4. Эксплуатационные характеристики газотурбинных установок

1. Основные положения теории подобия лопаточных машин

В соответствии с общими положениями теории подобия для того, чтобы процессы, протекающие в лопаточных машинах, были подобными, необходимо обеспечить геометрическое подобие, кинематическое подобие, т.е. подобие отношения скоростей (треугольников скоростей на входе и выходе решеток) и, наконец, динамическое подобие, связанное с постоянством соотношения сил, действующих на поток в сходственных точках. Условия подобия выражаются безразмерными критериями.

Можно показать, что при работе на идеальных газах, при отсутствии конденсации паров, тепловой инерции, диссоциации и химических взаимодействий основные характеристики геометрически одинаковых турбомашин - их приведенная мощность , степень повышения давления и внутренние КПД и - являются в общем случае функциями пяти основных критериев: числа Рейнольдса и Прандтля , показателя адиабаты и чисел Маха в абсолютном и переносном (вращательном) движении

.

При больших скоростях движения воздуха ( ) силы вязкости играют второстепенную роль, и в этом случае подобие течений воздуха с достаточной точностью будет определяться только числами Маха

и ,

где - абсолютная (осевая) скорость воздуха на входе в компрессор; - окружная скорость компрессора на среднем радиусе первой ступени.

На практике в качестве параметров для построения характеристик выбирают величины, выражающие постоянство чисел и на входе в компрессор. Так, для определения расхода воздуха могут быть использованы параметры ( ) или ( ), пропорциональные числу .

За параметр частоты вращения можно принять величину , пропорциональную числу .

Часто при построении характеристик компрессора используют приведенный расход газа и приведенную частоту вращения, отнесенную к стандартным атмосферным условиям ( ):

.

Обычно универсальные характеристики турбомашин представляют в безразмерном виде (значение параметра в каждой точке делят на соответствующее значение параметра в расчетной точке при номинальных значениях параметров).

Относительные приведенные параметры ГТУ определяют по следующим формулам:

приведенный относительный расход воздуха через компрессор

где и - номинальный и фактический расход воздуха; и - номинальная и фактическая температура наружного воздуха; и - номинальное и фактическое атмосферное давление;

приведенная относительная частота вращения

где и - номинальная и фактическая частота вращения;

относительная степень повышения давления в компрессоре

где и - номинальная и фактическая степень повышения давления;

относительная степень понижения давления в турбине

где и - номинальная и фактическая степень понижения давления;

приведенная относительная мощность

где и - номинальная и фактическая мощности ГТУ;

относительный КПД ГТУ

,

где и - номинальный и фактический КПД ГТУ;

относительная приведенная температура по трактам ГТУ

где и - номинальная и фактическая температуры;

приведенный относительный расход топливного газа

где и - номинальный и фактический расход топливного газа; и - номинальная и фактическая теплота сгорания топливного газа.