Способ снижения заброса частоты вращения вала нагнетателя газоперекачивающего агрегата при помпаже нагнетателя



Способ снижения заброса частоты вращения вала нагнетателя газоперекачивающего агрегата при помпаже нагнетателя
Способ снижения заброса частоты вращения вала нагнетателя газоперекачивающего агрегата при помпаже нагнетателя

 


Владельцы патента RU 2484274:

Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" (RU)

Изобретение относится к области эксплуатации газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях в системе магистральных газопроводов и может использоваться в системах автоматического управления газоперекачивающими агрегатами (САУ ГПА). Способ снижения заброса частоты вращения вала нагнетателя газоперекачивающего агрегата при помпаже нагнетателя заключается в резком прикрытии топливного клапана. Одновременно с резким прикрытием топливного клапана открывают выпускные воздушные клапаны осевого компрессора. Технический результат изобретения - снижение заброса частоты вращения вала нагнетателя при помпаже нагнетателя. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области эксплуатации газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях в системе магистральных газопроводов и может использоваться в системах автоматического управления газоперекачивающими агрегатами (САУ ГПА).

Известно, что центробежные нагнетатели (компрессоры) имеют область неустойчивой работы. При попадании рабочей точки в эту область происходит помпаж нагнетателя - периодическое резкое изменение частоты вращения, давления на входе и выходе нагнетателя, осевых сдвигов. Помпаж нагнетателя - опасное явление, которое может быть причиной обширных повреждений газоперекачивающего агрегата. Современные САУ ГПА содержат средства, предотвращающие попадание нагнетателя в помпаж. Такие средства бывают двух типов: антипомпажное регулирование (АПР) и антипомпажная защита (АПЗ (см. SU 01466394 A1, F04D 27/02, 04.03.1987; RU 02150611 C1, F04D 27/02, 30.12.1998).

Системы АПР отслеживают координаты рабочей точки и, воздействуя на исполнительные механизмы ГПА, стремятся обеспечить заданный «запас по помпажу» - зону безопасности между текущим положением рабочей точки и границей зоны неустойчивой работы. Однако системы антипомпажного регулирования не могут полностью исключить возможность попадания нагнетателя в помпаж, поэтому САУ ГПА содержат системы антипомпажной защиты.

Системы АПЗ начинают работу, когда нагнетатель попал в помпаж - сработал сигнализатор помпажа - и, воздействуя на исполнительные механизмы ГПА, предотвращают возникновение второго и последующих помпажных хлопков и никак не влияют на заброс во время первого хлопка. Между тем в центробежном компрессоре в первые мгновения после начала помпажного хлопка формируется вращающий момент, способный вызвать значительный заброс частоты вращения. При этом основная задача, решаемая САУ ГПА, состоит в предотвращении недопустимо больших забросов регулируемой величины (частоты вращения) и связанных с этими забросами аварийных остановов ГПА (см. Кириллов И.И., Рыбин П.А., Дюбанов Ю.В., Фатыхов В.Г. Исследование режимов помпажа осевого доменного компрессора // Известия высших учебных заведений. Энергетика. - 1994 г. - №1-2 - с.54-59).

Основным недостатком изобретений по SU 01466394 A1, F04D 27/02, 04.03.1987; RU 02150611 C1, F04D 27/02, 30.12.1998 является отсутствие мер по снижению заброса частоты вращения при первом помпажном хлопке.

Наиболее близким к заявляемому является способ снижения заброса частоты вращения путем резкого прикрытия топливного клапана (см. RU 02168044 C2, F02C 9/28, 08.08.1995). Этот способ выбран в качестве прототипа.

Уравнение, по которому определяется изменение частоты вращения вала, имеет вид:

I / 2 d N 2 / d t = P t P 1, ( 1 )

где I - момент инерции вала, N - частота вращения вала, Pt - мощность турбины, приводящей вал, P1 - мощность, потребляемая нагрузкой на валу.

Поскольку Р1 резко снижается при возникновении помпажа, единственный способ уменьшить заброс частоты - уменьшать Pt, чтобы правая часть уравнения (1) была минимальной по величине. Выражение для мощности Pt можно представить в виде:

P t = H G , ( 2 )

где H - удельная (на килограмм рабочего тела) работа двигателя, G - массовый расход рабочего тела через турбину. Н является явной функцией температуры продуктов сгорания перед турбиной и, следовательно, расхода топлива. По сигналу от сигнализатора помпажа производят резкое прикрытие топливного клапана, и уменьшение мощности Pt происходит главным образом за счет уменьшения сомножителя Н в уравнении (2).

Основным недостатком этого способа является то, что даже при резком прикрытии топливного клапана снижение мощности двигателя из-за инерционности температуры продуктов сгорания происходит с запаздыванием, во время которого происходит заброс оборотов силового вала (заброс частоты вращения вала нагнетателя).

Техническим результатом заявляемого способа является снижение заброса частоты вращения вала нагнетателя при помпаже нагнетателя.

Технический результат достигается тем, что в способе снижения заброса частоты вращения вала нагнетателя газоперекачивающего агрегата при помпаже нагнетателя, заключающемся в резком прикрытии топливного клапана одновременно с резким прикрытием топливного клапана, открывают выпускные воздушные клапаны (ВВК) осевого компрессора.

С целью компенсации запаздывания срабатывания выпускных воздушных клапанов вводят упреждение по отношению к началу заброса частоты вращения на выдачу команд на резкое прикрытие топливного клапана и открытие выпускных воздушных клапанов, для чего снижают порог срабатывания сигнализатора заброса.

С целью уменьшения вероятности ложного срабатывания сигнализатора порог срабатывания адаптивно меняют в зависимости от частоты вращения вала нагнетателя.

На фиг.1 приведен график изменения частоты вращения вала нагнетателя при помпаже нагнетателя.

На фиг.2 приведен график изменения частоты вращения вала нагнетателя при помпаже нагнетателя в случае, когда команда на резкое прикрытие топливного клапана и открытие ВВК выдается с упреждением, во время плавного нарастания частоты вращения.

На графике фиг.1 отмечено плавное повышение частоты вращения, предшествующее помпажу, момент начала помпажа (срыв потока) и заброс (на графике показан заброс, превышающий аварийную уставку). На графике также показано время запаздывания ВВК (команда на открытие ВВК выдается в момент начала помпажа).

На графике фиг.2 команда на открытие ВВК и резкое прикрытие топливного клапана выдается с упреждением во время плавного нарастания частоты. При этом фактическое открытие ВВК происходит в момент, близкий к началу помпажа, что приводит к снижению заброса.

Способ реализуется следующим образом.

В целях снижения величины заброса частоты вращения вала нагнетателя, в дополнение к резкому прикрытию топливного клапана предлагается открывать ВВК осевого компрессора, что резко уменьшит объем расхода воздуха для рабочего тела и, тем самым, расхода продуктов сгорания через турбину, что позволит дополнительно снижать мощность Pt за счет уменьшения второго сомножителя в уравнении (2).

Однако недостаточное быстродействие ВВК снижает эффективность подавления заброса. Время срабатывания ВВК агрегата ГТК-10-4 составляет 500-800 мс, и за это время происходит заброс частоты вращения вала нагнетателя.

Известно, что при уменьшении расхода компримируемого газа через нагнетатель происходит плавное увеличение частоты вращения вала нагнетателя, парируемое топливным регулятором. При дальнейшем уменьшении расхода возникает срыв потока на лопатках ротора (помпаж нагнетателя). Для повышения эффективности подавления заброса в настоящем изобретении предлагается ввести упреждение выдачи команд на резкое прикрытие топливного клапана и открытие ВВК по отношению к началу заброса частоты вращения вала нагнетателя. Для этого снижают порог срабатывания сигнализатора заброса до величины, обеспечивающей срабатывание во время плавного нарастания частоты вращения, предшествующего помпажу. Однако снижение порога увеличивает вероятность ложной идентификации помпажа, особенно при подготовительных операциях по вводу газоперекачивающего агрегата в штатный режим нагнетания технологического газа в магистральный трубопровод.

Для уменьшения вероятности ложного срабатывания сигнализатора предлагается ввести адаптивное изменение порога срабатывания в зависимости от частоты вращения вала нагнетателя: если частота вращения достаточно низка, так, что при максимальном забросе не превысит аварийную уставку, порог срабатывания повышают, при работе в штатном режиме порог снижают до минимально возможного уровня.

Заявляемый способ прошел испытания в Надымском линейно-производственном управлении магистральных газопроводов ООО «Газпром трансгаз Югорск» на ГПА ГТК-10-4. Было проведено два испытания при работе ГПА в магистраль с частотой вращения 4300 об/мин с искусственным введением ГПА в помпаж. Агрегат работал в группе из двух ГПА, помпаж вызывался открытием крана 3-бис на соседнем агрегате. В первом испытании без каких-либо мер по снижению заброса заброс частоты вращения вала нагнетателя составил 910 об/мин. Затем при втором испытании порог сигнализатора был снижен с 20 об/мин за 0,1 с до 6 об/мин за 0,1 с, при этом испытании упреждение срабатывания сигнализатора составило 550 мс, фактическое открытие ВВК произошло через 50 мс после начала помпажа, заброс составил 478 об/мин.

1. Способ снижения заброса частоты вращения вала нагнетателя газоперекачивающего агрегата при помпаже нагнетателя, заключающийся в резком прикрытии топливного клапана, отличающийся тем, что одновременно с резким прикрытием топливного клапана открывают выпускные воздушные клапаны осевого компрессора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью компенсации запаздывания срабатывания выпускных воздушных клапанов, вводят упреждение по отношению к началу заброса частоты вращения на выдачу команд на резкое прикрытие топливного клапана и открытие выпускных воздушных клапанов, для чего снижают порог срабатывания сигнализатора заброса.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения вероятности ложного срабатывания сигнализатора, порог срабатывания адаптивно меняют в зависимости от частоты вращения вала нагнетателя.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к авиации. .

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинных установок (ГТУ), используемых для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для управления работой двухконтурных ГТД летательных аппаратов за счет регулирования частоты вращения ротора низкого давления ГТД.

Изобретение относится к системам автоматического управления (САУ) сложных объектов, например газотурбинных двигателей (ГТД), в которых для регулирования нескольких параметров используется одно управляющее воздействие.

Изобретение относится к области систем автоматического управления (САУ) газотурбинного двигателя (ГТД). .

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к автоматическому управлению газотурбинными двигателями (ГТД), и может быть использовано для повышения эффективности управления ГТД.

Изобретение относится к области управления работой газотурбинных двигателей и может быть использовано для управления авиационными газотурбинными двигателями
Изобретение относится к области стендовых испытаний двухкаскадных газотурбинных двигателей, в частности к стендовым испытаниям газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта, и предназначено для обеспечения запасов устойчивой работы компрессора высокого давления КВД и тяги (мощности) двигателя в процессе эксплуатации двигателя после восстановительного ремонта. При стендовых испытаниях двухкаскадных газотурбинных двигателей после восстановительного ремонта без разборки узлов и замены деталей проточной части отладку скольжения роторов, а также тяги на взлетном режиме (мощности на максимальном режиме) производят на значения, полученные в эксплуатации перед восстановительным ремонтом. В случае выхода значений этих параметров за границы эксплуатационного допуска отладку параметров производят на значения, соответствующие ближайшей (верхней или нижней) границе их эксплуатационного допуска.

Устройство и способ контроля насоса высокого давления в контуре питания топливом газотурбинного двигателя путем выявления открытия клапана нагнетания и отсечки, установленного на выходе клапана регулирования расхода топлива, путем измерения скорости вращения газотурбинного двигателя, соответствующей открытию клапана нагнетания и отсечки, и путем последующего отслеживания изменения величины этой скорости вращения для того, чтобы предложить замену насоса высокого давления, когда измеренная величина этой скорости вращения достигает заданного порога. Технический результат изобретений - создание простого эффективного и экономически выгодного решения по контролю насоса высокого давления. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области теплотехники. Система теплообменника, через которую протекает жидкость, содержащая теплообменник с входом и выходом для жидкости, перепускной клапан с входом и выходом для жидкости и самоочищающийся фильтр с входом и двумя выходами для жидкости, один из которых является выходом для отфильтрованной жидкости, а второй - для неотфильтрованной жидкости, причем выход для отфильтрованной жидкости соединен с входом теплообменника, а выход для неотфильтрованной жидкости соединен с входом клапана; при этом выход теплообменника подсоединен ниже по потоку относительно выхода клапана. Технический результат - исключение засорения теплообменника. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах автоматического управления (САУ) газотурбинными двигателями (ГТД) со свободной турбиной, применяемыми в составе газотурбинных установок (ГТУ) для привода электрогенераторов (ЭГ) газотурбинных электростанций (ГТЭС). Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно при снижении частоты вращения свободной турбины на определенную величину значение минимально допустимого расхода топлива увеличивается на заданное время выше фактического расхода топлива на заданную величину. Технический результат - повышение надежности работы ГТЭС за счет повышения качества работы САУ ГТД. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ работы газотурбинной установки в переходном режиме, при котором регулятор определяет значения управляющей команды для массового расхода входящего воздуха, для массового расхода топлива и для массового расхода воды или пара, если вода и пар используются, причем по меньшей мере, одно командное значение динамически компенсируют, чтобы компенсировать различную динамику систем подачи с целью синхронизации результирующих изменений массовых расходов топлива, воды, пара и воздуха горения, которые поступают в камеру сгорания, таким образом, чтобы состав топливовоздушной смеси оставался в пределах границы воспламенения. Также представлены система регулирования, предназначенная для осуществления предлагаемого способа, а также газотурбинная установка, содержащая такую систему регулирования. Изобретение позволяет обеспечить быстрое функционирование в переходном режиме со стабильным пламенем предварительно перемешанной смеси. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронно-гидромеханических системах автоматического управления многорежимными газотурбинными двигателями (ГТД) с форсажной камерой сгорания (ФКС) при их эксплуатации на учебных режимах для обеспечения надежного розжига топлива при включении форсажа с пониженных режимов непрогретого двигателя (ниже режима «Максимал»). По сигналу включения устройства розжига форсажной камеры увеличивают значение внутридвигательного параметра, по которому регулируют расход топлива в основную камеру сгорания на заранее выбранную величину, а после розжига пламени в форсажной камере уменьшают расход топлива в основную камеру сгорания на эту же величину. 1 ил.

Изобретение относится к способу обнаружения попадания воды или града в газотурбинный двигатель, причем упомянутый двигатель имеет, по меньшей мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Способ содержит следующие этапы, состоящие из: - оценки значения первого показателя, символизирующего всасывание воды или града; - оценки значения второго показателя, представляющего всасывание воды или града, причем упомянутый второй показатель отличается от первого показателя; и - вычисления значения общего показателя путем сложения вместе, по меньшей мере, упомянутого первого и второго показателей. Технический результат изобретения - повышение эффективности и быстродействия данного способа. 6 н. и 6 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к энергетике. Способ определения температуры газа на выходе камеры сгорания газовой турбины, содержащий этапы, на которых: определяют массовый расход и температуру топлива, подаваемого в камеру сгорания; определяют массовый расход и температуру воздуха, подаваемого в камеру сгорания; определяют температурную зависимость удельной теплоемкости сгоревшей смеси топлива и воздуха, поданной в камеру сгорания; и определяют температуру на выходе сгоревшей смеси на выходе из камеры сгорания на основе найденного массового расхода и температуры топлива, найденного массового расхода и температуры воздуха и найденной температурной зависимости удельной теплоемкости сгоревшей смеси. Также представлены способ управления газовой турбиной, управляющее устройство, а также машиночитаемый носитель данных. Изобретение позволяет обеспечить защиту от перегрева компонентов газовой турбины. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

Изобретение предназначено для оптимизации регулирования впрыскивания топлива. С этой целью приводные скорости всего оборудования адаптируются путем регулирования скорости турбины TL в зависимости от мощности. Согласно изобретению способ оптимизации регулирования силовой установки со свободной турбиной TL летательного аппарата, оборудованной каскадом низкого давления ВР, вырабатывающим мощность (Pd1, Pd2,...) оборудованию (E1, E2,...) в контакте с каскадом высокого давления HP, заключается в изменении скорости каскада низкого давления ВР (Vвp) для получения минимальной скорости каскада HP (Vнp) таким образом, чтобы мощность (Pf), подаваемая оборудованием, оставалась постоянной. В частности, поскольку мощности, подаваемые оборудованием (E1, E2,...), зависят от приводной скорости каскада BP, заданная скорость каскада BP турбины TL зависит от максимального значения Max(Vmi) минимальных скоростей (Vm1, Vm2,...) оборудования (E1, E2,...), позволяющего получать оптимизированным образом соответствующие требуемые мощности, и от положительного или нулевого приращения (е), добавленного к заданному значению скорости каскада BP (Свр), чтобы минимизировать скорость каскада HP (Vнp). 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх