§ 13.6. Дизельная установка как объект автоматизации.

В состав дизельной установки входят дизель с системами, обеспечивающими его функционирование (системы пуска, реверса, смазки, охлаждения, топливоподачи, наддува или продувки в двухтактных дизелях, ручного и автоматического управления), потре­битель мощности и устройство, передающее мощность от дизеля к потребителю. В зависимости от типа передачи различают дизельные установки с прямой (непосредственной) передачей, зубчатой и передачей через гидромуфту или гидротрансформатор. При использовании прямой передачи частота вращения валов дизеля и потребителя одинакова, при зубчатой передаче частоты вращения связаны постоянными передаточными отношениями. Передача мощности через гидромуфту происходит с проскальзыванием, величина которого зависит от режима работы установки.

Дизель служит источником механической энергии, качественная и количественная характеристики которой однозначно определяются параметрами М и п. Поэтому требования к процессу управления этими двумя параметрами диктуются эксплуатационными особенностями потребителя энергии.

Поле допустимых нагрузочных и скоростных режимов дизель-генераторных установках (рис. 15.2, г).

1 - минимальная частота вращения при автоматическом управлении; 2 - ограничительная характеристика (по максимальной подаче топлива на рабочий цикл); 4 - максимальная частота вращения вала дизеля; 12 - минимальная частота вращения, допустимая по условиям работы дизель-генератора.

Ограничения нагрузочных и скоростных режимов вызваны предельно допустимыми тепловыми (кривые 2 и 3) и механическими (кривые 2 и 4) нагрузками. Граница минимально устойчивой частоты вращения вала дизеля (кривая 1) лежит в пределах 0,2— 0,5 от номинальной, ее положение определяется конструктивными особенностями дизеля.

На рис. 15.1 представлена обобщенная принципиальная схема дизеля и его систем, указаны основные рабочие параметры, по которым осуществляется автоматическое регулирование, защита, предупредительная сигнализация и контроль состояния установки. Обозначения рабочих параметров расположены в районе точек контроля соответствующего параметра.

§ 13.7. Газотурбинная установка как объект автоматизации.

Перспективным типом установок являются газотурбинные установки (ГТУ), состоящие из одного или нескольких газотурбинных двигателей, редукторов, валопроводов, потребителей и ряда вспомогательных механизмов и систем.

Газотурбинный двигатель состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания, газовой турбины и обслуживающих его вспомогательных механизмов и систем. Число компрессоров, камер сгорания и турбин может быть различным. Двигатель, его редуктор и обслуживающие их вспомогательные механизмы и системы составляют газотурбинный агрегат (ГТА).

По конструктивной схеме ГТУ подразделяются на блокированные (одновальные и двухвальные) и со свободной силовой турбиной (двухвальные и трехвальные). В блокированных установках компрессор и потребитель приводятся общей турбиной, а в двухвальных и трехвальных ГТУ - отдельными турбинами.

В одновальной установке (рис. 17.1, а) атмосферный воздух сжимается в компрес­соре и поступает в камеру сгорания, в которую подается топливо насосом высокого дав­ления. Газы из камеры поступают на турбину и после расширения выбрасываются в ат­мосферу. Турбина через редуктор приводит потребитель, например, генератор. Компрессор, турбина и потребитель находятся на одном валу.

В двухвальной блокированной ГТУ (рис. 17.1, б) имеются два вала: вал турбоком­прессора высокого давления (ТКВД) и вал турбокомпрессора низкого давления (ТКНД) -потребителя. Роторы турбокомпрессоров механически не связаны и вращаются с различной частотой вращения.

Применение двухкаскадного компрессора позволяет увеличить общую степень сжатия, мощность и экономичность установки, уменьшить опасность помпажа, мощность стартеров и время запуска.

Благодаря наличию газодинамической связи между турбокомпрессорами измене­ние частоты вращения одного из них влияет на моменты компрессора и турбины и частоту вращения второго.

В двухвальной ГТУ (рис. 17.2, а) компрессор 1 приводится турбиной высокого давления 4, а потребитель - генератор 7 - независимой (свободной) силовой турбиной низкого давления 5.

Установка имеет два вала: вал турбокомпрессора и вал силовой турбины - потребителя.

Трехвальная установка состоит из двухкаскадного компрессора и независимой силовой турбины, приводящей потребитель (рис. 17.2,6).

В блокированных ГТУ между газогенерирующей частью и нагрузкой существует механическая связь. Поэтому статические и динамические характеристики блокированных установок зависят от изменения нагрузки, что усложняет их использование для привода винтов фиксированного шага, так как изменение частоты вращения винта будет влиять на степень сжатия и расход воздуха компрессоров, частоту вращения компрессоров, температуру газов и другие параметры. Блокированные ГТУ можно применять для привода ге­нераторов и винтов регулируемого шаги.

В двухвальных и трехвальных установках со свободной силовой турбиной работа газогенерирующей части практически не зависит от изменения нагрузки, так как частота вращения свободных силовых турбин в широком диапазоне ее изменения весьма мало влияет на пропускную способность и параметры газа на входе. Таким образом, ста­тические и динамические характеристики подобных установок практически не зависят от изменения нагрузки. Такие ГТУ могут быть использованы для привода любых потребителей.

Наиболее важными параметрами ГТУ являются давления и температуры рабочего тела, температуры поверхностей нагрева, частота вращения роторов, расходы рабочего тела и топлива, мощности и моменты компрессоров, турбин и потребителя.