MĚŘENÍ TEMODYNAMICKÉ ÚČINNOSTI ROTAČNÍCH STROJŮ a. a. s., Plzeň Obsah 1. Účnnost stupňů parníh turbín. Testování FROTORU
Rovnotlaký stupeň parní turbíny Rozváděí lopatky Oběžné lopatky Ryhlostní trojúhelníky
Defne termodynamké účnnost Defne termodynamké účnnost 0 0 x s ST = η 0 0 x s ST = η 0 0 x s ST = η + = = + = 0 0 0 0 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
Expermentální parní turbína 1 MW Expermentální možnost 1. Účnnost samostatnýh stupňů. Účnnost skupny stupňů 3. Jednohřídelové a dvouhřídelové uspořádání 4. Vlv proudovýh parametrů
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
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)
Kondensátor Měření množství páry
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
Brzda Řídíí a regulační panel
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
Vlv Reynoldsova čísla na účnnost stupně Lopatky banán I.
Vlv Mahova čísla na účnnost Výsledky měření a testování stroje FROTOR
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)
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
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
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
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
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 18.09.006 00:5:48-00:59:05 130 10 110 100 90 80 70 60 50 40 30 0 10 1.50 31.50 63 15 50 500 1000 000 4000 8000 16000 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
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
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 1510 1500 1490 1600 1480 1470 1400 1460 1450 100 1440 1430 Otáčky [ot/mn] 1000 800 600 140 10:07:49 10:08:4 10:08:59 10:09:33 10:10:08 10:10:4 10:11:17 nerovnoměrný rný hod 560 400 550 540 00 530 0 8:00:00 8:30:00 9:00:00 9:30:00 10:00:00 10:30:00 11:00:00 11:30:00 Čas 50 510 500 490 480 470 10:49:09 10:49:5 10:50:36 10:51:19 10:5:0 10:5:45 10:53:8 10:54:1 10:54:55
Závslost výkonu na tlakovém poměru Závslost výkonu na otáčkáh
Závslost účnnost na n/(*h s ) - Závslost účnnost vlastní na n/(*h s ) -
Děkuj za pozornost L. Tajč