Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Переходные процессы в газотурбинных установках

..pdf

Скачиваний:

Добавлен:

25.10.2023

Размер:

14.02 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 265 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

г де Qp — теплотворная			способность топлива;					r\K с—к.	п. д. камеры
сгорания;	Т& — температура воздуха					за	регенератором.
Расход топлива на данном режиме согласно условию опреде
ляется в зависимости			от	какого-нибудь			характерного		параметра z
				BT	= f{z).					(II.5)
В н у т р е н н и й			к.	п. д.	к о м п р е с с о р а				определяется
по его характеристике.
И з м е н е н и е		к. п. д. т у р б и н				можно		оценить по		известным
зависимостям т)ы =		/ (х), если х			— и1сф	определить как			приведенное
отношение	скоростей
где Нг — изоэнтропийный				перепад в турбине;				п — число		оборотов
(см. п. 3).
Уравнение	материального			баланса
воздушной	емкости	между		компрессором			и турбиной

. В случае наличия в ГТУ регенератора и связанных с ним значи тельных воздушных емкостей расход через турбину GT будет отли чаться от расхода через компрессор GK. Разница в расходах AG в конце заданного интервала времени Дт,- изменит количество воз духа в емкости на величину AGAr,-, которая в соответствии с характе ристическим уравнением прямо пропорциональна изменению давле ния и обратно пропорциональна изменению температуры в емкости.

В результате

		ДТ£	\P(i-l)'l		1
где индекс і относится		к искомому,	а (і — 1) — к предыдущему			ре
жиму;	Rv — время емкости, т. е. время, за которое емкость опорож
нится	при расходе Gr ;	р и Т — давление и		средняя температура
в емкости. Приближенно можно принять Т				=	Тъ. Черточкой	обо
значены относительные		величины	(в долях	от	номинального	рас

хода GT0).

Вследствие большой воздушной емкости в ГТУ с регенерацией при набросе и сбросе топлива давление за компрессором будет изме няться не скачком, а постепенно. Уравнение (П.7) позволяет опре делить изменение этого давления р во времени по известному AG или, наоборот, по заданному изменению р найти AG.

Связь между расходами через турбину и компрессор имеет вид

GT = GK± AG.

(И.8)

Влиянием воздушной емкости воздухоохладителя в ГТУ с проме жуточным охлаждением чаще всего можно пренебречь вследствие

сравнительно малого времени этой емкости RV10. В случае необхо димости это влияние легко учесть по уравнениям вида (П.7) и (II.8), приняв температуру в емкости Т[ = const.

Уравнения теплообмена в проточной части турбины

Для многоступенчатых турбин может оказаться необходимым учитывать нестационарный теплообмен в проточной части турбины.

Тепло, отданное газом металлу за время Лт(-,

	А ( 2 = "шгСГг-Т»),	(II.9)
где а — средний	коэффициент теплоотдачи; F — поверхность,	омы
ваемая газом; Тг	и Тм — средние температуры газа и металла ло
паток.

Изменение температуры газа в результате теплообмена со стен ками каналов

Изменение температуры металла лопаток

АГ* = - # § - ,

(П. 11)

где Рм и см — соответственно вес металла, участвующего в тепло обмене, и его удельная теплоемкость.

Для определения а в лопаточном аппарате работающей ступени можно воспользоваться зависимостью [58, 88)

где

Su= п

	а	= 0 , 2 0 6 R e ^ 6			6 ( l	+	0,8S°„'42) Sr 0 , 5 8 ,			(11.12)
			"о
q	Sill	Pt	Г				2Ь* м			. .
	sin	р 2 у	sin ( р х +			pa ) cos^ (		P l 2 Р з	)
	sin	р 2 у	,	в	,	й	/	Р х - Р , ^
	(для	направляющих			лопаток Su			= 0);	р \ и	р 2 — к о н -

структивные углы решетки на входе и выходе;		1 = t/b0; b0	— хорда
профиля;	Ъ — ширина решетки; определяющие	параметры	берутся
на выходе	из решетки.
В результате определяется температура газа за турбиной
	ТІ = Т4-АТг,	*	(11.13)

где Т4 — температура за турбиной без учета теплообмена в проточ ной части.

Изменение теплоперепада в турбине в результате теплообмена газа с металлом будет пропорциональным изменению средней темпе-

ратуры газа

Л Я Г ~ Н т , 1 Т г .	(11.14)
/ / з

По аналогичным уравнениям можно рассчитать теплообмен в ка мерах сгорания, патрубках, газопроводах.

Учет теплообмена в регенераторе и воздухоохладителе

Аккумуляция тепла в металле регенератора, как известно, оказы вает весьма существенное влияние на переходные процессы ГТУ. Это следует учитывать при определении температуры воздуха за регенератором Ть, для чего удобно воспользоваться приведенными в п. 5 уравнениями.

Если переходный процесс непродолжительный (например, 20— 30 сек), то чаще всего, как отмечалось, можно без большой погреш

ности принять Т5 = const.		определяются	тем,
Условия теплообмена	в воздухоохладителе
что температура металла	близка к температуре	охлаждающей	воды,

которая в переходном процессе не изменяется. УчитываяТмалую температурную разность между воздухом и металлом, температуру

воздуха	на выходе		из воздухоохладителя можно считать практи
чески постоянной, т. е. Т{ = const.
Уравнение движения ротора
Избыточный		момент		на валу в общем случае
			Ш	= МТ — М Г р — Мк— Ма,	(11.15)
где Мт,	Мтр,	Мк,	Мд	— моменты турбины, трения	в подшипни

ках, компрессора (если он размещен на данном валу) и потребителя

энергии (если он размещен			на данном		валу).
	Изменение оборотов ротора за малое время Дт^
		Дп = J j l ДМ д Т { >						(11.16)
где	J — момент инерции		ротора.
	Крутящий момент потребителя энергии обычно известен по его
характеристикам. Если, например,				ГТУ приводит корабельный винт
регулируемого шага		(ВРШ), момент на				винте
		Ma	= f(nt;	-g-;		v) ,		(11.17)
где	HID — шаговое	отношение винта;			пв— число		оборотов	винта;
v — скорость судна.
	Если ГТУ приводит электрогенератор					переменного тока,		момент
на	его валу определяется		оборотами		пг,	током /,	напряжением U
и величиной cos ф и т. д.

После определения всех параметров /-го режима следует задаться

интервалом времени	Ат( І + і)	и определить	параметры	(і + 1)-го
режима и т. д. Расчет	ведется	до достижения	параметров	заданного

нового режима, после чего можно построить кривые зависимости изменения оборотов, температуры, мощности Ne и других параметров в переходном процессе от времени.

Часто при переходе с одного режима на другой заданным является не закон изменения расхода топлива, а закон изменения температуры газа за камерами сгорания. В этом случае расчет упрощается. В част ности, отпадает необходимость учитывать теплообмен в регенера торе. Пример последовательности такого расчета для приема на

грузки в ГТУ по схеме 1Н-Р	(рис. IV.1) приведен в табл.	П Л .
В табл. П.2 дан пример	расчета начала переходного	процесса

в ГТУ по схеме 2/БН-ОР при полном сбросе нагрузки и останове агрегата. Предполагалось, что температура воздуха за регенера тором сохраняется постоянной. При сравнительных расчетах частич ных и переходных режимов для различных схем ГТУ удобно при

нимать перед компрессором (КНД) и за турбиной (ТНД) давление
1 кгсісм2, а все гидравлические сопротивления учесть	одним общим
коэффициентом £. В табл. II.2 (и И. 1) гидравлические	сопротивле
ния учтены в к. п. д. турбин и компрессоров. В первой колонке да

ны параметры номинального режима перед сбросом нагрузки. При нято, что гашение камер сгорания происходит через 0,5 сек после сброса нагрузки, т. е. запаздывание регулирования Атр = 0,5 сек.

Изложенный метод расчета переходных процессов по конечным уравнениям в большинстве случаев оказывается более простым и точным, чем метод, основанный на решении системы линеаризованных уравнений.

Достаточная точность описанного метода расчета переходных процессов подтверждена и экспериментально, в частности данными испытаний ГТУ-20, проведенных Ленинградским Кировским заводом.

На рис. I I . I приведены кривые разгона в период приема нагрузки для ГТУ-20 по экспериментальным и расчетным данным. Совпадение экспериментальных и расчетных кривых хорошее. Некоторое рас хождение расчетных и экспериментальных данных в начальный период разгона (первые 25 сек) объясняется тем, что в расчете при нималось мгновенное открытие и закрытие клапана перепуска газа за ТВД, а в действительности оно было постепенным. Поскольку при разгоне, представленном на рис. I I . 1, поддерживалась довольно высокая температура газа, время приемистости установки оказалось небольшим — порядка 100—ПО сек. При более умеренной темпе ратуре газа в период разгона время приемистости увеличится.

На рис. II.2 представлено изменение параметров ГТУ-20 при полном сбросе топлива на режиме полного хода. Сброс топлива не сопровождался полным сбросом нагрузки, т. е. гидротормоз имити ровал постоянное шаговое отношение ВРШ. Длительность сброса топлива составляла примерно 4 сек, что позволяет считать сброс почти мгновенным. Из рис. П.2, в частности, видно, что температура

Расчет схемы 1Н-Р при наборе нагрузки

Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы Ф о р м у л а

Интервал		времени			Дт — задаем
Температура перед Т В Д					Т3 — задано
Число	оборотов		компрессорного
вала
Относительное			число	оборотов		Пкі	Пкі
Относительное			число	оборотов			"ко
компрессорного вала
						K l

Степень	сжатия			є — задаем с последующей				проверкой
				є — задаем с последующей				проверкой
Разница		в расходах компрессора
и турбины						Дт
						Дт		Х
				х	(eiT5(i-\)		1
					\В(І-1)Т5І			,
Относительный расход				через ком Gk — f і.пк\	є) — по		характеристике
прессор
Относительный расход через тур					GT	= GK	— AG
бину
Давление		перед Т В Д				р3 =	гІ
Давление		перед	Т В Д	(проверка	Ps	= / (GT, fa)
по уравнению расхода)
Давление		за ТВ Д

Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы

Ф о р м у л а

Степень расширения ТВ Д Теплоперепад ТВ Д

Приведенное отношение скоростей

ТВ Д

К.п. д. Т В Д

Мощность Т В Д Момент Т В Д

Степень расширения Т Н Д

Температура газа перед Т Н Д

К. п. д. компрессора

. Теплоперепад компрессора

Мощность компрессора

Момент компрессора

Избыточный момент компрессор ного вала

Изменение оборотов компрессорно го вала

Температура воздуха за компрес сором

етед=Рз!Ръ\
Нтед — Ї (етвд>	h)
1	птвд

Цітвд — f (хтвд)

Nmed = 4,19G7 .G7 -0 ff„M 5 Tlj msd

Мтед = ШЫ^Пк

	етнд	= Рз/Р*
у '	у»	НтвдЧі твд
3	3	/>

ср

цк — по характеристике Д* = / ( е ; к)

^= 4 , 1 9 5 А Я к

мК = тык1пк

д м = мтвд — мк — мтр

Апк	=	AM Дт
	ЯJ к
Т2	= Tj. +	Нк/цкср

Т а б л и ц а I I . 1

В е л и ч и н а

Р а з м е р н о с т ь

сек

К825

об/мин

2666

0,444

1,65

0,0075

	0,2575
	0,25.
кгс/см2	1,65
	1,65
	1,094

	Продолжение	табл. I I Л
	В е л и ч и н а
Р а з м е р н о с т ь
	1		2
- —	1,1	1,58
ккалікгс	29,5	33,2
—	0,312	0,32
—	0,685	0,7 '
кет	1176	1525
кгс-м	430	505
—	1,094	1,14
К	750	739
—	0,78	0,76
ккалікгс	10,6	12,7
кет	834	1124
кгс • м	305	374
	75		81
об/мин	276	298
К	71
		8	2

Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы

Ф о р м у л а

Теплоперепад Т Н Д

К. п. д. Т Н Д

Температура за Т Н Д

» » регенератором Удельный вес газа в емкости

Время емкости

Относительная мощность Т Н Д

Относительное число оборотов силового вала

Приведенное отношение скоростей Т Н Д

Нтнд = / {Ч\ етнд)

Цітші — задаем с последующей проверкой

7-	т'	НтндЦі тнд
1 4	' 3	г

Т5 — по уравнению (1.28) Y=341,5p 3 /7 , 5

R v - R		- V o		У
		GT		Уо
М -.	Ъ	Нтнд		т)( тнд
"тнд	UT	is		"
		птнд		0 ЦІ тндо
		3 / ' =
пс	= У		Мтнд
хтнд-0,5псУН™д°		г		п т н д
		г		п т н д

	В е л и ч и н а
Р а з м е р н о с т ь
1	2

ккалікгс	6	9
—	0,83	0,82
к	732	716
к	532	528
кгс/м3	0,698	0,77
сек	3,07	3
—	0,0381	0,0637
—	0,34	0,4
—	0,451	0,432

К- п . д. Т Н Д (проверка)	Ці тнд — f (хтнд)	—	0,83	0,82

Т а б л и ц а I I . 2

Расчет переходного процесса для схемы 2/БН-ОР при полном сбросе нагрузки и останове агрегата

				В е л и ч и н а
п / п	Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы	Ф о р м у л а	Р а з м е р н о с т ь
			1	2	3

Интервал времени Обороты КВД — ТВ Д

Относительные	обороты
К В Д - Т В Д
Обороты К Н Д — Т Н Д
Относительные	обороты
кнд-тнд
Давление за КВ Д

Общая степень сжатия Степень сжатия К Н Д

»» КВ Д

Относительный расход через компрессор

Приведенный расход в КВ Д

То же . Проверка

К. п. д. К В Д

		Дт		(задано)
		п2 = п2			+	Д п 2
		я 3		— ti<J/г2о
	"і = п і (і-і) + д " і
		«і =			njnia
	Р2 =		Р 2		+ Д Р 2
є =	р 2 /Рі		(при рг =			1	кгс/см2)
єх — задаем с последующей
проверкой				(см. графы			11, 12)
			є 2	=	Є/Єх
GK == / ( л ь			гх)		— по	характе
			ристике
		Gnp2 =			GK -~-
G n p 2	=	/ (п2,		є 2 ) — по		характе
			ристике
Цквд =		/ (п2 , є 2 ) — по				характе
			ристике

сек	0,5	0,5	1,0
об/мин	9000	9000	8747
	1	1	0,972
об/мин	6900	7097	7128
	1.0	1,029	1,033
кгс/см2	9	9	8,42
	9	9	8,42
—	3	3,1	3,215
		3,1
	3	2,9	2,62
		2,9
—•	1,0	1,055	1,05
—	1,0	1,02	0,98
	1,0	1,02	0,98
—	0,84	0,83	0,83

	No'	Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы
	п / п	Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы
	п / п

14 Изоэнтропийный перепад в

квд

15Момент КВ Д

16Температура перед турбиной

17Относительная температура перед турбиной

18Относительный расход через турбину

19Давление перед Т Н Д

20	Степень	расширения ТВ Д
21	Изоэнтропийный		перепад в
	ТВД
22	Приведенное отношение ско
	ростей ulcx	в Т В Д

23К. п. д. Т В Д

24Момент Т В Д

Ф о р м у л а

4075GKGK0HKed

мквд — •

t3 = t6 = const				(после гашения
	камеры		сгорания)
	f		t3	+	273
	3	t30		+	273
	3
Q	Рз		і /		1 - ( Р 4 / Р з ) 3
Г	PsoVb		У l - ( P W P a o ) 2

P3 = V Р з - ^ з ( Р з о - Р м )

ei = Pblh

Нтвд = / (*з. ei)

%i — хюпг ^ Нтвдо/Нпыд

Птвд =	f	— ПО Кривой
м	4 0 7 5 О г О 7 . 0 Я т 9 а т і т в а
ттвд —		„

	В е л и ч и н а
Р а з м е р н о с т ь
1	2	3

ккалікгс	25,5	24,6	22,0
кгс-м	577	594	545
°С	800	328	328
—	1,0	0,56	0,56
—	1,0	1,34	1,253
кгс/см2	5,2	5,2	4,86
—	1,73	1,73	1,73
ккалікгс	37,3	21	21
	0,5	0,665	0,648
—	0,84	0,69	0,72
кгс-м	595	369	371

" 2

	Лі	Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы
	п / п	Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы
	п / п

25	Избыточный			момент		на	валу
К В Д		(момент		трения		Мтр2		=
— 18		кгс-м)
26	Изменение		оборотов			КВ Д за
время Д т
27	К. п. д. К Н Д
28	Изоэнтропийный				перепад			в
К Н Д
29	Момент К Н Д
ЗО	Степень		расширения				Т Н Д
(при		противодавлении					pt	=
=	1	кгс/см2)
31	Температура			перед Т Н Д
32	Изоэнтропийный				перепад			в

Т Н Д

33Приведенное отношение ско ростей И/с?! в Т Н Д

34К. п. д. Т Н Д

Ф о р м у л а

АМ2 = Мтвд — Мквд — Мтр2

%«д =		г ( п і . є і ) — п о			характе
		ристике
		#кнд =		/ ( Є і ,	^l)
h	t			4075GKGK0HKHd
		е2	=	Р'3/Р4
	*'	t		Н/пвдЧтвд
	( 3	l3		rСР
		Нтнд	= f(e2,		Q
Х2	=	X2otli	V		Нтнд0/Нтнд
Цтнд = f Ы				— ПО Кривой

		В е л и ч и н а
Р а з м е р н о с т ь
	1	2	3
кгс-М	0	—243	— 192
об/мин	0	—253	—400
—	0,84	0,82	0,82
ккал/кгс	25,5	26,5	27,4
кгс-м	753	824	843
—	5,2	5,2	4,86
°С	684	274	272
ккал/кгс	88,5	49,3	47,5
—	0,5	0,69	0,705
	0,84	0,655	0,63

				В е л и ч и н а
№	Н а и м е н о в а н и е в е л и ч и н ы	Ф о р м у л а	Р а з м е р н о с т ь
п / п			1	2	3
			1	2	3

35	Момент Т Н Д
36	Избыточный		момент	на валу
К Н Д (Мтр1		=	55 кгс-м,	Мдв =
=	0)
37	Изменение	оборотов		К Н Д за
время Д т
38	Изменение	давления		воздуха
в	регенераторе

39Температура воздуха за ре генератором

40Удельный вес воздуха в ре генераторе

41Время воздушной емкости (регенератора)

МтНд = "і 4 0 7 5 G r G r o W m K a i i m w a

ЛМх = Мтнд — Мкнд —

—мдв — мтр1

=•—• ДМ, Дт

ли

Д р 2 = ^ ( С г - О к )

tb	=	const
y ~ M l	-	tt +	m
	RV(	І-Ї)У

кгс-м	1845	1032	900
»	1037	163	2
об/мин	197	31	1
кгсісмг	0	—0,58	— 1.П
°С	328	328	328
кгс/м3	5,17	4,79	4,15
сек	3,0	2,07	1,92

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 265 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ