CC BY
9
■Q Q.
Представлет методика та результати експериментально-го дослидження теплового стану кожуха для шумотеплоiзоляцii газотурбтного двигуна ДГ90Л2 у складi турбоблока газоперека-чувального агрегату ГПА-Ц-16С. Виявлеш розподЫи температур повтря та внутрштх поверхонь стток кожуха та вплив теплового випромтювання вид двигуна на тепловий стан кожуха. Отриман дан е придатними для верифжацп математичноi моделi теплового стану кожухiв
Ключовi слова: газоперекачу-вальний агрегат, газотурбтний привид, кожух для шумотеплоiзо-ляцп, тепловий стан, темпера-
турн вимiрювання
□-□
Представлены методика и результаты экспериментального исследования теплового состояния кожуха шумотеплоизолиру-ющего газотурбинного двигателя ДГ90Л2 в составе турбоблока газоперекачивающего агрегата ГПА-Ц-16С. Выявлены распределения температур воздуха и внутренних поверхностей стенок кожуха и влияние теплового излучения от двигателя на тепловое состояние кожуха. Полученные данные пригодны для верификации математической модели теплового состояния кожухов
Ключевые слова: газоперекачивающий агрегат, газотурбинный привод, шумотеплоизолирующий кожух, тепловое состояние, температурные измерения
■о о
УДК 621.438
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.56244|
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ ТЕПЛОВОГО СТАНУ КОЖУХА ДЛЯ ШУМОТЕПЛО1ЗОЛЯЦП ГАЗОТУРБ1ННОГО ДВИГУНА ДГ90Л2 У СКЛАД1 ТУРБОБЛОКА АГРЕГАТУ ТИПУ ГПА-Ц-16С
О. М. Щербаков
Кандидат техшчних наук, провщний шженер-конструктор* E-mail: scherbakov_o@frunze.com.ua Д. О. Ткачен ко Начальник вщдту* E-mail: tkachenko_d@frunze.com.ua В. П. П а р аф i й н и к Доктор техшчних наук, старший науковий ствроб^ник** E-mail: sparzha-2008@mail.ru В. М. Гурченко Начальник компресорноТ станцп Долинське лшшне виробниче управлшня мапстральних газопроводiв ПАТ «Укртрансгаз» ф^я УМГ «Прикарпаттрансгаз» с. Княжолука, 1вано-Франмвська обл., УкраТна, 77540
E-mail: gurinenko-vm@utg В. £. Костюк Кандидат техшчних наук, старший науковий ствробЬник, провщний науковий ствробЬник*** E-mail: kostyuk.v@mail.ru О. I. Скрипка Кандидат техшчних наук, доцент*** E-mail: aedlab@gmail.com О. I. Кирилаш Молодший науковий ствробЬник*** E-mail: kirilash-elena@rambler.ru *Вщдт турбобломв** **ПАТ «Сумське машинобудiвне науково-виробниче об'еднання» вул. Горького, 58, м. Суми, УкраТна, 40004 ***Кафедра конструкцiТ авiацiйних двигунiв Нацiональний аерокосмiчний унiверситет iм. М. £. Жуковського
«Харкiвський авiацiйний iнститут» вул. Чкалова, 17, м. Хармв, УкраТна, 61070
1. Вступ
Одшею з принципових конструктивних особли-востей газоперекачувальних агрегаив (ГПА) типу ГПА-Ц, що ствоpeнi на 6a3i конвертованих газотур-бiнних двигунiв (ГТД) aвiaцiйного та суднового
типiв, е pозмiщeння двигуна у склaдi турбоблока агрегату в спещальному кожусi для шумотeплоiзо-ляцii (КШТ), обладнаному системою мехашчноТ вен-тиляцii. В конструкщях ГПА, що створюються в ПАТ «Сумське мaшинобудiвнe науково-виробниче об'еднання» (Украша) (дaлi СМНВО), турбоблок
С П. м. Щербаков, Д. о. Ткаченко. В. П. Параф^нпк. В. М. Гурченко. В. С. Ностюк. О. i. Скрипка. 0. i. Нирчлаш. 20X5
розташовують на единш фундаментнiй paMi, яку використовують для pозмiщення приводного ГТД, вщцентрового компресора (ВК), а також елементГв вихлопного тракту, систем - змащування та ущдль-нення, паливно!, автоматизовано! системи керування (АСК) та шших елементiв агрегату.
У зв'язку 3i створенням СМНВО унiфiковaних турбоблоюв, на основi яких розробляють агрегати не тГльки блоково-контейнерного, але й ангарного типу (в шдиввдуальних укриттях iндустpiaльного виконан-ня), для ГТД створюють унiфiковaнi конструкцГ! КШТ, що забезпечують нaдiйну експлуaтaцiю двигунiв по-тужнiстю 6,3...25 МВт у склaдi ГПА piзного призначен-ня. КШТ е складною та вщповщальною системою ГПА, осюльки вiн мае забезпечувати:
- зниження piвня шуму, що створюе ГТД, з метою виконання вимог норм охорони пращ;
-захист людей вщ впливу високих температур з боку ГТД;
- потpiбнi температурш умови роботи ГТД i до-помiжного обладнання, що встановлеш всеpединi КШТ (зокрема, контpольно-вимipювaльних пpилaдiв, дaтчикiв системи пожежно! сигнaлiзaцii та контролю зaгaзовaностi, свiтильникiв, тpубопpоводiв гвдравлГч-них систем, кабельних трас та ш.);
- нaдiйну роботу системи змащування ГПА та ушдльнень ВК в широкому дiaпaзонi температур до-вколишнього середовища (-55...+45 °С);
- ефективну роботу системи пожежогасшня та ви-бухозахисту ГПА в paзi виникнення aвapiйних ситу-ацш за рахунок правильного вибору типу датчиюв i мiсць !х розташування у вiдповiдних зонах робочого простору в КШТ.
У зв'язку iз викладеним вище фaхiвцi Нащонально-го aеpокосмiчного унiвеpситету iм. М. 6. Жуковського «Харювський aвiaцiйний шститут» (дaлi НАКУ «ХА1») розробили узагальнену математичну модель (ММ) теплового стану КШТ [1] i методику його aнaлiзу iз засто-суванням програмного комплексу ANSYS Fluent [2].
Для отримання експериментальних даних, що за-безпечують верифжащю ММ, фaхiвцi СМНВО разом iз фaхiвцями НАКУ «ХА1» провели на компресорнш станцГ! «Долина» нaтуpнi дослГдження теплового стану КШТ у склaдi турбоблока блоково-контейнерного агрегату ГПА-Ц-16С/76-1,45.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка питання
НайбГльш мaсштaбнi роботи з дослГдження впливу теплових процеав на нaдiйнiсть обладнання здшсне-т, як вiдомо, в гaлузi aвiaцiйноi та paкетно-космiчноi технiки. Це зумовлено, зокрема, тим, що, згщно [3], при експлуатацГ! бортового aвiaцiйного обладнання близько 55 % його вщмов е наслвдком дГ! пiдвищених температур.
Вщ конструктивних особливостей та pежимiв роботи укpиттiв-контейнеpiв Гстотно залежить також ефектившсть paдiоелектpонного обладнання, яке використовують у радютехшчних системах рГзного при-значення [4].
Однак специфiчнiсть конструкцГй та умов експлуа-тацп обладнання, розглянутих у вказаних роботах, не дозволяють використовувати отримаш результати при
проектуванш ГПА. У зв'язку з цим дощльно 6Гльш ре-тельно пpоaнaлiзувaти результати ро6Гт, в яких йдеть-ся про дослГдження рГзними методами теплового стану укриттГв ГТД, що використовують у якост мехашчно-го приводу [5-20].
Традицшними методами дослiдження теплового стану таких укриттГв е термометрування та тепловь зiйнa зйомка в комбiнaцii з aнемометpiею та вГзуалГза-цiею течГ! вентиляцiйного повГтря (ВП) [5, 7, 14, 15, 17]. РГзш автори вимipювaли параметри ВП в характерних точках усередиш укриття [5-7, 11, 15, 18], у вхщних [18] i вихГдних [13, 15] вентиляцшних каналах. Для вимipювaння температури ВП застосовували термо-метри опору та термопари [5-7, 11, 13, 15, 18], для вимь рювання температури поверхонь корпусу ГТД [6, 7, 11] та стшок укриття [5, 6, 13, 14] - термопари [7, 11] та тепловiзоpи [5-7, 11, 13, 18]. Автори роби [6, 17] зазна-чали, що тепловiзоpи надають повну картину розподь лу температур поверхонь твердих тщ але на практищ виникають труднощд з юльюсною штерпретащею ре-зультатГв, зумовленi необхiднiстю знання коефГщен-тГв випpомiнювaння поверхонь та складнощами корис-тування тепловiзоpом в обмеженому просторГ укриття.
ШвидкГсть ВП вимГрювали чашковими [15], тер-мГчними [18] та ультразвуковими [17, 18] анемометрами. ВГзуалГзащю течГ! ВП здГйснювали штучним димом i ворсинками [17, 19, 20].
Автори робГт [6, 17] вказували на такий недолж традицшних методГв дослГдження теплового стану укриття ГТД оператором-вимГрювачем, який заходиться всередиш, як недосяжнГсть певних зон КШТ внас-лГдок вимог експлуатацшно! безпеки. Щоб виключити присутнГсть людини в укриттГ, використовують дис-танцшш датчики Гз системою реестрацГ! даних [17].
Автори роботи [6] наголошували на великих ви-тратах на повторну розробку КШТ у разГ виявлення несприятливого теплового стану та його причин суто експериментальним шляхом тд час випробувань ГПА та тдкреслювали дощльшсть застосування методГв обчислювально! газодинамГки (CFD - Computational Fluid Dynamics) для попереднього аналГзу теплового стану КШТ.
Вперше таке CFD-моделювання теплового стану укриття ГТД у складГ ГПА виконали у 1997 рощ за допомогою комп'ютерно! програми PHOENICS автори роботи [16]. З того часу багато авторГв дослщжували теплообмш в укриттях ГТД методами CFD. Ввдомо, що CFD-моделГ складних ГндустрГальних об'ектГв по-требують кропГтко! верифГкацГ!. Тому автори порГвню-вали результати власних розрахункГв з результатами вимГрювань, що були виконаш в натурному укриттГ [5-7, 9, 14, 15, 18] або в його зменшенш моделГ [10].
Наприклад, автори роботи [10] виконали числове та експериментальне дослГдження зменшено! моделГ (масштаб 1:6) укриття ГТД Titan 130 (Solar Turbines) номшальною потужшстю 19 500 к. с., який е, як i в нашому випадку, приводом компресора природного газу. Температури поверхонь двигуна, прийнятГ авторами як тепловГ граничш умови в CFD-моделГ, були отримаш в результат термометрування корпусу реального ГТД Гз використанням тепловГзора. 1мГгащя температур поверхонь двигуна при випробуваннях моделГ здшснювалась шляхом нагрГвання намотаних на модель силжонових нагрГвачГв з Гмплантованими
електричними дротами. Для верифжацп результапв числового дослщження були використанi методи Bi3y-алiзацiï течп ВП за допомогою диму та ворсинок у ком-бiнацiï анемометрп та вимiрювань температур i3 засто-суванням термопар i тепловiзора. Термопари T-типу (мiдь - константан) були встановлеш в 10 ключових точках усередиш моделi укриття. Термометрування корпусу моделi двигуна також було виконано i3 засто-суванням тепловiзора. Очевидним недолiком роботи е те, що фiзичне моделювання обмежене складшстю об'екта та складнощами забезпечення умов подiбностi.
Автори робiт [5, 13, 14] виконали порiвняльний аналiз резyльтатiв числового моделювання процесу вентиляцп простору всерединi КШТ i3 даними на-турних вимiрювань, здiйснених для агрегапв типу ГПА-12РС i ГПА-25РПС-01 конструкцп ПАТ НВО «1с-кра» (м. Перм, Росiя). Для КШТ агрегату ГПА-12РС була проведена тепловiзiйна зйомка зовнiшньоï поверх-нi стшок КШТ. При цьому крiзь шпарини у прорiзах для дверей з-тд КШТ назовнi надходило ВП, температура якого, на думку авторiв, була зафжсована тепловiзором. Для агрегату ГПА-25РПС-01 вимiрювання температури ВП виконували безпосередньо у просторi КШТ. Результати числового моделювання автори порiвнювали iз даними вимiрювань температур зовнiшньоï поверхш стiнок КШТ агрегату ГПА-12РС в однш точцi; повiтря, що надходило з-тд КШТ цього агрегату, в чотирьох точках; повггря, що знаходилось безпосередньо у про-сторi КШТ агрегату ГПА-25РПС-01 - у двох точках. Не-должами роботи е вщсутшсть у ïï авторiв тдстав вва-жати зафiксованy тепловiзором температуру поверхонь твердих тщ що розташоваш бiля шпарин у прорiзах для дверей КШТ, рiвною температyрi ВП, що надходило назовш, вiдсyтнiсть вимiрювань температури внутрш-ньоï поверхнi стшок КШТ та непереконливкть доведен-ня адекватносп ММ шляхом порiвняння розрахyнковоï та вимiряноï температур зовнiшньоï поверхш стшок КШТ лише в однш точщ, та порiвняння розрахункових i коректно вимiряних температур ВП лише у двох точках простору всередиш КШТ.
Автор роботи [15] для верифжацп розроблених ММ використав результати натурних вимiрювань температур ВП в чотирьох точках в КШТ агрегату типу ГПА-25РПС «Урал», що виконаш за допомогою термопар. Витрату ВП, що подаеться в КШТ, вимiрювали за допомогою чашкового анемометра. Недолжами роботи е вщсутшсть вимiрювань температури стшок КШТ та непереконли-вкть доведення автором адекватносп ММ лише шляхом порiвняння розрахункових та вимiряних температур ВП в чотирьох точках простору всередиш КШТ.
Враховуючи складшсть картини обтжання ВП ГТД, розрахункова температура корпусних деталей якого може змшюватись в дiапазонi вiд мшус 40 °С до плюс 650 °С, пи-тання верифiкацiï ММ теплового стану КШТ видаеться доволi складним. Обмежеш експериментальнi данi, що мктять роботи [5-7, 9, 14, 15, 18], не вщображають належ-ним чином тепловий стан КШТ, а результати та методичш особливосп роботи [10], незважаючи на ïï комплексний характер, не можна запровадити для верифжацп ММ теплового стану КШТ, що застосовують для вичизняних та шоземних двигyнiв у складi ГПА констрyкцiï СМНВО. Це зумовлено не пльки рiзницею констрyкцiй ГТД i КШТ, але й приблизшстю ршень, пов'язаних з моделюванням теплового стану ГТД вщомими методами.
З урахуванням наведеного вище ми прийняли рь шення здiйснити натурний експеримент з термометрування КШТ ГТД ДГ90Л2 у складi агрегату типу ГПА-Ц-16С за програмою та методикою, як дозволять отримати саме таю експериментальш даш, що потрiбнi для верифжацп ММ теплового стану КШТ, i не мати-муть тих недолтв, що властивi вiдомим дослщженням.
3. Мета i завдання дослщження
Метою роботи е отримання експериментальних даних про тепловий стан КШТ ГТД ДГ90Л2 у складi агрегату типу ГПА-Ц-16С, що за своею яюстю i юлькь стю е достатшми для пiдтвердження адекватностi ММ теплового стану КШТ [1, 2].
Досягнення названоï мети потребувало виршення таких завдань:
- обстежити об'ект дослщження теплового стану щодо виявлення бажаних i можливих мкць розташу-вання датчиюв вимiрювання температури та встанов-лення дощльного режиму роботи агрегату;
- розробити програму та методику експеримен-тального дослщження теплового стану КШТ;
- здшснити експериментальне дослщження теплового стану КШТ та виконати аналiз отриманих результат щодо ïхньоï вщповщност вщомим фiзичним уявленням, досвiдy експлyатацiï ГПА та ïхньоï придат-ностi для верифжацп ММ [1, 2];
- сформулювати напрямки подальших дослiджень.
4. Об'ект дослщження теплового стану
Загальний вигляд дослщжуваного КШТ у складi турбоблока ГПА показаний на рис. 1.
Як видно з рис. 1, КШТ 3 разом iз приводним ГТД 2 i газовщвщним пристроем 4 встановлеш на единш фун-даментнш рамi 1. Каркас стшок i даху КШТ виконаний з профшьного прокату та обшитий iз зовшшнього боку сущльним сталевим листом, а з внутршнього - пер-форованим сталевим листом, вкритим термостшкою Грунт-емаллю срiблястого кольору. Порожнини мiж листами заповненi теплозвyкоiзоляцiйним матерiа-лом на основi базальтового волокна. На бiчних стiнках КШТ е люки для забезпечення доступу обслуговуючо-го персоналу до обладнання, що встановлене в КШТ, при проведенш техшчного обслуговування.
ВП подаеться в КШТ по повиропроводу 5 iз засто-суванням двох осьових вентиляторiв ВОД1 i ВОД2 потyжнiстю 11 кВт кожний, що встановлеш в блощ вентиляцп (рис. 2). Блок вентиляцп змонтований на даху турбоблока. Регулювання витрати ВП здшснюеться за рахунок yвiмкнення-вимкнення одного з вентиляторiв.
Для пщведення ВП до найбшьш нагриих поверхонь ГТД передбачений екран, що його направляе 6 (рис. 1). Нагрие повиря скидаеться з КШТ в атмосферу крiзь отвори з шумоглушниками 7.
Усередиш КШТ встановлеш також дифузор системи вихлопу агрегату, трубопроводи пщведення па-ливного газу й оливи, паливна та регулююча апарату-ра, трубопроводи системи пожежогасшня, елементи системи освилення, а також датчики АСК та системи захисту агрегату, що детально описаш в [2].
Рис. 1. Загальний вигляд КШТ i обладнання, розташованого всерединi: 1 — фундаментна рама; 2 — ГТД ДГ90Л2; 3 — КШТ; 4 — газовщвщний пристрш; 5 — пов^ропровщ шдведення ВП; 6 — екран, що направляе ВП; 7 — шумоглушник
Рис. 2. Схема розташування вентиляторiв системи вентиляци КШТ (вид зверху)
5. Програма та методика експериментального дослщження теплового стану кожуха
Програма та методика цього дослщження сформован з урахуванням граничних умов, що застосоваш в
ММ, i попереднiх результатiв обчислювального екс-перименту [1, 2], особливостей режимiв експлуатацп ГПА в складi КС, а також експериментальних можли-востей органiзацiй-виконавцiв.
5. 1. Методи та засоби вим1рювань
Для визначення теплового стану КШТ тд час експериментального дослщження вимiрювали:
- режимш та технологiчнi параметри роботи ГПА (по ГТД - температуру повиря на входi в двигун, час-тоти обертання роторiв компресора низького тиску (КНТ), компресора високого тиску (КВТ), вшьноТ тур-бши (ВТ), тиск за КВТ; по ВК - тиск i температуру газу на входi та виход^ витрату газу, що транспортуеться);
- температуру ВП всередиш КШТ;
- температуру внутршшх поверхонь стiнок КШТ;
- температуру повггря зовнi КШТ (у вщсжу двигу-на агрегату);
- масову витрату ВП, що надходила в КШТ;
- момент часу проведення замiрiв температури.
Вимiрювання температур ВП всередиш КШТ i вну-трiшнiх поверхонь стiнок КШТ виконували iз застосу-ванням багатоканально! iнформацiйно-вимiрювальноi системи (1ВС). Структурна схема 1ВС показана на рис. 3.
1 2 3 4
Рис. 3. Структурна схема 1ВС: 1 — первинний ви1^рювальний перетворювач (ПВП); 2 — перемикач вибору точок вимiрювання; 3 — лЫя зв'язку; 4 — засiб обробки та надання шформацп
Аналоговий сигнал, що виробляе ПВП 1, через перемикач вибору точок вимiрювання 2 та лшт зв'язку 3 подавався на засiб обробки та надання шформацп 4.
В якосп ПВП температури застосовували термоелек-тричш перетворювачi типу ТХА. Для запобпання впли-ву iнфрачервоного випромiнювання на покази датчиив температури виконували !х екранування. Конструкцiя використаних датчикiв та !х зовнiшнiй вигляд пiсля встановлення в КШТ показан на рис. 4 i 5 вiдповiдно.
Для почергового шдключення ПВП до засобу обробки та надання шформацп був застосований перемикач вибору точок вимiрювання ПТВ-М. Як зааб обробки та надання шформацп використовували одноканаль-ний цифровий термометр Technoterm 9503 (Шмеччина) з максимальною абсолютною похибкою вимiрювання температури ±6,5 °С. Температури ВП всередиш КШТ вимiрювали в 23 точках, температури внутртшх поверхонь стшок КШТ - в 14 точках. Схема розташування точок вимiрювання показана на рис. 6.
Масову витрату ВП, що надходить в КШТ, визнача-ли непрямим методом за вимiрами середньо! швидкост повiтряного потоку на входi в КШТ, температури ВП на входi в КШТ, надлишкового тиску в КШТ i атмосферного тиску. Вимiрювання середньо! швидкостi повiтря-ного потоку виконували з використанням чашкового анемометра МС-13 з абсолютною похибкою вимiрюван-ня ±(0,3+0,05^, де V - вимiряна швидкiсть потоку, м/с.
Рис. 4. Конструкщя датчикiв: а — датчик вимiрювання температури ВП всередиш КШТ; б — датчик вимiрювання температури внутршньоТ поверхнi стiнок КШТ; 1 — термоелектродний др^; 2 — спай; 3 — корпус; 4 — екран; 5 — теплоiзоляцiйний матерiал
Рис. 5. Зовшшшй вигляд датчиюв: а — датчик вимiрювання температури ВП всерединi КШТ; б — датчик вимiрювання температури внутршньоТ поверхнi стiнок КШТ
Рис. 6. Схема розташування датчиюв вимiрювання температури в КШТ: А — датчик вимiрювання температури ВП всередиш КШТ; S — датчик вимiрювання температури внутршньоТ поверхнi стiнки КШТ
5. 2. Подготовка та проведення випробувань
Встановлення датчишв вимiрювання температури ВП всередиш КШТ здшснювали таким чином, щоб
виключити пряме потрапляння теплових промешв на чутливий елемент датчика кр1зь отв1р в його корпусь Щоб запоб1гти коливанням датчиюв внаслвдок дИ по-виряного потоку, що наб1гае, датчики всередиш КШТ фжсувались за допомогою дротових розтяжок.
Датчики вим1рювання температури внутршньо! поверхш прикршлювали до перфоровано! стшки КШТ за допомогою шурутв. Тепловий контакт з по-верхнею забезпечувався шдльним притисканням ро-бочо1 дшянки датчика до поверхш стшки КШТ. Щоб запоб1гти утворенню повиряного пром1жку м1ж робо-чою дшянкою датчика та поверхнею стшок, м1сця вста-новлення датчиюв попередньо зачищали, а датчики встановлювали на термопасту.
Вим1рювання витрати ВП, що надходить в КШТ, здшснювали на агрегат^ що не працюе. Для цього вми-кали по черз1 один 1 два вентилятори та виконували вщповщш вим1рювання середньо! швидкост потоку ВП та температури ВП на вход1 в КШТ.
Шсля запуску ГПА та виходу його на сталий режим здшснювали запис режимних параметр1в роботи агрегату, а також виконували зам1ри температури внутршньо! поверхш стшок КШТ, температури ВП всередиш КШТ 1 температури повггря у вщсшу двигуна (зовш КШТ).
Випробування виконували при трьох режимах ро-боти системи вентиляцп: при ув1мкненш по черз1 вен-тилятор1в ВОД1 1 ВОД2, а також при сумшнш робот1 двох вентилятор1в.
6. Результати експериментального дослiдження
У процес випробувань отримано великий об'ем шформацп щодо теплового стану КШТ. З огляду на обмежений обсяг ще1 публжацп в робот надаш результати, як1 були отримаш для одного з режи-м1в роботи системи вентиляцп (при робот1 одного вентилятора ВОД2) (рис. 7, табл. 1, 2). Цей режим найб1льше вщповщав сталому. Наробиок агрегату в1д моменту запуску до моменту проведення вимь р1в становив близько 18 годин. Режимш параметри роботи агрегату при проведенш цього експерименту були такк частота обертання ротора ВТ - 4273 об/хв; частота обертання ротора КНТ - 6310 об/хв; частота обертання ротора КВТ - 8500 об/хв; тиск пов1тря за КВТ - 11,7 кгс/см2; температура пов1тря на вход1 в ГТД - 20,3 °С; середня температура газ1в за ТНТ (перед ВТ) - 552 °С; тиск газу на вход1 у ВК - 37,0 кгс/см2; тиск газу на виход1 з ВК - 46,5 кгс/см2; температура газу на вход1 у ВК - 15,2 °С; температура газу на ви-ход1 з ВК - 35,2 °С.
Результати вим1рювання температури повиря всередиш КШТ та температури поверхш стшок КШТ показан! на рис. 7 та в табл.1, 2. При вим1рюванш параметр1в теплового стану температура повиря на вход1 в КШТ становила 25,3 °С (точка А43), температура повиря в л1вому вщсжу двигуна - 32,0 °С, в правому - 34,5 °С, масова витрата вентиляцшного повиря - 6,1 кг/с.
Рис. 7. Результати вимiрювання температури ВП всередиш КШТ та температури внутршшх поверхонь стшок КШТ:
V — датчики вимiрювання температури ВП всередиш КШТ; о — датчики вимiрювання температури внутршшх поверхонь стшок КШТ; ■ — температура ВП всередиш КШТ; ▲ — температура внутршшх поверхонь стшок КШТ; * додатково також надаш результати вимiрювання температур ВП в перерiзах Д-Д та Е-Е
Таблиця 1
Результати вимiрювання температури ВП всередиш КШТ
Точка t, °C Точка t, °C Точка t, °C Точка t, °C
А17 60,0 А23 53,3 А29 40,5 А37 33,8
А18 44,2 А24 48,3 А30 43,2 А38 42,0
А19 50,6 А25 29,5 А31 48,8 А39 44,0
А20 45,2 А26 31,7 А32 42,6 А40 33,8
А21 37,7 А27 51,5 А33 41,6 - -
А22 58,6 А28 51,5 А36 37,3 - -
Таблиця 2
Результати вимiрювання температури внутршжх поверхонь стшок КШТ
Точка t, °C Точка t, °C Точка t, °C Точка t, °C
S1 30,9 S5 56,4 S9 57,4 S14 57,0
S2 37,1 S6 45,5 S11 37,0 S15 58,2
S3 31,2 S7 93,9 S12 42,8 - -
S4 50,6 S8 75,8 S13 45,0 - -
Як видно з рис. 7, розпод^ температури ВП навко-ло ГТД i температури поверхонь стшок КШТ у Bcix nepepi3ax вiдрiзняeться нерiвномiрнiстю. Цей факт можна пояснити несиметричним обпканням корпусу ГТД, що спричинено боковим розташуванням вентилятора обдування двигуна (рис. 2) та складною структурою течи ВП всередиш КШТ. При цьому слщ зазначити, що характер нерiвномiрностi температур ВП та поверхонь вздовж о« ГТД не збертеться. Так, в мшщ розташування перехщника мiж корпусами КНТ i КВТ (перерiз А-А) температура ВП вища з боку правоТ стiнки КШТ (при поглядi з боку ЦК, рис. 2), а поблизу газовщвщного пристрою (перерiз Г-Г) -з боку лiвоï стiнки. Максимальнi температури ВП були зафжсоваш в мiсцi розташування корпусу ВТ i в шумоглушнику на виходi ВП з КШТ (точки A17 i A22 вiдповiдно, табл. 1). В перерiзах, що розташоваш поблизу найбiльш нагрiтих дiлянок корпусу ГТД, температури поверхонь стшок КШТ вишд шж температури ВП, що шдтверджуе iстотний вплив теплового випромшювання на тепловий стан КШТ. Макси-мальну температуру внутрiшньоï поверхш мае дах КШТ (точка S7, табл. 2). Максимальш температури внутршшх поверхонь стiнок КШТ зафiксованi в мш-цi розташування корпусу ВТ (точки S9 i S14, табл. 2). Слщ зазначити, що внутршня поверхня лiвоï стiнки КШТ нагриа бiльше за праву.
Значний об'ем експериментальних даних, отрима-них у процес випробувань, потребуе Тх поглибленого аналiзу, що буде виконано в подальшому при верифь каци ММ.
7. Висновки
1. Виходячи з конструкцш i правил експлуатацп дослщжуваного КШТ, його системи вентиляцп та обладнання, що знаходиться всередиш КШТ, i врахо-вуючи граничнi умови, що застосоваш в ММ [1, 2], по-переднi результати обчислювального експерименту
[2] та експериментальнi можливост оргашзацш-ви-конавцiв цього дослiдження, було визначито мкця розташування 23 точок вимiрювання температури ВП
всерединi КШТ та 14 точок вимiрювання температури внутршшх поверхонь стiнок КШТ за допомогою вiдповiдних датчикiв та встановили за дощльний та-кий режим роботи агрегату, що найб^ьш вщповщае сталому.
2. В рамках розробленоТ програми та методики експериментального дослщження теплового стану КШТ ми створили багатоканальну 1ВС, до складу якоТ включили виконанi на основi термоелектричних перетворювачiв типу ТХА захищеш вiд впливу шф-рачервоного випромшювання датчики вимiрювання температури власноТ конструкцп, перемикач вибору точок вимiрювання ПТВ-М та цифровий термометр Technoterm 9503. За допомогою щеТ 1ВС вимiряли при трьох режимах роботи системи вентиляцп температуру ВП всередиш КШТ, температуру внутршшх поверхонь стшок КШТ i температуру повггря зовш КШТ. Датчики вимiрювання температур фжсували всерединi КШТ за допомогою дротових розтяжок або прикршлювали до стшки КШТ за допомогою шурупiв. Масову витрату ВП, що надходило в КШТ, визначали непрямим методом на агрегат^ що не пра-цюе, за вимiрами середньоТ швидкостi повиряного потоку на входi в КШТ з використанням чашкового анемометра МС-13, температури ВП на входi в КШТ, надлишкового тиску в КШТ i атмосферного тиску.
3. За розробленою програмою та методикою екс-периментального дослщження визначили тепловий стан кожуха для шумотеплоiзоляцiï ГТД ДГ90Л2 у складi турбоблока блоково-контейнерного агрегату ГПА-Ц-16С/76-1,45 виробництва СМНВО, що експлуатуеться у складi КС «Долина» Долинського ЛВУМГ «Прикарпаттрансгаз». Результати експериментального дослщження можуть бути використаш для верифжацп розробленоТ ММ теплового стану КШТ. Згщно з отриманими результатами, розпод^и температур ВП та внутрiшнiх поверхонь стшок КШТ характеризуються нерiвномiрнiстю, яка спричинена особливостями конструкцп системи вентиляцп. Крiм того, отримаш результати шдтвердили, що теплове випромiнювання вiд ГТД ктотно впливае на тепловий стан КШТ.
4. Враховуючи залежшсть теплового стану ГТД i КШТ вщ режимiв роботи ГПА, температури навко-лишнього середовища та режимiв роботи системи вентиляцiï КШТ, дощльне продовжити такi експе-риментальнi дослщження в натурних умовах. Це мае важливе значення як з точки зору формування експериментальних даних про роботу ГТД при рiзних режимах його роботи, так i з точки зору можливоТ мь нiмiзацiï кiлькостi точок вимiрювання. При подаль-ших дослiдженнях теплового стану двигуна та КШТ дощльно здшснити поелементне термометрування розташованого всередиш КШТ обладнання, що ви-д^яе тепло (ГТД, газовiдвiдного пристрою i т. д.), з урахуванням режимiв роботи системи вентиляцп КШТ, а також термометрування КШТ з використанням 1ВС, яка побудована на основi багатоканального вимiрювача-реестратора. Окрiм того, дощльно вико-нати iндикацiю та вимiрювання параметрiв можли-вих витоюв високотемпературного робочого тiла з нещдльностей клапанiв перепуску повiтря, фланце-вих з'еднань корпусних деталей ГТД, газовщвщного пристрою та муфти всередину КШТ.
Лиература
1. Костюк, В. Е. Обобщённая математическая модель теплового состояния укрытий газотурбинных установок [Текст] / В. Е. Костюк, Е. И. Кирилаш, А. Л. Кравчук // Интегрированные технологии и энергосбережение. - 2013. - № 1. - C. 22-26.
2. Смирнов, А. В. Обеспечение теплового режима силового блока газоперекачивающего агрегата организованной подачей воздуха под шумотеплоизолирующий кожух газотурбинного двигателя [Текст] / А. В. Смирнов, В. Е. Костюк, Д. А. Ткаченко, Е. И. Кирилаш, Ю. Н. Слабко // Вестник двигателестроения. - 2013. - № 2. - С. 99-107.
3. Николаев, В. Н. Математическое моделирование теплового состояния отсеков и систем самолета при проектировании и летных испытаниях [Текст] / В. Н. Николаев. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. - 252 с.
4. Ткаченко, В. Б. Науков1 основи створення та вдосконалення систем терморегулювання транспортних комплекав радюелек-тронно! апаратури [Текст] : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / В. Б. Ткаченко. - Одеса, 2002. - 35 с.
5. Трусов, П. В. Численные исследования процесса вентиляции и теплового состояния шумотеплозащитных кожухов газотурбинных установок с использованием параллельных вычислений [Текст] / П. В. Трусов, Д. А. Чарнцев // Вычислительная механика сплошных сред. - 2012. - Т. 5, № 2. - С. 208-216.
6. Клочков, А. В. Обеспечение взрывозащиты газотурбинного оборудования [Текст] / А. В. Клочков, Е. С. Корнилова, А. А. Снитко // Газотурбинные технологии. - 2005. - № 8. - С. 20-22.
7. D'Ercole, M. Results and Experience from Ge Energy's MS5002E Gas Turbine Testing and Evaluation [Text] / M. D'Ercole, G. Biffaroni, F. Grifoni, F. Zanobini, P. Pecchi // Proceedings of ASME TurboExpo 2005. - Reno, Nevada, USA, 2005. - 9 p. doi: 10.1115/gt2005-68053
8. Ponnuraj, B. 3D CFD Analysis of an Industrial Gas Turbine Compartment Ventilation System [Text] / B. Ponnuraj, B. Sultanian, A. Novori, P. Pecchi // Proceedings of ASME International Mechanical Engineering Congress (IMECE'03). - Washington, D.C., USA, 2003. - P. 67-76. doi: 10.1115/imece2003-41672
9. Graf, E. Design Improvements Suggested by Computational Flow and Thermal Analyses for the Cooling of Marine Gas Turbine Enclosures [Text] / E. Graf, T. Luce, F. Willet // Proceedings of ASME TurboExpo 2005. - Reno, Nevada, USA, 2005. -7 p. doi: 10.1115/gt2005-68574
10. Vahidi, D. Numerical and Experimental Study of Ventilation for Turbine Package Enclosure [Text] / D. Vahidi, H. Bagheri, B. Glezer // Proceedings of ASME TurboExpo 2006. - Barcelona, Spain, 2006. -10 p. doi: 10.1115/gt2006-90960
11. Д'Эрколе, М. Новая газовая турбина MS5002E: испытания первого агрегата / М. Д'Эрколе, Ф. Тринча // Газотурбинные технологии. - 2006. - № 3. - С. 6-11.
12. Popescu, J. A. Numerical simulation to determine ejection device geometry for turbo-shaft driven water pump [Text] / J. A. Popescu, R. Petcu, V. A. Vilag, I. Vataman, V. Silivestru // Proceedings of ASME TurboExpo 2008. - Berlin, Germany, 2008. -8 p. doi: 10.1115/gt2008-50968
13. Трусов, П. В. Исследование структуры течения охлаждающего воздуха в шумотеплозащитном кожухе газотурбинной установки [Текст] / П. В. Трусов [и др.] // Транспорт и подземное хранение газа. - 2007. - № 1. - С. 20-24.
14. Трусов, П. В. Исследование теплового состояния шумотеплозащитного кожуха газотурбинной установки газоперекачивающего агрегата [Текст] / П. В. Трусов, Д. А. Чарнцев, А. М. Печенкина // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2010. -№ 8. - С. 8-10.
15. Мерзляков, Е. В. Моделирование газодинамических и тепловых процессов в объёме кожуха силового блока газоперекачивающих агрегатов [Текст] : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Е. В. Мерзляков. - Ижевск, 2013. - 20 c.
16. Lopez, E. 3D turbulent flow and heat transfer in a ventilated compressor cab [Text] / E. Lopez, S. V. Zhubri // CHAM. - 1997. -Vol. 2421/2. - P. 33. - Available at: http://www.cham.co.uk/phoenics/d_polis/d_applic/recapps/compcab/compcab.doc
17. Saunders, C. J. Outstanding safety questions concerning the analysis of ventilation and gas dispersion in gas turbine enclosures: Best Practice Guidelines on in-situ testing [Text] / C. J. Saunders // EC0/03/06 / Health & Safety Laboratory. - 2003. - 17 p. -Available at: http://www.hse.gov.uk/research/hsl_pdf/2003/eco03-06.pdf
18. Lewis, M. J. A study of the consequences of leaks from gas turbine power plant sited in a turbine hall [Text] / M. J. Lewis, C. J. Lea // HSL/2000/19 / Health & Safety Laboratory. - 2000. - 44 p. - Available at: http://www.hse.gov.uk/research/hsl_pdf/2000/hsl00-19.pdf
19. Santon, R. C. Studies into the role of ventilation and the consequences of leaks in gas turbine power plant acoustic enclosures and turbine halls [Text] / R. C. Santon, C. J. Lea, M. J. Lewis, D. K. Pritchard, A. M. Thyer, Y. Sinai // Hazards XV : symposium series № 147. -Manchester, UK, 2000. - 15 p. - Available at: https://books.google.com.ua/books?id=hJeaCRAs6KYC&printsec=frontcover&dq=hazar ds+XV&hl=ru&sa=X&ved=0CBwQ6AEwAGoVChMIjbPy_f_rxwIVglssCh1RqgAt#v=onepage&q=hazards%20XV&f=false
20. Phelps, P. Ventilation and Leak Dispersion in CCGT Enclosures [Text] / P. Phelps, D. Wylie. - 2000. - Available at : http:// www.cham.co.uk/PUC/PUC_Luxembourg/Presentations/Flowsolve_Phelps_Gas_Leaks.ppt
