Повышение эффективности работы газотурбинного газоперекачивающего агрегата авиационного типа в межремонтный период тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.19, кандидат наук Федосеев Артем Юрьевич

• Федосеев Артем Юрьевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Федосеев Артем Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ

1.1 Причины снижения эффективности работы газотурбинных газоперекачивающих агрегатов

1.2 Основные способы повышения эффективности работы газотурбинного газоперекачивающего агрегата в межремонтный период

1.3 Оценка эффективности очистки осевых компрессоров газотурбинных двигателей

1.4 Комплексные воздухоочистительные устройства и их вспомогательные системы

1.5 Объект исследования

1.6 Цель и задачи диссертационной работы

Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОЧИСТКИ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

2.1 Влияние загрязнения проточной части осевого компрессора

на параметры работы газотурбинной установки

2.2 Определение эффективности очистки проточной части осевого компрессора

2.3 Оптимальная периодичность проведения промывки проточной части осевого компрессора газотурбинного двигателя

2.4 Особенности проведения очистки осевого компрессора на работающем агрегате

Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ

КОМПЛЕКСНОГО ВОЗДУХООЧИСТИТЕЛЬНОГО УСТРОСТВА В СОСТАВЕ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА

3.1 Методы повышения эффективности работы комплексного воздухоочистительного устройства

3.2 Модернизация систем антиобледенения комплексного воздухоочистительного устройства

3.3 Определение исходных данных для проектирования теплообменной секции системы антиобледенения на примере ГПА-Ц-16

3.4 Тепловой расчёт модернизированной системы антиобледенения

3.5 Гидравлический расчет модернизированной системы антиобледенения

Выводы по третьей главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности работы газотурбинного газоперекачивающего агрегата авиационного типа в межремонтный период»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в условиях постоянного роста потребления энергоресурсов, а также их постепенного истощения, на первое место выходит задача энергосбережения.

Одной из отраслей промышленности обладающей большим потенциалом энергосбережения является газовая промышленность. Согласно реализуемой ПАО «Газпром» «Концепции энергосбережения и повышения энергоэффективности на период 2011 - 2020 годов» потенциал энергосбережения определен в 28,2 млн. т.у.т. и снижение удельного расхода природного газа на собственные технологические нужды до уровня 1,2 % от объема транспортируемого газа [61].

Основные причины высокого потребления энергоресурсов при магистральном транспорте газа не только в большом количестве потребляемой энергии, необходимой для этого технологического процесса, но и в постоянном ухудшении параметров работы, как основного, так и вспомогательного оборудования компрессорных станций в процессе эксплуатации.

Основными направлениями снижения энергетических затрат при магистральном транспорте природного газа в процессе эксплуатации являются:

• оптимизация режимов работы компрессорных станций (КС) при переменных расходах транспортируемого газа;

• оптимизация режимов работы энерготехнологического оборудования при переменных режимах работы компрессорных станций;

• очистка внутренней полости газопровода очистными поршнями для снижения коэффициента трения между движущимся природным газом и стенкой трубы;

• реконструкция и модернизация основного и вспомогательного оборудования компрессорной станции с целью повышения эффективности их работы и снижения аварийных отказов;

• ремонт газоперекачивающих агрегатов (ГПА) для поддержания их энергетических и технологических показателей на высоком эксплуатационном уровне;

• повышение эффективности работы энерготехнологического оборудования КС в межремонтный период за счет качественного обслуживания;

• использование теплоты отработавших продуктов сгорания газотурбинных установок (ГТУ) и другие.

Энергоемкость магистрального транспорта природного газа во многом определяется эффективностью эксплуатации и обслуживания ГТУ - основного вида энергопривода газоперекачивающих агрегатов, которые являются основными потребителем газа на собственные технологические нужды в газотранспортной системе.

Одной из причин снижения энергетической эффективности работы ГТУ является загрязнение проточной части осевого компрессора (ОК). Для устранения данного ухудшения используется очистка проточной части осевого компрессора. Данное мероприятие является одним из самых эффективных и обязательных для поддержания технического состояния газотурбинных установок на высоком эксплуатационном уровне в межремонтный период.

Несмотря на широкое распространение, которое получила очистка проточной части осевого компрессора на компрессорных станциях магистральных газопроводов, до сих пор актуальными остаются вопросы правильной оценки технического состояния ОК до и после промывки, а также способы определение оптимальных интервалов между очистками для получения наибольшего эффекта от выполняемого мероприятия. Всё это позволит снизить затраты природного газа, используемого в качестве топлива газотурбинных установок.

В тоже время рассматривать работу осевого компрессора в составе газотурбинной установки нужно совместно с комплексным воздухоочистительным устройством (КВОУ), основным назначением которого является очистка циклового воздуха от пыли и других частиц, поступающих в

двигатель. Дополнительной функцией КВОУ является защита входного тракта ГТУ от обледенения, возникающего при осенне-зимней эксплуатации ГПА. Существующие системы антиобледенения либо требуют существенных затрат энергии, что приводит к снижению располагаемой мощности двигателя, либо имеют низкую эффективность и не справляются с защитой газотурбинного двигателя от образования обледенения.

Актуальность темы диссертации обусловлена, прежде всего, важностью решения задачи снижения расхода топливного газа газотурбинных газоперекачивающих агрегатов - основных потребителей природного газа при его магистральном транспорте. Важнейшим направлением повышения эффективности работы газотурбинных установок в межремонтный период является борьба с загрязнением проточной части осевого компрессора. Разработка новых конструкций ГТУ, развитие методов очистки осевых компрессоров, отсутствие единого подхода к оценке качества выполненной промывки и влияние работы других систем ГГПА, например системы антиобледенения комплексного воздухоочистительного устройства, на эффективность работы осевого компрессора требуют решения целого ряда задач, направленных на повышение эффективности работы газотурбинных газоперекачивающих агрегатов авиационного типа.

Степень проработанности темы диссертационной работы подтверждается широким освещением различных аспектов вопросов энергосбережения при магистральном транспорте природного газа, которые рассматриваются в работах А.И. Бодрова, И.Р. Байкова, С.П. Зарицкого, А.Ф. Калинина, С.В. Китаева, А.Н. Козаченко, A.C. Лопатина, Э.А. Микаэляна, В.И. Никишина, Б.П. Поршакова, С.А. Струговца, В.А. Щуровского и других [10, 16, 37, 38, 45, 48, 49, 54, 63, 77, 95, 96, 97].

Целью диссертационной работы является повышение эффективности работы газоперекачивающих агрегатов авиационного типа в межремонтный период за счет оптимизации проведения очисток проточной части осевого

компрессора (ОК) и повышения эффективности работы комплексного воздухоочистительного устройства.

Основные задачи исследования, решаемые для достижения поставленной

цели:

• исследовать влияние загрязнения проточной части осевого компрессора газотурбинной установки на её энерготехнологические характеристики;

• разработать критерий оценки качества очистки проточной части осевого компрессора ГТУ и методику его определения в условиях эксплуатации;

• обосновать применение предложенного критерия оценки качества очистки проточной части ОК для определения экономии денежных средств при проведении промывок и оптимальной периодичности их проведения;

• определить особенности очистки проточной части осевого компрессора на работающем агрегате с экспериментальной проверкой выдвинутых предположений;

• исследовать влияние конструктивного исполнения системы антиобледенения комплексного воздухоочистительного устройства ГТУ на эффективность её работы;

• разработать принципиально новую схему системы антиобледенения комплексного воздухоочистительного устройства агрегата ГПА-Ц-16 с выполнение её теплового и гидравлического расчетов.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

• обнаружены и математически описаны закономерности изменения энерготехнологических характеристик ГТУ в результате загрязнения проточной части осевого компрессора;

• предложен коэффициент эффективности очистки проточной части осевого компрессора ГТУ и с его использованием разработана методика определения экономического эффекта от данного вида технического обслуживания и оптимального временного интервала между промывками;

• экспериментально обнаружены особенности очистки проточной части осевого компрессора на работающем агрегате и даны рекомендации по оптимизации выполнения данного вида технического обслуживания;

• предложена принципиально новая более эффективная, по сравнению с существующими, схема антиобледенительной системы комплексного воздухоочистительного устройства газоперекачивающего агрегата.

Теоретическая и практическая значимость работы определяется тем, что рассмотренные задачи ставились и решались в реальных условиях эксплуатации на компрессорной станции, оснащенной газоперекачивающими агрегатами типа ГПА-Ц-16.

Разработанные в диссертации методики могут быть использованы для снижения энергетических затрат на магистральный транспорт природного газа за счет оценки эффективности эксплуатации и оптимизации технического обслуживания осевых компрессоров всех авиационных ГТУ без привязки к конкретному типу газоперекачивающего агрегата.

На представленное в работе техническое решение по повышению эффективности работы антиобледенительной системы комплексного воздухоочистительного устройства получен патент, как на полезную модель.

Методология и методы исследования, применяемые в работе, включают в себя математические подходы линейной алгебры, математического моделирования, статистических исследований и регрессионного анализа, а также технической термодинамики и теории тепломассообмена, теоретические и методологические основы гидравлики и газовой динамики.

Положения, выносимые на защиту:

1. результаты исследования по определению чувствительности выходных характеристик газотурбинной установки к загрязнению проточной части осевого компрессора;

2. критерий оценки эффективности промывок и результаты его апробации;

3. методика определения оптимальной периодичности промывок и результаты ее апробации;

4. результаты аналитических и экспериментальных исследований по оценке эффективности промывок на работающем агрегате и рекомендации по повышению их эффективности;

5. способ повышения эффективности работы антиобледенительной системы за счет использования новой схемы с использованием теплообменных секций.

Достоверность результатов исследований подтверждается использованием современных методик определения параметров работы газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, в частности, вычислительного комплекса (КТС ГПА Ingoil), полученные зависимости имеют высокий коэффициент корреляции с экспериментальными данными. Выполненные в ходе диссертационной работы эксперименты легко воспроизводимы и соответствуют причинно-следственным отношениям, для подтверждения которых выполнялись.

Апробация результатов диссертации проводилась в реальных условиях компрессорной станции, кроме этого основные результаты проведенного исследования докладывались, обсуждались и получили положительные отзывы на отраслевых конференциях и семинарах.

1. Всероссийский конкурс «Инженер года», Москва, 26 декабря 2014 года.

2. Одиннадцатая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности» (газ, нефть, энергетика), Москва, 20 - 23 октября 2015 года.

3. Международная научно-техническая конференция студентов и молодых ученых «Молодежь. Наука. Технологии» (МНТК-2017), Новосибирск, 18 - 20 апреля 2017 года.

4. 71-я Международная молодежная научная конференция «Нефть и газ - 2017», Москва, 18 - 20 апреля 2017 года.

5. Двенадцатая всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности (газ, нефть, энергетика) », Москва, 24 - 27 октября 2017 года.

6. XII Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России», Москва, 12 - 14 февраля 2018 г.

7. 72-я Международная молодежная научная конференция «Нефть и газ - 2018», Москва, 23 - 26 апреля 2018 года.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 6 печатных работ, из них 4 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК при Министерстве науки и высшего образования Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 16 таблиц.

ГЛАВА 1. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ НА КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЯХ

Как показывает опыт эксплуатации газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом, очистка проточной части осевого компрессора является основным, наиболее доступным и распространенным способом поддержания технического состояния газотурбинного двигателя на высоком техническом уровне в межремонтный период.

1.1 Причины снижения эффективности работы газотурбинных газоперекачивающих агрегатов

Ухудшение технического состояния основных элементов газоперекачивающего агрегата, к которым можно отнести газотурбинный двигатель, центробежный нагнетатель, комплексное воздухоочистительное устройство, выхлопной тракт, элементы маслосистемы (насосы, регуляторы) и другие вспомогательные системы и оборудование, является постоянным процессом. В свою очередь, каждый из элементов газоперекачивающего агрегата имеет свои узлы, снижение технического состояния которых приводит к изменению выходных энерготехнологических показателей работы всего ГПА. Например, для газотурбинного газоперекачивающего агрегата (ГГПА) к таким элементам следует отнести основные узлы газотурбинного двигателя: осевой компрессор, камеру сгорания, турбинный блок [4].

Наиболее распространенные виды неисправностей, характерных для ГГПА, с указанием характера их проявления приведены в таблице 1.1 [63]. Основными параметрами, наиболее чувствительными к появлению неисправностей и ухудшений технического состояния ГТУ являются: массовый расход воздуха в осевом компрессоре ; давление и температура в конце процесса сжатия воздуха в ОК ГТУ (соответственно р2 и ); давление и температура перед турбиной (соответственно р3 и Т3); давление и температура в выхлопном тракте ГТУ

(соответственно р4 и Т4); скорость вращения вала центробежного компрессора (ЦБК) ПщК; эффективный КПД ГТУ це; разность температур на входе и выходе

центробежного компрессора ДГ; политропный КПД процесса сжатия природного газа в ЦБК л„.

Таблица 1.1 - Вид, основные причины и характер проявления неисправностей

Вид неисправности Характер проявления неисправностей

Увеличение зазоров в проточной части осевого компрессора и турбин ГТУ ОК Р21; Рз 1; Т2 Т; пЦБК 1; ^ 1

Перетоки сжатого воздуха и продуктов сгорания в статорах ОК и турбин мимо лопаточных аппаратов, а также утечки в атмосферу через концевые уплотнения турбомашин, фланцевые соединения и другие элементы 0К 1; р2 1; рз 1; Т2 Т; ПЦБК -1; Ле 1

Ухудшение технического состояния лопаточных аппаратов (забоины, эрозия, коробление, коррозия и другие повреждения) 0К р2 Т2 Т; пЦБК Ле 1

Увеличение неравномерности температурного поля за камерой сгорания Т3 ПЦБК1; Ле 1

Подогрев воздуха на входе осевого компрессора 0К 1; р2 1; Т2 Т; ПЦБК 1; Ле 1

Увеличение гидравлического сопротивления входного тракта ГТУ 0К 1; р2 1; ПЦБК 1; Ле 1

Увеличение гидравлического сопротивления выхлопного тракта ГТУ Ок Т; р4 Т; т4Т; пЩк1 Ле1

Эрозия, загрязнение и увеличение зазоров в проточной части центробежного нагнетателя природного газа ПЦБк1; АТТ; Лн 1

Не герметичность воздушного тракта регенератора Ок1; р2 1; Пцбк 1; Ле1

Загрязнение проточной части осевого компрессора ОК 1 р2 1; ПЦБК 1; Ле 1

Стрелки указывают на направление изменения параметра при условии одинаковой эффективной мощности для ГТУ и одинакового отношения объемного расхода природного газа к частоте вращения для ЦБК.

Эффективность работы газотурбинных газоперекачивающих агрегатов в значительной степени определяется состоянием проточной части ГТУ, которая в процессе эксплуатации всегда в той или иной степени характеризуется снижением показателей своей работы. Анализ видов неисправностей, наиболее характерных для ГТУ (таблица 1.1 ), связан с ухудшением технического состояния газовоздушного тракта. Это и увеличение зазоров, и перетоки сжатого воздуха, и

повреждение лопаточного аппарата, и, конечно, загрязнение проточной части осевого компрессора.

Анализ проведенных исследований показывает, что при ухудшении технического состояния проточной части осевого компрессора снижение расхода воздуха может достигать 6 %, а падение адиабатного КПД процесса сжатия в осевом компрессоре на 3 — 5 %. Это в свою очередь приводит к снижению располагаемой мощности ГТУ на 3 - 10 % и эффективного КПД ГТУ на 2 - 5 % [48, 54, 62].

Характерно, что все виды указанных в таблице 1.1 неисправностей проявляются в изменении термогазодинамических параметров, т.е. могут быть идентифицированы на базе методов параметрической диагностики. Помимо параметрического контроля также возможно применение вибрационного анализа, контроля функциональных параметров работы ГПА, визуально-оптические и трибодиагностические методы контроля [38].

Не смотря на имеющиеся способы диагностирования неисправностей, устранение обнаруженных отклонений в работе газотурбинного газоперекачивающего агрегата, и как следствие повышение эффективности его работы, возможно только с помощью качественного и своевременного технического обслуживания.

1.2 Основные способы повышения эффективности работы газотурбинного газоперекачивающего агрегата в межремонтный период

Для каждого из описанных причин ухудшения технического состояния существуют свои способы устранения и компенсации негативных последствий на параметры работы ГПА. Основными из них являются ремонт, модернизация и техническое обслуживание.

Ремонт - комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности ГПА и восстановления ресурсов изделий или их составных частей [26]. В свою очередь ремонты разделяют на текущий, средний и капитальный. Каждый из них отличается интервалами повторения, сроками

выполнения и объемом работ, которые устанавливаются для каждого типа агрегата нормативно-технической документацией и действующими инструкциями по ремонту.

Надежная и эффективная работа ГПА благодаря выполнению ремонтов достигается за счет соблюдения требований системы планово-предупредительных ремонтов (ППР).

Система ППР - это совокупность организационно-технических мероприятий по надзору, обслуживанию и ремонту агрегатов по заранее составленному плану, способствующих увеличению долговечности деталей и узлов при номинальных рабочих параметрах, предупреждению аварий, повышению культуры эксплуатации и уровня организации ремонта [79].

При ремонтах выполняются работы по разборке, очистке, дефектоскопии, ремонту (восстановлению) или замене поврежденных узлов и деталей, продлению ресурса, сборке и испытанию. Из описания видно, что эти работы требуют больших трудозатрат, поэтому для проведения ремонта, ГПА выводится из эксплуатации на время, которое может составлять от нескольких недель до нескольких месяцев.

Из-за длительности и сложности монтажных и пусконаладочных работ совместно с ремонтами выполняется полная или частичная модернизация узлов ГПА. Так под модернизацией (в процессе эксплуатации) для ГПА понимается внесение в конструкцию агрегата изменений и усовершенствований, повышающих его технический уровень и эксплуатационные параметры [69]. Модернизацию производят также для устранения морального износа оборудования. В этом случае отпадает необходимость замены морально устаревшего оборудования, что продлевает срок его службы.

К наиболее распространенным работам, выполняемым в рамках модернизации основного и вспомогательного оборудования компрессорных станций для повышения эффективности работы ГПА, можно отнести:

• замена морально устаревшего и выработавшего свой срок оборудования (например, регенераторов тепла, комплексного воздухоочистительного устройства, выхлопных шахт ГТУ и др.) [8];

• использование частотного регулирования электродвигателей, как системы вентиляции ГПА, так и АВО газа для снижения затрат электроэнергии [3];

• внедрение электрических стартеров для пуска агрегатов для снижения нагрузки на окружающую среду в результате уменьшения количества стравливаемого в атмосферу природного газа [21].

Другим способом поддержания технического состояния газотурбинных двигателей является их правильное и своевременное техническое обслуживание. Под данным понятием понимается комплекс операций по поддержанию работоспособности или исправности изделия при использовании по назначению, ожидании, хранении и транспортировании [26].

Например, контроль и профилактика элементов системы смазки, включая своевременная замена масляных фильтров, профилактика аппаратов воздушного охлаждения масла, поддержание работы масляного насоса по расходу масла не только снижает нагрузку на насосное оборудование, но и обеспечивает нормальную рабочую температуру масла в подшипниках ГГПА [54].

Каждая из выполняемых операций направлена на правильную и эффективную работу одного или нескольких узлов. Особое внимание необходимо обратить на техническое обслуживание осевого компрессора. Техническое состояние именно этого узла двигателя является одним из самых важных с точки зрения энергетической эффективности работы ГТУ.

Загрязнение лопаточного аппарата осевого компрессора газотурбинных установок приводит к заметному снижению располагаемой мощности и КПД газотурбинной установки [82]. Проточная часть осевого компрессора подвергается загрязнению аэрозолями и другими веществами, присутствующими в окружающей среде и попадающими на вход (рисунок 1.1).

0

Рисунок 1.1 - Отложение загрязнений на лопатках осевого компрессора

Для уменьшения загрязнения и для защиты лопаточного аппарата ОК от эрозийного воздействия пыли, на входе в компрессор устанавливается комплексное воздухоочистительное устройство, включающее грубую и тонкую очистку воздуха, поступающего в компрессор. Однако даже современные высокоэффективные фильтры не обеспечивают полной очистки воздуха и устранения загрязнения компрессора.

В связи с этим, основными мероприятиями по поддержанию технического состояния осевого компрессора в межремонтный период являются техническое обслуживание комплексного воздухоочистительного устройства, заключающееся в продувке, очистке или замене фильтр-элементов, а также очистка проточной части осевого компрессора с целью удаления отложений загрязняющих веществ с аэродинамических поверхностей.

Загрязнение циклового воздуха, поступающего в осевой компрессор ГТД, определяется воздействием внешних по отношению к ГТУ и внутренних, определяемых работой самого ГПА, факторов [17]. К внешним факторам относятся:

• естественные - пыль, пары воды, масла и других веществ, капли дождя, соли морской воды или солончаковых почв, насекомые, пыльца растений, гербициды;

• промышленные и транспортные - химические взвеси и пыль от промышленных предприятий, несгоревшее топливо (сажа, дым), городская пыль, выбросы, и пыль от транспортных средств.

Внешние загрязнения зависят от места расположения агрегата. Так для степной местности основным источником загрязнения будет являться пыль; для установок, эксплуатируемых в прибрежной зоне или на морских платформах -морская соль; для пустынь - частицы песка; для лесистой местности - пыльца и споры растений.

Причинами внутреннего загрязнения являются факторы, связанные с работой основного и вспомогательного оборудования самого газотурбинного двигателя:

• протечки масла и масляных паров из негерметичных разъемов подшипников, протечки из масляных уплотнений и из негерметичных маслоохладителей, установленных на входном тракте ряда ГТУ;

• капельная влага, соли из установок водоиспарительного охлаждения на входе в ОК;

• рециркуляция выхлопных газов на вход ГТУ.

Основными факторами, влияющими на механизм образования и скорость роста загрязнений, являются:

• конструкция, расчетные параметры и режим работы ГТУ: к примеру, ГТУ малой мощности (с малым размером лопаток) более подвержены загрязнению, чем ГТУ большей мощности;

• местоположение ГТУ на общем плане компрессорной станции по отношению к остальному оборудованию, при проектировании КВОУ должна быть принята во внимание роза ветров в данном месте для исключения попадания испарений из маслобаков и выхлопных газов от выхлопных труб на вход в ОК;

• качество и технический уровень обслуживания оборудования ГТУ (регулярная проверка и проведение очистки или замены воздушных фильтров);

• погодные условия (температура и относительная влажность воздуха, атмосферные осадки, ветер и другие факторы).

Процесс образования загрязнения в проточной части осевого компрессора сложен и мало изучен. Рассмотрение данной проблемы касается двух вопросов: как частицы достигают аэродинамических поверхностей осевого компрессора, и каковы механизмы прилипания частицы к данным поверхностям.

Частицы, попавшие в осевой компрессор, будут двигаться по линиям потока. При ускорении частицы не следуют точно за потоком газа. Отклонение траектории частиц от траектории газа - функция от скорости и ускорения газа, размера и плотности частицы. Поведение частицы при этом описывается числом Стокса

St = Pf^, L = S'Sin - Pi), (11)

18•Ц•2L

где р - плотность; d - характерный размер (диаметр); U - скорость движения; ^ - вязкость; L - характерная длина для рассматриваемой частицы; s - хорда профиля лопатки; р;, в2 - соответственно углы входа и выхода лопатки.

На практике это означает, что отклонение потока на лопатке компрессора будет причиной отклонения частиц от траектории потока. Большие частицы (5 - 10 мкм), с большим числом Стокса, будут показывать большее отклонение от траектории движения потока, вследствие этого будут более частыми соударения с нагнетающей стороной лопатки. Всасывающей поверхности лопатки будут достигать маленькие частицы (до 5 мкм), воздействие на которые носят не столько инерционный и перехватывающий характер (как в случае более крупных частиц), а скорее диффузионный, пропорциональный начальной концентрации частиц в газе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Федосеев Артем Юрьевич, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абдулин Б.Р. К оценке технического состояния газотурбинного двигателя, работающего в условиях загрязнения проточной части / Абдулин Б.Р., Алаторцев В.П., Волик А.А., Х.С. Гумеров // «Вестник УГАТУ». - 2007. - № 1 (19) (Т. 9.). - С. 22 - 25.

2. Агрегат газоперекачивающий ГПА-Ц-16. Техническое описание 1.4300.4.0000.000 ТО с изд. № 82, 1984. - 110 с.

3. Алимов С.В., Лифанов В.А., Миатов О.Л. Аппараты воздушного охлаждения газа: опыт эксплуатации и пути совершенствования // «Газовая промышленность». - 2006. - № 6. - С. 54 - 57.

4. Анализ эффективности работы ГПА с газотурбинным приводом / Бухолдин Ю.С., Парафейник В.П., Романов В.В., Смирнов А.В. // «Газотурбинные технологии». - 2011. - № 3. - С. 8 - 12.

5. Андриец А.Г. О рациональной периодичности очистки проточной части ГТД от загрязнения // «Авиационно - космическая техника и технология». - 2004. - № 7 (15). - С. 13 - 15.

6. Андриец А.Г., Павлов С.В., Коротич А.А. Применение твердого очистителя для очистки работающего ГТД // «Газотурбинные технологии». - 2005. - № 5. - С. 32 - 35.

7. Антипов Б.Н. Энерготехнологическое оборудование компрессорных станций: Учебное пособие. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина, 2017. - 192 с.

8. Апостолов А.А. Энергосбережение в трубопроводном транспорте газа / А.А. Апостолов, Р.Н. Бикчентай, А.М. Бойко, Н.В. Дашунин, А.Н. Козаченко, А.С. Лопатин, В.И. Никишин, Б.П. Поршаков. М.: Издательство «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2000. -176 с.

9. Арсеньев Л.В., Тырышкин В.Г. и др. Стационарные газотурбинные установки - Л.: Машиностроение, ЛО, 1989 г. - 543 с.

10. Байков И.Р., Китаев С.В., Шаммазов И.А. Методы повышения энергетической эффективности трубопроводного транспорта природного газа - СПб.: Недра, 2008. - 440 с.

11. Белянин Н.М. Влияние шероховатости поверхности лопаток на течение газа в компрессоре // «Труды ЦИАМ». - М., 1985. - Вып. 1128. -С. 138 - 149.

12. Берман С.С. Расчет теплообменных аппаратов - Л.: Госэнергоиздат, 1962.

- 240 с.

13. Бикчентай Р.Н., А.С. Лопатин. Термодинамические расчеты газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом при различных режимах. Методические указания - М.: МИНГ, 1989. - 68 с.

14. Билик Ш.М. Абразивно-жидкостная обработка - М.:Машгиз, 1960.- 200с.

15. Богданов С.Н. Холодильная техника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: справ.; под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. / С.Н. Богданов, С.И. Бурцев, О.П. Иванов, А.В. Куприянова. - СПб.: СПбГАХПТ, 1999. - 320 с.

16. Бодров А.И. Результаты промывки осевого компрессора ГПА ГТК-25И / А.И. Бодров, Н.В. Дашунин, С.Ф. Жданов, А.П. Тарабрин, А.В. Щуровский // «Компрессорная техника и пневматика». - 2000. - № 4.

- С. 34 - 38.

17. Вагнер В.В. Противообледенительная система газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом / В.В. Вагнер, М.Ю. Карнаухов, В.Е. Курилов, А.А. Машков, С.А. Редикульцев // Патент России № 2573437. -2016. - Бюл. № 2.

18. Ванчин А.Г., Ромоненков С.А., Федосеев А.Ю. Система антиобледенения входного очистительного устройства газоперекачивающего агрегата с газотурбинным двигателем // Патент России № 174364. - 2017. -Бюл. № 29.

19. Гавра Г.Г., Михайлов П.М., Рис В.В. Тепловой и гидравлический расчет теплообменных аппаратов компрессорных установок. Учебное пособие. -Л.: ЛПИ, 1982. - 72 с.

20. Газпром в цифрах 2012-2016. Справочник. - М.: ПАО «Газпром», 2017. -93 с.

21. Годовский Д. А., Артемьева Е. Л. Оценка эффективности применения электрического запуска газотурбинных установок на компрессорных станциях // «Нефтегазовое дело». - 2016. - № 3 (Т. 14). - С. 88 - 95.

22. Голов П.В., Жохов В.Л., Ленев С.Н. Новый стандарт тестирования и оценки воздушных фильтров ISO 16890 // «Газотурбинные технологии». -2017. - № 5. - С. 28 - 31.

23. Головина Н.Я., Кривошеева С.Я. Исследование отложений на лопатках компрессора вертолетного ГТД // «Фундаментальные исследования». -2015. - № 7 (часть 1) - С. 76 - 78. URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38728 (дата обращения: 22.01.2019).

24. Горелов В.И. Эксплуатация корабельных газотурбинных установок. - М.: Воениздат, 1972. - 310 с.

25. ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент. - М.: Стандартинформ, 2007. - 13 с.

26. ГОСТ 18322-2016 Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения. - М.: Стандартинформ, 2017. - 13 с.

27. Горюхин Р.Е. Оценка экономической эффективности внедрения ГПА-16У в единую систему газоснабжения России // «Нефть, газ и бизнес». -2015. - № 12. - С. 3 - 10.

28. Гусев С.В. Влияние температуры и концентрации неорганической соли на фазовое состояние водных систем с ПАВ оксифос Б // «Современные проблемы науки и образования». - 2012. - № 6 URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=7988 (дата обращения: 15.04.2018).

29. Двигатель НК-16СТ. Руководство по технической эксплуатации. СНТК им. Н.Д. Кузнецова, г. Самара, 1982 г. - 1035 с.

30. Ермошин А.Н. Оптимизация работы воздухоочистительных устройств ГПА с точки зрения защиты от обледенения / Ермошин А.Н., Погребнова О.В., Ефремов А.Н., Злобин С.В. // «Газотурбинные технологии». - 2015. - № 3. - С. 12 - 16.

31. Жохов В.Л. Мониторинг окружающей среды и фильтрующей системы КВОУ ГТУ - залог успешной работы ТЭЦ // «Газотурбинные технологии». - 2008. - № 1. - С. 30 - 31.

32. Жохов В.Л. Рейтинг загрязненности атмосферного воздуха на всасе КВОУ ГТУ // «Газотурбинные технологии». - 2019. - № 2. - С. 42 - 46.

33. Жохов В.Л, Шрот Т., Кагна М. Обеспечение качественной фильтрации воздуха для ГТУ // «Газотурбинные технологии». - 2007. - № 8. -С. 22 - 27.

34. Загоринский Э.Е. Эффективность применения отечественных конвертированных авиационных приводов для ГПА мощностью 16 МВт // «Газотурбинные технологии». - 2006. - № 7. - С. 18 - 21.

35. Загоринский Э.Е, Мельситдинова Н.В. Анализ экономической эффективности конвертированных авиационных и судовых ГТУ в классе мощности 16 МВт // «Газотурбинные технологии». - 2001. - № 6. -С. 16 - 19.

36. Занун Э.С. Масштабирование усредненного потока вдоль пограничных слоев на гладкой и шероховатой стенках // «Теплофизика и аэромеханика». - 2010. - № 1. (Т. 17). - С. 23 - 42.

37. Зарицкий С.П. Диагностика газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. - М.: Недра, 1987. - 198 с.

38. Зарицкий С.П., Лопатин А.С. Диагностика газоперекачивающих агрегатов: Учебное пособие. Часть I. - М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2003. - 177 с.

39. Злобин С.В., Заозерова Т.Р., Голдобин Е.С. К вопросу об унификации газоперекачивающих агрегатов // «Газотурбинные технологии». - 2010. -№ 9. - С. 28 - 32.

40. Зорькина О.В., Ерохин С.К. Унификация агрегатного оборудования ГПА на базе стационарных газотурбинных установок мощностью 16, 25 и 32 // «Газотурбинные технологии». - 2014. - № 8. - С. 14 - 17.

41. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.

42. Иноземцев А.А., Нихамкин М.А., Сандрацкий В.Л. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Том 2. Компрессоры. Камеры сгорания. Форсажные камеры. Турбины. Выходные устройства. - М.: Машиностроение, 2008. - 365 с.

43. Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию двигателя НК-12СТ. - Самара, 1992. - 448 с.

44. Ишков А.Г. Современное состояние и перспективное развитие направлений энергосбережения в транспорте газа / А.Г. Ишков, Г.А. Хворов, М.В. Юмашев, Е.В. Юров, Л.К. Ешич // «Газовая промышленность». - 2010. - № 9. - С. 36 - 39.

45. Калинин А.Ф. Расчет, регулирование и оптимизация режимов работы газоперекачивающих агрегатов. - М.: МПА-Пресс, 2011. - 264 с.

46. Карандашов Б.М., Шерстобитов А.П., Дробинина Ю.С. Воздухоочистительное устройство для газотурбинного двигателя // Патент России № 2392463. - 2010. - Бюл. № 17.

47. Кириллов Д. Блочно-контейнерный конструктор // «Корпоративный журнал ОАО «Газпром». - 2014. - №7-8. - С. 20 - 24. URL: http://www.gazprom.ni/f/posts/18/468485/gazprom-magazine-2014-07-08.pdf (дата обращения: 11.02.2019).

48. Козаченко А.Н., Никишин В.И., Поршаков Б.П. Энергетика трубопроводного транспорта газов. - М.: Нефть и газ, 2001. - 398 с.

49. Козаченко А.Н. Эксплуатация компрессорных станций магистральных газопроводов. - М.: Нефть и газ, 1999. - 463 с.

50. Копсов А.А., Бирюлёв В.Г., Щедров Е.А. Воздухоочистка на современных ГТУ и ГПУ в России // «Газотурбинные технологии». -2010. - № 2. - С. 30 - 34.

51. Кореневский Л.Г., Фишер А.В., Юдовин Б.И. Комплексное воздухоочистительное устройство для очистки циклового воздуха газотурбинной установки // Патент России № 2344302. - 2009. - Бюл. №2.

52. Лисицына О.В. Трехступенчатые компакт-кассеты для подготовки циклового воздуха ГПА /, Подлегаев С.Н, Пчелкин В.В., Шестоперова О.А. // «Газотурбинные технологии». - 2004. - №4. - С. 32 - 33.

53. Ломов С.А., Ломов И.С. Основы математической теории пограничного слоя. - М.: Издательство МГУ, 2011. - 455 с.

54. Микаэлян Э.А. Повышение надежности, безопасности, устойчивой работы газотурбинных газоперекачивающих агрегатов // «Труды Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина». - 2009. - № 4. - С. 105 - 113.

55. Михайлов Е.И., Резник В.А., Кринский А.А. Комплексные воздухоочистительные устройства для энергетических установок. - Л.: «Машиностроение» 1978. - 144 с.

56. Михайлов А.А. О возможности применения авиационных методик в наземных целях // «Газотурбинные технологии». -2009. -№ 1. - С. 30-32.

57. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи; изд. второе. - М.: Энергия, 1977. - 344 с.

58. Методика проведения промывки на ходу проточной части осевого компрессора НК-16СТ и его модификаций. ТТР 11.060.000-ПМ-001. -Санкт-Петербург, 2009. - 8 с.

59. Научно-техническая политика ОАО «Газпром» в области газоперекачивающей техники // «Газотурбинные технологии». - 2010. -№ 3. - С. 2 - 6.

60. Ночовная Н.А., Никитин Я.Ю. Современное состояние вопроса в области очистки проточной части компрессора ГТД от эксплуатационных загрязнений (обзор) // Электронный научный журнал «Труды ВИАМ». -2017. - №3. URL: https://dx.doi.org/10.18577/2307-6046-2017-0-3-5-5 (дата обращения: 10.02.2019).

61. Повышение энергетической эффективности транспортировки газа на примере экспортных коридоров. Сайт ПАО «Газпром. [Электронный ресурс]. URL: http://www.gazprom.ru/fZposts/28/021507/export-corridors-2016-09-30_2.pdf (дата обращения: 17.02.2019).

62. Понькин В.Н. Комплекс технических решений по повышению эффективности ГПА / В.Н. Понькин, Е.И. Жильцов, Б.А. Кесель, А.А. Корноухов // «Газотурбинные технологии». - 2009. - № 2. - С. 18 - 22.

63. Поршаков Б.П. Энергосберегающие технологии при магистральном транспорте природного газа: Учебное пособие / Б.П. Поршаков, А.Ф. Калинин, С.М. Купцов, А.С. Лопатин, К.Х. Шотиди. - М.: Издательский центр РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2014. - 408 с.

64. Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача (в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности): Учебник для вузов. - М.: Недра, 1987. - 349 с.

65. Пивоваров В.А., Хрустиков С.Г., Коротков В.А. Диагностика повреждаемости авиационных конструкций: Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 2008. - 74 с.

66. Пчелкин В.В., Лисицына О.В., Подлегаев С.Н. Воздухоочистительные устройства - этапы развития // «Газотурбинные технологии». - 2007. -№3. - С. 14 - 18.

67. Пыхтеев В.Г. Комплексное воздухоочистительное устройство / Пыхтеев В.Г., Федоренко Н.Д., Оболенский О.К., Ткачуков Л.В., Сказыткин К.А. // Патент России № 2414611. - 2011. - Бюл. № 8.

68. Пыхтеев В.Г. Реконструкция газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-16 с учетом современных требований / Пыхтеев В.Г., Федоренко Н.Д., Ткачуков Л.В., Шевченко А.Н. // «Газотурбинные технологии». - 2009. -№9. - С. 20 - 25.

69. Р 50-605-80-93 «Система разработки и постановки продукции на производство. Термины и определения». [Электронный ресурс]. URL: http: //gostrf.com/normadata/1/4293827/4293827526. htm (дата обращения 01.03.2019г.)

70. Р Газпром 2-3.5-438-2010 «Расчет теплотехнических, газодинамических и экологических параметром газоперекачивающих агрегатов на переменных режимах». - М.: ОАО «Газпром», 2010. - 70 с.

71. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. - М.: Энергия, 1980. - 424 с.

72. Сайт группы предприятий «ЛЕМИКС» [Электронный ресурс]. URL: http://lemix-samara.ru/liquid.html (дата обращения: 12.04.2019).

73. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. Изд. 2-е. - М.: Энергия, 1970. - 288 с.

74. СТО Газпром 2-1.20-601-2011 «Методика расчета эффекта энергосбережения топливно-энергетических ресурсов, расходуемых на собственные технологические нужды магистрального транспорта газа». -М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2012. - 68 с.

75. СТО Газпром 2-2.1-226-2008 «Технические требования к воздухоочистительным устройствам газоперекачивающих агрегатов». -М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2008. - 22 с.

76. СТО Газпром 2-3.5-138-2007 «Типовые технические требования к газотурбинным ГПА и их системам». - М:. ООО «ИРЦ Газпром», 2007 - 35 с.

77. Струговец С.А. Разработка метода параметрической диагностики технического состояния ГТД на основе анализа эрозии лопаток и закономерностей протекания характеристик компрессора / С.А. Струговец, И.А. Кривошеев, Р.М. Галиулин, Р.Ф. Камаева, К.Е. Рожков // «Вестник УГАТУ». - 2010. - № 4 (39). (Т. 14) - С. 3 - 10.

78. Тарасов Ф.М. Тонкослойные теплообменные аппараты. - М. - Л.: Машиностроение, 1964. — 364 с.

79. Терентьев А.Н., Седых З.С., Дубинский В.Г. Надежность газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом. - М.: Недра, 1979. - 207 с.

80. Терещенко В.Г. Определение параметров соударения абразивных частиц с поверхностями лопаток вентиляторов // «Сборник научных трудов СевКавГТУ». Серия «Естественнонаучная» - 2005. - № 1. - С. 188 - 196.

81. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. -М.: «Химия», 1975. - 264 с.

82. Тренин В.М., Кросслинг П.Г. Очистка компрессора и восстановление характеристик газовой турбины // «Газотурбинные технологии». - 2007. -№4. - С. 16 - 18.

83. Федорченко Д.Г. Система подогрева циклового воздуха газоперекачивающего агрегата «Нева-25НК» / Д.Г. Федорченко, А.В. Федосов, Ю.И. Климнюк, В.И. Цибизов // «Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета». - 2009. - № 3 (19). -С. 9 - 12.

84. Федосеев А.Ю., Калинин А.Ф. Определение оптимальной периодичности промывки проточной части осевых компрессоров газотурбинных двигателей // «Территория НЕФТЕГАЗ». - 2017. - № 1-2. - С. 108-112.

85. Федосеев А.Ю., Калинин А.Ф. Оценка изменения технического состояния осевого компрессора газотурбинного двигателя в процессе эксплуатации // Территория «НЕФТЕГАЗ». - 2017. - № 7-8. - С. 112-117.

86. Федосеев А.Ю., Калинин А.Ф. Оценка эффективности очистки проточной части осевого компрессора газотурбинного двигателя // «Нефть, газ и бизнес». - 2016. - № 8. - С. 30 - 33.

87. Федосеев А.Ю. Повышение эффективности работы системы антиобледенения ВОУ ГПА-Ц-16 // «Газотурбинные технологии». - 2017. - № 5. - С. 22 - 26.

88. Фраас А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников. Перевод с англ. - М.: Атомиздат, 1971. - 659 с.

89. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для теплоэнергетических специальностей ВУЗов. - 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1984. - 416 с.

90. Шайхутдинов А.З. Современная газокомпрессорая техника - результат совместной деятельности производителей и потребителей / А.З. Шайхутдинов, В.В. Седов, С.Ю. Сальников, В.А. Щуровский // Труды XVI Международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Санкт-Петербург. - 23-25 сентября 2014.- С.8-16.

91. Шальман Ю.И. Износ и изменение параметров осевой и центробежной ступеней при работе на запыленном воздухе. // «Вертолетные газотурбинные двигатели: сборник статей». - М.: Машиностроение. -1966. - С. 163 - 198.

92. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. - М.: Наука, 1974. - 742 с.

93. Шорр Б.Ф., Мацаренко В.С. Расчетно-экспериментальное исследование динамического воздействия кусков льда на пластину имитатор пера рабочей лопатки осевого компрессора авиационного двигателя // «Электронный научно-технический журнал «Наука и образование». -2014. - № 6. - С. 307 - 318.

94. Шулекин В.Т., Лазарев Е.А. Оценка влияния повреждений рабочих и направляющих лопаток компрессора на эффективность функционирования авиадвигателей // «Научный вестник МГТУ ГА». -2005. - № 85. - С. 51 - 56.

95. Щуровский В.А., Зайцев Ю.А. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. - М.: Недра, 1994. - 192 с.

96. Щуровский В.А., Левыкин А.П. Загрязнение и очистка проточных частей осевых компрессоров газотурбинных установок. - М.: ВНИИЭГАЗПром. Серия «Транспорт и хранение газа». - 1986, вып. 11. - С. 28.

97. Щуровский В.А. Энергоемкость магистрального транспорта газа и потребности в газоперекачивающей технике // «Газотурбинные технологии». - 2009. - № 1. - С. 8 - 10.

98. Эккерт Б. Осевые и центробежные компрессоры. Применение, теория, расчет. Пер. с нем. / Пер. Фролов Е.С., Захаров Б.Д. - М.: Гос.науч.-техн. изд-во машиностроит. лит., 1959. - 678 с.

99. Brekke, O., and Bakken, L. E., Performance Deterioration of Intake Air Filters for Gas Turbines in Offshore Installations // ASME, 2010, P. GT2010 - 22454.

100. Kurz R., Brun K. Fouling mechanisms in axial compressors // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. March 2012, Vol. 134. P. 032401

101. Schroth T. Customized filter concepts for intake air filtration in gas turbines and turbocompressors // Diesel & Gas Turbine Worldwide, October 1993, p. 38-40

102. Schroth, T., Rothmann, A., and Schmitt, D., Nutzwert eines dreistufigen Luftfiltersystems mit innovativer Technoloie fuer stationaere Gasturbinen VGB Powertech. 2007. p. 48-51.