15.5 Использование рвна и пнл для регулирования осевого компрессора и в блокированных гту.
Проходные сечения осевого компрессора согласованы только для одного режима – номинального. При пуске и останове первые ступени ОК близки к границе помпажа. (подробнее см.13.6-13.7). Для уменьшения рассогласования ступеней, а также для повышения коэффициента устойчивости применяют различные способы регулирования.
РВНА и ПНЛ позволяют эксплуатировать компрессор в более широком диапазоне режимов. Применяют двухпозиционное и непрерывное регулирование, непрерывное эффективнее.
Поворот лопаток направляющих аппаратов широко применяется в компрессорах с большими степенями сжатия. При неизменной частоте вращения n, а соответственно и окружной скорости u, прикрытие направляющих лопаток вызывает снижение осевой составляющей скорости ca, проекции скорости wu, т.е. расхода и напора; изодрома смещается влево и вниз. Уменьшается потребляемая компрессором мощность. Если компрессор, приводимый турбиной, находится на свободном валу ГТУ, то вследствие неизменности подводимой мощности его обороты повышаются. Поворачивают как лопатки входного направляющего аппарата, так и направляющие лопатки нескольких первых ступеней (2...6 венцов). Граница помпажа при прикрытии лопаток смещается влево.
Иногда, в некоторых авиационных двигателях регулирующими выполняют все направляющие венцы компрессоров. Углы поворота в различных венцах должны быть различными, максимально прикрываются на проходных режимах первые направляющие лопатки, последние, если они регулируемые, должны быть при этом максимально открытыми.
15.6 Использование рса в приводных гту
Наиболее эффективный второй регулирующий фактор переменного режима (первый – топливный клапан) – РСА. В приводных ГТУ РСА устанавливается в составе силовой турбины. РСА конструктивно представляет собой сопловой аппарат, в котором могут изменяться проходные площади сечений каналов(за счет изменения угла 1, при его наличии могут осуществляться две программы регулирования: поддерживаться постоянной частота вращения ротора турбокомпрессора nтк =const, при этом на валу ТК может устанавливаться через редуктор генератор собственных нужд (например, General Electric использовало это в своих агрегатах ГТК-10И(MS-3002) и ГТК-25И(MS5002)), а также постоянной температуры за турбиной Tг=const. Применение РСА в таком случае очень эффективно в установках, работающих с регенерацией, поскольку изменение эффективного КПД от мощности несущественно.
При 1=var: 1 2, C1, W1,W2,C2 , const. При этом увеличивается теплоперепад на ступень. Отношение площадей при регулировании с помощью РСА определяется выражением Fc/Fc0 = sin/sin Обычно при эксплуатации приводных ГТУ на основных рабочих режимах достаточно изменение площади соплового аппарата силовой турбины -20…+10%.
15.7 Переходные режимы в стационарных гту. Обеспечение запаса по устойчивости ок при запуске гту
К переходным (неустановившимся) режимам относят пуск ГТУ, разгон от состояния самоходности до номинальной нагрузки, нормальный и аварийный остановы, частичный сброс нагрузки, полный сброс нагрузки. При переходных режимах компрессор (КНД, КВД) не должен выходить за границы устойчивой работы, температура газа и скорость ее изменения не должны превышать пределов, оговоренных заводом-изготовителем, недопустимы и чрезмерные забросы частот вращения, горение в камере сгорания должно быть устойчивым. Запуск и останов ГТУ рассмотрены ниже, а здесь - остальные неустановившиеся режимы.
При разгоне "холодной" ГТУ процессы сжатия в компрессоре и расширения в турбине идут с некоторым приближением к адиабатным из-за поглощения теплоты в проточной части. При этом из-за рассогласования характеристик ступеней в компрессоре деформируется его характеристика. При разгоне "горячей" ГТУ после кратковременной разгрузки сжатие в осевом компрессоре происходит с подогревом за счет теплообмена с металлом проточной части и из-за рассогласования ступеней компрессор может потерять устойчивость, если не принять мер по ограничению роста подачи топлива.
Для транспортных ГТД большое значение имеет приемистость или время перехода от режима холостого хода к номинальной или максимальной нагрузке.
Внезапные сбросы нагрузки характерны больше для энергетических ГТУ, в том числе и для установленных на многих компрессорных станциях газопроводов газотурбинных электростанций собственных нужд, но возможны и в приводных ГТУ.
При анализе переходных процессов кроме режимов неустойчивой работы компрессора важен также нижний предел собственной устойчивости турбокомпрессора, чаще называемый режимом самоходности. Запас по устойчивости определяется из соотношения Kу =(Kу –1) 100%, где Kу – коэффициент устойчивости компрессора. Он определяется (см. вопр.13.5-13.7) как