1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТЕ ГТУ 2

1.1.Общее устройство и принцип действия ГТУ 2

1.2. Классификация ГТУ 5

1.3. Основы термодинамического расчета ГТУ 15

1.4. Влияние относительных К.П.Д. компрессора и турбины на энергетические характеристики установки 17

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА 19

И ТУРБИНЫ 19

2.1. Характеристика турбины 22

2.2 Совмещенная характеристика 22

соевого компрессора и турбины 22

2.2. Помпаж осевых компрессоров 25

3. РЕГЕНЕРАТОРЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК 29

3.1 Тепловой расчет регенератора 30

3.2 Определение оптимальной степени регенерации 34

и скоростей движения теплоносителей 34

3.3. Расчет относительной экономии топливного газа 35

и критериев безубыточности регенераторных схем 35

4. КАМЕРЫ СГОРАНИЯ 38

ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК 38

4.1. Топлива для газотурбинных установок 38

и их характеристики 38

4.2. Камеры сгорания ГТУ 40

4.3. Фронт пламени горения 42

4.4. Термодинамический расчет камеры сгорания 44

5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТУРБОМАШИН 47

5.1 Осевые компрессоры 47

5.1.1. Кинематические и газодинамические параметры компрессорной ступени. 48

5.1.2. Степень реактивности компрессорной ступени 49

5.1.3. Геометрические параметры ступени 51

5.2. Характеристики решеток профиля 52

5.3. Газовые турбины 52

5.4. Определение мощности ступени турбины 54

5.5. Характеристика активной и реактивной ступени 56

6. ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ ГТУ 62

8. ОСНОВЫ ДИАГНОСТИКИ ГТУ 67

8.1 Основные показатели надежности ГТУ 67

8.1. Неисправности осевого компрессора 69

и их диагностические признаки 69

8.3. Неисправности турбины 70

8.4. Неисправности камеры сгорания 72

8.5. Диагностика технического состояния ГТУ 73

по термодинамическим параметрам 73

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 83

1. Общие сведения о работе гту

1.1.Общее устройство и принцип действия гту

Газотурбинным двигателем называется такой двигатель, в ко­тором в качестве рабочего тела используется неконденсирующийся газ (воздух и продукты сгорания топлива или нейтральные газы), а в качестве тягового двигателя применяется газовая турбина.

Термин турбина происходит от латинских слов turbineus – вихреобразный, или turbo – волчок. Турбина и есть двигатель, в котором механическая работа на валу машины получается за счет преобразования кинетической энергии газовой струи, которая, в свою очередь, получается в результате преобразования потенциаль­ной энергии – энергии сгоревшего топлива в потоке воздуха. В ос­нове современных представлений о превращении теплоты в работу лежат два важнейших положения термодинамики: невозможность создания вечного двигателя первого рода (следствие первого на­чала термодинамики) и невозможность создания вечного двига­теля второго рода, в котором бы теплота полностью превращалась в работу (следствие второго начала термодинамики).

Непременным условием создания любого теплового двигателя является наличие материальной среды – рабочего тела и, по мень­шей мере, двух тепловых источников – источника высокой темпе­ратуры (нагреватель), от которого получаем теплоту для преобра­зования части ее в работу, и источника низкой температуры, кото­рому отдаем часть неиспользованной в двигателе теплоты.

Следовательно, всякий тепловой двигатель должен состоять из «нагревателя, расширительной машины, холодильника и компрес­сорной машины. Причем, если мы хотим непрерывно превращать теплоту в работу, то должны непрерывно наряду с расширением, непрерывно и сжимать рабочее тело, причем при таких условиях, чтобы работа сжатия была меньше работы расширения, т. е. ра­бочее тело должно совершать круговой процесс. Получаемая в теп­ловом двигателе работа определяется как разность работ расшире­ния и сжатия рабочего тела, а с другой стороны (по закону сохра­нения энергии), как разность абсолютных количеств подведенной и отведенной теплоты.

Основным термодинамическим признаком различия поршневых и турбинных двигателей внутреннего сгорания являются особен­ности осуществления круговых процессов: в поршневых двигате­лях основные процессы цикла (сжатие, подвод теплоты, расшире­ние) последовательно сменяют друг друга в одном и том же зам­кнутом пространстве (система цилиндр – поршень), а в турбин­ных двигателях те же процессы непрерывно осуществляются в не­зависимых элементах двигателя, последовательно расположен­ных в общем потоке рабочего тела (например, компрессор – ка­мера сгорания – турбина в простейшем газотурбинном двигате­ле).

Принципиальная схема простейшей ГТУ приведена на рис. 1.1.

Рис 1.1 Принципиальная схема простейшей ГТУ.

1 – осевой компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – турбина;

4 – полезная нагрузка.

Принцип действия установки сводится к следующему.

Компрессор 1 засасывает воздух из атмосферы, сжимает его до определенного давления и подает в камеру сгорания 2. Сюда же непрерывно поступает жидкое или газообразное топливо. Горячие газы, образовавшиеся в камере сгорания в результате сжигания топлива, поступают в турбину 3. В турбине газ расширяется, и его внутренняя энергия преобразуется в механическую работу. Отработавшие газы выходят из турбины в атмосферу.

Рассмотрим цикл такой ГТУ в T-S диаграмме (рис. 1.2).

А тмосферный воздух (P=P_a, T=T_a ) через входное устройство поступает к компрессор (изотерма 0-1); его давление и температуры становятся равными P₁ и T₁ .

Далее в компрессоре воздух сжимается до давления P₂ его температура при этом повышается до T₂ (адиабата 1-2). Отношение давления воздуха на выходе компрессора к давлению на его входе называется степенью сжатия в компрессоре (1.1).

Рис 1.2 T-S диаграмма цикла

простейшей ГТУ

, (1.1)

где π_к – степень повышения давления в компрессоре; Р₂ – давление воздуха за компрессором; Р₁ – давление перед компрессором.

В камере сгорания (изобара 2-3) температура рабочего тела повышается до T₃ при постоянном давлении (P₂ = P₃).

Затем в турбине смесь воздуха и газа расширяется (адиабата 3-4), ее давление снижается до P₄ , а температура до T₄ . Отношение давления газа на входе в турбину к давлению газа на ее выходе называется степенью расширения в турбине (1.2).

, (1.2)

где π_т – степень расширения в турбине; Р₃ – давление воздуха перед турбиной; Р₄ – давление за турбиной.

После расширения в турбине отработавшие газы выбрасываются в атмосферу (изотерма 4-5).

Далее цикл условно замыкается по изобаре 5-0.

Рассмотренный выше цикл является обратимым, так как в нем не учитываются какие-либо потери в процессах сжатия, расширения, подвода теплоты и т.д. В реальных условиях процессы во всех узлах установки отличаются от обратимых, поэтому определение показателей ГТУ на основе обратимых эталонных циклов не представляет практического интереса и может быть оправдано только при сравнительном анализе циклов различных установок. Поэтому на практике оперируют полными параметрами (параметрами заторможенного потока).

Полная температура:

, (1.3)

где Т* – полная температура; Т – статическая температура; с - абсолютная скорость потока; с_р – удельная теплоемкость при постоянном давлении.

Полное давление

Рис 1.3. T-S диаграмма реального цикла простейшей ГТУ.

, (1.4)

где Р* – полное давление; Р – статическое давление; Т* – полная температура; Т – статическая температура; k – показатель адиабаты.

При параметрах торможения потока получим диаграмму реального цикла ГТУ (рис. 1.3).

Аналогично (1.1) и (1.2) для реального цикла:

и . (1.5)

Давления в других узлах рассчитываются как:

, (1.6)

где Р*_вых – давление на выходе узла; Р*_вх – давление на входе в узел, σ –коэффициент потерь для данного узла.

Значения коэффициентов потерь для различных узлов ГТУ приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Значения коэффициентов потерь для различных узлов ГТУ

№ п/п	Величина	Обозначение	Ориентировочные значения
1	Коэффициент потерь давления во входном устройстве.	σвх	0,98÷0,99
2	Коэффициент потерь давления в камере сгорания.	σкс	0,96÷0,97
3	Коэффициент потерь давления в выхлопном устройстве.	σвых	0,99÷0,995
4	Коэффициент потерь давления в регенераторе (по воздушной стороне).	σрв	0,97÷0,99
5	Коэффициент потерь давления в регенераторе (по газовой стороне).	σрг	0,95÷0,98