Работа газовых турбин при частичных нагрузках

В зависимости от схемы ГТУ в них применяют одну, две или три газовые турбины,' которые могут быть включены последова­тельно или параллельно и установлены на одном или на разных валах. Камеры сгорания располагают перед каждой газовой тур­биной или только перед первой.

Относительный расход газа через турбину при частичных на­грузках можно рассчитать по формуле

>²-1 \1,2

где бо и б— степени расширения газа в турбине при расчетном режиме и режиме частичной нагрузки.

Эта формула справедлива для турбин, которые имеют более трех ступеней' и значительную степень реактивности.

Изменение кпд турбины при частичных нагрузках прежде все­го зависит от режима работы ее средней ступени. Кпд любой сту­пени существенно зависит от величины х_а=и1с_а. Если эту величи­ну на расчетном режиме обозначить через х_ол, отношение Ua/*oa)cp для средней ступени будет зависеть от относительной частоты вращения и относительного располагаемого тепло перепада на турбину:

/ха\ ₌ _я_ /Я»,_ту.»

■\*оа/ср Я_о \//_Ог I

где Я°от и Hoi — располагаемые тепло перепады на турбину при расчетном режиме и режиме частичной нагрузки.

Зависимость кпд турбины от отношения (д;_а/-«оа)ср рассчитыва­ют заранее. С помощью этой зависимости и формулы для опреде­ления относительного расхода газа через турбину G можно при любых частоте вращения, степени расширения газа б, начальном давлении р_й и температуре Т_с определить расход газа и кпд от­дельной турбины.

Если две турбины включены последовательно и между ними нет камеры сгорания, массовые расходы газа через них одинако­вы. Температура газа перед второй турбиной равна температуре газа после первой. Степени расширения 6i и бг первой и второй турбин связаны с общей степенью расширения ГТУ:

Если известен режим работы первой турбины, можно опреде­лить режим работы второй. Приведенный расход газа через вто­рую турбину можно определить по формуле

в_аЫО_а№

где Gni и 61 — приведенный расход и степень расширения в первой турбине; т]_п — политропический кпд турбин.

Степень расширения во второй турбине можно определить по формуле .

Отношение теплоперепадов двух турбин зависит от степени расширения в них газа:

При уменьшении расхода во второй турбине ее степень расширения бг, теплоперепад Я₂ и, следовательно, мощность уменьша­ются гораздо больше, чем в первой. Таким образом, при последо­вательной работе режим турбины низкого давления изменяется сильнее, чем турбины высокого давления. Если между турбинами установлена промежуточная камера сгорания, диапазон регули­рования нагрузок ГТУ становится больше. В этом случае темпе­ратура перед второй турбиной Та определяется не только режимом работы турбины высокого давления, но и может быть изменена произвольно в результате изменения подачи топлива во вторую камеру сгораний. Тогда соотношения между приведенными расхо­дами, степенями расширения и теплоперепадами первой и второй турбин приобретут вид:

"10

С1

( Ч\² / ^Si² ~ ' ) Те* Т_с19 I 5»₈₀ - 1. Л /8²₁₀ \«.

Я.

т~Т~а

Промежуточный подогрев газа позволяет перераспределять мощности, вырабатываемые турбинами высокого и низкого дав­ления, регулируя температуру Т_с2 изменением подачи топлива в камеру сгорания.

§ 34. Работа компрессоров при частичных нагрузках,

В зависимости от схемы ГТУ может работать с одним, двумя или тремя компрессорами. Как правило, компрессоры устанавли­вают последовательно, располагая между ними, если необходимо, промежуточные охладители воздуха. Массовые расходы воздуха (без учета утечек) через все компрессоры одинаковы. Обозначим индексом 1 величины, относящиеся к компрессору низкого давле­ния (первому), а индексом 2 — к компрессору высокого давления (второму). Приведенные расходы воздуха через компрессоры свя­заны следующим соотношением:

= G_n

М Л/ Та2

«1 У T_ail

Общее отношение давлений е при режиме частичной нагрузки связано со степенями сжатия ei и ег в первом и втором компрес­сорах следующим выражением:

^е =

где Я_в — коэффициент, учитывающий потери давления в воздуш­ном тракте.

Если известен приведенный расход G_m компрессора низкого давления, то по его характеристике можно найти ei. Чтобы рас­считать приведенный расход компрессора высокого давления, нужно знать температуру Т_а1 и Т_а2 перед обоими компрессорами и степень сжатия ею в первом компрессоре на расчетном режиме.

Если между компрессорами установлен промежуточный охла­дитель, можно приближенно считать, что температура перед вто­рым компрессором постоянна Т_а2~Т_а2о. Температуру воздуха пе­ред первым компрессором можно считать не зависящей от режима работы: Ta&Taio, В этом случае приведенные расходы связаны соотношением:

Если промежуточного охладителя нет, температура воздуха Т_аг перед вторым компрессором равна температуре воздуха Ты за первым и зависит от режима работы:

Зная еь T_ai и"т|и первого компрессора, можно рассчитать T_az-

Эти формулы позволяют определить приведенный расход Gnz компрессора высокого давления и по его характеристике найти ег, а затем рассчитать общую степень сжатия е.

Так определяют расход компрессора высокого давления и об­щую степень сжатия на режиме частичной нагрузки.

При совместной работе обоих компрессоров с постоянной час­тотой вращения диапазон изменения расходов оказывается, зна­чительно меньше, чем при работе одного компрессора. Если пер­вый компрессор работает при переменной частоте вращения, а второй при постоянной то совместная их работа возможна при большом изменении частоты вращения ротора первого компрессо­ра. Если оба компрессора работают при переменных, но одина­ковых частотах вращения, диапазон изменения степени сжатия и расхода становится меньше, чем в предыдущем случае.