Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
При зазоре в уплотнении в интервале 25—75 мкм и перепаде давлений 3—4 кГ/см2 величины утечек воздуха составляют 0,03—0,045 кг/сек на 1 м длины уплотнения [30].
Глава IX
ПУСК ГТУ И ПУСКОВЫЕ УСТРОЙСТВА МОЩНОСТЬ ПУСКОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Д ля начала самостоятельной работы турбокомпрессору ГТУ должна быть придана определенная скорость вращения. Это достигается с помощью какого-либо пускового двигателя, разгоняющего ротор турбокомпрессора. В процессе пуска при 15—¦ 20% номинального числа оборотов включается зажигание и подача топлива в камеры сгорания. После воспламенения топлива зажигание выключается и горение в камерах поддерживается непрерывно. По мере роста температуры газа и увеличения числа оборотов возрастает мощность, вырабатываемая турбиной, и соответственно сокращается мощность пускового двигателя. По достижении примерно одной трети номинального числа оборотов наступает режим самостоятельной работы турбокомпрессора, при котором мощность турбины полностью обеспечивает мощность, потребляемую компрессором. Пуск сложных ГТУ с несколькими ступенями сжатия и расширения производится с помощью соответствующего числа пусковых двигателей, приводящих в движение валы турбокомпрессоров. Так, в двухвальных ГТУ Ленинградского металлического завода, фирм Броун — Бовери, Дженерал Электрик и др. предусмотрены пусковые двигатели для каждого вала. Однако при определенных благоприятных условиях двухвальные установки можно приводить в действие одним пусковым двигателем (авиационные ГТУ, установки фирмы СТАЛ и др.). В подобных ГТУ пусковой двигатель связан с валом компрессора высокого (или среднего) давления; при этом воздух, проходящий через компрессор низкого давления, приводит его во вращение.
Мощность пускового двигателя слагается из следующих составляющих:
N = Nk—Nm-^-NycicjT NnpueNmpjTNecnt где Nk — мощность, потребляемая компрессором;
389
Nm — мощность, развиваемая турбиной;
Nycn— мощность, затрачиваемая на ускорение вращающихся элементов двигателя (турбины, компрессора, приводного механизма, вспомогательных механизмов);
Nnpue — мощность, потребляемая приводным механизмом;
Nmp — мощность, затрачиваемая на преодоление трения в подшипниках;
Ngcn — мощность, потребляемая вспомогательными механизмами (масляным и топливным насосами, бустерным компрессором для форсунок и т. п.).
Рассмотрим в отдельности каждую из составляющих с точки зрения возможности сокращения мощности пускового двигателя.
Мощность, потребляемая компрессором. Известно, что в период пуска и работы на малых нагрузках ГТУ с осевыми компрессорами степени сжатия ступеней компрессора могут оказаться настолько низкими, что турбина не сможет пропустить весь расход воздуха. Во избежание помпажа компрессора часть сжимаемого воздуха должна быть удалена в атмосферу через противопомпажные клапаны. Для сокращения мощности, потребляемой компрессором, желательно, чтобы через противопомпажные клапаны удалялось как можно больше воздуха, а сжатию подвергалось минимально допустимое его количество. С этой точки зрения на компрессорах, а в установках с несколькими ступенями сжатия и между компрессорами, следует устанавливать несколько противопомпажных клапанов с постепенным их закрытием по мере роста числа оборотов. Существенное снижение мощности такой метод может обеспечить в установках с высокой степенью сжатия. В одновальных ГТУ со средней степенью сжатия оказывается целесообразным устанавливать клапаны с двумя крайними положениями «Открыто» и «Закрыто», а в компрессорах с малой степенью сжатия потребность в клапанах может отпасть.
В двухвальных судовых ГТУ, в частности в ГТУ-20 ЛКЗ, при жесткой связи турбокомпрессора низкого давления с винтом возможен пуск установки в режиме «Стоп-винт», т. е. при заторможенном роторе компрессора (пусковой двигатель соединен с турбокомпрессором высокого давления). Экспериментальные исследования показали, что неподвижный компрессор создает значительные потери при просасывании через него воздуха. Потери могут быть резко сокращены даже при очень небольшом числе оборотов. В подобных схемах рекомендуется иметь обводную воздушную магистраль, соединяющую входные патрубки компрессоров низкого и высокого давления [7].
Пуск регенеративных ГТУ после кратковременной остановки может быть сопряжен с затруднениями вследствие аккумулирования тепла в регенераторе. Воздух из компрессора, проходя через регенератор, нагревается, и турбина может е ппопустить
возросшего объемного расхода; следствием этого является пом-паж компрессора. Подобное явление отмечалось в установке ГТУ-3 мощностью 300 квт завода «Экономайзер» [16]. Пуск горячей установки стал возможен только после двухкратного увеличения сечения противопомпажных клапанов.
Мощность, развиваемая турбиной. С повышением температуры газа перед соплами мощность турбины возрастает. В период пуска может быть допущено увеличение температуры выше ее номинального значения, так как число оборотов ротора и напряжения от центробежных сил в его элементах относительно невелики. При малых числах оборотов ротора турбина работает в нерасчетных условиях и ее к. п. д., так же как к. п. д. компрессора, существенно снижается. Поэтому для эффективной работы турбины необходимо значительное увеличение температуры, иначе возрастут числа оборотов, при которых наступает самостоятельная работа турбокомпрессора.
