The gas turbine - Politechnika Śląska PL_ENG.pdf · 2019-01-17 · The gas turbine // Turbina gazowa 5 generator. The more divided the power plant system, the more staging there

The gas turbine // Turbina gazowa

1

Division of Metrology and Power Processes Automation

Faculty of Energy and Environmental Engineering

Institute of Power Engineering and Turbomachinery

Wydział Inżynierii Środowiska I Energetyki

Instytut Maszyn I Urządzeń Energetycznych

The gas turbine

Turbina gazowa

Laboratory of Power Turbomachinery Measurements

Laboratorium Pomiarów Maszyn Energetycznych

(PM-4, PM-5)

Prepared // Opracował: dr inż. Daniel Węcel

Checked // Sprawdził: dr inż. Sebastian Lepszy

Approved // Zatwierdził: prof. dr hab. inż. Janusz Kotowicz

www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape

http://www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape


2

1. AIM OF THE EXERCISE // CEL ĆWICZENIA

The aim of the classes is to familiarize students with the structure, basic parameters and the

testing methodology of turbine combustion engines (gas turbines). The testing will make it

possible to determine the turbine operating characteristics at different parameters of the device

operation.

// 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. INTRODUCTION// WSTĘP

2.1. Description of gas and micro gas turbines // Charakterystyka turbin

oraz mikroturbin gazowych

Gas turbines (turbine combustion engines) are rotating thermal internal combustion engines.

They can be fired with gas or liquid fuels (dual-fuel operation is also possible) (Fig. 1).

// 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).

Fig. 1 Simple diagram of a gas turbine system.

//Rys.1 Prosty schemat układu turbiny gazowej

The simplest gas turbine thermal system operates as the Brayton-Joule cycle. Like the Clausius-

Rankine cycle, it consists of two isobaric and two isentropic processes (Fig. 2).


3

// 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).

Fig. 2 Example Brayton cycle in an h-s chart

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

According to the second law of thermodynamics, the cycle of a real power plant differs from

the reference cycle due to losses. As the working medium flows through the power plant

elements, pressure drops occur together with increments in entropy during the gas compression

and expansion in the compressor and in the turbine, respectively. Fig. 3 presents the real power

plant cycle in the h-s coordinates.

// 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.


4

Fig. 3 Real power plant example cycle in an h-s chart

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

In the most common open version, the gas system operation consists in taking in cold air from

the environment and pressurizing it in the compressor. The air is then heated in the combustion

chamber. The process involves direct combustion of fuel in compressed air, which produces

exhaust gases with an appropriate temperature. The heated medium then expands in the turbine.

As a result, some of its enthalpy is converted to mechanical work transferred by the turbine

shaft. The work is needed to drive both the compressor and the electric generator.

// 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.

There are various systems of the gas power plant. In the simplest form, the entire turbine and

the entire compressor are mounted on a single shaft connected to the electric generator shaft

through a coupling. For aerodynamic reasons, this is not the optimal solution. A slightly better

option is to use a single shaft to combine a part of the turbine and the entire compressor. This

turbine part drives the compressor only. The other part is used to drive the electric generator.

There are also more sophisticated solutions, e.g. the compressor LP part is driven by the turbine

IP part, the compressor HP part – by the turbine HP part, and the turbine LP part drives the

3 p3

2

1

4

p1

p2

p4


5

generator. The more divided the power plant system, the more staging there is in the machinery

rotational speed. It is therefore possible that some subassemblies of the machine will operate

with rotational speeds closer to optimal values, which has a favourable impact on the system

efficiency. This, however, involves a rise in investment costs. The best solution should be

selected based on the results of an economic analysis.

// 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.

2.2. Advantages of power engineering installations with gas turbines: //

Zalety energetycznych instalacji turbin gazowych:

reliability of operation // niezawodność działania,

high thermal flexibility = a short starting time (they can be brought to full-load operation

in several minutes) // duża elastyczność cieplna = krótki czas rozruchu (można je

doprowadzić do pełnego obciążenia w kilka minut),

long service life (of up to 200,000 hours) // znaczna żywotność (nawet do 200 tys. godz.),

light and compact structure // lekkość i zwartość budowy,

favourable ecological and economic characteristics // korzystne charakterystyki

ekologiczne i ekonomiczne,

ease of service and automation of operating processes // łatwość obsługi i automatyzacji

procesów eksploatacyjnych,

possibility of operation within different technological systems, and with different

working mediums // możliwość pracy w różnych układach technologicznych, a także z

różnym czynnikiem roboczym,

possibility of using different fuels // możliwość zasilania różnymi paliwami.

In the power sector, gas turbines usually operate within gas-steam systems whose electricity

generation efficiency exceeds 55%. They are used in combined systems generating both heat

and electricity.


6

// 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. TURBINE UNDER ANALYSIS // BADANA TURBINA

The tested device is a GTD-350 turbine engine designed to drive the Mi-2 helicopter. It is a

two-shaft engine made of an eight-stage compressor (seven axial stages, the eighth stage is a

centrifugal one) with a bleed valve between the sixth and the seventh stage and a bladeless

diffuser, a jug-like annular reverse-flow combustion chamber, a three-stage turbine (one stage

drives the compressor through the internal shaft while the next two make up the power turbine

unit). Using an external shaft, the power turbine transmits power to the engine integral reduction

gear, and then – to the output shaft. The GTD-350 engine includes the following integral

elements: a gearbox, an NR-40T fuel pump, a generator starter, the power turbine rpm limiter,

the turbine synchronizer (used if two engines operate in parallel), a system of oil pumps with

oil filters, a revolution counter, an air bleed automatic controller, a starting-fuel valve, a

working and a starting injector, an ignition plug, a set of thermocouples measuring gas

temperatures upstream the turbine first stage (turbine combined with a compressor) (cf. Fig. 4).

// 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, świeca zapłonowa, zestaw

termopar do pomiaru temperatury gazów przed pierwszym stopniem turbiny (turbina połączona

ze sprężarką) (Rys.4).


7

FUEL PUMP PNRP-2

COMPRESSOR

PO

WER

TUB

INE

CO

MP

RESSO

R

TUB

INE

POWER TURBINE RPM CONTROLLER

GEARBOX

COMBUSTION CHAMBER

IGNITER

WORKING INJECTOR

AIR PIPE

THERMOCOUPLE

EXHAUST GAS OUTLET

BLEED VALVE

POWER OUTPUT

Fig. 4 Cross-section of the GTD-350 turbine engine.

//Rys.4 Przekrój silnika turbinowego GTD-350

Basic parameters of the engine operation // Podstawowe parametry pracy silnika:

power // moc:

o maximum power // startowa: 294.2 kW for 43,200 rpm (turbocompressor //

turbosprężarka),

o nominal power // nominalna: 235.4 kW for 40,500 rpm (turbocompressor //

turbosprężarka),

turbocompressor maximum rotational speed // maksymalna. prędkość obrotowa

turbosprężarki: 45,000 rpm,

power turbine maximum rotational speed // maksymalna prędkość obrotowa turbiny

napędowej: 25,000 rpm,

output shaft maximum rotational speed // maksymalna prędkość obrotowa wału

wyjściowego: 6140 rpm,

maximum fuel consumption (aviation kerosene) // maksymalne zużycie paliwa (nafta

lotnicza): 0.415 kg/KM h (160 kg/h),

maximum permissible temperature upstream the turbine // maksymalna dopuszczalna

temperatura przed turbiną: 1243 K,

air mass flow through the compressor // natężenie przepływu powietrza przez sprężarkę:

2.4 kg/s,

compressor pressure ratio (maximum) // spręż sprężarki (max.): 6.05.

Dry engine dimensions and weight // Wymiary i ciężar suchego silnika:


8

engine length // długość silnika: 1385 mm,

engine width // szerokość silnika: 626 mm,

engine height // wysokość silnika: 760 mm,

dry engine weight // ciężar suchego silnika: 137.7+2% kg.

4. DESCRIPTION OF THE TEST STAND AND THE TESTING // OPIS

STANOWISKA I REALIZOWANE BADANIA

4.1. Aim of the testing // Cel badań

The gas turbine can be tested to achieve the following goals:

determine the power value on the shaft,

determine unit fuel consumption,

determine the system efficiency,

prepare the gas turbine characteristics,

draw up the energy balance.

// 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. Description of the test stand // Opis stanowiska badawczego

The test stand includes the following elements (cf. Fig. 5):

a GTD-350 gas turbine (with a servomechanism to control the amount of fed fuel and

a pneumatic actuator for the fuel cut-off valve),

air-feeding pipeline (with the air flow measuring system),

a duct carrying exhaust gas to the chimney (with an induced-draught fan),

a starting system (a set of four 12V batteries, a starting box and a set of starting-

control relays, a timer-distributor, measuring instruments),

a fuel system (fuel tank, pump, manometer, non-return valve, set of filters,

flowmeter),

an oil system (oil tank, oil cooler, meters),

an EMX-400/3000 eddy-current brake (with the brake cooling system); maximum

absorbed power – 400kW,

the brake load control system (brake controllers),

measuring system (cf. Fig. 6),

a control cabinet supplying the whole stand and enabling control of the drives of the

stand individual systems,

a control switchboard (the turbine on/off switches),


9

a cooling water supply system.

// 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, aparat zapłonowy, 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. 4.3. Quantities measured during the turbine steady-state operation

under load // Wielkości mierzone w trakcie ustalonej pracy turbiny pod

obciążeniem

power on the output (driving) shaft // moc na wale wyjściowym (napędowym) – Pe,

exhaust gas generator (turbine compressor) rotational speed // prędkość obrotowa

wytwornicy spalin (turbiny sprężarki) – nWS,

power turbine rotational speed // prędkość obrotowa turbiny napędowej – nTN,

exhaust gas temperature downstream the combustion chamber // temperatura spalin za

komorą spalania – T3,

exhaust gas temperature at the turbine outlet // temperatura spalin na wylocie z turbiny

– T4,

pressure ratio // spręż – εs,

air volume flow at the compressor inlet // strumień powietrza na wlocie do sprężarki –

qv1,

fuel pressure upstream the injectors (bleed control) // ciśnienie paliwa przed

wtryskiwaczem (kontrola upustu) – ppalw,

fuel pressure upstream the fuel pump // ciśnienie paliwa przed pompą paliwową – ppalr,

oil pressure in the engine // ciśnienie oleju w silniku – pol,

oil temperature at the engine inlet // temperatury oleju na wejściu do silnika – Tol1,

oil temperature at the engine outlet // temperatury oleju na wyjściu z silnika – Tol2,


10

fuel volume flow // strumień objętości paliwa – qvpal,

water temperature at the brake inlet // temperatura wody na wejściu do hamulca – Twh1,

water temperature at the brake outlet // temperatura wody na wyjściu z hamulca – Twh2,

water volume flow at the brake inlet // strumień objętości wody na wejściu do hamulca

– qvwh.

Fig. 5 Testing installation flowchart.

//Rys.5 Schemat instalacji badawczej

4.3.1. Measurement of inlet air parameters // Pomiar parametrów

powietrza wlotowego temperatury i ciśnienia

As needed (to determine the balance or characteristics), measurements should be performed of

the air temperature, pressure and humidity upstream the GTD-350 engine compressor inlet.

Temperature t1 can be measured using metal resistance thermometers (e.g. Pt100), pressure p1

should be measured on the inlet pipeline wall using two-arm (U-tube) manometers or pressure

transducers; humidity is to be measured in the inlet channel using a capacitance hygrometer..

// 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. 4.3.2. Measurement of the air volume flow // Pomiar strumienia

powietrza – qv1,

Fuel supply control //

Sterowanie

dopływem paliwa

Load control system

// Układ sterowania

obciążeniem

Measuring system //

System pomiarowy

GTD-350

Fuel tank //

Zbiornik z paliwem

Starting system //

Układ rozruchowy

Chimney //

Komin

Cooling water //

Woda chłodząca

Exhaust gases

// Spaliny

Air // Powietrze

Cooling water

// Woda

chłodząca

Oil tank //

Zbiornik oleju

Oil cooler //

Chłodnica oleju

Eddy-current brake //

Hamulec

elektrowirowy


11

The air volume flow qv1 is measured at the compressor inlet, where the inlet (lemniscate) nozzle

is located. On the nozzle perimeter there are impulse holes receiving static pressure Δp1, which

is averaged in a cumulative ring and measured using a two-arm (U-tube) liquid manometer. The

air volume flow qv1 is calculated using the following relation

//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 i jest mierzone za pomocą

manometru dwuramiennego cieczowego (U-rurki). Strumień powietrza qv1 jest obliczany z

następującej zależności:

1

2

1

2

4

pdqv

[m3/s]

where // gdzie:

d - inlet nozzle diameter // średnica dyszy wlotowej (d = 135 mm),

ρ - air density // gęstość powietrza.

The air density is calculated from the following formula // Gęstość powietrza obliczana jest ze

wzoru:

1

1

Tp

Tpp

n

np

n

[kg/m3]

where // gdzie:

φ - air humidity // wilgotność powietrza,

T1 - air temperature // temperatura powietrza,

p1 - air absolute pressure // ciśnienie bezwzględne (absolutne) powietrza,

pp - pressure of saturated water vapour in temperature // ciśnienie nasyconej pary wodnej w

temperaturze T1.

Pressure p1 is measured using a two-arm (U-tube) liquid manometer filled with water. Absolute

suction pressure is calculated using the following formula // Ciśnienie p1 jest mierzone za

pomocą manometru dwuramiennego cieczowego (U-rurki) wypełnionego wodą. Ciśnienie

bezwzględne na ssaniu obliczamy ze wzoru:


12

𝑝1 = 𝑝𝑜 − ∆ℎ1 ∙ 𝛾𝐻2𝑂 [Pa]

where // gdzie:

po [Pa] – ambient pressure // ciśnienie otoczenia,

Δh1 [m H2O] – level difference between the U-tube arms // różnica poziomów w U-rurce,

OH2 [N/m3] – specific weight of water // ciężar właściwy wody.

If the gas turbine balance or characteristics are made, it is necessary to convert the volume flow

rate to the mass flow rate ( qm).

// W przypadku sporządzenia bilansu turbiny gazowej lub tworzenia charakterystyk konieczne

jest przeliczenie strumienia objętości na strumień masy qm.

4.3.3. Compressor pressure ratio // Spręż sprężarki

The pressure ratio is defined as the ratio between the pressure values at the compressor outlet

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

1

2

p

pS

where // gdzie:

p2 – air absolute pressure downstream the compressor // ciśnienie bezwzględne powietrza za

sprężarką,

p1 – air absolute pressure at the inlet // ciśnienie bezwzględne powietrza na wlocie.

4.3.4. Power on the output (driving) shaft // Moc na wale napędowym

The (effective) power on the driving shaft Pe is the mechanical power transmitted to the EMX

201/400 eddy-current brake. Depending on the braking force, a different load of the turbine and

a different power value on the driving shaft are obtained. The power is determined by measuring

torque and angular speed on the brake.

// 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]


13

The brake housing is supported on bearings (brake cradle) enabling rotation around the driving

shaft axis (the brake rotor). The housing is locked using a dynamometer located at the distance

of r = 567 mm from the rotor axis. The force measurement by means of a tensiometric

dynamometer makes it possible to calculate the torque on the shaft.

// 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]

The driving shaft rotational speed n [rpm] is measured on the brake using an inductive

transducer. Angular speed is calculated from the following relation:

// 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. Exhaust gas temperature downstream the combustion chamber

// Temperatura spalin za komorą spalania – T3

Temperature T3 of exhaust gases downstream the combustion chamber is measured using 8

thermoelectric thermometers with a bare junction (type K thermocouples) connected in parallel,

which makes it possible to obtain the mean temperature value before the turbine first stage.

// 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. Exhaust gas temperature at the turbine outlet // Temperatura

spalin na wylocie z turbiny – T4

Temperature T4 of exhaust gases at the turbine outlet is measured using a thermoelectric

thermometer (type K thermocouple) located in one of the gas turbine outlet nozzles.

// 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. Exhaust gas generator (compressor turbine) rotational speed //

Prędkość obrotowa wytwornicy spalin (turbiny sprężarki) – nWS


14

The turbine compressor rotational speed nWS is measured using the compressor revolution

counter (nobr), which is mounted on the gearbox. Using a set of gears, the revolution counter is

connected by means of the internal shaft driving the compressor. The transmission ratio

between the compressor shaft and the revolution counter is 17.98.

// 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 [rpm // obr/min]

The revolution counter scale is in percentages of the maximum rotational speed, which on the

revolution counter shaft totals 2503 rpm.

// Miernik obrotomierza jest wyskalowany w procentach maksymalnej prędkości obrotowej,

która na wale obrotomierza wynosi 2503 obr/min.

4.3.8. Power turbine rotational speed // Prędkość obrotowa turbiny

napędowej – nTN,

The power turbine rotational speed nTN is measured using the brake rpm counter (n). The rpm

counter measures rotational speed of the driving shaft, which is connected to the power turbine

external shaft by means of a gear transmission. The transmission ratio between the power

turbine shaft and the brake revolution counter is 4.064.

// 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 [rpm // obr/min]

4.3.9. Fuel pressure upstream the fuel pump // Ciśnienie paliwa przed

pompą paliwową – ppalr

The fuel pressure upstream the NR-40T fuel pump is measured using a manometer located

downstream the pump supplying fuel from the fuel tank to the fuel installation. The fuel

pressure value at the engine inlet should be included in the range of 39.2÷117.7 kPa.

// 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.


15

4.3.10. Oil system parameters // Parametry układu olejowego

The gas turbine bearings and gears are lubricated with AeroShell Turbine Oil 500. The oil main

parameters measured during the turbine operation are: oil pressure in the engine: pol and oil

temperatures at the engine inlet and outlet: Tol1 and Tol2, respectively. The pressure is measured

using a 0÷10 bar pressure transducer, whereas the temperatures are measured using metal

resistance thermometers. The oil pressure required value should be included in the range of

2÷3 bar, and the outlet temperature should not be higher than 140°C.

// 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 zakresie 0÷10 bar, a temperatury termometrami rezystancyjnymi

metalowymi. Wymagane ciśnienie oleju powinno zawierać się w zakresie 2÷3 bar, natomiast

temperatura na wyjściu nie powinna przekraczać 140°C.

4.3.11. Fuel volume flow // Strumień objętości paliwa – qvpal

The fuel volume flow is measured upstream the turbine fuel pump (a PNRP-3 (NR-40T) plunger

pump with a flow controller) using an oval-circular flowmeter (with rotating toothed pistons).

Momentary fuel consumption and the fuel gauge state are shown on the display.

// 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. Brake cooling water parameters // Parametry wody

chłodzącej hamulec

The eddy-current brake is cooled with water. The cooling process is controlled via

measurements of temperatures Twh1, Twh2 and the cooling water volume flow qvwh. If the water

temperature Twh2 rises above 40°C and the volume flow qvwh drops below the assumed value,

the load set by the brake controller is turned off. The temperature is measured using metal

resistance thermometers at the brake housing outlet, and the water volume flow is measured at

the brake inlet using a flowmeter

// Hamulec elektrowirowy jest chłodzony wodą. Odpowiednie chłodzenie jest kontrolowane

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

temperatury wody Twh2 powyżej 40°C oraz spadek przepływu qvwh poniżej założonej wartości


16

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.

Fig. 6 Diagram of the measuring points distribution.

//Rys.6 Schemat rozmieszczenia punktów pomiarowych

4.3.13. Starting current intensity and voltage // Natężenie prądu i

napięcie w trakcie rozruchu – Ir, Ur

It is recommended that the starting current voltage and intensity should be controlled. Too big

drops in voltage (below 16 V) on the starting system terminals indicate that the batteries are

low and should be charged. The starting current intensity at the beginning of the process should

not exceed 800 A; after the fuel is ignited and the turbine shafts are cranked, the value should

drop to ~400 A. The starting system switching off is signalled by the starting current decay.

// W trakcie rozruchu wskazane jest kontrolowanie napięcia i natężenia 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.


17

4.3.14. Gas turbine efficiency (efficiency of the mechanical power

output)// Sprawność (wyprowadzenia mocy mechanicznej) turbiny

gazowej ηT

The gas turbine efficiency ηT is calculated as the ratio between the driving shaft power Pe and

the flux of the fuel chemical energy.

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

strumienia energii chemicznej paliwa.

100

vpald

eT

qW

P [%]

The turbine engine fuel is Jet A1 (aviation kerosene).

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

Table 1

Typical physical properties of Jet A1 fuel // Typowe własności fizyczne paliwa Jet-A1

Ignition temperature // Temperatura zapłonu 42 °C

Autoignition temperature // Temperatura samozapłonu 210 °C (410 °F)

Freezing point // Temperatura zamarzania -47 °C (-52.6 °F)

Density in the temperature of 15°C (59°F) //

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

Calorific value LHV (per kg) // Wartość opałowa na kg 43.15 MJ/kg

Calorific value LHV (per liter) // Wartość opałowa na litr 34.7 MJ/l

4.3.15. Exhaust loss // Strata wylotowa Q4

Because the exhaust gas temperature at the gas turbine outlet (T4) is relatively high, the exhaust

loss (Q4) is also high. It was assumed that the exhaust gas parameters correspond to the air

parameters.

// Temperatura spalin na wylocie z turbiny gazowej T4 jest stosunkowo wysoka, stąd wynika

duże strata wylotowa Q4. Założono, że parametry spalin odpowiadają parametrom powietrza.

𝑄4 = 𝑞𝑣1 ∙ 𝜌4 ∙ (𝑇4 − 𝑇1) ∙ 𝑐𝑝4

where // gdzie:

cp4 – air specific heat capacity in temperature T4 // ciepło właściwe powietrza w temperaturze

T4

ρ4 - air density in temperature T4 // gęstość powietrza w temperaturze T4 .


18

Table 2

Physical properties of dry air at a pressure 0.1013 MPa//

Właściwości fizyczne suchego powietrza przy ciśnieniu 0,1013 MPa

Temperature // Temperatura

Density // Gęstość

Specific heat capacity //

Ciepło właściwe

°C kg/m3 J/(kg·K)

300 0.615 1047

350 0.566 1059

400 0.524 1068

500 0.456 1093

600 0.404 1114

5. GTD-350 GAS TURBINE STARTING PROCEDURE // PROCEDURA

URUCHOMIENIA TURBINY GAZOWEJ GTD-350

5.1. Preparatory works // Prace przygotowawcze

Starting the GTD-350 gas turbine requires a series of preparatory activities. The first stage is

the stand inspection:

check that the air inlet channel is unobstructed (remove the strainer cover (the strainer

is outside the room));

check the shaft connecting the power turbine to the brake (rotate the shaft by hand – it

should turn smoothly in both directions);

check the batteries (measure the voltage on each of the 4 batteries; if the voltage is below

12.5V, the battery needs charging);

open the exhaust gas channel gate valve;

check the fuel level in the tank – the tank dimensions are 75x75x75 cm, the wall

thickness is 5 mm (1 mm corresponds to 0.555 l of fuel); the turbine must not be

started if the fuel tank contains less than 32 litres (58 mm) of fuel;

check the oil level in the tank – the tank dimensions are 25x25x50.5 cm, the wall

thickness is 5 mm (1 mm corresponds to 0.06 l of oil); the turbine must not be started

if the oil tank contains less than 8 litres (127 mm) of oil. However, the

recommended minimum amount of oil is 12.5 litres (199 mm);

ensure appropriate ventilation – activate the induced-draught fan in the chimney.

.


19

// 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.

Before the next series of activities, switch on the control cabinet using the knob on the cabinet

left side. Go to individual circuits of the installation on the operator's panel. Next, prepare the

eddy-current brake for operation The following has to be done to ensure correct conditions of

the brake operation:

activate the pump in Room 22 (Hala Maszyn Cieplnych) feeding water to the cooling

installation and open the closed-cycle water valve (water is taken from a container next

to Room 22), or just open the mains water stop-cock;

check the water level in the brake reservoir (the water level in the brake reservoir should

be about 10 cm below the reservoir top edge);

activate the brake water-cycle pump (circuit K5) and check whether it operates correctly

(water temperature of about 17°C, water volume flow of about 5 m3/h).

.

// Przed wykonaniem kolejnych czynności należy włączyć szafę sterowniczą pokrętłem

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


20

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);

Next, prepare the turbine fuel pump. Before the fuel pump is activated, the following has to be

done:

clean the tanks under the fuel pump;

twist off the tank cap (this will ensure air removal from the tank);

check whether the pump cut-off valve is closed;

turn on the fuel pump supply socket (circuit K7) on the control cabinet operator's panel

and then turn on the socket at the pump;

read the pressure indicated by the manometer at the pump – if the reading is within the

limits of 1.5 bar, the cut-off valve may be opened; pressure is set using the control valve

located under the manometer;

remove air from the fuel pipes and from the plunger pump using a deaeration device on

the plunger pump – this will ensure undisturbed supply of fuel to the turbine; a

continuous stream of fuel should be obtained at the device outlet (if the installation is

switched off properly, deaeration is unnecessary);

it is also recommended that the fuel pipes should be inspected for leaks.

.

// Następnie należy przygotować pompę podającą paliwo do turbiny. Przed uruchomieniem

pompy paliwa należy wykonać następujące czynności:

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;


21

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 zaworu 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.

The valve cutting off the fuel supply to the combustion chamber is controlled using a pneumatic

actuator. For this reason, the compressor has to be connected to the connector pipe on the stand

at the turbine.

Activate the exhaust gas ID-fan (circuit K8) and open the fan gate to ensure a correct outflow

of exhaust gases to the chimney.

Activate the measuring apparatus and the brake controllers (turn on the control socket – circuit

K6).

// 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. Cold starting // Zimne pokręcenie

Before the turbine proper starting, the so-called cold starting has to be carried out. This consists

in using the starter to rotate the compressor shaft and all the devices coupled thereto to blow

out the combustion chamber and check the starting system and the oil pump operation. The cold

starting process is controlled through the starting box, which does not supply power to the

ignition plug and does not switch the batteries to in-series operation (in the 48V configuration).

The starting box cycle during a single instance of cold starting lasts 31-35 seconds.

// 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


22

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.

Cold starting is performed at a closed cut-off valve. The master switch on the control

switchboard should be put in position “I”, then the switch should be set to “ZIMNE

POKRĘCENIE”. The cut-off valve switch should be set to “WYŁ”. By pressing the

“URUCHOM” button for 2 seconds, the cold starting process is initiated; the process ends

automatically.

// 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. Hot starting // Gorący rozruch

Preparation for activation:

make sure that the master switch is on (position “I”);

set the cut-off valve switch to “WYŁ”);

set the battery-connection switch to “2 AKU”;

set the switch to “ROZRUCH”;

make sure that the brake load controller is set to 0.

// 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.

The starting process is initiated by pressing the “URUCHOM” button for 2 seconds and setting

the cut-off valve switch to “ZAŁ”. The starting process involves cranking the compressor shaft,

fuel ignition in the combustion chamber and bringing the turbine to idling. The hot starting

process is controlled completely by the starting box, which stops operating after about 30

seconds.


23

During starting, the oil pressure value should observed – at the end of the process it should be

included in the range of 147-294 kPa.

// 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 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. Stopping the turbine // Zatrzymanie turbiny

Before it is stopped, the turbine should run idling for about 2 minutes, but in winter the time

should be lengthened to 3 minutes. No-load running will make it possible to cool down the

turbine.

The turbine is stopped by switching the cut-off valve to “WYŁ”.

Stopping the turbine, special care should be taken to check for any knocking, grinding or other

unnatural noises coming from the machine. The stopping time should also be measured – it

should not be shorter than 25 seconds. The turbine stopping time counts from the moment the

cut-off valve is switched off to a complete halt of the turbocompressor rotor.

// 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.

After the measurements are completed, turn off all the stand installations and close all the gates

and valves. Remember to close the cut-off valve prior to the fuel pump deactivation.

// Po zakończonych pomiarach należy wyłączyć wszystkie instalacje stanowiska oraz zamknąć

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

wyłączeniem pompy paliwowej.


24

6. GTD-350 GAS TURBINE OPERATION // PRACA TURBINY GAZOWEJ

GTD-350

Operating the turbine, the following operating parameters should be monitored:

gas temperature upstream the turbine compressor T3;

oil temperature at the engine outlet – Tol2,

turbocompressor rotational speed nWS;

power turbine rotational speed nTN,

oil pressure pol,

oil consumption.

// 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.

The ranges of values at which the turbine should operate depend first and foremost on the load.

They are specified in the GTD-350 engine technical documentation. After the turbine is turned

off (the fuel supply is cut-off), the time after which the compressor stops (the rundown time)

should be monitored. It should not be shorter than 25 seconds. Too short a rundown time points

to inappropriate lubrication and a possibility of the compressor seizing.

// 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. PERFORMANCE OF MEASUREMENTS // PRZEBIEG POMIARÓW

7.1. Activities to be done // Czynności do wykonania

Activate the turbine according to the starting procedure. The turbine should run under no load

for about 2 minutes until the oil temperature rises above 30°C.


25

On the brake controller, increase the amount of fuel fed onto the turbine until the air bleed valve

is closed (the turbine generates much less noise). After the turbine operation parameters become

stable, read all the values of the measured quantities.

Increase the amount of fuel fed onto the turbine setting a new working point, and re-read the

values of the measured quantities. The measurements should be performed for at least 5

working points (corresponding to the power turbine different loads).

// 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. Turbine characteristics // Charakterystyki turbiny

The gas turbine parameters measured during steady-state operation under loads should make it

possible to determine characteristics of the following devices:

// Zmierzone parametry turbiny gazowej w czasie ustalonej pracy pod obciążeniem powinny

pozwolić na stworzenie charakterystyk:

the compressor // sprężarki WSzmzSSS nqf ,,

the compressor turbine // turbiny sprężarki WSzmzTSTSTS nqf ,,

the power turbine // turbiny napędowej TNzmzTNTNTN nqf ,,

the gas turbine unit // zespołu turbiny gazowej 3,, TnfP STNzz , Szt Pf ,

where // gdzie:

dd

ez

Tp

PP corrected power // moc zredukowana

d

dm

mzp

Tqq corrected mass flow // zredukowany strumień masy


26

d

z

T

nn corrected number of revolutions // zredukowane obroty

293

d

d

TT

Td - air static temperature at the compressor inlet // temperatura

spoczynkowa powietrza na wlocie do sprężarki [K]

101325

d

d

pp

pd - air static pressure at the compressor inlet // ciśnienie

spoczynkowe powietrza na wlocie do sprężarki [Pa]

7.3. Development of measurement results // Opracowanie wyników

pomiarów

Based on the measurement results, calculate the parameters characterizing the gas turbine

operation in each working point and plot the following characteristics: 𝜀𝑠, 𝑞𝑚𝑧 = 𝑓(𝑛𝑊𝑆𝑧);

𝜀𝑠 = 𝑓(𝑞𝑚𝑧); 𝑃𝑧 , 𝑇3, 𝑐𝑗 = 𝑓(𝑛𝑊𝑆𝑧) (cj – specific fuel consumption in kg/(kW h)); 𝜂𝑡 = 𝑓(𝑃𝑧).

On the efficiency characteristics, mark the point with the highest efficiency value.

// Na podstawie wyników pomiarów wykonać obliczenia parametrów charakteryzujących pracę

turbiny gazowej w każdym punkcie pracy oraz wykreślić charakterystyki: 𝜀𝑠, 𝑞𝑚𝑧 = 𝑓(𝑛𝑊𝑆𝑧);

𝜀𝑠 = 𝑓(𝑞𝑚𝑧); 𝑃𝑧 , 𝑇3, 𝑐𝑗 = 𝑓(𝑛𝑊𝑆𝑧) (cj – jednostkowe zużycie paliwa w kg/(kW h)); 𝜂𝑡 = 𝑓(𝑃𝑧).

Na charakterystykach sprawności zaznaczyć punkt najwyższej sprawności.

In order to generalize the obtained results, the characteristics may be presented in corrected

relative quantities: mrefmzmz qqq ,

refzz nnn , refzz PPP (subscript ref denotes nominal

parameters).

// Dla uogólnienia otrzymanych wyników charakterystyki można przedstawić w wielkościach

względnych zredukowanych: mrefmzmz qqq ,

refzz nnn , refzz PPP (indeks ref oznacza

parametry znamionowe).

8. THE REPORT // SPRAWOZDANIE

The report (printed on both sides or written by hand) should include as follows //

Sprawozdanie (wydrukowane dwustronnie lub napisane ręcznie) powinno zawierać:

1. Title page (the course title, the title of the laboratory class (class symbol in parentheses),

the field of study, the semester, the level of studies, the section number, the surnames and

names of students drawing up the report, the date on which the class was conducted). //

Strona tytułowa (nazwa przedmiotu, tytuł ćwiczenia laboratoryjnego (symbol), kierunek


27

studiów, semester, stopień studiów, numer sekcji laboratoryjnej, nazwiska i imiona

uczestników, data wykonania ćwiczenia).

2. Short theoretical introduction about gas turbine and aim of the exercise. // Krótki wstęp

teoretyczny dotyczący turbin gazowych i cel ćwiczenia.

3. A list of the instruments and devices used during the laboratory class together with nominal

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

4. The measuring system flowchart (students shall make the flowcharts on their own). //

Schemat układu pomiarowego z zaznaczonymi punktami pomiarowymi (Schematy mają

zostać wykonane własnoręcznie).

5. Tables listing the measurement results // Tabele wyników pomiarowych.

6. Computational formulae together with example calculations // Wzory do obliczeń wraz z

przykładowymi obliczeniami.

7. The calculation results in the form of tables or charts // Wyniki obliczeń w formie tabel lub

wykresów.

8. Remarks and conclusions (the remarks shall relate to the course of the laboratory class, the

conclusions shall be drawn based on the obtained results). // Uwagi oraz wnioski (Uwagi

mają dotyczyć przebiegu ćwiczenia laboratoryjnego, wnioski należy wyciągnąć na

podstawie otrzymanych wyników).

Bibliography // Bibliografia

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”.


28

Tab.1. Measured quantities // Wielkości mierzone.

Measurement card – Gas turbine GTD 350 // Karta pomiarowa - Turbina GTD-350 Date // Data

Cold starting //

Zimne pokręcenie

Rundown time //

Wybieg: s

Ambient temperature //

Temperatura otoczenia: °C

Hot starting //

Rozruch gorący

Rundown time //

Wybieg: s

Ambient pressure // Ciśnienie

otoczenia: hPa

Simulated starting //

Rozruch rzekomy

Rundown time //

Wybieg: s

Air humidity // Wilgotność

powietrza: %RH

Time

Torque measured

on the brake

Rotational speed on the brake

rpm counter

Rotational speed on

the compresso

r rpm counter

Max. exhaust

gas temp downstrea

m the combustion

chamber

Exhaust gas temp.

at the turbine outlet

Fuel consumptio

n

Oil pressure in the engine

Oil temp. at the engine

outlet Air stream

Pressure downstrea

m the compresso

r

Oil level in the oil tank

Fuel level in the fuel

tank

Fuel consumption readout

Voltage of batteries

Czas

Moment

obrotowy

zmierzony

na

hamulcu

Prędkość

obrotowa

obrotomier

za hamulca

Prędkość

obrotowa

obrotomier

za

sprężarki

Maksym.

temp.

spalin za

komorą

spalania

Temperatu

ra spalin

na wylocie

z turbiny

Zużycie

paliwa

Ciśnienie

oleju w

silniku

Temperatu

ra oleju na

wyjściu z

silnika

Strumień

powietrza

Ciśnienie

za

sprężarką

Poziom

oleju w

zbiorniku

Poziom

paliwa w

zbiorniku

Stan

licznika

zużycia

paliwa

Napięcie

akumulator

ów

M n nobr T3 T4 qvpal pol tol2 Δh1 p2 hol hpal Vpal U

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

Documents

The gas turbine - Politechnika Śląska PL_ENG.pdf · 2019-01-17 · The gas turbine // Turbina gazowa 5 generator. The more divided the power plant system, the more staging there