книги из ГПНТБ / Переходные процессы в газотурбинных установках

изменяется и момент насоса; б) «непрозрачные», у которых во всем диапазоне изменения передаточных отношений момент насоса остается постоянным.

считан на полную мощность переднего хода, режим работы ГТУ остается неизменным.

При использовании прозрачного гидротрансформатора в боль­ шинстве случаев (кроме реверса с малого переднего хода) необхо­

передаточных отношениях. Характер изменения различных пара­ метров ГТУ в данном переходном процессе зависит прежде всего от ее схемы и может быть оценен по результатам сравнительного анализа, проведенного в п. 26. Изменение момента насоса при реверсе по воздействию на ГТУ аналогично реверсу с поворотом лопастей ВРШ. Например, соотношения забросов оборотов при реверсе для различных схем ГТУ с прозрачным гидротрансфор­ матором будут такими же, как и при реверсе с помощью ВРШ.

Для схем ГТУ с независимой силовой турбиной могут применяться реверсивные передачи как с прозрачными, так и с непрозрачными гидротрансформаторами. Для блокированных ГТУ последние пред­ почтительнее, поскольку, как было отмечено выше, резкое изменение момента на силовом валу может вызвать нежелательные забросы параметров. Аналогично реверсу с ТЗХ при длительном переднем ходе будут иметь место потери мощности Лґг, в в опорожненном гидро­ трансформаторе заднего хода. Эти потери аналогично ТЗХ опреде­ ляются в основном габаритными характеристиками гидротрансфор­ матора. Поэтому необходимо устанавливать гидротрансформатор на более высокооборотном валу, что при одинаковой мощности умень­ шает передаваемый крутящий момент и позволяет сделать более

172

тур на турбинах, компрессорах, газовоздушных трактах, малые кру­ тящие моменты чрезвычайно затрудняют большинство измерений, в связи с чем экспериментальный материал по характеристикам основ­ ных агрегатов ГТУ на режиме запуска, как правило, весьма ограни­ чен и менее достоверен, чем на других режимах. Поэтому важное практическое значение приобретают приближенные приемы анализа, содержащие достаточный расчетный запас на различные трудноучитываемые факторы.

Основные задачи, возникающие при запуске, связаны с органи­ зацией такого процесса, при котором надежно обеспечиваются при минимальной мощности пускового устройства работа компрессоров в допомпажной области, кратчайшее время выхода на минимальный стационарный устойчивый рабочий режим и отсутствие при этом су­ щественных термических перегрузок. Указанные свойства должны обеспечиваться при возможном эксплуатационном ухудшении харак­ теристик установки и с учетом наиболее неблагоприятного изменения внешних условий.

Очень важно построить достаточно достоверную характеристику компрессора в области малых оборотов, для чего можно воспользо­ ваться, например, методом, изложенным в [31, 40] и основанным на построении ряда вспомогательных графиков.

Анализ пусковых режимов ГТУ различных классов и назначения показывает, что в большинстве случаев, учитывая приближенность расчетов, можно пренебрегать влиянием объемов газовоздушных трактов и проточных частей. Действительно, процесс запуска, в ос­ новном, характеризуется положительной величиной dpldx, что обус­ ловливает превышение расхода воздуха (газа) на подводе над расхо­ дом на отводе для любого участка газовоздушного тракта. Как след­ ствие, фактические процессы на характеристиках компрессоров идут правее, т. е. дальше от границы помпажа, чем процессы без учета объемов (см. гл. IV).

Величина этого отклонения в зоне малых оборотов, где влияние объемов уменьшается, даже для установок с регенерацией и проме­ жуточным охлаждением составляет максимум 2—3%, т. е. соизмерима с точностью определения расходов и, кроме того, обусловливает рас­ четный запас на ширину рабочей зоны характеристик компрессоров.

Существенному упрощению анализа пусковых режимов способ­ ствует также возможность исключения из рассмотрения теплообмена в регенераторе, так как в большинстве случаев программа управления запуском связана с измерением и регулированием таких параметров, как температура газа перед турбиной, число оборотов и т. п. Поэтому обычно оказывается возможным динамические свойства регенератора компенсировать соответствующим изменением подачи топлива. Про­ межуточные воздухоохладители в качестве динамических звеньев также, как правило, могут быть исключены из рассмотрения, так как температура охлаждающих поверхностей близка к температуре воды и в динамике заметное влияние их тепловой емкости не проявляется. Опытные данные [73] и анализ показывают, что из рассмотрения

174

можно также исключить тепловую емкость металла проточных частей, так как при малых степенях расширения влияние увеличенного пока­ зателя политропы на располагаемую работу незначительно. Благо­ даря малой металлоемкости, незначительным объемам и быстродейст­ вию процесса горения в большинстве случаев при анализе запуска можно также не рассматривать динамику камер сгорания. Таким об­ разом, в исследованиях запуска удается, как правило, ограничиваться квазистационарным описанием процессов, рассматривая в качестве аккумуляторов только роторы турбокомпрессоров и другие элементы вращения.

Ниже с учетом приведенных соображений рассмотрены основные вопросы, возникающие в практике расчетов запуска.

30. СВЯЗЬ МЕЖДУ ОСНОВНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ПРИ ЗАПУСКЕ

Для схем современных ГТУ наиболее общим является рассмотре­ ние запуска установки с двумя последовательно расположенными компрессорами — КН Д и КВД — при раскрутке пусковым устрой­ ством турбокомпрессора высокого давления (с всасом непосредственно из атмосферы или через КНД).

Результаты этого рассмотрения нетрудно распространить на однокомпрессорные и многокомпрессорные установки с раскруткой пуско­ вым устройством двух или более турбокомпрессоров.

В общем случае, при наличии перепуска воздуха за компрессором

Здесь GK, GT — производительность компрессора и расход газа через турбинную группу; Gn — расход через тракт перепуска воздуха; Се—коэффициент, учитывающий отбор воздуха на уплотнения,

получим:

ный расход газа через турбинную группу и приведенный расход через

Зависимости (VI 1.3) и (VI 1.4) являются уравнениями сети в коор­ динатах характеристики компрессора высокого давления. В частно­ сти, из этих соотношений определяется запас устойчивости относи­ тельно границы помпажа на пусковом режиме. Примем для оценки этого запаса известное соотношение (V.I), так называемый коэффи­ циент устойчивости

на границе помпажа КВД.

Учитывая, что на пусковом режиме изодромы вблизи границы пом­

176

входящих в (VII.3). Как показывают детальные расчеты и испытания,, режим раскрутки после подачи топлива протекает в большей части

дующих турбин, обусловливая некоторое увеличение пропускной спо­ собности турбинной группы, в известной мере компенсирует уменьше­ ние Gr, „р при повышенных значениях (и/с0)ср турбины высокого давле­ ния. Благодаря этому при расчетах запуска обычно отпадает необ­ ходимость учитывать влияние скорости вращения на пропускную способность раскручивающей турбины, т. е. GT п р можно рассматри­ вать как однозначную зависимость от давления газа перед турбинной группой. В течение большей части процесса запуска давление перед турбиной р з существенно влияет на величину GT п р , в отличие от большинства установившихся и переходных режимов рабочего диа­ пазона ГТУ, где GT_ п р либо совсем не зависит от р3 (является постоян­ ной), либо зависимость эта достаточно слаба, чтобы во многих слу­

того расчета турбинной группы, достаточно точные результаты дает формула Стодолы—Флюгеля

давления, жестко связанный с редуктором и выходным валом, его страгивание и создание заметного подпора на всасывании КВД проис­ ходит лишь на последнем этапе запуска, а в судовых ГТУ — при вы­ ходе на режим «стоп—винт» КНД вообще остается неподвижным на протяжении всего пускового процесса. Таким образом, в схемах этого типа наиболее неблагоприятные условия запуска связаны с не­ подвижным КНД, в связи с чем именно этот вариант должен прини­ маться в качестве основного расчетного режима запуска.

происходит значительно раньше, чем в случае блокированной схемы. Но поскольку при запуске основная доля теплоперепада срабаты­ вается в ТВД, а момент инерции ТКВД значительно меньше, чем у ТКНД, раскрутка последнего происходит с существенным отста­ ванием.

Как следствие влияние КНД на давление за КВД на большей ча­ сти процесса запуска представляется возможным не учитывать также и для ГТУ со свободной силовой турбиной.

На рис. V I 1.3 приведены экспериментальные данные по влиянию на запуск указанных факторов: с редуктором и валопроводом пуско­ вые свойства соответствуют блокированной схеме, а с легким быстро­ ходным гидротормозом — эквивалентны схеме со свободной силовой турбиной. Помимо упрощения расчетов, пренебрежение наддувом КНД обычно дает некоторый запас к реальному процессу, что весьма важно при пониженной точности исследований запуска. Таким обра­