Тепловое испытание газотурбинной установки (стр. 2 из 4)
Наряду с параметрами наружного воздуха – точки 1, 5 – измеряют и параметры воздуха на входе ОК – точки 17, 11 и ВНК – точки 21, 25.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
В рассматриваемых испытаниях были применены следующие измерительные устройства:
1. Первичные датчики и приборы
· Первичные датчики частоты вращения (роторов ОК-ТВД и СТ-ВНК) – индуктивные датчики. Выдают электрический сигнал в виде переменного тока, частота которого пропорциональна частоте вращения роторов.
· Первичные датчики температур низкого уровня (наружный воздух, воздух перед ОК и ВНК, топливный газ) – медные термометры сопротивления.
· Термометры сопротивления выдают электрический сигнал в виде величины изменения сопротивления их чувствительного элемента, пропорционального уровня температур.
· Первичные датчики температур среднего уровня (воздух за ОК, воздух за ВНК, низконапорный воздух) – платиновые термометры сопротивления.
· Первичные датчики температур высокого уровня (продукты сгорания в выхлопном патрубке) – хромель-алюмелевые термопары. Термопары выдают электрический сигнал в виде величины термо-ЭДС, пропорциональной уровню температур.
· Первичные приборы расхода топливного газа – стандартные расходомерные диафрагмы, которые выдают пневматический сигнал в виде перепада давлений в их измерительных камерах. Величина перепада пропорциональна квадрату расхода газа.
· Первичные приборы расхода воздуха через ОК и ВНК – торцевые диафрагмы.
2. Зонды
· В сечениях перед ТВД и ТНД установлено по два зонда полного давления продуктов сгорания.
Зонды размещены с помощью бобышек, приваренных к нижней половине корпуса турбины, в радиальных направлениях, наклоненных к плоскости горизонтального разъема под углами 30º (для ТНД - 25º).
Приемники зондов выдают пневматические сигналы, пропорциональные полному давлению на входе в приемник.
· В сечении за ТВД установлен один пятиточечный зонд полного и статического давлений продуктов сгорания.
Зонд размещен на нижней половине корпуса турбины горизонтально.
Приемники такого зонда выдают два пневматических сигнала, один из которых пропорционален полному давлению на входе в приемник, а второй – статическому.
· В сечении за ТНД установлено по два семиточечных зонда полного и статического давлений продуктов сгорания.
Зонды размещены на нижней половине корпуса турбины в радиальных направлениях, наклоненных к плоскости горизонтального разъема под углом 5º.
· В выхлопном патрубке ГТУ установлены зонды для определения полей полной температуры, а также зонды полного и статического давлений продуктов сгорания.
В связи со значительными размерами газохода число точек достаточно велико.
Положения зондов по высоте газохода в разных плоскостях не совпадают, так что аэродинамические следы зондов, размещенных выше по потоку, не влияют на показания зондов, расположенных ниже по потоку. В этих же целях зонды для измерения давлений установлены выше по потоку.
Чувствительные элементы приемников температурного зонда – спаи термоэлектродов – размещены в камерах торможения приемников. Термоэлектроды изолированы друг от друга жаростойкой кремнеземистой нитью.
Измерительный сигнал термопар – термо-ЭДС, снимаемая с концов термоэлектродов.
Преобразователи, конечные приборы, система сбора данных
Автоматизированный сбор и автоматизированная обработка экспериментальных данных во время испытаний ГТУ возможны, если все измерительные сигналы имеют электрический характер и представлены в цифровом виде.
Сигналы термометров сопротивления, термопар, индуктивных датчиков частоты вращения – аналоговые электрические по своей природе. Пневматические сигналы подвергли преобразованию в электрический вид с помощью преобразователей типа «Сапфир», работающих на тензометрическом принципе.
Преобразование аналоговых электрических сигналов в цифровой вид выполняли с применением цифровых вольтметров.
Сигналы датчиков вращения отцифровывали с помощью цифрового частотомера.
Цифровые устройства были, по существу, конечными приборами.
Оцифрованные сигналы поступали в систему сбора данных, где происходило их накопление и вывод на печать.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Первичные сигналы от датчиков и приборов переводили в значения параметров с помощью тарировочных графиков и таблиц.
Заведомо ошибочные результаты замеров отбрасывали.
Исходные данные по замерам подвергали предварительному преобразованию:
1) осреднению давлений по сечениям: за ТВД, перед ТНД, в выхлопном газоходе и др.;
2) осреднению температур по сечениям: перед и за ОК. перед и за ВНК, в выхлопном газоходе и др.
При расчете ряда параметров использовали распределение расходов потоков в системе охлаждения, принятое для номинального режима работы ГТУ, при этом считалось, что в относительном безразмерном виде это распределение сохраняется при смене режима работы ГТУ.
Результаты испытаний приведены к нормальным условиям, что дает возможность сопоставлять результаты разных по времени испытаний независимо от атмосферных параметров на момент испытания.
В ряде расчетов были использованы предварительно оцененные коэффициенты влияния, которые, как известно, показывают силу связи малых относительных изменений параметров-аргументов с относительными изменениями параметров-функций.
Коэффициенты влияния получают путем анализа взаимосвязей параметров в цикле и схеме ГТУ расчетом по методу малых отклонений или по данным испытаний ГТУ.
Эти расчеты достаточно сложны, так как число параметров ГТУ весьма велико, а связи между ними также многочисленны и, коме того, имеют нелинейный характер.
В данной работе коэффициенты влияния использованы как поправки при обработке результатов испытаний в приведенной к нормальным условиям форме.
Результаты испытаний в приведенной форме дополнительно обработаны для представления их в безразмерном виде.
Для расчета расхода топливного газа, а также расходов воздуха в ОК и ВНК по данным замеров перепадов давления на расходомерных диафрагмах использованы следующие значения коэффициентов:
– диафрагма топливного газа
=0,1277;– торцевая диафрагма ОК
=59,341;– торцевая диафрагма ВНК
=43,805.При обработке результатов испытаний, как правило, использована Международная система единиц СИ.
Пересчет физических величин из одной размерности в другую производят по следующим известным соотношениям.
Для давления: 1мм рт. ст.=1,35951·10-3 кгс/см2;
1 кгс/м2 =10-4 кгс/см2; 1 кгс/см2 =9,80665·104 Па.
Для теплоты: 1ккал/кг = 4,1868 кДж/кг.
Для теплоемкости: 1 ккал/(кг·ºС) = 4,1868 кДж/( кг·ºС).
Паспортные технические характеристики испытуемой ГТУ представлены в табл. 1.
Топливо ГТУ – природный газ, характеристики которого приведены в табл. 2.
Таблица 1 - Технические характеристики испытуемой ГТУ
| Параметр | Размерность | Значение | |
| Номинальная температура наружного воздуха | ºС | 15 | |
| Номинальное атмосферное давление | Па | 101300 | |
| Сопротивление входного тракта | Па | 506 | |
| Сопротивление выходного тракта | Па | 710 | |
| Номинальная мощность | кВт | 25000 | |
| Эффективный КПД | - | 0,315 | |
| Номинальный объемный расход топлива | м3/ч | 8270 | |
| Удельный объемный расход топлива | м3/(кВт·ч) | 0,331 | |
| Температура газа перед ТВД | ºС | 1020 | |
| Температура газа за силовой турбиной | ºС | 467 | |
| Степень повышения давления компрессора ГТУ | - | 13 | |
| Расход воздуха через компрессор | кг/с | 103 | |
| Температура воздуха за компрессором | ºС | 386 | |
| Частота вращения турбокомпрессорного вала | об/мин | 7100 | |
| Частота вращения вала силовой турбины | об/мин | 5500 | |
Таблица 2
| Наименование величины | Обозначение | Размерность | Значение |
| Плотность | 20 | кг/м3 | 0,677 |
| Теплота сгорания |  | ккал/кг | 11610 |
| Стехиометрический коэффициент | L0 | кг/кг | 16,82 |
АЛГОРИТМ ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕПЛОВОГО ИСПЫТАНИЯ ГТУ
Исходные данные приведены в таблице 3.
Таблица 3
| Наименование параметра | Обозначение | Размерность | Значение |
| Барометрическое давление |  | мм рт. ст. | 727,0 |
| Температура топливного газа, полная |  | ºС | 60,0 |
| Перепады давления на расходомерных диафрагмах топливного газа до и после блока регулирования | ∆hТ | кгс/м2 | 2027,0 |
| Давление топливного газа, избыточное |  | кгс/см2 | 11,05 |
| Температура наружного воздуха, полная |  | ºС | -9,4 |
| Температура воздуха в отборе, полная |  | ºС | 168,0 |
| Температура воздуха перед ОК, полная |  | ºС | -6,9 |
| Температура воздуха за ОК, полная |  | ºС | 310,0 |
| Частота вращения ротора ОК-ТВД | nВД | об/мин | 6530,0 |
| Перепад давления на торцевой расходомерной диафрагме ОК | ∆hК | кгс/м2 | 619,0 |
| Давление воздуха перед ОК, полное избыточное |  | кгс/м2 | -576,0 |
| Давление воздуха за ОК, полное избыточное |  | кгс/см2 | 9,68 |
| Давление за ТВД (т.1), полное избыточное |  | кгс/см2 | |
| Давление за ТВД (т.2), полное избыточное |  | кгс/см2 | |
| Давление за ТВД (т.3), полное избыточное |  | кгс/см2 | 1,624 |
| Давление за ТВД (т.4), полное избыточное |  | кгс/см2 | |
| Давление за ТВД (т.5), полное избыточное |  | кгс/см2 | |
| Температура газов в выхлопном патрубке, полная |  | ºС | 424,0 |
| Давление перед ТНД, полное избыточное |  | кгс/см2 | 1,583 |
| Давление в выхлопном патрубке, полное избыточное |  | кгс/м2 | 180,0 |
| Температура воздуха перед ВНК, полная |  | ºС | -8,1 |
| Температура воздуха за ВНК, полная |  | ºС | 214,1 |
| Частота вращения ротора ТНД(СТ)-ВНК | nНД | об/мин | 5865,0 |
| Перепад давления на торцевой расходомерной диафрагме ВНК | ∆hВНК | кгс/м2 | 687,0 |
| Давление воздуха перед ВНК, полное избыточное |  | кгс/м2 | -1141,0 |
| Давление воздуха за ВНК, полное избыточное |  | кгс/см2 | 3,16 |
Далее результаты расчета сведены в таблицу 4.