Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний
В работе представлены расчетные и экспериментальные характеристики центробежного компрессора (ЦК) природного газа и приводного газотурбинного двигателя на различных режимах их работы, полученные по результатам натурных экспериментов, проведенных в процессе испытаний агрегата типа ГПА-Ц-6,3А на стенд...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2017
|
| Назва видання: | Проблемы машиностроения |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125729 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний / Н.С. Щербаков, В.П. Парафейник, А.А. Рябов, В.В. Шевчук, В.Н. Разношинский, И.Н. Тертышный, С.А. Прилипко // Проблемы машиностроения. — 2017. — Т. 20, № 2. — С. 11-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125729 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1257292025-02-23T20:03:16Z Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний Selection of System Characteristic of Turbo-Compressor Package Based on Efficiency Analysis according to Full-Scale Test Results. P. III. Efficiency Research of Basic Systems of Turbo-Compressor Package GPA-C-6,3A/56-1,45 on Full-Scale Щербаков, Н.С. Парафейник, В.П. Рябов, А.А. Шевчук, В.В. Разношинский, В.Н. Тертышный, И.Н. Прилипко, С.А. Энергетическое машиностроение В работе представлены расчетные и экспериментальные характеристики центробежного компрессора (ЦК) природного газа и приводного газотурбинного двигателя на различных режимах их работы, полученные по результатам натурных экспериментов, проведенных в процессе испытаний агрегата типа ГПА-Ц-6,3А на стенде замкнутого контура (ЗК). Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных характеристик ЦК показал, что для проектного режима работы компрессора наблюдается удовлетворительное совпадение характеристик. Полученные данные показали, что при расчетном режиме работы ЦК обеспечивается коммерческая производительность 12,2 млн нм3/сутки, отношение давлений 1,45, политропный КПД равен 85%, а потребляемая мощность на валу компрессора составляет 6,17 МВт, что соответствует требованиям технического задания. По результатам теплотехнических испытаний двигателя в составе агрегата получены его характеристики. При мощности силовой турбины равной 6,3 МВт эффективный КПД двигателя соответствовал 30%, а удельный расход топлива 0,24 кг/кВт∙ч. Получены также данные о влиянии гидравлических потерь в воздухоприемном и выхлопном трактах газотурбинного привода на полезную мощность и эффективность приводного двигателя на номинальном режиме работы. Эти данные, а также параметры работы турбокомпрессорного агрегата в составе стенда ЗК являются исходными для составления системной характеристики исследуемого агрегата и оптимизации режимов его работы при дальнейших исследованиях На стенді замкнутого контуру ПАТ «Сумське машинобудівне НВО» в процесі випробувань газоперекачувального агрегату типу ГПА-Ц-6,3А одержані характеристики енергетичної ефективності відцентрового компресора (ВК) природного газу і приводного газотурбінного двигуна на різних режимах їх роботи, а також дані про гідравлічні втрати в повітряприймальному та випускному трактах турбокомпресорного агрегату ГПА-Ц-6,3А/56-1,45, які впливають на енергетичну ефективність газотурбінного приводу. Одержані дані показали, що при розрахунковому режимі роботи ВК політропний коефіцієнт корисної дії досягає 85%, а ефективний ККД двигуна, на його номінальному режимі роботи, складає 30%, що відповідає технічним умовам на створення агрегату The paper is concerned with design and experimental characteristics of efficiency of natural gas centrifugal compressor (CC) and driven gas turbine at different conditions obtained on the results of physical experiments conducted during full-scale tests of GPA-C-6,3А. Comparative analysis of CC design and experimental characteristics showed that it is observed the good agreement of design and experimental characteristics for compressor design condition. Data analysis showed that under CC design condition the commercial capacity 12.2 MMNCMD, pressure ratio 1.45, polytropic efficiency 85% are provided, and consumed shaft power is 6.17 MW meeting technical requirements. The paper also presents data on hydraulic pressure losses effect in air intake and exhaust ducts on useful power and efficiency of driven engine under nominal condition. Thermaltechnical characteristics were obtained upon turbine (being the part of the package) test results. Under power turbine power 6.3MW the turbine effective efficiency was 30%, and specific fuel rate was 0.24 kg/kW∙h. This data as well as operation parameters of TCA being the part of back-to-back test rig is the initial data to make up system characteristics of the package to be researched 2017 Article Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний / Н.С. Щербаков, В.П. Парафейник, А.А. Рябов, В.В. Шевчук, В.Н. Разношинский, И.Н. Тертышный, С.А. Прилипко // Проблемы машиностроения. — 2017. — Т. 20, № 2. — С. 11-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125729 621.515 ru Проблемы машиностроения application/pdf Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Энергетическое машиностроение Энергетическое машиностроение |
| spellingShingle |
Энергетическое машиностроение Энергетическое машиностроение Щербаков, Н.С. Парафейник, В.П. Рябов, А.А. Шевчук, В.В. Разношинский, В.Н. Тертышный, И.Н. Прилипко, С.А. Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний Проблемы машиностроения |
| description |
В работе представлены расчетные и экспериментальные характеристики центробежного компрессора (ЦК) природного газа и приводного газотурбинного двигателя на различных режимах их работы, полученные по результатам натурных экспериментов, проведенных в процессе испытаний агрегата типа ГПА-Ц-6,3А на стенде замкнутого контура (ЗК). Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных характеристик ЦК показал, что для проектного режима работы компрессора наблюдается удовлетворительное совпадение характеристик. Полученные данные показали, что при расчетном режиме работы ЦК обеспечивается коммерческая производительность 12,2 млн нм3/сутки, отношение давлений 1,45, политропный КПД равен 85%, а потребляемая мощность на валу компрессора составляет 6,17 МВт, что соответствует требованиям технического задания. По результатам теплотехнических испытаний двигателя в составе агрегата получены его характеристики. При мощности силовой турбины равной 6,3 МВт эффективный КПД двигателя соответствовал 30%, а удельный расход топлива 0,24 кг/кВт∙ч. Получены также данные о влиянии гидравлических потерь в воздухоприемном и выхлопном трактах газотурбинного привода на полезную мощность и эффективность приводного двигателя на номинальном режиме работы. Эти данные, а также параметры работы турбокомпрессорного агрегата в составе стенда ЗК являются исходными для составления системной характеристики исследуемого агрегата и оптимизации режимов его работы при дальнейших исследованиях |
| format |
Article |
| author |
Щербаков, Н.С. Парафейник, В.П. Рябов, А.А. Шевчук, В.В. Разношинский, В.Н. Тертышный, И.Н. Прилипко, С.А. |
| author_facet |
Щербаков, Н.С. Парафейник, В.П. Рябов, А.А. Шевчук, В.В. Разношинский, В.Н. Тертышный, И.Н. Прилипко, С.А. |
| author_sort |
Щербаков, Н.С. |
| title |
Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний |
| title_short |
Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний |
| title_full |
Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний |
| title_fullStr |
Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний |
| title_full_unstemmed |
Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний |
| title_sort |
выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. ч. iii. исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата гпа-ц-6,3а/56-1,45 по результатам его натурных испытаний |
| publisher |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Энергетическое машиностроение |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125729 |
| citation_txt |
Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по результатам натурных испытаний. Ч. III. Исследование эффективности основных систем турбокомпрессорного агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натурных испытаний / Н.С. Щербаков, В.П. Парафейник, А.А. Рябов, В.В. Шевчук, В.Н. Разношинский, И.Н. Тертышный, С.А. Прилипко // Проблемы машиностроения. — 2017. — Т. 20, № 2. — С. 11-18. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Проблемы машиностроения |
| work_keys_str_mv |
AT ŝerbakovns vyborsistemnojharakteristikiturbokompressornogoagregatanaosnoveanalizaegoéffektivnostiporezulʹtatamnaturnyhispytanijčiiiissledovanieéffektivnostiosnovnyhsistemturbokompressornogoagregatagpac63a56145porezulʹtatamegonaturnyhispytanij AT parafejnikvp vyborsistemnojharakteristikiturbokompressornogoagregatanaosnoveanalizaegoéffektivnostiporezulʹtatamnaturnyhispytanijčiiiissledovanieéffektivnostiosnovnyhsistemturbokompressornogoagregatagpac63a56145porezulʹtatamegonaturnyhispytanij AT râbovaa vyborsistemnojharakteristikiturbokompressornogoagregatanaosnoveanalizaegoéffektivnostiporezulʹtatamnaturnyhispytanijčiiiissledovanieéffektivnostiosnovnyhsistemturbokompressornogoagregatagpac63a56145porezulʹtatamegonaturnyhispytanij AT ševčukvv vyborsistemnojharakteristikiturbokompressornogoagregatanaosnoveanalizaegoéffektivnostiporezulʹtatamnaturnyhispytanijčiiiissledovanieéffektivnostiosnovnyhsistemturbokompressornogoagregatagpac63a56145porezulʹtatamegonaturnyhispytanij AT raznošinskijvn vyborsistemnojharakteristikiturbokompressornogoagregatanaosnoveanalizaegoéffektivnostiporezulʹtatamnaturnyhispytanijčiiiissledovanieéffektivnostiosnovnyhsistemturbokompressornogoagregatagpac63a56145porezulʹtatamegonaturnyhispytanij AT tertyšnyjin vyborsistemnojharakteristikiturbokompressornogoagregatanaosnoveanalizaegoéffektivnostiporezulʹtatamnaturnyhispytanijčiiiissledovanieéffektivnostiosnovnyhsistemturbokompressornogoagregatagpac63a56145porezulʹtatamegonaturnyhispytanij AT prilipkosa vyborsistemnojharakteristikiturbokompressornogoagregatanaosnoveanalizaegoéffektivnostiporezulʹtatamnaturnyhispytanijčiiiissledovanieéffektivnostiosnovnyhsistemturbokompressornogoagregatagpac63a56145porezulʹtatamegonaturnyhispytanij AT ŝerbakovns selectionofsystemcharacteristicofturbocompressorpackagebasedonefficiencyanalysisaccordingtofullscaletestresultspiiiefficiencyresearchofbasicsystemsofturbocompressorpackagegpac63a56145onfullscale AT parafejnikvp selectionofsystemcharacteristicofturbocompressorpackagebasedonefficiencyanalysisaccordingtofullscaletestresultspiiiefficiencyresearchofbasicsystemsofturbocompressorpackagegpac63a56145onfullscale AT râbovaa selectionofsystemcharacteristicofturbocompressorpackagebasedonefficiencyanalysisaccordingtofullscaletestresultspiiiefficiencyresearchofbasicsystemsofturbocompressorpackagegpac63a56145onfullscale AT ševčukvv selectionofsystemcharacteristicofturbocompressorpackagebasedonefficiencyanalysisaccordingtofullscaletestresultspiiiefficiencyresearchofbasicsystemsofturbocompressorpackagegpac63a56145onfullscale AT raznošinskijvn selectionofsystemcharacteristicofturbocompressorpackagebasedonefficiencyanalysisaccordingtofullscaletestresultspiiiefficiencyresearchofbasicsystemsofturbocompressorpackagegpac63a56145onfullscale AT tertyšnyjin selectionofsystemcharacteristicofturbocompressorpackagebasedonefficiencyanalysisaccordingtofullscaletestresultspiiiefficiencyresearchofbasicsystemsofturbocompressorpackagegpac63a56145onfullscale AT prilipkosa selectionofsystemcharacteristicofturbocompressorpackagebasedonefficiencyanalysisaccordingtofullscaletestresultspiiiefficiencyresearchofbasicsystemsofturbocompressorpackagegpac63a56145onfullscale |
| first_indexed |
2025-11-24T20:23:02Z |
| last_indexed |
2025-11-24T20:23:02Z |
| _version_ |
1849704613259771904 |
| fulltext |
ЕНЕРГЕТИЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 2 11
14. Теплообмен в элементах конструкций паровых турбин / Ю. М. Мацевитый, С. В. Алехина, В. Н. Голощапов,
О. В. Котульская. – Харьков: Ин-т пробл. машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины, 2012. –
288 с.
15. Зысина-Моложен, Л. М. Теплообмен в турбомашинах / Л. М. Зысина-Моложен, Л. В. Зысин, М. П. Поляк. –
Л.: Машиностроение, 1974. – 336 с.
16. Теплоотдача при конденсации пара в цилиндрической расточке / В. М. Капинос, Л. А. Гура,
В. В. Рухлинский, В. В. Навроцкий // Изв. вузов. Энергетика. – 1985. – № 1. – С. 83–87.
Поступила в редакцию 21.02.17
1
Н. С. Щербаков
1
В. П. Парафейник, д-р техн. наук
2
А. А. Рябов
2
В. В. Шевчук
3
В. Н. Разношинский
1
И. Н. Тертышный
1
С. А. Прилипко
1
ПАО «Сумское НПО», г. Сумы,
e-mail: tkm@frunze.com.ua
2
ГП ЗМКБ «Ивченко-Прогресс»,
г. Запорожье, e-mail:
035011@ivchenko-progress.com
3
ПАО «Мотор – Сич»,
г. Запорожье,
e-mail:ueugpa@motorsich.com
Ключові слова: турбокомпресорний агре-
гат, обчислювальний експеримент, натур-
ний експеримент, відцентровий
компресор, газотурбінний двигун, політ-
ропний ККД компресора, ефективний ККД
двигуна, гідравлічні втрати.
УДК 621.515
ВЫБОР СИСТЕМНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТУРБОКОМПРЕССОРНОГО АГРЕГАТА
НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЕГО
ЭФФЕКТИВНОСТИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ
НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ.
Ч. III. Исследование эффективности основных
систем турбокомпрессорного агрегата
ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам его натур-
ных испытаний
На стенді замкнутого контуру ПАТ «Сумське машинобудівне
НВО» в процесі випробувань газоперекачувального агрегату типу
ГПА-Ц-6,3А одержані характеристики енергетичної ефективно-
сті відцентрового компресора (ВК) природного газу і приводного
газотурбінного двигуна на різних режимах їх роботи, а також
дані про гідравлічні втрати в повітряприймальному та випуск-
ному трактах турбокомпресорного агрегату ГПА-Ц-6,3А/56-
1,45, які впливають на енергетичну ефективність газотурбінно-
го приводу. Одержані дані показали, що при розрахунковому ре-
жимі роботи ВК політропний коефіцієнт корисної дії досягає
85%, а ефективний ККД двигуна, на його номінальному режимі
роботи, складає 30%, що відповідає технічним умовам на ство-
рення агрегату.
Введение
В части 2 статьи [1] представлены программа и методические основы натурных испытаний
агрегата типа ГПА-Ц-6,3А, которые выполнены на стенде замкнутого контура (ЗК) ПАО «Сумское
машиностроительное НПО» (СМНПО). Анализ полученных данных позволил сделать вывод о том,
что на основе результатов испытаний основных и вспомогательных систем агрегата в условиях, близ-
ких к эксплуатационным, возможна верификация расчетной модели, используемой при обосновании
выбора системной характеристики агрегатов типа ГПА-Ц-6,3А [2] на основе различных подходов при
их построении. Методические основы обобщенного термодинамического анализа энерготехнологи-
ческой схемы (ЭТС) на примере дожимного агрегата типа ГПА-Ц-6,3А изложены в работах [1, 3].
Основными исходными данными для проведения термодинамического анализа ЭТС на стадии
предпроектной НИР являются характеристики центробежного компрессора (ЦК) и газотурбинного
двигателя (ГТД). Ниже представлены расчетные газодинамические характеристики проточной части
(ПЧ) компрессора типа НЦВ-6,3 (рис. 1) и расчетная характеристика эффективности двигателя типа
Н. С. Щербаков, В. П. Парафейник, А. А. Рябов, В. В. Шевчук, В. Н. Разношинский,
И. Н. Тертышный, С. А. Прилипко 2017
ЕНЕРГЕТИЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 2 12
Д-336 по ISO-2314 (рис. 2), позволяющие получить на стадии предпроектных исследований систем-
ную характеристики агрегата типа ГПА-Ц в виде зависимостей ( )еП
ТКА η,ηη f=∑ или
( )ГТПЦКТКА η,ηη ехехех f= . При этом Пη – политропный КПД ЦК, еη – эффективный КПД ГТД, ЦКηех – эксер-
гетический КПД ЦК как сложной энерготехнологической системы [4], а ГТПηех – эксергетический КПД
газотурбинного привода (ГТП), создаваемого на основе ГТД и вспомогательных систем, которые
обеспечивают его работоспособность в составе блочно-комплектного компрессорного агрегата типа
ГПА-Ц [2].
В настоящей работе изложены результаты экспериментальных исследований характеристик
ЦК, ГТД (ГТП) и других систем агрегата, что позволит в дальнейшем получить системную характе-
ристику агрегата на основе функционального и функционально-эксергетического подходов к анализу
рабочего процесса турбокомпрессорного агрегата.
1. Результаты натурных испытаний компрессора природного газа НЦВ-6,3/56-1,45 по опреде-
лению его газодинамических характеристик
При создании агрегатов типа ГПА-Ц газодинамические характеристики компрессоров исполь-
зуются для решения следующих задач:
− оценка эффективности ПЧ компрессора и ее соответствия требованиям технического задания (ТЗ)
на вновь создаваемый компрессор или агрегат;
− выявление предельных режимов работы, которые могут быть недопустимыми по различным при-
чинам [5], а также согласование характеристик ЦК и ГТД;
− получение системной характеристики агрегата в процессе анализа эффективности его рабочего
процесса на стадии предпроектных исследований;
− выявление оптимальных режимов работы агрегата;
− обоснование ЭТС блочно-комплектных агрегатов и турбокомпрессорных установок (ТКУ) и их
сравнительный анализ при выборе предпочтительных вариантов схем агрегатов, ТКУ и компрес-
сорных станций (КС) на их основе;
− выдача исходных данных при разработке алгоритмов работы автоматизированной системы управ-
ления и регулирования (САУ и Р), автоматизированной системы технического диагностирования
(АСТД) при согласовании режимов работы КС и магистрального газопровода, а также при состав-
лении технических условий на поставку агрегатов и установок.
Из вышеизложенного следует, что использование газодинамических характеристик ЦК пред-
полагается как при осуществлении предпроектных исследований, так и при конструировании ком-
прессоров, а также при проектировании и эксплуатации КС.
Как указано выше [2], при создании компрессора НЦВ-6,3/56-1,45 в качестве модельной ПЧ
использован компрессор НЦ-16/76-1,44 мощностью 16 МВт. На рис. 1 представлены расчетные ха-
Рис. 1. Расчетные газодинамические
характеристики ПЧ компрессора НЦВ-6,3/56-1,45
Рис. 2. Расчетная характеристика
эффективности двигателя Д-336-1
ЕНЕРГЕТИЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 2 13
рактеристики компрессора типа НЦВ-6,3, а на рис. 3 – безразмерные газодинамические характе-
ристики в виде ( )0ПiП Фψ,ψ,η f= , полученные на стенде ЗК в диапазоне частот вращения
n = 7800÷8400 об/мин (
2uM =0,50÷0,557 и
2
Reu =7÷11·10
6
).
Как показывает анализ расчетной и экспериментальной характеристик ПЧ, для расчетного
режима работы ЦК наблюдается удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных
данных. Расхождение характеристик на других режимах (рис. 3) может быть связано как с особенно-
стями рабочего процесса ступени ЦК с лопаточным диффузором, так и с влиянием критерия Рей-
нольдса на измерение характеристик ЦК. Пересчет безразмерных характеристик в размерные
показал, что при расчетном режиме (n=8200 об/мин) работы ЦК обеспечивается коммерческая произ-
водительность 12,2 млн нм
3
/сутки, Кπ =1,45, Пη =0,85, потребляемая мощность на валу компрессора
6,17 МВт, что соответствует требованиям ТЗ.
При этом коэффициент зоны экономичной работы для данной ПЧ (доля зоны по производи-
тельности, при которой max
ПП η9,0η ⋅= ) составляет 0,683, а коэффициент запаса по помпажу, характе-
ризующий удаленность номинального режима работы компрессора от границы помпажа, составляет
0,25, что обеспечивает устойчивую и надежную эксплуатацию ЦК с такой ПЧ.
Анализ данных, представленных на рис. 1 и 3, позволяют сделать определенные выводы. В
частности, газодинамические характеристики ПЧ компрессора, полученные ее моделированием из
ПЧ компрессора НЦ-16/76-1,44 мощностью 16 МВт (Км = 0,659) для расчетного режима при
Ф0 = 0,061 с удовлетворительной точностью совпадают с экспериментальными данными, получен-
ными на аэродинамическом стенде СМНПО. Как видно, при величине критериев моделирования
2uM и
2
Reu равных, соответственно, 0,55 и 8·10
6
и характерных для режимов работы, близких к экс-
плуатационным, величина %85ηП ≈ достигается при значениях условного коэффициента расхода
Ф0=0,061. Такие газодинамические характеристики обеспечивают достижение параметров ЦК по зна-
чениям КP и Кπ при работе на природном газе, предусмотренных в ТЗ.
На рис. 4 представлены размерные характеристики в виде зависимостей приведенной относи-
тельной внутренней мощности ( [ ]
прHρiN , кВт/(кг/м
3
)), политропного КПД ( Пη , %) и отношения дав-
лений ( Кπ ) от приведенной объемной производительности (Qпр, м
3
/с), полученные на стенде ЗК. При
этом приведение экспериментальных характеристик к величинам [ ] К288
прH =T ; 925,0пр =Z ;
Рис. 3. Безразмерные газодинамические характеристики компрессора НЦВ-6,3/56-1,45:
а) ( )0П Фη f= ; б) ( )0П Фψ,ψ fi = , расчетные характеристики, экспериментальные
характеристики, полученные при натурных испытаниях агрегата: – 7800 об/мин;
– 8000 об/мин; – 8200 об/мин; – 8400 об/мин; –8200 об/мин (контрольные замеры)
ЕНЕРГЕТИЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 2 14
Rпр = 506,84Дж/кг·К проводилось для Рк = 5,49 МПа; nН = 8200 об/мин с использованием за-
висимостей [1]: Q
n
n
Q H
пр = ;
[ ]
RTZ
RTZ
n
n
n
n H
⋅⋅
⋅⋅
=
H
прпрпр
HпрH
;
H
3
H
прH ρ
⋅
=
ρ
ii N
n
nN .
Сопоставление данных, представленных на рис. 3 и 4, позволяет отметить следующее:
1) При производительности, близкой к проектному значению 12,2 млн м
3
/сутки, т. е.
Qпр = 3,4 м
3
/с, и близком к проектному значению, достигается Кπ =1,45 при [ ] 0,1=
прHnn (рис. 4, б).
При этом значение политропного КПД %85ηП = , что соответствует приведенной относительной
внутренней мощности 219 кВт/(кг/м
3
) или 6,17 МВт.
2) При указанных параметрах по величине Qпр не обеспечивается совпадение значений
( )
maxПη и оптимальное значение [ ]
прHρiN , т. е. приведенной относительной внутренней мощности.
Это обусловлено некоторыми недостатками методики проектирования ПЧ компрессора, основанного
на методе моделирования.
Ранее проведенные исследования особенностей газодинамических характеристик ступеней
ЦК, созданных с использованием рабочих колес с радиальной лопаточной решеткой с углом выхода
2Л
β ≈ 32º и лопаточным диффузором (это характерно для анализируемой ПЧ), показали, что опти-
мальные режимы для характеристик ЦК и ГПА (с учетом работы приводного ГТД) близки или незна-
чительно расходятся [6]. В связи с этим результаты испытаний, представленные на рис. 4, требуют
углубленного анализа совместных режимов работы ЦК и ГТД с привлечением системной характери-
стики ГПА.
2. Результаты стендовых и натурных испытаний двигателя Д-336-1 для ГПА
Как известно, при конвертировании авиационных ГТД в наземный промышленный привод
сохраняется до 70% деталей и узлов авиационных прототипов при их производстве [7]. В то же время
к моменту начала работ по созданию двигателя типа Д-336 у организации-разработчика этого ГТД
отсутствовали объективные данные о применении двигателей авиационного типа собственной разра-
ботки в качестве привода ЦК в составе ГПА. При этом следует отметить, что к специфическим тре-
бованиям, предъявляемым к промышленным ГТД, создаваемым на основе авиационных прототипов,
относятся следующие:
− общий ресурс не менее 100 тыс. ч;
− высокая надежность работы и наработка на отказ не менее 3000÷5000 ч при использовании тур-
бинных масел Тп-22 и Тп-22С согласно техническим условиям на поставку агрегата;
− соответствие экологическим нормам по химическому и акустическому загрязнению окружающей
среды;
Рис. 4. Размерные газодинамические характеристики турбокомпрессорного агрегата
ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 по результатам натурных испытаний:
а) – приведенная относительная внутренняя мощность и политропный КПД; б) – отношение давлений
ЕНЕРГЕТИЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 2 15
− сохранение высокой экономичности авиационного ГТД в составе ГПА с учетом работы всасы-
вающего, выхлопного трактов и других вспомогательных систем агрегата при условии соблюде-
ния железнодорожных габаритов блоков-контейнеров.
С учетом вышеизложенного реализовывались программы испытаний и доводки на гидротор-
мозном стенде (ГТС) ГП «Ивченко-Прогресс», стенде натурных испытаний турбокомпрессорных аг-
регатов СМНПО [1], а также газовом стенде (ГС) ПАО «Мотор-Сич», что позволило получить
основные характеристики ГТД в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным.
Стендовые испытания на ГТС проводились в следующей последовательности:
− устанавливался заданный режим работы ГТД при nСТ = 8300 об/мин, а после прогрева двигателя на
этом режиме (3–4 мин) измерялись его параметры; (nВД)пр – приведенные обороты осевого ком-
прессора высокого давления;
− устанавливались частоты вращения nСТ в диапазоне значений 6000–9200 об/мин путем изменения
нагрузки гидротормоза при неизменном положении средств управления двигателем; параметры
двигателя при этом измерялись через 30–60 с после установки необходимых частот вращения (nСТ)
силовой турбины (СТ).
Испытания двигателя Д-336-1 на ГТС и
стенде ЗК в составе агрегата позволили получить
зависимость ( )СТeη Nf= , характеризующую
экономичность работы ГТД (рис. 5). Как видно
из рисунка, на номинальном режиме работы по
мощности СТ величина ηе составит около 30%.
При испытаниях двигателя Д-136 на ГТС
в ГП «Ивченко-Прогресс» была получена также
внешняя характеристика, представляющая собой
зависимость изменения мощности на валу СТ,
удельного расхода топливного газа (т.г.) (Cе) и
других параметров от изменения nСТ (рис. 6).
Испытания показали, что при условии работы
газогенератора с постоянным числом оборотов (nВД = const) его параметры практически не изменяют-
ся. Изменение величины NСТ и Се получены при условии, что низшая теплота сгорания равна
11950 ккал/кг. Приведенные графики получены путем пересчета экспериментальных данных испыта-
ний двигателя Д-136 на ГТС для условий работы двигателя типа Д-336 (конструкции газогенераторов
двигателей Д-136 и Д-336-1 идентичны)
1
.
Анализ диапазона частот вращения СТ (кривые 1–5, рис. 6, а) показывает, что мощностная
характеристика СТ соответствует мощности ЦК в составе агрегата. Диапазон рабочей частоты вра-
щения компрессора газогенератора двигателя обеспечивает регулировочные характеристики СТ
(кривые 1–5, рис. 6, а). Показатели экономичности ГТД по удельному расходу т.г. (рис. 6, б) соответ-
ствует современным приводным ГТД. Это позволяет сделать вывод о том, что на его основе целесо-
образно создание конструкции двигателя на газообразном топливе мощностью 6,3 МВт с
nСТ = 8200 об/мин, т. е. создать эффективный ГТД для ТКА типа ГПА-Ц-6,3А.
В процессе трехсотчасовых контрольных испытаний двигателя Д-336-1 в составе стендового
образца агрегата ГПА-Ц-6,3В/56-1,45 на стенде ЗК СМНПО были осуществлены: отладка запуска
ГТД, а также запуск и отладка по режимам; снятие характеристик двигателя и проверка их соответст-
вия характеристикам ЦК.
Одним из важных экспериментов, выполненных при испытаниях опытного образца серийного
агрегата типа ГПА-Ц-6,3А, было определение теплотехнических характеристик двигателя при его ра-
боте в составе ТКА. В процессе этих испытаний были получены реальные параметры ГТД (приве-
денные обороты роторов высокого (ВД) и низкого давлений (НД), температура перед СТ, расход т.г.,
1
Как отмечалось в [2], базовыми для ГТД типа Д-336 являются двигатель Д-36 (маршевый двигатель самолета
ЯК-42) в конструкции газогенератора двигателя Д-336-1 и двигатель Д-136 (двигатель вертолета Ми-26) с газо-
генератором двигателя Д-36 и СТ.
Рис. 5. Характеристики эффективности ГТД:
1 – при испытаниях на ГТС; 2 – на стенде ЗК
ЕНЕРГЕТИЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 2 16
мощность СТ в зависимости от Кπ компрессора двигателя), а также основные зависимости
( )CTee , NfC =η , характеризующие экономичность двигателя (рис. 7).
Как видно из рис. 7, при работе ГТД в составе агрегата при NСТ = 6,3 МВт величина %30ηe = ,
а Се = 0,24 кг/кВт·ч, что существенно выше по сравнению с показателями ГТД НК-12СТ конструкции
СКБМ (г. Самара, Россия) в составе агрегатов типа ГПА-Ц-6,3 предыдущих модификаций, у которого
соответствующие показатели достигали %26ηe = , Се = 0,28 кг/кВт·ч [8]. Следует также отметить, что
показатели экономичности двигателя Д-336-
1 существенно превышают показатели ана-
логичных конструкций устаревших ГТД
промышленного типа (агрегаты ГТ-750-6,
ГТ-6-750, ГТН-6 и другие), эксплуатируе-
мые на КС украинской ГТС, величина eη
которых составляет 24–27% [9].
Таким образом, результаты НИР и
ОКР, полученные в процессе создания дви-
гателя типа Д-336, позволили существенно
повысить технический уровень агрегатов
типа ГПА-Ц-6,3 для газовой промышленно-
сти прежде всего за счет повышения eη
ГТД, создать серию агрегатов типа ТКА-Ц-
6,3А различного назначения для нефтяной
промышленности, а также обеспечили на-
учный и конструкторский задел для созда-
ния других модификаций двигателей типа
Д-336 и АИ-336 различной мощности и на-
значения. Достигнута также возможность создания модификаций двигателя с новой конструкцией СТ
(nСТ = 5000; 6500 об/мин) для реконструкции различных модификаций газоперекачивающих агрега-
тов ГТС Украины.
3. Некоторые результаты испытаний вспомогательных систем агрегата
Как было указано в [2], оценка эффективности вспомогательных систем компрессорного агре-
гата должна осуществляться с учетом их влияния на рабочий процесс ТКА. В связи с этим на данном
этапе исследований оценка влияния таких систем, как маслосистема агрегата, система вентиляции от-
Рис. 6. Внешняя характеристика двигателя Д-336, приведенная к условиям работы ГТД
на природном газе:
1 – nВД = 6000 об/мин; 2 – nВД = 7000 об/мин; 3 – nВД = 7800 об/мин; 4 – nВД = 8300 об/мин;
5 – nВД = 9200 об/мин (соответствие параметров при различных режимах работы)
Рис. 7. Эффективность работы двигателя Д-336-1
по результатам его теплотехнических испытаний в
составе опытного образца агрегата типа ГПА-Ц-6,3А:
– расчет; □ – натурный эксперимент
ЕНЕРГЕТИЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 2 17
сека двигателя в составе турбоблока, а также САУ и Р на энергоэффективность агрегата заключается
в определении суммарных затрат электроэнергии на их функционирование при работе агрегата на ма-
гистраль, что должно быть учтено при составлении эксергетического баланса. Суммарная электриче-
ская мощность указанных потребителей, в т. ч. мощность, потребляемая маслонасосами системы
смазки и уплотнений в составе агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45 при его работе на магистраль, составля-
ет 70 кВт. В то же время для оценки эффективности систем воздухоприемного (ВПТ) и выхлопного
трактов (ВТ) такого критерия недостаточно, т. к. от указанных систем существенно зависит уровень
эффективного КПД двигателя при его работе в составе агрегата. Влияние указанных систем на сни-
жение полезной мощности ГТД в зависимости от режима работы двигателя представлено на рис. 8.
Суммарный уровень потерь эффективного КПД двигателя Д-336-1 при работе в составе агре-
гата из-за влияния ВПТ и ВТ на рабочий процесс ГТП на номинальном режиме %27,0ηe =∆ . В то же
время следует учитывать, что основным назначением ВПТ является не только подвод циклового воз-
духа в газовоздушный тракт ГТД с мини-
мальными гидравлическими потерями, но и
его высококачественная очистка от пыли и
крупнодисперсной влаги, снега, а также
защита от инородных твердых частиц, вы-
зывающих разрушение лопаточного аппа-
рата ГТД. Основным назначением ВТ при
работе ТКА является отвод выхлопных га-
зов с минимальными гидравлическими по-
терями, а также их рассеивание до
безвредной концентрации в зоне КС. В
случае реализации более сложных и более
эффективных рабочих циклов (регенера-
тивный, со впрыском пара и т. д.) функции
ВТ существенно усложняются, но этот во-
прос требует отдельного рассмотрения.
Заключение
В работе представлены расчетные и экспериментальные газодинамические характеристики
ЦК, полученные в процессе создания компрессора НЦВ-6,3/56-1,45; расчетные и экспериментальные
характеристики двигателя типа Д-336 ( )СТeη Nf= , а также данные об эффективности вспомогатель-
ных систем ТКА, полученные в процессе натурных испытаний агрегата ГПА-Ц-6,3А/56-1,45. В част-
ности, подтверждены расчетные значения эффективности ЦК ( %85ηП = ) и эффективного КПД
двигателя в составе агрегата ( %30ηe = ). Подтверждена также эффективность и надежность работы
вспомогательных систем агрегата: воздухоприемного и выхлопного трактов, маслосистемы; САУ и Р.
Результаты испытаний позволяют учесть влияние указанных систем на эффективность работы
ТКА, что необходимо при составлении эксергетического баланса и построении системной характери-
стики агрегата.
Полученные результаты являются основой работы по созданию методики системного термо-
динамического анализа эффективности блочно-комплектных агрегатов типа ГПА-Ц с целью согласо-
вания характеристик ЦК и ГТД, а также оптимизации режимов работы ТКА, создаваемых на их
основе.
Литература
1. Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по
результатам натурных испытаний. Ч. II. Методологические подходы к созданию блочно-комплектных тур-
бокомпрессорных агрегатов для компрессорных станций газовой промышленности / В. П. Парафейник,
Н. С. Щербаков, А. А. Рябов, В. В. Шевчук, В. Н. Разношинский, И. Н. Тертышный, С. А. Прилипко //
Пробл. машиностроения. – 2017. – Т. 20, №1. – С.3–11.
2. Выбор системной характеристики турбокомпрессорного агрегата на основе анализа его эффективности по
результатам натурных испытаний. Ч. I. Состояние вопроса и объекты исследования / В. П. Парафейник,
Рис. 8. Снижение мощности ГТД Д-336-1 при потерях
100 мм вод. ст.:
1 – в воздухоприемном тракте; 2 – в выхлопном тракте
ЕНЕРГЕТИЧНЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
ISSN 0131–2928. Пробл. машинобудування, 2017, Т. 20, № 2 18
Н. С. Щербаков, А. А. Рябов, В. В. Шевчук, В. Н. Разношинский, И. Н. Тертышный, С. А. Прилипко //
Пробл. машиностроения. – 2016. – Т.19, №4. – С.12–18.
3. Вопросы термодинамического анализа эффективности рабочего процесса дожимных газоперекачивающих
агрегатов с газотурбинным приводом. Ч. I. / И. Н. Тертышный, С. А. Прилипко, Е. А. Мирошниченко,
В. П. Парафейник // Пробл. машиностроения. – 2015. – Т.18, №4/1. – С.9–17.
4. Термодинамический анализ эффективности центробежного компрессора как сложной энерготехнологиче-
ской системы в составе агрегата типа ГПА-Ц-32П / И. Н. Тертышный, В. П. Парафейник, А. Н. Нефедов,
С. А. Рогальский, Н. А. Котенко, Д. Н. Тимошадченко, С. А. Михайленко // 16 МНТК по компрессорострое-
нию. – РЭП Холдинг, 2014. – Т. 1 – С.328–339.
5. Монтаж, испытания и эксплуатация газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении /
А. И. Апанасенко, Н. Г. Крившич, Н. Д. Федоренко. – Л.: Недра, 1991. – 361 с.
6. К вопросу оптимизации геометрии проточной части центробежных компрессоров природного газа /
В. П. Парафейник, А. Н. Нефедов, В. Е. Евдокимов, И. Н. Тертышный // Компрес. техника и пневматика. –
2012. – №2. – С.10–17.
7. Конвертирование авиационных двигателей в стационарные газотурбинные установки / В. А. Коваль,
В. В. Романов, Ю. М. Ануров и др. – Харьков: Монограф, 2010. – 244с.
8. Парафейник, В. П. Термодинамический анализ эффективности газоперекачивающих агрегатов /
В. П. Парафейник, В. Н. Довженко, В. А. Евтушенко // Компрес. техника и пневматика. – 1997. – Вып.3–4. –
С.15–18.
9. Щуровский, В. А. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты / В. А. Щуровский, Ю. А. Зайцев. – М.: Не-
дра, 1994. – 192 с.
Поступила в редакцию 02.03.17
А. А. Тарелин, чл.-кор. НАН Украины
А. В. Нечаев
А. Е. Хиневич
Институт проблем машиностроения
им. А. Н. Подгорного НАН Украины,
г. Харьков,
e-mail: tarelin@ipmach.kharkov.ua
Ключові слова: парові турбіни, електризація
вологої пари, електричні розряди, електрома-
гнітні випромінювання.
УДК 621.165:537
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗЛУЧЕНИЯ
В ВЫХЛОПНОЙ ЧАСТИ ПАРОВОЙ
ТУРБИНЫ
Подана інформація про електромагнітні випромінювання в
зоні вихлопу турбіни, пов'язані з електризацією вологої пари.
Наведені дані вимірів електромагнітного випромінювання за
останнім ступенем турбіни. Описані ефекти впливу елект-
ромагнітних явищ на експериментальне електротехнічне
устаткування, розміщене в конденсаторі турбіни. Обгово-
рюються можливі механізми впливу електромагнітних ви-
промінювань на ефективність і надійність турбоустановки.
Введение
Во влажнопаровой турбоустановке, начиная от зоны Вильсона и далее, до последних ступеней
турбины, происходит электризация капельной влаги в потоке рабочего тела. Причины и механизмы
электризации рассмотрены достаточно подробно в работе [1]. Одним из следствий электризации мо-
жет являться возникновение электромагнитных излучений (ЭМИ) влажного пара в зоне последних
ступеней и в выхлопном патрубке. Наиболее вероятные источники возникновения ЭМИ – импульс-
ные токи, возникающие при: заряде-разряде капель воды, дроблении и слиянии заряженных капель,
ударе заряженных капель по заземленным элементам проточной части, близком (порядка размера ка-
пли) пролете заряженной капли вблизи металлической поверхности, коронировании капель, электри-
ческих разрядах внутри влажнопарового потока и между паровым потоком и заземленными
поверхностями.
В процессе специально проведенных экспериментальных исследований на турбине
Т-37/50-8,8 было зафиксировано наличие ЭМИ в выхлопном патрубке влажно-паровой турбины [1].
А. А. Тарелин, А. В. Нечаев, А. Е. Хиневич, 2017
|