19. Расчет характеристик ГТУ. Понятие о характеристиках ГТУ и связи с регулированием. Любая ГТУ должна работать в широком диапазоне режимов. Расчет Режим работы ГТУ обеспечивающий потребное получение эффективной мощности задается с помощью рычага управления двигателем (РУД) или САУ. При неизменном положении РУД и неизменных внешних условиях существует определенное сочетание всех параметров двигателя. При изменении внешних условий или положения РУД сочетание параметров двигателя меняется. Зависимость параметров ГТУ от внешних условий называют климатическими характеристиками. Зависимость основных параметров ГТУ от одного из параметров характеризующих режим работы ГТУ при неизменных внешних условиях называют дроссельными (нагрузочными) характеристиками ГТУ. Основные параметры ГТУ: . Характеристики ГТУ зависят от способа регулирования ГТУ. При любом регулировании ГТУ, необходимо, чтобы при любых внешних условиях на различных режимах работы ГТУ установилось такое сочетание всех параметров ГТУ, при котором удовлетворяется условие совместной работы его элементов. Кроме уравнений, описывающих совместную работу элементов ГТУ необходимо учитывать что: 1) параметры компрессора связаны между собой на всех режимах характеристикой. Характеристики компрессора:. Параметры турбины связаны между собой характеристиками вида: Если рассмотреть систему уравнений, описывающих работу узлов ГТУ, то видно, число неизвестных больше, чем число уравнений, необходимо задать как минимум еще одно уравнение, связывающее входящие в систему уравнения параметры. Эти уравнения (условия) накладываемые на параметры, чтобы сделать систему замкнутой, называют законом управления. Закон управления можно представить и как закон и программу регулирования ГТУ. Условие, налагаемые на параметры ГТУ при неизменном его режиме работы и переменных условиях на входе называются законом регулирования ГТУ. Условие, налагаемые на параметры ГТУ при изменении режима работы и неизменных условиях на входе называются программой регулирования ГТУ. Выбор закона и программы регулирования, в конечном счете, преследует цель получения наивыгоднейшего протекания характеристик ГТУ и обеспечения надежной работы. Воздействовать на эффективную мощность, и на расход топлива можно изменяя расход воздуха и основные параметры рабочего процесса. Параметры, на которые накладываются при задании закона или программы регулирования называются параметрами регулирования. Это могут быть основные параметры рабочего процесса, или параметры, непосредственно связанные с основными (частота вращения ротора, давление за турбиной, ). Чтобы система автоматического регулирования (САР) могла воздействовать на параметры регулирования в соответствии с принятым законом или программой регулирования, необходимо иметь регулирующие факторы, число которых должно соответствовать числу параметров регулирования. Основными регулирующими фактором является расход топлива, подаваемый в основную камеру сгорания. Построение климатических и нагрузочных характеристик сводится: 1) К определению значений параметров рабочего процесса удовлетворяющих условиям совместной работы элементов в системе ГТУ при заданных законе и программе регулирования в зависимости от условий на входе и режима работы. 2) Определение основных данных - и т.д.

21 Дроссельные (нагрузочные) характеристики. Климатические характеристики

Зависимость параметров ГТУ от внешних условий называют климатическими характеристиками. Зависимость основных параметров ГТУ(эффективной мощности, эффективного КПД, удельного расхода топлива и т.д) от одного из параметров характеризующих режим работы ГТУ при неизменных внешних условиях называют дроссельными (нагрузочными) характеристиками ГТУ. Основные параметры ГТУ: . Характеристики ГТУ зависят от способа регулирования ГТУ. При любом регулировании ГТУ, необходимо, чтобы при любых внешних условиях на различных режимах работы ГТУ установилось такое сочетание всех параметров ГТУ, при котором удовлетворяется условие совместной работы его элементов. Нагрузочные характеристики строятся для диапазона изменения электрической мощности при определенной температуре наружного воздуха и давлении, при этом путем варьирования температуры в камере сгорания, степени повышения давления в компрессоре и приведенного расхода воздуха на входе во входном устройстве поддерживается постоянной пропускная способность турбины, частота вращения ротора турбины и давление газов на срезе выхлопного патрубка ГТУ. При расчете ГТУ используется характеристика компрессора и турбины. Хар-ка компр-ра с линией рабочих режимов представлена на рисунке ниже.

а б

а)Зависимость электрического КПД установки от электрической мощности ГТУ

б) Зависимость удельной мощности ГТУ от электрической мощности ГТУ

С увеличением электрической мощности ГТУ растет расход газов на выходе из турбины, увеличивается расход топлива, увеличивается электрический КПД установки и степень повышения давления в компрессоре, а суммарный расход воздуха и соответственно коэффициент избытка воздуха на выходе из турбины падает. При возрастании расхода топлива G_т также растет температура газов перед турбиной, температура газов за турбиной.

Климатические характеристики - это зависимость основных параметров ГТУ от параметров атмосферного воздуха при работе двигателя на режиме, соответствующем заданной программе регулирования. В первую очередь здесь обычно интересует зависимость основных параметров ГТУ от температуры атмосферного воздуха, поскольку она является наиболее сильно влияющим фактором.

Расчет климатических характеристик выполняется с применением методики термодинамического расчета для заданной программы регулирования (например,, , ). При этом за счет варьирования температуры газов в камере сгорания, степени повышения давления в компрессоре, приведенного расхода воздуха на входе во входное устройство поддерживалась постоянной пропускная способность турбины, частота вращения ротора турбины и давление газов на срезе выхлопного патрубка ГТУ.

При расчете характеристик используется обобщенная характеристика компрессора и турбины. Хар-ка компрессора с линией рабочих режимов представлена на рисунке ниже.

При расчете хар-к накладываются ограничения по максимальной вырабатываемой электрической мощности N_max=1,2N_nom, по условиям жаропрочности материала к.с. накладываются ограничения по t-ре Т_Гmax и учитывается запас газодинамической устойчивости компрессора.

Рассмотрим вариант расчета при программе регул-я .

аб

а) Зависимость электрической мощности установки от температуры наружного воздуха(прогр. рег-я)

б) Зависимость электрического КПД установки от температуры наружного воздуха

С увеличением электрическая мощность ГТУ N_э «ступенчато» снижается согласно принятому закону регулирования. Поэтому именно эта зависимость влияет на все остальные параметры ГТУ (изменение угла наклона характеристик при определенных значениях температуры ).