книги из ГПНТБ / Переходные процессы в газотурбинных установках

При наличии предшествующего помпажу режима вращающегося срыва эти системы обычно не предохраняют от длительной работы на таком режиме. Это в ряде случаев совершенно недопустимо из-за повышенных напряжений в лопатках, которые возникают за счет аэродинамических возмущений, вызываемых срывным течением. В ГТУ, имеющих малые емкости между компрессором и турбиной, срабатывание таких систем не успевает предохранить от заброса температуры газа, вызванного резким уменьшением расхода воздуха в камеру сгорания.

Применимость схем, работающих по типу, представленному на~

при входе в помпаж резко различается в зависимости от емкости системы компрессор — сеть. В легких, безрегенеративных установ­ ках полное изменение давления в первом полуцикле помпажного процесса составляет сотые доли секунды. В установках, имеющих регенераторы, промежуточные воздухоохладители и другие емкости, это время исчисляется секундами и, наконец, в установках, имею­ щих компрессоры, нагнетающие воздух (или другой газ) в длинные магистрали — десятками секунд. В связи с этим при высокочастот­ ных помпажных колебаниях возникают трудности обеспечения необходимого быстродействия системы, а при низкочастотных услож­ няется настройка, так как она должна обеспечивать надежное сра­ батывание при помпаже и одновременно исключать ложные сраба­ тывания при нормальных переходных режимах, имеющих скорость падения давления, соизмеримую с помпажной.

Применимость схем, аналогичных схеме на рис. VIII . 9, б, огра­ ничивается свойствами систем компрессор — сеть, в которых, как показывают специально проведенные эксперименты, при помпаже иногда наблюдается лишь резкое падение давления за компрессором (срыв напора) без изменения направления потока в компрес­ соре.

пан перепуска З поддерживает постоянный перепад на дроссельном кране 4, обеспечивая стабилизацию расхода топлива на форсунки / . При открытии дроссельного крана давление топлива перед форсун­ ками поднимается на некоторую величину,обусловливающую началь­ ный заброс температуры газа. Одновременно увеличение давления топлива приводит за счет разности площадей сильфонов клапана приемистости 2 к открытию жиклера Ж- Перепад на сильфоне кла­ пана перепуска 3 увеличивается, и дальнейший рост давления топ­ лива происходит лишь по мереповышения давления воздуха за компрессором, приводящего к постепенному закрытию жиклера Ж- На рис. V I I I . 11, б приведена осциллограмма разгона двигателя

на этом же рисунке приведена температура газа вдоль границы пом­ пажа — линия 3, полученная расчетом. Подобного типа автоматы применяются также в сочетании с регулятором числа оборотов или температуры: при перенастройке режима они либо открывают допол­ нительный слив, либо ведут перенастройку основного регулятора по мере нарастания давления воздуха за компрессором (или за груп­ пой компрессоров).

Недостатком регулятора приемистости сливного типа является возможность заброса температуры при быстром перемещении ры­ чага управления за счет неравномерности и запаздывания. Кроме того, обеспечение малых регулируемых сливов при высоких давле­ ниях топлива в ряде случаев вызывает трудности в отработке на­ дежной конструкции.

В этом отношении представляет интерес регулятор приемистости упорного типа (рис. VIII.12, а), предложенный Л. В. Арсеньевым [3]. При резком перемещении сектора управления 4 под действием пружины 5 тяга 7, связанная с дроссельным краном, перемещается на его открытие до тех пор, пока соединенный с тягой стакан 6 не дойдет до упора / поршня 2 регулятора приемистости. Величина зазора а между упором / и стаканом 6 соответствует величине на­ чального наброса топлива и зависит от давления за компрессором 3.

регулятор числа оборотов плавно перенастраивается на более вы­

за счет разгона, который продолжается благодаря повышению давле­ ния в баллоне запаздывания 4 за дросселем 3.

Избыток давления перед пневмозадатчиком по сравнению с дав­ лением его настройки (Рква — Реых) в Дальнейшем обеспечивает начальный импульс, необходимый для перехода на следующий ре­ жим. Невозвратный клапан 6 совместно с дросселем 7 обеспечивают

ния настройки при неизменном давлении за пневмозадатчиком), имеют важнейшее значение, так как позволяют без чрезмерного на­ чального заброса параметров всегда иметь давление за пневмоза­ датчиком существенно ниже давления перед ним, т. е. за КВД. Это обеспечивает необходимый эксплуатационный запас на изменение внешних условий и ухудшение характеристик двигателя. Все три

реходного режима с холостого на полный ход, выполненного при работе регуляторов приемистости трех контуров, свидетельствующая о хорошем качестве процесса регулирования.

Рассмотренные принципы регулирования приемистости отлича­ ются конструктивной простотой, удобством настройки и обслужи­ вания. Однако использование косвенных параметров для организа­ ции переходного режима не позволяет, как указано выше, обеспе­ чивать оптимальную приемистость ГТУ. В этом отношении перспек­ тивными являются идеи организации переходных режимов с опреде­ ленным запасом по линиям вдоль границы помпажа и предельной температуры газа.

Приемистость может быть значительно улучшена также за счет применения таких устройств, как поворотные направляющие аппа­ раты турбин,, которые позволяют в нужном направлении варьиро­ вать избыточные крутящие моменты на роторах (см. гл. IV). При этом необходимо надежно отрабатывать указанные устройства в со­ ставе ГТУ и обязательно учитывать необходимые эксплуатацион­ ные запасы на отклонения от их идеализированных характеристик, даже если они получены экспериментально.

поршневых регуляторов скорости, обеспечивающих высокую точ­ ность поддержания числа оборотов, малую нечувствительность, требуемое быстродействие и надежность в работе.

Для оптимального распределения нагрузки между совместно работающими агрегатами, а также для автоматического набора числа оборотов и для выполнения других специальных требований, предъяв­ ляемых к ГТУ, современные регуляторы скорости снабжаются при­ способлением для изменения числа оборотов. В этой связи регуляторы скорости ГТУ выполняются с переменной настройкой, допускающей

к изменению температуры; их характеристики в значительной степени зависят от зазоров в узлах регулирования и не обеспе­ чивают достаточного быстродействия; датчики не могут быть соединены непосредственно с ротором турбины. Центробежные на­ сосы не имеют этих недостатков.

Таким образом, регуляторы скорости с переменной настройкой обеспечивают необходимое смещение статических характеристик в широких пределах для получения требуемого скоростного режима ГТУ. Статическая характеристика регулятора скорости устанавли­ вает графическую зависимость между равновесным числом оборотов и положением муфты регулятора. Угол наклона в любом месте ее определяет местную степень неравномерности, от которой суще­ ственно зависит устойчивость системы регулирования и распреде­ ление нагрузки между параллельно работающими агрегатами.

Для обеспечения устойчивости и равномерного распределения нагрузки параллельно работающих агрегатов статическая харак­ теристика должна иметь форму, близкую к прямолинейной, и со­ ответствовать заданной степени неравномерности.

Степень неравномерности для современных стационарных ГТУ обычно принимается от 3 до 6%.

Регуляторы скорости с переменной настройкой нашли широкое применение в системах регулирования ГТУ, работающих при изме­ нении нагрузок и параметров в широких пределах.

Уравнение движения гидродинамического регулятора скорости

Сервомоторы выполняются с жесткой, силовой, гибкой и комби­ нированной обратными связями. Перекрыши управляемых золот­

быстродействия системы регулирования, приходится либо увели­ чивать давление силового масла, либо повышать производительность насоса, максимальная производительность которого нужна при сбросах полной нагрузки. Малое время сервомотора обычно выби­ рается при движении в сторону закрытия.

Для обеспечения малого времени сервомотора при умеренной производительности насоса можно использовать пружинные серво­ моторы с односторонним подводом жидкости (рис. VIII.16, б). Пру­ жина сервомотора обычно располагается так, что ее усилие направ­ лено на закрытие регулирующего клапана.

При прекращении подачи рабочей жидкости пружинный серво­

Что касается сервомоторов с проточным золотником, то они боль­ шей частью применяются в системах регулирования для организа­ ции прямых и обратных гидравлических связей. Для повышения чувствительности в гидравлических сервомоторах применяют ци­ линдрические золотники с различного рода канавками, вращаю­

ЧИ

J-1

Г1

Рис. VIII.17. Принципиальные схемы гидравлических серво­

Для исключения случайных возмущений, которые могут возник­ нуть в процессе эксплуатации, золотники выполняются с неболь­ шими положительными перекрышами. Величина положительных перекрыш выбирается в соответствии с величиной амплитуды слу­ чайных возмущающих воздействий [69].

Кроме гидравлических сервомоторов в системах автоматического регулирования нашли применение пневматические сервомоторы, в которых используется в качестве рабочего тела воздух либо газ. Для обеспечения надежной работы пневматических сервомоторов необходимо проводить тщательно подготовку воздуха, существо ко­ торой состоит в его очистке и осушке. Это объясняется тем, что при низких температурах влага, находящаяся в воздухе, может за­ мерзнуть и привести к отказу в работе сервомотора. Кроме того, наличие механических частиц в воздухе приводит к значительной нечувствительности подвижных элементов сервомотора [80].

Для питания пневматических сервомоторов систем регулирова­ ния ГТУ используют воздух от компрессора, входящего в состав установки.

Сервомотор с гибкой обратной связью изображен на рис. V I I I . 17. В обратную связь этого сервомотора включен катаракт между порщ-