Termomechaniczne zniszczenie drugiego stopnia w małej turbinie gazowej zasilanej biogazem

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 70 K 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.

---

The impulse mode of operation and the supply of various types of fuels cause frequent failures even in the small gas turbines. The paper presents the ravages of second rotor stage failure in a gas turbine. The excessive thermal elongation rise caused by fuel change was indicated as the main cause. We applied nonlinear numerical analysis, preceded by thermodynamic calculations of the turbine and visual inspection of the effects of failure. Simulations were performed on undamaged blade geometry under load resulting from combustion: nominal fuel and the changed fuel. Thermodynamic calculations demonstrated a 70 K increase in temperature using the changed fuel. The blade tip displacements demonstrated the possibility of abrasion. The amount of elongation of the blade with increasing pressure or rotation speed does not pose as much danger as the elongations caused by the increase in temperature. To maintain long-term and safe operation of a gas turbine, it is necessary to strictly observe the manufacturer’s guidelines regarding fuel composition. If during the operation of a gas turbine it is likely that it can be powered by various types of fuels, then the structure should have adequate effort reserves and working tolerances.