Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра «Ракетно-космическая техника и энергетические системы»

КУРСОВАЯ РАБОТА

Борьба с помпажем в газотурбинных установках

по дисциплине «Газотурбинные установки»

В. И. Горбунов

Пермь 2014

РЕФЕРАТ

В работе рассматривается нарушение газодинамической устойчивости - помпаж, причины его возникновения. Описаны способы борьбы с ним.

Явление помпажа занимает особое место в энергетическом машиностроении, т.к. это явление до конца не изучено и представляет угрозу жизни людей, разрушению газотурбинных установок и летательных аппаратов.

Показаны перспективные решения проблем, связанных с помпажом. Методом решения таких проблем является анализ данных, проведённый экспериментально, а также опыт, полученный в эксплуатации ГТУ.

Выявление причины помпажа в эксплуатации ГТУ и ЛА.

1. Экспериментальные расчёты и испытание противопомпажных систем.

2. Разработка противопомпажной системы для каждого случая помпажа.

Целью исследовательской работы является выявление причин, анализ помпажных явлений и поиск оптимального метода для устранения или предотвращения помпажа.

Актуальность проблемы:

Помпаж - непредсказуемое явление, которое невозможно предугадать, но можно предотвратить. Помпаж влияет на целостность конструкции газотурбинного двигателя, на его КПД и на стабильность работы.

Задачи исследования:

1. Анализ возможных и существующих противопомпажных систем.

2. Выбор оптимального решения для каждого случая.

3. Перспективность противопомпажных систем в энергомашиностроении.

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОМПАЖ НАГНЕТАТЕЛЯ ППА И ЕГО ПРИЧИНЫ

2. ПРОТИВОПОМПАЖНЫЕ СИСТЕМЫ ГПА

2.1 АНТИПОМПАЖНЫЙ РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН ГПА "Mokveld valves

2.2 УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН "Camflex II", СЕРИЯ 3500

3. РАСЧЁТ ЗАПАСА УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЯ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Помпамж (фр. pompage) - неустойчивая работа компрессора, вентилятора или насоса, характеризуемая резкими колебаниями напора и расхода перекачиваемой среды.

Помпаж, или неустойчивый режим работы, нагнетателя является наиболее опасным автоколебательным режимом в системе нагнетатель-газопровод, приводящий к срыву потока в проточной части нагнетателя.

Внешне помпаж проявляется в виде хлопков, сильной вибрации нагнетателя, отдельных периодических толчков, в результате чего возможны разрушение рабочего колеса нагнетателя, повреждение упорного подшипника, разрушение лабиринтных уплотнений и т.д. Возникновение помпажа в нагнетателе вызывает колебания частоты вращения и температуры газа ГТУ, приводящей во вращение нагнетатель, и, как следствие, к возникновению неустойчивой работы осевого компрессора, что, в свою очередь, приводит к аварийной остановке ГПА.

1. ПОМПАЖ НАГНЕТАТЕЛЯ ГПА И ЕГО ПРИЧИНЫ

Причинами возникновения помпажа является изменение характеристики газопровода, вследствие:

-колебаний давления газа в газопроводе;

-влияния параллельно включенных, но более напорных нагнетателей;

-неправильной или несвоевременной перестановки кранов в трубной обвязке нагнетателя.

Изменения режима работы нагнетателя до значительного уменьшения расхода газа (примерно до 60% расчетного значения), вследствие:

-снижения частоты вращения нагнетателя ниже допустимой;

-ухудшения технического состояния газотурбинного привода;

-попадания посторонних предметов на защитную решетку нагнетателя и ее обледенения и др.

Режимы работы нагнетателя по расходу газа, как правило, ограничиваются 10%-м запасом от границы помпажа как показано на рисунке 1 и определяется как принципиальная характеристика нагнетателя с линиями ограничения по помпажу :

Рисунок 4 (стр. 18). Принципиальная характеристика нагнетателя с линиями ограничения по помпажу; Q - объемный расход газа; H_Р - относительный политропный напор; 1 - нормальный режим работы нагнетателя; 1* - режим работы нагнетателя после открытия перепускного крана; 1** - режим полного открытия перепускного крана; 1*** - режим работы крана с малыми возмущениями; I - линия контроля помпажа; II - линия ограничения больших возмущений; III - линия границы помпажа; IV - линия ограничения числа хлопков.

Эксплуатационный персонал должен по показаниям штатных приборов периодически контролировать положение рабочей точки на характеристике нагнетателя и не допускать ее приближение к опасной зоне, для чего при работе на частичных режимах необходимо повышать частоту вращения нагнетателя либо уменьшать напор и расход параллельно работающей группы нагнетателей. На рисунке 2 отмечена рабочая точка ГПА зона помпажа. При возникновении помпажа необходимо открыть перепускной кран, соединяющий линию нагнетания со всасывающей, при этом расход газа нагнетания переместится вправо от границы помпажа.

Рисунок - 1. Рабочая точка ГПА и зона помпажа.

2. ПРИМЕННИЕ ПРОТИВОПОМПАЖНЫХ СИСТЕМ ГПА

Для обеспечения нормальной работы компрессора и устранения явления помпажа применяются автоматические регуляторы - антипомпажные устройства, которые поддерживают постоянное давление в сети трубопроводов:

1. установки гидравлического регулятора противопомпажного;

2. пневматические регуляторы;

3. электронные контроллеры.

Регулирование работы компрессора с целью избежания явления помпажа может производиться:

1. устройством перепускного клапана;

2. устройством сбросного клапана;

3. дросселированием во всасывающем трубопроводе;

4. поворотом лопаток направляющего аппарата.

Системы защиты автоматически срабатывают в случаях внезапных значительных изменений характеристик нормального технологического режима. Они защищают компрессорные машины и решают двоякую задачу:

1. недопущение работы компрессорной машины в зоне неустойчивой работы (в зоне помпажа);

2. предотвращение помпажа;

3. обеспечение высокой экономической эффективности работы компрессора.

Для защиты от помпажа обычно используется сброс рабочей среды или перепуск с выхода компрессора на его вход в количестве, необходимом для избегания помпажа, для этого в системе антипомпажного регулирования и защиты используются регулирующие или запорно-регулирующие антипомпажные клапаны.

Современные антипомпажные клапаны имеют высокую скорость хода, которая предотвращает длительное воздействие помпажа на компрессор, а также регулируют поток, что требует не только быстрого полного хода, но также и способности реагировать на изменение установки быстро и точно.

2.1 АНТИПОМПАЖНЫЙ РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН ГПА "Mokveld valves"

Рисунок - 2. Антипомпажный регулирующий клапан ГПА "Mokveld valves".

1. Диапазон применения клапанов фирмы "Моквелд Валв":

- Рабочее давление от АNSI150 до 2500; (19,3ч421,8 кгс/см2)

- Рабочая температура от ?50оС до +205оС;

- Условный проход DN от 2" до 48" (50ч1200 мм)

Материальное исполнение: углеродистая и нержавеющая сталь, низколегированная сталь для работы на низких температурах.

Приводы: ручной, пневматический, гидравлический, электрический, электрогидравлический.

Рабочая среда: сырая нефть, продукты её перегонки, многофазные жидкости с высоким соотношением газ/нефть, загрязненный песком природный газ, коррозионная жидкость и газы.

2. Конструкция клапанов регулирующих фирмы "Моквелд Валв".

Основная концепция клапана -- "осевой поток", который представляет собой прямолинейный симметричный и неограниченный поточный контур между внутренним и наружным корпусами клапана. Основными компонентами регулировочных клапанов фирмы Моквелд с осевым потоком являются наружный корпус клапана, внутренний корпус, поршень, шток поршня, шпиндель и кожух. Корпус клапана представляет собой монолитную стальную отливку. Поршень передвигается вдоль продольной оси осевой линии клапана. Направляющая регулировочных клапанов фирмы Моквелд, работающих под легкой нагрузкой, и меньших размеров, состоит только из штока поршня. В клапанах, работающих в более тяжелых условиях, поршень направляется в кожухе вдоль всего хода.

3. Основной принцип работы клапана "Моквелд Валв".

Поршень работает с помощью трансмиссии, выполненной под углом в 90о, состоящей из пары скользящих зубчатых реек с сочлененными зубьями, расположенными на штоке поршня и шпинделя. Малый зазор зубчатой передачи гарантирует передаче фирмы Моквелд отсутствие гистерезиса с исключением «игры» между шпинделем клапана и штоком поршня. Плоские основания зубьев изолированы от жидкости двойными первичными уплотнениями на штоке поршня и направляющей. Система трансмиссии поэтому может быть набита смазкой, с отсутствием необходимости в частом техобслуживании.

4. Система уплотнения клапана "Моквелд Валв".

Регулировочные клапаны фирмы Моквелд обеспечивают герметичную отсечку во всем диапазоне давлений, даже в самых суровых рабочих условиях. Эти клапаны обладают непревзойденной характеристикой надежности в применении, там где регулировочные клапаны должны обеспечивать 100 % герметичную отсечку даже после продолжительного использования. Регулировочные клапаны фирмы Моквелд осуществляют отсечку надежно при перекрытии потока, поступающего как с верхней, так и с нижней стороны.

Уплотнительный узел фирмы Моквелд, разработанный с автономным источником давления, состоит из трапециедального главного уплотнения, объединённого с кольцом круглого сечения и фиксатором уплотнения. Все это расположено в кожухе.

В перекрытом положении давление прилагается к внутренней поверхности главного седла трапециедальной формы, энергезируя его и выталкивания его радиально наружу к седлу поршня, обеспечивая таким образом герметичную отсечку любому дифференциальному давлению.

Кольцо круглого сечения обеспечивает изолирование течей в контакте с нижней стороной поршня, по потоку.

Следует отметить, что зазор между поршнем клапана и фиксатором уплотнения исключительно мал, так что дросселирование имеет место только между металлическими поверхностями и в любом случае, клапан перекрывается прежде, чем энергезируется уплотнение. Поэтому уплотнение только завершает герметичную отсечку и не является предметом эрозии. Для большинства регулировочных применений передняя часть поршня и фиксатор уплотнения -- область, где имеет место дросселирование -- сильно прижимаются друг к другу.

В условиях обратного потока система работает одинаково хорошо. Кольцо круглого сечения не передвигается на другую сторону для изолирования утечки давления с нижней стороны по потоку.

Когда клапан открыт, главное уплотнение, благодаря принципу энергезации, втягивается в кожух и поэтому не подвергается эрозии.

5. Назначение антипомпажных систем. Характеристики, которыми должен обладать регулирующий клапан "Моквелд Валв".

Антипомпажные системы предназначены для:

- безопасной эксплуатации компрессоров;

- максимального расширения диапазона работы компрессора;

- снижения расхода топлива привода.

Для эффективной защиты от помпажа антипомпажный клапан должен обладать следующими характеристиками:

- Сочетанием высокой пропускной способности, что необходимо для быстрого устранения условий, ведущих к помпажу, с широким диапазоном изменения пропускной способности, что необходимо для точной настройки системы.

- Линейной расходной характеристикой.

- Малым временем реакции на управляющий сигнал, в пределах от 1 до 2 секунд.

- Малым временем реакции на управляющий сигнал, в пределах от 1 до 2 секунд.

- Высокой точностью и устойчивостью работы.

- Достаточно большим размером, чтобы не превысить допустимую величину выходной скорости газа.

- Полной герметичностью в закрытом положении.

- Низким уровнем шума.

6. Компоновка и работа системы управления.

Регулирующий клапан типа RZD, используемый в качестве исполнительного органа в системе антипомпажного регулирования газоперекачивающих агрегатов или компрессорных цехов, представляет собой сам клапан, пневмопривод одностороннего действия (нормально открытый) с гидродублирующей системой и приборную часть (комплект приборов), обеспечивающую работу клапана в автоматическом режиме.

Для работы антипомпажного клапана на приборную часть подается воздух (газ) давлением 45-65 бар, который очищается от мехпримесей в фильтре высокого давления, понижается до давления 6-12 бар в редукторе высокого давления и направляется в ресивер (ёмкость), расположенный в верхней части цилиндра пневмопривода.

Из ресивера газ выходит в трех направлениях:

1. На предохранительный клапан, срабатывающий при повышении давления в ресивере свыше 15 бар;

2. Идет на два редуктора с фильтрами:

редуктор -- понижает давление до 1,4 бал и подает газ на электропневмопреобразователь, который, получая электрический сигнал от 4 до 20 мА, преобразует его в пневматический и подает в качестве управляющего на позиционер, который, в свою очередь, подает управляющий сигнал на бустер;

редуктор понижает давление до 408 бар и подает его в качестве рабочего на позиционер 10

3. Идет на бустер (или бустера), который перепускает большой объём газа на поршень пневмопривода в зависимости от пневмосигнала с позиционера.

Дроссель служит для регулировки времени открытия и закрытия клапана и настраивается на заводе-изготовителе.

При получении управляющего электрического сигнала 20 мА срабатывает электропневмопреобразователь и подает пневмосигнал на позиционер, который усиливает его и подает на бустер. Последний перепускает газ из ресивера на пневмопоршень привода, заставляя его под действием давления газа опускаться вниз, сжимая пружины, и через систему реечного механизма шток привода -- шток клапана перемещать поршень клапана, перекрывая поток перекачиваемой среды.

При снижении управляющего электрического сигнала до 4 мА уменьшается пневмосигнал и бустер (или бустера) перекрывает поток газа из ресивера на привод. Поршень последнего под действием пружин поднимается вверх, сбрасывая газ через бустер и позиционер в атмосферу.

При получении электрического сигнала в пределах от 4 до 20 мА -- открытие клапана пропорционально величине сигнала.

На случай аварийной ситуации (отключение подачи газа или электросигнала), система регулирования снабжена дублирующим устройством гидросистемой с ручным насосом.

Для нормального функционирования системы управления осуществляется постоянный обогрев её элементов при помощи обогревающей ленты и электротермообогревателя. [1]

2.2 УНИВЕРСАЛЬНЫЙ РЕГУЛИРУЮЩИЙ КЛАПАН "Camflex II", СЕРИЯ 3500

Рисунок - 3. Универсальный регулирующий клапан "Camflex II".

газодинамический устойчивость помпаж машиностроение

Основные технические данные клапана:

Данный клапан предназначен для регулирования подачи топливного газа на агрегаты ГТК-10-4 на КС ЛПУ МГ. Его установка предусмотрена в обвязке регулирующего и стопорного клапана на линии топливного газа D_у=65 мм, Р_у=2.5 МПа.

Основные технические данные клапана:

-условный диаметр 50,8;

-условное давление Р=10 МПа;

-пропускная способность Cv50;

-температура среды t=-200…+400 ⁰С;

-диапазон регулирования 100:1;

-герметичность в затворе IV кл. По ANSI;

-исполнительный механизм пневматический ;

-управляющий сигнал 0,02…0,11 МПа;

-присоединение фланцевое;

-характеристика равнопроцентная или линейная.

Принцип работы:

Клапан "Camflex II" основан на принципе сферического затвора с эксцентричным вращательным движением, в прямоходном корпусе в соответствии с классом 600 1Ь ANSI. Сферическая часть затвора присоединена посредством одного или двух упругих рычагов к ступице, насаженной на приводной вал. Незначительный боковой зазор ступицы на валу позволяет осуществлять самоцентрирование затвора. Тщательное уплотнение между седлом и затвором достигается благодаря упругой деформации рычагов затвора. Седло, слегка скошенное, закреплено в корпусе посредством резьбовой зажимной втулки [1].

Затвор и вал производят поворот на 50 градусов. Этим движением управляет рычаг, присоединенный к штоку мощного пневматического исполнительного механизма с чулочной мембраной и со стяжной пружиной.

Сплошной маховичок ручного дублера, включающий контргайку, смонтирован в стандартном исполнении на бугеле, в противоположной исполнительному механизму стороне. Он позволяет управлять затвором или ограничить его. Второе нарезное отверстие предусмотрено симметрично в бугеле для установки винта и контргайки, позволяющих либо выполнить концевой упор, либо в сочетании с ручным дублером блокировать затвор в выбранном положении.

Ручной дублер клапана "Camflex II" сконструирован существенно для применения только в экстренном случае. Характеристика нарезания отверстий ручного дублера и упора Ї 3/4Ѕ-10 ACME 3 C (правая резьба).

Исполнительный механизм всегда смонтирован так, чтобы момент из-за давления командного воздуха оказал сопротивление динамическому моменту, созданному средой на затворе. Направление среды имеет склонность открывать затвор, а исполнительный механизм смонтирован так, чтобы перекрыть клапан, когда давление воздуха увеличивается. Сила пружины исполнительного механизма добавляется к силе среды, чтобы открыть клапан в случае отсутствия воздуха. Если клапан должен перекрывать за счет отсутствия воздуха, положение блока корпуса на трубопроводе должно быть реверсировано так, чтобы среда имела склонность закрывать затвор. Положение исполнительного механизма также должно быть реверсировано. Направление среды через корпус, т.е. ориентация клапана на трубопроводе таким образом определяется желаемым действием за счет отсутствия воздуха.

Пропускная характеристика клапана "Camflex II" соответствует модифицированной линейной характеристике независимо от направления потока. Она легко может быть преобразована в равнопроцентную, оснащая клапан позиционером серии 4600 или электропневматическим позиционером серии 8013, оснащенным кулачком с несколькими характеристиками.

Пропускная способность может быть снижена на 60 процентов от номинального значения (коэффициента 0.4) на клапанах "Camflex II" всех размеров.

Клапан "Camflex II" обладает способностью регулировать среды в широком диапазоне температур благодаря литой длинной шейке, встроенной в корпус. Представленная тем самым большая поверхность излучения позволяет поддерживать нормальную температуру сальника, позволяет применение одного единственного типа самосмазывающего уплотнения.

Принципиальная характеристика нагнетателя с линиями ограничения по помпажу:

Рисунок - 4. Принципиальная характеристика нагнетателя с линиями ограничения по помпажу k=Q_s²/H_р.

- объёмный расход газа;

- относительный политропный напор;

1 - нормальный режим работы нагнетателя;

1' - режим работы нагнетателя после открытия перепускного крана;

1'' - режим полного открытия перепускного крана;

1''' - режим работы нагнетателя с малыми возмущениями;

I - линия контроля помпажа;

II - линия ограничения больших возмущений;

III - линия границы помпажа;

IV - линия ограничения числа хлопков.

В настоящее время существует достаточно много противопомпажных автоматических систем, позволяющих не допустить попадание нагнетателя в помпаж и сигнализирующих о приближении рабочей точки к границе помпажа. Наиболее распространенные системы основаны на сопоставлении величины расхода газа с создаваемым нагнетателем напором с последующим воздействием на перепускной кран. Хорошо известны сигнализаторы помпажа, разработанные НЗЛ, которые укомплектованы пневматическими ППЗ на базе элементов системы "Старт".

Более современные системы включают защиту и регулирование нагнетателя в области помпажных режимов и имеют перепускной кран с регулируемым проходным сечением. К таким системам относится, например, система фирмы ССС ("Компрессор контролс корпорейшн").

Данная система антипомпажной защиты обеспечивает положение рабочей точки нагнетателя в правой зоне от линии границы помпажа. Это достигается открытием перепускного (антипомпажного) крана на величину, необходимую для поддержания минимального расхода. Вследствие большой инерционности системы нагнетатель-газопровод воздействие на перепускной клапан должно начаться до того, как рабочая точка достигнет границы помпажа. Точка на характеристике нагнетателя, соответствующая открытию клапана, является линией контроля помпажа. Расстояние между линией контроля и линией границы помпажа определяет предел безопасности или зону контроля помпажа. Открытие перепускного клапана увеличивается по мере перехода рабочей точки в зону контроля помпажа. Расстояние между рабочей точкой нагнетателя и границей помпажа рассчитывается с использованием следующего соотношения:

,

где - политропный напор; - коэффициент объемного расхода; - абсолютное давление на входе; - степень сжатия; - показатель политропы, ; - перепад давления на конфузоре.

Отношение значений параметра в рабочей точке и на границе помпажа при постоянной частоте вращения является соотношением наклонов двух линий, проходящих через рабочую точку и точку на границе помпажа. Расстояние между границей помпажа и линией контроля помпажа рассчитывается как производная от , в результате чего критерий будет равен 1,0, когда рабочая точка находится на линии контроля помпажа, и больше 1,0, когда рабочая точка находится в зоне контроля помпажа. Зона контроля помпажа имеет две области регулирования:

- область регулирования между линиями I и II соответствует малым возмущениям потока газа;

- область регулирования между линиями II и III соответствует большим возмущениям потока газа;

Регулятор, рассчитывая расстояние рабочей точки от границы помпажа в случае его работы в области регулирования между линиями I и II (точка 1'''), воздействует на перепускной регулирующий клапан типа "Моквелд", перепускает часть газа с выхода нагнетателя на вход, восстанавливая режим работы нагнетателя в точке 1'. Если же рабочая точка нагнетателя находится в области регулирования между линиями II и III (точка II), то при быстром приближении к границе помпажа регулирующий клапан полностью открывается, а затем несколько прикрывается по мере удаления рабочей точки от границы помпажа, устанавливая режим работы нагнетателя, соответствующий точке 1'. В случае, если помпаж все-таки произошел, а это значит, что рабочая точка находится между линиями III и IV, регулятор ограничивает число "хлопков" путем удаления линии контроля помпажа от линии границы помпажа.

3. РАСЧЁТ ЗАПАСА УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ ПОМПАЖА

Помпаж, или неустойчивый режим работы, нагнетателя является наиболее опасным автоколебательным режимом в системе нагнетатель - газопровод, приводящий к срыву потока в проточной части нагнетателя.

Внешне помпаж проявляется в виде хлопков, сильной вибрации нагнетателя, отдельных периодических толчков, в результате чего возможны разрушение рабочего колеса нагнетателя, повреждение упорного подшипника, разрушение лабиринтных уплотнений и т.д. Возникновение помпажа в нагнетателе вызывает колебания частоты вращения и температуры газа РТУ, приводящей во вращение нагнетатель, и, как следствие, к возникновению неустойчивой работы осевого компрессора, что, в свою очередь, приводит к аварийной остановке ГПА.

Причинами возникновения помпажа является изменение характеристики сети (газопровода), вследствие:

- влияния параллельно включенных, но более напорных нагнетателей;

- неправильной или несвоевременной перестановки кранов в трубной обвязке нагнетателя.

Изменение режима работы нагнетателя до значительного уменьшения расхода газа (приблизительно до 60% расчетного значения), вследствие:

- снижения частоты вращения нагнетателя ниже допустимой;

- ухудшения технического состояния газотурбинного привода;

- попадания посторонних предметов на защитную решетку нагнетателя и ее обледенение и др.

Режимы работы нагнетателя по расходу газа, как правило, ограничиваются 10%-м запасом от границы помпажа (Рис. 2) и определяются как:

.

Пример: Определить запас устойчивой работы нагнетателя ГПА-Ц-6,3/56М

1,45, имеющего следующие параметры рабочего режима: давление газа на входе нагнетателя = 3,9 МПа, давление газа на выходе нагнетателя = 5,3 МПа, температура газа на входе = 16 °С, частота вращения нагнетателя = 8100 об/мин, производительность нагнетателя = 475 тыс.н·м/ч, плотность газа = 0,676 кг/м.

Решение: Относительная плотность газа по воздуху

.

Газовая постоянная

R== 52,2 кг · м/кг · K 512 Дж/кг · K.

Коэффициент сжимаемости газа по параметрам входа определяется по номограмме Рис. 1, либо по соотношению:

,

где - соотношение температур газа на входе и критической

;

- соотношение давлений газа на входе и критического

;

- критическая температура (= 190,1 К);

- критическое давление (= 4,73 МПа).

Плотность газа на входе:

= 10· 3,9/0,93 · 289,2 · 52,2 = 28,32 кг/м.

Объемная производительность нагнетателя:

= 475 · 0,676/0,06/28,32 = 189 м/ мин.

Приведенная объемная производительность:

= 189 · 8200/8100= 191,3 м/мин.

Запас устойчивой работы нагнетателя:

· 100% = (191,3 - 135)/135 · 100% = 41,7%,

где = 135 м/мин определяется по характеристике нагнетателя.[4]

Эксплуатационный персонал должен по показаниям штатных приборов периодически контролировать положение рабочей точки на характеристике нагнетателя и не допускать ее приближения к опасной зоне, для чего при работе на частичных режимах необходимо повышать частоту вращения нагнетателя либо уменьшать напор и расход параллельно работающей группы нагнетателей. При возникновении помпажа необходимо открыть перепускной кран, соединяющий линию нагнетания с всасывающей, при этом расход газа через нагнетатель увеличится, а степень сжатия снизится, рабочая точка нагнетателя переместится вправо от границы помпажа, как показано на рисунке 4.

В настоящее время существует достаточно много противопомпажных автоматических систем, позволяющих не допустить попадание нагнетателя в помпаж и сигнализирующих о приближении рабочей точки к границе помпажа. Наиболее распространенные системы основаны на сопоставлении величины расхода газа с создаваемым нагнетателем напором с последующим воздействием на перепускной кран. Хорошо известны сигнализаторы помпажа, разработанные НЗЛ, которые укомплектованы пневматическими ППЗ на базе элементов системы "Старт".

Более современные системы включают защиту и регулирование нагнетателя в области помпажных режимов и имеют перепускной кран с регулируемым проходным сечением. К таким системам относится, например, система фирмы ССС ("Компрессор контролс корпорейшн").

Данная система антипомпажной защиты обеспечивает положение рабочей точки нагнетателя в правой зоне от линии границы помпажа, что показывает линия III на рисунке 2. Это достигается открытием перепускного (антипомпажного) крана на величину, необходимую для поддержания минимального расхода. Вследствие большой инерционности системы нагнетатель-газопровод воздействие на перепускной клапан должно начаться до того, как рабочая точка достигнет границы помпажа. Точка на характеристике нагнетателя, соответствующая открытию клапана, является линией I контроля помпажа, показанной на рисунке 2. Расстояние между линией контроля и линией границы помпажа определяет предел безопасности или зону контроля помпажа, это показывает заштрихованная площадь на рисунке 2. Открытие перепускного клапана увеличивается по мере перехода рабочей точки в зону контроля помпажа. Расстояние между рабочей точкой нагнетателя и границей помпажа рассчитывается с использованием следующего соотношения:

,

где - политропный напор; - коэффициент объемного расхода; - абсолютное давление на входе; - степень сжатия; - показатель политропы, ; - перепад давления на конфузоре.

Отношение значений параметра в рабочей точке и на границе помпажа при постоянной частоте вращения является соотношением наклонов двух линий, проходящих через рабочую точку и точку на границе помпажа, как показано на рисунке 2. Расстояние между границей помпажа и линией контроля помпажа рассчитывается как производная от , в результате чего критерий будет равен 1,0, когда рабочая точка находится на линии контроля помпажа, и больше 1,0, когда рабочая точка находится в зоне контроля помпажа. Зона контроля помпажа имеет две области регулирования:

- область регулирования между линиями I и II соответствует малым возмущениям потока газа;

- область регулирования между линиями II и III соответствует большим возмущениям потока газа;

Регулятор, рассчитывая расстояние рабочей точки от границы помпажа в случае его работы в области регулирования между линиями I и II (точка 1'''), воздействует на перепускной регулирующий клапан типа "Моквелд", перепускает часть газа с выхода нагнетателя на вход, восстанавливая режим работы нагнетателя в точке 1'. Если же рабочая точка нагнетателя находится в области регулирования между линиями II и III (точка II), то при быстром приближении к границе помпажа регулирующий клапан полностью открывается, а затем несколько прикрывается по мере удаления рабочей точки от границы помпажа, устанавливая режим работы нагнетателя, соответствующий точке 1'. В случае, если помпаж все-таки произошел, а это значит, что рабочая точка находится между линиями III и IV, регулятор ограничивает число "хлопков" путем удаления линии контроля помпажа от линии границы помпажа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе рассмотрено нарушение газодинамической устойчивости - помпаж. Выявлены способы борьбы с ним. Выявлены причины помпажа, проанализированы помпажные явления и найдены оптимальные методы для устранения или предотвращения помпажа, проанализированы существующие и возможные противопомпажные системы.

Помпаж - непредсказуемое явление, которое невозможно предугадать, но можно предотвратить. Это объясняет важность и необходимость существования противопомпажных систем. Помпаж влияет на целостность конструкции газотурбинного двигателя, на его КПД и на стабильность работы. Антипомпажные системы не останавливают, но предотвращают возникновение непредвиденного явления помпажа для обеспечения нормальной работы газотурбинного двигателя.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аберков А.С., Ильин Л.В. Монтаж оборудования компрессорных станций магистральных газопроводов. М.; Недра 1989. -205 с.

2. Газотурбинные установки [Электронный ресурс] : учебное пособие А. В. Рудаченко, Н. В. Чухарева, С. С. Байкин; Томский политехнический университет (ТПУ).-- Томск: Изд-во ТПУ, 2008.

3. Тельнов К.А. Файнштейн А.А. Шабашов С.З. и др. Автоматизация газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным двигателем . - Л. Недра,1983. - 280с.

4. Корж В.В. Газотурбинные установки (Учебное пособие) ББК 33.36 .2010 г. 180с.

5. http://www.ecorussia.info/ru/ecopedia/gazoturbinnye-ustanovki-gtu-

Размещено на Allbest.ru

...