5. Описание работы гпа с устройством для измерения расхода технологического газа

• Запуск агрегата производится подачей пускового газа в турбостартер, который раскручивает осевой компрессор двигателя ГТУ.

При вращении осевого компрессора двигателя происходит забор атмосферного воздуха, его очистка в системе воздухозаборной, затем воздух поступает в двигатель и сжимается в осевом компрессоре, после чего подается в камеру сгорания двигателя.

При достижении параметров пуска двигателя ГТУ в камеру сгорания подается топливный газ, и происходит воспламенение газовоздушной смеси от запального устройства.

Продукты сгорания, имеющие высокую температуру и давление при выходе из камеры сгорания и обладающие большой потенциальной энергией, поступают на лопатки турбины газогенератора и затем на лопатки свободной турбины ГТУ, где потенциальная энергия преобразуется в механическую работу на валу свободной турбины, передаваемую через трансмиссию на вал нагнетателя.

Природный газ из магистрального трубопровода по технологическому трубопроводу компрессорной станции поступает в нагнетатель ГПА. Рабочий процесс сжатия транспортируемого газа протекает в проточной части нагнетателя, где осуществляется передача механической энергии привода газу, при этом происходит увеличение энергии давления газа. После этого газ вновь поступает в технологическую газовую обвязку компрессорной станции для дальнейшего транспортирования его по магистральным трубопроводам.

Отработанные газы от силовой турбины ГТУ через систему выхлопа ГПА выбрасываются в атмосферу.

6. Описание работы устройства для измерения технологического газа

Измерение производительности. Разнообразие рабочих сред, используемых в системах ГПА, обуславливает применение расходомеров различных типов. К точности и надёжности их работы предъявляются довольно жёсткие требования. Расходомер – это прибор, измеряющий количество вещества, протекающее через определённое сечение в единицу времени (расход). Счётчик количества вещества – это прибор для измерения расхода за некоторый промежуток времени.

Устройство, устанавливаемое непосредственно в потоке и измеряющее удобные для измерения величины, непосредственно связанные с расходом, называется преобразователем расхода. К ним относятся сужающие устройства (диаграммы, сопла и др.), турбинки, пневматические насадки и др. В зависимости от вида применяемого преобразователя расхода расходомеры измеряют: переменный перепад давления (сужающие устройства); постоянный перепад давления (ротаметры); частоту вращения (турбинки и т. п.); скорость потока по сечению (пневмометрические насадки).

В практике наиболее распространён метод измерения расхода с помощью стандартных устройств – диафрагм, нормальных сопел, сопел Вентури, выполняемых в соответствии с ГОСТ 14321 – 73. Стандартные диафрагмы для трубопроводов с р_у = 10 МПа изготавливают в соответствии с ГОСТ 14321 – 73.

При выборе типа сужающего устройства нужно иметь в виду следующее. Изготовление диафрагмы существенно проще, чем сопла. Достоинствами сопла являются более низкое сопротивление; более высокая точность измерения; меньшее влияние на коэффициент расхода сопла изменения и загрязнения входного профиля сужающего устройства в процессе эксплуатации. Сужающее устройство является первичным преобразователем расходомера, в комплект которого также входят импульсные линии и измерительный прибор (дифференциальный манометр).

Для определения производительности измеряются перепад давления на сужающем устройстве, давление и температура газа перед сужающим устройством. При этом при изменении давления и температур используются методы измерений и приборы, описанные выше. Производительность определяется расчётным путём по результатам трёх измерений.

Расчёт производительности вручную является весьма трудоёмким, так как включает в себя определение ряда величин методом последовательных приближений, и поэтому сопровождается ошибками в конечном результате. Применение современной вычислительной техники позволяет повысить точность определения расхода газа, а также ускоряет и облегчает процесс расчета.

В условиях газопроводов для измерения производительности используется сужающее устройство – конфузор, представляющий собой местное сужение трубопровода обвязки КС до диаметра входного отверстия в корпусе нагнетателя (рис. ). Течение в конфузоре описывается уравнениями Бернулли и неразрывности потока, имеющими в этом случае следующий вид:

F₁C₁ = µF₂C₂

где — коэффициент сужения струи;— коэффициент потерь энергии в конфузоре.

Вводя понятие модуля m = F₂/F₁по аналогии с теорией измерения расхода сужающими устройствами, из уравнений (11) и (12) получаем выражение для определения коэффициента расхода конфузора:

 = /1 +- ² m²

Так как теоретическим расчетом точные значения  и  определить невозможно, а экспериментально затруднительно, то удобнее всего экспериментальным путем определять коэффициент расхода . При тарировке нестандартных сужающих устройств можно использовать в качестве эталонного прибора для измерения расхода стандартное сужающее устройство.

В некоторых случаях в практике используется размерный коэффициент расхода конфузора (м /мин), определяемый по уравнению

K = F₂ 602g.

Измерение мощности. Потребляемая мощность является основной характеристикой ГПА. При испытаниях разнообразного рода мощность можно определять различными методами, отличающимися видом измеряемых параметров: по крутящему моменту и частоте вращения вала, по параметрам нагнетателя, по параметрам двигателя.

Наиболее надежным и принципиально правильным является определение мощности путем измерения крутящего момента и частоты вращения на выходном валу двигателя. Измерение крутящего момента основано на определении угла закручивания торсионного вала, который пропорционален приложенному к валу крутящему моменту.

На заводах-изготовителях имеются специальные стенды для испытания двигателей, которые снабжены автоматизированными измерительными системами для регистрации и обработки результатов измерения. В их состав входят тормозные устройства, предназначенные для измерения мощности и поглощения энергии, вырабатываемой двигателем. По принципу действия различают тормозные устройства следующих типов: механические, пневматические, гидравлические, электрические и индукционные. Мощность определяется по крутящему моменту, воспринимаемому статором тормозного устройства, и по угловой скорости вращения его ротора.

Тормозные устройства отличаются инертностью и не пригодны для измерений при быстроизменяющихся нагрузках. В этих случаях применяют менее инерционные электрические измерители крутящего момента. На вал, передающий измеряемый момент, под углом 45° по отношению к образующим наклеиваются тензодатчики, с помощью которых измеряется деформация кручения. Точность измерения в значительной мере зависит от надежности работы токосъемного устройства.

В последнее время разработаны радиотелеметрические тензометрические измерители крутящего момента, которые включают радиопередающее устройство. Деформации вала вызывают разбаланс измерительного моста с тензодатчиками и появление тока в измерительной цепи, который поступает в радиопередающее устройство. Радиоприемное устройство с антенной, установленное в непосредственной близости от передающего, улавливает частотно-модулированный сигнал и преобразует в сигнал постоянного тока, который пропорционален крутящему моменту.

По измеренным значениям крутящего момента М_кр и частоты вращения п определяют потребляемую мощность (Вт) по формуле

N = 2πМ_крn, (16)

где М_kp — крутящий момент, Н • м; п — частота вращения, c^-1.

Когда параметры, определяющие потребляемую мощность, не удается измерить достаточно надежно и точно, мощность установки можно определить косвенно по результатам тепловых измерений двигателя. Для определения мощности необходимо знать два параметра: давление воздуха за осевым компрессором р_к и температуру газа перед силовой турбиной T*. Мощность в этом случае определяют по эмпирическим зависимостям, справедливым для конкретного типа двигателя.

Измерение частоты вращения. Важным параметром, определяющим режим работы ГПА, является частота вращения валов. ГПА представляет собой многовальную установку, состоящую из нескольких агрегатов (осевого компрессора, турбин высокого и низкого давлений, центробежного нагнетателя и т. д.), валы которых вращаются с различной частотой. Для обеспечения измерения частоты вращения валов с формированием необходимых сигналов для системы управления и сигнализации на валах устанавливаются первичные электрические преобразователи частоты вращения валов, которые соединены со вторичными электрическими приборами.

Для измерения частоты вращения валов и сигнализации в установке управления агрегатом А-705-15 используется комплекс тахометрических преобразователей с сигнализаторами типа «Турбина». Он выдает аналоговые сигналы постоянного тока 0...5 мА, пропорциональные частоте вращения валов, с формированием сигналов, поступающих в систему защиты и управления. Комплекс состоит из первичных тахометрических преобразователей, блока наблюдения и управления и измерительного прибора, отградуированного в оборотах в минуту с ценой деления шкалы 50 об/мин. Погрешность измерения комплекса не превышает 1%.

Первичный тахометрический преобразователь включает в себя магнитопровод и зубчатое колесо, установленное на валу. Воздушный зазор между рабочей поверхностью магнитопровода и плоскостью зуба колеса должен быть 0,75 ± 0,25 мм. При вращении зубчатого колеса в обмотках преобразователя формируются электрические импульсы, частота которых пропорциональна частоте вращения вала и числу зубьев колеса. Питание преобразователя переменным напряжением обеспечивает усилитель-формирователь, который усиливает сигнал и формирует прямоугольные импульсы, подаваемые на вход электронного цифрового прибора. Измерительный прибор обеспечивает дистанционный контроль частоты вращения.

ГПА с авиационным приводом снабжены датчиками ДЧВ-2500, которые преобразовывают частоту вращения роторов двигателя в частоту электрических сигналов. Датчик работает во взаимодействии с зубчатым колесом, приводимым через шестеренчатую передачу от вала ротора, частота которого измеряется. При вращении зубчатого колеса каждый из его зубьев изменяет магнитное поле, окружающее витки катушки датчика. Вследствие этого в катушке индуцируется ЭДС, частота которой пропорциональна частоте вращения ротора. Выходные сигналы датчиков частоты вращения, например ГПА-Ц-16, поступают в систему автоматического управления ГПА для использования в цепи контроля всех трех роторов, в цепи регулирования ротора низкого давления, в цепи защиты ротора СТ.