Termomechaniczne zniszczenie drugiego stopnia w małej turbinie gazowej zasilanej biogazem

Abstrakt

Impulsowy tryb pracy oraz zasilanie różnego typu paliwami powodują, nawet w małych turbinach gazowych, częste awarie. W pracy pokazano skutki awarii drugiego stopnia w turbinie gazowej oraz przeanalizowano przyczyny jej powstania. Jako główną przyczynę wskazano nadmierny wzrost temperatury spowodowany zmianą paliwa. Zastosowano nieliniową analizę numeryczną, którą poprzedzono obliczeniami termodynamicznymi turbiny oraz wizualnymi oględzinami skutków awarii. Symulacje wykorzystujące metodę elementów skończonych wykonano na geometrii nieuszkodzonej łopatki przy odwzorowaniu obciążenia w trakcie zasilania paliwem rekomendowanym przez producenta oraz zmienionym. Odwzorowano numerycznie skutki przytarcia łopatki o górne uszczelnienia. Obliczenia termodynamiczne wykazały wzrost temperatury w stopniu o 70K przy zastosowaniu zmienionego paliwa. Przemieszczenia końca łopatki wykazały możliwość wystąpienia przytarcia. Wielkość wydłużenia łopatki przy zwiększeniu ciśnienia w stopniu lub wzroście prędkości obrotowej nie stanowi tak dużego zagrożenia, jak wydłużenia spowodowane zwiększeniem temperatury. Dla zachowania długotrwałej i bezpiecznej pracy małej turbiny gazowej warunkiem koniecznym jest ścisłe przestrzeganie wytycznych producenta odnośnie do składu paliwa. Jeżeli w trakcie pracy turbiny gazowej prawdopodobnym jest, że może być ona zasilana różnego typu paliwami, to konstrukcja powinna posiadać odpowiednie zapasy wytężenia oraz tolerancje pasowania.