Автореферат (Повышение эффективности работы газотурбинного газоперекачивающего агрегата авиационного типа в межремонтный период), страница 3

Таким образом,промывкиграфическую интерпретацию интегрального относительного снижения расходатопливного газа при проведении n промывок ОК ГТД за расчетный период времени Tможно представить как сумму площадей n заштрихованных параллелограммов(рисунок 2).–––изменение значения КТГ при условии отсутствия промывок проточной частиОК (1);изменение значения КТГ по причинам не связанным с загрязнениемпроточную части ОК (2);изменение значения КТГ при проведении промывки проточной части ОК спериодичностью τМП (3).Рисунок 2 – Расчетная схема изменения значения коэффициента техническогосостояния ГТУ по расходу топливного газа КТГ при промывке проточной частиосевого компрессора «на ХП» с периодичностью τМП15Согласногеометрическойинтерпретацииинтегральногоотносительногоснижения расхода топливного газа, выражение для определения стоимоститопливного газа, сэкономленного в результате проведения n промывок за расчетныйпериод времени Т, будет иметь следующий вид:n∆СТГ= цТГ ⋅ ∆BТГ= цТГ ⋅ BТГ ⋅ ∑ ∆KТГ ( i ) ⋅ (T − τ i ) .(7)i =1где BТГ – расход топливного газа при среднегодовой загрузке агрегата, м3/часРассмотрев в качестве примера вариант, при котором очистка проточной частиосевогокомпрессорапериодичностьюгазотурбинногоT n) ,( τi = τМП =двигателясреднеепроизводитсяснижениезначениясодинаковойкоэффициентатехнического состояния ГТУ по расходу топливного газа в результате проведениякаждой из промывок может быть определено по соотношению()∆KТГ i =∆KТГ =КТГ ( до пр ) − КТГ ( пос пр ) =К ЭП ⋅ kТГ − kТГ ( тс ГТУ ) ⋅ τ МП .(8)С учетом соотношения (8) выражение (7) по определению сниженияэнергетических затрат в денежном выражении за счет экономии топливного газа врезультате проведения n промывок ОК ГТД за расчетный период времени Tпринимает следующий вид:∆СТГ = цТГ ⋅ BТГ ⋅ ∆KТГ (T − τ МП + T − 2 ⋅ τ МП + ...

+ T − n ⋅ τ МП )=()n+1 = цТГ ⋅ BТГ ⋅ К ЭП ⋅ kТГ − kТГ ( тс ГТУ ) ⋅ τ МП ⋅  n ⋅ n ⋅ τ МП − τ МП ⋅⋅ n =2n2= цТГ ⋅ BТГ ⋅ К ЭП ⋅ kТГ − kТГ ( тс ГТУ ) ⋅ τ МП⋅ ⋅ ( n − 1) .2()(9)При этом экономический эффект от периодических промывок осевогокомпрессора ГТД может быть определен из соотношения()n2СЭФ = цТГ ⋅ BТГ ⋅ К ЭП ⋅ kТГ − kТГ ( тс ГТУ ) ⋅ τ МП⋅ ⋅ ( n − 1) − ( СМC + СЗАТ ) .2(10)В качестве примера были определены значения экономического эффекта приразличнойпериодичностипромывокпроточнойчастиОКдвигателяНК-16СТ в составе агрегата ГПА-Ц-16 (рисунок 3). Значения kТГ , kТГ ( тс ГТУ ) и К ЭП16для рассматриваемого ГТД были получены в результате проведения и обработкитеплотехнических испытаний ГПА до и после проведения промывок.Средняягодоваянаработкарассматриваемогогазотурбинногогазоперекачивающего агрегата составляет 4800 часов, цена топливного газа в регионеэксплуатации ГПА – 4500 руб.

/ 1000 м3, расход топливного газа при среднегодовойзагрузке агрегата – 5000 м3/час, денежные затраты на топливный и пусковой газ, атакже моющий раствор для проведения одной промывки ( СМС + СЗАТ ) составляютпорядка 100 тыс. рублей.Рисунок 3 – Значения годового экономического эффекта в зависимости отпериодичности промывок проточной части осевого компрессора ГТДАнализрезультатовопределениягодовогоэкономическогоэффектаотпериодичности промывок проточной части осевого компрессора газотурбинногодвигателя НК-16СТ в составе агрегата ГПА-Ц-16 позволяет сделать выводы, что800 час ,наиболее оптимальной является периодичность промывок прядка τ МП ( опт ) =так как при такой периодичности получаемый годовой экономический эффектпрактически максимален, а объем трудовых затрат ниже, чем при большем числепромывок (рисунок 3).Проведение промывок на холодной прокрутке показало свою высокуюэффективность в промышленных условиях.

Однако анализ относительного изменения17контролируемых параметров работы ГТУ до и после промывки на работающем ГПА(«на ходу») не всегда приводит к повышению эффективности его работы (таблица 2).Таблица 2 – Относительные изменения выходных характеристик ГТУ послепроведения промывок проточной части осевого компрессора «на ходу»ПараметрСтепень повышения давления воздуха в ОКЧастота вращения ротора КВДКоэффициент технического состояния (КТС)ОКЭффективный КПД ГТУРасход топливного газаРасполагаемая мощность ГТДКТС ГТУ по мощностиКТС ГТУ по эффективному КПДГПА-Ц-16 с двигателем НК-16СТотдо– 1,5 %1,6 %1,5 %– 0,5 %– 1,1 %1,1 %– 1,5 %3,8 %– 2,1 %– 0,9 %– 1,50 %0%– 1,2 %1,9 %1,3 %0%Следует отметить, что в результате проведения рассматриваемых промывок «находу» не наблюдается роста эффективного КПД ГТУ (таблица 2). Даже длянаилучшей очистки с точки зрения увеличения давления за ОК значенияэффективного КПД ГТУ остались прежними, что свидетельствует об отсутствииположительного влияния очистки «на ходу» на эффективность работы ГТУ.

При этоманализ режимов работы агрегатов и особенностей проведения промывок «на ходу», невыявил существенных отклонений от технологии данного вида техническогообслуживания.Для выяснения возможных причин отсутствия положительного эффекта,наблюдаемого при очистке ОК ГТУ на работающем агрегате, были рассмотреныпроцессы, происходящие в ГТД во время промывки «на ходу».Так было экспериментально проверена необходимость производить разгрузкуагрегата до минимально допустимых оборотов: это позволяет более равномернораспределитьмоющуюжидкостьповысотелопатки.Такприсравненииэффективности очистки «на ходу» входного направляющий аппарат (ВНА) и лопатокпервой ступени осевого компрессора, покрашенных краской (гуашь) (рисунок 4),было установлено, что при более низкой частоте вращения вала осевого компрессораменьшее количество краски осталось на лопатках ОК (рисунок 5), чем при болеевысокой частоте вращения (рисунок 6), что говорит о более высоком качествеочистки лопаток при более низкой частоте вращения вала осевого компрессора.18Рисунок 4 – ВНА илопатки первой ступениОКдопроведенияиспытанийРисунок 5 – ВНА илопатки первой ступениОК после промывки «находу»приnСТ = 4000 об / миниnКНД = 4360 об / минРисунок 6 – ВНА илопатки первой ступениОК после промывки «находу»приnСТ = 4700 об / миниnКНД = 4720 об / минИз-за того, что частота вращения вала осевого компрессора ГТД зависит оттемпературы окружающего воздуха, для обеспечения более низкой скоростивращения роторов ОК предлагается производить очистку на работающем агрегате вутренние или вечерние часы, при более низкой температуре окружающего воздуха.Так при снижении температуры окружающего воздуха на 10 0С, частота вращениявала ротора ОК снижается более чем на 3 %, что для двигателя НК-16СТ составляетпорядка 120 об/мин.В ходе исследования было установлено, что вне зависимости от частотывращения и загрузки агрегата (режимы «на кольцо» или «магистраль») температуравоздуха становится выше точки кипения воды в районе 5–ой ступени ОК или первойступени КВД (рисунки 7 и 8).На основании этого было сделано предположение, что вода, являющаясяосновой моющего раствора, после 5–ой ступени ОК испаряется, а другие компонентыраствора и загрязнения, смытые с первых ступеней ОК, осаждаются на последнихступенях компрессора.

Это всё приводит к перераспределению загрязнений в осевомкомпрессоре с первых на последующие ступени.19– температура воздуха на выходе ступеней осевого компрессора при работеагрегата «на кольцо»;– температура воздуха на выходе ступеней осевого компрессора при работеагрегата в «магистраль»;– температура, при которой происходит превращение моющего раствора в пар(зависимость от давления).Рисунок 7 – Изменение температуры Рисунок 8 – Изменение температурывоздуха по длине ОК двигателя воздуха по длине ОК двигателяНК-16СТ при работе ГПА на «кольцо»НК-16СТприработеГПАв«магистраль»Для проверки гипотезы об отложении на лопатках последних ступеней ОК неводосодержащих компонентов моющего раствора был создан экспериментальныйстенд и проведен ряд испытаний, заключающихся во взаимодействии распыленногомоющего растворавпотокенагретого воздухаслопаткой,нагретойдотемпературных режимов проточной части осевого компрессора при проведениипромывок «на ходу» (рисунок 9).Рисунок 9 – Экспериментальный стенд20Экспериментальный стенд состоит из двух приспособлений для фиксации, впервом из которых закреплялась рабочая лопатка ОК, а во втором –промышленныйфен, выполняющий роль нагревателя воздуха.

При достижении лопаткой требуемойтемпературы нагрева, из емкости производилось распыление моющего раствора впоток нагретого воздуха (рисунок 9). Температура нагрева и её равномерностьконтролировались с помощью прибора бесконтактного измерения температуры(пирометра). По окончании распыления лопатка оставалась в потоке нагретоговоздуха до полного высыхания. После чего на промышленных весах со шкалойделения 0,001 грамм производилось её взвешивание и сопоставление масс лопатки дои после испытания.Взаимное расположение лопатки и источника нагрева было таким, что потокнагнетаемого воздуха проходил вдоль лопатки, имитируя реальное движение искорость рабочего тела в осевом компрессоре. Также такое взаимное расположениеобеспечило равномерный нагрев пера лопатки по всей площади, как со сторонывсасывания, так и нагнетания.Наличие отложений компонентов моющего раствора на лопатке, было заметнодаже без дополнительного взвешивания (рисунок 10).

Визуально и наощупь данныйосадок напоминает маслянистую пленку.Рисунок 10 – Следы компонентов моющего раствора (темные разводы),оставшиеся на пере лопаткиРезультатыисследования,выполненногодляопределенияособенностейпроведения промывки проточной части осевого компрессора газотурбинного21двигателя «на режиме», позволили составить несколько рекомендаций, дляперсонала, выполняющего данный вид технического обслуживания.