автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Приборно-методическое обеспечение газоаналитической диагностики камер сгорания турбин перекачивающих агрегатов

МАЛЬКОВ Андрей Алексеевич

ПРИБОРНО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ КАМЕР СГОРАНИЯ ТУРБИН ПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ

Специальность: 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 ДЕК 2014

Санкт-Петербург 2014

005556558

005556558

Работа выполнена на кафедре инженерной защиты окружающей среды федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

Научный руководитель: Семенов Владимир Всеволодович

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры инженерной защиты окружающей среды федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

Официальные оппоненты: Тараицев Александр Алексеевич

доктор технических наук, профессор, начальник отдела Федерального государственного бюджетного учреждения науки «Институт проблем транспорта им. Н.С. Соломенко» Российской Академии Наук.

Любимов Евгений Васильевич

кандидат технических наук, доцент кафедры федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии A.B. Хрулева» Министерства обороны Российской Федерации.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им.Д.Ф. Устинова

Защита состоится 29 декабря 2014 г. в 11.00 часов на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.230.06 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке СПбГТИ(ТУ) и на сайте организации по следующей ссылке http://technolog.edu.ru/ru/documents/file/1434-2014-10-16-14-26-00.html

Замечания и отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на имя ученого секретаря по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет). Справки по тел.: (812) 494-93-75; факс: (812) 712-77-91; e-mail: dissowet@technolog.edu.ru

П С Ii

Автореферат разослан 2014 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.230.06 кандидат физико-математических наук доцент / )\

Р

Ю.Г. Чесноков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Газовая промышленность одна из ведущих отраслей промышленности в нашей стране, газотурбинные установки являются основным оборудованием газотранспортного комплекса. Одним из основных узлов газотурбинных установок является камера сгорания (КС), от надежности работы которой зависит надежность работы всего агрегата.

В настоящее время особое внимание уделяется проблеме продления срока службы газоперекачивающих агрегатов (далее ГПА) и в первую очередь камер сгорания. Появились различные методы и методики диагностического обследования ГПА. Но нет ни одной, которая позволяет проводить диагностику состояния камеры сгорания на работающем агрегате.

Обычно диагностическое обследование состояния камеры сгорания производится на остановленном ГПА путём визуального осмотра. Диагностирование состояния камеры сгорания во время работы ГПА не производится. В настоящее время точных методик основанных на анализе продуктов горения практически не существует. В настоящей работе рассматривается метод диагностики состояния камеры сгорания в процессе работы ГПА, в основу которого положен принцип анализа продуктов сгорания в зависимости от времени работы ГПА.

В данной работе предлагается методика диагностики процесса горения в камерах сгорания, опробованная на некоторых типах ГПА, в основу которой положен принцип анализа стабильности параметров продуктов горения.

Диагностике основного технологического оборудования КС - ГПА всегда уделяется большое внимание. Наиболее теплонапряженным элементом газотурбинных двигателей является камера сгорания. Опыт эксплуатации ГПА-16 «Урал» на КС ООО «Газпром трансгаз Санкт-Петербург» свидетельствует, что при 4000-6000 ч. наработки ГПА возникают дефекты камер сгорания, после наработки 12000 ч. на нескольких ГПА демонтированы газогенераторы по причине разрушения камер сгорания.

Целью диссертационной работы является разработка приборно -методического обеспечения для диагностики состояния газотурбинных установок газоперекачивающих станций в процессе их работы без остановки основного оборудования.

Основные задачи диссертационной работы.

- выбрать и научно обосновать приоритетный перечень характеристик выброса отработавших газов, подлежащих обнаружению и контролю при диагностике газоперекачивающих установок;

- осуществить научно-техническое обоснование аналитических и технических характеристик современных методов контроля выбросов отработавших газов;

- разработать методику контроля содержания продуктов сгорания и её аппаратурное оформление применительно к полевым и стационарным условиям.

- Разработать приборно - методическое обеспечение для диагностики состояния газотурбинных установок газоперекачивающих станций.

Экспериментальные исследования выполнялись на универсальной и специально созданной контрольно - измерительной аппаратуре, предназначенной для измерения физических и химических величин продуктов сгорания.

Научная новизна.

1. Впервые показана зависимость динамики изменения концентрации СО, N0*, и температуры дымовых выбросов от состояния камеры сгорания ГПА.

2. Впервые теоретически и экспериментально обоснован метод неразрушающего контроля состояния ГПА, использующий измерения концентрации продуктов сгорания в дымовых газах позволяющий оценить состояние камеры сгорания на работающем ГПА.

3. Установлены значения концентрации СО, N0*, в выхлопных газах, характеризующие состояние камеры сгорания ГПА.

Практическая значимость.

1. Приборно-методическое обеспечение контроля дымовых газов ГПА и их связь с состоянием камер сгорания использовано на ГПА КС «Северная» ОАО Газпром.

2. Установлена и подтверждена на практике связь стабильности характеристик выброса и состояние камер сгорания и работоспособности ГПА.

3. На основании проведенных исследований разработана методика диагностического обследования ГТУ по стабильности параметров продуктов сгорания. Метод удобен в практическом применении в связи с отсутствием жесткой необходимости использования высококвалифицированных специалистов. Данный метод может быть использован непосредственно персоналом компрессорной станции (КС), после прохождения обучения. Метод опробован на КС «Северная» и «Торжокская». По результатам обследования ГТУ «Солар» и ГТУ-16-01 «Урал» показана возможность применения метода анализа стабильности продуктов сгорания для диагностики состояния камеры сгорания ГПА других типов в процессе работы ГПА.

4. На основании проведенных исследований получен патент РФ на изобретение №2391644 «Способ диагностики состояния камеры сгорания газотурбинных установок».

5. Методика диагностики состояния камер сгорания внедрена на КС «Северная» ОАО «Газпром».

Публикации.

Материалы диссертации отражены в 10 публикациях в том числе свидетельстве на патент РФ. Три публикации размещены в изданиях рецензируемых ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из «Введения», и 4 глав «Экспериментальной части ». Работа изложена на 156 стр. машинописного текста, включая 25 рис., 17 формул, 15 таблиц и списка использованной литературы (136 наименований).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во «Введении» дана общая краткая характеристика существующей проблемы приборно-методического обеспечения диагностики ГПА. Обоснована актуальность проведения исследования, сформулирована цель и определены задачи, а также отражены научная новизна и практическая значимость диссертации.

Глава I «Аналитический обзор» Показаны проблемы и основные способы диагностики газоперекачивающих агрегатов. Рассматриваются основные способы проверки их технического состояния. Ставятся главные задачи и проблемы диагностики ГПА. Предлагаются перспективные способы решения проблем диагностики. Обосновывается актуальность и применимость разрабатываемой в данной работе методики. На основании других способов диагностики и конструктивных особенностей ГПА, обосновывается выбор камеры сгорания в качестве основного узла, отвечающего за техническое состояние и работоспособность ГПА.

Принципиальная схема ГПА показана на рис. 1.

Рис. 1 Принципиальная схема двигателя ГПА: 1 - диффузор, 2 -компрессор осевой, 3 -камера сгорания, 4 - коллектор горючего, 5 - турбина газовая, 6 -сопло.

На рис. 1 изображена схема двигателя ГПА которая дает общее представление об объекте исследования.

Глава II «Выбор и обоснование перечня вредных веществ, подлежащих контролю при работе и диагностике камер сгорания ГПАа>

Рассматриваются основные типы и конструктивные особенности камер сгорания газоперекачивающих агрегатов. Для постановки проблемы и нахождения наиболее важных параметров горения, влияющих на динамику изменения характеристик выхлопных газов, рассматривается процесс горения в камерах сгорания. Рассмотрены некоторые вопросы моделирования процессов горения для выбора оптимальных режимов горения в камерах сгорания.

В главе раскрыты проблемные вопросы работы камер сгорания ГПА, такие как полнота сгорания топлива и механизмы образования загрязняющих веществ. Рассматриваются основные способы диагностики камер сгорания- по вибрации и параметрам работы ГПА. Изучив все эти вопросы возможно рассмотрение процесса моделирования способов диагностики.

Согласно теории горения Вильямса при фиксированных внешних условиях процесс может протекать в стационарном режиме, когда основные характеристики - скорость реакции горения, мощность тепловыделения, температура газа и состав продуктов не изменяются во времени или в периодическом режиме, когда эти характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной нелинейной зависимости скорости реакции от температуры, горение отличается высокой чувствительностью к внешним условиям.

Развивающаяся в последние десятилетия нелинейная теория разрушения показывает, что одной из причин разрушения нержавеющих сталей, работающих при повышенных температурах, являются колебания температуры приводящие к изменению положения атомов в кристаллической решетке металла. Из сказанного следует, что чем выше стабильность горения, тем меньшим разрушениям подвергается камера сгорания (рис. 2, 3 и 4). Оценку стабильности горения можно производить по отклонению концентраций продуктов сгорания от средних концентраций этих продуктов за определенный промежуток времени.

Вопросам горения газа в элементарном факеле, скорости распространения пламени и устойчивости горения посвящено большое количество исследований. Из экспериментальных работ по определению кинетических констант горения углеводородов было установлено благоприятное влияние давления на скорость реакции.

При создании камер сгорания для ГПА производителями проведен большой комплекс экспериментальных работ, в которых наряду с вопросами аэродинамики и теплообмена изучались некоторые вопросы горения природного газа. Наибольший интерес, естественно, представляют экспериментальные данные, полученные при натурных испытаниях камер сгорания в составе ГПА. Знание всех перечисленных выше процессов в камерах сгорания природного газа необходимы в первую очередь для получения данных по проектированию и в особенности для диагностики состояния камер сгорания.

1 2 3 4 5

Тмин

Рис.2. Изменение концентрации во времени при различном времени наработки камеры сгорания ГПА Урал: 1- концентрация СО при наработке 42 часа, 2- концентрация СО при наработке 1036 часов, 3 - концентрация N0 при наработке 42 часа, 4- концентрация N0 при наработке 1036 часов.

По рис 2 можно заключить что чем дольше работает ГПА тем больше разброс измеряемых значений концентрации оксидов углерода и азота.

Рис. 3. Концентрация N0 в дымовых газах при изменении нагрузки ГПА: (1) удовлетворительное состояние камеры сгорания, (2) неудовлетворительное состояние камеры сгорания

На примере (рис 3) видно что при неудовлетворительном состоянии камеры сгорания изменение концентрации оксида азота при повышении нагрузки ГПА происходит достаточно не стабильно.

1

\

86 88 90 92 94 96 98 100 102

Рис. 4. Концентрация СО в дымовых газах при изменении нагрузки ГПА, 1- удовлетворительное состояние камеры сгорания, 2 неудовлетворительное состояние камеры сгорания

На примере (рис 3) видно что при неудовлетворительном состоянии камеры сгорания происходит сильный разброс измеренной концентрации оксида углерода при повышении нагрузки .

В результате подробного рассмотрения процесса горения в камерах сгорания, а также измерений во времени концентрации продуктов сгорания на реально работающих ГПА выявлены параметры и характеристики выброса, отражающие состояние камеры сгорания и работоспособность ГПА (содержание продуктов сгорания таких, как СО, NOx, а также динамика изменения их концентрации и температуры). Опытным путем и благодаря анализу данных по многолетней эксплуатации ГПА установлено, что стабильность параметров выброса уменьшается ( увеличивается разброс показаний прибора) с ухудшением состояния камеры сгорания (рисунок 4).

Глава 3 «Анализ, выбор и обоснование оптимальных методов контроля вредных выбросов при проведении диагностики ГПА» Рассмотрены этапы научно-технического обоснования выбора современного физико-химического инструментария для контроля диагностики ГПА.

В настоящее время на рынке России представлены различные портативные приборы для газового анализа, основная масса из которых использует электорохимический метод анализа газовых смесей. Поскольку современные газоанализаторы представляют собой, как правило, сложную многофункциональную модульную измерительную систему, оценивать их только с позиции цены или количества измеряемых параметров было бы некорректным.

Анализ средств измерений основных фирм-производителей показал что наиболее приемлемым средством измерения является прибор Testo 350 XL одноименной фирмы Testo, основанный на электрохимическом методе анализа (рис. 5). Прибор выбран благодаря тому, что он максимально удобен для использования при измерениях концентрации продуктов сгорания в выхлопных газах ГПА, так как позволяет эксплуатировать его в достаточно жестких полевых условиях. Блок-схема газоанализатора приведена на рис 6.

Рис.5 Общий вид газоанализатора Testo 350 XL с зондом.

Измерительная камера

Вход

1

' Д1 Д2 ДЗ , ' ~"1 П П

Фильтр Насос Буферная ЁМШЬ

; 'и О

I Д4 Д5

Выход

Рис.6 Блок схема газоанализатора.

Прибор позволяет измерять концентрацию 02, СО, NO, N02, S02, (5 газов одновременно). Встроенный в Анализатор блок пробоподготовки обеспечивает длительное и точное измерение концентрации дымовых газов. Testo 350 M/XL адаптирован для России.

Методика разрабатывалась с учетом возможности использования других газоанализаторов, применяемых на объектах газового транспорта ОАО «Газпром».

После анализа современного рынка газоанализаторов и их практического апробирования в работе над методикой, было установлено что, прибор Testo 350 является наиболее приемлемым прибором для контроля химического состава дымовых выбросов ГПА.

Глава IV «Разработка методики диагностики состояния камеры сгорания газотурбинных установок» Экологические измерения в установившихся режимах работы ГПА в соответствии с Инструкцией ОАО «Газпром» по

проведению контрольных измерений вредных выбросов газотурбинных установок на компрессорных станциях выполнялись течение пяти лет.

Для газотурбинной установки критериями установившегося режима являются:

-частота вращения газогенератора и силовой турбины, изменяющаяся не

более чем на 20 об/мин

-температура газа газогенератора и силовой турбины, изменяющаяся не

более чем на 3°С в течение минуты.

Для применения методов математической статистики выполнена

проверка гипотезы о нормальности распределения экспериментальных данных

по каждому определяемому параметру при доверительной вероятности 95% с

использованием критерия Пирсона.

Для проверки гипотезы использованы выборки из 50 последовательных измерений на установившемся режиме работы ГПА. Критерием расхождения

или соответствия является величина критерия К.Пирсона).

/

ж2 = -т)г ,пРп (=1

где: I - число интервалов; то, — число значений X в интервале. Затем определим оценки вероятностей попадания в интервалы рь

Лхм~!пЛ (х,-т

оценки математических ожиданий пр, и критерий Результаты вычислений сведем в таблицу 1.

Таблица №1 Результаты вычислений для проверки гипотезы о нормальности распределения

Интервалы т/ Р, пР, (щ -ПР,У пр,

472,0-472,2 3 0,0363 1,815 0,0010

472,2-472,4 5 0,093 4,65 0,0002

472,4-472,6 10 0,4802 24,01 1,8850

472,6-472,8 12 0,2543 12,715 0,0026

472,8-473,0 10 0,1233 6,165 0,0362

473,0-473,2 6 -0,021 -1,05 -0,020

473,2-473,4 4 0,0475 2,375 0,0025

Суммы 60 1,000 50 X1 =1,9068

Критическое значение у?ч при р=0,95 равно 2,73, а рассчитанное значение X равно 1,9068, Т.к. )С<)СЧ„ то согласно данным выборки измеренные значения температуры подчиняются нормальному закону распределения.

Поскольку процесс измерений температуры занимает конечный отрезок времени, в течении которого на результат измерений могут оказать влияние изменяющиеся условия измерений, определим равноточность измерений, оцениваемую расчетным значением критерия Кохрена

;=1

Проверим равноточность измерений по критерию Кохрена на примере пяти разных выборок температуры, сделанных в разное время на одном ГПА.

Рассчитанные эмпирические дисперсии составляют 0,44; 0,13; 0,34; 0,36; 0,38. Отсюда

/¿>,„=0,73/1,94=0376.

/=1

При доверительной вероятности Р=0,95, к=п-1=6 и т=5 значение Ст=0,589. Поскольку Ср<От, все дисперсии в том числе и наибольшая являются однородными.

Исследования показали, что вполне достаточно 5 последовательных измерений концентраций продуктов горения, так как наблюдается относительная стабильность этих значений. В дальнейшем при оценке стабильности продуктов горения мы проводили пять измерений на каждом режиме работы ГПА. Так как для химического анализа достаточной считается 95% достоверность результата, то ограничились 95% доверительной вероятностью. Так как измеряемые величины подчиняются закону нормального распределения для 5 измерений и 95% доверительной вероятности коэффициент Стьюдента равен 2,776.

На примере концентрации оксида углерода рассчитаем доверительный интервал для математического ожидания тх, равного 26,443 ррт

о - '„ I

<тх <х + 1чк 25,436<тх<28,16

Стандартное отклонение от среднего значения концентраций продуктов горения характеризует стабильность процесса горения. При этом можно пользоваться результатами экологических измерений, увеличив их число в точке пробоотбора до 5. То есть - осуществлять диагностику состояния камеры сгорания и на ее основании давать рекомендации по использованию ГПА.

Оценим точность измерений на примере измерения оксида азота на разных ГПА одного типа. Критерием оценки степени расхождения дисперсий является критерий Фишера- F - распределение. Для оценки возьмём ГПА 1 и ГПА 2 на КС «Северная».

На ГПА 1 сделано 20 измерений на ГПА 2 также сделано 20 измерений Эмпирические дисперсии соответственно равны s2i=l,61 и s22=l,33 сравнение дисперсий даёт отношение

F„=l, 61/1,33=1,22 Для уровня значимости q=5% и вероятности Р=0,95 FT=2,2

Поскольку выборочное значение FB<FT, гипотеза о равенстве дисперсий принимается. Таким образом, точность измерений вероятностью Р=0,95 можно считать одинаковой.

Рассмотрим наш метод на следующих примерах:

ГПА типа Solar со стационарным двигателем Таурус-60С В течение года были проведены измерения вредных выбросов от ГПА типа Solar со стационарным двигателем Таурус-60С на разных режимах работы осевого компрессора. Первые измерения проводились после проведения регламентных работ по техническому обслуживанию (РТО)

Результаты расчетов стандартных отклонений по оксиду углерода (sco), оксидам азота (^-.п,) и температуре (5г) в зависимости от времени наработки двигателя и оборотов осевого компрессора в процентах от номинального значения (пок, %) для ГПА №1,2, 3 представлены в табл. № 2, 3,4.

Исследование продуктов горения на трёх режимах было проведено по ГПА Solar №1,2,3 на КС Северная в сентябре 2007 после проведения сервисного обслуживания представителями фирмы Solar. Общее время

наработки каждого ГПА составляет около 25000 часов. Результаты измерений и их стандартные отклонения показали, что характерным для всех трех ГПА является наличие незначительного стандартного отклонения по температуре (менее 1,0) незначительное стандартное отклонение по NOx, которое составляет не более 1,0, что касается значения стандартных отклонений СО, то разброс их более значителен и составляет до 2,39.

Более детальные измерения вредных выбросов от ГПА Solar ст. №1 были выполнены в декабре 2007 года. Измерения проводились на 24 режимах работы ГПА с интервалом 0,5% от максимальной нагрузки осевого компрессора в течение девяти часов. Новые значения концентрации N02 практически не изменились по сравнению с результатами сентябрьских измерений, концентрация NO изменилась незначительно. Среднее значение концентрации СО мало отличается от среднего значения концентрации СО, сделанной в сентябре.

Таблица №2 Значения среднего квадратичного отклонения оксида углерода (SCo), оксида азота (•S.vo,) и температуры ('V ) в зависимости от времени наработки двигателя и оборотов

осевого компрессора для на примере ГПА Solar №3 КС Северная.

Обороты осевого ком-ра, пок ,% Наработка двигателя, ч.

22800 24900 26200 26300

Seo Syo, Sr Seo sr Seo sr Seo S коx sr

90 0,88 0,78 1,12 0,82 0,78 0,99 1,26 1,20 1,13

91 0,80 1,12 0,83 1,14 0,91 1,88 0,64 0,42 0,54

92 1,06 0,86 1,10 0,82 0,88 1,12

93 0,94 0,78 1,00 0,72 1,49 1,37

94 0,78 0,74 0.88 0,98 0,85 1,24

По результатам наблюдений на ГПА типа Solar можно сделать заключение: 1. При эксплуатации ГПА ст. №1 в течение трех месяцев значение концентрации СО, N0, N02, NOx в дымовых газах не изменилось. Стандартное отклонение по контролируемым параметрам за прошедший период также не изменилось. В соответствии с нашим методом диагностики состояния камеры сгорания ГТУ по стабильности параметров продуктов

сгорания, можно отметить отсутствие изменений в состоянии камеры сгорания ГПА и рекомендовать ГПА к дальнейшей эксплуатации. 2. Получены рабочие значения СКО контролируемых параметров, которые удобно принимать для сравнения с имеющимися результатами по другим типам ГПА.

На основании полученных данных по стабильности продуктов сгорания и температуры для ГПА типа Solar можно рекомендовать в качестве рабочих значений значения, представленные в таблице № 4

Таблица №3 Рабочие значения СКО продуктов сгорания и температуры выхлопных газов, характеризующих состояние стационарного двигателя Таурус-60С на ГПА серии Solar

№ п/п Рабочие значения стандартных отклонений Состояние двигателя, частота обследования

^АО, 5Г

1 менее 1,0 менее 1,0 менее 1,0 Хорошее, 1500 час

2 менее 1,0 менее 1,0 более 1,0 Хорошее,. 1000 час

3 1,0-1,3 1,0-1,3 1,0-1,3 Удовл, 500 час

4 более 1,5 более 1,5 более 2,0 Неудовлетворительное

ГПА-16 «Урал» с авиационным двигателем ПС-90ГП-2 В ГПА отечественного производства изменение режимов работы -изменение мощности — всегда связано с изменением температуры горения и изменением концентраций продуктов сгорания.

В течение второй половины 2007 г. проводились неоднократные измерения концентраций СО, NO, N02, NOx и температуры дымовых газов на ГТУ- 16-01 Урал на КС «Торжокская» и рассчитывались стандартные отклонения (рис. 6)

Концентрации СО для всех ГПА малы по сравнению с техническими характеристиками, а концентрации NOx существенно превышают технические характеристики.

Стандартное отклонение по температуре дымовых газов указывает на большую нестабильность горения по всем ГПА по сравнению с ГПА Solar. Эта нестабильность приводит к разбросу стандартных отклонений концентрации СО, N0, N02, NOx в 2 - 5 раз по сравнению с ГПА типа Solar.

3.5 i 3 -2.5 -

1.5 -1

0.5 -О

О 2000 <1000 6000 3000 10000 120ОО 14000 18000 180 ОО 20000

Врамя наработки [часы]

Рис.6. Зависимость среднеквадратичного отклонения значений концентрации СО (I), "ЫОх (2), в зависимости от времени наработки для авиационного двигателя марки ПС-90ГП-2 ГПА-16 «Урал»

Видно что с увеличением времени работы а соответственно и с увеличением износа средне квадратичное отклонение концентраций измеряемых веществ растёт.

Таблица №4 Рабочие значения среднего квадратичного отклонения (в) продуктов сгорания и температуры выхлопных газов, характеризующих состояние двигателя марки ПС-90ГП-2

№ п/п Рабочие значения стандартных отклонений Состояние двигателя, частота обследования

Sr

1 менее 1,0 менее 1,0 менее 1,0 Хорошее, 1500 час

2 менее 1,0 менее 1,0 более 1,3 Хорошее,. 1000 час

3 1.0-1,3 1,0-1,3 1,3-1,8 Удовл, 500 час

4 1,3-3,0 1,3-3.0 1,8-3,0 Условно-, 250 час

5 более 3,0 более 3,0 более 3,0 Неудовлетворительное

Анализ стабильности продуктов сгорания от авиационных двигателей марки ПС-90ГП-2 для ГПА-16 «Урал» показывает возможность проведения технического обслуживания не по времени наработки, а по состоянию двигателя. В табл. №6 приведены рабочие значения стандартных отклонений продуктов сгорания и температуры выхлопных газов, характеризующих состояние двигателя.

Дальнейший набор статистических данных по измерениям продуктов сгорания, температуре и их анализу позволит корректировать эталонные

значения по оксиду углерода (5то), оксидам азота (^да,) и температуре (^г) в зависимости от времени наработки двигателя и оборотов и проводить диагностику с большей надежностью.

Диагностика оборудования по предлагаемому способу может проводиться непосредственно персоналом компрессорной станции (КС) после прохождения небольшого обучения, что связано с использованием простого, доступного и относительно недорогого оборудования. С помощью необходимого набора статистических данных возможно получить диагностические характеристики эффективности работы ГПА и дать рекомендации о режимах его использования.

Комплексное использование предлагаемой методики в совокупности с данными, полученными при вибродиагностике и параметрической диагностике, позволит значительно увеличить надежность заключений о состоянии ГПА, следовательно, сократить количество аварий, перейти от эксплуатации ГПА по РТО на эксплуатацию ГПА «по состоянию», а это существенно снизит трудозатраты.

Измерения вредных выбросов от ГПА выполняются с помощью газоанализатора «Тез1:о-350ХЬ» или аналогичного газоанализатора для определения вредных выбросов в дымовых газах. При этом определяется содержание кислорода (02, %),оксида углерода(СО, ррш), оксида азота(ЫО, ррш), диоксида азота(>Ю2> ррш), диоксидов азота (ЫОх, ррш), диоксида углерода (С02, %) и температура дымового газа (Т, С0).

Для проведения измерения зонд газоанализатора для отбора дымовых газов устанавливают в отверстие дымовой шахты и производят измерение в течение 1 минуты. За это время стабилизируются значения измеряемых параметров. Зонд вынимают из отверстия, фиксируют значения результатов измерения, и проводят продувку газоанализатора до установления исходных значений, т.е. проводится подготовка газоанализатора к проведению следующего измерения. Время подготовки составляет 2 минуты. Последовательно проводят 5 измерений в установившемся режиме (режим

работы ГПА при котором частота вращения вала турбин ВД, НД, СТ имеет отклонение ±10 мин'). Время проведения измерений составляет 20 минут. По результатам измеренных параметров находят их среднее значение

где: X, - результат 1 - измерения; п - число измерений, обычно п = 5.

Затем определяют отклонение каждого измерения (СО, N0*, и температуры) от среднего значения:

АХ = Х,-Х

и находят эмпирическую дисперсию

Рассчитанное значение сравнивают с рабочим. Превышение расчетного значения над рабочим характеризует состояние камеры сгорания ГПА как неудовлетворительное.

1. На основании анализа результатов экологических измерений вредных выбросов в дымовых газах разработана методика контроля состояния ГПА и её аппаратурное оформление применительно к полевым и стационарным условиям.

2. Выбран и научно обоснован приоритетный перечень характеристик выброса отработавших газов. Выявлена и обоснована связь между параметрами и характеристиками выброса и состоянием камеры (содержание продуктов сгорания, динамика изменения их концентрации и температуры).

3. Установлено, что стабильность параметров выброса уменьшается с ухудшением состояния камеры сгорания. Так как для химического анализа достаточной считается 95% достоверность результата, то можно ограничиться 95% доверительной вероятностью. Для пяти измерений и 95% доверительной вероятности коэффициент Стьюдента равен 2,776.

4. Осуществлено научно-техническое обоснование и анализ технических характеристик современных методов контроля выбросов отработавших газов; показано, что прибор Testo 350 является наиболее приемлемым прибором для контроля химического состава дымовых выбросов ГПА.

5. Разработано приборно - методическое обеспечение экологических измерений для диагностики состояния газотурбинных установок

СКО определяют по формуле:

Выводы

газоперекачивающих станций.

6. Предлагаемый метод легко реализуем, что связано с использования простого, доступного и относительно недорогого оборудования. Метод удобен в практическом применении в связи отсутствия жесткого требования в использовании высококвалифицированных специалистов. Данный метод может быть использован непосредственно персоналом КС.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в журналах, включенных в перечень ВАК

1. Мальков A.A. Анализ состояния газотурбинных установок / Мальков A.A., Гончаров Б.В. и др.// Экология и промышленность России / №9, 2010г .- с.42-44.

2. Мальков А.А Диагностика состояния газотурбинных установок на основании результатов исследований температур и экологических параметров продуктов сгорания. / Мальков А.А // Экология и промышленность №2(27), 2011г .- с.113-117.

3. Мальков A.A. Применение результатов анализа продуктов сгорания, при экологических измерениях вредных выбросов для диагностики состояния / Мальков A.A. //Известия СПбГТИ(ТУ). 2012. № 14(40). С. 85-88.

Патенты РФ:

4. Патент №2391644 Российская Федерация, МПК G01M Способ диагностики состояния камеры сгорания газотурбинных установок / Гончаров Б.В., Дятлов A.B., Ивахнюк Г.К., Гончарова А.Б., Мальков A.A., Чеченин А.Н, ; заявитель и патентообладатель Мальков A.A. 2008132274/06 ; заявл. 17.07.08 ; опубл. 10.06.2010.

Прочие публикации

5. Мальков A.A. Применение экологических измерений выхлопных газов газотурбинных установок для дисперсионного анализа стабильности горения / Мальков A.A., Гончаров Б.В., Гончарова А.Б., // Естественные и антропогенные аэрозоли, сб.науч.тр 7-й междунар. конференции /Редк. Ивлев Л.С., Тихонова М.Е., Мещерин В.В. - СПб.: Изд-во СПб ГУ,2011,- с.512-518.

6. Мальков A.A. Применение дисперсионного анализа для диагностики камеры сгорания газотурбинных установок / Мальков A.A., Гончаров Б.В., Гончарова А.Б. //Экология и космос, сб.тезисов 3-й междунар. конференции /Редк. Ивлев JI.C., Крылов Г.Н., Гриднев К.А., Васильев A.B. - СПб.: Изд-во СПб ГУ,2011,- с.87-88.

7. Мальков A.A. Применение результатов анализа продуктов сгорания, при экологических измерениях вредных выбросов для диагностики состояния / Мальков A.A. //ГПА Новые технологии в газовой промышленности. Актуальные проблемы развития газотранспортной системы, сб. тезисов семинара ОАО «Газпром» СПб. 2008. с.76-77.

8. Мальков A.A. Применение анализа стабильности экологических измерений для диагностики камеры сгорания газотурбинных установок / Мальков A.A. //Неделя науки -2012, сб. тезисов 2-й научно-технической конференции молодых ученых /Редк. Гарабаджиу Н.В., Поняев А.И., Круглова А.И.

9. Мальков A.A. Способ диагностики состояния камеры сгорания газотурбинных установок при помощи анализа продуктов сгорания / Мальков А.А.//Ресурсосбережение в химической технологии сборник трудов международной научной конференции / Редк. Лисицин Н.В., Колесников В.А., Новаков И.А., Хартман К. - СПб.: Изд-во СПбГТИ(ТУ), 2012 С. 64-65.

10. Мальков A.A. Применение анализа стабильности параметров отходящих газов для предотвращения аварий на газотурбинных установках / Мальков A.A., Семенов В.В.// Естественнонаучные основы теории и методов защиты окружающей среды сб. тезисов 3-й междунар. Конференции /Редк Греков К.Б., Рижинашвили А.Л. -СПб.: Изд-во СПбГУКиТ, 2014 с.55.

Подписано в печать 20.10.2014г. Формат А5, цифровая печать Тираж 100 экз.

Отпечатано в ЦОП «Копировальный Центр Василеостровский» Россия, Санкт-Петербург, В.О., 6-линия, д.29. тел. 702-80-90, факс: 328-61-84 e-mail: vs@copy.spb.ru