12.Анализ совместной работы компрессоров и турбин при работе гту на переменных режимах. Совмещенные характеристики турбины и компрессора. Условия совместной работы. Зона устойчивой работы гту.

Как указывалось выше, важным моментом при работе ГТУ на пере­менных режимах является совместная работа компрессоров и турбин. Характер их работы взаимосвязан между собой. Поэтому любые изме­нения условий работы одного из них (турбины или компрессора) от­ражаются на работе другого и в целом на всей ГТУ. В силу неизме­няемости проточных частей компрессоров и турбин наивыгоднейшие условия их работы соответствуют только определенным расчетным условиям. При изменении режима работы ГТУ (увеличении или уменьше­нии ее мощности) происходят отклонения условий работы турбин и компрессоров от оптимальных, что ведет к снижению экономичности ГТУ, особенно в области пониженных нагрузок.

Для оценки конкретных условий работы ГТУ используются совме­щенные характеристики компрессоров и турбин в параметрах, пред­ложенных академиком Б.С.Стечкиным. Такие характеристики приведе­ны на рис.3.10.

Совмещенные характеристики турбины и компрессора

Рис.3.10. (1 - линия помпажа; 2 - линия работы ГТД).

Условиями совместной работы турбины и компрессора являются равенства: Gk,=Gт ; Lеk=Lет; nk=nт. После совмещения характеристики турбины и компрессора получается характеристика ТК блока ГТУ (рис.3.10). Точки линии рабочих режимов на характеристике определяют Gn/P2* и Le/n2.

В зависимости от изменения частоты вращения n и темпера­туры газов перед турбиной T3* можно получить различные равно­весные режимы работы ГТУ. Они должны располагаться в области ус­тойчивой работы (рис.3.11).

На рис.3.11. область устойчивой работы ГТУ соответствует площади abcdef. Она ограничивается: слева - минимально допус­тимой частотой вращения ТК блока (частотой вращения холостого хода) и минимальной температурой газа, при которой обеспечивается устойчивая работа камеры сгорания и получение требуемой работы турбины; справа - максимально допустимой частотой вращения исходя из условий прочности; сверху - линией помпажа (границей устойчивой работы компрессора), а в крайних верхней и нижней зонах также предельно допустимой температурой газов перед турбиной; снизу - минимальными значениями температуры газов, определяемыми из условий обеспечения устойчивой работы камеры сгорания и получения требуемой работы турбины. Расположение линий рабочих режимов в этой области будет определять работу ГТУ на переменных режимах без нарушения ее устойчивости.

К определению зоны устойчивой работы ГТУ

Р ис.3.11. (P1*, T1* - давление и температура заторможен­ного потока воздуха на входе в компрессор; T*3min, T*3max - температура газов перед турбиной соответственно минимальная и максимальная).

Особенности совместной работы турбины и компрессора в соста­ве ТК блока в общем виде аналогичны для любых типов ГТУ. Харак­тер работы ГТУ и ее устойчивость определяют входящие в ее состав ТК блоки. Свободная силовая турбина на работу ТК блока непосред­ственного воздействия не оказывает, а влияет лишь на изменение экономических показателей работы всей ГТУ в зависимости от раз­виваемой мощности.

Изменение мощности ГТУ может происходить с изменением тем­пературы газов перед турбиной при постоянной частоте вращения (n=const) и переменной (n=varia).

В первом случае ГТУ работает на электрогенератор. Уменьшение температуры газа перед турбиной приводит к увеличению расхода воз­духа и снижению степени повышения давления в компрессоре. Режим работы компрессора при этом удаляется от границы неустойчивой работы. В случае возрастания нагрузки электрогенератора для поддержания его постоянной частоты вращения должна повышаться температура газа перед турбиной, что вызовет увеличение степени повышения давления и некоторое снижение производительности компрессора. При этом его линия рабочего режима будет приближаться к границе не­устойчивой работы.

Во втором случае ГТУ работает в качестве привода винта. Здесь изменение мощности происходит при одновременной изменении частоты вращения ТК блока и температуры газа перед турбиной. При этом снижение мощности идет при уменьшении температуры газов перед турбиной и частоты вращения. Линия рабочих режимов компрессора полого идет вниз, уклоняясь от линии помпажа, степень повышения давления и расход воздуха снижаются. При увеличении мощности идет обратный процесс: растет