Общий вид характеристики турбины в параметрах подобия

Рис.3.9. (1,2,3,4,5,6 - кривые, соответствующие значению параметра n/√T₃^*= 320;340; 36С; 380; 400; 420).

Учитывая, что отношение сечений первой и последней ступеней F₁/F₂ постоянно, то изменение отношения давлений P₁/P_z вы­зывает соответствующее изменение отношения скоростей C_az/C_a1. Причем при уменьшении отношения давлений уменьшается и отношение скоростей. Это происходит за счет снижения скорости C_az, т.к. при этом все проходные сечения турбины становятся велики по отношению к сечению первой ступени F₁.

На переменных режимах с уменьшением степени расширения мак­симальное уменьшение отношения осевых скоростей приходится на рабочие лопатки последней ступени и минимальное - на сопловый аппарат первой ступени турбины. Это происходит потому, что при таких условиях проходные сечения от ступени к ступени оказываются все более завышенными. Таким образом, при уменьшении степени расширения газа в турбине наибольшее снижение перепада давлений происходит в последних ступенях, а наименьшее - в первых. В отдельных случаях последние ступени могут работать с нулевым пере­падом и даже переходить в компрессорный режим.

При увеличении степени расширения газа в турбине отношение осевых скоростей первой и последней ступеней возрастает. Это свя­зано с падением плотностей, что приводит к занижению необходимых проходных сечений по длине проточной части турбины. Общий перепад давлений в этом случае перераспределяется так, что его наиболь­ший рост будет в последних ступенях, а наименьший - в первой.

Пределом увеличения осевой скорости в последней ступени на переменных режимах при увеличении общего перепада будет местная скорость звука.

Помимо определенного перераспределения перепадов давлений между ступенями турбины на переменных режимах ее работы, сущест­венное изменение претерпевают аэродинамические условия обтекания профилей направляющих и рабочих лопаток. Это вызывает рост общих потерь и снижение КПД турбины.

К ак 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: G_k,=G_т ; L_еk=L_ет; n_k=n_т. После совмещения характеристики турбины и компрессора получается характеристика ТК блока ГТУ (рис.3.10). Точки линии рабочих режимов на характеристике определяют Gn/P₂^* и L_e/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.