Спосіб визначення к.к.д. силової турбіни гту в експлуатаційних умовах

Спосіб визначення к к д силової турбіни ГТУ в експлуатаційних умовах, який включає вимір температури газів на вході і температури і тиску газів на виході силової турбіни, а також операцію розрахунку значення к к д , який відрізняється тим, що значення к к д силової турбіни визначають за відношенням зведеної внутрішньої потужності, віднесеної до зведеної витрати газів, що розраховані за результатами вимірювань параметрів газу, до зведеної внутрішньої потужності, віднесеної до зведеної витрати газів, що визначені за базовою характеристикою для того ж значення зведеної внутрішньої потужності силової турбіни, при цьому вимірюють витрату палива в ГТУ, за відомою необхідною КІЛЬКІСТЮ повітря для згоряння палива і виміряним за концентрацією кисню в вихлопних газах коефіцієнтом надлишку повітря і витратою палива розраховують витрату газів в силовій турбіні, за температурами газів на вході і виході і коефіцієнтом надлишку повітря, використовуючи теплофізичні характеристики газів, визначають різницю ентальпій в силовій турбіні, за відомою витратою газів і різницею ентальпій розраховують внутрішню потужність силової турбіни, розраховують зведену до параметрів газів на виході внутрішню потужність, розраховують зведену внутрішню потужність, віднесену до зведеної витрати газів в силовій турбіні, за базовою характеристикою для того ж значення зведеної внутрішньої потужності, визначеного за виміряними параметрами газів, знаходять відповідне вихідне значення зведеної внутрішньої потужності, віднесеної до зведеної витрати газів, а також знаходять вихідне значення к к д силової турбіни, розраховують фактичний к к д силової турбіни за формулою Y * де г|йо rifjn -ккд силової турбіни, - вихідне значення к к д для даної внутрі шньої потужності силової турбіни, Y - зведена потужність, віднесена до відповідної зведеної витрати газів в силовій турбіні, значення Y розраховується за результатами вимірювань параметрів газів, Y=f N i 1 /fG I Nifif Nn '° /Gno & ( Nln - внутрішня потужність силової Jga турбіни, зведена до параметрів газів на виході, Nifj0 - внутрішня потужність силової турбіни, що розраховується за результатами вимірів параметрів газів, Gfj 0 - витрата газів у силовій турбіні, що розраховується за результатами вимірів параметрів газів, Рг - виміряний тиск газів на виході силової турбіни, І2 - виміряна температура газів на виході силової турбіни, -Т* - зведена внутрішня потужність, віднесена до відповідної зведеної витрати газів в силовій турбіні, значення Yo знаходять за базовою характеристикою для значення зведеної внутрішньої потужності lN'noJga Jga = Кок О ю 00 ю 45485 Винахід відноситься до галузі випробувань і діагностування машин і може бути використаний при ОЦІНЦІ технічного стану силових турбін газотурбінних установок (ГТУ) в експлуатаційних умовах ВІДОМІ різні способи визначення коефіцієнта корисної дм (к к д ) для турбін ГТУ Найбільш близьким до винаходу за технічною сутністю є спосіб, у ВІДПОВІДНОСТІ з яким к к д визначається як від ношення внутрішніх потужностей у реальному і ізоентропному процесах розширення газів в турбіні (див Ольховский Г Г Тепловые испытания стационарных газотурбинных установок, - М Энергия 1971, с 12,40) Відомий спосіб може бути застосований в стендових умовах при випробуваннях досліднопромислових зразків виробу, коли є можливість вимірювати всі необхідні параметри (витрату робочого тіла (газів) в турбіні а також тиск і температуру газів на вході і виході силової турбіни) В експлуатаційних умовах встановлення на турбіні всіх необхідних датчиків на серійному виробі не передбачається проектом через складність монтажу і обслуговування а також їх негативний вплив на газодинамічні процеси Зокрема, в експлуатаційному парку ГТУ не передбачений вимір витрати газів в проточні частині турбіни і тиску газів перед силовою турбіною, без яких неможливе визначення фактичної потужності і к к д силової турбіни Для визначення к к д турбін використовуються тільки ВИХІДНІ характеристики, які не враховують стан конкретної турбіни на момент випробувань і не забезпечують достатню точність визначення ккд В основу запропонованого винаходу поставлена задача створення способу, який спрощує процес визначення к к д силової турбіни ГТУ в експлуатаційних умовах і має більш високу точність у порівнянні з прототипом Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення к к д силової турбіни ГТУ в експлуатаційних умовах, який включає вимір температури газів на вході і температури і тиску газів на виході силової турбіни, а також операцію розрахунку значення к к д , ВІДПОВІДНО ДО винаходу к к д силової турбіни визначають за відношенням зведеної внутрішньої потужності, віднесеної до зведеної витрати газів, що розрахована за результатами вимірювань параметрів газу, до зведеної внутрішньої потужності, віднесеної до зведеної витрати газів, що визначена за базовою характеристикою для того ж значення зведеної внутрішньої потужності силової турбіни, при цьому вимірюють витрату палива в ГТУ, за відомою необхідною КІЛЬКІСТЮ повітря для згоряння палива і виміряним за концентрацією кисню в вихлопних газах коефіцієнтом надлишку повітря і витратою палива розраховують витрату газів в силовій турбіні, за температурами газів на вході і виході і коефіцієнтом надлишку повітря, використовуючи теплофізичні характеристики газів, визначають різницю ентальпій в силовій турбіні, за відомою витратою газів і різницею ентальпій розраховують внутрішню потужність силової турбіни, розраховують зведену до параметрів газів на виході внутрі шню потужність, розраховують зведену внутрішню потужність, віднесену до зведеної витрати газів в силовій турбіні, за базовою характеристикою для того ж значення зведеної внутрішньої потужності, визначеного за виміряними параметрами газів, знаходять відповідне вихідне значення зведеної внутрішньої потужності, віднесеної до зведеної витрати газів, а також знаходять вихідне значення ккд силової турбіни, розраховують фактичний к к д силової турбіни за формулою Y * ї о д е т і с т - к к д силової турбіни, щ0 - вихідне значення к к д для даної внутЛст рішньої потужності силової турбіни, значення ° знаходять за базовою характеристикою (фіг 1) для значення зведеної внутрішньої потужності Y - зведена потужність, віднесена до відповідної зведеної витрати газів в силовій турбіні, значення Y розраховується за результатами вимірювань параметрів газів, Ni, NI, = [NICT]3B/[GCTL = KoU= Р 2 -л/т 2 / • P2 - внутрішня потужність си лової турбіни, зведена до параметрів газів на виході, NICT - внутрішня потужність силової турбіни, що розраховується за результатами вимірів параметрів газів, GCT - витрата газів у силовій турбіні, що розраховується за результатами вимірів параметрів газів, Рг - виміряний тиск газів на виході силової турбіни, І2 - виміряна температура газів на виході силової турбіни, Yo = —— но-T2J0 - зведена внутрішня потуж ність, віднесена до відповідної зведеної витрати газів в силовій турбіні, значення Yo знаходять за базовою характеристикою (фіг 1) для значення зведеної внутрішньої потужності На фіг 1 зображена базова характеристика залежності к к д силової турбіни щ0 від зведеної внутрішньої потужності [NifjoLa (крива 1) і зведеної внутрішньої потужності, віднесеної до відповідної зведеної витрати газів в силовій турбіні, Yo, L (криa від зведеної внутрішньої потужності ва 2) Стрілками показано, як по відомому значенню [NifjoLa визначають значення т|й(, і Yo Базову характеристику отримують при випробуваннях 45485 агрегату конкретної моделі при введенні її в експлуатацію У даній роботі як приклад приведена базова характеристика для ГТУ типу ДГ-90 Запропонований спосіб полягає в тому, що на експлуатаційному режимі вимірюють термометрами температуру газів на вході і виході силової турбіни, вимірюють манометром тиск газів на виході силової турбіни Вимірюють витрату палива в ГТУ діафрагменим витратомірним пристроєм і за відомим складом палива визначають необхідну КІЛЬКІСТЬ повітря для його згоряння Склад пальних складових у паливному газі визначають за допомогою хроматографіє і веажають відомим, тому що склад паливного газу та ІНШІ ЙОГО характерис тики даються в сертифікаті на газ Концентрацію кисню в газах , що відходять за силовою турбіною, вимірюють газоаналізатором, наприклад, газоаналізатором типу TESTO - 350 Коефіцієнт надлишку повітря в газах, що відходять, з високою точністю визначається величиною відношення концентрації кисню в повітрі до різниці концентрацій кисню в повітрі і газах, що відходять Розрахунок коефіцієнта надлишку повітря в газах, що відходять, робиться обчислювальним блоком газоаналізатора Масу газів, що проходять через силову турбіну, визначають з відомого співвідношення GcT=G n (aLo+1), де GCT- витрата газів в силовій турбіні, G n - витрата палива в ГТУ, a - коефіцієнт надлишку повітря, І_о - необхідна КІЛЬКІСТЬ повітря для згоряння палива За виміряними температурами газів на вході і виході силової турбіни і відомим коефіцієнтом надлишку повітря, використовуючи теплофізичні характеристики газів, визначають різницю ентальпій в силовій турбіні За відомою витратою газів і різницею ентальпій розраховують внутрішню потужність силової турбіни за формулою NI C T =AIGCT, де NiCT - внутрішня потужність силової турбіни, Ді - різниця ентальпій газів в силовій турбіні, GCT - витрата газів в силовій турбіні Розраховуємо зведену внутрішню потужність силової турбіни за формулою Р 2 • V ' 2 де NiCT - внутрішня потужність силової турбіни, Р2 - виміряний тиск газів на виході силової турбіни, Т2 - виміряна температура газів на виході силової турбіни Розраховуємо зведену внутрішню потужність силової турбіни, віднесену до відповідної зведеної витрати газів за формулою Y = , Ni*, де GCT - витрата газів у силовій турбіні, що розраховується за результатами вимірів параметрів газів За базовою характеристикою знаходимо вихі дний параметр Y o = G* n -T ня к к д силової турбіни щ0 і вихідне значендля значення зведе ної ВНУТРІШНЬОЇ ПОТУЖНОСТІ lNlfj 0 La = [Nlfj 0 La Розраховуємо фактичне значення к к д силової турбіни за формулою Л по = ЛпОо ^~~ Y o Технічний результат від застосування запропонованого способу полягає в спрощенні процесу визначення к к д силової турбіни і підвищенні точності оцінки к к д при випробуваннях ГТУ в експлуатаційних умовах в порівнянні з відомими способами Підвищення точності визначення к к д досягається за рахунок точного визначення витрати газів і, ВІДПОВІДНО, внутрішньої потужності в силовій турбіні Це досягається завдяки можливості визначення з точністю до часток відсотку коефіцієнта надлишку повітря у газах, що відходять, при високому ступені змішування газів в турбіні Перевагою застосування запропонованого способу є те, що цей спосіб може в повному обсязі бути застосований в умовах експлуатації на компресорних станціях газопроводів без використання виміру тиску газів на вході турбіни і витрати газів в турбіні, для чого потрібно було б проведення спеціальних монтажних робіт і зміна конструкції ГТУ Спосіб не передбачає ніяких трудомістких операцій і забезпечує контроль к к д силових турбін ГТУ при випробуваннях їх в умовах безперервної експлуатації Приклад У поданому прикладі приведені результати випробувань силової турбіни ГТУ типу ДГ-90, що використовується для приводу газоперекачувального агрегату У процесі випробувань на фактичному експлуатаційному режимі зроблені наступні виміри і розрахунки 1) виміряна температура газів на вході в силову турбіну Ті = 904,7, виміряна температура газів на виході силової турбіни Т2 = 707,1 К, виміряна витрата паливного газу G n = 1,009кг/с, тиск газів на виході з силової турбіни Рг = 108,5кПа, з сертифікату газу визначена КІЛЬКІСТЬ повітря, необхідна для згоряння одного кілограму газу І о = 17,1 кг/кг, _ виміряна концентрація кисню К02 = 16,0% у газах на виході з турбіни, 2) розрахований коефіцієнт надлишку повітря а = 21 / (21 - Ко2) = 217(21 -16,0) = 4,2, 3) розраховано витрату газу в силовій турбіні GCT = Gn(al_o + 1) = 1,009(4,2 17,1 + 1) = 73,484кг/с, 4) за відомими температурами газів на вході та виході та коефіцієнтом надлишку повітря, використовуючи теплофізичні характеристики газів, визначені ентальпії газів і їх різницю на вході і виході силової турбіни, яка дорівнює Ді = 220,85кДж/кг, 5) розрахована внутрішня потужність силової турбіни NICT = AIGCT = 220,85 73,484 = 16229кВт, 6) розрахована зведена внутрішні потужність силової турбіни 45485 Nino 16299 = 5,625 но ёА6 вихідний ela -Ё = 0,332 7) розрахована зведена внутрішня потужність силової турбіни, віднесена до відповідної зведеної витрати газів, дорівнює 16229 Y = = 0,312 G f i 0 -T 2 73,484-707,1 ёа/n • Е ёа- Е параметр і вихідне значення еа-Е ккд силової турбіни r|fi0() =0,92, 9) розрахований фаісгичний к к д силової тур біни _Y_ Y 8) за базовою хараісгеристикою (див фіг1) для даного значення зведеної потужності визначе o 0,312 = 0,865 0,332 Базова характеристика залежності к к.д силової турбіни г ь с вщ зведеної внутрішньої потужності [NiCT].Bo (крива 1) і зведеної внутрішньої потужності, віднесеної до відповідної зведеної витрати газів в СИЛОВІЙ турбіні, Yo? від зведеної внутрішньої потужності [ N i J ^ (крива 2) для ГГУ типу ДГ-90 ФІГ. кВт кПа К ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71