1.5. Многовальные гту

 

Основная идея - деление турбины на две и более ступеней с их независимым друг от друга числом оборотов, что позволяет ре­гулировать мощность ГТУ при частичных нагрузках, не снижая эф­фективности изменением расхода и топлива, и воздуха.

В настоящее время существует тенденция к увеличению едини­чной мощности ГТУ. Наиболее просто вопрос о повышении единичной мощности решается в замкнутых ГТУ. Там это достигается путем соответствующего увеличения давления, а, следовательно, и массо­вого расхода газа, циркулирующего в замкнутом контуре.

Вопрос о повышении единичной мощности, а такие экономично­сти в открытых ГТУ в настоящее время решается путем применения многовальных схем. Многовальные ГТУ дают возможность повысить эффективность ГТУ особенно при работе на частичных (неполных) нагрузках. Это наглядно видно из рис. 1.7. Здесь N_э - нагрузка, в процентном отношении; h - к.п.д. соответствующий различным значениям частичной на­грузки, т.е. при данной нагрузке; h_н - к.п.д. при полной нагрузке; h/h_н - относительный к.п.д. Из графика видно, что слабее всего снижается к.п.д. при умень­шения нагрузки у ГТУ замкнутого типа (кривая 3), в которой мощ­ность регулируется изменением мас­сового расхода рабочего газа при неизменной Т₁. Наиболее резко снижается к.п.д. при уменьшений нагрузки у простой одновальной ГТУ открытого типа (кривая 1). Происходит это потому, что мощ­ность в установке данного типа регулируется только изменением расхода топлива. Воли нагрузка уменьшается, уменьшают расход топлива, а при этом расход воздуха остается постоянная, поскольку компрессор, газовая турбина и нагрузка жестко связаны одним валом. Уменьшение расхода топлива, таким образом, ведет к уменьшению Т₁, что уменьшает к.п.д. ГТУ. Значительно в меньшей сте­пени к.п.д. снижается у двухвальной установки открытого типа (кривая 2).

Рис. 1.7. Изменение относительного к.п.д. ГТУ в зависимости от нагрузки:

1-простая одновальная ГТУ открытого цикла; 2-двухвальная ГТУ открытого цик­ла; 3-замкнутая ГТУ

 

Отсюда вывод„ что всегда, когда по условиям эксплуатации большую часть времени приходится работать на частичных нагруз­ках, целесообразно применять многовальные ГТУ.

Дадим объяснение этому явлению. Рассмотрим для примера на­иболее простую двухвальную установку с независимой силовой тур­биной (рис. 1.8). В такой установке турбина разделена на 2 ча­сти.

Одна часть, обычно высокого давления 2, служит приводом компрессора 1 и может работать с переменным числом оборотов. Вторая часть, силовая турбина 3, работает со строго постоянным числом оборотов, если она предназначена для привода электрогенератора, и может иметь практически любую скорость вращения, ес­ли она предназначена для привода нагнетателя. Регулирование в ГТУ этого типа осуществляется не только путем изменения расхо­да топлива, но и за счет изменения расхода воздуха, подаваемого компрессором 1.

Такой метод позволяет значительно меньше снижать или вооб­ще не снижать температуру Т₁ при работе на частичных нагрузках и тем самым поддерживать к.п.д. цикла на более высоком уровне.

Рис. 1.8. Схема простой двухвальной ГТУ открытого цикла:

1-компрессор; 2-ТВД; 3-ТНД (силовая); 4-нагрузка; 5-камера сгорания