книги из ГПНТБ / Переходные процессы в газотурбинных установках

В настоящей книге авторы пытаются комплексно решить большой круг вопросов, связанных с переходными процессами в ГТУ. Раз­ работаны достаточно простые и надежные методы расчета и исследо­ вания характеристик ГТУ, а также отдельных ее элементов при переходных режимах. Проанализированы характеристики переход­ ных процессов большого числа схем ГТУ и сделаны обобщения, кото­ рые могут быть использованы при проектировании ГТУ и ее системы

вания и принципы проектирования системы РУЗ ГТУ различного назначения.

И. В. Котляром (п. 34), Г. Д. Медом (п. 35, 38, 39, 40), А. И. Гитель­ маном (п. 36, 37), В. В. Селиным (п. 41).

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А — тепловой эквивалент работы, разные коэффициенты; Вт — расход топлива;

DcP — средний диаметр ступени;

F— поверхность регенератора, проходное сечение сопел и лопаток;

G— расход воздуха или газа;

Н— изоэнтропийный перепад тепла;

М— отношение местной скорости потока к скорости звука, кру­ тящий момент;

Т— абсолютная температура;

с— скорость газа;

е— степень сжатия в компрессоре (степень повышения давления);

£— коэффициент потери давления;

ковому номеру компрессора или турбины (по ходу газа), к которому они относятся. Индексом 0 отмечены значения параметров на расчетном (заданном) режиме.

Черточкой сверху обозначены относительные (безразмерные) значения параметров, звездочкой — полные (заторможенные) параметры.

Остальные обозначения, не вошедшие в перечень, поясняются в тексте.

Г Л А В А I

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ ГТУ

В настоящей главе детально рассмотрены характеристики на переходных режимах таких элементов ГТУ как турбина, компрессор, регенератор (влияние тепловой емкости металла регенератора). Характеристики камеры сгорания и воздухоохладителя здесь не рассматриваются, поскольку, как указано в гл. I I , полное сгорание топлива и соответствующее изменение параметров газа за камерой сгорания происходит практически мгновенно, а температуру воз­ духа за воздухоохладителем на переходных режимах можно считать постоянной.

1. УРАВНЕНИЕ РАСХОДА ДЛЯ ТУРБИНЫ

Газовая емкость турбины сравнительно невелика, а время емко­ сти, т. е. время, за которое при заданном расходе эта емкость опорож­ нилась бы, на всех рабочих режимах обычно составляет десятые или даже сотые доли секунды. Поэтому характеристики турбины можно считать квазистатическими, одинаковыми для любых переменных режимов — установившихся (частичных) и неустановившихся (пере­ ходных).

Для определения расхода через турбину или группу турбинных ступеней при переменных режимах часто пользуются приближенным уравнением расхода Стодолы — Флюгеля

(1.1)

где G— расход; р 1 ( 7 \ — начальные давление и температура; {5 =

=pJpi — отношение давлений в турбине.

Это уравнение выведено для многоступенчатой турбины без учета влияния числа оборотов на расход и дает для нее, особенно при небольших изменениях оборотов, достаточно точные результаты. Для малоступенчатой турбины оно может дать значительную погреш­ ность, достигающую на некоторых режимах, например для односту­ пенчатой активной турбины, 25% и более. Это имеет особое значение для газовых турбин, которые редко выполняются многоступенчатыми.

Как показали А. Стодола и А. В. Щегляев [100, 111 ], для турбины с любым числом ступеней расходную характеристику с достаточной точностью можно выразить уравнением эллипса, которое приводится к виду

Это уравнение является более общим и, следовательно, более

тов турбины «с конца», использование уравнения (1.2) теряет практи­ ческий смысл. Поэтому в практических расчетах это уравнение до настоящего времени использовалось сравнительно редко. Для при­ ближенного определения расхода через малоступенчатую турбину при переменных режимах чаще всего пользовались одним из графо­ аналитических методов, например изложенным в [40, 64]. Однако во многих случаях, в частности при расчетах с помощью ЦВМ, жела­ тельно иметь аналитические зависимости. Наиболее удобно было бы воспользоваться уравнением (1.2) при условии разработки достаточно простого метода определения р л .

Из предложенных ранее некоторыми авторами способов прибли­ женного определения р^ наиболее простыми являются зависимости, полученные В. К. Гончаром [15],

Для расчета по уравнению (1.3) необходимо знать проходные сечения лопаточного аппарата всех ступеней, которые на начальной стадии проектирования не известны, например когда анализируются характеристики газотурбинной установки для выбора оптимальной схемы и параметров. Кроме того, эти уравнения получены при допу­ щениях, которые не полностью учитывают влияние степени реактив­

не требует знания проходных сечений лопаточного аппарата. Этот метод делает удобным испрльзование для расчетов уравнения рас­ хода (1.2).

Величина Р Л зависит от отношения давлений в турбине на расчет­ ном режиме р о , числа ступеней z, степени реактивности ступеней р и распределения перепадов по ступеням на расчетном режиме.

В результате серии поступенчатых расчетов были построены кри­ вые (рис. 1.1) зависимости $„ от j30 для различного числа активных ступеней в турбине z и различного отношения изоэнтропийных теплоперепадов в последней и первой ступенях hjh-y.

Как и при выводе уравнений (1.3), предполагалось, что теплоперепад от первой ступени к последней изменяется монотонно. Если группа состоит из реактивных ступеней, можно к каждому ряду лопаток, сопловых и рабочих, применить те же зависимости, что и для активной ступени. Поэтому для z реактивных ступеней (р = 0,5) $м будет таким же, как для 2z активных (р = 0). В общем случае при средней степени реактивности ступеней р можно пользоваться теми же кривыми на рис. 1.1, используя вместо действительного г фиктивное приведенное число ступеней '

_ г

Как видно из рис. 1.1, изменение величины hjh1 примерно в 1,4— 1,5 раза сравнительно мало влияет на значение $м . В малоступенча­ тых турбинах (2—4 ступени) диапазон изменения hjh1 обычно не выходит за указанные пределы. В многоступенчатых турбинах (на­ пример, паровых конденсационных) это отношение может быть зна­ чительно больше, однако для таких турбин обычно $м близко к нулю