Свойства ГТУ как объекта управления

Свойства собственно двигателя на установившихся режимах достаточно полно выражаются статическими характеристиками подвода, которые представляют собой зависимость мощности или крутящего момента на выходном валу двигателя от его частоты вращения. Такие характеристики принято для ГТУ называть выходными. Вид выходных характеристик зависит от тепломеханической схемы двигателя.

В настоящее время в качестве главных судовых ГТУ распространение получили несколько тепломеханических схем, но наиболее распространенной является двухкомпрессорная схема со свободной турбиной винта (рис.6).

Рис.6. Тепломеханическая схема ГТД с двумя турбо- компрессорными блоками и свободной турбиной винта (ТВ). Цикл простой.

Характеристики подвода имеют вид

B1

B2

Рис.7. Зависимость мощности от оборотов турбины винта при

разных подачах топлива .

В относительных координатах (мощность) и (частота вращения) они отражают следующие свойства двигателя. При неизменных атмосферных условиях каждой подаче топлива соответствует единственная возможная зависимость между полезной мощностью и частотой вращения выходного вала . Выходной вал двигателя при любом расходе топлива может иметь любую частоту вращения меньше полной, вплоть до нулевой, так как пропульсивная турбина не связана с компрессором. При этом каждой подаче топлива, независимо от частоты вращения пропульсивной турбины, соответствует собственный, примерно постоянный режим газогенератора, т.е. определенные постоянные: температура газа, частоты вращения турбокомпрессорных блоков, степень повышения давления и т.д. Это объясняется тем, что изменение частоты вращения пропульсивной турбины мало влияет на её пропускную способность и, следовательно, турбины компрессоров работают с почти неизменным противодавлением. При =1,0 температура газов перед турбиной высокого давления газогенератора Т_г и частоты вращения турбокомпрессорных блоков газогенератора n_ткб являются номинальными (рис.8, жирная парабола). Дальнейшее повышение мощности приводит к превышению над номинальными Т_г и n_ткб . Ввиду этого область режимов двигателя ограничена:

1. Предельной температурой газа - Т_г;

2. Предельной частотой вращения роторов газогенератора - n_ткб;

3. Предельной частотой вращения пропульсивной турбины - n _тв (не выше 115% частоты вращения номинального режима).

Экономичность ГТУ со свободной пропульсивной турбиной уменьшается по мере отклонения от режима максимальной мощности как вдоль линии максимальной температуры (из-за снижения к.п.д. пропульсивной турбины), так и на режимах, температура которых ниже максимальной (из-за снижения термического к.п.д. цикла). Для обеспечения оптимальной для данного двигателя экономичности на частичных режимах необходимо, чтобы режимные точки располагались на линии, проходящей через точки максимумов кривых , так как в каждой из этих точек мощность имеет максимальное значение, достижимое при данном расходе топлива, что соответствует его минимальному удельному расходу (рис.8).

Рис.8. Ограничения по температуре газа перед турбиной Т_г=f(n_ткб),

по оборотам ротора турбокомпрессорного блока n_ткб,

по предельной частоте вращения пропульсивной турбины n_тв.

Дата добавления: 2015-07-20