbiny

Turbina przed zatrzymaniem powinna pracować około 2 minuty na biegu jałowym, natomiast

w warunkach zimowych czas ten powinien być wydłużony do 3 minut. Praca na biegu jałowym

ma na celu ochłodzenie turbiny.

Turbinę zatrzymuję się przez przestawienie położenia przełącznika „zaworu odcinającego” na

„wył.”.

Podczas zatrzymania turbiny należy zwrócić szczególna uwagę, czy nie występują stuki, zgrzyt

lub inne odgłosy nienaturalnej pracy turbiny. Należy również zmierzyć czas zatrzymania, który

nie powinien być krótszy niż 25 sekund. Czas zatrzymania turbiny liczy się od momentu

wyłączenia zaworu odcinającego do całkowitego zatrzymania się wirnika turbosprężarki.

Po zakończonych pomiarach należy wyłączyć wszystkie instalacje stanowiska oraz zamknąć

wszystkie zasuwy i zawory. Należy pamiętać o zamknięciu zaworu odcinającego przed

wyłączeniem pompy paliwowej.

6. Praca turbiny gazowej GTD-350

W czasie eksploatacji należy kontrolować następujące parametry pracy:

Temperaturę gazów przed turbiną sprężarki T3;

Temperaturę oleju na wyjściu z silnika Tol2;

Prędkość obrotową turbosprężarki nWS;

Prędkość obrotową turbiny napędowej nTN;

Ciśnienie oleju pol;

Zużycie oleju.

Zakresy wartości w jakich powinna pracować turbina są zależne przede wszystkim od

obciążenia i są podane w dokumentacji technicznej silnika GTD-350. Po wyłączeniu turbiny

(odcięciu dopływu paliwa) należy kontrolować czas po jakim nastąpi zatrzymanie sie sprężarki

(tzw. wybieg). Czas ten nie powinien być krótszy niż 25 s. Zbyt krótki czas informuje o

nieodpowiednim smarowaniu i możliwości zatarcia sprężarki.

7. Przebieg pomiarów

7.1. Czynności do wykonania

Uruchomić turbinę zgodnie z procedurą rozruchu. Turbina powinna pracować bez obciążenia

przez ok. 2 min aż do uzyskania temperatury oleju powyżej 30°C.

Na sterowniku hamulca zwiększyć ilość paliwa podawanego na turbinę aż do zamknięcia

zaworu upustu powietrza (wyraźne zmniejszenie hałasu generowanego przez turbinę). Po

ustabilizowaniu się parametrów pracy turbiny należy odczytać wartości wielkości mierzonych.

Zwiększyć ilość paliwa podawanego na turbinę ustalając nowy punkt pracy i ponownie

odczytać wartości wielkości mierzonych. Pomiary wykonać dla co najmniej 5 punktów pracy

(odpowiadających różnym obciążeniom turbiny napędowej).

7.2. Charakterystyki turbiny

Zmierzone parametry turbiny gazowej w czasie ustalonej pracy pod obciążeniem pozwolą na

stworzenie charakterystyk:

13

sprężarki WSzmzSSS nqf ,,

turbiny sprężarki WSzmzTSTSTS nqf ,,

turbiny napędowej TNzmzTNTNTN nqf ,,

zespołu turbiny gazowej 3,, TnfP STNzz , Szt Pf ,

gdzie:

dd

zTp

PP

moc zredukowana

d

dm

mzp

Tqq

zredukowany strumień masy

d

zT

nn

zredukowane obroty

Td temperatura powietrza na wlocie do sprężarki [K]

pd ciśnienie powietrza na wlocie do sprężarki [Pa]

7.3. Opracowanie wyników pomiarów

Na podstawie wyników pomiarów wykonać obliczenia parametrów charakteryzujących pracę

turbiny gazowej w każdym punkcie pracy oraz wykreślić charakterystyki; 3,, TnfP STNzz

;

Szt Pf ,. Na charakterystykach sprawności zaznaczyć punkt najwyższej sprawności.

8. Sprawozdanie

Sprawozdanie powinno zawierać (Sprawozdanie ma zostać wydrukowane dwustronnie lub

może zostać wykonane ręcznie):

1. Stronę tytułową a na niej,

a) nazwę przedmiotu,

b) nazwę ćwiczenia-TYTUŁ (symbol w nawiasie),

c) numer sekcji,

d) nazwiska i imiona osób wykonujących sprawozdanie,

e) datę wykonania ćwiczenia.

2. Wstęp teoretyczny zawierający informację o praktycznym zastosowaniu zagadnienia.

3. Użyte w trakcie laboratorium przyrządy i urządzenia wraz z danymi znamionowymi.

4. Schemat układu pomiarowego (Schematy mają zostać wykonane własnoręcznie).

5. Tabele wyników pomiarowych.

6. Wzory do obliczeń wraz z przykładowymi obliczeniami.

7. Wyniki obliczeń w formie tabel lub wykresów.

8. Uwagi oraz wnioski (Uwagi mają dotyczyć przebiegu ćwiczenia laboratoryjnego, wnioski

należy wyciągnąć na podstawie otrzymanych wyników).

WYKAZ LITERATURY

1. Instrukcja eksploatacji i obsługi technicznej – silnik GTD-350. Dokument nr 16.0.373 Wyd.2

1975, Wytwórnia Sprzętu Komunikacyjnego „PZL Rzeszów”.

2. Opis techniczny silnika GTD-350 dla śmigłowca Mi-2. Dokument nr 16.0.381 Wyd.3 Maj

1978, Wytwórnia Sprzętu Komunikacyjnego „PZL Rzeszów”.

14

9. Karta pomiarowa

Tab.1. Wielkości mierzone.

Karta pomiarowa - Turbina GTD-350 Data

Zimne pokręcenie

Wybieg s Rozruch gorący

Wybieg s Temperatura otoczenia °C

Rozruch rzekomy

Wybieg s

Czas

Moment obrotowy zmierzony

na hamulcu

Prędkość obrotowa obrotomie

rza hamulca

Prędkość obrotowa obrotomie

rza sprężarki

Maksym. temp.

spalin za komorą spalania

Temperatura spalin

na wylocie z turbiny

Zużycie paliwa

Ciśnienie oleju w silniku

Temperatura oleju

na wyjściu z

silnika

Strumień powietrza

Ciśnienie za

sprężarką

Poziom oleju w

zbiorniku

Poziom paliwa w zbiorniku

Stan licznika zużycia paliwa

Napięcie akumulato

rów

M n nobr T3 T4 qvpal pol tol2 p1 p2

Nm obr/min % °C °C l/h bar °C mm H2O kG/cm2 mm mm l V