
Автoры: Инoземцев Алекcандр Алекcандрoвич, Пoлатиди Сoфoкл Харлампoвич, Халиуллин Виталий Фердинандoвич, Вoрoнкoв Виктор Евгеньевич, Саженков Алекcей Николаевич
Изобретение отноcитcя к облаcти экcплуатации газотурбинных уcтановок, в чаcтноcти оценке техничеcкого cоcтояния газотурбинного двигателя и оcущеcтвлению контроля степени загрязнения газовоздушного тракта двигателя. Технический результат - повышение достоверности определения необходимости промывки двигателя за счет повышения точности и частоты контроля степени загрязнения в процессе эксплуатации установки. Указанный технический результат достигается тем, что предварительно на этапе проектирования ГТУ формируют эксплуатационную математическую модель работы ГТУ, в процессе заводских сдаточных испытаний перед началом эксплуатации дополнительно измеряют температуру газов за турбиной газогенератора t*т, абсолютное давление воздуха за компрессором Р*к, атмосферное давление Рн, и определяют исходные значения tт исх, Рк исх на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях, далее в процессе эксплуатации, ежедневно, на эксплуатационном режиме работы газотурбинной установки осуществляют измерение текущих значений параметров nгг






















Основной эксплуатационной причиной снижения мощности газотурбинной установки является загрязнение газовоздушного тракта. Эффективность эксплуатации газотурбинных установок в подобных случаях зависит от своевременной диагностики ухудшения параметров и выполнения очистки газовоздушного тракта для восстановления мощности.
Известен способ эксплуатации энергетической газотурбинной установки (ГТУ), предусматривающий очистку газовоздушного тракта на основе данных о снижении вырабатываемой электрической мощности (

Измерение параметра N производят для одинаковых условий на входе в ГТУ при номинальном уровне нагрузки, скорректированной температуре газов на выходе ГТУ и полностью открытом положении входного направляющего аппарата компрессора. После проведения очистки проточной части ГТУ производят повторное измерение электрической мощности для подтверждения восстановления характеристик.
Недостатком известного способа является невозможность использования диагностического признака - снижения электрической мощности

Известен также способ оценки технического состояния газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом на основе многофакторного диагностирования параметров их проточной части с использованием комплекса нелинейных математических моделей ГТУ и центробежного нагнетателя, которые согласовывают между собой через параметры механической мощности и частоты вращения силового вала [Патент РФ

Недостатками данного аналога и подобного способа, реализованного в системе диагностирования газоперекачивающих агрегатов [Патент РФ

Наиболее близким к заявляемому способу является способ эксплуатации турбореактивного двигателя по его техническому состоянию, предусматривающий периодический вывод двигателя на частоту вращения ротора низкого давления nРНД, близкую к полученной в начале эксплуатации для максимального режима, далее создают на турбине перепад давления, близкий к перепаду давления в начале эксплуатации на этой частоте вращения nрнд, измеряют частоту вращения ротора высокого давления nрвд (газогенератора), сравнивают ее величину со значением, полученным в начале эксплуатации, и при увеличении nрвд более чем на 1,5% осуществляют промывку газового тракта двигателя до уменьшения этого отклонения на 1,5


Основным недостатком прототипа является необходимость в специальном выводе двигателя на максимальный режим, что приводит к дополнительным эксплуатационным расходам, связанным с ускоренной выработкой ресурса горячей части двигателя и тратам топлива на периодические проверки. Кроме того, параметр частоты вращения ротора газогенератора (nгг) как диагностический признак не в полной мере учитывает изменение расходной характеристики компрессора из-за загрязнения газовоздушного тракта. Поэтому известный способ не обеспечивает высокую достоверность определения необходимости промывки газовоздушного тракта.
Техническая задача - исключение эксплуатационных затрат, связанных с необходимостью проведения специальных действий по оценке состояния газовоздушного тракта, и повышение достоверности определения необходимости его промывки за счет повышения точности и частоты контроля степени загрязнения в процессе эксплуатации установки.
Указанная задача решена за счет того, что в способе эксплуатации газотурбинной установки по техническому состоянию газотурбинного двигателя (ГТД) путем периодического определения отклонений параметров ГТД, в частности величины частоты вращения ротора газогенератора nгг, измеренной в процессе эксплуатации установки, от исходных значений параметров, в частности nгг исх, определенной в процессе заводских сдаточных испытаний перед началом эксплуатации на контролируемом режиме работы, и выполнения очистки газовоздушного тракта газотурбинной установки при изменении отклонений параметров сверх заранее установленных величин, согласно изобретению предварительно на этапе проектирования ГТУ формируют эксплуатационную математическую модель работы ГТУ, включающую первую функциональную зависимость в виде
Рк реж=f(Р*к, Рн, К1, Крк,

где Рк реж - величина Р*к, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров и контрольному режиму с учетом программ управления ГТД установки, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД;
Р*к - абсолютное давление воздуха за компрессором;
Рн - атмосферное давление;
K1 - коэффициент приведения Р*к;
Крк - коэффициент приведения Р*к к контролируемому режиму;


где nгг реж - величина nгг, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров, с учетом программ управления ГТД, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД,
nгг реж =f(nгг, К2),
где К2 - коэффициент приведения nгг;
nгг исх - исходное значение nгг на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях;
и вторую функциональную зависимость в виде
tт реж=f(t*т, К3, Ктт,

где tт реж - величина t*т, приведенная к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров и контрольному режиму с учетом программ управления ГТД, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД;
t*т - температура газов за турбиной газогенератора;
К3 - коэффициент приведения t*т;
Ктт - коэффициент приведения t*т к контролируемому режиму.
В процессе заводских сдаточных испытаний перед началом эксплуатации дополнительно на контрольном режиме измеряют температуру газов за турбиной газогенератора t*т, абсолютное давление воздуха за компрессором Р*к, атмосферное давление Рн, и определяют исходные значения tт исх, Рк исх на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях.
Коэффициенты К1, K2, К3 представляют собой коэффициенты приведения параметров Р*к, nгг, t*т соответственно к принятым атмосферным условиям при определении исходных значений параметров с учетом программ управления ГТД, предназначенных для обеспечения заданных эксплуатационных характеристик ГТД.
Величины параметров nгг исх, tт исх и Рк исх заносят в формуляр указанного ГТД.
Далее в процессе эксплуатации ежедневно на эксплуатационном режиме работы газотурбинной установки осуществляют измерение текущих значений параметров nгг






















В отличие от прототипа мониторинг параметров ГТУ осуществляют в процессе штатной эксплуатации, т.е. без специальных остановов и/или выходов на заранее заданный контрольно-проверочный режим, т.е. без осуществления специальных действий, что приводит к существенному снижению затрат.
Применение в качестве диагностических признаков загрязнения газовоздушного тракта параметров Р*к и t*т как наиболее точно отражающих ухудшение характеристик компрессора позволяет повысить точность контроля степени загрязнения в процессе эксплуатации по заявляемому способу.
Ежедневная периодичность контроля в максимальной степени способствует достоверности в определении необходимости очистки газовоздушного тракта и исключает запоздалую или преждевременную очистку.
Способ осуществляют следующим образом.
1. Предварительно на этапе проектирования ГТУ формируют эксплуатационную математическую модель работы ГТУ, включающую первую функциональную зависимость в виде:
Рк реж=f(Р*к, Рн, К1, Крк,

и вторую функциональную зависимость в виде:
tт реж=f(t*т, К3, Ктт,

2. В процессе заводских сдаточных испытаний ГТУ, т.е. перед началом эксплуатации, на контрольных режимах работы ГТУ наряду с другими параметрами, в частности nгг, измеряют температуру газов за турбиной газогенератора t*т, абсолютное давление воздуха за компрессором Р*к, температуру воздуха на входе в ГТД t*вх и атмосферное давление Рн, затем определяют исходные значения nгг исх, tт исх, Рк исх на контролируемом режиме при принятых атмосферных условиях. Величины параметров nгг исх, tт исх, Рк исх заносят в формуляр указанного ГТД.
3. Далее в процессе эксплуатации ежедневно с помощью штатной системы автоматического управления на эксплуатационном режиме работы указанного двигателя осуществляют измерение текущих значений параметров nгг








4. Ежедневно осуществляют сравнение величин Рк реж








5. В случае, если










6. При отсутствии дефектов по результатам осмотра выполняют очистку газовоздушного тракта ГТУ любым известным способом.
После очистки производят повторное определение величин








Заявляемое техническое решение реализовано и опробовано эксплуатационными испытаниями в составе газотурбинной установки мощностью 16 МВт типа ГТУ-16П разработки ОАО «Авиадвигатель» (Россия), используемой в качестве привода нагнетателя природного газа магистральных газопроводов. Результаты испытаний и последующая эксплуатация в составе газоперекачивающих агрегатов в системе ОАО «Газпром» полностью подтвердили эффективность изобретения и своевременную диагностику ухудшения параметров ГТУ из-за загрязнения газовоздушного тракта.