Способ определения мощности газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата Советский патент 1990 года по МПК G01M15/00 

Изобретение относится к газот.урбинным двигателям (ГТД), в частности к ГГД, работающим в составе га.зоперекачнваюощх агрегатов (ГПА) магистральных газопроводов.

Известно, что в процессе эксплуатации ГТД в составе ГПА в наземных услвиях из-за запыленности окружающей среды происходит достаточно ийтенсивное загрязнение воздушного тракта компрессора, вследствие чего ухудшаются эксплуатационные характеристики газотурбинной установки: снижается мощность, повышается удельный расход топлива ГГД. При длительности зксплуатации может произойти также изменение геометрических размерой проточной части дйигателя, которое отразится на его эксплуатациоиньгх характеристиках. На практике поддержание уровня характеристик обеспечи вается периодической промывкой и очисткой проточной части ГТД. Для поддержания ха4)актеристик ГТД на должном уровне необходимо периодически производить оценку его выходных параметров - мощности, расхода топливного газа. Известен способ определения мощности газотурбинной установки путем измерения косвенных параметров тем пературы газа до и после турбины низ жого давления, расхода рабочего тела через установку и мощности турбокомпрессора, полученной расчетным путем. Известный способ имеет относитель но большую трудоемкость, обусловленную, необходимостью измерения большого числа параметров и проведения большого числа испытаний. Наиболее близким к описьшаемому является способ определения мощности газотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата в процессе его эксплуатации, включающий измерение давления и температуры воздуха на входе в двигатель и двух других характерных параметров в исходный и текущий моменты эксгшуатации и определения по ним коэффициента потери мощности. Недостатком способа является низкая точность из-за несоблюдения подо (5ия режимов работы двигателя в исход ный и текущий моменты эксплуатации. Целью изобретения является повышение точности определения мощности Поставленная цель достигается тем что в способе определения мощности т зотурбинного двигателя газоперекачивающего агрегата, включающем измере ние давления и температуры воздуха на входе в двигатель и двух других характерных параметров в исходный и текущий моменты эксплуатации и опре деление по ним коэффициента потери мощности, в качестве характерных па раметров выбирают частоту вращения ротора компрессора и статическо давление воздуха за компрессором, измерение всех параметров в текущий момент эксплуатации осуществляют .при значении приведенной частоты вр щения ротора, равной ее значению в исходный момент, и определяют коэффициент К, потери мощности из уравГ CPi4pji/E m«iziEtm 5i-rfiKil L (РКИС. /РИИСХ 1 J - газодинамический коэффициент, равный 1,6-2; , Ктек - соответственно давление воздуха за компрессором в исходный и текущий моменты эксплуатации; Р., и Р.. - соответственно давление исх тек воздуха на входе в двигатель р те же моменты. Величина коэффициента С зависит от гидравлических потерь во входном и вьпшопном устройствах ITEA к характеристики силовой турбины. Выполнение ГПА различной конструкции отличаются по гидравлическим сопротивлениям, определяемым наличием воздухоочистительных устройств иа входе в двигатель и установок на выхлопе регенераторов, шумоглушителя и т.д. Для конкретного выполненного ГПА неличина коэффициента С является постоянной, поэтому ее можно определить при выпуске первых экземпляров газоперекачивающих агрегатов данной серии. Как показывает статистика опраделе ния коэффициента С отдельных газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-6,3 разброс величины С не превышает 2%. Погрешность оценки изменения мощности при этом составляет 0,4%, что вполне допустимо. Это значительно упрощает способ определения эксплуатационной потери мощности и снижает его трудоемкость. Газодинамический коэффициент С определяется следующим образом, На установившемся реясиме работы газоперекачивающего агрегата измеря- ют приведенную частоту вращенвя рото, п . ра компрессора (-.т) , где п - частота вращения ротора; Tj, - температура воздуха на входе в двигатель, статическое давление Р воздуха за компрессором, давление Pf воздуха на входе в двигатель и отношение пт-, полных давлений газа на входе и выходе силовой турбины, после чего изменяют режим работына j;3-5% по приведенной частоте вращения от исходного

значения, измеряют статическое давление воздуха за компрессором и отношение iiTg полных давлений газа на входе и .выходе силовой турбины и вычисляют коэффициент С по формуле

Т4

Г „ I 1 -. 4 Кг ОуКг-1 , , Рн.

t к,- - р-;; ,, 1

где К - коэффициент адиабаты продуктов сгорания топлива, К- 1,33; IT - значение отношений полных

давлений газа на входе и выходе силовой турбины при

/ п Ст), ; Ч н

Р ц - значение статического давления воздуха за компрессором

при (J.-),;

ii-j- - значение отношений полных

давлений газа на входе и на выходе силовой турбины, измеренное при изменении режима работы ГТД по частоте вращения ротора компрессора, т.е. при (-п;т-), отлиN- Hi - ..

чающийся от (-J-ST) , на +3-5% STn

Р у - значение статического давления воздуха за компрессором измеренное при изменении режима работы ГТД по частоте вращения ротт)ра компрессора

, п . . т.е.- при (-rfT)2

1 Н

Представленная зависимость, по которой производится определение эксплуатационной потери мощности ГТД, и параметры, входящие в нее, установлены на основе структурного анализа системы уравнений, описывающих- работу ГТД, с использованием метода малых отклонений.

На чертеже схематично изображен газотурбинньтй газоперекачивающий агрегат.

Газотурбинный газоперекачивающий агрегат содержит входной направляющий аппарат 1 компрессора 2, магистраль 3 подачи топливного газа, камеру 4 сгорания, турбину 5 привода компрессора 2, силовую турбину 6 привода нагнетателя 7 и выхлопное устройство 8 агрегата.

На выходе из компрессора 2 в зоне вторичного воздуха, омьгеающего камеру 4 сгорания, равномерно по окружности просверлены отверстия, выходящие в коллектор 9, осредняющий статическое давление, измеряемое манометром 10.

10

I

На роторе компрессора 2 устанавливается измеритель 1I частоты вращения, например электротахометр.

В газовом тракте силовой турбины ГПА перед ступенью силовой турби.ны 6 устанавливается датчик 12 полного давления газа, например пневмограбенка, а за силовой турбиной - дат0 чик 13 полного давления, соединенные с измерителем 14 отноще.ний полных давлений. Число датчиков и место их установки определяются уровнем равномерности поля давления по

5 проточной части.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходный момент эксплуатации агрегата при выходе на установившийQ ся реяа- м .регистрируют значение температуры и давления воздуха на входе в двигатель, частоту вращения ротора компрессора по измерителю 11 , стати- ческое давление воздуха за компрессором манометром 10.

5 При необходимости определения в текущий момент эксплуатации мощности, изменяя расход топливного газа, устанавливают по измерителю II с .уча-. том температуры ,воздуха на в.ходе

0 в двигатель значение приведенной частоты вращения, равное значению в исходный момент эксплуатации. После этого измеряют статическое давление по показанию манометра 10 и вычисляют

5 коэффициент потери мощности в текущий момент с учетбм изменения давления воздуха на входе в двигатель по формуле°

0/lEji.-PjliejL

.L2«те1 j

Кэ 1 - Cf

.. ,

HHCK/

Коэффициент С вычисляют по данным измерений отношений цолных давлений

5 газа измерителем 14 и статических давлений.воздуха за компрессором манометром 10 с учетом атмосферного давления по формуле

С

1.

i,t. „

Pk.- Ги

К, Р .

Измерение отношений полных давлений на силовой турбине и статических давлений за компрессором для определения коэффициента С производят при выпуске первыЗс экземпляров газоперекачиваю щих агрегатов данной серии. При необходимости коэффициент С можно определить и на конкретном агрегате в текущий момент эксплуатации.

Как показали экспериментальные

Исследования большого числа.газотурбинных двигателей, предлагаемый способ определения мощности по входным косвенным параметрам в силу своей объективности и закономерности свя- зей между параметрами, а также соблюдения подобия режимов работы обеспечивает высокую степень точности.

Расхолщения в коэффициентах К, определенные по предалагаемому способу и подсчитанные по значениям мощности, непосредственно измеренной на ГТД в диапазоне изменения мощности-до 15%, давления воздуха за компрессором до 8%, расхода воздуха до 6%, пропускной: способности турбины до 2,5%, не превышали 1%. Предлагаемый способ более прост, сни жает трудоемкость, расширяет диапазон применимости и позволяет регулярно контролировать.техническое состояние агрегатов в процессе эксплуатации и качество серийно выпускаемых газотурбинных двигателей газоререкачиваюш.их агрегатов.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ГАЗОЙЕРЕКАЧНВАЮПЩГО АГРЕГАТА в процессе его зксплуатации, включающий измерение давлёйяя и температуры воздуха на входе в двигатель и двух других характерных параметров в исходный и текущий моменты эксплуатации и определение по ним Коэффициента потери мощности, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,с целью повьшения точности, в качестве характерных параметров выбирают частоту вращения ротора компрессора двигателя и статическое давление воздуха за компрессором, измерение всех параметров в те-кущий момент эксплуатации осуществляют при значении приведенной частоты вращения ротора, равной ее значению в исходный момент, и определяют коэффициент потери мощности из урав(Л нения liPlysz./PiiL lllPK.TftK/Pu.taU 1 - с /РН„С). - газодинамический коэффи;Где с циент, рав-ный 1,6-2; Рл Р., и соответственно давление «тек «сх зоздуха за компрессором в исходный и текущий моменты эксплуатации;: 4: wW PU И соответственно давление Нисх воздуха,на входе в двига4 IN:) тель в .те же моменты. .