ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1 Вопросы эксплуатации ГТУ. Основные неисправности 8
1.2 Диагностика ГТУ. Деградация технического состояния.
Прогностика 12
1.3 Способы определения технического состояния газотурбинной
установки 15
1.4. Методы определения эффективной мощности газотурбинной
установки 17
1.5 Поставка цели и задач исследования 32
ГЛАВА 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КТС ГТУ ТИПА ГТК-10-4 И НК-16СТ С
ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ МОЩНОСТИ ГТУ ПО СИЛОВОЙ ТУРБИНЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ШТАТНЫХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ 34
2.1 Воспроизведение математической модели для ГТУ типа ГТК-10-4..34
2.2 Анализ результатов определения мощности для нескольких ГТУ
типа ГТК-10-4 36
2.3 Разработка численной модели проточной части турбины ГТК-10-4 и
проведение численного исследования 41
2.5 Воспроизведение математической модели для ГТУ типа НК-16СТ..51
2.6 Анализ результатов определения мощности для ГТУ типа НК-16СТ 52
2.7. Выводы и рекомендации по главе 55
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ГТУ ТИПА ПС-90ГП-25 И MS5002E И ОПРЕДЕЛЕНИЕ КТС ГТУ 56
3.1 Разработка математической модели ГТУ типа ПС-90ГП-25 56
3.2. Обработка результатов испытаний и оценка КТС ГТУ типа ПС-90-
ГП25 63
3.3. Анализ результатов определения мощности для ГТУ типа ПС-90-
ГП25 66
3.4 Разработка математической модели ГТУ типа MS5002E 68
3.5. Обработка результатов испытаний и оценка КТС ГТУ типа MS5002E 70
3.6. Анализ результатов определения мощности для ГТУ типа MS5002e 74
3.7. Выводы и рекомендации по главе 76
ГЛАВА 4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ГТУ 76
4.1. Обработка штатных измерений ГТУ 76
4.2. Оценка технического состояния ГТУ 78
4.3. Деградация технического состояния ГТУ 81
4.4. Прогнозирование технического состояния ГТУ 83
4.5. Рекомендации для инженерной практики 85
4.6. Выводы по главе 4 86
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Россия обладает самыми большими запасами природного газа в мире [1,36]. Основные месторождения расположены на значительном удалении от основных регионов потребления доставка, к которым осуществляется по протяженным газопроводам. Транспортировка газа по ним сопровождается существенными затратами газа на собственные нужды (7,4%) от объёмов транспортировки [2], из которых около 82% это затраты на топливный газ газоперекачивающих агрегатов (ГПА). В качестве основного типа привода ГПА наибольшее распространение получили газотурбинные газоперекачивающие агрегаты (ГГПА) (около 80% парка ПАО «Газпром»).
Целью энергосберегающей политики ПАО «Газпром» на 2011-2020 гг. является эффективное использование энергетических ресурсов. Достижение этой задачи невозможно без определения коэффициента технического состояния (КТС) газотурбинной установки (ГТУ) нахождение, которого связано с эффективной мощностью и КПД ГТУ. Знание КТС ГТУ позволяет снизить затраты топливно¬энергетических ресурсов и повысить надежность эксплуатации ГТУ и газотранспортной системы (ГТС) в целом за счет [3-4,34,35]:
- эффективной эксплуатации ГПА, из-за наличия информации о фактическом состоянии парка ГПА и о характеристиках агрегата в процессе эксплуатации;
- повышения выходных показателей эффективности ГПА (КПД и мощности) в межремонтный период путем принятия мер по устранению выявленных неисправностей на работающих ГПА;
- перехода от системы планово-предупредительных ремонтов к ремонту по фактическому состоянию, что позволяет увеличить ресурс парка ГПА до ремонтов и сократить затраты на ремонт;
- оценки качества проведенного ремонта.
Цель исследования заключается в разработке математических моделей ГТУ, уточнении методики определения мощности по параметрам силовой турбины и определения коэффициентов технического состояния газотурбинных установок на примере двигателей: ГТК-10-4; НК-16СТ; ПС-90ГП-25; MS5002e.
1. Воспроизведены математические модели ГТУ типа ГТК-10-4 и НК-16СТ и обработаны результаты их испытаний.
2. Создана численная модель турбин ГТУ ГТК-10-4. Численная конечно-элементная модель верифицирована сопоставлением с результатами обработки испытаний при помощи методических указаний, разработанные ООО «Газпром ВНИИГАЗ». Среднеквадратичное отклонение результатов моделирования от данных обработки испытаний составило в среднем 5,8%.
3. Выведены зависимости изменения степени реактивности и КПД ступеней ГТУ ГТК-10-4 на переменных режимах работы для уточнения методики определения эффективной мощности и КПД ГТУ по штатным параметрам. Установлено, что учет полученных зависимостей позволяет повысить точность определения эффективной мощности ГТУ на 1,65%.
4. Разработаны математические модели определения эффективной мощности для ГТУ типа ПС-90ГП-25 и MS5002e по штатно-измеряемым термодинамическим параметрам. Обработаны результаты испытаний ГТУ ПС-90ГП-25 и MS5002e. Среднееквадратичное отклонение результатов эффективной мощности ГТУ между методами составило 1-5 %.
5. Описан алгоритм оценки деградации технического состояния ГТУ.
