книги из ГПНТБ / Переходные процессы в газотурбинных установках

Учитывая постоянство расхода, можно записать для отношения моментов

Однако в реальной ступени при изменении числа оборотов изме­ няется степень реактивности, что приводит к изменению скоростей (и, следовательно, Ас„) пропорционально величине

правую часть уравнения (1.15) нужно умножить еще на с и и G2, учитывающие увеличение скоростей и расхода в ступенях за счет использования увеличенных выходных скоростей на нерасчетных режимах. Кроме того, при больших перепадах в многоступенчатой тур­

нях изменяются пропорционально корню квадратному из коэффи­ циента возврата тепла а. Поэтому правую часть уравнения (1.15)

что и Gn, G2, но при Р = 1. Предлагаемое уравнение (1.16) по смыслу близко к формуле И. И. Кириллова [28], но обеспечивает несколько более высокую точность. Так, при перепадах в ступенях, близких к критическим, уменьшение оборотов до нуля не вызовет увеличения расхода, однако увеличение крутящего момента за счет повышения

20

или после преобразований, учтя пропорциональность окружной скорости числу оборотов п, окончательно

В реальных ступенях с увеличением ulcx возрастает степень реактив­ ности, вследствие чего оптимальное отношение uicx увеличивается. Поэтому для ступени активного типа величина рі в действительности равна —1,75. Для лопаточного аппарата реактивного типа при р =

Уравнения (1.17) и (1.18) позволяют определить изменение кру­ тящего момента на валу паровой или газовой турбины в зависимо­ сти от числа оборотов. Уравнениями можно пользоваться и при отрицательных числах оборотов, что может оказаться необходимым, например для расчета реверса судовых турбин.

Сравнение результатов расчета по уравнению (1.17) с эксперимен­ тальными данными для ряда турбин [28, 29, 40, 109, ПО и др.] подтвердило достаточную точность предлагаемого метода. Для иллю­ страции на полученную экспериментально внешнюю характери­ стику на рис. 1.6 нанесена линия крутящих моментов по уравнению (1.17). Совпадение хорошее.

Универсальные характеристики турбины

Для того чтобы характеристики турбины были универсальными, т. е. действительными для любых параметров на входе, они должны быть построены в обобщенных координатах. В качестве обобщенных координат должны быть выбраны параметры подобия:

или любые другие, производные от них,

Если на характеристиках не нанесены кривые крутящего момента или мощности, они обычно называются не внешними, а просто уни­ версальными характеристиками турбины. Любая пара из указанных выше параметров однозначно определяет режим турбины.

В заключение необходимо отметить, что выше приведены лишь приближенные методы расчета характеристик турбины. Для получе­ ния более точных характеристик следует воспользоваться методом

21

через которую вследствие интенсивного вращающегося срыва или помпажа нарушается установившееся течение, резко падает к. п. д., возрастают вибрация и динамические напряжения в лопатках. Иногда границу устойчивости не совсем строго называют также границей помпажа.

При быстро протекающих переходных процессах граница устой­ чивости на характеристике компрессора может, как отмечалось, существенно смещаться относительно положения на установившихся режимах. На положение границы срыва могут оказать большое влияние такие факторы, как неравномерность потока (скорости, тем­ пературы, давления) на входе в компрессор, быстрое изменение числа оборотов и других параметров, особенно давления перед компрес­ сором. В результате наблюдается разрыв границы устойчивости при малых оборотах, причем она смещается в сторону больших расходов. Переход с верхней границы срыва АВ на нижнюю ВС (рис. 1.9) можно объяснить созданием условий, при которых срыв на первых ступенях распространяется на другие быстрее, чем параметры в ком­ прессоре успевают измениться до уровня, соответствующего верхней границе. В этом случае нижняя граница срыва практически совпа­ дает с границей начала срыва в первых ступенях.

Такое смещение границы срыва наблюдалось, например, в ком­ прессоре высокого давления ГТУ-20 Кировского завода на некото­ рых переходных режимах.

Выше линии ABD (рис. 1.9) — область неустойчивых режимов, характеризующихся полным срывом, пронизывающим всю проточную часть компрессора при малой емкости сети, либо помпажными коле­ баниями при достаточно большой емкости сети. Поскольку граница помпажа существенно зависит от емкости и характеристик сети, присоединенной к компрессору, положение границы помпажа на его характеристике при стендовых испытаниях компрессора и его работе

устойчивых часто осуществляется при существенно меньшем расходе, чем обратный переход. Это затрудняет устранение неустойчивости,

регулирования необходимо стремиться возможно расширить зону устойчивой работы компрессора, в частности, предохранить компрес­ сор от появления неустойчивости на нижней границе срыва.

Близость данного режима работы компрессора к границе устой­ чивости на его характеристике можно количественно оценить коэф­ фициентом запаса устойчивости

всех ступенях точка Р соответствует степени сжатия, равной расчет­ ной. В случае уменьшающегося вдоль проточной части значения са0 эта точка смещается в сторону меньшей степени сжатия и меньшей производительности.

Если сравнивать компрессоры с различным типом облопачивания, то кроме расчетных значений коэффициента расхода, расположение границы устойчивости на характеристике будет еще зависеть от

устойчивости производительность при прочих равных условиях об­ ратно пропорциональна расчетным значениям са0 и пропорциональна значению коэффициента расхода ступени на границе устойчивости сау. Это уравнение действительно и для случая, когда са0 линейно изме­ няется вдоль проточной части, если для сравниваемых компрессоров степени сжатия, а также отношения са0 для первой и последней сту­

пеней соответственно одинаковы.

На практике чаще всего приходится сталкиваться с необходи­ мостью расширения зоны устойчивой работы компрессора в зоне пониженных оборотов и производительностей. Для улучшения ха­ рактеристики компрессора в зоне средних и малых режимов оказы­ вается целесообразным применение низконапорного облопачивания с относительно широкой зоной устойчивой работы на нескольких первых ступенях и более высоконапорного — на всех последующих.

Такое мероприятие позволяет заметно расширить область устойчивой работы компрессора при частичных нагрузках. Вместе с тем удается избежать характерного для низконапорного облопачивания боль­

Естественно, расширения зоны устойчивой работы компрессора можно добиться соответствующим профилированием лопаточного аппарата ступеней, например применяя достаточно толстые профили с хорошо заоваленными кромками, смещая максимальный прогиб профилей к выходной кромке, и т. д.

Другие способы расширения зоны устойчивой работы

Одним из наиболее простых способов расширения зоны устойчи­ вой работы компрессора в зоне малых оборотов является перепуск воздуха через противопомпажный клапан из промежуточной или нескольких промежуточных ступеней в атмосферу или на вход в ком­ прессор. В этом случае при заданном расходе через последние ступени увеличивается расход через первые ступени, где наиболее вероятен срыв, при этом расширяется зона их устойчивой работы. Следует, однако, помнить, что при быстром изменении режима противопомпаж­ ный клапан может не успеть сработать, если система регулирования получает импульс для его открытия от параметров воздуха в ком­ прессоре (см. гл. V I I I ) .