Б. П. Поршаков, А. А. Апостолов, В. И. Никишин газотурбинные установки на газопроводах


Внешние характеристики газотурбинных установок



страница20/43
Дата19.03.2018
Размер0.67 Mb.
ТипКнига
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   43

2.3. Внешние характеристики газотурбинных установок

Внешние характеристики газотурбинных установок определяют важнейшие свойства ГТУ в разнообразных условиях их работы, в частности, отражают изменение ее мощности, крутящего момента, КПД от частоты вращения.

Изменение внешних характеристик для простоты рассуждений вначале целесообразно рассматривать на примере работы одной ступени при постоянном расходе рабочего тела и условии, что состояние газа на выходе из направляющего аппарата и рабочего колеса остаются неизменными.

При этих условиях (см. уравнение 2.4 ), вращающий момент на среднем радиусе r лопаточного колеса турбинной ступени при оптимальной частоте вращения n0 или оптимальной скорости u0 определяется уравнением Эйлера [2]:

М0 = G (r1 c1,u,опт. – r2 c2,u,опт. ) = G (c1,u,опт. – c2,u) r (2.22)

или (2.23)

Вращающий момент для любой скорости u можно выразить уравнением:

М = G (c1,u,опт. - c2,u,опт. + u0 – u) r (2.24)

или

(2.25)


Из последнего уравнения видно, что между вращающим моментом М и частотой вращения n существует линейная зависимость. Максимальное значение вращающий момент имеет при n = 0, а при условии u = u0 + c1,u.опт. – c2,u,опт. он обращается в нуль (Рис. 2.9) [2]:

Из сопоставления уравнений (2.23) и (2.25) получим:

(2.26)

Величина К характеризует приспособляемость двигателя к изменению внешней нагрузки.



Если во время работы турбины снять всю полезную нагрузку, а расход рабочего тела сохранить неизменным, то двигатель пойдет в разнос и хотя частота вращения при этом теоретически не будет возрастать бесконечно, но может достичь величины недопустимой с точки зрения прочности ГТУ.

Наличие прямолинейной тяговой характеристики газовой турбины (Рис. 2.9) приводит к тому, что на всех режимах работы агрегата, кроме одного (оптимального), имеет место потеря мощности и его КПД. Связано это опять же с резким изменением КПД турбины от характеристики u/c1. Действительно, при с1 = idem, изменение частоты вращения или, что то же самое, окружной скорости u приводит к резкому изменению мощности установки и ее КПД.

Обычно газотурбинная установка проектируется так, что режимы ее максимальной экономичности и оптимальной мощности совпадают с режимами максимальной частоты вращения. В этих условиях вся ее рабочая зона лежит на левой ветви кривой мощности (см. Рис. 2.9). Соотношение крутящих моментов в этом случае составляет 2-2,3, что является вполне удовлетворительным для условий работы ГТУ с мало меняющейся внешней нагрузкой, что имеет место, например, при их эксплуатации ГТУ на магистральных газопроводах.

Если принять во внимание, что мощность ГТУ зависит в основном от температурного перепада по турбине и расхода газов через турбину, то возможность изменения расхода газов при изменении частоты вращения турбины позволяет раздвинуть диапазон оптимальной мощности турбины в значительном диапазоне изменения частоты вращения (пунктирная трапеция, см. Рис. 2.9).

Мощность, развиваемая турбиной при различной частоте вращения, как известно, определяется соотношением:

N = M  (2.27)

Или в относительном виде:

(2.29)


с учетом уравнения (2.23), получим:

(2.30)


из последнего уравнения видно, что кривая Nотн. = f (nотн.) представляет собой параболу, причем максимальной значение Nотн. достигается при условии ( Nотн. / nотн. = 0), Рис 2.10

Переход от моментных характеристик одной ступени к параметрам многоступенчатой турбины в первом приближении осуществляется на основе принципа аддитивности энергетических функций. Работа многоступенчатой турбины представляется как сумма работ отдельных ступеней турбины:

H =  hi (2.31)

Общий момент, развиваемый многоступенчатой турбиной определяется как сумма моментов ее отдельных ступеней:

М = Мi (2.32)

В многоступенчатой турбине имеет место сложное взаимодействие последовательно расположенных ступеней между собой. Здесь и так называемый коэффициент возврата теплоты и частичное использование кинетической энергии потока за рабочим колесом в следующей ступени, изменение пропускной способности турбины и т.п. Можно полагать, что увеличение числа ступеней приводит к улучшению тяговых свойств газотурбинной установки [2].




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   16   17   18   19   20   21   22   23   ...   43


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница