14.2. Регулирование частоты вращения газотурбинной установки. Регулирование гту первого рода

Способы регулирования частоты вращения

Рассмотрим схему простой одновальной ГТУ. Температура газа перед Т должна быть ограничена по требованиям прочности деталей проточной части, строгое соблюдение этого ограничения – одна из первостепенных задач САР и У.

Изменение режима работы ГТ осуществляется с помощью регулятора частоты вращения, который передает управляющую команду через промежуточные элементы системы к топливно-распределительному органу (форсунка для жидкого топлива или клапан для газообразного). Кол-во сжигаемого в КС топлива сказывается прежде всего на т-ре продуктов сгорания, что и приводит к изменению других взаимосвязанных с ней параметров РТ. При этом, в зависимости от типа кинематической схемы ГТУ, расход воздуха может меняться в небольшом диапазоне (ГТУ І-го рода по регулированию) или в широком диапазоне (ГТУ ІІ-го рода). Деление ГТУ по этому признаку важно с точки зрения динамики регулирования.

Регулирование ГТУ І-го рода

В ГТУ І-го рода режим работы устанавливается за счет изменения температуры газа Т3 перед Т. Изменение количествава теплоты, подводимого в КС – достаточно сильное средство для этого, чтобы энергетическая установка могла работать на всех режимах в диапазоне от холостого хода до режима макс. мощности на валу (холост. ход – режим на котором машина обеспечивает только свою самоходность, но полезной мощности нет).Вместе с т-рой меняются также в небольшой степени частота вращения, давление перед Т (Р3) и расход газа. Изменение этих параметров можно видеть на характеристике ОК и Т.

Для каждой установившейся температуры газа Т30 на диаграмме можно построить свою характеристику AB и A’B’ – характеристики Т, связывающие давление газа перед Т и расход через нее.

Для одновальной ГТУ, служащей приводом генератора, работающего в сеть, вращение вала во всём диапазоне нагрузки должна быть неизменной или изменяться незначительно. В этих условиях рабочая линия на универсальной характеристике в первом приближении может быть представлена отрезком ab на линии CD, построенной для ОК при пост. частоте вращения. В действительности рабочая линия всегда занимает положение ab’.

Т очка a – на пересечении характеристики Т (AB) и ОК (CD), определяет режим, при котором удовлетворяется уравнение балансов расхода воздуха через ОК и газа через Т. Это означает, что эта точка отмечает один из возможных установившихся режимов работы ГТУ при данной т-ре Т3a. Соответственно, точка b’ представляет другой установившийся режим работы ГТУ при иной начальной температуре Т3b. Соответственно, если точки a и b’ отвечают крайним по температуре Т3 режимам, то отрезок ab’ представляет раб. линию, охватывающую все возможные установившиеся режимы работы ГТУ. Как видно из диаграммы, расход газа через Т во всем диапазоне нагрузок изменяется сравнительно мало.

14.3. Регулирование частоты вращения газотурбинной установки. Регулирование гту второго рода. Регулируемый сопловой аппарат свободной турбины.

Способы регулирования частоты вращения

Рассмотрим схему простой одновальной ГТУ. Температура газа перед Т должна быть ограничена по требованиям прочности деталей проточной части, строгое соблюдение этого ограничения – одна из первостепенных задач САР и У.

Изменение режима работы ГТ осуществляется с помощью регулятора частоты вращения, который передает управляющую команду через промежуточные элементы системы к топливно-распределительному органу (форсунка для жидкого топлива или клапан для газообразного). Кол-во сжигаемого в КС топлива сказывается прежде всего на т-ре продуктов сгорания, что и приводит к изменению других взаимосвязанных с ней параметров РТ. При этом, в зависимости от типа кинематической схемы ГТУ, расход воздуха может меняться в небольшом диапазоне (ГТУ І-го рода по регулированию) или в широком диапазоне (ГТУ ІІ-го рода). Деление ГТУ по этому признаку важно с точки зрения динамики регулирования.

Регулирование ГТУ І І -го рода

Принцип регулирования таких машин основан на существенном, а иногда и значительном изменении расхода топлива. Это достигается выделением в особые группы ступеней ОК (КВД и КНД) с приводом от собственной Т (ТВД и ТНД). Каждый агрегат (Т+К) имеет свою частоту вращения и изменяет ее в процессе регулирования. При этом между валами имеется только газодинамическая связь. От количества таких выделенных агрегатов зависит число степеней свободы всей ГТУ.

Чаще всего используются двухвальные ГТУ с выделенной Т полезной мощности и трехвальные ГТУ с выделенной СТ и агрегатированными отсеками Т и ОК (КНД-ТНД и КВД-ТВД).

В ГТУ ІІ-го рода одновременно с изменением температуры Т3 существенно меняется и частота вращения выделенных в агрегаты отсеков, что влечет за собой также существенное изменение расхода РТ.

Н а характеристике Т и ОК двухвальной ГТУ представлен переход от точки a к точке b. Точка a лежит на пересечении характеристики Т (AB) и характеристики ОК (CD) при угловой скорости a и температуре Т3a. Точка b лежит на другой характеристике ОК (C’D’) при иной угловой скорости. Точке b также соответствует своя характеристика Т (A’B’), построенная для температуры Т3b.

Рассматривая наклон линии ab можно сделать вывод, что уменьшение мощности ГТУ происходит не только непосредственно от снижения температуры Т3 ,но и за счет значительного снижения расхода РТ. В таком случае на режиме b температура Т3b может отличаться от ее значения Т3a на режиме a в гораздо меньшей степени, чем при такой же смене режимов в ГТУ І-го рода. В этом и состоит основное отличие типов регулирования.