Библиографическое описание:

Сенюшкин Н. С., Султанов Р. Ф., Белобровина М. В., Кузнецова А. С. Термогазодинамический расчет газотурбинной силовой установки // Молодой ученый. — 2012. — №10. — С. 72-75.

После распада СССР единственная база по проектированию и производству корабельных ГТД осталась в городе Николаев, в независимой Украине. ВМФ России, для избавления от зависимости от иностранных поставщиков, поручил НПО «Сатурн» разработать отечественные двигатели для морских судов. На базе высокоэффективного газогенератора (ГГ) для перспективного всережимного бомбардировщика, разрабатывавшегося в 80-е годы, был создан первый российский корабельный ГТД М75РУ. В 2006 году успешно завершились ГСИ этого двигателя. М75РУ морской газотурбинный двигатель мощностью 7000 л.с. Данный высокоэкономичный двигатель 4-го поколения предполагается использовать при модернизации ракетных крейсеров проекта 1164, больших противолодочных кораблей проекта 1155, а также при проектировании перспективных проектов ВМФ и ПС ФСБ России.

М75РУ разработан на основе ГГ изделия 77. Девятиступенчатый компрессор, КС с низким уровнем эмиссии NОx и СО, двухступенчатая турбина, высокоэффективная двухступенчатая свободная турбина (рисунок 1). Конструкция адаптирована для работы в морских условиях и имеет высокие показатели надежности и ресурсов.

Рис. 1. Продольный разрез ГТД М75РУ[2]


Особенностью эксплуатации ГТД в морских условиях является довольно частые и значительные изменения параметров воздуха на входе в двигатель[1]. В исследовании варьируются влажность, температура и давление.

Предварительно приняты следующие, широкие диапазоны значений параметров:

  • влажность от 0 до 100%;

  • температура от -50 оС до 50 оС;

  • давление от 0,8532 до 1,0862 МПа.

Для исследования влияния изменения параметров рабочего тела на входе в двигатель создана математическая модель M75РУ в программном комплексе GasTurb (рисунки 2). Исходные данные на максимальном режиме представлены в таблице 1.

Таблица 1

Исходные данные[2]

Параметр

Значение

N, л.с.

7000

CN, кг/л.с.ч

0,190

Gв, кг/с

23,1

*к

13

кс

0,956

г

0,99

TГ, К

<1215

*,%

32,5

n вых, об/мин

10500


Данные принятые для составления математической модели исходя из уровня технического совершенства подобных ГТД:

  • коэффициент восстановления полного давления в ВЗ вх равен 1,0;

  • КПД компрессора равен 0,8550;

  • коэффициент восстановления полного давления в канале внутреннего контура между вентилятором и КВД равен 0,985 ;

  • низшая теплотворная способность дизельного топлива HU равна 42739 кДж/кг;

  • КПД турбины ГГ принят равным 0,8855;

  • КПД свободной турбины принят равным 0,91;

  • механический КПД турбины ГГ равен 0,99;

  • механический КПД свободной турбины равен 0,99;

  • коэффициент восстановления полного давления в затурбинном диффузоре д равен 0,98;

  • коэффициент восстановления полного давления в затурбинном диффузоре д равен 0,98;

  • коэффициент потерь выходного импульса сопла RC равен 0,99.


Рис. 2. Выходные данные расчета рабочей точки М75РУ


На рисунках 3 – 5 изображены зависимости параметров ГТД от изменения параметров окружающей среды.

Из проведенного исследования можно заключить, изменение влажности не существенно влияет на изменение параметров термогазодинамического цикла. Повышение влажности воздуха с абсолютно сухого до насыщенного водяного пара снижает мощность и максимальную температуру, ухудшает экономическую эффективность двигателя менее чем на 1%. Из этого следует, что данным фактором, при термогазодинамических расчетах, можно пренебречь. Повышение уровня температуры воздуха на входе, ухудшает удельный расход топлива, увеличивает максимальную температуру и снижает мощность ГТД.


Рис. 3. Зависимость изменения мощности от изменения температуры воздуха
на входе в двигатель

Рис. 4. Зависимость изменения удельного расхода топлива от изменения температуры воздуха на входе в двигатель

Рис. 5. Зависимость изменения мощности от изменения давления воздуха
на входе в двигатель


При этом, в условиях высоких атмосферных температур изменение параметров имеет более резкий характер. При падении давления окружающей среды мощность и КПД энергетической установки ухудшаются, а температура и удельный расход растут. Изменение давления в диапазоне возможных значений оказывает меньшее влияние на показатели совершенства двигателя, нежели изменение уровня температур воздуха на входе.

Рост максимальной температуры в двигателе и раскрутка ротора снижает ресурс двигателя, а также может обернуться катастрофическими последствиями. Поэтому важным является выбор программы регулирования. Обычно ограничивают температуру газов на выходе из турбины и максимальную физическую частоту вращения ротора газогенератора. Данная программа регулирования позволяет судовому приводу обеспечить корабль потребным значением мощности и экономичности почти при любых условиях на входе в двигатель.

При высоких температурах и при низких давлениях на входе работает ограничение температуры на выходе из свободной турбины. В таких условиях температура в горле СА турбины ГГ не превышает 1211 К и опасности прогаров нет. Раскрутка ротора ГГ ограничена при низких температурах и повышенном давлении. Это ограничивает напряжения от центробежных сил, как в самом роторе, так и в узлах сопряженных с ним. В случае с корабельным ГТД это гребной винт или валы редуктора.

Изменение влажности варьирует основные параметры двигателя в пределах погрешности, менее 1%. Изменение давления в диапазоне возможных значений оказывает меньшее влияние на показатели совершенства двигателя, нежели изменение уровня температур воздуха на входе. Грамотный выбор программы регулирования ГТД решает вопросы с негативным влиянием входных параметров на работу всего корабельного привода.

Проведенное исследование показывает, что при расчете рабочих режимов ГТП вне зависимости от области их использования необходимо учитывать параметра атмосферы, в которых предстоит работать установке.


Литература:

  1. Сенюшкин Н.С. и др. Системы автоматизированного проектирования как инструмент решения наукоемких конструкторских задач судостроения // Вестник Воронежского государственного технического университета. – 2010.-№10. Т. 6. с. 114-117

  2. Сайт НПО Сатурн. Режим доступа свободный. www.npo-saturn.ru

Основные термины (генерируются автоматически): силовой установки, силовой установки, беспилотного летательного аппарата, беспилотного летательного аппарата, проектирования силовой установки, проектирования силовой установки, уровня температур воздуха, уровня температур воздуха, показатели совершенства двигателя, показатели совершенства двигателя, изменение уровня температур, изменение уровня температур, Особенности проектирования силовой, Особенности проектирования силовой, изменения параметров, изменения параметров, изменение параметров, изменение параметров, диапазоне возможных значений, диапазоне возможных значений.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос