1. Расчет воздухозаборного тракта гту

Расчет параметров воздуха за каждым элементом ВЗТ позволяет получить действительные параметры рабочего тела на входе в компрессор: давление, величину разрежения, температуру, влажность (рис. 5). После, прохождения фильтров КВОУ, воздуховодов, шумоглушителей и ВНА снижается давление воздуха и как следствие температура (рис. 6).

Потери аэродинамического сопротивления потока воздуха по тракту ВЗТ определяются по формулам Вейсбаха и Дарси [13].

Местные потери сопротивления определяются по одной из разновидностей формулы Вейсбаха, бар:

а) через среднюю скорость потока

∆p_М = ζ ∙ ρ_НВ ∙ (ω ² / 2) ∙ 10 ^{– 5} ; (1.1)

б) через объемный расход рабочего тела

∆p_М = ζ ∙ (ρ_НВ / 2) ∙ (1 / F²) ∙ Q² ∙ 10 ^{– 5} ; (1.2)

в) или через массовый расход рабочего тела

∆p_М = ζ ∙ (1 / 2) ∙ (1 / ρ_НВ) ∙ (1 / F²) ∙ G² ∙ 10 ^{– 5} . (1.3)

Потери давления рабочего тела на трение в канале длиной L определяются по одной из разновидностей формулы Дарси, бар:

а) через среднюю скорость потока

∆p_ТР = λ ∙ (L / d_Г) ∙ ρ_НВ ∙ (ω ² / 2) ∙ 10 ^{– 5} ; (1.4)

б) через объемный расход рабочего тела

∆p_ТР = λ ∙ (L / d_Г) ∙ (ρ_НВ / 2) ∙ (Q² / F²) ∙ 10 ^{– 5} (1.5)

в) или через массовый расход рабочего тела

∆p_ТР = λ ∙ (L / d_Г) ∙ (1 / 2) ∙ (1 / ρ_НВ) ∙ (1 / F²) ∙ G² ∙ 10 ^{– 5} . (1.6)

Здесь: ζ – коэффициент местного гидравлического сопротивления, определяемый по справочной литературе; ρ_НВ – средняя по сечению плотность рабочего тела, определяемая обычно по параметрам среды на входе, кг/м³ ; ω – средняя по сечению скорость (ω = Q / F), м/с; F – сечение для прохода рабочего тела (обычно определяется на входе в местное сопротивление или среднее для линейного участка канала), м² ; Q – объемный расход рабочего тела, м³/с; G – массовый расход рабочего тела, кг/с; L – длина канала, м; d_Г = 4∙F/П – гидравлический диаметр, м; П – смоченный периметр, м; λ = 0,11∙ (68 / Re + ∆_Э / d_Г)^0,25 – коэффициент гидравлического трения для турбулентного режима течения среды (Re > Re*); Re* ≈ 2300 – критическое число Рейнольдса; Re = (ω ∙ d_Г) / ν – число Рейнольдса; ν – коэффициент кинематической вязкости, м² / с.

При отсутствии данных о коэффициентах потерь, падение давления в конфузорном участке ВЗТ, вследствие преобразования части потенциальной энергии рабочего тела (энергии давления) в кинетическую энергию потока, согласно [13] рекомендуется вычислять по формуле Вейсбаха, бар:

∆p_КОНФ = ζ_К ∙ ρ_НВ ∙ (ω_К ² / 2) ∙ 10 ^{– 5} , (1.7)

где: ζ_К = 0,03  0,1 – коэффициент местного гидравлического сопротивления конфузора, учитывающий потери энергии потока на трение и вихреобразование [13]; ρ_НВ – плотность воздуха согласно рекомендациям [14] в предварительных расчетах берется приближенно по параметрам атмосферного воздуха, кг/м³; ω_К = 80  100 – скорость потока перед конфузором, м/с.

Таким образом, давление воздуха перед первой ступенью компрессора, определится следующим образом, бар:

p₁ = p_НВ – ∆p_ВЗТ = p_НВ – (∆p_ФГО + ∆p_ФТО + ∆p_ВВ + ∆p_КОНФ). (1.8)

Температура воздуха перед входным направляющим аппаратом (ВНА), то есть перед первой ступенью компрессора, приближенно определится следующим образом, бар:

T₁ = (p₁ ∙ 10²) / (R_В ∙ ρ_НВ), t₁ = T₁ – 273,15 ^OC, (1.9)

где: p₁ – бар; T₁ – K; ρ_НВ – кг/м³ ; R_В = 0,28715 кДж/(кг∙К).

Рис. 5. Схема воздухозаборного тракта (ВЗТ) и теплового укрытия ГТЭ-110:

К – компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; ДИФ. – диффузор соединения ГТ с котлом-утилизатором; КПР – клапан противопомпажной разгрузки; ст. – ступень компрессора (штриховой линией показано предлагаемое решение использования воздуха укрытия ГТД для работы АОС)

Рис. 6. Процессы в h,s-диаграмме изменения состояния воздуха от входа из атмосферы до входа в первую ступень компрессора (до входа в ВНА): характерные точки: А – атмосферный воздух; 1 – воздух на входе в первую ступень компрессора (вход в ВНА); ФГО, ФТО – фильтры грубой и тонкой очистки воздуха; ВВ – воздуховод; Конф. – конфузор; ВНА – входной направляющий аппарат