Газотурбинные установки

Повышение мощности и КПД ГТУ применением газодинамического метода

Газотурбинные установки (ГТУ) компрессорных станций, отработавшие большой срок, имеют коробление корпуса турбины и осевого компрессора (ОК). В этом случае мощность газотурбинных установок (ГТУ) может быть увеличена за счет восстановления оптимальных радиальных зазоров газодинамическим напылением металлокерамических покрытий на статорную часть ОК.

При эксплуатации газотурбинных установок на КС магистральных трубопроводов, их техническое состояние со временем ухудшается, что приводит к падению мощности и КПД ГТУ. И, следовательно, к пережогу топливного газа. Существует целый ряд причин такого ухудшения:

· Увеличение радиальных зазоров в проточной части ОК, происходящее в частности из-за коробления корпуса и стирания металла статора рабочими лопатками;

· Увеличение средних радиальных зазоров в уплотнении  высокого давления компрессора (воздушной обойме) газотурбинной установки, связанное преимущественно также с изменением ее формы и стирания металла «усами»;

· Негерметичность разъемов внутреннего и внешнего корпуса турбины, вызванная короблением корпуса;

Как показал опыт, ухудшение расходно-напорных характеристик компрессоров, увеличение утечек сжатого компрессором воздуха и рабочего тела, обусловленные указанными причинами, могут приводить в значительной мере к снижению наиболее важных характеристик газотурбинной установки: мощности - на 10-20%, КПД – на 5-10% (относительных).

Дефекты оборудования, обусловленные изменением первоначальных геометрических размеров металлических деталей или узлов можно устранить напылением металлических покрытий, восстанавливающих первоначальные объемы. Применим данный метод и к газотурбинным установкам.

При газодинамическом способе напыления покрытий мелкие частицы металла и керамики ускоряются сверхзвуковым потоком до скорости несколько сот метров в секунду, и, находясь при этом в твердом состоянии, сталкиваются с подложкой, в процессе соударения кинетическая энергия преобразуется в энергию связи (механическая, межмолекулярная) ее с подложкой. Получаемые таким образом покрытия отличаются высокой прочностью сцепления с основой и по своей структуре представляют собой практически однородный металлический слой, структурированный частицами керамики.

При проведении работ на ГТУ использовали комплекс газодинамического напылительного оборудования ДИМЕТ, разработанный Обнинским центром порошкового напыления.

Первым этапом работы было проведено испытание стойкости покрытий в эксплуатационных условиях. Покрытие на основе алюминия было нанесено на крышку статора осевого компрессора ГТУ типа ГТК-10-4 на КС №15 Нюксеницкого ЛПУ (Севергазпром). Покрытие шириной в основании около 15мм и высотой 0,3-0,8мм наносилось над рабочими лопатками 10-ой ступени. После нанесения покрытия агрегат был запущен в работу и,  отработав 2328 часа был остановлен. После вскрытия агрегата газотурбинной установки, был произведен тщательный осмотр состояния покрытия, который показал что оно полностью сохранилось на всем участке напыления без каких-либо изменений размеров и формы, трещин, коробления или отслоений. На одном из участков покрытия на площади около 1см2 наблюдался след задевания рабочей лопатки за покрытие. При этом верхняя часть покрытия в месте задевания была стерта (но не была содрана!), а нижняя часть покрытия  – осталась полностью целостной. Это свидетельствует о том, что случайные задевания рабочих лопаток за покрытие не приводят ни к каким отрицательным последствиям. Более того, легкое срезание лопатками покрытия открывает возможность саморегулирования радиального зазора ОК газотурбинной установки и его автоматической минимизации после ремонта непосредственно в процессе работы компрессора.

Таким образом, предварительные работы показали, что покрытия формируемые газодинамическим способом, обладают устойчивостью к условиям работы в газотурбинных установках. Это позволило приступить к следующему этапу работы – экспериментальным ремонтным работам ГТУ с контролем их эффективности.