На сегодняшний день газотурбинные установки широко применяются в различных отраслях промышленности, таких как авиация, энергетика, нефтегазовая промышленность и морской транспорт. НПО «Вакууммаш» является ведущим разработчиком и поставщиком датчиков температуры для газоперекачивающих агрегатов и судовых установок мощностью от 10 до 32 МВт.
Продукция предприятия представлена как в «советском» исполнении, так и для современных высокотехнологичных двигателей последнего поколения.
Из истории — изделия компании участвовали в масштабных проектах «ГТЭ-170», на силовых установках для перекачки газа, а также были установлены на другие ключевые промышленные объекты страны.
Проект № 1. Энергетические машины
Более 20 лет назад перед страной встала острая необходимость полной локализации критически важных технологий, в том числе в энергетическом секторе. В этом контексте 13 мая 2019 года Указом Президента РФ № 216 была утверждена новая Доктрина энергетической безопасности, которая стала импульсом для запуска и активизации множества проектов в энергетической сфере. Среди них особое внимание было уделено развитию отечественных энергетических газотурбинных установок. Вслед за этим ряд предприятий начал работу по проектированию и адаптации газотурбинных установок различных типов — от мобильных маломощных до крупногабаритных машин большой мощности. Ярким примером таких разработок является ГТЭ-170, созданный высококвалифицированным и целеустремлённым конструкторским бюро одного из ведущих российских предприятий в сфере машиностроения. ООО НПО «Вакууммаш» внесла свой вклад в этот проект.
Проект № 2. Газоперекачивающие станции и газотурбинные двигатели морского исполнения:
Первые датчики температуры производства НПО «Вакууммаш» были установлены на силовые установки для перекачки газа более 15 лет назад, многие из этих изделий находятся в работе на газотурбинных двигателях и в настоящее время.
Давайте рассмотрим более подробно номенклатурный ассортимент компании.
Измерение температуры в газотурбинном двигателе важно для обеспечения надёжности работы и оптимизации показателей агрегата. Это необходимо, так как температура газа влияет на работу турбины, и её измерение помогает контролировать процесс и предотвращать повреждения компонентов. Измерения параметров рабочего тела проводится в сечениях тракта турбины, на входе и выходе из компрессора, на выходе из камеры сгорания, на входе и выходе из турбины.
Для измерения температуры в газотурбинном двигателе в составе газотурбинных установок применяют датчики температуры: термоэлектрические преобразователи — термопары, типов ТХА (К) и ТХК (L), ТПП (S), ТПП® и термопреобразователи сопротивления — термометры сопротивления с чувствительными элементами 100 М, 100П или Pt100.
Датчики температуры разработки и производства НПО «Вакууммаш» охватывают широчайший измерительный диапазон: от -196 до +1600 °C.
Все температурные измерения можно разделить на несколько групп:
- Датчики температуры для стендовых испытаний;
- Датчики температуры для измерения параметров на готовой газотурбинной установке;
- Датчики температуры для измерения параметром дополнительных узлов.
Остановимся на этих группах.
1. Датчики температуры для стендовых испытаний:
Согласно стандарту приемочных испытаний газотурбинных установок, температурные измерения занимают значительную часть процесса. В число контролируемых параметров входят: температура охладителя, температура газов на входе в турбину, температура воздуха из линии отбора компрессора, температура топлива, поступающего в камеру сгорания, средняя температура выхлопных газов, температура на выходе из турбины, температура окружающего воздуха и другие важные параметры. Вся номенклатура необходимых датчиков температуры у НПО «Вакууммаш» разработана. Так, для измерения температуры обечайки камеры сгорания при препарировании газовой турбины изготавливается специальная модель ТХА-К.001 (см. рис. 1).
Для измерения температуры поверхности корпусов или трубопроводов газотурбинного двигателя выпускаются датчики накладного типа моделей ТПС 301, ТХА-К 301, выполненных из гибкого термопарного кабеля с различными монтажными элементами в виде хомутов или крепежных пластин, шайб и других исполнений (см. рис. 2).
Одним из важнейших параметров контроля в газотурбинных двигателях является измерение температуры рабочих лопаток. Это необходимо для диагностики их технического состояния на этапах производства, испытаний и эксплуатации. Точный контроль температуры позволяет выявлять дефекты, например, забитые внутренние каналы охлаждения, из-за которых лопатки могут перегреться и расплавиться. Для этих целей разработана специализированная модель датчика температуры, обеспечивающая надежное и точное измерение в сложных условиях эксплуатации. (см. рис. 3).
Во время стендовых испытаний для передачи и преобразования сигналов от датчиков могут использоваться измерительные преобразователи, размещаемые в специальных коммутационных шкафах или коробках. Для резистивных термопреобразователей применяются преобразователи с аналоговой обработкой сигнала 4−20 мА — модели ПИ С и ПИ С Exi. Для термоэлектрических термопреобразователей используются модели ПИ Т и ПИ Т Exi (см. рис. 4).
Также применяются преобразователи с цифровой обработкой, такие как VME-100, и измерительные преобразователи с протоколом HART — VME-105 (см. рис. 5). Дополнительно могут использоваться устройства-коммутаторы, конвертирующие сигнал 4−20 мА с протоколом HART в Modbus RTU, Profibus PA или Foundation Fieldbus.
Измерительные преобразователи модели «VME» имеют ряд преимуществ:
- предел допускаемой основной погрешности 0,05% или 0,1%;
- гальваническая изоляция;
- исполнение Exi;
- возможность применения при температуре окружающей среды от −60° до +85 °С.
2. Датчики температуры для измерения параметров на серийно выпускаемых газотурбинных установках
Измерение температуры на рабочей газотурбинной установке можно разделить на две группы:
Во-первых, это измерение низких температур, например, температуры масла, охлаждающей жидкости или наружного воздуха с помощью термометров сопротивления моделей ТПС 311, ТПС 106, ТПС 301, ТПС 302.
На рисунке 6 представлена 3D-модель готового решения датчика температуры модели ТПС 311 производства НПО «Вакууммаш» для измерения температура масла на сливе с подшипниковых опор.
Во-вторых, измерение температуры высокотемпературных газов, выходящих из камеры сгорания перед турбиной, является важным для оценки эксплуатационных характеристик оборудования. Контроль этой температуры обеспечивает энергетические и тяговые параметры двигателя и позволяет:
- оценить работу турбины, так как температура газов на выходе из турбины влияет на мощность, ресурс, КПД и другие показатели;
- защитить компоненты турбины, фиксируя превышение допустимых пороговых значений температуры, которое может привести к повреждениям при длительном воздействии;
- определить энергию выхлопных газов, используя данные о температуре и расходе для расчёта энергетического баланса газотурбинной установки. Для этих измерений широко применяются термоэлектрические преобразователи типа хромель-алюмель ТХА (К).
Для измерения температуры на выходе камеры сгорания разработан специальный датчик температуры модели ТХА-К.3052 (см. рис. 7). Точное измерение температуры помогает обеспечить надёжность охлаждения элементов турбины, так как температура по всему объёму газа влияет на охлаждение лопаток.
Модификаций таких датчиков температуры достаточно много, т.к. в зависимости от типа установки и пожеланий заказчика, возможна разработка специальных исполнений. Так на рисунках ниже показаны несколько моделей термоэлектрических преобразователей моделей ТХА-К.3051 (см. рис. 8) и аналога импортного датчика WIKA для газовой турбины фирмы Siemens модели ТХА-К.301 с защитной гильзой (см. рис. 9) для измерения температуры выхлопа из камеры сгорания перед турбиной.
На газовые турбины и газотурбинные установки во взрывоопасных зонах должны устанавливаться датчики температуры взрывозащищенного исполнения. В настоящее время НПО «Вакууммаш» изготавливает датчики температуры с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь Exi» с маркировкой взрывозащиты 0Ех iа IIС Т6… Т4 Ga Х, либо «взрывонепроницаемая оболочка Exd» с маркировкой взрывозащиты 1Ех db IIС Т6… Т4 Gb Х.
На рисунке 10 представлен термоэлектрический преобразователь взрывозащищенного исполнения с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка Exd» модели ТХА-К.204 Exd для измерения температуры выхлопа из камеры сгорания перед турбиной.
3. Датчики температуры для измерения параметров дополнительных узлов
Помимо самой газовой турбины, газотурбинная установка или газоперекачивающий агрегат представляют собой сложную техническую систему, включающую дополнительные узлы, на которых также необходимо измерять температуру. Одним из ключевых параметров является температура подшипников, которая играет важную роль в контроле и диагностике их технического состояния. Повышение температуры часто указывает на потенциальные неисправности, сопровождающиеся избыточным тепловыделением.
Для различных газотурбинных двигателей набор измеряемых параметров, отражающих тепловое состояние подшипников, может различаться. Обычно измеряют температуру масла на входе и выходе из подшипника, а в некоторых случаях — температуру наружных обойм подшипников. Надежный мониторинг этих параметров позволяет своевременно выявлять отклонения и предотвращать аварийные ситуации.
Для температуры подшипников применяются термопреобразователи сопротивления моделей ТПС 302 (см. рис. 11) с одинарным, либо двойным чувствительным элементом 100П, Pt100, ТХА-К.302, а для измерения температуры подшипников паротурбинных приводов центробежных компрессоров — специальные миниатюрные датчики ТПС 301 (см. рис. 12).
В газотурбинных установках могут использоваться системы охлаждения с охлаждающей жидкостью для охлаждения элементов установки, которые не подвергаются экстремальным температурам, но требуют стабильного отвода тепла. К таким элементам относятся, например, корпусные детали, подшипники, втулки, уплотнения и системы управления. Для охлаждения используются специальная охлаждающая жидкость. С целью измерения ее температуры применяются термопреобразователи сопротивления модели ТПС 106 (см. рис. 13) с одинарным, либо двойным чувствительным элементом 100П, Pt100, 100 М.
Учитывая потребность в измерении температуры в газотурбинных установках во всех отраслях промышленности, компания НПО «Вакууммаш» разрабатывает датчики температуры для газотурбинных установок, опираясь на 30-летний опыт производства и проектирования специальных решений для измерения температуры. Возросшие пожелания к надежности и безопасности открывают возможность дальнейшего развития и проведения необходимых организационных и технических мероприятий (в том числе испытательных работ) с целью совершенствования выпускаемых изделий, увеличения ресурса их работы и гарантийного срока эксплуатации.
Для заказа и подбора оборудования, заполните форму по ссылке.