Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. постановка задач исследования 13
1.1. Сложившаяся оценка влияния основных геометрических, кинематических и термодинамических параметров ступеней силовой турбины на ее КПД 13
1.2. Некоторые конструктивные особенности современных свободных силовых турбин 31
1.3. Эффективность использования регулируемого соплового аппарата в свободной силовой турбине 35
1.4. Постановка задач исследования 44
ГЛАВА 2. Разработка уточненной математической модели силовой турбины с целью выбора оптимальных параметров ступеней 46
2.1. Математическая модель. Выбор основных параметров математической модели ССТ 46
2.2. Разработка математической модели ступени ССТ 51
2.3. Исследование влияния коэффициентов расхода и нагрузки на КПД ступени свободной силовой турбины 57
2.4. Исследование влияния угла сс и кинематической степени реактивности р на КПД ступени ССТ 64
Выводы по главе 2 70
ГЛАВА 3. Исследование эффективности применения регулируемого соплового аппарата в силовой турбине. определение диапазонов регулирования ГТУ и ГТД поворотом лопаток РСА 73
3.1. Регулируемый сопловой аппарат силовой турбины, как дополнительный регулирующий орган в ГТУ и ГТД 73
3.2. Выбор числа регулируемых ступеней в многоступенчатой СТ 75
3.3. Разработка метода расчета КПД ступени силовой турбины с РСА и регулируемой СТ, состоящей из регулируемой
и нерегулируемых ступеней 77
3.4. Исследование влияния поворота лопаток РСА на КПД регулируемой ступени 81
3.5. Перераспределение теплоперепадов и степеней понижения давления при повороте лопаток СА. Определение диапазонов регулирования при использовании РСА 88 Выводы по главе 3 98
ГЛАВА 4. Исследования работы гту с регулируемым сопловым аппаратом в условиях эксплуатации. оценкацелесообразности применения рса первой ступени ст для регенеративных гту и бинарных ПТУ 100
4.1. Экспериментальные исследования ГТУ PGT-10 с регулируемым сопловым аппаратом СТ в условиях эксплуатации 102
4.2. Возможности повышения эффективности регенеративных ГТУ за счет применения регулируемой ступени силовой турбины 114
4.3. Возможности повышения эффективности сложных энергетических установок созданных на базе газотурбинного привода с РСА 120
Выводы по главе 4 123
Заключение 125
Список литературы
- Некоторые конструктивные особенности современных свободных силовых турбин
- Исследование влияния коэффициентов расхода и нагрузки на КПД ступени свободной силовой турбины
- Выбор числа регулируемых ступеней в многоступенчатой СТ
- Возможности повышения эффективности регенеративных ГТУ за счет применения регулируемой ступени силовой турбины
Введение к работе
Парк стационарных ГТУ и ГТД транспортного типа на российских газопроводах по состоянию на начало 2005 года превышает 4000 единиц суммарной мощностью более 35 тыс. МВт. Расширяется применение ГТД с силовыми турбинами (СТ) в локальных энергетических установках.
Как правило, на линейных компрессорных станциях, на головных сооружениях газопроводов и на станциях подземного хранения газа, где используются компрессорные машины - центробежные нагнетатели, они приводятся силовыми турбинами стационарных ГТУ или транспортных ГТД.
Первые силовые турбины газоперекачивающих агрегатов были преимущественно одноступенчатыми, затем по мере распространения ГТУ и ГТД с повышенной степенью сжатия число ступеней в СТ увеличилось вначале до двух, а в некоторых двигателях до трех и даже четырех.
Но только в силовых турбинах конструкции фирм "Дженерал Электрик", "Вестингауз" и "Нуово Пиньоне" имеется регулируемый сопловой аппарат, который используется для регулирования двигателя - он поддерживает постоянным частоту вращения компрессорного вала, обеспечивая тем самым более высокую мощность в летнее время и при снижении КПД турбомашин вследствие эксплуатационных воздействий. Вместе с тем при модернизации импортных ГТУ - переводе их на регенеративный цикл - не было реализовано важное преимущество регулируемых силовых турбин, - возможность перевода ГТУ на программу
управления с постоянной температурой за турбиной Тт = const 5 т.е. оптимизации системы управления. Для этого требовалась модернизация системы автоматического регулирования и изменение работы входного направляющего аппарата первой ступени осевого компрессора.
Однако регенерация теплоты - главный резерв повышения эффективности ГТУ стационарного типа — дает максимальный эффект при использовании регулируемых силовых турбин с реализацией программы
управления Тт = const.
В климатических условиях средней полосы России такая программа управления обеспечивает около четырех процентов экономии топлива.
При развитии децентрализованной теплоэнергетики важную роль стали играть конвертированные авиационные и судовые ГТД, которые при мощности 16...25 МВт могут выполняться с использованием теплоты уходящих газов в котлах-утилизаторах с выработкой электрической мощности с помощью паровых турбин. Электрогенератор таких двигателей приводится также свободными силовыми турбинами или непосредственно или через редуктор.
При неполных нагрузках и в холодное время года становится очень важным поддерживать расчетную температуру за турбиной. Иначе приходится снижать параметры пара перед паровой турбиной, чтобы избежать повышенной влажности в хвостовой части турбины и эрозионного повреждения лопаток.
И здесь на помощь приходит регулируемый сопловой аппарат силовой турбины. Воздействуя на поворотные сопла, можно держать повышенную температуру за газовой турбиной и избежать работы на скользящих параметрах пара.
Другой областью, где важно выдерживать постоянную температуру газа за турбиной, является применение ГТД в технологических процессах с
Соблюдением Т = COnSt.
Вместе с тем, применение поворотных лопаток в первой ступени силовой турбины позволяет в энергетических ГТД более эффективно использовать схемы STIG с добавлением пара из котла-утилизатора в зону
камеры сгорания. При таких схемах ограничения в подаче пара вызываются увеличением работы турбин и повышением частоты вращения газогенератора. Прикрытие лопаток на входе в СТ позволяет подавать больший расход пара и увеличить как электрическую мощность, так и эффективный КПД.
И при обычных схемах (без добавления пара) целесообразно прикрывать сопловые лопатки СТ в холодное время года и при неполных нагрузках с целью выдерживания постоянных оборотов КНД, а регулирование расхода воздуха с целью поддержания постоянной температуры за турбиной осуществлять прикрытием лопаток входного направляющего аппарата (ВНА) компрессора.
Одной из причин отсутствия регулируемого соплового аппарата (РСА) в СТ энергетических и газотранспортных ГТД является мнение о повышенной сложности механизма поворота от сервопривода к поворотным лопаткам и ненадежной работы таких лопаток. Вместе с тем имеется обширный положительный опыт применения РСА при температуре газа перед СТ выше 650С при высокой надежности и эффективности регулируемой ступени в приводных ГТУ конструкции фирм "Дженерал Электрик" и "Нуово Пиньоне".
Другой причиной отказа от применения РСА в силовых турбинах ГТД является мнение о пониженной эффективности регулируемых ступеней осевых турбин вследствие вызывающих дополнительные потери углов атаки рабочих лопаток, изменения осевых межвенцовых и радиальных зазоров в РСА. Однако практика эксплуатации таких ступеней в ГПА на компрессорных станциях газопроводов (MS5002, PGT-10) не подтверждает этого.
При надлежащем выборе геометрических и газодинамических параметров регулируемых ступеней и соответствующей конструкции (со сферическими меридиональными обводами и подпружиненными
сопловыми лопатками для ликвидации радиальных зазоров) они обеспечивают высокую эффективность, что подтверждается многочисленными их испытаниями и расчетными исследованиями.
Более глубокое ознакомление с параметрами турбинных ступеней средней веерности, а именно из них выполняются силовые турбины, выявило большие резервы в повышении эффективности таких ступеней.
Цель работы
На основе математического моделирования выявить возможности повышения внутренних КПД турбинных ступеней средней веерности приводных ГТУ и ГТД и, в частности, регулируемых ступеней, работающих при переменных углах обтекания.
Исследовать эффективность применения силовых турбин с регулируемой первой ступенью в ГТУ регенеративного цикла и ГТД простого цикла в составе бинарных ПТУ. Провести испытания натурных ГТУ с регулируемыми ступенями силовых турбин с целью экспериментальной проверки результатов, полученных методами численного моделирования.
Научная новизна
Разработана математическая модель проточной части свободной силовой турбины с регулируемым сопловым аппаратом (РСА) в первой ступени, с использованием которой показаны возможности достижения максимальных внутренних КПД ступеней осевых турбин средней веерности при различных значениях коэффициентов расхода и нагрузки с учетом изменения степени реактивности в одномерной постановке.
Уточнена математическая модель регулируемой турбинной ступени, что делает возможным ее использование при проектировании регулируемых ступеней новых осевых турбин. Установлено влияние
геометрических параметров, в частности, угла ссх, во взаимосвязи с кинематическими параметрами ступени на возможно достижимые значения КПД регулируемых ступеней.
Предложен метод учёта перераспределения работы расширения продуктов сгорания между газогенератором и силовой турбиной при использовании РСА.
Показано, что если управление ГТД с регулируемым сопловым аппаратом силовой турбины выполнять в основном в направлении прикрытия РСА на характерных режимах, то при использовании такого ГТД будет наблюдаться не снижение, а повышение КПД регулируемой ступени и всей турбины.
Практическая значимость
Показано, что для получения высоких значений мощностного КПД турбинных ступеней свободных турбин приводных ГТУ и ГТД необходимо ограничение коэффициента нагрузки диапазоном 1,1...1,5.
Установлено, что предпочтительный диапазон номинальных значений угла выхода из соплового аппарата для ступеней средней верности на среднем диаметре составляет 15... 17 при ограничении
величины коэффициента расхода са < О,5 .
Уточнена взаимосвязь между геометрическими параметрами, коэффициентом расхода и оптимальной степенью реактивности регулируемой ступени силовой турбины.
Показано, что параметры регулируемой ступени следует выбирать с таким расчетом, чтобы в процессе управления ГТД поворотом лопаток соплового аппарата преобладали режимы, при которых проходное сечение за РСА уменьшалось, вплоть до достижения минимального положительного значения степени реактивности рк в корне ступени.
Разработанная математическая модель силовой турбины с РСА первой ступени может использоваться для оценки экономичности ступени на среднем диаметре в широком диапазоне регулирования.
Автор защищает следующие положения
Уточненную математическую модель проточной части свободной силовой турбины с регулируемой первой ступенью.
Зависимости, позволяющие уточнить взаимосвязь значений максимально достижимых КПД ступеней осевых турбин средней веерности со степенью реактивности и коэффициентом нагрузки ступеней при различных коэффициентах расхода.
Возможность достижения высокой эффективности проточной части свободной силовой турбины, состоящей из регулируемой и нерегулируемых ступеней.
Необходимость учета первостепенного влияния геометрического угла
ссх на возможно достижимые значения КПД ступеней при их различных геометрических и кинематических параметрах.
Взаимосвязь КПД регулируемой осевой турбинной ступени с углом поворота сопловых лопаток при различных геометрических и кинематических параметрах.
Необходимость учета при проектировании положения о том, что если ГТД с регулируемым сопловым аппаратом силовой турбины выполнить
с преобладанием режимов прикрытия РСЛ на характерных режимах, то при использовании такого ГТД будет наблюдаться не снижение, а повышение КПД регулируемой ступени и всей турбины. 7. Взаимосвязь изменения площади выхода регулируемой ступени со степенью расширения ступени и достижимыми КПД при различных геометрических и кинематических параметрах.
Апробация работы
Основные положения и материалы диссертационной работы
докладывались на следующих симпозиумах, конференциях и научно-
технических сессиях:
XLVIII научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин. РАН. Рыбинск. 25-26 сентября 2001 г.;
I отчетная конференция молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ
- УПИ. Екатеринбург. 2001 г.;
II отчетная конференция молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ
- УПИ. Екатеринбург. 2002 г.;
L научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин. РАН. Санкт-Петербург. 17-18 июня 2003 г.;
XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий. Миасс. 22-24 июня 2004 г.;
LI научно-техническая сессия по проблемам газовых турбин. РАН. Уфа. 21-23 сентября 2004 г.;
Третья международная научно-практическая конференция Регионального Уральского отделения Академии инженерных наук им. A.M. Прохорова. Екатеринбург. 28-29 октября 2004 г.;
XII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция "Газотурбинные и комбинированные установки и двигатели". Москва. 22-24 ноября 2004 г.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 16 работ.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Общий объем диссертации 141 страница, в том числе 49 рисунков, 1 таблица. Библиографический список включает 75 наименований.
Некоторые конструктивные особенности современных свободных силовых турбин
На основе отраженных в зарубежной и отечественной научно-технической литературе [10,38,43,44,59,60,61] представлений о конструктивном виде современных ССТ и непосредственного рассмотрения конструкций некоторых силовых турбин можно отметить основные тенденции в их развитии.
Выделяют два конструктивных типа ССТ, используемых для привода ЦН природного газа и электрогенераторов: силовые турбины, поставляемые в одном блоке с конвертированными авиационными газогенераторами, и силовые турбины стационарной конструкции или просто в составе стационарных ГТУ.
В работах [38,43] подробно рассмотрены вопросы конвертирования авиа- и судовых ГТД для наземного применения. Однако основное внимание в них уделено переработке газогенераторной части, а вопросы оптимизации конструкции ССТ изложены недостаточно широко.
Для силовых турбин, поставляемых с авиационными газогенераторами и выполненных по авиационной методологии конструирования двигателей, характерны следующие недостатки:
повышенные затраты на обслуживание и ремонт, что связано с недостаточным фактическим межремонтным ресурсом силовой турбины и с необходимостью отправки модуля ССТ для ремонта в специализированный центр, вследствие использования в качестве опор ротора подшипников качения, отсутствия горизонтального разъема, применение облегченных лопаток и ротора и др.;
неудовлетворительная газовыпускная система (теряется значительная часть энергии потока и растет расход топливного газа).
Из [44,59,60,61] следует, что использование ССТ стационарного типа является более эффективным. Основные особенности и преимущества таких конструкций заключаются в следующем:
возможность соединения с различными газогенераторами, как стационарной конструкции, так и транспортными (авиа- и судовыми) при высоком внутреннем КПД. Для этого принимают постоянный средний диаметр лопаточных венцов, малый угол раскрытия проточной части в меридиональной плоскости;
наличие разъемного корпуса обеспечивает хороший доступ к лопаткам турбины. Благодаря этому рабочие и сопловые лопатки могут быть всесторонне обследованы, отдельные лопатки заменены (при соблюдении требований, обеспечивающих уравновешенность ротора) на месте эксплуатации без отправки ССТ в специализированный центр, что, в конечном счете, снижает стоимость жизненного цикла силовой турбины;
использование подшипников скольжения, обладающих большей несущей способностью и сроком службы по сравнению с подшипниками качения. Применение упорных подшипников с самоустанавливающимися колодками и опорных подшипников сегментного типа;
по возможности исключение консольного ротора, а использование двухопорного, жесткого типа;
наличие развитого тщательно спроектированного и экспериментально отработанного осерадиального выходного диффузора со степенью расширения 2,5...3,5. Отсутствие во входной части диффузора силовых стоек, которые могут снизить его эффективность на нерасчетных режимах работы. Возможное выполнение радиальной части с кольцевыми поворотными лопастями (торообразными стойками). Соблюдение всех этих требований предопределяет эффективное использование более половины динамического напора за последней ступенью.
Кроме того, достаточно эффективной может быть "гибридная" конструкция ССТ, когда она сочетает в себе качества как авиационного ГТД (подшипники качения, синтетическое масло), так и стационарной ГТУ (разъемный корпус, увеличенная масса лопаток и ротора и др.). Использование подшипников качения является обоснованным потребностью иметь общую масляную систему с газогенераторной частью (если это конвертированный авиа- или судовой двигатель) и нецелесообразностью применения второй масляной системы при наличии нагнетателя с электромагнитным подвесом ротора.
Большое внимание в литературе [60,61] также уделено совершенствованию методов проектирования ступеней высокой эффективности. Конструктивно это выражается в использовании лопаток с малыми удлинениями (широкими хордами), что позволяет сократить их число, повысить КПД турбины за счет уменьшения кромочных потерь, снижения относительной шероховатости и т.д.
Исследование влияния коэффициентов расхода и нагрузки на КПД ступени свободной силовой турбины
Анализ, имеющихся в научно-технической литературе экспериментальных данных [12,57,62] и теоретических исследований [1,35,39], показывает, с одной стороны, что коэффициенты са и /л оказывают существенное влияние на показатели эффективности работы ступени ССТ, с другой стороны, недостаточно полную теоретическую проработку обозначенного вопроса. Математическая модель, приведенная в предыдущем разделе, позволяет на основании известных значений угла выхода потока из соплового аппарата %\ и кинематической степени реактивности р определить диапазоны оптимальных значений коэффициентов са и ju, обеспечивающих наибольшие КПД ступени.
Для первой и промежуточных ступеней многоступенчатой ССТ показателями качества (выходными параметрами разработанной математической модели) являются значения мощностного КПД т]и и адиабатического по параметрам заторможенного потока Цад; для одноступенчатой силовой турбины и последней ступени многоступенчатой СТ - значение внутреннего КПД по заторможенным параметрам с частичной потерей окружной скорости т]и. В качестве внутренних (начальных) постоянных параметров математической модели выступают значения 2,, р, коэффициентов скорости (р и У, доли энергии выходной скорости, используемой в ступени ав.с,. Оптимизируемыми внутренними переменными для поставленной задачи являются са и №, связь между которыми и с постоянными параметрами устанавливается согласно выражению (3).
Представленные ниже примеры результатов расчетов, проведенных в соответствии с разработанной математической моделью и представленных в виде графиков зависимостей КПД от коэффициентов нагрузки и расхода, получены при следующих значениях постоянных параметров: 9=0,98, у/=0,91 - значения коэффициентов скорости, характерные для нерегулируемой ступени; р=0,91, 1//=0,96 - значения коэффициентов скорости, характерные для регулируемой ступени при расчетном положении сопловых лопаток; «,=15, 20, 25; «в.с=0,5; /7=0,3.
На рисунке 2.1 показаны результаты расчета зависимости адиабатического КПД по заторможенным параметрам от коэффициентов са и JU для двух значений коэффициентов скорости для сопловых ср и рабочих у/ лопаток.
Анализируя полученные при значениях /?=0,3, 9=0,98 и у/-0,91 зависимости для первой нерегулируемой ступени двух- или трехступенчатой СТ, заключаем: максимальный КПД по заторможенным параметрам располагается в зоне коэффициентов расходов 0,35...0,55 и коэффициентов нагрузки 1,2... 1,7, при этом он сравнительно мало зависит от выбранной величины выходного угла в пределах #[=15...200 {rfad меняется менее чем на 1,5%). Из рис. 2.1 также следует, что при ог, 20 область максимальных КПД достигается при са =0,45...0,7 и / =1,2...1,6, причем снижение КПД в указанных пределах не превышает 0,5%. Как видно, значения оптимальных коэффициентов нагрузки, соответствующих как принятому коэффициенту расхода, так и ссх, лежат в одинаковых пределах.
Снижение коэффициентов скорости (р и на 1% влечет за собой уменьшение максимально достижимого Т]ад на 2,0...2,5% (пунктирные линии).
Иная картина по внутреннему КПД ї?и (рис.2.2) при тех же значениях р, (р, у/ и половинной потере выходной скорости, что характерно для ступени СТ перед диффузорным патрубком, в котором более половины кинетической энергии использовать, как правило, не удается.
Выбор числа регулируемых ступеней в многоступенчатой СТ
В настоящее время для двигателей, поставляемых для энергетических турбоустановок и газоперекачивающих агрегатов, характерное число ступеней в свободной силовой турбине - от одной для ГТУ и ГТД с невысоким лк до пяти-шести для тихоходных СТ при непосредственном соединении с нагрузкой, например электрогенератором. Возникает вопрос: сколько и какие именно ступени целесообразно выполнять регулируемыми?
Как известно, регулирование поворотом сопловых лопаток в ССТ осуществляют с целью: изменения в желаемом направлении формы треугольников скоростей, т.е. кинематики потока; перераспределения работы между ступенями многоступенчатой СТ и впереди расположенных турбин компрессора; изменения расхода рабочего тела через турбину.
Расход газа через турбину, как правило, определяется сопловым аппаратом первой ступени. Поэтому при необходимости изменить расход, например на х%, необходимо в такой же степени изменить сечение первого соплового аппарата, повернув сопловые лопатки на соответствующий угол. Причем при неизменных углах установки остальных СА в многоступенчатой СТ, степень понижения давления во всей турбине изменится в соответствии с выражением [56]: ст)о нЯст- соответственно степень понижения давления в силовой турбине начальная и после поворота лопаток РСА первой ступени; ( сл)о и FCA - соответственно площадь проходного сечения на выходе из РСА начальная и после поворота сопловых лопаток; пт - показатель политропы.
При регулировании поворотом сопловых лопаток только первой ступени проходные сечения последующих ступеней остаются неизменными и, следовательно, степени понижения давления и теплоперепады всех последующих ступеней при условии пт = const также не меняют своих значений. Поэтому: /О ОстОо KcJo где ( ic«)o и 1Ст - соответственно степень понижения давления в первой ступени с РСА начальная и - полученная в результате поворота сопловых лопаток. Из этого следует, что при незначительном отклонении режима работы от расчетного (при небольшом изменении расхода - ±10%) поворот лопаток РСА только в первой ступени многоступенчатой СТ не окажет существенного влияния на КПД турбины в целом. Если же допустить, что регулируется сопловой аппарат в промежуточной или последней ступени, то для такого же изменения расхода потребуется поворачивать лопатки на больший угол, изменяя в регулируемой ступени проходное сечение до тех пор, пока в сопловом аппарате первой ступени перепад давления не изменится настолько, чтобы это обеспечило требуемое изменение расхода. Причем, как в регулируемой, так и всех предыдущих ступенях, произойдет перераспределение теплоперепадов по сравнению с расчетными значениями и снизится КПД турбины.
Анализ результатов расчетов, проведенных согласно [35, 56], действительно показал, что для регулирования расхода рабочего тела и одновременного перераспределения теплоперепадов по ступеням целесообразно выполнять поворотным сопловой аппарат первой ступени. Как будет показано ниже, при использовании РСА в первой ступени "чувствительность" турбины при регулировании такова, что даже при небольшом угле поворота лопаток СА достигается значительное изменение регулируемого параметра. При этом, углы атаки на рабочих лопатках несущественно отличаются от расчетных, что, следовательно, не приводит к резкому падению КПД регулируемой ступени и турбины.
Возможности повышения эффективности регенеративных ГТУ за счет применения регулируемой ступени силовой турбины
Как отмечалось выше, регулируемый сопловой аппарат силовой турбины является для ГТУ дополнительным регулирующим фактором, наряду с регулированием расхода топлива подаваемого в камеру сгорания и использованием входного направляющего аппарата компрессора низкого давления. За счет его применения в приводной ГТУ кроме регулирования заданной нагрузки можно управлять еще каким-либо параметром: поддерживать постоянными обороты компрессорного вала или температуру рабочего тела на выходе из турбины и т.д.
Например, поддержание постоянной частоты вращения ОК повышает надежность работы лопаточного аппарата компрессора, что особенно важно для конструкций роторов со сложно заменяемыми рабочими лопатками. Реализация программы регулирования пк = const для ГТУ, работающей по простому циклу, также означает повышение эксплуатационного КПД в зимнее время и при неполных нагрузках за счет увеличенного расхода воздуха и повышенной степени сжатия.
Для регенеративной ГТУ, выполненной, например, по схеме, представленной на рис. 4.6, важно поддерживать программы управления Тт = const либо Тг = const. Постоянную температуру за турбиной можно сохранять либо за счет использования ВНА компрессора, когда РСА поддерживает постоянной частоту вращения ОК, либо за счет регулирования силовой турбины при переменных оборотах компрессорного вала.
Также к преимуществам применения РСА в СТ можно отнести возможность подстройки ГТУ к конкретным условиям эксплуатации и возможность при повышенной температуре наружного воздуха и ухудшении технического состояния ГТУ сохранять более высокую мощность.
Автором проведено расчетное исследование работы регенеративной ГТУ с РСА в силовой турбине для различных программ регулирования. Начальными данными для расчета выступили параметры ГТУ PGT-10 с регенерацией теплоты (степень регенерации г принята равной 0,8) при температуре наружного воздуха Тв =280 К. На рис. 4.7 представлены результаты исследования работы такой ГТУ при номинальной температуре воздуха (Тв = 1,0 )5 переменной мощности и при поддержании программы управления пк = const (а значит - G = 1,0). Из рисунка следует, что при уменьшении мощности, например, на 20% от номинальной - значение относительного эффективного КПД установки снижается на 4%. Или, если выразить зависимость в малых отклонениях:
Если с помощью регулируемого входного направляющего аппарата компрессора уменьшать расход воздуха через ОК, а поворотом лопаток РСА поддерживать постоянной температуру газа за турбиной (результаты расчета представлены на рис. 4.8), то картина меняется следующим образом: при уменьшении мощности на те же 20% - КПД установки снижается не более, чем на 1,4%. Таким образом, коэффициент влияния изменения мощности на КПД К-1 для данного случая составляет 0,07, т.е меньше в 2,86 раза, чем для программы управления пк = const ( G =1,0). Этот факт свидетельствует о преимуществе программы регулирования Тт = const перед рассмотренной ранее (на рис.4.7).
При эксплуатации приводных ГТУ в составе ГПА особенно в условиях северных широт распространен режим работы с мощностью близкой к номинальной и средней температурой ниже 10... 15С. Пример расчета, когда Тв = var и Ne = 1,0 для программы регулирования Тт — const представлен на рис. 4.9, из которого следует, что при снижении температуры наружного воздуха на 30С (с 7 до -23С) - КПД установки увеличивается на 13%. При этом на 9% уменьшается расход
