Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Техническая диагностика газотурбинных газоперекачй- ващих агрегатов на компрессорных станциях магис тральных газопроводов 10
1.1. Особенности газотурбинного газоперекачивающего агрегата как объекта диагностики 10
1.2. Задачи и методы технической диагностики газоперекачивающих агрегатов 12
1.3. Основные положения термогазодинамичеокой диагностики газоперекачивающих агрегатов 16
Глава 2. Система термодинамических расчетов при построении методов диагностики газсперешиващих агрегатов 24
2.1. Уравнения состояния реальных газов и их термодинамическая классификация 24
2.2. Термодинамические величины и показатели процессов природных газов применительно к условиям газопроводов . 41
2.3. Теория "идеального пара" и область ее применения .52
2.4. Система расчетных термодинамических выражений процесса сжатия газа в центробежном нагнетателе... 62
Глава 3. Тешогазоданамическая дагностика проточной части центробежного нагнетатели и газотурбинной установки 71
3.1. Влияние различных видов неисправностей центробежного нагнетателя и газотурбинной установки на их термогазодинамические характеристики. 71
3.2. Термогазодинамическая модель газоперекачивающего агрегата с учетом различных видов неисправностей центробежного нагнетателя и газотурбинной установки .81
3.3.'Построение газодинамических характеристик центро
бежного нагнетателя.. 85
3.4. Методика определения технического состояния и технологических параметров газотурбинных газоперекат, чивающих агрегатов 92
3.5. Классификация типовых энерготехнологических.задач дальнего транспорта газа 102
Глава 4 Метод оценки тешнеского состояния газотурбинных газоперешиващих агрегатов в эксплуатационных условиях 106
4.1. Упрощенные термогазодинамические модели газоперекачивающего агрегата 106
4.2. Построение эксплуатационных характеристик центробежных нагнетателей для решения задач частной . диагностики 120
4.3. Методы термогазодинамической диагностики газотур бинных газоперекачивающих агрегатов при различных . объемах исходной информации.. 124
4.4. Контроль и прогнозирование технического состояния газоперекачивающих агрегатов в эксплуатационных условиях. 133
Основные результаты и выводи 141
Список литературы 143
Приложения. 156
- Основные положения термогазодинамичеокой диагностики газоперекачивающих агрегатов
- Термодинамические величины и показатели процессов природных газов применительно к условиям газопроводов
- Термогазодинамическая модель газоперекачивающего агрегата с учетом различных видов неисправностей центробежного нагнетателя и газотурбинной установки
- Построение эксплуатационных характеристик центробежных нагнетателей для решения задач частной . диагностики
Введение к работе
Решения ШІ съезда КПСС и последующих пленумов ЦК КПСС нацеливают нас на всемерное сокращение потерь, экономию топливно-энергетических и сырьевых ресурсов, разработку энергосберегающей технологии, повышение эффективности работы силового оборудования,повсеместное развертывание с этой целью фундаментальных и прикладных исследований. Большое значение имеет эта проблема и для газовой промышленности - одной из наиболее интенсивно развивающихся отраслей топливно-энергетического комплекса страны.
В сравнительно короткий срок газовая промышленность превратилась в крупную отрасль народного хозяйства, оказывающую все большее влияние на повышение эффективности производства, ускорение темпов научно-технического прогресса.
В XL пятилетке принята программа форсирования развития отрасли: запланировано ввести в эксплуатацию больше компрессорных станций ДС/, чем за вою историю развития газовой промышленности и довести объем добычи газа до 600-640 млрд»м3 [1,27].
Характерной особенностью развития газовой промышленности является перемещение основных источников добычи природного газа в районы Западной Сибири, Среднюю Азию и Казахстан с сохранением основных его потребителей в Европейской части страны и увеличением объема поставки газа в социалистические страны и страны Западной Европы.
Увеличение средней дальности транспорта газа и его добычи в малонаселенных районах страны со сложными природно-климатическими условиями приводит к резкому росту капиталовложений на развитие отрасли, объективно способствует ухудшению технико-экономических показателей трубопроводного транспорта газа, что предъявляет повышенные требования к его надежности и эффективности.
Все это в полной мере относится и к компрессорным станциям магистральных газопроводов, одним из основных элементов которых являются газоперекачивающие агрегаты /ЇЧІА/»
Обеспечение эффективности и надежности работы ГПА зависит от решения комплекса научно-технических, экономических и организационных задач на всех этапах - от проектирования до эксплуатации.
Надежная работа ГПА определяется многими факторами [14, 98] : конструктивными проектными решениями, применяемыми материалами, технологией изготовления, уровнем технического обслуживания и эксплуатации и т.д.
Не умаляя важности разработки способов повышения надежности на этапе проектирования и изготовления, следует отметить особое значение этой проблемы на стадии эксплуатации. Это связано с тем, что эффект от реализации способов повышения эффективности и надежности ГПА. в сфере эксплуатации обладает наименьшим временем проявления и имеет широкую область применения - почти четыре тысячи эксплуатируемых агрегатов.
В настоящее время на компрессорных станциях страны применяются газотурбинные, поршневые и электроприводные агрегаты /рис.1/. Как видно из приведенного графика, построенного по данным работ [27, 69, Ш1 t ведущее место принадлежит агрегатам с газотурбинным приводом. Это объясняется рядом факторов,основными из которых являются 70, 893 : относительная простота обслуживания, высокая агрегатная мощность, незначительный расход масла и воды и, прежде всего, большая автономность, что особенно важно при сооружении газотранспортных систем в северных районах страны, где отсутствуют или находятся на значительном расстоянии /более:300 км/ опорные источники электропитания. В то же время КС, оснащенные ГПА с газотурбинным приводом, являются крупными потребителями транспортируемого газа.
Газовая промышленность, обеспечивая добычу и транспортирование газа, расходует на собственные нужды до 8% транспортируемого газа, что составило, например, в 1980 году около 47 млрд.м С93Т Причем, 80$ от этого количества приходилось на долю газотурбинных КС.
Природный газ, как известно, относится к числу невозобновляе-мых ресурсов, его стоимость на мировом рынке растет год от года. В связи с этим, несмотря на значительные топливно-энергетические ресурсы страны, проблема экономии природного газа выдвигается в настоящее время на первый план.
Потребление топлива на КС во многом определяется техническим состоянием ГПА. Результаты испытаний, проведенных на КС ВНИИГазом, ПО "Союзоргэнергогаз", НЗЛ, МИНХ и ГП им.И.М.іубкина и другими организациями [31,. 59,65, 77, 80-83, 92, 93, 98, 106, 108] показали, что реальные характеристики основных элементов ША. - центробежного нагнетателя /ЦБЦ/ и газотурбинной установки /ГТУ/, могут существенно отличаться от заводских /паспортных/. Так, величина политропического к.п.д. ЦБН и эффективной мощности ГТУ может снижаться в условиях эксплуатации соответственно на 5-Ю и 20-25$ Е69, 93, 981 » что приводит к ухудшению надежности работы ША., существенному увеличению расхода топливного газа.
Все это свидетельствует об актуальности как в теоретическом, так и в практическом отношении разработки методов контроля технического состояния газотурбинных ГПА с целью повышения надежности и эффективности их работы.
Общетеоретические и различные аспекты прикладных вопросов технической диагностики рассматриваются в работах Й.А.Биргера,С.П.За-рицкого, В.Г.Дубинского, М.С.Калинина, А.А.Козобкова, А.Ф.Комяги-на, А.В.Матвеева, А.В.Мозгалевского, Б.В.Павлова, П.П.Пархоменко, Б.П.Поршакова, Г.Ш.Розенберга, З.С.Седых, Ю.Н.Синицына, Н.Н.Сироти на, Н.И.Фетисенковой, Л.С.Цегельникова, В.А.Щуровского, Е.И.Яковлева и других советских и зарубежных авторов [12, 19, 29, 33, 38-40, 43-45, 48, 58, 66-68, 70, 88, 90, 94, 103, 104, 109, 114, 116, 122, 135, 136 и т.д.] .
Данная диссертационная работа посвящена исследованию и разработке методических вопросов и практических рекомендаций по решению задач термогазодинамической диагностики проточной части ЦЕН и ГТУ.
По предложенным в работе методам диагностики ША составлены программы расчета на ЭВМ, реализованные на алгоритмических языках PL - I и FORJKM-IV /приложение 2/.
Работа проводилась в соответствии с тематикой научно-исследовательских работ кафедры термодинамики и тепловых двигателей МЖХ и ГП им.И.М.іубкина по темам 48/30-79, 48/30-84, выполняемым в соответствии с Постановлением ГКНТ СМ СССР и Госплана СССР от I2.I2.8Q J& 473/249; и направленной на решение целевой комплексной программы 0.Ц.006 "Разработка и освоение технологических процессов и технических средств, включая многослойные трубы для сооружения магистральных газопроводов диаметром 1420мм на рабочее давление до 120 ат" и "Комплексным планом создания и внедрения систем технической диагностики ША на КС Мингазпрома в 1981-85 г.г.", утвержденным замминистра газовой промышленности СССР Кашировым С.С.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке с участием автора "Методики определения технического состояния газотурбинных газоперекачивающих агрегатов с газотурбинными установками ГТ-6-750, ГТ-750-6 и ГТК-Ю по эксплуатационным данным", утвержденной Министерством газовой промышленности СССР. Работа автора по диагностике газотурбинных ША. отмечена первой премией на конкурсе молодых специалистов нефтяной и газовой промышленности /постановление президиума Московского правления НТО нефтяной и газовой промышленности от І6.П.8І, протокол й 20/, бронзовой медалью БЩХ СССР /удостоверение № 60477/.
Основные результаты работы внедрены в ПО "Тюментрансгаз" с экономическим эффектом 204,8 тыс,руб. /при долевом участии автора 54,7 тыс.руб./, ПО "Уралтрансгаз" с ожидаемым экономическим эффектом 96,5 тыс.руб; /при долевом участии автора 57,9 тыс.руб./, переданы для внедрения вВПО "Тюменгазпром" и ПО "Моетрансгаз", что подтверждается sсоответствующими документами/приложение ЗЛ
Основные положения термогазодинамичеокой диагностики газоперекачивающих агрегатов
Диагностика по термогазодинамическим параметрам является одним из наиболее перспективных и широко развиваемых направлений технической диагностики ГПА. Это связано прежде всего с тем, что в настоящее время не имеется датчиков, позволяющих непосредственно измерять техническое состояние элементов ША /эрозионные изно-сы рабочих колес ЦБН, радиальные зазоры турбин высокого и низкого давлений и т .д./. Трудно ожидать, что такие датчики появятся в ближайшее время, причем все сразу. В связи с этим, методы оценки технического состояния ША по значениям непосредственно измеряемых в процессе эксплуатации технологических параметров, то есть косвенным путем, необходимо развивать и совершенствовать.
Методы термогазодинамической диагностики довольно успешно применяются в авиационной промышленности, на судовом транспорте. Успехи в применении этих методов для контроля технического состояния ША на КС магистральных газопроводов пока значительно скромнее. Это связано с тем, что большинство таких методов[36, 74, 103 и т.д.] используют приближенные термодинамические модели или используют ряд допущений, существенно снижающих точность диагностирования.На-иболее же совершенные методы [30, 132, 133] достаточно сложны в реализации, требуют, как правило, специальной измерительной аппаратуры, предъявляют повышенные требования к точности измерений. Следует отметить, что низкая точность эксплуатационных измерений на КС газопроводов, существенные различия в объеме измерений и ряд других факторов, отмеченных в разделе I.I, существенно снижает эффективность разработанных методов диагностики, а в ряде случаев делает невозможным их внедрение в эксплуатацию на газопроводах.5 Следует также отметить, что существующие методы термогазодинамической диагностики применимы, как правило, лишь к отдельным типам ГПА и не обеспечивают стабильных показателей в процессе длительной эксплуатации.
Все это подзверждает необходимость дальнейшего продолжения теоретических исследований и практических разработок в области термогазодинамической диагностики.
Методы термогазодинамической диагностики ША могут быть общими и частными С 77, 833. Применение частных методов, связанных с определением относительного изменения параметров технического состояния газотурбинных ПИ, позволяет выявить темп изменения состояния агрегатов, его технологических и топливно-энергетических показателей - производительности, мощности, расхода топливного газа и т.д.; определить, с известным приближением, суммарный расход топливного газа на КС, среднестатистические значения параметров состояния парка ША /ГТУ и ЦЕН/. Применение общих методов позволяет перейти к определению абсолютных величин технологических показателей ША, необходимых для построения системы планово-предупредительных ремонтов, планирования и прогнозирования работы агрегатов и КС в целом. Без них невозможно построение комплексной автоматизированной системы диагностики газотурбинных ША С77, 831
В зависимости от структуры представления объекта, методы термогазодинамической диагностики могут быть интегральными /рассматривающими установку в целом/ и дифференциальными /рассматривающими каждый элемент агрегата в отдельности/.
В этих методах могут применяться и различные способы задания исходной информации о режимах работы ГПА и его элементов в виде -Нефункциональных уравнений щи характеристик, найденных опытным путем.
Оценка технического состояния объекта в первом случае связана с построением его математической модели. При этом, широкое применение нашли наиболее простые, линейные модели, представляемые в матричном : виде следующим образом:где К, Y - вектор-функции входных и выходных параметров, А -оператор элемента.
Изменение технического состояния связано с изменением оператора. При этом, определив предварительно влияние каждого ожидаемого вида неисправностей на выходную функцию /т.е. рассчитав так называемые коэффициенты влияния/, можно перейти к решению задачи идентификации различных видов неисправностей. Получаемая при таком подходе диагностическая таблица является конечным результатом математического описания объекта с точки зрения диагностики. Однако, при построении и использовании диагностической таблицы приходится решать ряд довольно сложных задач.
Прежде всего, необходимо выбрать набор диагностических параметров, достаточно полно отражающих изменение технического состояния и довести решение задачи до получения количественной зависимости между показателями технического состояния и диагностическими сигналами. Для решения подобной задачи необходимо проводить экспериментальные исследования как в условиях эксплуатации, так и в лабораторных условиях или на стенде с имитацией изменения технического состояния отдельных узлов агрегата. Такие исследования должны, естественно, проводиться отдельно для каждого типа агрегатов. Решить эту задачу по всему многообразию типов агрегатов, применяемых на газопроводах, в настоящее время весьма затруднительно. В,то же время, даже в случае успешной разработки подоб ной диагностической системы, неизбежно придется столкнуться с необходимостью проведения большого количества дополнительных замеров по агрегату, причем с точностью практически недостижимой в настоящее время в условиях эксплуатации. Однако, даже столь сложные системы диагностики дают возможность, как правило, идентифицировать лишь единичные неисправности. Диагностирование же кратных неисправностей в основном успеха не имеет С45li
Метод характеристик, рассматриваемый в данной работе, заключается в опытном определении "сдвига" фактических характеристик ГПА /или его элементов/ от эталонных /паспортных/ характеристик. При этом, знание закономерностей протекания рабочих процессов не обязательно, так как, с одной стороны, эталонные характеристики могут быть получены опытным путем, а, с другой стороны, взаимосвязь между "сдвигом" характеристик и техническим состоянием также может быть получена экспериментально С 78].
Поэтому оценку изменения состояния центробежного нагнетателя и ГТУ можно и целесообразно произвести по "сдвигу" различных приведенных термогазодинамических характеристик ЦБН и приведенных характеристик ГТУ.
При этом возможны следующие варианты:а/ "сдвиг" характеристики не выходит за пределы погрешности измерительной аппаратуры. Следовательно, данные характеристики практически не изменяются при изменении состояния нагнетателя или ГТУ. Это позволяет по непосредственно измеряемой величине контролировать значения величин, непосредственно не измеряемых.б/ "сдвиг" характеристик значительно превосходит пределы погрешности измеряемой аппаратуры. В этом случае по величине "сдвига" можно судить об изменении состояния нагнетателя и ГТУ и контролировать его по непосредственно измеряемым параметрам.Такая диагностика достаточно хорошо отработана для судовых
Термодинамические величины и показатели процессов природных газов применительно к условиям газопроводов
В технологических расчетах трубопроводного траснпорта газа используется большой набор термодинамических величин -lJ p,4r/fy, ftjftT)H{}flu и Т«Д» Большая часть из них для метана и некоторых составов природных газов приведена в специальной литературе 28,95, 96,97,993. Однако, отсутствие данных по ряду величин и, прежде всего, показателей термодинамических процессов приводит к тому,что,зачастую, в одной и той же модели технологического процесса используются термодинамические величины, рассчитанные по различным уравнениям состояния,что неизбежно увеличивает погрешность расчета.
Расчет по уравнению состояния калорических свойств газов производится на основании дифференциальных соотношений термодинамики, связывающих соответствующие параметры с независимыми переменными чистых веществ, так и для их смесей»
При решении ряда технологических задач /построении приведенных характеристик ЦБН, расчете процессов сжатия газа и т.д./ необходимо располагать не первичными термодинамическими величинами / Ср, Cv, К;nL и т.д./, а комплексами CpVL ,CVoflw, Pu? . и др.
Применение указанных комплексов не только упрощает расчеты, но и позволяет в каждом конкретном случае выбрать правильный подход к их осреднению в данном термодинамическом процессе. Такой подход позволяет устранить неизбежную дополнительную ошибку от построения комплекса по осредненным величинам, которая, как показывает анализ, может быть достаточно большой.
На рис.2.1 2.II. приведен ряд термодинамических величин и комплексов для метана и двух составов природного газа, полученных в результате обработки данных [28, 95, 96, 97, 99] и используемых при построении систем диагностики ЗЛІА. Ряд комплексов приведен в разд.2.3, 2.4.
Первый состав /метан - 98,6 пропан - 0,2 этан - 0,12%» н-бутан- 0,0 азот - 1,01$/ близок к природному газу Западной Сибири, второй - /метан - 94,3 этан - 2,21$, пропан - 1,19$, н-бутан - 0,54$, н-пентан - 0,21$, азот - 0,67$, кислород - 0,5$, двуокись углерода - 0,35$/ к Среднеазиатскому газу»
Данные по промежуточным составам газов можно получить обработ-кой соответствующих величин по простейшим интерполяционным зависимостям.
При расчете процесса сжатия газа в нагнетателе область изменения состояния газа ограничена и невелика, что позволяет использовать здесь достаточно простые эмпирические соотношения. Так,для метана в области состояния газа, характерной для обычных газопроводов /Р7,5 МПа/, автором предложены следующие чисто эмпиричес Погрешность определения рассматриваемых величин в области, характерной для процессов сжатия газа на КС газопроводов с давлением до 7,5 МПа, по сравнению с уравнением Загорученко В.А., не превышает 0,8$.
Для природных газов с содержанием метана 94-100$ по данным Загорученко В.А.195,96]получены следующие приближенные соотношения где#-мольное содержание метана в газе, в долях единицы.
Соотношения /2.29/-/2.34/ используются далее при разработке диагностических моделей для определения разности энтальпии и потенциальной работы сжатия газа в нагнетателе.
Изменение энтальпии газа в ЦБН обычно оценивают соотношением:Это соотношение, при определении средней изобарной теплоемкости газа в процессе гл-шт в интервале температур от до Іг и среднего значения величины в процессе Ьі=саем в инверва-ле давлений от Р до Р2 из соотношений /2.29/-/2.34/,дает меньшую погрешность по сравнению с используемыми в настоящее время соотношениями /табл.2.4/. В таблице проведено сравнение точности расчета разности энтальпии по соотношению /2.35/ с определением величин At:
Соотношения, аналогичные /2.29/-/2.34/, несложно получить и для газопроводов, рассчитанных на давление до 12,0 МПа.
Указанные соотношения просты в реализации, их удобно использовать при экспресс-расчетах. Аналогично могут быть получены эмпирические соотношенш и для других термодинамических величин, показателей и некоторых комплексов, используемых при построении и корректировке характеристик ЦБН.
Следует отметить, что при решении частных задач подобный подход может привести к соотношениям еще более простого вида. Так, анализ проведенный по КСКомсомольская" ПО "Тюментрансгаз" в 1980-1982г.г. показал, что значения температур /t($ tt / и давлений /Pj, 2 на входе и выходе КС незначительно меняются в процессе эксплуатации /рис.2.12/.
Довольно стабильным является и состав транспортируемого газа, так, мольное содержание метана составляет в среднем 99,0/ В этих условиях, для приближенных экспресс-расчетов с погрешностью, не превышающей 2,5$, можно использовать соотношение::
Процесс сжатия газа в центробежном нагнетателе, как это следует из общей теории центробежных компрессорных машин, протекает при малых внешних тепловых потерях, которыми в расчетах принято
Термогазодинамическая модель газоперекачивающего агрегата с учетом различных видов неисправностей центробежного нагнетателя и газотурбинной установки
Ухудшение состояния нагнетателя и ГТУ в процессе эксплуатации влияет на надежность, моторесурс, газодинамические характеристики ГПА и самые различные технологические показатели газопровода Количественное определение влияния изменения технического состояния ЦБН и ГТУ на технологические показатели работы газопровода может быть осуществлено в рамках термогазодинамической модели ГПА,
Анализ влияния различных видов неисправностей ЦБН и ГТУ, обработка многочисленных эксплуатационных и лабораторных данных по режимам работы и определению технического состояния ІЇЇА, позволяют сделать вывод о том, что минимальный набором исходной информации для определения основных технологических параметров ГПА /мощности, эффективного к.п.д. ГТУ и т.д./ и его технического состояния /по коэффициентам, предложенным в разд.ЗЯ/ являются: значения температур / у, "г /и давлений газа / Pi , Рг /на входе и выходе нагнетателя, частота вращения ротора ЦБН / И /, объемная производительность ЦБН / ft /, температура газов перед ТВД / ? /, температура и давление воздуха на входе в осевой компрессор /ta, Р к / и расход топливного газа /В А
Термогазодинамическая модель ГПА, построенная по данным параметрам для заданного состава газа, описывается следующей На рис.Зй представлен иллюстративный график термогазодинамической модели ГПА., построенный по соотношениям /3.22/-/3,35/ для заданных значений состава газа, входных температур и давлений газа "t41 Р, і оборотов ротора ЦБН П , его массовой производительности Q. , температуры и давления на входе в осевой компрессор "Ьа Ра Приведенная модель представляет собой совмещенные характеристики гши
В верхнем левом углу диаграммы рис.3 4 представлены термодинамические зависимости Лправом верхнем - паспортные и реальные газодинамические характеристики АІ-$(п,А/е) и Лі-f(G e) и рпе {(ґ),АІ)і Совмещение термодинамических и газодинамических характеристик осу-ществляется по величине разности энтальпии газа д в ЦБН. В правом нижнем углу приведена зависимость «г-Т (firry , Л4) Совмещение характеристик ЦБН.и ГТУ осуществлено по мощности на силовом валу /\/е В левом нижнем углу приведен вспомогательный график для определения коэффициента технического состояния нагнетателя /f " Коэффициенты fCrry и и определяются /соответственно/ по отклонению фактического расхода топлива от расчетного /паспортного/ и по отклонению разности энтальпии газа от паспортных значений.
Для полнонапорных и однотипных нагнетателей, работающих при одинаковой /близкой/ частоте вращения, приведенная модель является, по существу, термогазодинамической моделью компрессорного цеха и станции в целом.
Частным случаем рассмотренной является модель, предназначенная только для определения технологических параметров ГПА /без определения его технического состояния/. Такая модель не использует газодинамических характеристик ЦБН и ГТУ и является термодинамической Исходными параметрами для нее являются те же величины, что и для ранее рассмотренной модели, за заключением частоты вращения ротора, температуры газов перед турбиной высокого давления, температуры и давления воздуха на входе в осевой компрессор.
Данная модель описывается системой соотношений /3.22/-/3,24/, /3-29/-/3.30/1
При построении системы технической диагностики прежде всего должны предъявляться повышенные требования к точности построения приведенных характеристик ЦЕН. Используемые в настоящее время характеристики представляют собой зависимости приведенной внутренней относительной мощности \7pLp политропического к.п.д. 0nOt и соотношения давлений сжатия /с разверткой по приведенным оборотам/ от приведенной объемной производительности QH . Построение характеристик осуществляется по методике ВНИИГаза. При снятии характеристик в заводских условиях или на испытательном стенде возможно осуществить прямое измерение мощности на силовом валу нагнетателя. Кроме того, при испытаниях обычно измеряются объемная производительность нагнетателя Q /с помощью диафраг-менных устройств/ Г6,321 , температуры Гі- О и давления (Pif Рг) на входе и выходе нагнетателя. Получаемый комплекс измерений дает возможность непосредственно построить зависимости -f(Qr p)
Зависимость %сл -f (СЦ) обычно строится при fc=I,30 с учетом соотношений /2#37/,/2.38/.
Величина пр (при (— )hM) является параметром подобия компрессорных машин, а развертка по величине / — \ ф і осу-ществляется по соотношению:
Подобный подход к построению характеристик ЦБН помимо ошибок, допускаемых при применении теории "идеального пара" с некорректным выбором показателя адиабаты /см.главу 2/, приводит к отсутствию термодинамического соответствия между построенными зависимостями. Это,в свою очередь, дает дополнительную ошибку как при диагностике ГШ., так и при определении его технологических параметров.
Согласно известным термодинамическим соотношениям по любым двум из имеющихся в составе приведенных характеристик зависимостей, не прибегая к дополнительным экспериментам, можно построить третью. Для этого необходимо, задавшись определенными начальными условиями /например, номимальными оборотами и равной единице величине приведенных относительных оборотов/, решить систему уравнений:
Для корректировки характеристик необходимо в качестве базовых выбрать две характеристики, определяемые при испытаниях с наибольшей точностью. В качестве одной из них можно выбрать соотношение давлений сжатия газа в ЦБН, так как ее измерение с достаточно высокой степенью точности не представляет затруднений. Выбор второй базовой характеристики зависит от точности измерения параметров.Например, при снятии характеристик ЦЕН в заводских условиях, с достаточно точным измерением мощности, в качестве нее может быть выбрана приведенная относительная внутренняя мощность ГТУ.В другом случае, в качестве базовой можно взять характеристику политропического к.п.д., рассчитанного по точным термодинамическим соотношениям. , что все они, в той или иной степени, не удовлетворяют требованиям контроля термодинамического соответствия. В качестве примера на рис.3.5, 3.6 пунктирной линией показаны предназначенные для применения в автоматизированной системе диагностики на КС "Белый Яри ПО иТюментрансгазм скорректированные характеристики ЦБН 370-I8-I для обоих рассмотренных случаев. Как видно из графиков, скорректированные величины могут довольно значительно отличаться от паспортных. Так, для нагнетателя 370-I8-I политропический к.п.д. отличается от паспортного на величину -6,7 2,1$, что дает довольно существенную погрешность при определении технического состояния
Аналогичные результаты дает и корректировка газодинамических характеристик других типов ЦЕН.
Следует отметить, что построение приведенных характеристик ЦБН можно осуществить и без привлечения данных о мощности на его валу, замер которой с достаточной точностью в эксплуатационных условиях осуществить пока достаточно сложно. В этом случае, в качестве исходной величины в системе соотношений /3.37/-/3 39/ необходимо использовать разность энтальпии газа в нагнетателе. Последовательность построения газодинамических характеристик ЦЕН /на примере Н-300-1,23/ при таком подходе представлена на рисі3.7.
В случае когда имеется возможность измерения мощности, эту величину можно использовать в качестве контрольной.
Следует отметить, что данный метод построения характеристик предъявляет повышенные требования к точности используемых термодинамических соотношений для определения разности энтальпии газа и политропического к.п.д. нагнетателя. Определение этих величин для ЦБН,рассчитанных на давление до 5,5 МПа, может быть проведено даже при корректном выборе показателя адиабаты /что является самое
Построение эксплуатационных характеристик центробежных нагнетателей для решения задач частной . диагностики
Рассмотренный в разд. 3.3. способ построения приведенных характеристик ЦБН требует измерения мощности на валу нагнетателя или его производительности, что отвечает требованиям термогазодинамической модели ГПА, описанной в разд 3.2. В то же время термогазодинамическая модель ГПА, рассмотренная в разд. 4.1,, строится без учета измерения этих параметров, что требует другого подхода и к построению характеристик. Необходимость постоянной эксплуатационной корректировки характеристик ЦБН для указанной модели приводит к выводу о возможности представления характеристик в более удобной для расчетов фррме, а именно в виде общего графика зависимостей(Л н\.р=#дЦ ) ри0„ { (Д(" і ) ft которые корректируются в процессе эксплуатации как индивидуальные, необобщенные характеристики. Построение характеристик проводится по результатам испытаний о измерением температур и давлений на входе и выходе нагнетателя и частоты вращения его силового вала. При этом характеристика (ІУ{/Рн)у,р - f (&Lhfi) строится на основании заводских испытаний по приведенным характеристикам ЦБН С4] и, в соответствии с термогазодинамической моделью ГПА, рассмотренной в разд. 4.1., - 121 эта характеристика в процессе эксплуатации не изменяется, а характеристику OntM - f (д I „Л целесообразно строить с применением соотношений /3.45/-/3,47/.
В качестве примера на рис 4.4 представлены паспортные приведенные характеристики ЦБН типа 370-I8-I в предложенной форме. Для удобства расчета на ЭВМ характеристики удобно описать системой Коэффициенты Cj , Qj этих соотношений для паспортных характеристик ряда типов ЦБН приведены в табл.4;4 и 4.5.;
В процессе эксплуатации коэффициенты "с" корректируются, а коэффициенты "а" остаются без изменений.
В случае необходимости в предлагаемую форму характеристик несложно ввести и параметр соотношения давлений сжатия газа в нагнетателе, как это сделано в разд.3.4, и описать его соответствующими расчетными -соотношениями, учитывая, при этом, необходимость постоянной корректировки зависимости - СА„Л в процессе эксплуатации. Для решения задач .. ...частной диагностики вполне достаточно двух предлагаемых зависимостей. Указанная форма построения приведенных характеристик может использоваться и в термогазодинамической модели ГПА,, рассмотренной в разд.-3.2, при наличии замера объемной производительности ЦБН. При этом характеристика
Наряду с разработкой сложных систем диагностики, требующих применения специальной измерительной аппаратуры и высокой точности измерений, необходимо развивать упрощенные методы, адаптированные к реальным условиям эксплуатации; Такие методы хотя и дают определенную погрешность при определении технологических величин и параметров технического состояния ША, но позволяют уже в настоящее время организовать контроль за состоянием эксплуатируемых агрегатов. Особенно целесообразно использовать такие методы для ША с достаточно плохим техническим состоянием, в частности, имеющих большую наработку после ремонта. Базирование на штатных измерениях и более низкие требования к их точности становятся при таком подходе главными требованиями к диагностическим моделям.
Упрощенная термогазодинамическая модель ША, рассмотренная в разд. 3.1, и соответствующая ей методика, наряду о преимуществами по сравнению с применяемыми методиками С35,36], обладают и рядом недостатков, затрудняющих их использование в эксплуатационных условиях для ряда типов ША. К ним относятся, прежде всего, требование измерения температур газа на входе и выходе ЦЕН с точностью 0,l40,2G. Как правило, эти измерения производятся в процеоое эксплуатации приборами не обеспечивающими необходимой точности, например, термометрами сопротивления. Кроме того, на некоторых типах ША имеются измерения лишь одной из температур /на входе или выходе ЦШ/. В то же время, рассмотренная термогазодинамическая . модель ША является замкнутой и исключение из нее любого параметра недопустимо. Однако, модель позволяет заменить один из измеряемых параметров /например, одну из температур газа в нагнетателе/ на расчетный параметр /например, объемную производительность,мощ нооть, расход топливного газа/» При такой замене в качестве базовой рассматривается не величина приведенной разности энтальпии газа в нагнетателе, а величина приведенной объемной производительности или приведенной относительной внутренней мощности, по которым и находят все необходимые величины с помощью характеристик ГПА»
В последние годы на компрессорных станциях страны широко внедряется оистема непосредственного измерения расхода топливного газа, что дает возможность учитывать этот показатель в системах диагностики. Техническое состояние и технологические показатели ГПА в этом случае можно определить по измеренным значениям температуры газа на входе ЦБН / щ /, давлениям газа на входе и выходе ЦБН /Р-, Р2/, частоте вращения силового вала ЦВН / К) /»объемной производительности / Q /, температуре газов перед ТВД / i /$ температуре и давлению воздуха на входе в осевой компрессор/-Л, Ц/т
Ниже приведена реализация методики в виде расчетных соотношений Эффективная мощность::
Коэффициент Krry учитывает увеличение расхода топливного газа при ухудшении технического состояния ГТУ, Здесь необходимо ввести предварительный, оценочный коэффвдент. Правильность его выбора должен подтвердить коэффициент Krry, рассчитываемый далее в модели. В случае необходимости /при сильном расхождении коэффициентов гСгту и №ГТУ / можно подкорректировать величину Кту при повторном расчете. На ЭВМ это несложно реализовать в виде интерапионной процедуры.
Паспортная мощность и коэффициент технического состояния ГТУ определяются из соотношений /3.56/, /4.16/.
Далее по соотношениям /3.43/-/3.46/, /3.54/ определяются потенциальная работа сжатия 60І,І и плотность газа на входе в нагнетатель рм Температура газа на выходе нагнетателя для нахождения величины Рг. Vz определяется из приближенного соотношения:іще в расчетах, с достаточной для методики точностью, можно принять средние значения #-1.34, 0 «0,8. Приведенная эффективная мощность;
