3.4 Определение технического состояния гпа с газотурбинным приводом

К основным характеристикам газотурбинного агрегата следует отнести прежде всего такие показатели, как относительный эффективный КПД ГТУ, ; относительное значение приведенной теплоты сгорания топлива

;

зависимость относительной приведенной температуры газов перед турбиной высокого давления от приведенной относительной эффективной мощности агрегата

;

где - расход топлива ГТУ; - низшая теплота сгорания топливного газа; - температура газов перед турбиной высокого давления; - температура воздуха на входе в осевой компрессор; - давление воздуха на входе в агрегат; индексом "о" отмечены параметры номинального режима работы.

Большинство ГТУ, эксплуатируемых на магистральных газопроводах, выполнены по двухвальной схеме с регенератором или без него и приводом нагнетателя от турбины низкого давления. Для такого типа ГТУ справедливы следующие обобщенные характеристики в зависимости от приведенной мощности, предложенные ВНИИГАЗ и представленные в относительной форме:

относительный эффективный КПД

; (3.33)

приведенный относительный массовый расход топливного газа

; (3.34)

приведенная относительная мощность ГПА

; (3.35)

относительная приведенная частота вращения ротора ТВД

; (3.36)

приведенный относительный расход воздуха через ОК

(3.37)

Следует отметить, что представленные зависимости справедливы для зоны оптимальных частот вращения силовой турбины, что, как правило, выполняется при согласовании параметров ГТУ и нагнетателя.

При значительном отклонении частот вращения силовой турбины от оптимальных следует использовать скоростную характеристику ГТУ, т.е. зависимость

при = const. (3.38)

Представленные выше характеристики можно использовать как для определения паспортного значения эффективной мощности, так и эффективного КПД агрегата.

Действительная эффективная мощность ГТУ часто определяется по мощности, потребляемой нагнетателем. Индикаторная мощность нагнетателя

, (3.39)

где - массовый расход газа через нагнетатель, кг/с; - теплоперепад на нагнетателе, кДж /кг.

Эффективная мощность ГТУ

, кВт, (3.40)

где - механические потери в подшипниках нагнетателя.

Теплоперепад по нагнетателю может быть подсчитан по уравнению (3.18) или с использованием следующего соотношения:

. (3.41)

Эффективный КПД ГТУ

. (3.42)

Пример 3.2. Для агрегата типа ГТК-10-4 с нагнетателем 370-18-1 определить техническое состояние ЦБН и ГТУ, мощность агрегата, расход топливного газа, эффективный КПД.

Режим работы агрегата характеризуется следующими исходными данными: давление газа на входе в нагнетатель = 5,3 МПа, давление на выходе = 6,3 МПа, температура на входе в нагнетатель = 19,9 °С, температура на выходе = 35,7 °С, частота вращения вала = 4730 об/мин.

Температура газов на входе в ТВД = 770 °С, температура воздуха на входе в осевой компрессор = 10 °С, давление воздуха на входе в осевой компрессор = 0,1 МПа.

Низшая теплота сгорания топливного газа = 33500 кДж/нм . Содержание метана в природном газе = 0,97.

Решение.

1. С учетом соотношений (3.12) и (3.15) определяются значения потенциальных функций по нагнетателю:

= (0,017 · 5,3 + 0,555) · 19,9 - 2,73 · 5,3 + 139,4 = 137,7 кДж/кг · МПа;

= (0,017 · 6,3 + 0,555) · 35,7 - 2,73 · 6,3 + 139,4 = 145,84 кДж/кг · МПа;

= 137,77 · (1,49 - 0,49 - 0,97) = 139,79 кДж/кг · МПа;

=145,84 · (1,49 - 0,49 · 0,97) = 148,0 кДж/кг · МПа;

= 143,9 кДж/кг · МПа.

2. По уравнению (3.17) определяется потенциальная работа сжатия по нагнетателю:

143,9 · In 6,3 / 5,3 = 143,9 · 0,173 = 24,87 кДж / кг.

3. Средние значения температуры и давления газа:

/ 2 = (19,9 + 35,7) / 2 = 27,8 °С;

2 = (5,3 + 6,3) / 2 = 5,8 МПа.

4. Средняя изобарная теплоемкость газа определяется по уравнению (3.14):

= (0,37+0,63·0,97)·[(0,003-0,0009·5,3)·27,8+0,11·5,3+2,08] = 2,56 кДж/кг·К.

3. Среднее значение комплекса определяется по уравнению (3.13)

= (1,37 - 0,37·0,97)·[(0,00012·35,7 - 0135·35,7 +

+ 0,31)·5,8-0,0463·35,7+11,19] = 9,4 кДж/кг · МПа.

3. Разность энтальпии газа по нагнетателю определяется с использованием соотношения (3.18):

= (2,56 · 15,8) - 9,4 = 31,05 кДж/кг.

7. Политропный КПД нагнетателя

= 24,87 / 31,05 = 0,8.

Ввиду отсутствия замеров производительности нагнетателя паспортное значение следует определять по газодинамическим характеристикам нагнетателя, для чего определяем степень сжатия и приведенную относительную частоту вращения:

= 6,3 / 5,3 = 1,189;

Для = 1,189 и = 0,964 определяем:

= 0,84, = 508 м /мин.

Следовательно, коэффициент технического состояния нагнетателя

При решении поставленной задачи по второму способу теплоперепад на нагнетателе определяется с использованием соотношения (3.41):

;

,

где

;

;

;

;

;

;

.

Следовательно, теплоперепад по нагнетателю

кДж/кг.

Плотность газа на входе в нагнетатель

кг/м .

Расход газа через нагнетатель

кг/с.

Мощность, потребляемая нагнетателем,

кВт.

Эффективная мощность ГТУ:

; = 100 кВт; = 10147 кВт.

Относительная приведенная температура газа перед ТВД

.

Приведенная относительная мощность

Эффективная мощность ГТУ (паспортная)

кВт.

Коэффициент технического состояния ГТУ по мощности

Теплота сгорания топлива с учетом ухудшения технического состояния ГТУ

Следовательно, расход топливного газа по ГТУ

м /ч.

КПД ГТУ: