MĚŘENÍ TEMODYNAMICKÉ ÚČINNOSTI ROTAČNÍCH STROJŮ. ŠKODA POWER a. a. s., Plzeň

Transkript

1 MĚŘENÍ TEMODYNAMICKÉ ÚČINNOSTI ROTAČNÍCH STROJŮ a. a. s., Plzeň Obsah 1. Účnnost stupňů parníh turbín. Testování FROTORU

2 Rovnotlaký stupeň parní turbíny Rozváděí lopatky Oběžné lopatky Ryhlostní trojúhelníky

3 Defne termodynamké účnnost Defne termodynamké účnnost 0 0 x s ST = η 0 0 x s ST = η 0 0 x s ST = η + = = + = z rk nl z už ST h G N h h η Důvody pro měření termodynamké účnnost Důvody pro měření termodynamké účnnost 1. Komplexní proměření proudovýh parametrů a stanovení provozníh poměrů. Výpočtová stude dosud neumožňuje spolehlvě podhytt všehny vlvy a stanovt konečnou ztrátu č účnnost. Je vhodná pro studjní a vývojové práe, pro optmalza geometre. Nedává však záruku o výsledné účnnost. 3. Podklady pro zákazníky 4. Materál pro výzkumně-vývojové práe

4 Expermentální parní turbína 1 MW Expermentální možnost 1. Účnnost samostatnýh stupňů. Účnnost skupny stupňů 3. Jednohřídelové a dvouhřídelové uspořádání 4. Vlv proudovýh parametrů

5 Modelování provozníh parametrů 1. Geometrká podobnost měř. 1:1. Pára jako praovní medum 3. Výrobní drsnost povrhu 4. Dodržení provozního Mahova čísla 5. Provoz př optmálním Strouhalově čísle u/ 6. Provoz v automodelové oblast Reynoldsova čísla Shéma měření na turbně T 1MW

6 Způsob vyhodnoování účnnost Určení stavů páry na stupn - Teploty (měřeno odporovým teploměry Heraus) - Tlaky (měřeno tlakovým převodníky Rosemount, tlaky přímo na stupn jsou vyvedeny do tlakového přepínače Sanvalve) - Pomoí rovn pro s dagram lze spočítat entalp, entrop, měrný objem, vskoztu.. Způsob vyhodnoování účnnost Množství páry stupněm Základní hodnotou potřebnou pro určení účnnost turbnového stupně je množství páry protékajíí rozváděí a oběžnou mříží. Množství bylo měřeno měrnou nádrží, tzn. na výstupu z turbny (množství však není totožné s tím, které prauje v mříž, proto je potřeba provést koreke. G rl = G k + G v -G u + G kom G rl [kg s -1 ]... množství rozváděím lopatkam G k [kg s -1 ]... množství kondenzátu, měřené měrnou nádrží G v [kg s -1 ]... množství páry odsáté do vývěvy G u [kg s -1 ]... množství upávkové páry G kom [kg s -1 ]... množství komínkové opáýry G obl = G rl -G rv + G ur G obl [kg s -1 ]... množství oběžnou lopatkou G rv [kg s -1 ]... průtok upávnkou obvodové bandáže G ur [kg s -1 ]... průtok hřídelovou upávkou rozváděího kola Jako druhý způsob bylo použto měření parní dýzou a pak G rl = G pd + G vv G pd [kg s -1 ]... množství parní dýzou G vv [kg s -1 ]... množství vstříkované vody G obl = G pd + G vv -G rv + G ur Pozn.: G vv G ur = 0... př měření nebyla vstřkována voda = 0... př měření byl udržován nulový průtok (vhodným nastavením odsávání do kondenzátoru)

7 Kondensátor Měření množství páry

8 Způsob vyhodnoování účnnost Měření výkonu N nl = N b + N l + N v N nl [W]... výkon na lopatkáh N b [W]... výkon na vodním dynamometru (torquemeteru) N l [W]... ložskové ztráty N v [W]... ventlační ztráty Výpočet účnnost Termodynamká účnnost stupně: η t =N nl / (G rl h st ) h st [J kg -1 ]... sentropký spád Termodynamká s využtím výstupní ryhlost: η tv =N nl / (G rl (h st - z /)) z [m s -1 ]... osová složka výstupní ryhlost Torquemeter

9 Brzda Řídíí a regulační panel

10 Stanovení základníh parametrů stupně Mahovo číslo stupně: ( k 1)/ k M= ( /( k 1))(( p / p ) 1) k p 0 p 0... Possonova konstanta pro spád na stupeň... tlak páry ve vstupním konfusoru... tlak páry za oběžným kolem Reynoldsovo číslo stupně: Re st = ( b 1 )/(µ v)... ryhlost b 1... tětva rozváděí lopatky µ... dynamká vskozta v... měrný objem Strouhalovo číslo: u 1p / st = π D p1 n / 60 st D p1 [m]... patní průměr st [ms -1 ]... ryhlost z soentropkého spádu n st [mn -1 ]... otáčky rotoru Vlv u/ na účnnost

11 Vlv Reynoldsova čísla na účnnost stupně Lopatky banán I.

12 Vlv Mahova čísla na účnnost Výsledky měření a testování stroje FROTOR

13 Shéma FROTORU Využtí FROTORU Přednost Nízkootáčkový pohon Využtí zbytkové expanze plynů (vzduh, spalny) Maxmální tlakový spád p1/p = 6 Relatvně jednoduhá konstruke Nevýhody: Obtížná regulae otáček Nízká termodynamká účnnost Nízká provozní teplota (kontakt s olejem) Nemožnost použtí páry (kontakt s olejem) Velké vlastní ztráty (tření lopatek)

14 Podmínky pro testování termodynamké účnnost Praovní medum stlačený vzduh Nelze použít dostupné dynamomatery č brzdy (nevhodné rozměry a příkony) Zatěžování stroje pomoí vodního čerpadla a měření termodynamkýh parametrů vzduhu na vstupu a výstupu z FROTORU Shéma měření

15 Fotky z měření Měření množství vzduhu měříí lona o Ø110mm je umíst stěna v potrubí o Ø150mm odběry statkého tlaku před lonou p0 tlak měřm ěřen prot atmosféře na loně dp0 tlak měřm ěřen dferenčně prot p0 tlakové převodníky ROSEMOUNT, výstupní sgnál l 4-0mA umíst stění lony a provedení odběrů dle normy ČSN

16 Měření tlaků vzduhu tlaky před p a za strojem před strojem statký a elkový tlak za strojem pouze statký tlak tlakové převodníky ROSEMOUNT, výstupní sgnál l 4-0mA všehny tlaky měřm ěřeny prot atmosféře barometrký tlak absolutní tlakový převodnp evodník k ROSEMOUNT výstupní sgnál l 4-0mA Měření teplot vzduhu teploty před p a za strojem použty termočlánky NCr-N umíst stění přímo v proudu (bez jímek) j elektrké převodníky ROSEMOUNT studené kone výstupní sgnál l 4-0mA

17 Sběr dat z převodníků výstupy z převodnp evodníků jsou zavedeny do propojovaího boxu pomoí odporu 400Ω je proudový sgnál l převeden p na napěť ěťový napěť ěťové sgnály měřm ěřeny 0t kanálovou ústřednou HP34970A,, ta je přes p RS3 spojena s měřm ěříím m PC naměř ěřená data jsou zaznamenávána do souboru Měření otáček otáčkom koměr r s kapatní sondou na hřídel h je umíst stěn n kroužek se 4 zuby řídíí jednotka (číta( tač pulzů) dsplay pro příměp zobrazení otáček přes RS3 sgnál l do počíta tače program ve Vsual Basu

18 Měření hluku stroje použt hlukoměr Bruel-Kjaer 60 kromě hladny hluku lze vyhodnott třetnooktávové harakterstky změř ěřeného hluku hluk měřm ěřen ve vzdálenost 1 m od stroje ve výše 1 m nad zemí změř ěřená data lze pomoí lnky USB přenp enést do počíta tače e a vyhodnott Projet 076 db :5:48-00:59: A C Hz LZeq LZFmax LZFmn Cursor: (A) Leq=93.4 db LFmax=100.4 db LFmn=84.8 db Měření povrhovýh teplot stroje teplota tělesat kontrolní měření př provozu prováděna bezdotykovým nfračerveným teploměrem teplota lopatek provedeno měřm ěření termovzním m systémem nfračerven ervená kamera Flr ThermaCAM SC000 rozsah teplot: -40 až a +000 C přesnost měřm ěření: ± C teplotní tlvost: <0, C měření provedeno ve spoluprá s NTC/ZČU Lopatka č.4 60,5 C

19 Určení účnnost a výkonu naměř ěřené hodnoty statké tlaky a teploty na vstupu a výstupu stroje množstv ství vzduhu výpočet 1 (p s1, T 1 ) s 1 =s s 1 (p s1, T 1 ) = s 1 s (p s, s 1 ) h s = 1 - s (p s, T ) h = 1 - účnnost η = h / h s výkon P = h m vz h s h p s1 1 p s s s Průběh provedenýh zkoušek 1. etapa zkoušky ky prováděny bez zatížen ení první pokusy o roztočen ení stroje byly provázeny velkým vbraem a hlukem po vyjetí na vyšší otáčky (okolo 1300 ot/mn) stroj sám s začal al otáčky snžovat když přívod vzduhu zůstz stával konstantní podezřen ení na kontakt lopatek o pláš ášť stroje konzultae s výrobem úprava lopatek a seřízen zení

20 Průběh provedenýh zkoušek. etapa př hodu bez zatížen ení dosaženy otáčky aža 1480 ot/mn př těhto t otáčkáh zaznamenány ny vysoké vbrae a velký hluk (víe než 10 db(a)), bylo nutné okamžt tě otáčky snížt 10h provoz př p malýh otáčkáh bez zatížen ení 8h provoz př p malýh otáčkáh se zatížen ením doporučen ení výrobe provedena měřm ěření bez zatížen ení a se zatížen ením m v rozsahu otáček do 1500 ot/mn př zatížen ení se vbrae stroje snížly a hluk stroje se pohyboval do 110 db(a) otáčky stroje jsou nerovnoměrn rné v rozsahu a ±30 ot/mn Výsledky průběh otáček Otáčky [ot/mn] :07:49 10:08:4 10:08:59 10:09:33 10:10:08 10:10:4 10:11:17 nerovnoměrný rný hod :00:00 8:30:00 9:00:00 9:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 Čas :49:09 10:49:5 10:50:36 10:51:19 10:5:0 10:5:45 10:53:8 10:54:1 10:54:55

21 Závslost výkonu na tlakovém poměru Závslost výkonu na otáčkáh

22 Závslost účnnost na n/(*h s ) - Závslost účnnost vlastní na n/(*h s ) -

23 Děkuj za pozornost L. Tajč