Способ оценки остаточного ресурса основных узлов газотурбинной установки

Авторы патента:

G01M15/14 - Испытание машин и двигателей (испытание топливовпрыскивающей аппаратуры F02M 65/00; испытание зажигания двигателей внутреннего сгорания, например проверка синхронизации F02P 17/00; обнаружение стуков в двигателях внутреннего сгорания G01L 23/22)

Владельцы патента RU 2703846:

Акционерное общество "РОТЕК" (АО "РОТЕК") (RU)

Изобретение относится к способу оценки остаточного ресурса основных узлов газотурбинной установки. Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации, управлении и мониторинге систем различного назначения, включая сложные технические системы, в которых интегрированы газотурбинные установки, используемые в энергетике, машиностроении, коммунальном хозяйстве и других отраслях. В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа оценки остаточного ресурса основных узлов газотурбинной установки, который позволил бы определять остаточный ресурс основных узлов газотурбинной установки на основе эквивалентных часов, определять узел с наименьшим остаточным ресурсом, автоматизировано корректировать остаточный ресурс по результатам проведенных обследований, восстановления или замены деталей. По сравнению со способами известными авторам, заявляемый способ обладает максимальной универсальностью и гибкостью и позволяет достичь лучших результатов, в частности автоматизировано корректировать остаточный ресурс по результатам проведенных обследований.

Изобретение относится к области техники, а более конкретно - к способу оценки остаточного ресурса основных узлов газотурбинной установки.

Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации, управлении и мониторинге систем различного назначения, включая сложные технические системы, в которых интегрированы газотурбинные установки, используемые в энергетике, машиностроении, коммунальном хозяйстве и других отраслях.

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа оценки остаточного ресурса основных узлов газотурбинной установки, который позволил бы определять остаточный ресурс основных узлов ГТУ на основе эквивалентных часов, определять узел с наименьшим остаточным ресурсом, автоматизировано корректировать остаточный ресурс по результатам проведенных обследований, восстановления или замены деталей.

Наиболее близким к данному изобретению является способ контроля технического состояния газотурбинной установки (патент РФ №2432561), который можно принять за прототип. Данное изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в электронных системах (САУ) автоматического управления газотурбинными установками (ГТУ) газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и газотурбинных электростанций (ГТЭС). Дополнительно в процессе эксплуатации ГТУ фиксируют количество пусков и аварийных пусков ГТУ, измеряют температуру газов за турбиной ГТУ и фиксируют количество ее резких изменений, фиксируют марку и качество топлива, подаваемого в камеру сгорания (КС) ГТУ, фиксируют количество инжекций воды на вход в ГТУ, фиксируют время эксплуатации ГТУ на режиме базовой нагрузки и на режиме пиковой нагрузки, определяют расчетно-экспериментальным путем коэффициенты влияния на скорость выработки ресурса ГТУ пусков и аварийных пусков ГТУ, резких изменений температуры газов за турбиной ГТУ, инжекций воды на вход в ГТУ, качества топлива, подаваемого в КС ГТУ, режима нагрузки ГТУ при ее эксплуатации, рассчитывают эквивалентную наработку ГТУ, сравнивают ее с общей наработкой ГТУ, и если эквивалентная наработка больше общей наработки, то для определения сроков регламентных работ или капитального ремонта ГТУ используют эквивалентную наработку. Технический результат изобретения - повышение качества оценки технического состояния ГТУ и, как следствие, повышение надежности работы ГТУ, ГПА и ГТЭС.

Однако рассмотренный прототип имеет следующие недостатки:

- не является универсальным для различных типов ГТУ;

- не позволяет определять узел с наименьшим остаточным ресурсом и автоматизировано корректировать остаточный ресурс по результатам проведенных обследований.

Задачи изобретения решены и недостатки прототипов устранены в реализованном согласно настоящему изобретению способе оценки остаточного ресурса основных узлов газотурбинной установки, состоящей из отдельных узлов, агрегатов и/или подсистем агрегатов, на основе данных о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов, при этом данные о функционировании представлены в виде показателей, характеризующих технологические параметры основных узлов и предусматривающий следующие стадии:

1) накапливают данные о функционировании основных узлов газотурбинной установки, характеризующие показатели технологических параметров их функционирования и передают их эксперту;

2) эксперт получает данные о функционировании основных узлов газотурбинной установки и формирует на основании полученных данных выборку показателей функционирования для основных узлов;

3) эксперт на основе метода эквивалентных часов определяет остаточный ресурс основных узлов газотурбинной установки;

4) эксперт по результатам шага 3 определяет узел с наименьшим остаточным ресурсом;

5) по результатам шага 4 автоматизировано корректируют остаточный ресурс по результатам проведенных обследований, восстановления или замены деталей.

6) полученные показатели и состояния необязательно сохраняют и используют в качестве сигнализирующих и/или управляющих воздействий, позволяющих достичь безопасного и оптимального функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или газотурбинной установки в целом.

За счет реализации заявленного авторами способа достигаются следующие технические результаты:

- он является универсальным и объективным для различных типов ГТУ;

- позволяет определять узел с наименьшим остаточным ресурсом и автоматизировано корректировать остаточный ресурс по результатам проведенных обследований.

Настоящее изобретение будет раскрыто в нижеследующем описании системы оценки остаточного ресурса основных узлов газотурбинной установки, состоящей из отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, на основе данных о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов, при этом данные о функционировании представлены в виде показателей, характеризующих технологические параметры основных узлов.

Для ГТУ различают фактическую наработку и эквивалентную наработку. Такое разделение является следствием того, что турбина, работающая в маневренном режиме с частыми пусками и остановами, вырабатывает ресурс быстрее, чем при работе на базовой нагрузке (особенно снижение ресурса заметно у элементов камеры сгорания и лопаток силовой турбины). Цель применения принципа эквивалентной наработки в построении адекватной ремонтной политики, соответствующей различным эксплуатационным условиям газовой турбины.

Международным [1] и российским [2] стандартами установлена общая формула для определения числа эквивалентных часов работы для газовых турбин следующего вида:

где а₁ - коэффициент для каждого пуска;

n₁ - число пусков; а₂ - коэффициент для каждого аварийного пуска;

n₂ - число аварийных пусков;

n - число резких изменений температуры;

t_i - эквивалентное время работы для резкого изменения температуры, например, вследствие ступенчатого изменения нагрузки или отключений;

ƒ - коэффициент для загрязненных, неоговоренных или неустановленных видов топлива;

w - коэффициент для инжекций пара или воды;

b₁ - коэффициент для режима базовой нагрузки;

t₁ - время эксплуатации на уровне, не превышающем базовую нагрузку;

b₂ - коэффициент для режима пиковой нагрузки;

t₂ - время эксплуатации между базовой и пиковой нагрузками.

Также данными стандартами предусматривается возможность использования других коэффициентов.

Для решения задачи оптимального планирования режимов работы газотурбинной станции можно ограничиться рассмотрением лишь тех составляющих в формуле, которые зависят от режима работы. К таковым следует отнести составляющие учитывающие пуски и изменения нагрузки ГТУ, а также коэффициенты для режимов работы при различном уровне мощности. А слагаемые, учитывающие аварийные пуски, резкие изменения температуры, использование различных видов топлива и инжекцию пара следует исключить из рассмотрения. С учетом изложенного выше, модернизируя формулу, можно записать следующее выражение для числа часов эквивалентной наработки:

где a_i - коэффициент для пуска или изменения нагрузки;

n_i - число пусков или изменений нагрузки;

I - общее число пусков и изменений нагрузки; b_j - коэффициент, учитывающий работу газовой турбины на j-м режиме;

τ_j - время работы газовой турбины на j-м режиме;

J - общее число режимов работы газовой турбины за расчетный период.

Единого подхода к определению коэффициентов в уравнении не существует и они в значительной степени разнятся у различных производителей газовых турбин. Рекомендации по оценке эквивалентной наработки у заводов изготовителей и исследовательских организаций основаны на частном опыте эксплуатации собственных моделей турбин и постоянно меняются по мере обновления оборудования и совершенствования расчетных моделей, в связи с этим в формуле изобретения мы подчеркиваем роль экспертных решений.

Ниже приведены некоторые подходы.

• Mitsubishi

Mitsubishi Heavy Industries LTD для своих газовых турбин устанавливает следующее соответствие между режимами и часами работы при базовой нагрузке:

- резкое отключение - 200 ч;

- резкий сброс нагрузки - 120 ч;

- стандартное отключение - 20 ч;

- работа на частичной нагрузке снижает темп выработки ресурса до 20%.

• PJM Interconnection, LLC

Согласно рекомендациям Региональной Распределительной Организации (Regional Transmission Organization) PJM, владельцы генерирующих мощностей должны рассчитывать число эквивалентных часов для газовых турбин по следующей формуле:

Тэкв=а ⋅ n + τсум + b ⋅ пик,

где а - коэффициент для каждого пуска (а=10 ч); n - число пусков; τ_сум -общее время эксплуатации на любом уровне мощности; b - коэффициент для учета работы при температурах на входе в газовую турбину выше базового уровня (b=3);

τ_пик - время эксплуатации с превышением базового уровня температуры на входе в газовую турбину.

• The Воусе Engineering International Inc.

По указаниям, предложенным исследовательской организации The Воусе Engineering International Inc., учитывать следует лишь пуско-остановочные операции, ставя в соответствие каждому пуску постоянное значение - 50 эквивалентных часов. Работа на любом уровне нагрузки приравнивается работе при базовой нагрузке.

• General Electric Company

General Electric для своих газовых турбин рекомендует использовать раздельный учет пуско-остановочных операций и работу при постоянной нагрузке. При этом ресурс считается выработанным, если будет достигнут предел по одному из критериев (либо по числу пусков, либо по наработке).

Ввиду столь существенного разброса рекомендаций по определению эквивалентной наработки, наиболее универсальным подходом для решения этой задачи будет применение хорошо отработанных методик расчета на прочность и долговечность наиболее критичных узлов газовой турбины. Элементами, подвергающиеся наиболее интенсивным термическим напряжениям, являются лопатки первых ступеней силовой турбины. Из-за этого периодичность плановых осмотров, капитальных ремонтов и замен газовой турбины необходимо выбирать в соответствии с ресурсом именно этих элементов.

Исходя из вышеизложенного, эксперт на основе метода эквивалентных часов определяет остаточный ресурс основных узлов газотурбинной установки, затем по результатам предыдущего шага определяет узел с наименьшим остаточным ресурсом, после чего автоматизировано корректируют остаточный ресурс по результатам проведенных обследований, восстановления или замены деталей. Полученные показатели и состояния необязательно сохраняют и используют в качестве сигнализирующих и/или управляющих воздействий, позволяющих достичь безопасного и оптимального функционирования отдельных агрегатов и/или подсистем агрегатов, и/или газотурбинной установки в целом.

По сравнению со способами известными авторам, заявляемый способ обладает максимальной универсальностью и гибкостью и позволяет достичь лучших результатов, в частности автоматизировано корректировать остаточный ресурс по результатам проведенных обследований.

Литература

1. ISO 3977-9:1999 Gas turbines - Procurement-Part: Reliability, Availability, Maintainability and Safety. - Geneva: ISO, 1999.

2. ГОСТ P 52527-2006 Установки газотурбинные. Надежность, готовность, эксплуатационная технологичность и безопасность. - М.: Стандартинформ, 2006.

Способ оценки остаточного ресурса основных узлов газотурбинной установки, состоящей из отдельных узлов, агрегатов и/или подсистем агрегатов, на основе данных о функционировании агрегатов и/или подсистем агрегатов, при этом данные о функционировании представлены в виде показателей, характеризующих технологические параметры основных узлов, и предусматривающий следующие стадии:

1) накапливают данные о функционировании основных узлов газотурбинной установки и передают их;

2) получают данные о функционировании основных узлов газотурбинной установки и формируют на основании полученных данных выборку показателей функционирования для основных узлов;

3) на основе метода эквивалентных часов определяют остаточный ресурс основных узлов газотурбинной установки;

4) по результатам шага 3 определяют узел с наименьшим остаточным ресурсом;

5) по результатам шага 4 автоматизировано корректируют остаточный ресурс по результатам проведенных обследований, восстановления или замены деталей;

6) полученные показатели и состояния сохраняют и используют в качестве сигнализирующих и/или управляющих воздействий, позволяющих достичь безопасного и оптимального функционирования отдельных агрегатов, и/или подсистем агрегатов, и/или газотурбинной установки в целом.

Группа изобретений относится к стендам для восстановления двигателей внутреннего сгорания - ДВС. Технический результат - уменьшение потребляемой мощности блока высокого напряжения.

Способ определения предельно допустимых значений вибросигналов корпуса газотурбинного двигателя с диском с трещиной // 2702951

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, в частности к способу определения предельно допустимых значений вибросигналов корпуса газотурбинного двигателя с диском с трещиной, служащих для оценки возможности продолжения работы находящегося в эксплуатации двигателя с учетом развития трещины в его диске.

Способ оценки технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя внутреннего сгорания // 2702638

Область применения - диагностика в эксплуатационных условиях двигателей внутреннего сгорания. Предлагаемый способ предусматривает следующий порядок действий: подают импульсы высокого напряжения на свечу зажигания и измерение напряжений пробоя искрового промежутка свечи зажигания проводят в двух функциональных состояниях двигателя: без вращения коленчатого вала и в состоянии выбега без подачи топлива в заданном интервале частоты вращения коленчатого вала в моменты достижения поршнем ВМТ на такте сжатия при полном открытии дроссельной заслонки, далее вычисляют произведение отношения измеренных напряжений пробоя, полученных в разных состояниях двигателя на величину атмосферного давления, полученные значения сопоставляют с нормативными и делают заключение о техническом состоянии цилиндропоршневой группы.

Способ испытания газотурбинного двигателя // 2702443

Изобретение относится к испытаниям газотурбинных двигателей, в частности к способам испытаний газотурбинных двигателей в боксах испытательных стендов. Способ характеризуется тем, что определяют величину приведенной тяги двигателя в испытательном боксе испытательного стенда с механически присоединенным и отсоединенным лемнискатным насадком и величину приведенной поправки на входной импульс стендовой тяги как разность приведенных величин стендовых тяг.

Способ испытаний антенных кабелей автотранспортных средств на помехозащищённость к электромагнитным помехам // 2702407

Изобретение относится к испытаниям автотранспортных средств на электромагнитную совместимость. В способе испытаний антенных кабелей автотранспортных средств на восприимчивость к электромагнитному полю устанавливают автотранспортное средство с испытываемой антенно-фидерной системой в безэховую камеру и подвергают воздействию электромагнитного детерминированного широкополосного поля, спектр которого перекрывает заданную регламентом испытаний область частот, и проводят измерение уровней электромагнитных помех, наведенных электромагнитным полем, на выходе антенно-фидерной системы.

Стендовая установка для определения величины шарнирного момента регуляторов расхода газа // 2702313

Изобретение относится к области машиностроения и направлено на совершенствование установок для стендовых испытаний регуляторов расхода газа. Предлагаемая стендовая установка для определения величины шарнирного момента регуляторов расхода газа содержит установленные в камеру сгорания заряд твердого топлива и воспламенитель, регулятор расхода с регулирующим элементом и привод, между которыми установлен датчик кинематических характеристик.

Метод динамического контроля эффективности прямого использования механической энергии в системе "приводной двигатель внутреннего сгорания - поршневой компрессор" // 2701418

Метод динамического контроля эффективности прямого использования механической энергии в системе "приводной двигатель внутреннего сгорания - поршневой компрессор".

Устройство диагностики электродвигателя технической системы на предмет его надежности // 2700724

Изобретение относится к области диагностики технических систем для проверки промышленного оборудования и технических систем на предмет их надежной работы, к которым могут быть отнесены подшипники электродвигателей, ленточные конвейеры и т.п., и может быть использовано для диагностики электродвигателя технической системы на предмет его надежности.

Система и способ диагностики машин // 2700292

Изобретение относится к области вибрационной диагностики объектов и может быть использовано для оценки технического состояния машин и механизмов. В состав системы входят виброанализатор, состоящий из микропроцессора, запоминающего устройства, дисплея, аналого-цифрового преобразователя, коммуникационного интерфейса, датчика, и площадка для измерения, устанавливаемая на машину, состоящая из соединительного крепления, носителя данных и коммуникационного интерфейса.

Испытательный кожух двигателя для газотурбинного двигателя на испытательном стенде и способ испытания газотурбинного двигателя // 2700216

Кожух испытываемого двигателя для газотурбинного двигателя, предназначенный для замены летного кожуха газотурбинного двигателя во время испытания газотурбинного двигателя на испытательном стенде, содержит стенку, силиконовый слой, а также круглый или дугообразный фланец на каждом верхнем по потоку и нижнем по потоку конце стенки.

Способ дистанционного диагностирования технического состояния двигателя внутреннего сгорания // 2703850

Изобретение относится к области технического обслуживания и дистанционного диагностирования технического состояния систем двигателей внутреннего сгорания транспортных и технологических машин. Способ дистанционного диагностирования технического состояния двигателя внутреннего сгорания, согласно которому от диагностических модулей и блока управления двигателя поступают сигналы, отображающие текущее техническое состояние систем двигателя и его функциональных узлов, посредством телекоммуникационных средств передается на сервер диагностического центра, а там с помощью специального программного обеспечения, которое посредством нейросетевого моделирования осуществляет прогнозирование остаточного ресурса систем и элементов двигателя, а также позволяет давать рекомендации о проведении профилактических обслуживаний и ремонтов двигателя, отличающийся тем, что сбор и обработка диагностической информации осуществляется посредством одноплатного компьютера, соединенного с диагностическими модулями и блоком управления двигателя, при этом одноплатный компьютер связан со спутниковым модемом для передачи диагностических данных на сервер диагностического центра средствами космической телекоммуникации. Техническим результатом является повышение достоверности, своевременной оперативной информации при диагностировании и оценки технического состояния двигателей внутреннего сгорания. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ контроля и прогнозирования работы газотурбинной установки с использованием матрицы дефектов // 2703874

Изобретение относится к способу контроля и прогнозирования работы газотурбинной установки с использованием матрицы дефектов. Настоящее изобретение может найти применение при создании, эксплуатации, управлении и мониторинге систем различного назначения, включая сложные технические системы, в которых интегрированы газотурбинные установки, используемые в энергетике, машиностроении, коммунальном хозяйстве и других отраслях. В основу изобретения заложена идея матрицы дефектов. На основе разладок определяются зарождающиеся или уже имеющиеся дефекты газотурбинной установки. По сравнению со способами, известными авторам, заявляемый способ обладает максимальной гибкостью и позволяет достичь лучших результатов в мониторинге и оценке состояния отдельных агрегатов и сложных технологических комплексов. По сравнению со способами, известными авторам, заявляемый способ обладает максимальной гибкостью и позволяет достичь лучших результатов для контроля и прогнозирования работы газотурбинной установки. 1 ил.