Устройство и эксплуатация компрессорной станции

 

Степень сжатия для условий, отличных от номинальных будет определяться из соотношения, полученного с учетом уравнений (6)...(9)

              (13)

Математическая модель ЦН кроме соотношений, связывающих  основные параметры, включает группу условий, отражающих технологические ограничения на работу оборудования. Это ограничения по частоте вращения снизу и сверху, приведенной объемной производительности (снизу по приближению к помпажной зоне и сверху из-за резкого падения политропического КПД), а также ограничение по мощности сверху, т.е.

       (14)

     (15)

        (16)

Кроме того, давление нагнетателя  не должно превышать предельной величины, зависящей от технического состояния  линейной части.

Совокупность всех ограничений  на технологические параметры описывает область допускаемых режимов (ОДР). Более полно ОДР ГПА может быть описана с учетом ограничений, вытекающих из специфических особенностей привода, и, в частности, газотурбинного двигателя.

7.2 Характеристика газотурбинного  двигателя ГТК-25

Для турбин в системе приводных  газотурбинных установок (ГТУ) определяющей является зависимость:   

    s_т = f (p_т; Т_г),                                                                                        (17)

  где s_т - расход газа через турбину;

       p_т - степень расширения;

При этом частота вращения турбины мало влияет на ее пропускную способность. Графически эта зависимость представляет собой семейство парабол, построенных на базе принятых в теории турбин зависимостях. Вместо Т_г удобнее пользоваться коэффициентом t = Т_г / Т_в. Зная относительные потери давления по тракту x_тр и соотношение расходов турбин s_т и компрессора s_к характеристики турбины и компрессора можно совместить пользуясь выражением:

         p_т = p_к (1- x_тр )                                                    (18)

 s_т = s_к+ s_mon - s_ox - s_ут                                                       (19)

В  формуле  (19)     s_mon , s_ox , s_ут   - массовый расход соответственно топлива, воздуха на охлаждение, утечек. Количество тепла передаваемое в генераторе на переменном режиме зависит от способа регулирования ГТУ, влияющего на изменение температурного интервала между газом после турбины и воздухом после компрессора. Под способом регулирования понимают воздействие на регулирующие факторы для поддержания заданных регулируемых параметров (N_e, n, Т_г, p_к  и  т.д.) Главный регулирующий фактор - подача топлива, но можно использовать также изменение геометрии компрессора или турбины.

 Кроме рассмотренной выше  характеристики ГТУ, заводами  изготовителями газовых турбин  обеспечивается на каждый новый тип агрегата и затем строятся по опытным данным универсальная характеристика осевого компрессора, характеристика режимов работы ГТУ, зависимость мощности и расхода воздуха от оборотов компрессора, зависимость давления за компрессором и между турбинами от оборотов компрессора, зависимость мощности силового вала, зависимость температуры от мощности и др.

 Следует иметь ввиду, что  все перечисленные зависимости  обрабатываются заводами по показаниям  приборов с повышенным классом  точности и что испытания проводятся с чистым лопаточным аппаратом осевого компрессора и турбины при номинальных зазорах линейной части [2]. Для примера на  рис. 7 в приложении 2. представлена характеристика режимов работы двухвальной турбины ГТК-25. Данная характеристика была использована на этапе подготовки исходных данных для выполнения контрольного примера по программе расчета режима работы кс с использованием ЭВМ.

Одним из основных параметров, определяющих режим работы газовой турбины  является распологаемая мощность привода цн. В работе [5] считают, что распологаемая мощность при рабочих условиях может быть определена:

                                                  (20)

где a₀ - коэффициент для учета зависимости распологаемой мощности от частоты вращения осевого компрессора;

      a₁ - коэффициент для учета изменения распологаемой мощности ГТУ при отключении температуры окружающего воздуха Т_в от номинальной температуры, равной 288 ^оК ;

      a₂ - коэффициент для учета падения распологаемой мощности ГПА в межремонтный период;

       t - время, месяцы, прошедшие с момента последнего ремонта ГТУ.

На основании исследований кафедры термодинамики и тепловых двигателей МИНХ и ГП им. Губкина  получена более общая зависимость  распологаемой мошности от относительных оборотов   цн и температуры воздуха t_в :

                     N_рас= N_ном А -a₂t , (21)

где     А=а₀₀+ а₁₀ + а₂₀ ²+ а₀₁ t_в + а₀₂ t_в / t_в /+ а₁₁ t_в                             (22)

Особое значение имеет  к.п.д. привода, так как именно он фигурирует в выражениях для подсчета общих затрат энергии. В [3] предполагают, что основные факторы влияющие на к.п.д. ГТУ, - это коэффициент загрузки и относительные обороты. Это предположение было принято в дипломной работе.

Необходимо было определить коэффициенты аппроксимации зависимости:

              _ГТУ=с₀ + с₁ + с₂к_з + с₃ к_з + с₄ ² + с₅ к_з² ,                             (23)

где _ГТУ - относительный к.п.д. ГТУ,

       - относительные обороты турбины высокого давления, об/мин;

        к_з -коэффициент загрузки по мощности ГТУ,

       с₀ ,с₁, с₂, с₃, с₄, с₅  -коэффициенты апроксимации;

Коэффициент загрузки к_з  представляет собой отношение

( согласно [3]):

       к_з = N_эф / N_распол  ,                                                                                   (24)

 где   N_эф - эффективная мощность компрессора;

  N_распол  - распологаемая мощность ГТУ;

          N_эф = N_i +100 , (25)

    где   N_i - индикаторная мощность компрессора;

           100 кВт  - потери мощности на муфте  привода;

В нашем случае для решения задачи использовано отношение вида:

                 = N_эф / N_{распол.ном} ,                                                                                                         (26)

 

 которое находит выражение  в характеристике представленной  на рис.          приложения. Для определения коэффициентов с₀ ,с₁, с₂, с₃, с₄, с₅ было предложено следующее решение.

На общий вид предполагаемой зависимости (16) накладывается условие:

      S= (x-x' )² = min ,                                                                                (27)

или  S= =(- ¹+(с₀ + с₁ + с₂к_з + с₃ к_з + с₄ ² + с₅ к_з²))²                       (28)

  причем: ¹ f (с₀ ,с₁, с₂, с₃, с₄, с₅)                                                                 (29)

               f (с₀ ,с₁, с₂, с₃, с₄, с₅)                                                                   (30)

                к_з f (с₀ ,с₁, с₂, с₃, с₄, с₅)                                                                  (31)

      Задача будет решаться  в виде системных линейных  уравнений:

           (32)

 После преобразований система линейных уравнений приобрела вид:            (33)

Для определения значений сумм необходимых  комбинаций была использована программа  расчета их на ЭВМ см-4. В программе  приняты следующие обозначения (табл.3):

 

Таблица 3

Обозначения в программе расчета  значений сумм.

	Обозначения		N n/n	Обозначения		N n/n	Обозначения
	Програм- ма	Расчет		Програм- ма	Расчет		Програм- ма	Расчет
1   2   3   4   5   6   7	А   А1   А2   А3   А4   А5   А6	å   åкз   å . кз   å 2   å кз2   å   å кз	8   9   10   11   12   13   14	А7   А8   А9   В   В1   В2   В3	å 3   åкз2   å   å кз   å кз   å 3 кз   å кз3	15   16   17   18   19   20	В4   В5   В6   В7   В8   В9	å кз   å 4   å 2 кз2   å 2 å кз4   å кз2

 

 

 

Значения  сумм необходимых комбинаций, определенные по программе выглядят следующим  образом:

 

А=36,3298             А1=26,0                А2=23,6143          А3=33,5138

А4=19,0                   А5=33,3141         А6=21,7838           А7=31,3545

А8=17,2566             А9=30,3008         В=15,08                 В1=22,5755

В2=20,3802             В3=13,6963          В4=20,5585           В5=29,7039

В6=15,9189              В7=27,987           В8=12,658             В9=16,9844

 

После определения значений сумм и  приведения системы шести уравнений  к виду:

 

40С₀+36,3298С₁+26С₂+23,6143С₃+ 33,5138С₄+19С₅=33,3141

36,3298С₀+33,5138С₁+ 23,6143 С₂+21,7838 С₃+31,3545 С₄+17,2566 С₅ =30,3008

26 С₀+23,6143 С₁+19 С₂+17,2566 С₃+21,7838 С₄+31,3545+17,2566 С₅=22,5755

23,6143 С₀+21,7838 С₁+17,2566 С₂+15,9189 С₃+20,3802С₄+13,6963С₄ С₅=20,55

33,5138 С₀+31,3545 С₁+21,7838 С₂+20,3802 С₃+29,7039 С₄+15,9189 С₅=27,987

19 С₀+17,2566 С₁+15,08 С₂+13,6963 С₃+15,9189С₄+12,658С₅=16,9844

 

Решая систему из шести линейных уравнений получаем значения коэффициентов аппроксимации:

 

С₀ =0,481866                              С₁=0,363642                          С₂=0,141647

С₃ =0,966442                              С₄=-0,512893                         С₅=-0,446698

 

 

 

 

 

 

 

8. Расчет режима работы  КС

 

ГПА-25 Nне=25000 кВт;  kн=0,95;  kобл=1,025;  kу=1;  kt=3,7; Tнвоздуха=25°С=298К [Тн]пр=288К

650-22-2 Qн=18,5 млн. м3¤сут.; nmin=3300 об/мин; nmax=4200 об/мин;

 

zR_пр=46 кГм/кгК

n_н=3700 об/мин

 

                                                                    (34)

 

Для расчетов режимов работы КС применяются  характеристики ЦН, представляющие зависимость степени повышения давления e, политропического к. п. д. h_ПОЛ и приведенной относительной внутренней мощности

      (35)

от приведенной объемной производительности

       (36)

при различных значениях приведенных относительных оборотах

                                                 (37)

где r_ВС, z_ВС, T_ВС, Q _ВС – соответственно плотность газа, коэффициент сжимаемости, температура газа и объемная производительность ЦН, приведенные к условиям всасывания;