книги из ГПНТБ / Переходные процессы в газотурбинных установках

прессора. На положение границы устойчивой работы может влиять и нестационарность потока в сети за компрессором.

Что касается центробежного компрессора, то его зону устойчивой работы можно расширить перепуском воздуха, уменьшением емкости присоединенной сети, увеличением равномерности потока перед и за ним, такими конструктивными мерами, как уменьшение числа лопаток диффузора, большее искривление лопаток против вращения и др.

5. РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА

ЗА РЕГЕНЕРАТОРОМ ПРИ НЕУСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РАБОТЫ ГТУ

Большое влияние на переходные процессы в ГТУ оказывают теп­ ловая емкость металла регенератора, от которой зависит температура воздуха за ним, и воздушная емкость регенератора, поскольку акку­ мулированный в ней воздух может произвести дополнительную ра­ боту в турбине. В расчете переходных процессов влияние этих емко­

разностей с газовой и воздуш­ ной стороны вдоль поверхности нагрева. Если принять параметры

сосредоточенными, это может привести к большой погрешности. Так, при резком падении температуры газа на входе в регенератор Г 4 средняя температура газа Тг может оказаться ниже средней темпе­ ратуры металла Тм, что должно определить нагрев газа, в то время как в действительности газ охлаждается вследствие распределен­

Для регенератора с продольным током (противотоком) в работе [87] получено достаточно простое решение, учитывающее распре­ деленность параметров. Как показано ниже, аналогичное решение при определенных допущениях можно получить и для перекрест­ ного тока.

Эти условия позволяют определить коэффициенты аппроксимирую­ щего оператора. В результате получена формула, которая описывает изменение температуры воздуха за регенератором в переходном про­ цессе в зависимости от возмущения по каждому из трех параметров

Все коэффициенты в этой расчетной формуле имеют простой физи­ ческий смысл и легко вычисляются через обычные параметры по зависимостям, приведенным ниже:

пускания трактом соответствующего воздействия. Нетрудно убе­ диться, что N2 = г, a Nx = 1 — г, где г — степень регенерации, соответствующая данному расходу G на установившемся режиме. Величина N3 учитывает изменение г от начального до конечного установившегося режима и поэтому весьма мала.

Величина Е' — приведенная постоянная времени по передаче соответствующего воздействия на температуру выходящего воздуха TgL. Легко убедиться, что Е[ > Е'2 > Е'з, что нетрудно объяснить физически.

Скачок температуры воздуха влияет на TeL практически в ре­ зультате изменения температуры всего металла и, следовательно, TeL относительно медленно приближается к значению на конечном уста­ новившемся режиме TeLlc. Скачок температуры газа прежде всего затрагивает металл на выходе воздуха и поэтому быстрее влияет на TgL. Воздействие изменения расхода воздуха происходит еще быстрее, хотя по абсолютной величине это воздействие на i e t и невелико.

Вследствие относительно большого времени регенератора обычно

к конечному установившемуся режиму, происходит во много раз быстрее, чем изменение выходной температуры воздуха Т^х [40]. Поэтому можно с достаточной точностью принять мгновенное изме­

соответственно воздуха перед регенератором, газа перед регенера­ тором и воздуха за регенератором. Индексы 0 и к относятся к на­ чальному и конечному установившемуся режимам. Первый член уравнения (1.27) учитывает изменение Т 5 только за счет изменения Т 2 ,

можно уравнение (1.27) упростить, приняв одинаковый темп относи­

где ТЬк — выходная температура воздуха на конечном установив­ шемся режиме, ее легко определить, найдя степень регенерации на конечном установившемся режиме [40]

г0 + ( 1 - г ,

где г равно 0,2 и V 3 соответственно для продольного и перекрестного токов.

Аналогичное уравнению (1.28) решение было получено в работе [42]. Если параметры Т 4 , Т 2 , G изменяются по сложному закону и желательно это учесть, можно произвести расчет методом числен­ ного интегрирования, разбив процесс на элементарные участки времени, воспользовавшись дифференциальным уравнением, соот­ ветствующим уравнению (1.28) [42],

где для каждого элементарного переходного режима г определяется в зависимости от G по (1.29).

Уравнениями (1.26) или (1.27) можно воспользоваться для полу­ чения точного решения, уравнениями (1.28) или (1.30) — несколько

с начала переходного процесса. Так, если в расчетах можно пре­

Г Л А В А I I

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

В ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВКАХ

6.ЧИСЛО НЕЗАВИСИМЫХ ПАРАМЕТРОВ ГТУ НА ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ

Для обоснованного выбора схемы и параметров ГТУ, конструкции и характеристик всех ее элементов и особенно системы регулирования необходимо предварительно детально исследовать свойства ГТУ как объекта регулирования. Именно в этом аспекте ниже анализи­ руются характеристики переходных процессов в ГТУ. Поэтому преимущественно рассматриваются свойства собственно ГТУ без конкретной системы регулирования. Способы регулирования ГТУ рассмотрены отдельно в последней главе.

Анализ показывает, что на переходном, т. е. неустановившемся, режиме число степеней свободы, т. е. независимых параметров k, равно числу независимых параметров на установившемся режиме п плюс число аккумуляторов m в установке: k = п + т.

Величина п равна числу регулирующих органов в ГТУ. Если такие регулирующие органы, как перепуски воздуха и газа, пово­ ротные направляющие лопатки в турбине или компрессоре отсут­ ствуют, обычно величина п равна числу камер сгорания в установке. Естественно, если влияние какого-либо аккумулятора можно не учитывать, число независимых параметров соответственно умень­ шится. Так, обороты размещенной на отдельном валу силовой

Задачу расчета и построения характеристик переходного про­ цесса можно решить методом конечных разностей [44 ]. Схему тракта высокого давления обычно можно считать дискретной, т. е. принять воздушную емкость высокого давления V сосредоточенной в одной точке, а рабочее тело — безынерционным [70, 78]. Наиболее удобно считать емкость V размещенной в точке за регенератором. Влиянием других газовых емкостей обычно можно пренебречь.

Весь переходный процесс можно разбить на ряд неустановившихся режимов, каждый из которых заключен в некотором малом конечном интервале времени Атг . Для определения параметров каждого из этих режимов необходимо решить систему уравнений, которые ха­ рактеризуют работу всей ГТУ.

Параметры рабочего тела в турбине и компрессоре

У р а в н е н и е р а с х о д а д л я т у р б и н ы связывает изменение расхода с параметрами перед и за турбиной и с числом оборотов. Относительный расход через турбину GT можно определить по зависимостям п. 1, 2, а также по полученной расчетом или экспе­ риментально характеристике турбины, которую в случае необходи­

дается в виде универсальной характеристики. В случае необходи­ мости ее можно аппроксимировать простыми аналитическими зави­

Для схем, включающих несколько компрессоров, величина общей степени сжатия гобщ определяется после подбора степеней сжатия для каждого компрессора, исходя из условия их совместной работы. Например, для двухкомпрессорной схемы получим

где Gnp 2 — относительный приведенный расход на входе во второй компрессор; Т\ — температура перед КВД.

При этом общая степень сжатия