Επεξεργασία μετρήσεων και συσχέτισή τους με τις διαδικασίες συντήρησης και τη διάγνωση κατάστασης βιομηχανικών αεριοστροβίλων

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η συσχέτιση των διαδικασιών συντήρησης και της κατάστασης υγείας της μηχανής με μετρήσεις χαρακτηριστικών μεγεθών που λαμβάνονται από τη μετρητική διάταξη της μηχανής. Στο πλαίσιο αυτό, πραγματοποιήθηκε επεξεργασία μεγάλου όγκου πραγματικών μετρήσεων από βιομηχανικούς αεριοστρόβιλους και έγινε προσπάθεια συσχέτισής τους με πιθανές αλλά και δεδομένες παρεμβάσεις στη μηχανή. Αρχικά, συλλέχθηκαν μετρήσεις από τη βάση δεδομένων του διαγνωστικού συστήματος στους δύο αεριοστροβίλους της μονάδας συνδυασμένου κύκλου Νο ΙΙΙ του Λαυρίου, το οποίο έχει δημιουργηθεί και εγκατασταθεί από το ΕΘΣ, αλλά και πληροφορίες γύρω από τις συντηρήσεις των αεριοστροβίλων από τα ημερολόγια της μονάδας (logbooks). Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε διόρθωση των μετρήσεων ώστε να αναχθούν στις συνθήκες αναφοράς. Ακολούθως, στις διορθωμένες μετρήσεις εφαρμόστηκε η μέθοδος της αναγωγής σε σταθερό φορτίο με χρήση της τεχνικής της γραμμικής προσέγγισης ελαχίστων τετραγώνων, ώστε να προσδιοριστεί η τάση μεταβολής τους. Η μέθοδος εφαρμόστηκε με δύο τρόπους, πρώτον στα δεδομένα μεταξύ δύο διαδοχικών συντηρήσεων, όπως αυτές απεικονίζονται στα ημερολόγια της μονάδας και δεύτερον, χρησιμοποιώντας όλο τον όγκο μετρήσεων μη λαμβάνοντας υπ’ όψιν τα συμβάντα συντήρησης. Τα αποτελέσματα της επεξεργασίας των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκαν και για τη βελτίωση του μοντέλου της υπό μελέτη μηχανής στο λογισμικό TEACHES, το οποίο έχει αναπτυχθεί από το Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών του ΕΜΠ και παρέχει τη δυνατότητα προσομοίωσης της λειτουργίας αλλά και τον προσδιορισμό της κατάστασης υγείας διαφόρων αεριοστροβίλων με χρήση των μοντέλων προσομοίωσης τους. Για το λόγο αυτό έγινε επιλογή των κατάλληλων μετρήσεων ώστε να γίνει βελτίωση του χάρτη λειτουργίας του συμπιεστή του συγκεκριμένου κινητήρα. Ακολούθως, με χρήση του βελτιωμένου μοντέλου στο λογισμικό TEACHES, πραγματοποιήθηκε διάγνωση της κατάστασης των αεριοστροβίλων. Τα δεδομένα παρεμβάσεων στις μηχανές συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα του λογισμικού TEACHES. Συγκεκριμένα, αυτό έγινε με τον υπολογισμό και την παρατήρηση της συμπεριφοράς των παραμέτρων υγείας, της παροχής αέρα εισόδου, του φορτίου και του θερμικού βαθμού απόδοσης, σε συνάρτηση με τις ημερομηνίες που πραγματοποιήθηκαν οι συντηρήσεις. Με αυτόν τον τρόπο εκτιμήθηκε η κατάσταση των δύο αεριοστροβίλων και προτάθηκε ένας βέλτιστος αριθμός Off-Line πλυσιμάτων των δύο συμπιεστών. Εν συνεχεία, πραγματοποιήθηκε επεξεργασία των μετρήσεων από τους δύο αεριοστροβίλους της μονάδας συνδυασμένου κύκλου του Αλουμινίου της Ελλάδας. Σε αυτήν την περίπτωση δεν ήταν διαθέσιμο το ιστορικό των συντηρήσεων των δύο μηχανών. Η επεξεργασία αφορά τον υπολογισμό του διορθωμένου φορτίου και της διορθωμένης Ροής θερμότητας (Heat Rate) με βάση τις καμπύλες διόρθωσης και των οδηγιών από το εγχειρίδιο της κατασκευάστριας εταιρίας. Ο υπολογισμός πραγματοποιήθηκε σε περιβάλλον VBA (Visual Basic for Applications) και είχε ως στόχο τη διαμόρφωση εικόνας σχετικά με την κατάσταση των κινητήρων, αλλά και την πιθανή διαπίστωση συμβάντων συντήρησης.

The aim of this diploma thesis is to examine the correlation of aerothermodynamics measurements of an industrial gas turbine with the maintenance procedures and health status of the engine. For this purpose, a large set of measured data was collected from the diagnostic system’s database. The diagnostic system has been installed by LTT/NTUA at the two gas turbines of the combined cycle plant No III of Public Power Corporation in Lavrio. Furthermore, information concerning dates and types of maintenance procedures was collected from the logbooks of the plant. The measurements were corrected to fit the conditions of the typical day. Then, the method of reduction to constant load was applied to the corrected measurements, in order to see how the measurements react to the maintenance procedures. The method was applied in two different ways. At first, the data were separated into groups between consecutives maintenance procedures. Secondly the data were processed without taking into account any maintenance procedure. The results of this process were used to improve the engine’s model with the use of TEACHES, a software developed by LTT/NTUA that offers the possibility for gas turbine engine simulation and fault diagnosis using the Adaptive Modeling technique. For this reason, suitable measurements were chosen to improve the compressor performance map of the engine. Following that, with the use of the improved engine model and TEACHES, diagnosis using all available data for both engines was performed. The outcome of this procedure was the component health indices, inlet air mass flow and the efficiency of the engine. Finally, measurements of the two gas turbines of the combined cycle plant of Aluminium of Greece were processed. In this case, there was no information concerning the engines’ maintenance. Therefore, the corrected load and the corrected heat rate were calculated using the corresponding correction curves. The purpose of this was to locate possible maintenance events at the two engines and to determine their health status.