Расчет на переменный режим работы двухвальной ГТУ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ГТУ И ГТД СО СВОБОДНОЙ СИЛОВОЙ ТУРБИНОЙ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА. ПЕРЕМЕННЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ГТУ

Особенность ГТУ открытого цикла – большая зависимость развиваемой мощности и других её показателей от параметров атмосферного воздуха.

Барометрическое давление в любой местности обычно колеблется не больше чем на ±4 % от среднего значения. В соответствии с этим плотность воздуха, его расход и полезная мощность ГТУ меняются также не более чем на ±4 %, а КПД остается постоянным.

Однако температура воздуха в центральной части континентов может изменяться в течение суток на 5…7 % (до 15…20 ), а в течении года более чем на 30 %, например от –50 зимой до +40 летом при среднегодовой около 0 . При увеличении температуры засасываемого воздуха возрастает работа сжатия каждого килограмма рабочего тела пропорционально его абсолютной температуре, уменьшается расход воздуха из-за снижения его плотности, а при неизменности подводимой к компрессору удельной мощности падает и его напор. В приводных ГТУ расход уменьшается и вследствие снижения частоты вращения компрессорного вала, так как для ее поддержания требуется превышение температуры газа перед турбиной, что обычно не допускается по условиям надежности.

При пониженной, против расчетной, температуре атмосферного воздуха картина меняется на обратную: расход, мощность и эффективный КПД увеличиваются.

Для построения зависимости располагаемой мощности приводной ГТУ от температуры воздуха (климатические характеристики ГТУ) необходимо знание в первую очередь фактических характеристик компрессоров и способа регулирования ГТУ (возможность поддержания заданной частоты вращения турбокомпрессорного вала, заданной температуры продуктов сгорания за турбиной и т.д.). Кроме этого на зависимость располагаемой мощности от влияют: степень повышения давления в цикле, расчетная (номинальная) температура продуктов сгорания перед турбиной, КПД компрессоров и турбин, гидравлические потери по тракту ГТУ и другие факторы.

ГОСТом на приводные ГТУ максимальное значение мощности ограничено величиной 120 % от номинальной. Приведенные ниже примеры расчетов на переменный режим работы дают достаточную точность для турбин с неохлаждаемыми лопатками.

Расчет на переменный режим работы двухвальной ГТУ

Исходной информацией для расчета являются данные номинального режима работы. Расчет проводят, используя уравнение расхода через турбину - уравнение Стодолы – Флюгеля [5]. Для приводных ГТУ точность этой зависимости обычно достаточна и для ответственных расчетов. Для отсеков турбин с регулируемым сопловым аппаратом эта формула не применяется.

Параметрам номинального режима работы дополнительно присваиваем индекс "0". Относительные величины рассматриваем по отношению к номинальному режиму работы, то есть .

Для всей турбины двухвальной ГТУ (ТВД и ТНД) уравнение Стодолы-Флюгеля представим в виде

.

Выражая , составляем уравнение расхода для первой турбины (ТВД):

.

Поскольку , приравниваем правые части уравнений и получаем соотношение

,

где и .

При ручном счете постоянную следует вычислять с пятью значащими цифрами. Обычно для приводных ГТУ обсчитывают два вида режимов: переменной мощности при постоянной температуре воздуха, а также переменной температуры воздуха при постоянной температуре продуктов сгорания перед турбиной, то есть определяют располагаемую мощность.

Пример расчета переменного режима работы схемы ГТУ, рассмотренной в п. 3.2.1, представлен в таблицах: в табл.4.1 – режим переменной мощности при постоянной температуре воздуха и в табл.4.2 – определение располагаемой мощности ГТУ.

При расчете режимов , удобно задавать значения приблизительно на 20 и 40 % меньше . Контрольным столбцом является столбец, соответствующий значению . Данные этого столбца должны соответствовать номинальному режиму работы ГТУ. При машинном счете шаг изменения значения может быть произвольным.

После выполнения расчетов по данным табл.4.1 строятся зависимости и , приведенные, соответственно, на рис. 4.1 и 4.2, а по данным табл.4.2 - зависимости , изображенные на рис. 4.3. При наличии универсальной характеристики компрессора можно нанести полученные точки линии рабочих режимов на нее по координатам и определить приведенную частоту вращения на рассчитанных режимах.