1. Гту в одновальном, двухвальном исполнении. Принцип работы, основные показатели. Достоинства и недостатки.

Газотурбинным двигателем называется двигатель в котором в качестве рабочего тела используются на конденсирующиеся газы, в качестве расширительной машины – Газовые турбины

Одновальная гту

Атмосферный воздух проходит систему очистки (ОУ – очистное устр-во) , в осевом компрессоре сжимается до Р=0,6-1,6 МПа. Его Т на выходе из ОК – 250С. Далее поступает в камеру сгорания (К),куда одновременно поступает и топливный газ. Продукты сгорания с Т=850-950С (в стац. Машинах) или Т=1100-1200 (ав. двигатели) поступают в турбину, где расширяются и вращают турбину. Потом они выбрасываются в атмосферу. 60-70% мощности такой ГТУ передаётся по валу компрессору, остальное – на нагнетатель.

Проблема одновальной ГТУ в том, что ввиду одной частоты вращения турбины и нагнетателя при снижении частоты ГТУ теряет мощность быстрее, чем снижается мощность, потребляемая нагетателем. Таким образом одновальная ГТУ может обеспечить режим работы нагнетателя только в ограниченном диапазоне изменения частоты вращения вала.

Двухвальная гту (или с независимой силовой турбиной или со свободной турбиной).

Двухвальные ГТУ получили развитие на магистральных газопроводах, т.к. они позволяют стабилизировать показатели работы установки на переменной нагрузке, в силу того, что турбина низкого давления (ТНД), или силовая турбина, может иметь различную частоту вращения силового вала в зависимости от изменения полезной нагрузки и не оказывать при этом практически какого-либо влияния на частоту вращения вала турбины высокого давления (и осевого компрессора), сохраняя тем самым подачу циклового воздуха на постоянном уровне.

Плюс двухвальной ГТУ в том, что нагнетатель приводится от ТНД, которая в свою очередь механически с ТВД не связаны. Такая ГТУ может работать практически с любой частотой вращения, необходимой нагнетателю. Благодаря этому получили широкое распространение.

Плюсы ГТУ – Большая концентрация мощности в единицу времени, вращательное движение.

Минусы – низкий КПД.

2,44. Универсальная характеристика осевого компрессора, явление помпажа.Методы борьбы.

Характеристика устанавливает связь между соотношением Давлений сжатия ( ) в зависимости от расхода Циклового воздуха (G) при различной частоте вращения (n) и внутреннем относительном КПД компрессора.

точка А – расчетная точка работы осевого компрессора.

ОВС – линия помпажа – линия, разделяющая рабочую обл. компрессора (правая часть) от нерабочей (левая часть).

Работа компрессора в обл. помпажной зоны недопустима (т.к. может привести к поломкам лопаток, ухудшению работы камеры сгорания, выходу из строя машины).

Значение характеристики: возможность суждения о работе компрессора с точки зрения устойчивости и экономичности работы ГТУ на переменных режимах.

Анализ характеристики : изменение частоты вращения его вала влияет не только на абсолютное значения расхода циклового воздуха и напора компрессора , но и определяет форму характеристики самого компрессора. при этом хар-ка частоты вращения становится более крутой.

Помпаж – явление автоколебаний малой частоты (несколько герц) всей массы рабочего тела в системе компрессор – сеть (Помпаж – срыв потока с лопаток компрессора). Колебания близки к гармоническим. При сильном явлении помпажа наблюдаются колебания не только по расходу воздуха, но и по частоте вращения вала самого компрессора.

Изменение относ КПД компрессора в зависимости от режима его работы происходит из-за изменения углов атаки воздуха на лопатках. Под углом атаки понимают угол, образованный направлением входной скорости воздушного потока и направлением касательной к передней точке средней линии профиля самой лопатки.

Отклонение от расчетной точки А на диаграмме влево по линии n = idem приводит к возникновению положительных углов атаки, а смещение влево по той же линии – в сторону отриц углов. Это приводит к снижению КПД компрессора.

Линии постоянной частоты заканчиваются вертикальными отрезками, что свидетельствует о достижении на этих участках хар-ки компрессора закритического режима истечения, когда расход воздуха уже не зависит от соотношения давлений сжатия.

Помпаж это не установившееся движение, характеризующиеся обратными токами. Ток газа по отдельным ступеням может быть направлен в разные стороны.

G_{газ.тур.}=G_А+В–G_ут.–G_охл…б),

где G_{газ.тур} – расход продуктов сгорания через г.т.;

В – расход топлива камеры сгорания;

G_ут. – утечки воздуха;

G_охл. – на охлаждение;

G_А – расход газа компрессора;

Расход рабочего через г.т. определяется:

Для определения расхода рабочего тела через проточной часть турбины наиболее часто используется уравнение Стадолы – Флюгеля.

Относительный расход продуктов сгорания через турбину определяется:

1),

где G – текущий расход;

G₀ – расход на номинальном режиме (расчетный или паспортный);

P_z – давление перед турбиной;

P_zo – давление перед турбиной на расчетном режиме;

P_z/P_s – соотношение давления расширения (С_z).

На практике используют смешанную систему регуляторов.

Регулирование режима работы ГТУ за счет изменения расхода воздуха в условиях постоянной температуры газа перед турбиной приводит к тому, что линия совместной работы компрессора и турбины приближается к линии помпажа, что при большом изменении вел. G может вызвать остановку (помпаж).

Величина сдвига линии совместной работы в сторону линии помпажа зависит от загрязнения проточной части. Снижение относительного  вызывает необходимость строить линии совместной работы вдали от линии помпажа.

Регулирование режимов работы за счет изменения температуры газов при n=idem приводит к резкому падению  агрегата.

Поэтому линия совместной работы строится из условия получения наибольшего  агрегата на частичных нагрузках в удалении от линии помпажа.

Для борьбы с явлением помпажа используются способы, подразделяющиеся на 2^а типа:

1)мероприятия применяемые при проектировании компрессоров с целью увеличения рабочей зоны (). Это: выбор малых окружных скоростей, увеличение густоты решетки, выбор профилей лопаток с большой относительной толщиной и большим радиусом скругления входной кромки.

2) Мероприятия в рабочих условиях. Это: регулирования работы компрессора, поворот лопаток направляющего агрегата, перепуск воздуха.

Для сохранения устойчивого режима работы необходимо часть воздуха отвести (сбросить) из компрессора в атмосферу.

В условиях работы ГТУ на КС наблюдаются случаи помпажа при обмерзании входной части осевого компрессора при повышении влажности наружного воздуха в период зимних снегопадов метелей и туманов.