ГОСТ Р 55798-2013 (ИСО 2314:2009) Установки газотурбинные. Методы испытаний. Приемочные испытания.
ГОСТ Р 55798-2013
(ИСО 2314:2009)
Группа Е23
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УСТАНОВКИ ГАЗОТУРБИННЫЕ
Методы испытаний. Приемочные испытания
Gas turbines. Methods of testing. Acceptance tests
МКС 27.040
ОКП 31 1120
Дата введения 2015-01-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И.Баранова" (ФГУП "ЦИАМ им.П.И.Баранова")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 414 "Газовые турбины"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 2314:2009* "Турбины газовые. Приемочные испытания" (ISO 2314:2009 "Gas turbines - Acceptance tests"). При этом дополнительные фразы, показатели, их обозначения и значения, включенные в текст стандарта для учета потребностей национальной экономики Российской Федерации и особенностей российской национальной стандартизации, выделены курсивом**.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с (подраздел 3.5).
Исключены справочные приложения А и В
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в ** (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии по стандартизации в сети Интернет (www.gost.ru)
Введение
Настоящий стандарт устанавливает руководства и методики для подготовки и проведения приемочных испытаний и составления отчетности для определения и/или подтверждения электрической выходной мощности или механической мощности, коэффициента полезного действия (удельного расхода тепла), энергии выхлопных (отходящих) газов и других эксплуатационных характеристик газотурбинных силовых установок и промышленных газотурбинных двигателей. Результаты таких испытаний по определению характеристик следует определять с высокой степенью точности, используя самые современные методы расчетов и опыт, накопленный промышленностью, по технике и способам измерения.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на газотурбинные силовые установки (ГТУ) открытого цикла, использующие системы сгорания, в которые подается газообразное и/или жидкое топливо, а также на ГТУ замкнутого и полузамкнутого циклов. Настоящий стандарт также может применяться к газотурбинным двигателям (далее - ГТД) в установках комбинированного цикла или с использованием других теплоутилизационных систем.
Для установок, использующих в качестве генераторов газа поршневые двигатели или особые источники тепла (например, синтетический газ химических технологических процессов, доменный газ), настоящий стандарт может применяться в качестве базиса, но для абсолютного применения он должен быть соответственно модифицирован.
Приемочные испытания ГТУ с устройствами контроля эмиссии вредных выбросов и/или увеличения мощности, которые базируются на впрыске жидкости и/или особой подготовке воздуха во входном устройстве, также рассматриваются настоящим стандартом и должны быть учтены в программе испытаний, если такие системы включены в договорные рамки поставки как подвергаемые испытанию.
Сравнительные (контрольные, приемо-сдаточные) испытания ГТУ могут планироваться в различных вариантах, в зависимости от цели проводимых измерений. Настоящий стандарт может также применяться к сравнительным испытаниям, запланированным для проверки изменения характеристик ГТУ, в первую очередь для испытания до и после модификаций, модернизаций или ремонта.
Область применения настоящего стандарта включает в себя методики для определения следующих рабочих параметров, ограниченных до справочных рабочих параметров:
- электрической или механической выходной мощности (мощности газового потока, если полезной энергией являются только выхлопные газы);
- коэффициента полезного действия (КПД) или удельного расхода тепла;
- энергии выхлопных газов за турбиной, которая характеризуется температурой и расходом выхлопных газов.
Другие рабочие параметры, определенные контрактом между поставщиком и покупателем оборудования, должны быть рассмотрены в специальной методике испытаний, а также в методике испытаний поставщика.
Настоящий стандарт описывает методы измерений и применяемую аппаратуру, организацию ее калибровки и обращения с ней. Настоящий стандарт содержит положения о подготовке и проведении испытаний по определению характеристик, определяет рабочие условия ГТУ, граничные условия и их допустимые пределы, а также нормальные условия, которые рекомендуется использовать в качестве справочных, если другие условия не оговорены к моменту покупки. Кроме того, настоящий стандарт содержит руководства по записи данных измерения и операциям с ними, методы расчета и корректировки результатов испытаний, определения неопределенности, соответствующей им.
Допустимое значение параметров на испытаниях не является предметом настоящего стандарта, так как оно рассматривается как коммерческий термин, не основывающийся на статистическом анализе результатов измерений. Методология того, как применять допустимые значения параметров для демонстрации соответствия гарантируемым значениям, должна быть определена в контракте. Поэтому качество испытаний показывают результаты вычисления погрешности измерения.
Что касается дополнительного объема испытания по определению энергии выхлопных газов и/или их расхода, то эти величины определяются из баланса энергии ГТУ. Величины неопределенностей могут быть минимизированы достижением ее допустимых значений, приведенных в настоящем стандарте, для ключевых параметров в балансе энергии.
Стандарт не распространяется на:
- испытания по определению величины эмиссии вредных выбросов;
- испытания по определению шумовых характеристик;
- вибрационные испытания;
- определение характеристик конкретных узлов и систем ГТУ;
- определение технических характеристик устройств повышения мощности и вспомогательных систем, таких как устройства для охлаждения воздуха на входе в ГТУ, дожимные компрессоры топливного газа и т.д.;
- испытания, целью которых являются исследования и доводка;
- определение адекватности основных устройств защиты;
- определение характеристик систем управления и защиты;
- определение эксплуатационных характеристик (например, пусковых характеристик, надежности и т.д.).
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*:
Государственная система обеспечения единства измерений. Расход жидкости и газа. Методика выполнения измерений по скорости в одной точке сечения трубы
Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. Часть 5. Методика выполнения измерений
Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение коэффициента сжимаемости
(ИСО 6976:1995) Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава
(ИСО 10715:1997) Газ природный. Руководство по отбору проб
(ИСО 6974-1:2000) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 1. Руководство по проведению анализа
(ИСО 6974-2:2001) Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 2. Характеристики измерительной системы и статистические оценки данных
Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 7. Методика выполнения измерений молярной доли компонентов
Государственная система обеспечения единства измерений. Методики (методы) измерений
ГОСТ Р 8.585-2013* Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны оптического излучения для волоконно-оптических систем связи и передачи информации
Нефть и нефтепродукты. Метод определения плотности, относительной плотности и плотности в градусах API ареометром
Термометры сопротивления платиновые эталонные 1-го и 2-го разрядов. Общие технические требования
(ИСО 3977-1-97) Установки газотурбинные. Термины и определения
(ИСО 3977-9-1999) Установки газотурбинные. Надежность, готовность, эксплуатационная технологичность и безопасность
Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения
Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по , , , , а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 теплота сгорания (heating value/calorific value/specific energy): Количество тепла, высвобождаемое при полном сгорании в воздухе удельного количества газообразного или жидкого топлива при условии, что сгорание происходит при постоянном давлении.
Примечание - Если продукты сгорания газообразные, то теплота сгорания носит название низшей теплоты сгорания (lower heating value - LHV, или inferior calorific value, или net heating value). Если продукты сгорания газообразные, за исключением воды, которая находится в жидком состоянии, то теплота сгорания носит название высшей теплоты сгорания (higher heating value - HHV, или superior calorific value, или gross heating value ghb 15°C, когда в качестве топлива используют природный газ).
3.2 мощность (power): Мощность может быть выражена терминами "механическая мощность на валу у соединительной муфты турбины" (mechanical shaft power at the turbine coupling), "электрическая мощность турбогенератора" (electrical power of the turbine-generator) или "мощность газового потока" (gas power) в случае, когда ГТУ или газогенератор производят газ или сжатый воздух.
3.3 допуск (tolerance): Допустимое отклонение от заданного требования.
3.4 температура на входе в турбину (turbine inlet temperature); TIT: Температура на входе по условиям ИСО произвольно определяется как среднемассовая по потоку средняя температура заторможенного потока перед направляющим аппаратом первой ступени турбины, рассчитанная по общему тепловому балансу для камеры сгорания с учетом общего массового расхода воздуха через компрессор и общего массового расхода топлива.
Примечание - Относительно температуры газа после камеры сгорания используются различные определения [см. и формулу (30)]:
- температура газа на входе в турбину по условиям ИСО согласно настоящему стандарту;
- температура газа на выходе из камеры сгорания;
- температура газа на входе в сопловой аппарат;
- температура горения;
- температура горячих газов;
- температура газа на входе в рабочие лопатки первой ступени турбины.
3.5 температура на выходе из турбины (turbine outlet temperature); ТОТ: Температура торможения продуктов сгорания, покидающих турбину
4 Обозначения
Обозначения величин, используемых в настоящем стандарте, и единицы измерений приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Обозначения и единицы измерений параметров, определяемых при испытаниях
|
|
|
|
Обозначение параметра по стандарту | Наименование параметра | Единица измерения параметра | |
международному | межгосударственному и национальному |
|
|
 |  | Поправочный коэффициент для выходной мощности | - |
 |  | Поправочный коэффициент для приведения выходной мощности от условий, при которых выполнялось измерение, к нормальным условиям | - |
 |  | Поправочный коэффициент для приведения выходной мощности от заданных в документации условий к нормальным условиям | - |
 | | Поправочный коэффициент для КПД | - |
 | | Поправочный коэффициент для приведения КПД от условий, при которых выполнялось измерение, к нормальным условиям | - |
 | | Поправочный коэффициент для приведения КПД от заданных в документации условий к нормальным условиям | - |
 | | Коэффициент мощности электрогенератора | - |
 |  | Удельная теплоемкость газов при постоянном давлении | кДж/(кг·К) |
 | | Удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении при условии, что она постоянная | кДж/(кг·К) |
 | - | Удельная теплоемкость топлива при постоянном давлении | кДж/(кг·К) |
 |  | Удельная теплоемкость выхлопных газов при постоянном давлении при условии, что она постоянная | кДж/(кг·К) |
 |  | Удельный расход теплоты ГТУ, основанный на низшей теплоте сгорания топлива и выходной электрической мощности | кДж/(кВт·ч) |
|  | Удельный расход теплоты ГТУ, основанный на низшей теплоте сгорания топлива и мощности ГТУ на выходном валу | кДж/(кВт·ч) |
 |  | Приведенный удельный расход теплоты ГТУ | кДж/(кВт·ч) |
 |  | Измеренный и вычисленный удельный расход теплоты ГТУ | кДж/(кВт·ч) |
 |  | Удельная энтальпия воздуха при температуре  на входе в компрессор | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия воздуха при температуре выхода из компрессора  | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия воздуха при температуре  , утекающего из контрольного объема | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия потока воздуха, вышедшего из внешнего охладителя при температуре  и входящего в контрольный объем | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия воздуха при температуре  , отбираемого из линии отбора  в компрессоре | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия топлива при температуре  , поступающего в источник тепла (камеру сгорания) | кДж/кг |
 |  | Средняя удельная энтальпия газов при температуре  , поступающих в турбину | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия выхлопных газов при температуре  | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия выхлопных газов при температуре  | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия впрыскиваемых пара/воды при температуре  на входе в контрольный объем | кДж/кг |
 |  | Удельная энтальпия топлива при стандартной температуре  15°С | кДж/кг |
 |  | Ток вторичной обмотки измерительного трансформатора | А |
 | | Коэффициент трансформации напряжения в трансформаторе | - |
 | | Коэффициент трансформации тока в трансформаторе | - |
 |  | Массовый расход воздуха на входе в компрессор | кг/с |
 |  | Массовый расход воздуха на выходе из компрессора | кг/с |
 |  | Массовый расход воздуха через уплотнения и/или при утечке, покидающего контрольный объем | кг/с |
 |  | Массовый расход отбираемого воздуха на выходе из компрессора | кг/с |
 | - | Массовый расход воздуха на охлаждение камеры сгорания | кг/с |
 | - | Массовый расход воздуха для направляющих лопаток 1-й ступени турбины | кг/с |
 | - | Общий массовый расход воздуха на охлаждение турбины | кг/с |
 |  | Массовый расход воздуха, поступающего во внешний охладитель, покидающий контрольный объем и входящий в него | кг/с |
 |  | Относительная разница в массовом расходе на входе между реальным и эквивалентным компрессорами (т.е. относительное эквивалентное снижение расхода воздуха на входе в реальный компрессор) | % |
 |  | Массовый расход топлива, поступающего в контрольный объем | кг/с |
 |  | Массовый расход газов на входе в турбину | кг/с |
 |  | Массовый расход газов на выходе из турбины | кг/с |
 |  | Массовый расход газов на выходе из дымовой трубы | кг/с |
 |  | Приведенный массовый расход выхлопных газов турбины | кг/с |
 |  | Массовый расход впрыскиваемых пара/воды, поступающих в контрольный объем | кг/с |
 |  | Массовый расход воздуха через эквивалентный компрессор без линий отбора воздуха на охлаждение, но с тем же потреблением мощности, какое в реальном компрессоре | кг/с |
 |  | Массовый расход отбираемого воздуха в -й линии отбора компрессора | кг/с |
 |  | Число поправочных коэффициентов | - |
 | - | Мощность как функция изменяющегося параметра | кВт |
 | - | Мощность при заданных или общепринятых нормальных условиях | кВт |
 | - | Приведенная выходная мощность ГТУ | кВт |
 | - | Измеренная/вычисленная мощность ГТУ | кВт |
 |  | Приведенная выходная электрическая мощность на выводных клеммах электрогенератора | кВт |
 |  | Измеренная/расчетная механическая выходная мощность | кВт |
 |  | Мощность, потребляемая поджимающим компрессором охлаждающего воздуха | кВт |
 |  | Мощность на выходном валу ГТУ | кВт |
 |  | Выходная электрическая мощность на выводных клеммах электрогенератора | кВт |
 | - | Измеренная активная выходная мощность на вторичной обмотке измерительных трансформаторов | кВт |
 |  | Мощность, потребляемая компрессором | кВт |
 |  | Потери в трансформаторе | кВт |
 |  | Потери в трансформаторе под нагрузкой | кВт |
 |  | Потери в трансформаторе без нагрузки | кВт |
 |  | Потери в электрогенераторе | кВт |
 |  | Потери в редукторе | кВт |
 |  | Проектные потери в электрогенераторе | кВт |
 |  | Энергия потока воздуха на входе в компрессор, соответствующая значению удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия потока воздуха на входе в камеру сгорания, соответствующая значению удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия потока воздуха, выходящего через уплотнения и/или негерметичности и покидающего контрольный объем, соответствующая значению удельной энтальпии 
| кДж/с |
 |  | Энергия потока охлаждающего воздуха на входе в охладитель, соответствующая значению удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия потока охлаждающего воздуха на выходе из охладителя, соответствующая значению удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия потока воздуха, отбираемого для объектов, находящихся вне контрольного объема, соответствующая значению удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия потока, отобранного на охлаждение воздуха, при относительном эквивалентном снижении расхода и удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия топлива, поступающего в камеру сгорания, определенная по низшей теплоте сгорания топлива (LHV) | кДж/с |
 |  | Энергия потока газов на входе в турбину, соответствующая значению удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия потока газов на выходе из турбины, соответствующая значению удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия потока газа, выходящего из турбины, в выходном сечении дымовой трубы, соответствующая значению удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Энергия потока газа на выходе из турбины, соответствующая значению удельной энтальпии при стандартной температуре и привязанная к стандартной температуре окружающего воздуха  | кДж/с |
 |  | Приведенная энергия потока газа на выходе из турбины, соответствующая значению удельной энтальпии при стандартной температуре и привязанная к стандартной температуре окружающего воздуха | кДж/с |
 |  | Приведенная энергия потока газа на выходе из турбины, соответствующая значению удельной энтальпии при стандартной температуре и привязанная к стандартной температуре  | кДж/с |
 |  | Низшая теплота сгорания топлива при 15°С и постоянном давлении (LHV) | кДж/кг |
 |  | Механические потери в газовой турбине | кВт |
 |  | Проектные механические потери в газовой турбине | кВт |
 |  | Лучистые и конвективные потери тепла на всех поверхностях | кВт |
 |  | Калорические потери тепла (например, тепло, отбираемое системой охлаждения компрессора) | кВт |
 |  | Проектные или измеренные калорические потери тепла | кВт |
 |  | Энергия впрыскиваемых пара/воды, соответствующая удельной энтальпии | кДж/с |
 |  | Измеренная энергия впрыскиваемых пара/воды, приведенная к проектным условиям при необходимости | кДж/с |
 |  | Суммарные потери двигателя (  ) | кВт |
 |  | Приращение удельной энтальпии топлива при изменении температуры топлива от температуры окружающей среды до температуры на входе в камеру сгорания | кДж/с |
 |  | Заданное значение мощности, определяемое по среднеквадратичным значениям напряжения и тока | кВА |
 |  | Измеренное значение мощности, определяемое по среднеквадратичным значениям напряжения и тока | кВА |
 | | Стандартная температура (15°С) для определения удельной энтальпии топлива | К |
|  | Стандартная температура для определения удельной энтальпии воздуха и газов | К |
- |  | Температура окружающего воздуха | К |
|  | Температура воздуха на входе в компрессор | К |
 |  | Температура воздуха на выходе из компрессора | К |
 |  | Температура потока воздуха, выходящего через уплотнения и/или негерметичности и покидающего контрольный объем | К |
|  | Температура воздуха из внешнего охладителя на входе в контрольный объем | К |
|   | Температура газов на входе в турбину | К |
|  | Температура воздуха, отбираемого из линии отбора в компрессоре | К |
|  | Температура топлива, поступающего в источник тепла (камеру сгорания) | К |
|  | Средняя температура выхлопных газов | К |
 | - | Измеренная приведенная температура на выходе из турбины | К |
 |  | Приведенная средняя температура выхлопных газов | К |
|  | Средневзвешенная массовая температура выхлопных газов на выходе из дымовой трубы (установки простого цикла) | К |
|  | Температура впрыскиваемых пара/воды на входе в контрольный объем | К |
 | | Напряжение вторичной обмотки измерительного трансформатора | В |
 |  | КПД ГТУ, рассчитываемый по электрической мощности на выводных клеммах электрогенератора и низшей теплоте сгорания топлива | - |
- |  | КПД ГТУ, рассчитываемый по мощности на выходном валу и низшей теплоте сгорания топлива | - |
 |  | Коэффициент полноты сгорания камеры сгорания с учетом всех лучистых и конвективных потерь тепла | - |
 |  | КПД ГТУ, определенный по приведенным значениям мощности и расхода топлива | - |
 |  | Измеренный/расчетный КПД ГТУ | - |
 | - | -й аддитивный поправочный коэффициент для температуры на выходе из турбины | К |
Примечания
1 Предполагается, что температуры воздуха или газов являются температурами торможения, если обеими сторонами не оговорено иное.
2 Общее уравнение для удельной энтальпии газов следующее:  , где  - удельная энтальпия газов при стандартной температуре, °С для энтальпии;  - реальная температура газов, °С. Обычно  0°С, в этом случае  0 и  . Допускается принимать, что эта температура (  ) равна температуре окружающего воздуха или какой-либо иной температуре. | |||
5 Контрольный объем для испытаний
Схема контрольного объема для испытаний включает в себя область с оборудованием и аппаратурой ГТУ, подвергаемым испытаниям по определению рабочих характеристик, учитывая нормальные условия для обеспечения заданных гарантий. Это обеспечивает базис для определения и планирования количества, диапазона и позиций установки приборов, необходимых для расчета потоков энергии, пересекающих граничные поверхности контрольного объема для испытаний, а также для определения текущих условий в течение испытания для приведения результатов испытания к стандартным условиям.
На рисунке 1 а) показан типичный контрольный объем при испытаниях энергетической ГТУ открытого цикла с принятыми в настоящем стандарте обозначениями сечений измерения параметров, необходимых для определения технических характеристик. Сечения измерения параметров внутри контрольного объема при испытаниях могут быть использованы для расчета баланса энергии, как показано в разделе 8. На рисунке 1 б) показан этот же вариант контрольного объема с обозначениями сечений, принятыми в отечественной промышленности.
Приведенную номенклатуру сечений следует использовать только для примеров вычислений настоящего стандарта.
Типичный контрольный объем при испытаниях ГТУ для механического привода показан на рисунке 2.
Обозначения принятых в стандарте сечений при испытаниях ГТУ и измеряемые в них параметры, а также вариант принятого в отечественной промышленности обозначения сечений приведены в таблице 2.
Величина потерь нужна для определения энергии выхлопных газов ГТУ и включает в себя все потоки энергии, покидающие принятый контрольный объем для испытаний. К таким потерям обычно относятся потери теплового излучения, потери в подшипниках и редукторе, потери в генераторе и тепловые потери. Пример последнего вида потерь - рассеивание тепла из системы охлаждения воздуха в компрессоре и из котла-утилизатора парогазовой установки.
Обычно величина потерь мало влияет на расчетную величину энергии выхлопных газов ГТУ, и поэтому расчетная величина потерь часто используется как постоянная проектная величина. Исключением является тепло, отобранное от охлаждающих систем, которое может быть определено на основе измеренных расхода, температуры и давления рабочей среды.
а) Обозначение сечений по ИСО
б) Обозначение сечений по межгосударственным и национальным стандартам
Рисунок 1 - Контрольный объем при испытаниях энергетической ГТУ
Рисунок 2 - Контрольный объем при испытаниях ГТУ для механического привода
Таблица 2 - Номенклатура сечений контрольных объемов при испытаниях ГТУ и измеряемых в этих сечениях параметров
|
|
|
|
Сечения измерения параметров по стандарту | Наименование показателей | Измеряемые параметры | |
международному | межгосударственному и национальному |
|
|
1 | н | Окружающий воздух | Температура, давление, влажность |
2 | в | Вход в компрессор | Температура, давление |
3 | к | Выход из компрессора | Температура, давление |
4 | топ | Смесь топлива с впрыскиваемой субстанцией | Расход, температура, давление, свойства топлива |
5 | кс | Выход из камеры сгорания | Нет измеряемых величин (N/A) |
6 | г | Вход в турбину | Нет измеряемых величин (N/A) |
7 | т | Выхлоп турбины | Температура, давление |
8 | вых. тр | Выхлоп из дымовой трубы | Температура |
9 | е эл | Электрическая мощность | Активная мощность, коэффициент мощности, частота, ток при существующем напряжении |
| е | Мощность на валу | Крутящий момент, частота вращения ротора |
10 | пот (тепл., мех., эл.) | Потери | Тепловые, механические, электрические |
Примечание - Рекомендуется учитывать любые дополнительные потоки, пересекающие поверхность контрольного объема для испытаний. | |||
6 Подготовка к испытаниям
6.1 Общие положения
Испытания должны быть проведены в соответствии с рабочей программой, учитывающей положения настоящего стандарта и местные условия, согласованной с заинтересованными сторонами.
6.1.1 Договоренности перед проведением испытания
На результаты испытаний значительно влияют множество факторов. Поэтому испытания должны быть тщательно спрограммированы, организованы и проведены так, чтобы результаты имели наивысшую практически достижимую точность.
6.1.2 Цели испытания
Целью любых испытаний является определение характеристик ГТУ в соответствии с предварительными планированием и договоренностями, такими как: соглашения на поставку, технические документы по критериям приемки испытания, требования сдачи "под ключ", соглашения по поставкам энергетического оборудования, контракт на обслуживание и т.д.
Подробный порядок проведения испытаний и оценки их результатов должен быть выдан и согласован до начала проведения испытаний. Данный порядок должен содержать полную информацию о способе измерений и соответствующей технике, используемой для приведения результатов, полученных в условиях испытаний, к стандартным условиям или набору критериев, изложенному в релевантных документах. Настоящий стандарт не распространяется на испытания по определению величины эмиссии вредных выбросов в окружающую среду, уровней шума и вибрации, которые в большинстве случаев являются частью других программ/методик проведения испытаний. Однако такие испытания могут проводиться одновременно с приемочными испытаниями в соответствии с контрактами на закупку и другими соответствующими документами.
6.1.3 Ухудшение характеристик
Ухудшение характеристик ГТУ в течение эксплуатации является обычным явлением и должно рассматриваться при оценке окончательных результатов приемочных испытаний. Ухудшение характеристик ГТУ происходит в первую очередь от загрязнения и эрозии газового тракта, а также из-за его износа. Некоторые виды ухудшения характеристик из-за загрязнения могут быть нейтрализованы очисткой компонентов в газовоздушном тракте. Допуск на ухудшение характеристик в процессе испытаний по определению рабочих характеристик является строго коммерческим вопросом, решаемым между заинтересованными сторонами, и выходит за рамки настоящего стандарта.
В большинстве случаев гарантии обеспечения характеристик ГТУ даются с учетом состояния оборудования. В контракте между сторонами рекомендуется указать период, когда оборудование считается "новым и чистым" а также указать, нужно ли разрешать корректировку характеристик, когда оборудование испытывают за пределами этого периода.
Подробная методология о том, как применить корректировку на ухудшение параметров, может быть получена из сравнительных испытаний, исследований характеристик всего парка установок, из прогнозирующих кривых ухудшения характеристик или других методов. Нужно заметить, что действительное измерение ухудшения посредством сравнительных испытаний через короткие периоды является затруднительным по причине того, что степень ухудшения и неопределенность измерения имеют соизмеримые величины, и в силу того, что в течение времени сдачи в эксплуатацию контролируемые параметры могут изменяться. Поправка на ухудшение может быть аддитивной или мультипликативной и может применяться к результатам испытания или гарантиям, предоставляемым по ГТУ, как показано в 8.3.2.5.
Соглашение по применению поправок на ухудшение к результатам испытаний по определению рабочих характеристик относится к коммерческим вопросам, решаемым между заинтересованными сторонами.
6.1.4 Вопросы проектирования, сборки и подготовки к пуску
Необходимо учесть следующие рекомендации при разработке требований к точности измерительной аппаратуры, калибровке (и/или тарировке), документации и размещению постоянной (штатной) и временной измерительной аппаратуры, используемой в течение данного испытания:
- если в течение испытания планируется использовать постоянно установленную измерительную аппаратуру, то рекомендуется выполнить по мере возможности на более ранней стадии проекта требования 6.4. Также рекомендуется рассмотреть возможность проведения калибровки после испытания или замены ее временной измерительной аппаратурой;
- при применении временной измерительной аппаратуры рекомендуется, чтобы проект позволял обслуживать отдельные соединения и секции каналов измерения давления, температур и электрических подсоединений. Для того чтобы удовлетворять требуемым ограничениям по неопределенности расходомеров, рекомендуется использовать выпрямители эпюры скоростей потока;
- план размещения измерительной аппаратуры должен быть таким, как задано в данных границах для неопределенности измерений, и, насколько позволяет обстановка, подтверждать измерение критических параметров на испытании (например, давления, температуры, расхода топлива, выходной мощности).
6.2 Методика испытаний
Испытания по определению характеристик ГТУ следует проводить на основе методики испытаний, которую разрабатывают для обеспечения подробного руководства при проведении испытаний. Эта методика дополняет контрактные обязательства и разъясняет спорные вопросы по контракту. Она должна обеспечивать план действий для проведения испытания. До проведения испытаний методика должна быть согласована всеми заинтересованными сторонами. В методику испытаний рекомендуется включать следующие данные и технологии испытаний:
- основные условия испытаний и гарантий;
- критерии приемки испытаний, необходимые для завершения испытаний;
- граничные сечения контрольных объемов, места установки датчиков измеряемых параметров;
- подробное описание измерительной аппаратуры, включая типы, расположение и требования к калибровке;
- требования к продолжительности работы на режимах для стабилизации параметров до начала проведения измерения данных;
- подробное описание правил обращения с топливом, включая методику взятия проб топлива, операций с ним, методов анализа, периодичность взятия проб, а также подробную информацию по распределению дублированных образцов топлива для каждой партии, включая образцы, подлежащие хранению на случай дополнительного анализа;
- допустимый диапазон условий хранения топлива, включая его компоненты и значение теплоты сгорания;
- требуемые условия эксплуатации, например нагрузка при испытаниях, частота вращения, перечень допустимых отклонений параметров в процессе испытаний (см. таблицу 9);
- требуемые уровни чистоты оборудования и инспекции перед испытаниями;
- методику расчета ухудшения характеристик;
- регистрацию записей параметров и наблюдений при испытаниях;
- число пусков при испытаниях и продолжительность непрерывной работы при каждом пуске;
- частоту сбора данных, критерии принятия и отбрасывания данных;
- метод комбинирования пусков при испытаниях для определения окончательного результата испытаний;
- числовые значения параметров, кривые и алгоритмы для корректировки при условиях, отличающихся от заданных;
- требования к хранению данных, хранению документов, рассылке данных и отчетов по испытаниям;
- метод проведения согласования и документирования каких-либо изменений в методике испытаний;
- способ документирования заданных параметров управления ГТУ до испытаний и после них.
6.3 Подготовка испытаний
Оборудование должно быть готово к надежной работе при полной нагрузке до начала испытания на месте. Для вновь построенных установок рекомендуется провести испытания в самое ближайшее время после завершения процесса ввода их в эксплуатацию. Для установок, которые уже находятся в коммерческой эксплуатации, испытания следует проводить при чистом и неповрежденном состоянии. Некоторая степень ухудшения технического состояния может быть допущена, если это согласовано в коммерческих контрактах.
Руководитель испытаний должен назначаться стороной, проводящей испытания. Назначенный руководитель испытаний должен быть ответственным за профессиональный уровень проведения испытаний и применять настоящий стандарт как руководство к их выполнению. Предварительно согласованная методика испытаний должна быть базисом для проведения испытаний.
До испытаний все стороны, вовлеченные в процесс испытаний, должны согласовать следующие положения:
- проведен осмотр всей установки с выявлением любых недостатков в оборудовании в методиках, которые могут повлиять на испытание по определению характеристик;
- проведена инспекция системы измерения расхода топлива;
- проведены инспекция и очистка (промывка во время останова с предварительной ручной промывкой, если необходимо) лопаток компрессора ГТУ. Все компоненты должны быть чистыми и готовыми к испытанию;
- угол поворота входных направляющих лопаток компрессора проверен измерением и отрегулирован в соответствии со спецификациями по управлению при необходимости;
- температура газа на входе в турбину контролируется по температуре выхлопных газов и другим факторам, имеющим отношение к этому контролю;
- калибровка (поверка) всех временных средств измерения была проведена до установки на место, а действующие сертификаты (свидетельства) были выданы в течение последних 12 месяцев и имели отметки национальных или международных лабораторий;
- расположение и качественная установка всех временных и входящих в состав установки измерительных средств соответствуют их калибровочным свидетельствам и серийным номерам;
- обеспечено измерение выходной электрической мощности, включая коэффициент мощности (на выходном валу и/или полезной, по необходимости);
- обеспечены система сбора данных для постоянного контроля всех необходимых параметров и периодичность сбора данных;
- обеспечены система сбора данных, которые могут быть сняты оператором, и периодичность сбора данных;
- предусмотрено использование оперативных распечаток с экрана для дополнительной информации, которая может включать в себя записи вредных выбросов установки и любые другие аварийные сигналы, которые могут повлиять на проведение приемочных испытаний;
- имеется подробная программа всех испытаний, включая продолжительность всех испытаний;
- определены режимы работы и настройки ГТУ (например, подключены обходной канал перепуска или бойлер, противообледенительная система, система перепуска воздуха из компрессора и т.д.);
- имеются в наличии предварительный и последний анализы топлива (с определением плотности и теплоты сгорания топлива) для подтверждения того, что оно соответствует проектному;
- определены методология и частота взятия образцов основного топлива. Команда, проводящая испытания, количество отборов образцов, хранимых эксплуатантом и резервный образец должны быть согласованы до проведения испытаний, а также определены названия лабораторий, проводящих анализ топлива. Для этих целей допускается использовать переносные газоанализаторы, в случае, если их точность удовлетворяет требованиям настоящего стандарта;
- персонал имеется в достаточном количестве, обладает необходимым опытом для правильной эксплуатации средств измерений и сбора данных по испытаниям;
- имеются эффективные индикация и система двухсторонней связи, чтобы показывать начало и конец испытаний, время выдержки на режимах для записи показаний измерительных приборов.
6.3.1 Подготовка оборудования
Тщательная подготовка испытаний ГТУ является очень важной. Эту подготовку не следует рассматривать как часть обычного процесса сдачи в эксплуатацию установки, которую следует подвергнуть заново приемочным испытаниям. Обычной практикой является то, что поставщик оборудования инспектирует установку, которая должна пройти испытания, и обеспечивает инструкцией по восстановительным операциям, которые требуются перед проведением испытаний. В любом случае перед испытаниями установка должна быть передана в распоряжение поставщика для обследования и чистки. Отчет о готовности, который показывает, что оборудование должным образом подготовлено к испытаниям, должен быть выпущен для всех сторон, связанных с организацией - испытателем установки, до проведения испытаний.
6.3.2 Соглашения об изменении программы испытаний
Любые изменения программы испытаний по определению характеристик должны быть согласованы до завершения испытаний и вручены в письменной форме всем сторонам, принимающим участие в испытаниях.
Для выработки единого мнения о проведении предшествующих испытаний в соответствии с методикой испытаний по определению характеристик и требованиями настоящего стандарта, согласование следует проводить всеми сторонами, принимающими участие в испытаниях. После достижения соглашения испытанию присваивается статус официального испытания.
6.3.3 Программа и место проведения испытательных процедур
В программу испытаний следует включать, как минимум, последовательность работ, предполагаемое время проведения испытания и требования по оповещению сторон. Также должны быть включены технологические операции и процедуры, такие как подготовка испытания, проведение испытания и составление отчета с результатами испытаний. Место проведения испытания должно быть назначено по месту эксплуатации установки или в других испытательных центрах, где рабочие условия приемлемы для всех сторон.
6.3.4 Предварительные действия до испытаний
Все стороны, принимающие участие в испытаниях, должны быть в соответствии с предварительным соглашением своевременно письменно уведомлены для того, чтобы они имели необходимое время для высылки ответа и подготовки персонала, оборудования или документации. Информация о внесенных изменениях и дополнениях должна быть незамедлительно доведена до сведения всех сторон.
6.3.5 Записи, предшествующие испытанию
Размеры и физическое состояние узлов и деталей (длина, диаметры и площади проходных сечений) ГТУ, необходимые для расчетов и других целей испытания, должны быть определены и записаны до начала испытания. Серийные номера и данные из паспортов узлов и деталей рекомендуется записывать для идентификации испытуемых ГТУ и вспомогательного оборудования. Рекомендуется идентифицировать все средства измерения, а модели и серийные номера записывать. Должна быть разработана или быть доступной документация по расчетным или скорректированным данным, для того чтобы проводить независимую проверку алгоритмов, постоянных величин, масштаба, коррекций калибровки, смещений, базисных точек, переводов из одной системы единиц в другую.
6.4 Измерительная аппаратура и методы измерений
6.4.1 Общие требования
Этот подраздел описывает измерительную аппаратуру, методы и меры предосторожности, которые должны быть использованы при испытаниях ГТУ, их узлов и систем в соответствии с настоящим стандартом. В тех случаях, когда в данном разделе отсутствует спецификация, касающаяся каких-либо применяемых средств измерительной аппаратуры и методов измерения, они должны стать предметом соглашения сторон, принимающих участие в испытаниях.
Применение современных электронных аппаратуры и устройств совместно с регистрацией контролируемых компьютером данных и системой их обработки является предпочтительным для получения данных и результатов испытаний с наивысшей степенью точности. Допускается ручная запись с аналоговых приборов в случаях, когда используют неэлектрические средства измерения.
Кроме измерительной аппаратуры и методов измерения, описанных в настоящем стандарте, могут быть приняты новые технологии и методы измерения для испытаний по определению характеристик при условии, что они соответствуют требованиям по максимальным неопределенностям, заданным в настоящем стандарте.
Стороны, принимающие участие в испытаниях, должны оборудовать место испытаний и разработать расчет заданной неопределенности для получения результатов испытаний с наименьшей практической неопределенностью.
Окончательная неопределенность результатов испытаний будет уникальной для каждого испытания из-за различий в поставке, используемого топлива, коэффициентов чувствительности установки, измерительной аппаратуре и характеристиках приводимого оборудования.
Для обеспечения надежных и точных результатов испытания в настоящем стандарте установлены пределы для неопределенности требуемых измерений, а также для допустимых изменений рабочих параметров в течение испытания.
Суммарная неопределенность окончательного результата испытаний должна быть рассчитана в соответствии с методиками настоящего стандарта и использована исключительно для оценки качества проведения испытания. Должны быть разработаны расчеты неопределенности, предшествующей испытаниям, и после испытаний.
Неопределенностью после испытаний можно пренебречь после соглашения сторон, принимающих участие в испытаниях.
Для сравнительных испытаний, в отличие от абсолютного уровня параметров испытания, определение неопределенности отличается, так как ожидаемый результат - это разница в значениях мощности или КПД - иная величина, нежели абсолютный уровень параметров. Действенность испытания основывается на выборе подходящей измерительной аппаратуры и определении неопределенностей таким образом, чтобы неопределенность представляла относительно низкий процент от ожидаемой разницы в значениях.
6.4.1.1 Неопределенность измерения
В общем случае ни одно измерение или испытание не является совершенным, и неточности являются в конечном итоге причиной погрешности измерений. Следовательно, результат измерения является только приближением к значению измеряемой величины, т.е. специфическим качеством в процессе измерения. Применительно к испытаниям ГТУ общий термин "измеряемая величина" может охватывать много различных количественных показателей, например тепловую мощность ГТУ, КПД установки, электрическую или механическую мощность, массовый расход воды или пара, температуру или давление жидких сред.
Применение анализа неопределенности к испытаниям имеет следующие цели:
- предоставление возможности выразить качество результата испытания в количественном значении;
- определение вклада каждого измерения в суммарную неопределенность;
- обеспечение механизма повышения качества испытания.
Если неопределенность измерительной аппаратуры, используемой для испытаний на определение рабочих характеристик, оценивается как равная или меньше, чем максимальные значения неопределенностей, приведенные в таблице 3, то результатам испытаний по определению присущ высокий уровень точности. В таких случаях определение общей неопределенности испытаний не является обязательным.
Однако если один или более измерительных приборов, используемых в процессе испытаний, не соответствуют уровням неопределенности, приведенным в таблице 3, то можно применить следующую методику:
- выполнить анализ неопределенности перед испытанием, используя предельное значение для каждого измерения согласно таблице 3 вместе с соответствующими значениями чувствительности для испытуемой турбины. Этот анализ даст исходный показатель суммарной неопределенности испытания;
- выбрать измерительную аппаратуру для каждого параметра таким образом, чтобы суммарная неопределенность была равной или меньше, чем рассчитанный исходный показатель суммарной неопределенности испытания.
Способ применения и использования величин суммарной неопределенности для результатов окончательных испытаний на определение рабочих характеристик не входит в область применения настоящего стандарта, так как в первую очередь оговаривается контрактом, и его рационализация должна быть согласована до начала проведения испытаний. Однако когда рассчитывается неопределенность измерения уровней относительных уровней характеристик, то важно чтобы для всех показаний приборов случайная и систематическая погрешности, связанные с записями, были известны.
6.4.1.2 Максимально допустимые неопределенности
Для достижения наивысшей возможной точности результатов испытания обязательным требованием является назначение максимально допустимых неопределенностей измерительных приборов, устройств или параметров.
В течение подготовки испытания по определению характеристик должны быть оценены методы измерения и откалиброваны приборы и аппаратура для подтверждения их соответствия неопределенностям, приведенным в таблице 3 для установок, производящих электроэнергию.
Таблица 3 - Максимально допустимые неопределенности
|
|
|
Измерительный прибор или параметр | Максимальная неопределенность | Примечание |
Барометрическое давление | ±0,05% | Неопределенность измерительного прибора |
Температура окружающего воздуха | ±0,2 К | Неопределенность измерительного прибора |
Относительная влажность | ±2% | Неопределенность измерительного прибора |
Измерения электрической мощности | ±0,2% | Неопределенность измерительного прибора |
Трансформатор тока | ±0,2% | Эквивалентно классу точности 0,2 |
Трансформатор напряжения | ±0,2% | Эквивалентно классу точности 0,2 |
Механическая мощность (крутящий момент) | ±1,0% | Неопределенность измерительного прибора |
Частота вращения вала | ±0,25% | Неопределенность измерительного прибора |
Давление газообразного топлива | ±0,25% | Неопределенность измерительного прибора |
Температура газообразного топлива | ±0,2 К | Неопределенность измерительного прибора |
Теплота сгорания газообразного топлива | ±0,5% | Суммарная неопределенность состава газа |
Массовый расход газообразного топлива | ±0,5% | Суммарная неопределенность температуры, давления, объемного расхода и состава газа |
Температура жидкого топлива | ±0,2 K | Неопределенность измерительного прибора |
Теплота сгорания жидкого топлива | ±1,0% | Суммарная неопределенность лабораторного анализа |
Массовый расход жидкого топлива | ±0,5% | Суммарная неопределенность объемного расхода и температуры |
Температура на выходе из турбины | ±3 К | Неопределенность измерительного прибора |
Потери давления во входном устройстве | ±50 Па | Неопределенность измерительного прибора |
Потери давления в системе выхлопа | ±50 Па | Неопределенность измерительного прибора |
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.