Противопомпажная защита 1ДБН

Рис. 3.17. Система подогрева циклового воздуха агрегата ГПА-Ц-6,3:

1 - решётка распределительная; 2 - вентиль с электроприводом; 3 - воздуховод;

5 - эжектор; 6 - трубопровод

Помпаж, или неустойчивый режим работы, нагнетателя является наи­более опасным автоколебательным режимом в системе нагнетатель - газо­провод, приводящий к срыву потока в проточной части нагнетателя.

772

глава 3

173

Эксплуатация ГПА с газотурбинным приводом

 

Газовая постоянная 2927 2927 _1___

(3.3)

Коэффициент сжимаемости газа по параметрам входа определяется по номограмме рис. 1.1, либо по соотношению [2]:

1————- Г'вх - 0,04^f- = 0,93,                                                         (3.4) Свх  Твх )                    Твх

Внешне помпаж проявляется в виде хлопков, сильной вибрации на­гнетателя, отдельных периодических толчков, в результате чего воз­можны разрушение рабочего колеса нагнетателя, повреждение упорно­го подшипника, разрушение лабиринтных уплотнений и т.д. Возникно­вение помпажа в нагнетателе вызывает колебания частоты вращения и температуры газа ГТУ, приводящей во вращение нагнетатель, и, как следствие, к возникновению неустойчивой работы осевого компрессо­ра, что, в свою очередь, приводит к аварийной остановке ГПА.

Причинами возникновения помпажа является изменение характери­стики сети (газопровода), вследствие:

• колебаний давления газа в газопроводе;

• влияния параллельно включенных, но более напорных нагнетателей;

• неправильной или несвоевременной перестановки кранов в трубной обвязке нагнетателя.

Изменение режима работы нагнетателя до значительного уменьше­ния расхода газа (приблизительно до 60% расчетного значения), вслед­ствие:

• снижения частоты вращения нагнетателя ниже допустимой;

• ухудшения технического состояния газотурбинного привода;

• попадания посторонних предметов на защитную решетку нагнетате­ля и ее обледенение и др.

Режимы работы нагнетателя по расходу газа, как правило, ограни­чиваются 10% - м запасом от границы помпажа (рис.3.18) и определя­ются как:

где т_вх - соотношение температур газа на входе и критической

(т„=Г_в/ 7^=1,52); тг_вх - соотношение давлений газа на входе и критического

Т_к - критическая температура (Т_к = 1 90, 1 К); Р_к - критическое давление (Р_к = 4,73 МПа). Плотность газа на входе

р=10⁴Р / z RT =10⁴-3,9/ 0,93- 289,2-52,2 =28,32 кг/м³.

Гвх      их     вх      вх              '       '               '       '           '

Объемная производительность нагнетателя

Q = Q /0,06 7Г~ =⁴⁷⁵ ' °>⁶⁷⁶ / °>⁰⁶ / 28,32 = ^{189 м3/ мин}-

^                  ^КОММ    '                                                             '

сть

Приведенная объемная производительно

= (Q- Q V X,  ЗАЛОМ

-100% £

(3.1)

МИ'   *-"ПОМП

 

Пример 3.2. Определить запас устойчивой работы нагнетателя ГПА-Ц-6,3/56М-1,45, имеющего следующие параметры рабочего режи­ма: давление газа на входе нагнетателя Р_вх=3,9 МПа, давление газа на выходе нагнетателя Р_вых=5,3 МПа, температура газа на входе /,=16 °С, частота вращения нагнетателя и₀=8 100 об/мин, производительность на­гнетателя Q_KOMM-475 тыс.н-м³/ч, плотность газа р₀ = 0,676 кг/м³.

Ро 1,205

Решение. Относительная плотность газа по воздуху

(3.2)

Р =

= 0,56.

Q = Q — = 189 • 8200 / 8100 = 191,3 м³/ мин. ^пр    и

Запас устойчивой работы нагнетателя S =(Q - Q } IQ -100% = (191,3-135)/135-100% =41,7%,

V «- rip *^-пр. помп/ *-ч1р. помп.                             \      1              /                                              '     '

где Q _{пр помп} =135 м³/мин определяется по характеристике нагнета-

теля.

Эксплуатационный персонал должен по показаниям штатных при­боров периодически контролировать положение рабочей точки на ха­рактеристике нагнетателя и не допускать ее приближения к опасной

175

Эксплуатация ГПА с газотурбинным' приводом

глава 3

774

 

 

 

Рис. 3.18. Принципиальная характеристика нагнетателя с линиями ограничения

по помпажу; Q - объёмный расход газа; Нр- относительный политропный напор;

1 - нормальный режим работы нагнетателя; Г - режим работы нагнетателя после

открытия перепускного крана; 1" - режим полного открытия перепускного крана;

Г"- режим работы нагнетателя с малыми возмущениями. I - линия контроля

помпажа; II - линия ограничения больших возмущений; III - линия границы

помпажа; IV - линия ограничения числа хлопков

зоне, для чего при работе на частичных режимах необходимо повышать частоту вращения нагнетателя либо уменьшать напор и расход парал­лельно работающей группы нагнетателей. При возникновении помпа­жа необходимо открыть перепускной кран, соединяющий линию нагне­тания со всасываюшей, при этом расход газа че£ез нагнетатель увели­чится, а степень сжатия снизится, рабочая точка нагнетателя перемес­тится вправо от границы помпажа (см. рис. 3.18).

В настоящее время существует достаточно много противопомпаж-ных автоматических систем, позволяющих недопустить попадание на­гнетателя в помпаж и сигнализирующих о приближении рабочей точ­ки к границе помпажа. Наиболее распространенные системы основа­ны на сопоставлении величины расхода газа с создаваемым нагнета­телем напором с последующим воздействием на перепускной кран.

Хорошо известны сигнализаторы помпажа, разработанные НЗЛ, ко­торые укомплектованы пневмотическими ППЗ на базе элементов си­стемы «Старт».

Более современные системы включают защиту и регулирование на­гнетателя в области помпажных режимов и имеют перепускной кран с регулируемым проходным сечением. К таким системам относится, на­пример, система фирмы ССС («Компрессор контроле корпорейшн»).

Данная система антипомпажной защиты обеспечивает положе­
ние рабочей точки нагнетателя в правой зоне от линии границы пом­
пажа (см. рис. 3.18, линия III). Это достигается открытием перепус­
кного (антипомпажного) крана на величину, необходимую для под­
держания минимального расхода. Вследствие большой инерцион­
ности системы нагнетатель — газопровод воздействие на перепуск­
ной клапан должно начаться до того, как рабочая точка достигнет
границы помпажа. Точка на характеристике нагнетателя, соответ­
ствующая открытию клапана, является линией контроля помпажа,
(см. рис. 3.18, линия I). Расстояние между линией контроля и линией
границы помпажа определяет предел безопасности или зону контро­
ля помпажа (заштрихованная площадь на рис. 3.18). Открытие пе­
репускного клапана увеличивается по мере перехода рабочей точ­
ки в зону контроля помпажа. Расстояние между рабочей точкой на­
гнетателя и границей помпажа рассчитывается с использованием
следующего соотношения:                                                                    ^;

'-1

(3.5)

ж-1

где Я - политропный напор; Q_s - коэффициент объемного расхода; Р -абсолютное давление на входе; е - степень сжатия; т-показатель политропы, fm-iyw = lg(r_Bbix/r_Bx)/lgs; АР_к- перепад давления на конфузоре.

Отношение значений параметра Я_р /<2²₈=1/к в рабочей точке и на границе помпажа при постоянной частоте вращения является соотноше­нием наклонов двух линий, проходящих через рабочую точку и точку на границе помпажа (см. рис. 3.18). Расстояние между границей помпажа и линией контроля помпажа S рассчитывается как производная от АР_к в результате чего критерий S будет равен 1,0, когда рабочая точка на­ходится на линии контроля помпажа, и больше 1,0, когда рабочая точка находится в зоне контроля помпажа. Зона контроля помпажа имеет две области регулирования:

глава 3

776

177

Эксплуатация ГПА с газотурбинным приводом

 

• область регулирования между линиями I и II соответствует малым возмущениям потока газа;

• область регулирования между линиями II и III соответствует боль­шим возмущениям потока газа;

Регулятор, рассчитывая расстояние рабочей точки от границы пом-пажа в случае его работы в области регулирования между линиями I и II (точка Г"), воздействует на перепускной регулирующий клапан типа «Моквелд», перепускает часть газа с выхода нагнетателя на вход, вос­станавливая режим работы нагнетателя в точке Г Если же рабочая точ­ка нагнетателя находится в области регулирования между линиями II и III (точка 1 Г), то при быстром приближении к границе помпажа, регули­рующий клапан полностью открывается, а зате^ несколько прикрыва­ется по мере удаления рабочей точки от границы помпажа, устанавли­вая режим работы нагнетателя, соответствующей точке Г. В случае, если помпаж все-таки произошел, а это значит, что рабочая точка нахо­дится между линиями III и IV, регулятор ограничивает число «хлопков» путем удаления линии контроля помпажа от линии границы помпажа.