3 Расчет энергомодуля

3.1 Построение газодинамической характеристики компрессора pg6111fa

Используя критерии подобия процессов в лопаточных машинах, строим характеристику компрессора ГТЭ-45-У. Газодинамическая характеристика компрессора ГТЭ-45-У приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Газодинамическая характеристика осевого компрессора ГТУ типа ГТЭ-45-У (проект) ОАО «Турбоматорный завод», г. Екатеринбург

Значения Т_НТ в точках 1–7 на изодроме соответственно равны: 1 – 1700К; 2 – 1600К; 3 – 1500К; 4 – 1400К; 6 – 1200К; 7 – 1000К. Физическая частота вращения ; расход воздуха в расчетном режиме (по ISO) через компрессор . Точки 2^' – 13^' соответствуют пусковым режимам, точки 1 – 7 – переменным режимам при Т_НВ = +15^оС (условия ISO).

Выбор диапазона определяется диапазоном температур атмосферного воздуха, при которых эксплуатируется ГТУ. Выбирается ряд значений температуры T_Н (в предельном случае и ), для которых определяется приведенная частота вращения ротора:

(3.1)

где (по ISO); - текущая температура наружного воздуха в рассматриваемом режиме работы компрессора.

(3.2)

(3.3)

С характеристики компрессора ГТЭ-45-У для разных значений изодром ( ) снимаем значения и для ГТЭ-45-У и заносим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Значения для ГТЭ-45-У

	16,216	15,270	14,324	12,568	10,676
	0,673	0,698	0,708	0,718	0,718
	17,703	16,622	15,811	164,459	11,892
	0,718	0,744	0,754	0,764	0,764
	13,648	13,108	12,567	11,351	9,729
	0,606	0,621	0,632	0,642	0,652

Далее строим обезразмеренную характеристику для ГТЭ-45-У. Для этого значения из таблицы 2.2 делим на номинальные параметры для ГТЭ-45-У ( ), (см. рис. 3.2).

Рисунок 3.2 – Газодинамическая характеристика компрессора ГТУ типа ГТЭ-45-У в безразмерном виде при

Для построения характеристики компрессора PG6111FA необходимо значение обезразмеренной характеристики ГТЭ-45-У умножить на номинальные параметры рассчитываемой PG6111FA: 15,6, G_ном=199кг/с. Газодинамическая характеристика осевого компрессора ГТУ типа PG6111FA представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Газодинамическая характеристика компрессора ГТУ типа PG6111FA с ЛРР

Аналогично строим зависимость ( (см. рис. 3.4).

Рисунок 3.4 – Зависимость КПД компрессора PG6111FA от относительного приведенного расхода воздуха

Построение изодром ; ; ; производится с учетом коэффициента К (назовем его «коэффициентом сжатия»). Заметим, что с увеличением расстояние между напорными ветками уменьшается. Для нахождения «коэффициента сжатия», на характеристике компрессора ГТЭ-45-У измеряется расстояние между изодромами , и , меньшее расстояние делится на большее и тем самым получаем искомый коэффициент К. Далее, используя этот коэффициент, строим ветки ; ; ; на характеристике компрессора ГТЭ-45-У (см. рис. 3.2).

Построение линии рабочих режимов (ЛРР) на характеристике компрессора рассчитываемой ГТУ

При построении ЛРР (Т_т=const) необходимо учитывать следующее:

• Запас устойчивости ΔК_у=15%;

• ВНА полностью открыт φ_НА=-6^о;

• Выбор диапазона определяется диапазоном температур атмосферного воздуха, при которых эксплуатируется ГТУ (таблица 3.2):

(3.4)

откуда:

(3.5)

Таблица 3.2 – Диапазон в зависимости от температуры атмосферного воздуха

	0,95	1,0	1,1	1,15
tН оС	+45,96	+15	-35	-55,38

Для определения угла (см. рис. 3.3) воспользуемся соотношением (2.6), полученным из теории подобия:

(3.6)

где - температура газа перед ГТУ рассчитанная на номинале; - температура газа перед ГТУ на текущем режиме.

На характеристике компрессора (см. рис. 3.3) на изодроме отмечаем точку (точка Н), соответствующую номинальному режиму работы PG6111FA: 15,6, G_ном=199кг/с. Далее соединяем начало координат с точкой Н. Получаем угол _i=27^о. С помощью уравнения (3.6) определяем угол ₁:

, ⁰,

где 1561К - температура газа перед ГТУ, рассчитанная на номинале, 1534 К – температура газа перед ГТУ при ; 14,9; G_в=191кг/с (см. рисунок 3.3, точка А).

Аналогично находим углы , и, откладывая которые из начала координат от оси G_в и проведя линии до пересечения с изодорами соответственно, получаем точки, соединяя которые получаем линию рабочих режимов.

Построение зависимостей

1) Для построения зависимостей воспользуемся характеристиками компрессора ГТЭ-110 [2]. Для этого перестроим характеристики для ГТЭ-110 в обезмеренный вид, при (см. рис. 3.5, 3.6). Затем строим характеристики для рассчитываемой PG6111FA, при (см. рис. 3.7, 3.8).

Рисунок 3.5 – Зависимость от компрессора турбины ГТЭ-110 в обезразмеренном виде при различных положениях ВНА и

Рисунок 3.6 – Зависимость от компрессора турбины ГТЭ-110 в обезразмеренном виде при различных положениях ВНА и

Рисунок 3.7 – Зависимость от компрессора турбины PG6111FA при различных положениях ВНА и

Рисунок 3.8 – Зависимость от компрессора турбины PG6111FA при различных положениях ВНА и

2) Строим характеристики для рассчитываемой PG6111FA при : ; , где - степень повышения давления на характеристике компрессора при и . Для этого значения и с характеристики PG6111FA (см. рис. 3.7, 3.8) делим на и соответственно. Используя полученный график построим зависимость при .

Для этого при условии , рассчитаем:

, (3.7)

где - значение при произвольном угле и ;

, где , , при и

, (3.8)

где , , - текущее значение угла открытия ВНА.

При ; ,

, (3.9)

где - значение КПД компрессора при произвольном и .

, где , (см. рис. 3.7), при и .

Построив характеристику компрессора PG6111FA при (см. рис. 3.7, 3.8), определяем:

, (3.10)

где берется с характеристики компрессора при и .

Полученные значения заносим в таблицу 3.3.

Таблица 3.3 – Зависимость при

-6	15,6	0	1
-15	14,0	0,31	0,655
-25	12,7	0,655	0,352
-35	11,1	1	0

По полученным значениям строим график зависимости

Рисунок 3.9 – Зависимость при

Аналогичным образом строятся зависимости при .

Для значения берется с характеристики компрессора (см. рис. 3.10, 3.11) при и .

Рисунок 3.10 – Зависимость от компрессора турбины PG6111FA при различных положениях ВНА и

Рисунок 3.11 – Зависимость от компрессора турбины PG6111FA при различных положениях ВНА и

Полученные значения заносим в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 – Зависимость при

-6	14,8	0	1
-15	13,3	0,31	0,655
-25	12,0	0,655	0,352
-35	10,5	1	0

По полученным значениям строим график зависимости :

Рисунок 3.12 – Зависимость при

Для значения берется с характеристики компрессора (см. рис. 3.13, 3.14) при и .

Рисунок 3.13 – Зависимость от компрессора турбины PG6111FA при различных положениях ВНА и

Рисунок 3.14 – Зависимость от компрессора турбины PG6111FA при различных положениях ВНА и

Полученные значения заносим в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 – Зависимость при

-6	17,52	0	1
-15	15,66	0,31	0,666
-25	13,96	0,655	0,362
-35	11,94	1	0

По полученным значениям строим график зависимости :

Рисунок 3.15 – Зависимость при

Методом наложения друг на друга графиков, приведенных на рисунках 3.9, 3.12, 3.15 проверяется условие . Проверка показала, что графики идентичны. Этим подтверждается, что . Тогда в дальнейшем полагаем:

. (3.11)

Определив по газодинамической характеристике компрессора (см. рис. 3.7, 3.8) при значение , вычисляем:

.

Положим, что тогда при любом

, (3.12)

или с учетом :

(3.13)

Аналогичным образом строится график :

- определяем по характеристике компрессора PG6111FA и (см. рис. 3.7, 3.8):

(3.14)

- полагаем что:

(3.15)

-вычисляем:

(3.16)

Используя уравнения (3.8) и (3.9) рассчитываем и , полученные значения заносим в таблицу 3.6.

Таблица 3.6 – Зависимость при

-6	0,86	0	1
-15	0,85	0,31	0,86486
-25	0,815	0,655	0,3919
-35	0,774	1	0

По полученным значениям строим график зависимости :

Рисунок 3.16 – Зависимость при

На график при необходимо нанести линию ограничивающую степень открытия направляющего аппарата. Положение линии определяется из условия:

; .

Это необходимо сделать, т.к. при и условие ; обеспечено при .

Для нанесения линии, ограничивающей степень открытия направляющего аппарата необходимо при для точек, отмеченных «х» на рисунках 3.13, 3.14, обеспечивающих выполнение условия , с помощью программы ГТЭ-65П.xls определить, в каких из этих точек выполняется условие . В тех точках, где и будет проходить линия, ограничивающая степень открытия ВНА. Результаты построения приведены на рисунке 3.17.

Рисунок 3.17 – Зависимость с линией

На рисунке 3.17 нанесены линии, ограничивающей степень открытия направляющего аппарата при и . Так как из расчетов по программе «PG6111FA.xls» видно, что при условие обеспечено при (см. табл. 3.7), то устанавливаем ограничением по открытию угла входного направляющего аппарата (см. табл. 3.8). Если не делать ограничений, то при ГТУ может работать в таком режиме небольшой промежуток времени, так как при таких условиях резко снижается ресурс газотурбинной установки и это может привести к ее разрушению.

Таблица 3.7 – Значения при

	, К
0,95	1534
1,0	1561
1,1	1611
1,15	1635

Таблица 3.8 – Ограничение по откровению угла входного направляющего аппарата при

1,1	-8
1,15	-11

Тогда по формуле (3.8) определяем положение линии , ограничивающей степень открытия направляющего аппарата:

при : ,

: .