Диссертация (1173009), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Увеличение степени повышения давления восевом компрессоре современных газотурбинной установки делает их менееподверженными влиянию увеличению перепада давления воздуха вкомплексном воздухоочистительном устройстве.121 – ГТУ НК-16СТ в составе ГПА-Ц-16;2 – современная ГТУ с давлением за осевым компрессором 2000 кПа.Рисунок 3.2 – Зависимость относительного роста удельной мощности сжатияв ОК от относительного увеличения потерь давления воздуха на входе в ОКМодернизация комплексного воздухоочистительного устройства внастоящий момент происходит по нескольким направлениям. Первое,являетсяклассическимизаключаетсявснижениегидравлическогосопротивления камеры всасывания 1 (рисунок 3.3).

Достигается это за счетпрофилирования элементов КВОУ таким образом, чтобы исключить резкиеизменения направления движения воздуха. Например, внутренняя частьосадкозадерживающего козырька 2 выполнена так, чтобы минимизировать99потери при изменении направления движения воздуха на 1800. А участкисамой камеры спрофилированы таким образом, чтобы поворот воздуха наугле 900 на элементе 3 КВОУ выполнялся по радиусу определенногодиаметра (рисунок 3.3) [51].1 – камера всасывания; 2 – осадкозадерживающий козырек;3 – профилированный участок камеры всасывания.Рисунок 3.3 – Профилирование камеры всасывания КВОУПридругойвариантемодернизациикомплексноговоздухоочистительного устройства снижение потери давления воздуха вовсасывающей камере достигается за счет изготовлении КВОУ из модулей,установленных в несколько ярусов, причем последний по ходу движениявоздушного потока модуль верхнего яруса 2 имеет в вертикальном сеченииформу треугольника (рисунок 3.4) [67].1001 – камера всасывания; 2 – профилированный модуль КВОУ.Рисунок 3.4 – Профилирование камеры всасывания КВОУДругим вариантом является отказ от классических или типовыхструктурныхсхеминновационнымивоздухоочистительныхсхемами,устройствкомпенсирующимиизаменанекоторыеихнедостаткисуществующих КВОУ.Например,предлагаетсяувеличитьвысотурасположениявоздухозаборного отверстия по сравнению со стандартными вариантами.

Этопозволит производить забор воздуха с высоты, где содержится меньшееколичество пыли (на большей высоте содержится меньшее количествопримесей в воздухе). Кроме этого воздухосборник предлагается установитьна опорном поворотном механизме, направляющем воздухоприемноеотверстие всегда навстречу ветру, что позволяет повысить давление передОК и, соответственно, повысить КПД ГТУ [46].Средисистем,воздухоочистительноговходящихустройства,всоставмодернизациикомплексногонаиболеечастоподвергается антиобледенительная система [83, 87]. Особенности улучшениеданной системы рассмотрены в разделе 3.2 диссертационной работы.Как правило, модернизация комплексного воздухоочистительногоустройства приводит не только к положительным эффектам – повышению101эффективности очистки воздуха, снижению гидравлического сопротивления,но и связанными с данными улучшениями негативным последствиям.

К нимможно отнести повышение перепада давления воздуха на входе осевогокомпрессора,многократноеувеличениестоимостивнедренияиобслуживания КВОУ, увеличение массово габаритных параметров.Таким образом, компромисс для систем фильтрации газотурбинныхустановок, работающих в составе газоперекачивающих агрегатов накомпрессорных станциях магистральных газопроводов, заключается вкомбинации размера, массы и стоимости с одной стороны и эффективностифильтрации и низкой потери давления, с другой [50].3.2Модернизация систем антиобледенения комплексноговоздухоочистительного устройстваСуществующиевариантыреализациисистемыантиобледенениявходного воздухоочистительного устройства либо существенным образомснижаютрасполагаемуюмощностьгазотурбиннойустановки,либопоказывают низкую эффективность, что было описано в разделе 1.4.Таким образом, целью модернизации системы антиобледененияявляетсяисключениеобразованиеналединаэлементахвходногоочистительного устройства газоперекачивающего агрегата и элементахпроточнойчастиосевогокомпрессорагазотурбинногодвигателяснаименьшими потерями располагаемой мощности.Для достижения заявленной цели предлагается перед фильтр–элементами КВОУ установить теплообменную секцию, в которую в качестветеплоносителя будет подаваться смесь выхлопных газов, из выхлопнойшахтыагрегата,ивоздуха,отбираемогоотосевогокомпрессорагазотурбинного двигателя, при этом газовоздушная смесь, поступающая втеплообменную секцию, проходит через теплообменные трубы, которыемогут быть выполнены как с оребрением на наружной поверхности, так ибез, в зависимости от требуемого количества энергии, которое необходимо102передать цикловому воздуху, отдают тепло цикловому воздуху, которыйобтекает их снаружи и нагревается, после чего цикловой воздух поступает навход в осевой компрессор газотурбинного двигателя, а выхлопные газывыбрасываются в атмосферу (рисунок 3.5 и 3.6).В качестве способа отбора выхлопных газов из выхлопной шахтывыбрана его эжекция с помощью сжатого воздуха, отбираемого из–за 4–ойступени осевого компрессора.

Данный способ реализован в штатной системеантиобледенения КВОУ ГПА-Ц-16 [2]. Однако для полного отказа отиспользования сжатого воздуха, отбираемого из осевого компрессора, приреализацииданнойсхемысистемыантиобледенениявозможноиспользование электрического дымососного оборудования.1 – теплообменная секция; 2 – комплексное воздухоочистительное устройство; 3 – осевойкомпрессор ГТУ; 4 – эжектор; 5 – выхлопная шахта ГТУ.Рисунок 3.5 – Модернизированная схема системы антиобледенениякомплексного воздухоочистительного устройства ГТУ103Рисунок 3.6 – Эскиз теплообменной секции модернизированной системыантиобледененияПрииспользованииданнойсхемыантиобледененияключевойособенностью является повышение температуры циклового воздуха натребуемую величину в теплообменной секции, не допускающей попаданиевыхлопных газов на вход осевого компрессора.

В тоже время энергиивыхлопных газов снижает количество воздуха необходимого отобрать из–за4–ой ступени осевого компрессора, что приводит к меньшей потерирасполагаемой мощности газотурбинной установки, по сравнению с работойсистемы антиобледенения исключительно на воздухе, сжатом в ОК.Исключениеобразованиевоздухоочистительногогазотурбиннымустройствадвигателеммодернизированнойналедисистемызанаэлементахгазоперекачивающегосчетпримененияантиобледенениявходногоагрегатаспредлагаемойпозволитповыситьэффективность работы КВОУ и эффективность работы ГТУ по сравнению сдругими системами.1043.3Определение исходных данных для проектированиятеплообменной секции системы антиобледенения на примере ГПА-Ц-16Исходными данными для проектирования теплообменной секциисистемы антиобледенения будут являться: параметры циклового воздуха – массовый расход Gвозд , кг/с;значение температур на входе и выходе после теплообменнойсекции Т воз1 и Т воз 2 соответственно, К; параметры теплоносителя (газовоздушной смеси) – массовый расходGгаз , кг/с; температура на входе Т газ1 , К; геометрические размеры теплообменной секции, lТО и hТО , м.Из–за переменных режимов работы ГПА, переменные значения будутиметь и параметры, перечисленные выше.

В связи с этим режим работы ГПАи соответствующие ему параметры для расчёта теплообменной секции будутопределены в следующей последовательности.При известных значениях параметров, требуемых для расчетатеплообменной секции, при номинальном режиме работы ГТУ НК-16СТ(скорость вращения силовой турбины 5298 об/мин) и с помощью известныхзависимостейизмененияпараметровработыдвигателяНК-16СТ(таблицы 2.1 – 2.3 и формулы 2.11, 2.12 а–ж, 2,13 определить параметры длярасчета теплообменной секции при минимально возможных параметрахработы ГТУ (скорость вращения СТ 4000 об/мин).Сравнив граничные режимы работы теплообменной секции, найтиэксплуатационныехарактеристикиагрегата,прикоторыхработатеплообменной секции будет наименее эффективна.Параметры работы ГПА, необходимые для расчёта, при скоростивращения силовой турбины 5300 об/мин определены в техническом описанииагрегата при его работе на номинальном режиме [29]: расход циклового воздуха Gвозд ном  102 кг/с; температура воздуха после 4–ой ступени ОК ТОК ном  376 К ;105 расход эжектирующего воздуха, mэж  2 кг/с; расход выхлопных газов, mвых  4,0 кг/с.Всасывание циклового воздуха осуществляется компрессором низкогодавления ГТУ, по этой причине количество циклового воздуха необходимогонагреть системой антиобледенения будет зависеть от частоты вращенияротора КНД.

Согласно формуле подобия, массовый расход цикловоговоздуха, поступающего в осевой компрессор при частичной загрузке ГПА,может быть найден из соотношения [89] n n  Gвозд  nСТ   Gвозд ном   КНД СТ  , nКНД ном (3.5)где nКНД  nСТ  – зависимость частота вращения вала КНД от оборотов СТ,об/мин; nКНД ном  5310 об/мин – номинальная частота вращения вала КНД(таблица 2.2).С учетом соотношения (2.12 а) выражение (3.5) примет видGвозд  nСТ   Gвозд ном  nТНД  nСТ   Gвозд ном  0,563  nСТ  0,438  .(3.6)Температура воздуха на входе в теплообменную секцию системыантиобледенения выбираем из диапазона температур, при котором возможнообразование льда, на элементах КВОУ (+5 0С … –10 0С).

Поскольку при–10 0С плотность воздуха выше, чем при +5 0С, это означает, что приодинаковом массовом расходе объемный расход, влияющий на скоростьдвижения воздуха в теплообменной секции, также будет ниже, и теплообменбудет осуществляться с меньшей интенсивностью. По этой причине длярасчёта принимаем температуру воздуха на входе в теплообменную секциюравной tвозд1  –10 0С или Tвозд1  263 K.Температура циклового воздуха на выходе теплообменной секциидолжна обеспечивать условия, при которых отсутствует возможностьобразования наледи на элементах КВОУ. Как показывает опыт эксплуатации,увеличение температуры циклового воздуха в теплообменной секции на 5 0С106является достаточным, кроме этого, данное условие не противоречитнормативным документам [75, 87]. Таким образом, температура цикловоговоздуханавыходетеплообменнойсекциидолжнасоставитьTвозд2  Tвозд1  5 К  263  5  268K .Расход горячего теплоносителя, подаваемого в теплообменную секцию,будет складываться из двух потоков – эжектирующего воздуха и выхлопныхгазов.

Характеристики

Список файлов диссертации