Спосіб визначення потужності газотурбінної установки

Способ определения мощности газотурбинной установки, заключающийся в определении подводимой и отводимой от нее тепловой энергии на эксплуатационном режиме, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что измеряют температуру атмосферного воздуха, уходящих газов газотурбинной установки, расход топлива на эксплуатационном режиме и температуру топлива, определяют необходимое количество воздуха для полного его рания единицы массы топлива, определяют концентрацию кислорода в уходящих газах и коэффициент избытка воздуха, определяют массу уходящих газов из газотурбинной установки, используя при этом измеренные значения расхода топлива и коэффициента избытка воздуха в уходящих газах определяют концентрации не полностью сгорев ших газов в продуктах сгорания и потери гепла из-за неполного сгорания топлива определяют мощность газотурбинной установки равную разности подводимой и отводимой от газотурбинной установки тепловой энергии, учитывая, при этом потери тепла с уходящими газами, потери вследствие неполного сгорания топлива, потери тепла через корпус газотурбинной установки и механические потери. С > ю ON Изобретение относится к области испытаний и диагностирования машин и может быть использовано для оценки технического состояния агрегатов в эксплуатационных условиях. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения мощности, основанный на методе баланса энергии газотурбинной установки (Г ГУ) в целом, согласно которому полезную мощность определяют как разность между подводимой к ГТУ и отводимой от нее тепловой энергии Известный способ применяется для испытаний ГТУ в эксплуатационных условиях без прекращения эксплуатации ГТУ Однако точность известного способа невысока изза недостаточной точности измерения отво димой тепловой энергии. Основную погрешность в измерении отводимой тепло вой энергии вносит погрешность измерения средней скорости потока уходящих газов в газоходе (измерение средней скорости ухо дящих газов чаще всего производится с ис пользованием трубок Пито) Вследствие чего погрешность в определении мощности может достигать 4 - 6 % , которая не может считаться приемлемой. В основу изобретения поставлена задл ча создания способа, обеспечийающого on О 26291 ределение мощности ГТУ в условиях эксплуатации на компрессорных станция)' газопроводов и обладающего более высокой точностью по сравнению с прототипом. Поставленная задача решается тем, что 5 в способе определения мощности газотурбинной установки, заключающемся в определении подводимой и отводимой от нее тепловой энергии на эксплуатационном режиме, согласно изобретению, измеряют 10 температуры атмосферного воздуха, уходящих газов газотурбинной установки, расход топлива на эксплуатационном режиме и температуру топлива, определяют теоретически необходимое количество воздуха для 15 полного сгорания единицы массы топлива, определяют концентрацию кислорода в уходящих газах и коэффициент избытка воздуха, определяют массу уходящих газов из газотурбинной установки, используя при 20 этом измеренные значения расхода топлива и коэффициента избытка воздуха в уходящих газах, определяют концентрации не полностью сгоревших газов в продуктах сгорания и потери тепла из-за неполного его- 25 рания топлива, определяют мощность газотурбинной установки равную разности подводимой и отводимой от газотурбинной установки тепловой энергии, учитывая при этом потери тепла с уходящими газами, по- 30 тери вследствие неполного сгорания топлива, потери тепла через корпус ГТУ и механические потери. Предлагаемый способ заключается в том, что на эксплуатационном режиме изме- 35 ряют температуру атмосферного воздуха и температуру уходящих газов термометрами. Измеряют температуру и расход топлива. Расход газообразного топлива измеряют диафрагменными расходомерны- 40 ми устройствами, а температуру термометрами. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания единицы массы топлива определяют по концентрациям отдельных горючих составляю- 45 щих в одном килограмме топлива. Концентрации горючих составляющих в топливе определяют с помощью хроматографов и считают известными, так как состав топлива, его теплотворная способность и 50 другие характеристики даются в сертификате на топливо. Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания единицы массы каждой горючей составляющей топлива, также считается известным. Концент- 55 рацию кислорода в уходящих газах измеряют газоанализатором, например широко' распрос траненным газоанализатором TESTO-33. Коэффициент избытка воздуха в уходящих ra-iax с высокой точностью опре деляется величиной отношения концентрации кислорода в воздухе к разности концентраций кислорода в воздухе и уходящих газах. Расчет коэффициента избытка воздуха в уходящих газах производится также вычислительными блоками ряда газоанализаторов, в том числе и газоанализатора TESTO-33. Массу газов уходящих из газотурбинной установки рассчитывают в виде произведения массового расхода топлива, коэффициента избытка воздуха и теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива yr СС 1_о, где G y r - массовый расход уходящих газов кг/с; GTr - массовый расход топлива; 1_0 - теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания одного килограмма топлива; а- коэффициент избытка воздуха. Концентрации не полностью сгоревших газов в продуктах сгорания (например, оксидов углерода СО, углеводородов и др.) измеряют газоанализатором и по измеренным концентрациям рассчитывают потери тепла вследствие неполного сгорания топлива (при этом считая известными теплотворные способности не полностью сгоревших газов и используя рассчитанную массу уходящих газов ГТУ) по формуле QHC - Gyr 2 Hi KI, 1 где QHC - потери тепла вследствие неполного сгорания единицы массы топлива кВт; G - масса уходящих газов ГТУ приходящаяся на единицу топлива потребляемого ГТУ, кг/с; Kj - концентрация не полностью сгоревшей 1-той компоненты несгоревших газов в продуктах сгорания; Н, - теплотворная способность 1-той компоненты несгоревших газов в продуктах сгорания кДж/кг; Расчет потерь тепла вследствие неполного сгорания топлива производится также вычислительными блоками современных газоанализаторов. Для ГТУ мощностью более 5 МВт потери тепла через корпус ГТУ составляют не более 1 % от всего подводимого к ГТУ тепла. Для ГТУ мощностью более 12 М Вт потерями тепла через корпус КТУ можно пренебречь. Если допустить, что потери тепла через корпус 26291 долей процента коэффициента избытка возГТУ являются функцией разности темперадуха при высокой степени перемешивания тур уходящих газов и атмосферного воздугазов в выхлопном газоходе; за счет более ха, то для оценки потерь тепла через корпус точного учета потерь тепла с уходящими гаГТУ (вследствие их относительно малых значений) можно воспользоваться первым диф- 5 зами вследствие неполного сгорания топлива; за счет более точного учета потерь тепла ференциалом этой функции. В этом случае через корпус ГТУ. Преимуществом способа потери тепла через корпус ГТУ рассчитывапо сравнению с другими аналогами являетются по формуле ся то, что он может быть в полном объеме 4 10 применен в условиях эксплуатации на комО корп корп (tyr ~ прессорных станциях газопроводов без использования измерений индивидуальной где Q K O p n - потери тепла через корпус ГТУ, производительности газоперекачивающих кВт; агрегатов. Способ не предусматривает ниС - коэффициент, зависящий от типа ГТУ и определяемый индивидуально для 15 каких трудоемких операций. Поэтому функциональное возможности предлагаемого каждого типа ГТУ, кВт/°С; способа шире по сравнению с известными V " температура уходящих газов, °С; способами. Способ может быть применен в этм температура атмосферного воздугазовой промышленности, энергетике и ха, Механические потери в ГТУ составляют 20 других отраслях хозяйства. П р и м е р. В настоящем примере принесколько десятых долей процента от всей ведены результаты испытаний газоперекапотребляемой ГТУ тепловой энергии и для чивающего агрегата ГПУ-16 с газотурбинной каждого типа ГТУ являются известной велиустановкой ДЖ-59-Л2. В процессе испытачиной, определенной техническими условиями ГТУ. Мощность газотурбинной 25 ний на фактическом эксплуатационном режиме произведены следующие измерения и установки определяют по формуле расчеты: измерена температура атмосферного воздуха t = 35°С; измерена темпераG H CpBtaTM (G y r TT тура t = 315°t уходящих газов газотурбин30 ной установки в выхлопном газоходе; измене уг руг уг и к о р п мех рен расход топливного газа G = 0,6575 кг/с; измерена температура t T - 10°С топливного где N e - мощность ГТУ, кВт; газа; из сертификата газа определено миниGTr - массовый расход топлива, кг/с; мальное количество воздуха, необходимое Н - теплотворная способность топлива, кДж/кг; 35 для полного сгорания одного килограмма топливного газа 1_о = 17,2 кг; измерена приС - теплоемкость топлива, кДж/(кг Р бором TESTO-33 концентрация кислорода С); Ко2 = 17,6% в уходящих газах; рассчитан t - температура топлива, °С; коэффициент избытка воздуха по формуле С - теплоемкость атмосферного воздуха, кДж/(кг °С); 40 а = 21/(21 - Ко2) = 21/(21 - 17,6) - 6.176 рассчитана масса уходящих газов из газоt - температура атмосферного воздутурбинной установки по формуле ха, °С; Q u r - потери тепла вследствие неполного сгорания топлива, кВт; Gyr - GTr a Lo - 0,6575 х 6,176 х 17,2 G - массовый расход уходящих газов, 45 кг/с; =69,85 кг/с; С - теплоемкость уходящих газов, определяемая их температурой и коэффициенгазоанализатором определены концентратом избытка воздуха, кДж/(кг °С); ции не полностью сгоревших газов в проt r - температура уходящих газов, оС; 50 дуктах сгорания (учтена массовая QKO n - потери тепла через корпус ГТУ, концентрация несгоревших углеводорода 6 кВт; КуГ = 46 х Ю" ) и рассчитаны потери тепла N M e x - механические потери в ГТУ, кВт. из-за неполного сгорания топлива, состаТехнический результат от применения вившие QHC - GyrH Kyr - 106,2х48193х46хЮ'6 предложенного способа заключается в уве- 55 » 155 кВт; определена мощность газотурличении точности определения мощности бинной установки равная разности подвопо сравнению с прототипом. Повышение димой и отводимой от газотурбинной точности достигается: за счет более точного установки тепловой энергии с учетом потерь определения массы уходящих газов из-за вследствие неполного сгорания топлива, возможности определения с точностью до 26291 8 В формулу для вычисления мощности подставлены значения теплотворной способности топливного газа Н - 48193 кДж/кг, теплоемкость топливного газа С рт - 2,52 N G H «V e " rr кДж/(кг °С) (данные сертификата на газ), С Н теплоемкость воздуха С р в - 1,0028 кДж/(кг Q G C тг HC ~ y r p y r V " °корп °С), теплоемкость уходящих газов имеющих Q G C G коэффициент избытка воздуха а = 6,176 и тм ~ HC ~ yr pyrV ( yr температуру t y f - 315°С, а также значения - N M e x - 0.6575 x 48193 + 10 С к о р п - 1,9 кВт/°С N M e x - 300 кВт, определя-C (V емые конструкцией агрегата (значения N M e x Kopn и С к о р п определены по результатам прове+0.6575x2,52x 10+ (69,85-0,6575) x 1.0028x денных ранее для агрегатов данного типа x 35 - 155 - 69,85 x 1,0337 x 315 - 1,9 x(315испытаний). - 3 5 ) - 3 0 0 =10400 кВт. потерь тепла через корпус ГТУ и механических потерь по формуле Упорядник Замовлення 4693 Техред М.Келемеш Коректор М. Куль Тираж Підписне Державне патентне відомство УкраТни, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101