К 55-летию Тюменского государственного нефтегазового университета (стр. 15 )

Номинальная приведенная мощность ГТУ определяется из следующего соотношения:

(4)

где — номинальные параметры; — приведенная температура после турбины низкого давления (ТНД), К; и — давление атмосферное и при нормальных условиях соответственно:

(5)

— коэффициент, учитывающий отклонение приведенной температуры от номинальной, кВт/К;

(6)

атмосферное давление, Пa; — абсолютная температура воздуха перед осевым компрессором, К; — абсолютная температура продуктов сгорания за ТНД, K;
L — коэффициенты.

Коэффициент технического состояния ГТУ по мощности определяются по следующему выражению:

(7)

где — номинальная мощность, ГТУ, кВт; — поправочный коэффициент, приводящий в соответствие выбранную методику с паспортными данными.

Коэффициент технического состояния ГТУ по КПД определяется из выражения:

(8)

Коэффициент технического состояния нагнетателя по политропическому КПД равен

(9)

Для контроля за текущим состоянием ГТУ определяем коэффициент полезного действия ГТУ:

(10)

где — низшая рабочая теплота сгорания природного газа; расход топливного газа агрегатом. Удельный расход топливного газа определяем по зависимости:

(11)

Коэффициенты загрузки ГТУ равен

(12)

где — коэффициент, учитывающий влияние температуры атмосферного воздуха; — коэффициент, учитывающий влияние противообледенительной системы;
при ; = 0,87 при .

Для оптимального функционирования системы параметрической диагностики ГПА используется принцип выдачи пользователю информации в автоматическом режиме только по преддефектным агрегатам. В основе этого принципа заложен метод выбора преддефектных агрегатов по отклонениям рассчитанных коэффициентов технического состояния от заданных предельных значений. По всем остальным агрегатам входная информация и результаты ее обработки хранятся в памяти ЭВМ, периодически осредняются и поступают пользователю по запросу.

Определяющие коэффициенты технико-экономического состояния ГПА для выдачи информации в автоматическом режиме таковы:

· коэффициент техсостояния ГТУ по мощности ;

· коэффициент техсостояния ГТУ по КПД ;

· коэффициент техсостояния нагнетателя по КПД ;

· коэффициент загрузки ГТУ .

Так же решены следующие задачи:

· автоматизированный функциональный контроль параметров на технологические допуски;

· выбор способов накопления, хранения и выборки данных памяти ЭВМ, обеспечивающих минимальные затраты памяти на внешних носителях и минимальные затраты труда на реконфигурацию системы и ее наращивание;

· разработка унифицированной формы выходного документа;

· обеспечение возможности ретроспективного анализа состояния преддефектных ГПА.

Оценка работоспособности ГПА по характеристикам дает возможность непосредственно сопоставлять действительные xарактеристики с эталонными, выявляя и учитывая их расхождение, которое можно назвать «сдвигом». По величине сдвига можно судить о техническом состоянии, а также об оставшемся ресурсе агрегата или его элементов.

В зависимости от этого можно выделить интегральные методы диагностики (когда выявляется наличие и степень ухудшения состояния агрегата в целом) и дифференциальные (когда может быть выявлен элемент, послуживший причиной изменения состояния ГПА).

Тот или иной сдвиг может быть использован для решения различных задач, в силу чего и построение характеристик целесообразно осуществлять по определенным параметрам для получения максимума возможной информации.

При эксплуатации обычно используют следующие характеристики:

для ГТУ

(13)

для ЦБН

(14)

для осевого компрессора

(15)

для турбины

(16)

для камеры сгорания

(17)

В настоящее время при интегральной оценке технического состояния по сдвигу характеристик принято использовать коэф­фициенты, предложенные ВНИИГазом.

Для оценки состояния нагнетателя используется коэффици­ент, определяемый как отношение фактического и эталонного политропического КПД:

. (18)

Оценка состояния ГТУ осуществляется соответствующими коэффициентами по мощности и по эффективному КПД:

(19)

В выражениях фактические значения рассчитывают по данным текущих замеров, а эталонные величины находят по паспортным характеристикам,— приведенный массовый расход.

Блок–схема алгоритма интегральной оценки технического состояния по сдвигу характеристик (метод ВНИИгаза) приведена на рис. 2. Данный алгоритм программно реализован в среде программирования Borland Delphi 7.

Оценка состояния элементов ГПА по приведенным характеристикам затруднена тем, что отсутствует возможность периодического снятия характеристик элементов ГПА при эксплуатации. Поэтому для этих целей целесообразно использовать дифференцированный метод оценки работоспособности элементов ГПА.

Дифференциальная оценка работоспособности элементов ГПА. Как уже отмечалось, оценку технического состояния элементов ГПА удобно проводить, сравнивая эксплуатационные характеристики их элементов с исходными, эталонными. В качестве исходной, например, для турбины, характеристики принимается соответствующая характеристика в начальный период эксплуатации агрегата после ремонта турбины. Комплекс формируется в виде и . Рабочие точки при А=const и В=const аппроксимируются линейной зависимостью. Погрешность аппроксимации не превышает 3%.

Рис. 2. Блок-схема алгоритма интегральной оценки технического состояния по сдвигу характеристик (метод ВНИИгаза)

Из теории газовых турбин известно, что линии рабочих режимов на характеристиках располагаются в относительной узкой области, что позволяет при некоторых допущениях использовать однопараметрическую зависимость .

Подобный способ представления характеристик лопаточных машин значительно упрощает задачу их построения и удобен при контроле технического состояния элементов ГПА на разных этапах эксплуатации. Для этого по исходной характеристике ОК или ЦБН или аппроксимирующей ее зависимости определяют положение режимной точки и сравнивают ее значение с фактической величиной. Расслоение характеристики свидетельствует об изменении работоспособности самого элемента.

Оценка технического состояния элемента проводится следу­ющим образом. Замеряются режимные параметры: частота вра­щения валов, соотношение давлений сжатия, температура и расход рабочего тела. Чтобы исключить влияние внешних условий, рассчитываются приведенные значения параметров, комп­лекс А и КПД.

По исходной характеристике по замеренным значениям и А находится , соответствующее исходно­му режиму. По разности и можно судить об изме­нении частоты вращения ОК или ЦБН.

По характеристикам эффективности опреде­ляется исходное значение комплекса В, соответствующее , по которому рассчитывается КПД элемента, который соответствует его исходному состоянию:

. (20)

При расхождении параметров и , и в пределах 3% можно считать, что техническое состояние элемента ГПА соответствует его нормальной работоспособности, так как это соответствует максимальной погрешности аппроксимации диагностических характеристик и точности измерения режимных параметров современными контрольно-измерительными приборами. Расхождение этих параметров на величину более 3 % свидетельствует о нарушении нормальной работоспособности элементов оборудования и требует назначения профилактических мероприятий для ее восстановления. Блок-схема алгоритма дифференциальной оценки работоспособности элементов ГПА приведена на рис. 3.

Данный алгоритм программно реализован в среде программирования Borland Delphi 7.

Рис. 3. Блок-схема алгоритма дифференциальной оценки

работоспособности элементов ГПА

Разница между и характеризует происшедшее изменение КПД.

Рассмотрим и проанализируем графические зависимости, отражающие эффективность работы ГПА и его основных элементов.

Изменение кривых на рисунке 4 показывает на наличие зависимости эффективной мощности различных типов ГТУ от давления воздуха за осевым компрессором. Показано, что при возрастании эффективной мощности давление воздуха за ОК также возрастает.

Отметим, что установка ГТ-700-5, при наименьшей эффективной мощности в 3500 кВт, имеет наименьшее давления воздуха за осевым компрессором в 0,1 МПа, а ГТК-25И, при наибольшей эффективной мощности в 26000 кВт, имеет наибольшее давление воздуха за осевым компрессором в 1,1 МПа.

Рис. 4. Зависимость эффективной мощности различных типов ГТУ от давления

воздуха за осевым компрессором

Оперативность и достаточная степень точности, особенно при проведении расчетов изменения мощности с применением одной и той же методики, позволяет считать ее вполне приемлемой для оценки эффективной мощности ГТУ в процессе эксплуатации для всего парка эксплуатируемых отечественных ГПА.

Зависимость коэффициента загрузки от эффективной мощности различных типов ГТУ приведена на рис. 5.

Рис. 5. Зависимость коэффициента загрузки ГТУ от эффективной

мощности различных типов ГТУ

В условиях увеличения загрузки агрегата, мощность увеличивается
(см. рис. 5). Повышение мощности связано с надежностью агрегата. При средней эффективной мощности ГПА в 12500 кВт наибольший коэффициент загрузки в 0,9 имеет установка ГТК-25И, а наименьший 0,42 - ГПА-Ц-16.

Установление норм расхода топливного газа на нужды следует считать одной из важнейших задач оптимизации трубопроводного транспорта. Зависимости удельного расхода топливного газа от эффективной мощности различных типов ГТУ приведены на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость удельного расхода топливного газа от эффективной мощности

различных типов ГТУ

Чем больше эффективная мощность, тем меньше удельный расход топливного газа
(см. рис. 6). При средней эффективной мощности ГПА в 12500 кВт наименьший удельный расход топливного газа в 0,15 м3/(кВт ч) имеет установка ГТ – 700 – 5, а наибольший удельный расход топливного газа в 0,5 м3/(кВт ч), при той же мощности, имеет установка 9- ГТК-25И.

Вывод

При возрастании эффективной мощности, давление воздуха за ОК также возрастает, причем ГТУ, имеющая наименьшую эффективную мощность, имеет наименьшее давление воздуха за осевым компрессором. При наибольшей эффективной мощности установка имеет наибольшее давление воздуха. Установлено, что при средней эффективной мощности ГПА (12500 кВт) наибольший коэффициент загрузки имеет установка ГТК-25И, а наименьший — ГПА-Ц-16, при средней эффективной мощности ГПА наименьший удельный расход топлива газа имеет установка ГТ-700-5, а наибольший расход — ГТК-25И.

Список литературы

1., Шепель - экономическая эффективность авиационных ГТД в эксплуатации. – М.: Машиностроение, 1987. – 200 с.

2., и др. Повышение эффективности работы трубопроводных магистралей. – М.: ВНИИОЭНГ, 1993. – 320 с.

3., , Крылов анализ газотранспортных магистралей Западной Сибири. – Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1989. – 301 с.