Термогазодинамический расчет газотурбинной силовой установки | Статья в журнале «Молодой ученый»

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. — URL https://moluch.ru/archive/45/5534/ (дата обращения: 19.09.2018).

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): коэффициент восстановления, полное давление, вход, двигатель, изменение параметров, максимальная температура, свободная турбина, меньшее влияние, математическая модель, удельный расход топлива.


Похожие статьи

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного...

Рис. 2. Зависимость удельного расхода топлива от температуры на входе в двигатель.

Так как тяга двигателя сильно падает, то удельный расход топлива увеличивается. Влажность влияет на параметры двигателя значительно меньше.

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Еще меньше влияет изменение влагосодержания рабочего тела.

Аналогичное влияние оказывает температура окружающего воздуха и на параметры выходных газов ГТУ.

Увеличение расхода газов через турбину в результате впрыска воды на входе компрессора и...

Анализ термодинамических параметров зарубежных...

В результате проведенных расчетов были получены основные параметры рабочего цикла выбранных ГТУ (температуры и давления по тракту в характерных сечениях, удельный расход топлива, расход воздуха и т.д.) в расчетной точке.

Формирование элементов методики проектирования ПВРД

Полное давление воздуха, Па.

Основные термины (генерируются автоматически): скорость полета, критическое сечение сопла, летательный аппарат, тяг двигателя, срез сопла, температура воздуха, удельный расход топлива, формирование облика, фронтовое...

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной...

Задаем граничные условия (рис 2): на входе задано полное давление с учетом эпюры радиальной неравномерности, угол потока на входе в рабочую

При запылении коэффициент запаса прочности снижается на 6,1 % из-за повышения максимальной температуры лопатки.

Влияние режима питания двухтопливного судового главного...

Предлагаются три режима питания главных двигателей топливом.

Принципы формулирования математических моделей. ДЭУ с МОД ME с УПСГ (базовый вариант).

Работа НВД требует на порядок меньшего расхода электроэнергии.

Получение индивидуальной модели авиационного двигателя

компрессора и т.д.). Выходные параметры приходится подбирать за счёт изменения других входных для СЭ параметров - варьируемых (КПД компрессоров, коэффициент полноты сгорания ОКС, коэффициент восстановления полного давления ОКС и ФКС) [1].

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

Вход / Регистрация.

Зависимость изменения удельного эффективного расхода топлива дизеля 2Ч 10,5/12,0 при различных установочных УОВТ на режиме максимального крутящего момента при n=1400 мин-1 представлена на рисунке 1.

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

- недопущение выхода за максимально допустимые значения температуры выхлопных газов и давления на стороне нагнетания компрессора; - защита осевой турбины от завышенного и заниженного расхода топлива и перекрытие подачи топлива в случае срыва пламени

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного...

Рис. 2. Зависимость удельного расхода топлива от температуры на входе в двигатель.

Так как тяга двигателя сильно падает, то удельный расход топлива увеличивается. Влажность влияет на параметры двигателя значительно меньше.

Оптимальные параметры регулирования режимов работы...

Еще меньше влияет изменение влагосодержания рабочего тела.

Аналогичное влияние оказывает температура окружающего воздуха и на параметры выходных газов ГТУ.

Увеличение расхода газов через турбину в результате впрыска воды на входе компрессора и...

Анализ термодинамических параметров зарубежных...

В результате проведенных расчетов были получены основные параметры рабочего цикла выбранных ГТУ (температуры и давления по тракту в характерных сечениях, удельный расход топлива, расход воздуха и т.д.) в расчетной точке.

Формирование элементов методики проектирования ПВРД

Полное давление воздуха, Па.

Основные термины (генерируются автоматически): скорость полета, критическое сечение сопла, летательный аппарат, тяг двигателя, срез сопла, температура воздуха, удельный расход топлива, формирование облика, фронтовое...

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной...

Задаем граничные условия (рис 2): на входе задано полное давление с учетом эпюры радиальной неравномерности, угол потока на входе в рабочую

При запылении коэффициент запаса прочности снижается на 6,1 % из-за повышения максимальной температуры лопатки.

Влияние режима питания двухтопливного судового главного...

Предлагаются три режима питания главных двигателей топливом.

Принципы формулирования математических моделей. ДЭУ с МОД ME с УПСГ (базовый вариант).

Работа НВД требует на порядок меньшего расхода электроэнергии.

Получение индивидуальной модели авиационного двигателя

компрессора и т.д.). Выходные параметры приходится подбирать за счёт изменения других входных для СЭ параметров - варьируемых (КПД компрессоров, коэффициент полноты сгорания ОКС, коэффициент восстановления полного давления ОКС и ФКС) [1].

Удельный эффективный расход топлива дизеля при работе на...

Вход / Регистрация.

Зависимость изменения удельного эффективного расхода топлива дизеля 2Ч 10,5/12,0 при различных установочных УОВТ на режиме максимального крутящего момента при n=1400 мин-1 представлена на рисунке 1.

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

- недопущение выхода за максимально допустимые значения температуры выхлопных газов и давления на стороне нагнетания компрессора; - защита осевой турбины от завышенного и заниженного расхода топлива и перекрытие подачи топлива в случае срыва пламени

Задать вопрос