Способ эксплуатации газотурбинной установки

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных установок, в частности оценке технического состояния газотурбинного двигателя и осуществлению контроля степени загрязнения газовоздушного тракта двигателя. Технический результат - повышение достоверности определения необходимости промывки двигателя за счет повышения точности и частоты контроля степени загрязнения в процессе эксплуатации установки. Указанный технический результат достигается тем, что предварительно на этапе проектирования ГТУ формируют эксплуатационную математическую модель работы ГТУ, в процессе заводских сдаточных испытаний перед началом эксплуатации дополнительно измеряют температуру газов за турбиной газогенератора t*т, абсолютное давление воздуха за компрессором Р*к, атмосферное давление Рн, и определяют исходные значения tт исх, Рк исх на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях, далее в процессе эксплуатации, ежедневно, на эксплуатационном режиме работы газотурбинной установки осуществляют измерение текущих значений параметров nггтек, t*ттек, Р*ктек, t*вхтек, Рнтек на основе первой и второй функциональных зависимостей, с учетом величины Δnгг, вычисляют Рк режтек и tт режтек, и также ежедневно осуществляют сравнение этих параметров с Рк исх и tт исх, с получением величин ΔРкк режк исх и Δtт=tт реж-tт исх, которые в свою очередь сравнивают с заранее заданными величинами Δ1 и Δ2, при этом в случае, если ΔРк≥Δ1 и Δtт≤Δ2, продолжают эксплуатацию указанной ГТУ без ограничений, а если ΔРк1 или Δtт2, то проводят визуально-оптический контроль компрессора на предмет наличия повреждений и при отсутствии последних выполняют промывку газовоздушного тракта ГТУ.

 

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных установок, в частности оценке технического состояния газотурбинного двигателя и осуществлению контроля степени загрязнения газовоздушного тракта двигателя.

Основной эксплуатационной причиной снижения мощности газотурбинной установки является загрязнение газовоздушного тракта. Эффективность эксплуатации газотурбинных установок в подобных случаях зависит от своевременной диагностики ухудшения параметров и выполнения очистки газовоздушного тракта для восстановления мощности.

Известен способ эксплуатации энергетической газотурбинной установки (ГТУ), предусматривающий очистку газовоздушного тракта на основе данных о снижении вырабатываемой электрической мощности (ΔN) по сравнению с техническим состоянием ГТУ перед началом эксплуатации [Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. М.: Издательство МЭИ, 2002 г., стр.178-179].

Измерение параметра N производят для одинаковых условий на входе в ГТУ при номинальном уровне нагрузки, скорректированной температуре газов на выходе ГТУ и полностью открытом положении входного направляющего аппарата компрессора. После проведения очистки проточной части ГТУ производят повторное измерение электрической мощности для подтверждения восстановления характеристик.

Недостатком известного способа является невозможность использования диагностического признака - снижения электрической мощности ΔN при оценке степени загрязнения ГТУ для механического привода.

Известен также способ оценки технического состояния газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом на основе многофакторного диагностирования параметров их проточной части с использованием комплекса нелинейных математических моделей ГТУ и центробежного нагнетателя, которые согласовывают между собой через параметры механической мощности и частоты вращения силового вала [Патент РФ №2217722, G01M 5/00, 2003 г.]. О неисправностях в работе судят по изменениям во времени параметров состояния ГТУ и интегральным показателям работы газоперекачивающего агрегата.

Недостатками данного аналога и подобного способа, реализованного в системе диагностирования газоперекачивающих агрегатов [Патент РФ №2245533, G01M 15/00, F04D 27/02, 2005 г.] и предусматривающего параметрическую, вибрационную, визуально-оптическую, ресурсную и экспертную диагностику с последующим проведением ремонтно-восстановительных работ, являются существенный объем регистрируемой параметрической информации, сложность диагностической аппаратуры, необходимость в высокой квалификации обслуживающего персонала, что неизбежно приводит к повышенным эксплуатационным расходам.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ эксплуатации турбореактивного двигателя по его техническому состоянию, предусматривающий периодический вывод двигателя на частоту вращения ротора низкого давления nРНД, близкую к полученной в начале эксплуатации для максимального режима, далее создают на турбине перепад давления, близкий к перепаду давления в начале эксплуатации на этой частоте вращения nрнд, измеряют частоту вращения ротора высокого давления nрвд (газогенератора), сравнивают ее величину со значением, полученным в начале эксплуатации, и при увеличении nрвд более чем на 1,5% осуществляют промывку газового тракта двигателя до уменьшения этого отклонения на 1,5…2% [Патент РФ №2168163, G01M 15/00, 2001 г.].

Основным недостатком прототипа является необходимость в специальном выводе двигателя на максимальный режим, что приводит к дополнительным эксплуатационным расходам, связанным с ускоренной выработкой ресурса горячей части двигателя и тратам топлива на периодические проверки. Кроме того, параметр частоты вращения ротора газогенератора (nгг) как диагностический признак не в полной мере учитывает изменение расходной характеристики компрессора из-за загрязнения газовоздушного тракта. Поэтому известный способ не обеспечивает высокую достоверность определения необходимости промывки газовоздушного тракта.

Техническая задача - исключение эксплуатационных затрат, связанных с необходимостью проведения специальных действий по оценке состояния газовоздушного тракта, и повышение достоверности определения необходимости его промывки за счет повышения точности и частоты контроля степени загрязнения в процессе эксплуатации установки.

Указанная задача решена за счет того, что в способе эксплуатации газотурбинной установки по техническому состоянию газотурбинного двигателя (ГТД) путем периодического определения отклонений параметров ГТД, в частности величины частоты вращения ротора газогенератора nгг, измеренной в процессе эксплуатации установки, от исходных значений параметров, в частности nгг исх, определенной в процессе заводских сдаточных испытаний перед началом эксплуатации на контролируемом режиме работы, и выполнения очистки газовоздушного тракта газотурбинной установки при изменении отклонений параметров сверх заранее установленных величин, согласно изобретению предварительно на этапе проектирования ГТУ формируют эксплуатационную математическую модель работы ГТУ, включающую первую функциональную зависимость в виде

Рк реж=f(Р*к, Рн, К1, Крк, Δnгг),

где Рк реж - величина Р*к, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров и контрольному режиму с учетом программ управления ГТД установки, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД;

Р*к - абсолютное давление воздуха за компрессором;

Рн - атмосферное давление;

K1 - коэффициент приведения Р*к;

Крк - коэффициент приведения Р*к к контролируемому режиму;

Δnгг - отклонение величины nгг от исходного значения, вычисленное по формуле: Δnгг = nгг реж - nгг исх,

где nгг реж - величина nгг, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров, с учетом программ управления ГТД, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД,

nгг реж =f(nгг, К2),

где К2 - коэффициент приведения nгг;

nгг исх - исходное значение nгг на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях;

и вторую функциональную зависимость в виде

tт реж=f(t*т, К3, Ктт, Δnгг),

где tт реж - величина t*т, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров и контрольному режиму с учетом программ управления ГТД, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД;

t*т - температура газов за турбиной газогенератора;

К3 - коэффициент приведения t*т;

Ктт - коэффициент приведения t*т к контролируемому режиму.

В процессе заводских сдаточных испытаний перед началом эксплуатации дополнительно на контрольном режиме измеряют температуру газов за турбиной газогенератора t*т, абсолютное давление воздуха за компрессором Р*к, атмосферное давление Рн, и определяют исходные значения tт исх, Рк исх на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях.

Коэффициенты К1, K2, К3 представляют собой коэффициенты приведения параметров Р*к, nгг, t*т соответственно к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров с учетом программ управления ГТД, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД.

Величины параметров nгг исх, tт исх и Рк исх заносят в формуляр указанного ГТД.

Далее в процессе эксплуатации ежедневно на эксплуатационном режиме работы газотурбинной установки осуществляют измерение текущих значений параметров nггтек, t*ттек, Р*ктек, t*вхтек, Рнтек на основе первой и второй функциональных зависимостей, с учетом величины Δnгг, вычисляют Рк режтек и tт режтек, и также ежедневно осуществляют сравнение этих параметров с Рк исх и tт исх, с получением величин ΔРкк режк исх и Δtт=tт реж-tт исх, которые в свою очередь сравнивают с заранее заданными величинами Δ1 и Δ2. При этом в случае, если ΔРк≥Δ1 и Δtт≤Δ2 продолжают эксплуатацию указанной ГТУ без ограничений, а если ΔРк1 или Δtт2, то проводят визуально-оптический контроль компрессора на предмет наличия повреждений и при отсутствии последних выполняют промывку газовоздушного тракта ГТУ.

В отличие от прототипа мониторинг параметров ГТУ осуществляют в процессе штатной эксплуатации, т.е. без специальных остановов и/или выходов на заранее заданный контрольно-проверочный режим, т.е. без осуществления специальных действий, что приводит к существенному снижению затрат.

Применение в качестве диагностических признаков загрязнения газовоздушного тракта параметров Р*к и t*т как наиболее точно отражающих ухудшение характеристик компрессора позволяет повысить точность контроля степени загрязнения в процессе эксплуатации по заявляемому способу.

Ежедневная периодичность контроля в максимальной степени способствует достоверности в определении необходимости очистки газовоздушного тракта и исключает запоздалую или преждевременную очистку.

Способ осуществляют следующим образом.

1. Предварительно на этапе проектирования ГТУ формируют эксплуатационную математическую модель работы ГТУ, включающую первую функциональную зависимость в виде:

Рк реж=f(Р*к, Рн, К1, Крк, Δnгг),

и вторую функциональную зависимость в виде:

tт реж=f(t*т, К3, Ктт, Δnгг).

2. В процессе заводских сдаточных испытаний ГТУ, т.е. перед началом эксплуатации, на контрольных режимах работы ГТУ наряду с другими параметрами, в частности nгг, измеряют температуру газов за турбиной газогенератора t*т, абсолютное давление воздуха за компрессором Р*к, температуру воздуха на входе в ГТД t*вх и атмосферное давление Рн, затем определяют исходные значения nгг исх, tт исх, Рк исх на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях. Величины параметров nгг исх, tт исх, Рк исх заносят в формуляр указанного ГТД.

3. Далее в процессе эксплуатации ежедневно с помощью штатной системы автоматического управления на эксплуатационном режиме работы указанного двигателя осуществляют измерение текущих значений параметров nггтек, t*ттек, Р*ктек, t*вхтек, Рнтек на основе первой и второй функциональных зависимостей с учетом величины Δnгг и вычисляют Рк режтек и tт режтек.

4. Ежедневно осуществляют сравнение величин Рк режтек и tт режтек с Рк исх и tт исх соответственно с получением величин ΔРк и Δtт. Осуществляют сравнение указанных величин с заранее заданными величинами Δ1 и Δ2. Величины Δ1 и Δ2 выбраны из условия обеспечения требуемого уровня мощности ГГУ не ниже заданного предела по нормативной или эксплуатационно-технической документации.

5. В случае, если ΔРк≥Δ1 и Δtт≤Δ2 продолжают эксплуатацию указанной ГТУ без ограничений, а если ΔРк1 или Δtт2, то проводят визуально-оптический контроль компрессора на предмет наличия повреждений (например, лопаток компрессора), которые могут стать причиной ухудшения параметров ГТУ и снижения ее мощности.

6. При отсутствии дефектов по результатам осмотра выполняют очистку газовоздушного тракта ГТУ любым известным способом.

После очистки производят повторное определение величин ΔРк и Δtт и при выполнении условий ΔРк≥Δ1 и Δtт≤Δ2 продолжают эксплуатацию указанного двигателя ГТУ.

Заявляемое техническое решение реализовано и опробовано эксплуатационными испытаниями в составе газотурбинной установки мощностью 16 МВт типа ГТУ-16П разработки ОАО «Авиадвигатель» (Россия), используемой в качестве привода нагнетателя природного газа магистральных газопроводов. Результаты испытаний и последующая эксплуатация в составе газоперекачивающих агрегатов в системе ОАО «Газпром» полностью подтвердили эффективность изобретения и своевременную диагностику ухудшения параметров ГТУ из-за загрязнения газовоздушного тракта.

Способ эксплуатации газотурбинной установки по техническому состоянию газотурбинного двигателя (ГТД) путем периодического определения отклонений параметров ГТД, в частности, величины частоты вращения ротора газогенератора nгг, измеренной в процессе эксплуатации установки, от исходных значений параметров, в частности nгг исх, определенной в процессе заводских сдаточных испытаний перед началом эксплуатации на контролируемом режиме работы, и выполнения очистки газовоздушного тракта газотурбинной установки при изменении отклонений параметров сверх заранее установленных величин, отличающийся тем, что
предварительно на этапе проектирования ГТУ формируют эксплуатационную математическую модель работы ГТУ, включающую первую функциональную зависимость в виде
Рк реж=f(Р*к, Рн, K1, Крк, Δnгг),
где Pк реж - величина Р*к, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров, и контрольному режиму с учетом программ управления ГТД установки, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД;
Р*к - абсолютное давление воздуха за компрессором;
Рн - атмосферное давление;
К1 - коэффициент приведения Р*к;
Крк - коэффициент приведения Р*к к контролируемому режиму;
Δnгг - отклонение величины nгг от исходного значения, вычисленное по формуле Δnгг=nгг реж-nгг исх,
где nгг реж - величина nгг, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров, с учетом программ управления ГТД, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД,
nгг реж=f(nгг, К2),
где K2 - коэффициент приведения nгг;
nгг исх - исходное значение nгг на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях;
и вторую функциональную зависимость в виде
tт реж=f(t*t, К3, Ктт, Δnгг),
где tт реж - величина t*т, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров, и контрольному режиму с учетом программ управления ГТД, предназначенным для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД;
t*т - температура газов за турбиной газогенератора;
К3 - коэффициент приведения t*т;
Kтт - коэффициент приведения t*т к контролируемому режиму;
при этом в процессе заводских сдаточных испытаний перед началом эксплуатации дополнительно измеряют температуру газов за турбиной газогенератора t*т, абсолютное давление воздуха за компрессором Р*к, атмосферное давление Рн, и определяют исходные значения tт исх, Рк исх на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях,
далее в процессе эксплуатации ежедневно на эксплуатационном режиме работы газотурбинной установки осуществляют измерение текущих значений параметров nггтек, t*ттек, Р*ктек, t*вхтек, Рнтек на основе первой и второй функциональных зависимостей, с учетом величины Δnгг, вычисляют Рк режтек и tт режтек, и также ежедневно осуществляют сравнение этих параметров с Рк исх и tт исх, с получением величин ΔРкк реж - Рк исх и Δtт-=tт реж - tт исх, которые в свою очередь сравнивают с заранее заданными величинами Δ1 и Δ2, при этом в случае, если ΔРк≥Δ1 и Δtт≤Δ2 продолжают эксплуатацию указанной ГТУ без ограничений, а если ΔРк1 или Δtт2, то проводят визуально-оптический контроль компрессора на предмет наличия повреждений и при отсутствии последних выполняют промывку газовоздушного тракта ГТУ.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в автосервисных центрах для контроля характеристик электромагнитных форсунок систем инжекции двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными установками (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам для испытания турбин и компрессоров газотурбинных и поршневых двигателей. .

Изобретение относится к области испытаний вооружения, а конкретно к способам и устройствам стендовых испытаний энергетических узлов, содержащих пиротехнические и/или пороховые составы, твердые ракетные топлива.

Изобретение относится к энергомашиностроению и может найти широкое применение при прочностной и аэродинамической доводке осевых компрессоров и турбин в авиации и энергомашиностроении.

Изобретение относится к области испытаний турбовинтовых и турбовальных двигателей на стенде в условиях, близких к полетным. .

Изобретение относится к установкам для испытания агрегатов топливопитания и регулирования прямоточных воздушно-реактивных двигателей. .

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к области эксплуатации машин и может быть использовано при диагностировании двигателей внутреннего сгорания (ДВС). .

Изобретение относится к двигателестроению и может использоваться для измерения цикловой и часовой подачи топлива на стенде для испытаний топливоподающих агрегатов дизельных двигателей.

Изобретение относится к способам бестормозных испытаний двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к области машиностроения и используется для обкатки и проведения испытаний гидравлических забойных двигателей (ГЗД)

Изобретение относится к авиадвигателестроению и энергомашиностроению и может найти применение при прочностной доводке компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД) при стендовых испытаниях и в процессе эксплуатации, а также для создания систем диагностики автоколебаний, как в авиации, так и в энергомашиностроении

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными установками (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и газотурбинных электростанций (ГТЭС)

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к регулированию систем двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к области нефтегазового машиностроения, а именно к оборудованию для испытаний гидравлических забойных двигателей

Изобретение относится к области испытаний технических систем и предназначено для диагностирования и прогнозирования технического состояния твердотельных конструкций технических систем (1)

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для обкатки и проведения испытаний одновинтовых насосов как новых, так и после проведения ремонта

Изобретение относится к области диагностирования технического состояния при ремонтной сборке двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Изобретение относится к области эксплуатации газотурбинных установок, в частности оценке технического состояния газотурбинного двигателя и осуществлению контроля степени загрязнения газовоздушного тракта двигателя

Наверх