1.4. Влияние относительных к.П.Д. Компрессора и турбины на энергетические характеристики установки
Внутренние КПД турбины и компрессора заметно влияют на все показатели ГТУ, так как полезная работа является разностью двух больших величин, зависящих от ηт и ηк. Чем больше степень сжатия в цикле, тем больше lт и lк, и это влияние заметнее выражено. Обычно для учета влияния ηт и ηк используют метод малых отклонений.
(1.30)
где
-
относительное
изменение полезной работы; т,
к
- соответственно
относительное изменение КПД турбины и
компрессора.
Сомножители при т и к называют коэффициентами влияния kт
и kк . При φ = 0,33:
(1.31)
т.е. рост т на 1% увеличивает полезную работу на 3%, а рост к на 1% увеличивает Le на 2%. Аналогично при φ = 0,4:
или kт
= 2,5 и kк
= 1,5.
Запишем уравнение () для эффективного К.П.Д. установки:
(1.32)
где е – расчетное значение эффективного КПД ГТУ.
Зависимость
эта является приближенной, так как не
учитывает реальной схемы ГТУ. Считая
по
формуле (1.), например, при φ
= 0,33
и
е=
0,3 получаем
т.е.
коэффициент влияния т
на е
такой же, как и на полезную работу, а к
влияет на е
меньше,
так как потери в компрессоре увеличивают
температуру воздуха за ним.
Для полезной мощности выражение в малых отклонениях имеет вид
(1.33)
т.е. без учета изменения расхода воздуха КПД турбины и компрессора влияют на мощность ГТУ так же, как и на полезную работу 1 кг газа
Контрольные вопросы.
Опишите последовательность процессов изменения свойств рабочего тела в ГТУ.
По каким признакам классифицируются ГТУ?
Назовите основные преимущества регенеративных схем ГТУ.
Какой процесс принимают за эталонный при термодинамическом расчете ГТУ?
Что выражается политропным К.П.Д?
Относительный К.П.Д. турбины или компрессора в большей степени влияет на эффективный К.П.Д. установки?
2. Характеристики осевого компрессора и турбины
Характеристикой осевого компрессора называется зависимость между его основными параметрами. Как правило она имеет вид πк = f(Gв, n, p1, T1) и ηк = (Gв, n, πк ). Графически характеристика осевого компрессора представляет собой семейство линий постоянных оборотов (изодром) (рис. 2.1).
а) б)
Рис. 2.1. Характеристика осевого компрессора
в измеренных параметрах GВ и n (а)
и в приведенных Gпр и nпр (б).
По такой характеристике можно судить о степени совершенства компрессора (а именно, его проточной части), об удаленности рабочей точки машины от границы помпажа, определять КПД компрессора в заданном режиме.
Существуют несколько методов получения характеристик осевых компрессоров.
Расчетно-теоретический метод основан на прогнозировании режима работы компрессора по заданным параметрам на основе математических моделей.
Испытания модельных ступеней и условных компрессоров на стендах.
Построение характеристик по данным диагностики реальных компрессоров. Этот метод позволяет получить наиболее точные характеристики. Для этого используют привод с переменной частотой вращения. На входе в компрессор устанавливают устройство для измерения расхода (рис. 2.2), на выходе – дроссель. Меняя положение дросселя и подводимую мощность, получают искомые зависимости.
Рис. 2.2. Схема стенда для снятия характеристики компрессора.
Недостатком
вышеописанной характеристики является
ее зависимость от начальных параметров
(Ра
и Та).
Применив теорию подобия, можно выделить
параметр расхода –
и параметр оборотов –
.
При использовании этих параметров
подобия можно получить
универсальную характеристику
осевого компрессора. При этом расход
воздуха и обороты приводят к нормальным
условиям:
;
(2.1)
.
(2.2)
При рассмотрении характеристик осевого компрессора при различных значениях n можно выделить следующие их особенности:
при увеличении частоты вращения их крутизна увеличивается, что обусловлено сжимаемостью воздуха;
при больших частотах вращения на характеристике появляется вертикальный участок, характеризующий наступление критического режима истечения на лопатках (т.н. рассогласование ступеней);
каждой частоте вращения соответствует своя строго определенная минимальная производительность, которая и является границей помпажа.