ИССЛЕДОВАНИЯ НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ГТУ 70 МВТ В СОСТАВЕ ПГУ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

основы их эксплуатации: Учебное пособие / В.В. Вознесенский// - М.: Б-чка Воен. знания, -2010. - 80 с.

17. ГОСТ Р ИСО 7730-2009 Эргономика термальной среды. Аналитическое определение и интерпретация комфортности теплового режима с использованием расчета показателей PMV и PPD и критериев локального теплового комфорта : система стандартов безопасности труда : издание официальное: утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 7 декабря 2009 г. N 573-ст / подготовлен Автономной некоммерческой организацией "Научно- исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" - Москва, Стандартинформ, -2011. - 38 с. URL: http://docs.cntd.ru/document /1200076557 (дата обращения: 21.08.2018).

18. Васильева Е.А. Новые решения для обеспечения безопасности рабочих горной отрасли // Рекультивация выработанного пространства: проблемы и перспективы Сборник статей IV международной научно- практической Интернет-конференции.- 2019. -С. 53-54.

19. Галлер А.А. Угольная промышленность Кузбасса: проблемы и перспективы / А.А. Галлер, Н.В. Кудреватых Ответственные ред.: Пушкина О.В. // Современные вопросы естествознания и экономики сборник трудов Международной научно-практической конференции. Прокопьевск, - 2019. -С. 109-111.

20. Proshkin S. Analysis of the temperature field of the heat measuring cell,2019.

21. Bolobov V.I., Crevice corrosion of titanium in the products of high-temperature leaching of gold-bearing sulfide raw materials, 2017.

22.Nefedov Y. The Arctic Shelf and Hard to Recover Oil Reserves as Alternative Development of Russian Resource Base. Conference Proceedings. Saint Petersburg 2018, Apr 2018, Volume 2018, pp.1 - 6. DOI: 10.3997/2214-4609.201800313.

23. Степанова Л.В. Обоснование параметров средств индивидуальной защиты работников для обеспечения теплового комфорта подземного персонала угольных шахт, 2019.

24.A. Sinitsyn E. Filippova and O. Derevianko, "Development of a New Device for Human Body Temperature Regulation," 2018 International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies (FarEastCon), Vladivostok, 2018, pp. 1-4, doi: 10.1109/FarEastCon.2018.8602553.

25. Bazhin V.Y.,Low-Temperature Phase Formation In A Ti - B - C - O System 2017.

26. Bolobov V.I.., Reasonableness of usage of hyperduplex stainless steel as autoclave equipment material for high-temperature oxidation leaching of gold-bearing sulphide concentrates, 2018.

© Курикалова А.А., Никулин А.Н., 2020

УДК 629.7.03 (0.75.8)

Пикалева А.Е.

Студентка 2 курса магистратуры, Казанский Государственный энергетический университет (КГЭУ)

г. Казань, РФ Титов А.В.

Кандидат технических наук, доцент, профессор, КГЭУ

г. Казань, РФ

ИССЛЕДОВАНИЯ НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

ГТУ 70 МВТ В СОСТАВЕ ПГУ

Аннотация

В работе описана методика расчета работоспособности ГТУ 70 МВт в составе ПГУ. Расчеты проводились в автоматизированной системе газодинамических расчетов энергетических турбомашин (АС

~ 54 ~

ГРЭТ) на ЭВМ. С целью определения работоспособности ГТУ были проведены необходимые расчеты климатических и дроссельных (внутренних и внешних) характеристик. Также были определены параметры ГТУ, и проведено сравнение показателей при разных режимах работы ГТУ.

Ключевые слова

Работоспособность ГТУ, климатические характеристики, дроссельные характеристики, АС ГРЭТ, ГТУ

Pikaleva A.E.

2nd year master's student, Kazan State Power Engineering University Kazan, Russian Federation Titov A.V.

candidate of technical sciences, docent, professor, KSPEU

Kazan, Russian Federation

RESEARCH OF THE OPERATION MODES MATHEMATICAL MODEL OF A 70 MW GTI OPERATING IN A COMBINED CYCLE PLANT

Abstract

The article describes a method for calculating the operability of a 70 MW gas turbine installation (GTI) as part of a rambined cycle gas turbine (CCGT) unit. The calculations were carried out in the automated system of power turbomachines gas-dynamic calculations. In order to determine the GTI operability, the necessary calculations of climatic and throttling (internal and external) characteristics were carried out. The GTI parameters were determined and an indicators comparison was made for different GTI operating modes.

Keywords

The gas turbine efficiency, climatic characteristics, throttle characteristics, automated system of power turbomachines gas-dynamic calculations, gas turbine installation

Все газотурбинные установки работают по графику, в котором установлена вырабатываемая мощность и время, за которое должна быть выработана эта мощность, причем с наименьшими затратами. Чтобы соблюдать такой график и работать по нему, ГТУ, прежде всего, должны отвечать требованиям надежности и экономичности. Надежность обеспечивает бесперебойную работу ГТУ на заданных режимах в течение рабочего цикла установки.

Надежная и эффективная работа газотурбинной установки может быть обеспечена при условии соблюдения определенных режимов работы и существенно зависит от параметров наружного воздуха, таких как температура и давление. Так, в разные сезоны года работоспособность ГТУ будет отличаться. В связи с этим будет изменяться и КПД всей установки. В летний период, когда температура наружного воздуха составляет примерно +25 °С, работоспособность ГТУ начинает падать, мощность и частота вращения ротора будут небольшими. В зимний период наоборот, температура снижается, а мощность и частота вращения ротора установки растут, как и КПД. При изменении давления наружного воздуха и неизменной его температуре, мощность установки изменяется прямо пропорционально изменению наружного давления.

Работоспособность ГТУ означает, что установка может выполнять заданные ей функции. При помощи определения работоспособности мы можем узнать, как будет работать турбина при тех или иных параметрах. Работоспособность и надежность находятся в прямой зависимости. Эти два понятия неразрывны. То есть, можно сказать, чем выше надежность ГТУ, тем выше ее работоспособность. И наоборот, чем «правильнее» будет эксплуатироваться установка, тем больше будет ее ресурс надежности.

Для определения работоспособности ГТУ V65.3A были проведены некоторые расчеты на ЭВМ с помощью автоматизированной системы газодинамических расчетов энергетических турбомашин.

~ 55 ~

Автоматизированная система газодинамических расчетов энергетических турбомашин (АС ГРЭТ) является системой математического моделирования энергетических машин [1]. В АС ГРЭТ предусмотрено выполнение некоторых термодинамических и газодинамических расчетов, которые связаны с проточной частью газотурбинных, комбинированных двигателей и установок. Помимо этого, можно произвести расчет двигателей с изменяемым рабочим процессом на всех этапах жизненного цикла установки (проектирование, испытания, доводку, серийное производство и эксплуатацию).

В АС ГРЭТ предусмотрено множество характеристик, которые позволяют оценить работоспособность ГТУ. Такими являются:

• Дроссельные характеристики;

• Высотно-скоростные характеристики;

• Климатические характеристики;

• Аппроксимация характеристик;

• Динамические характеристики;

• Расчет параметров газовой турбины;

• Расчет параметров осевого компрессора и пр.

С целью определения работоспособности ГТУ, необходимо показать, как будет работать турбина при изменении режимов работы и как при этом будет меняться нагрузка и основные параметры турбины. В АС ГРЭТ предусмотрен расчет нескольких характеристик, которые позволяют оценить работоспособность ГТУ. В данной работе необходимо было провести расчеты дроссельных (внутренних и внешних) характеристик и климатических характеристик [2]. Эти модули по большей части являются взаимозаменяемыми, что дает возможность проводить расчет по любой характеристике с полной идентичностью результатов. Разница заключается только в представлении входных данных, которые неодинаковы в разных модулях.

Для более полного понимания процессов, которые происходят при расчетах параметров, и точности расчетов рассмотрим каждый модуль отдельно. Это также позволит определить границы работоспособности в рамках каждой характеристики [3,4].

Работу следует начать с построения реальной модели выбранного нами двигателя. Для этого проведем расчет номинального режима со всеми входными данными. Создадим расчетную схему ГТУ У65.3А, которая будет состоять из входного устройства, агрегатов, компрессора, камеры сгорания, турбины и выходного устройства. Далее для согласования математической модели нашей ГТУ создадим закон управления, и после этого можем переходить к созданию массива результатов, куда введем необходимые данные. После этих действий отправляем задачу на расчет дроссельных и климатических характеристик с новыми входными данными, полученными из массива результатов.

Дроссельной характеристикой двигателя называется зависимость основных параметров ГТУ (мощности, удельного расхода топлива и температуры газов перед турбиной и т.д.) при изменении одного из регулирующих параметров. В данном модуле производятся расчеты дроссельных или нагрузочных характеристик независимо от внешних условий.

При формировании данных для расчета внешних дроссельных характеристик требуется внести параметры по каждому из узлов установки, составить систему невязок, систему варьируемых параметров, параметры, задающие режим (ПЗР), а также ввести данные, исходя из количества режимов.

В качестве варьируемого параметра мы выбрали начальную температуру газов, которая составляет Т=1593 К, при номинальной мощности турбины N=70 МВт. Давление торможения на входе в двигатель и давление торможения на выходе из переходного канала приняты как невязки. Чтобы добиться более точных результатов мы проводили расчет десяти режимов работы установки, для каждого из которых были заданы стандартные параметры, предусмотренные программой. Опираясь на вышеперечисленные данные, необходимо определить, как меняется температура при уменьшении значения мощности ГТУ на 3-4% для каждого последующего режима.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о том, что с уменьшением мощности ГТУ пропорционально уменьшается значение начальной температуры газов. Снижение мощности также приводит к изменению других параметров, например, суммарного часового и удельного расхода топлива, эффективного КПД установки. Данные зависимости наглядно продемонстрированы графиками на рисунках 1 и 2.

Тг, К 1650 1600 1550 1500 1450 1400 1350 1300 1250 Gt, кг/ч 1 п «пп

16500 ^^Температ ура газов 15500 в камере сгорания

Ns

ЕЧ Ж

у X N4 14500 -«-Суммарн ый 13500 часовой расход 12500 топлива 1 1 «пп

70000 67200 64512 61931 59454 57076 54793 52601 50497 48477 Ne, кВт

Рисунок 1 - Внешние дроссельные характеристики

П

0,36

0,355 0,35 0,345 0,34

0,12,

Суд,

- кг/ч*кН(кг/ч*кВт) 0,115

0,11 0,105 0,1 0,095

Эффектив ный КПД

Удельный

расход

топлива

0,335 0,09

70000 67200 64512 61931 59454 57076 54793 52601 50497 48477 Ne, кВт

Рисунок 2 - Внешние дроссельные характеристики

При формировании данных для расчета внутренних дроссельных характеристик задаются те же исходные данные, что и для внешних характеристик.

Отличием является то, что теперь варьируемый параметр - это мощность турбоустановки, а задается температура газов на входе в камеру сгорания (КС). Таким образом, задача сводится к получению зависимости изменения мощности установки при уменьшении температуры.

Исходя из данных таблицы, можно сделать вывод о том, что с уменьшением температуры снижается и мощность ГТУ. Причем данная зависимость распространяется и на эффективный КПД и удельный расход топлива. Графические зависимости суммарного часового и удельного расхода, эффективного КПД, мощности от температуры представлены графиками на рисунках 3 и 4.

N„, кВт 145000 Gt, кг/ч 18000

140000 " 16000

135000 14000 Потре бная

130000 "" --я 12000 мощн ость

125000 10000

120000 8000

115000 6000

1593 1564 1537 1511 1486 1461 1438 1415 1394 1373 Тг К

Рисунок 3 - Внутренние дроссельные характеристики

0^6

0,355

0,35

0,345

0,34

С

0,12 Уд' кг/ч*кН(кг/ч*кВт

0,115

)

Эффектив ный КПД

0 1 Н Удельный расход топлива

0,095

0,335 0,09

1593 1564 1537 1511 1486 1461 1438 1415 1394 1373 Тг К

Рисунок 4 - Внутренние дроссельные характеристики

Модуль расчета климатических характеристик удобно использовать для расчета дроссельных и нагрузочных характеристик при изменении параметров атмосферы на входе в двигатель в заданном диапазоне. При увеличении температуры наружного воздуха КПД установки, а также ее мощность будут уменьшаться. И соответственно, при снижении температуры будет расти КПД и мощность ГТУ.

Входными параметрами являются минимальная и максимальная расчетная температура (237,15 К и 317,15 К соответственно), максимальное и минимальное давление окружающей среды, шаг по температуре, число Маха на входе. Создадим закон управления где, зададим невязку между давлением торможения на выходе из переходного канала, температурой торможения на выходе из переходного канала и значениями первого и второго параметра, задающего режим (ПЗР).

Следует отметить, что к числу варьируемых параметров в данном модуле добавляется частота вращения ротора низкого давления, вместо температуры газа перед турбиной высокого давления, которая в свою очередь становится параметром, задающим режим работы.

Графические зависимости суммарного часового и удельного расхода, эффективного КПД и

~ 58 ~

мощности от температуры представлены графиками на рисунках 5 и 6.

N, кВт

80000

70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0

Gt, кг/ч 17000

16800

16600 Потребная 16400 мощность 16200 16001 15800 15600 15400

Суммарны й часовой расход топлива

237,15 247,15 257,15 267,15 277,15 287,15 297,15 307,15

15200 317,15 Тн, К

Рисунок 5 - Климатические характеристики

п

0,375

0,37 0,365 0,36 0,355 0,35

0,118

0,122 СуД, кг/ч*кН(кг/ч*кВт)

0,12

Эффект

ивный

КПД

Удельн ый

расход топлива

0,345 0,11

237,15 247,15 257,15 267,15 277,15 287,15 297,15 307,15 317,15 Тн, К

Рисунок 6 - Климатические характеристики

Суть климатических характеристик заключается в том, чтобы показать, насколько влияет понижение или повышение температуры на работоспособность ГТУ. Очевидно, что лучше показатели будут при низких температурах, нежели при высоких. Анализируя графики можно наблюдать, что при повышении температуры на 40°С показатели суммарного часового расхода топлива резко повышаются. Это говорит о том, что во время работы при таких температурах затрачивается большее количество топлива. Вместе с тем стремительно падает показатель КПД, так как на работу с высокими температурами затрачивается больше энергии, нежели с низкими температурами. В данном случае расчеты проводились при постоянной мощности, поэтому она не меняется независимо от температуры.

Вывод. Ознакомившись с климатическими и дроссельными характеристиками и проведя все необходимые расчеты, можно сделать вывод, что любое изменение начальных параметров непосредственно влияет на работоспособность ГТУ. Так, с уменьшением мощности ГТУ (дроссельные внешние характеристики) на 21500 КВт значение начальной температуры газов уменьшится на 260 К,

~ 59 ~

эффективный КПД установки уменьшится примерно на 0,018%, суммарный часовой расход уменьшится на 4800 кг/ч и удельный расход топлива уменьшится на 0,015 кг/ч*кН(кг/ч*кВт). При расчете дроссельных внутренних характеристик с уменьшением температуры газов на входе в камеру сгорания на 220 К уменьшаются и остальные параметры: потребная мощность на 21500 КВт, суммарный часовой расход топлива на 4200 кг/ч, КПД примерно на 0,018%, удельный расход топлива на 0,016 кг/ч*кН(кг/ч*кВт). Увеличение внешней температуры на 40°С при расчете климатических характеристик также влияет на показатели. Резко возрастает суммарный часовой расход топлива на 1190 кг/ч, потребная мощность остается неизменной (расчеты проводились при постоянной мощности), и падают эффективный КПД и удельный расход топлива на 0,026% и 0,008 кг/ч*кН(кг/ч*кВт) соответственно. Список использованной литературы.

1. Осипов Б.М., Титов А.В. Автоматизированная система газодинамических расчетов энергетических турбомашин. - Казань: изд. КГЭУ. 2012. - 277 с.

2. Цанев С.В. и др. Расчет показателей тепловых схем и элементов парогазовых и газотурбинных установок электростанции: Уч. пособие. М.: МЭИ, 2000. - 72 с.

3. Цанев С.В., Буров В.Д., Земцов А.С., Осыка А.С. Газотурбинные энергетические установки, Изд: М.: МЭИ, 2011. - 427 с.

4. Шигапов А.Б. Стационарные газотурбинные установки тепловых электрических станций. - Казань: изд. КГЭУ. 2009. - 416 с.

© Пикалева А.Е., Титов А.В., 2020

УДК 004.02

Попов В.В.

канд. геогр. наук, доцент, ВУНЦ ВВС ВВА г. Воронеж, РФ Попова И.В.

магистрант, факультет компьютерных наук, ВГУ, г. Воронеж, РФ

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО КОЭФФИЦИЕНТА ЭФФЕКТИВНОСТИ

РАБОТЫ ПРОГРАММИСТОВ

Аннотация

В статье рассматривается методика применения аппарата нечеткой логики для повышения качества оценивания эффективности работы программистов. Предложены новые подходы к решению задачи оценивания на основе статичной и динамической составляющих коэффициента эффективности работы программистов.

Ключевые слова

Нечеткое оценивание, динамический коэффициент, коэффициенты значимости

Введение

В работе исследованы бизнес-процессы в 1Т-компании, эффективность выполнения которых находится в существенной зависимости от плохо формализуемых субъективных факторов. При этом повышение ее ресурсной оснащенности и научно-технического уровня приводит только к увеличению значимости проблемы рационального распределения задач внутри компании.

Разрешение данной проблемы осуществляется в настоящее время путем применения положений

~ 60 ~