ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
УДК 004.942
НЕОБХОДИМОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОДАЧИ ГАЗА ОТ ГАЗОДОЖИМНОГО КОМПРЕССОРА К ГАЗОВОЙ ТУРБИНЕ
Байтасов Данияр Бахытбекул
магистрант Еврайзийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Кульниязова Корлан Сагиндыковна
старший преподаватель Еврайзийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Жакенов Мурат Абдугалиевич
к.т.н., преподаватель Гуманитарно-техническая академия Научный руководитель: Рзаева Лейла Гумметовна
Доктор PhD, и.о. доцента Еврайзийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева
Аннотация: актуальность темы статьи напрямую связана с повсеместным применением газовых установок в промышленности. Статистика указывает на то, что свыше 50 процентов запланированных и строящихся в данный момент промышленных объектов применяют для своей деятельности ГТУ и ГДК.
Общепризнанным фактом является то, что развитие газового оборудования оказывает огромное влияние на дальнейшее развитие человечества. В связи с этим признанные эксперты в области автоматизации, а также другие умы нашей необъятной планеты повсеместно прикладывают свои усилия для решения проблем автоматизации газовых процессов.
Ключевые слова: Газ, газотурбинная установка (ГТУ), газодожимный компрессор (ГДК), автоматизированная система управления, энергосистема, исследование, разработка.
29
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
THE NECESSITY OF RESEARCH THE PROCESS OF GAS SUPPLY FROM A GAS COMPRESSOR TO A GAS TURBINE
Baitassov Daniyar Bakhytbekuly
Kulniyazova Korlan Sagindykovna
Zhakenov Murat Abdugalievich
Scientific adviser: Rzayeva Leyla Gummetovna
Abstract: the relevance of the topic of the article is directly related to the widespread use of gas installations in industry. Statistics indicate that over 50 percent of the planned and currently under construction industrial facilities are used for their activities GTU and GDK.
It is a generally recognized fact that the development of gas equipment has a huge impact on the further development of mankind. In this regard, recognized experts in the field of automation, as well as other minds of our vast planet, everywhere apply their efforts to solve the problems of automation of gas processes.
Key words: Gas, gas turbine unit (GTU), gas booster compressor (GDK), automated control system, power system, research, development
Введение. Основные поставленные задачи исследования процессов автоматизации ГТУ и ГДК – это выявление принципиально новых технологических путей, возможностей и способов автоматизации газовых процессов, а также улучшение их качества. Ко всему прочему важными задачами являются – обеспечение устойчивости систем и контроля частоты.
Особенно важным для решения поставленных задач является знание принципов работы, особенностей и свойств газовых турбин и газодожимного компрессора. Рост воздействия, которое данные установки оказывают на рынок автоматизации технологических процессов, отражается на всей газовой отрасли. Повсеместное использование ГТУ создает необходимость в наиболее подробном и точном описании технологических принципов и характеристик данных конструкций при моделировании газовых процессов автоматизации.
Имеющиеся данные проложили путь в формировании некоторой базы знаний, предназначенную для создания моделей газовых турбин и для их использования на практике. Данная база наиболее точно описывает все процессы моделирования ГТУ и ГДК. Описанная автоматизация газовых процессов позволяет применять полученные данные для произведения
30
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
математических расчетов процессов динамики, содержащих газовые турбины. Вместе с тем она дает возможность в применении полученных способов и подходов для создания готовых моделей ГТУ и ГДК для автоматизированной
системы управления газовыми процессами. |
|
Основная часть. Крупные организации и |
эксперты в сфере |
автоматизации и газовой отрасли проявляют интерес в разработке математических моделей газовых турбин, а также газодожимных компрессоров. Так например некоторыми группами ученных были опубликованы статьи посвященные задачам моделирования ГТУ. Кроме того можно найти большое количество документов от организации СlGRЕ, которые имеют прямое отношение к путям создания моделей газовых турбинных установок. Множество отчетов и статей говорят о том, что изучение и исследование ГДК и ГТУ имеет место быть в современных реалиях рынка автоматизации газовых процессов. Однако, при моделировании газовых турбин, не стоит забывать о прниципиальных особенностях работы с газовыми установками, а также рекоммендуется обязательно сотрудничать с компаниями и организациями, которые производят и выпускают газовое оборудование для обеспечения работы газовых турбин.
Рис. 1. Газотурбинная установка
Газовые турбины и системы управления ими обычно показываются в упрощенном варианте. Принято полагать, что газовые турбины, несмотря на
31
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
их мощность и потребляемую энергию не воздействуют на процессы автоматизации в должной мере. Однако углубленное изучение свойств и принципов их работы позволяют нам сказать об обратном. Правильное моделирование процессов автоматизации газовой промышленности открывает бесчисленное множество возможностей в использовании ГТУ и ГДК в промышленности. Исследование характеристик, наблюдение за частотой вращения для повышения производительности, моделирование систем автоматического регулирования – все это является неотъемлемой частью процесса моделирования ГТУ.
Цель исследования состоит в правильном подборе математических моделей ГТУ и ГДК, изучении автоматизации газовых процессов, а также их характеристик, корректной конфигурации систем автоматического регулирования.
Конфигурация систем регулирования является неотъемлемой частью как моделирования ГТУ и ГДК, так и автоматики в целом. Вместе с тем, как уже говорилось ранее необходимо учитывать и особенности каждой газотурбинной установки. Так как, несмотря на общую схожесть, они имеют различия в структуре и принципах работы.
Рис. 2. Схема газотурбинной установки
32
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Построение математических моделей ГТУ и ГДК сравнительно новый процесс, соответственно и накопленных знаний гораздо меньше по сравнению с другими процессами в автоматизации систем. Именно поэтому все протекающие исследования целиком и полностью направлены на углубленное изучение различных видов и типов газовых турбин и детализацию данных установок при создании математических моделей. Такого типа исследования позволят в будущем наиболее точно и подробно описывать модели газовых установок и корректно конфигурировать системы управления ими. Построение математической модели любой ГТУ требует первоначально ее подробное исследование и изучение.
Однако, современное моделирование газовых установок, в большинстве своем, не берут в учет разделение на модели ГТУ и свойства их регуляторов. Такой подход нельзя назвать правильным, так как учет видов и типов газовых турбин в некоторой мере оказывает влияние на настройку системы управления и ход моделирования данного процесса.
В производстве используются мощные газотурибнные установки, изначально предназначенные для использования в силовых установках и авиационных турбинах, построенных на базе переделанных авиационных двигателей. Авиационный газотурбинный двигатель (ГТД) – это многовальная машина с редуктором свободной турбиной. Технические и динамические характеристики ГТУ отличаются от ГТУ на базе авиадвигателей. Они отличаются большей чувствительностью к изменению параметров наружного воздуха по сравнению с энергетической ГТУ.
Энергетическая газовая турбина имеет скорость вращения от 3000 до 6000 оборотов в минуту. В преобразователях авиадвигателей, силовых турбин и генераторов с валом на отдельном валу осевого компрессора и турбины высокого давления (ГВД) суммарный момент инерции под авиационным ГТ намного меньше, чем у одновального ГТ по единице измерения. Поскольку генератор и силовая турбина работают на отдельных валах, на всех ступенях компрессора, ограниченные сильные отклонения частоты не так важны. Удельная мощность конденсационных электростанций (КЭС) и тепловых электростанций с аналогичными показателями паровых турбин (ПТ) значительно превосходит мощные одновальные турбины постоянной инерции. Следовательно, характерные свойства монтажной базы на одновальном ГТ большой мощности и системы управления требуют отдельного рассмотрения по сравнению с различными характеристиками одного многовального ГТ.
33
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Прикладные модели газовых установок можно условно разделить на группы в зависимости от исследовательской задачи, решаемой моделью каждой группы. К первой группе могут быть отнесены модели, которые в основном используются для исследования условий устойчивости электрической части системы при исследовании процесса после различных типов возмущений. В этом случае требуется только качественное и функциональное отображение характеристик ГТУ, что существенно влияет на динамические свойства агрегата. Вторая группа моделей рассматривает работу системы регулирования частоты и мощности и более подробно отражает механическую и тепловую части системы. В третью группу входят модели для стендовых и полевых испытаний.
В этой статье лучше всего использовать первый набор моделей для моделирования переходного процесса подачи газа. Конечно, задача моделирования значительно упрощается, поскольку в процессе исследования наибольший интерес представляет режим параллельной работы электростанции и системы электроснабжения.
Поскольку основная цель состоит в том, чтобы отразить рабочие атрибуты и динамические характеристики блока как части энергосистемы, атрибуты одной или группы ГТУ или ПГУ, работающих ЭЭС, будут определять, когда вы выбираете модель. Те же атрибуты определяют уровень детализации и возможные упрощения, необходимые для модели.
Повышение степени согласованности модели и исследуемого объекта не всегда достигается за счет увеличения сложности модели. Дополнительные детали обычно создают только иллюзию надежности результатов моделирования. Распространенная ошибка, усложняющая модель главного двигателя, заключается в том, что исследователи уделяют слишком много внимания типу агрегата, конструктивным особенностям и работе контроллера, хотя требуемый уровень детализации определяется целями исследования и условиями силовой установки. система.
Выводы. Помимо точного моделирования, также необходимо разработать новые методы определения влияния условий эксплуатации оборудования на динамические характеристики, включая вероятностные методы оценки устойчивости с учетом характеристик оборудования. Новые характеристики электростанций в энергосистемах могут повлиять на существующие модели расчета первичных нормативных резервов на рынке энергии. Рекомендуется рассмотреть возможность использования ГТУ и ГДК на рынке услуг для поддержания надежности системы. В частности, это
34
МЦНП «Новая наука»
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
требует экономической оценки для дальнейшего повышения маневренности ГТУ и ГДК, а также путем закачки пара или воды в туннель ГТ, сжигания топлива, использования возможностей управления ПТ или эксплуатации ГТУ и ГДК с нагрузкой, сниженной с номинальной стоимости для поддержания частоты ЕЭС.
Список литературы
1.Бурляева Е.В. Подход к проектированию технологических систем: донт. Техн. Наук. Проф. / Е.В. Бурляева, Московский технологический университет, 2017. – 124 с.
2.Александров А.С. Разработка способов пуска газотурбинных и парогазовых установок в аварийных условиях: автореф. дисс. канд. техн. наук: 05.14.02 / А.С. Александров; НИУ «МЭИ». – Москва, 2013. – 280 с.
3.Клюев, А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский. – М.:
Энергия, 2015. – 512 c.
4.Лисовин И.Г. Повышение качества управления газотурбинной энергетической установкой на базе авиадвигателя при работе в локальной сети: дис. на соиск. уч. ст. канд. техн. наук / И.Г. Лисовин, ОАО «Авиадвигатель» – Пермь, 2011. – 131 с.
5.Носков В.П. Математические модели движения и системы технического зрения мобильных робототенических комплексов: цчебное пособие / В.П. Носков, В.И. Рубцов, И.В. Рубцов, – Москва: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015, – 94 с.
35
МЦНП «Новая наука»