Совместная работа дизеля и ГТН

Для анализа и расчетного построения характеристик дизеля и ГТН целесообразно использовать гидравлические характеристики газовоздушного тракта дизеля.

К ним относятся графические зависимости

 

P_s/P_bx = F(G_b) - расходная характеристика дизеля

G_b = G^’_b/G_b

 

p_r/p_bx=F(G_b);

p_t/p_bx=F(G_b);

p_z/p_bx=F(G_b);

 

на Рис. 10 приведены расчетные линии рабочих режимов ГТН (-) и дизеля (---) при простом газотурбинном надуве (а), комбинированном последовательном (б) и параллельным (в).

 

1 – режимная линия роботы по внешней

2 – режимная линия работы по нагрузочной

3 – режимная линия работы по винтовой характеристике

 

Все параметры надува взаимосвязаны. Температура газов перед турбиной T_T и расход воздуха G_B будут зависеть от режима работы дизеля: от подачи топлива, от частоты вращения, от температуры T₅ (которая зависит от работы ОНВ).

Для обеспечения высокой экономичности и эксплуатационной надежности необходимо согласование расходной характеристики дизеля при работе его на различных характеристиках (внешней, нагрузочной, винтовой) с характеристиками компрессора и турбины ГТН.

Необходимо избежать помпажа и по возможности работать в зоне максимальных к.п.д компрессора и турбины.

Следует также учитывать большое влияние схемы надува.

При комбинированных схемах надува режимная линия ГТН и расходная характеристика дизеля не совпадают Рис.10

.

 

 

 

Рис. 79

 

При комбинированной последовательной схеме (Рис.79, Рис.10б) за счет наличия подпоршневой полости  или другого компрессора, расходная характеристика дизеля расположена выше и ГТН работает вдали от границы помпажа:

P_k = P_tk + p_pn

При комбинированной параллельной: суммируются расходы, а не давления

G_B=G_ГТН+G_ПН

Режимная линия ГТН расположена близко к границе помпажа. Поэтому иногда приходится вводить противоположный клапан или воздушный эжектор.

Переключение с параллельной на последовательную схему (на малых нагрузках) и с последовательной на параллельную (на нагрузках выше средней) части подпоршневых полостей позволяют корректировать положение линии рабочих режимов и избегать помпажа.

Помпаж

При работе на расчетном режиме соблюдаются оптимальные значения углов входа потока на лопатки рабочего колеса и диффузора (см. Рис. 15 Рогалев).

 

 При эксплуатации возможно возникновение различных неоднородностей, возмущений при течении воздуха (радиальная и тангенциальная неравномерность потока на входе в ступень). Наблюдаются периодические хаотические срывы на разных лопатках. Аэродинамическое сопротивление растет, т.к. в зоне срыва скорость потока замедлена или поток имеет обратные течения. Естественно в зоне не подверженной срыву скорость потока возрастает и может выйти значительно за рамки расчетной. Аэродинамическое сопротивление растет. Рабочая точка смещается влево. Кроме того меняются углы атаки и срывные явления возникают если их не было или усугубляются.

Растет аэродинамическое сопротивление и уменьшается расход. Нарушается равновесие в системе компрессор – сеть. Сеть – это совокупность воздушных и газовых каналов за компрессором. Крутизна характеристики сети зависит от аэродинамического сопротивления сети.

Рабочая точка определяет режим работы компрессора, находится на пересечении n=const и характеристики сети.

Граница помпажа тоже в принципе не является неизменной,

Характеристика сети зависит от аэродинамического сопротивления, т.е. в основном от загрязнения сопел и лопаточных аппаратов турбины, и от частоты вращения компрессора.

Помпаж – это потеря устойчивости течения потока. Это автоколебания воздушного потока в системе из всасывающего трубопровода компрессора и сети.

 

Причины помпажа:

1 – загромождение на входе или выходе (загрязнение фильтров, соплового аппарата       турбины и т.п.)

2 – различные возмущения потока

3 – резкий разгон

При резком возрастании цикловой подачи мощность турбины значительно увеличивается за счет повышения t_{вып. газов}, но при этом возрастает гидравлическое сопротивление за счет роста удельного объема. Рабочая точка смещается влево. Возможно достижение границы помпажа (Рис. 24).

4 – режим торможения.

 

5 – помпаж возможен при отключении подпоршневых насосов работающих последовательно на параллельную работу.

6 – работа в штормовых условиях и др.