Turbina gazowa - IMiUE

POLITECHNIKA ŚLĄSKA
WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZĄDZEŃ ENERGETYCZNYCH
Turbina gazowa
Laboratorium Pomiarów Maszyn Energetycznych
(PM-4)
(PM-5)
Opracował:
Sprawdził:
Zatwierdził:
dr inż. Daniel Węcel
dr inż. Sebastian Lepszy
prof. dr hab. inż. Janusz Kotowicz
www.imiue.polsl.pl/~wwwzmiape
1
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).
Paliwo
Energia
elektryczna
Komora
spalania
2
Generator
Sprężarka
3
Turbina
4
1
Powietrze
Spaliny
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
2
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,
3
 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,
4






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,
5











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.
Komin
Zbiorniki
z paliwem
Sterowanie
dopływem
paliwa
Spaliny
Powietrze
Układ
rozruchowy
GTD 350
Układ
sterowania
obciążeniem
Hamulec
elektrowirowy
Woda
chłodząca
Zbiornik
oleju
System
pomiarowy
Chłodnica
oleju
Woda
chłodząca
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:
6
qv1  
d 2 2  p1
[m3/s]

4

gdzie:
d - średnica dyszy wlotowej (d = 135 mm),
ρ - gęstość powietrza.
Gęstość powietrza obliczana jest ze wzoru:
 p    p p  Tn [kg/m3]
  n 1
pn  T1
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:
p1  po  h1   H 2O [Pa]
gdzie:
po [Pa] – ciśnienie otoczenia,
h1 [m H2O] – różnica poziomów w U-rurce,
 H 2O [N/m3] – 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:

p2
p1
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.
Pe  M   [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.
M  F  r [Nm]
7
Prędkość obrotowa n [obr/min] wału napędowego jest mierzona na hamulcu za pomocą
przetwornika indukcyjnościowego. Prędkość kątowa obliczane jest z zależności:

2
n [rad/s]
60
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.
nWS  17.98  nobr [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.
nTN  4.064  n [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.
8
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 owalnokołowego (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.
9
T 
Pe
100 [%]
Wd  qvpal
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:
10
 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
11
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:
12
sprężarki
 S , S  f S qmz , nWSz 
turbiny sprężarki
 TS ,TS  f TS qmz , nWSz 
turbiny napędowej
 TN ,TN  f TN qmz , nTNz 
zespołu turbiny gazowej
Pz  f nTNz ,  S , T3  , t  f Pz ,  S 
gdzie:
Pz 
P
p d Td
q mz 
q m Td
nz 
n
pd
Td
moc zredukowana
zredukowany strumień masy
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; Pz  f nTNz ,  S , T3 ;
t  f Pz ,  S  . 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”.
13
9. Karta pomiarowa
Tab.1. Wielkości mierzone.
Karta pomiarowa - Turbina GTD-350
Zimne pokręcenie
Wybieg
Rozruch gorący
Wybieg
Rozruch rzekomy
Wybieg
Czas
Moment Prędkość Prędkość
obrotowy obrotowa obrotowa
zmierzony obrotomie obrotomie
na
rza
rza
hamulcu
hamulca sprężarki
Data
s
s
s
°C
Temperatura otoczenia
Maksym.
temp.
spalin za
komorą
spalania
Temperat
ura spalin
na
wylocie z
turbiny
Zużycie
paliwa
Ciśnienie
oleju w
silniku
Temperat
ura oleju
na
wyjściu z
silnika
Strumień
powietrza
Ciśnienie
za
sprężarką
M
n
nobr
T3
T4
qvpal
pol
tol2
p1
p2
Nm
obr/min
%
°C
°C
l/h
bar
°C
mm H2O
kG/cm2
14
Poziom
oleju w
zbiorniku
Poziom
paliwa w
zbiorniku
Stan
licznika
zużycia
paliwa
Napięcie
akumulato
rów
mm
mm
l
V