9. Переменные режимы ггу. Чем они обусловлены и воздействующие на них факторы. Отличительная особенность работы гту. Последствия нарушения режима работы гту.

Такие режимы представляют собой сложный процесс. Они обус­ловлены изменением нагрузки ГТУ во времени в большом диапазоне от холостого хода до полной мощности и в значительной степени зависят от воздействия различных внешних факторов (например, температуры наружного воздуха). При изменении режимов ГТУ меняют­ся условия работы ее элементов (компрессоров, турбин, камер сго­рания) и экономичность.

Одной из важнейших особенностей работы ГТУ на переменных ре­жимах является изменение условий совместной работы ее компрессоров и турбин, т.к. это связано с устойчивостью их работы. Нарушение режима работы может привести к резкому возрастанию температуры газов перед турбиной, колебанию мощности и возникновению вибрации. В результате чего может произойти самопроизвольная остановка ГТД и повреждение его отдельных узлов.

8. Особенности работы двухкомпрессорпых ГТУ. Их сущность. Понятие величины «скольжения». Способы запуска. Понятие явления «авторотация». Работа ступеней компрессора в режиме авторотации. Пуск в действие авторё^йжруюшего ГТД. Огрицательные последствия авторотации.

Рассмотренные процессы, протекающие в элементах ГТУ, или ее запуске, имеют место и в двухкомпрессорных ГТУ. Однако в этом случае появляется ряд специфических особенностей. Их сущность состоит в следующем. Двухкомпрессорные ГТУ имеют два самостоятель­ных компрессора (низкого и высокого) давления, которые приводятся во вращение собственными турбинами. Между ними существует газовоздушная связь и отсутствует механическая. На пусковых и других эксплуатационных режимах КНД и КВД вращаются с разными числами оборотов. Величина различия в частотах ("скольжение") зависит от распределения перепадов тепла, срабатываемых в турби­нах, и условий, обеспечивающих устойчивую работу компрессоров на всех эксплуатационных режимах.

В зависимости от конструкции запуск ГТУ может осуществлять­ся двумя способами: раскруткой с помощью стартера только КВД или КВД и КНД одновременно. Однако в первом случае КНД начинает рабо­тать в режиме авторотации, при этом давление воздуха за ним па­дает, расход воздуха через ГТУ уменьшается и, как следствие, сни­жается запас устойчивости против помпажа КВД.

Сущность авторотации состоит в следующем. В ГТУ, состоящих из нескольких ГТД, часть из них в процессе движения судна может бездействовать. При этом на ГТУ, у которых силовая турбина не отключается от валопровода, она будет вращаться от гребного вин­та, просасывая воздух через всю проточную часть ГТД и вызывая вра­щение его ТК блоков. Это явление и принято называть авторотацией.

В процессе авторотации давление воздуха перед турбиной ТК блока мало. По существу она является тормозом, вращаясь за счет энергии компрессора.

В режиме авторотации первые ступени компрессора сжимают воз­дух, а последние работают в качестве турбинных. Поэтому давление воздуха за компрессором становится меньше давления на входе. Для предотвращения этого требуется более длительная работа старте­ра для раскрутки КВД по сравнению с однокомпрессорными ГТУ.

Система раскрутки КВД и КНД одновременно конструктивно нес­колько сложнее, однако она ускоряет процесс запуска и делает его более устойчивым. При этом отсутствует авторотация КНД. Давление за КВД растет быстрее, что позволяет раньше вступить в работу турбине и, тем самым, улучшить запуск.

Запуск ГТУ путем раскрутки стартера только КНД не применя­ется. Это связано с большим весом ротора КНД, меньшей мощностью его турбины и снижением запаса устойчивости против его помпажа. В результате запуск ГТУ становится более длительным и менее ус­тойчивым.

Запуск авторотирующего ГТД производится обычным порядком. Постепенно с увеличением частоты вращения и вступлением в работу турбины компрессор переходит на свой режим работы, обеспечивая процесс запуска и выход ГТД на заданный режим.

Отрицательным свойством авторотации является прохождение через проточные части большого количества воздуха, что ускоряет "засоление" и загрязнение их, особенно в штормовую погоду, приводя к резкому ухудшению характеристик ГТУ.

Величина "скольжения" является важным параметром работы ГТУ. Ее изменение возможно в случае сильного загрязнения проточной части ГТУ. Увеличение "скольжения" ведет к уменьшению области устойчивой работы КВД из-за уменьшения расхода воздуха.

Надежность пуска ГТУ в действие является одной из основных ее характеристик, т.к. он непосредственно определяет маневренные качества ГТУ.

Из изложенного выше следует, что в обеспечении запуска прини­мает участие большое количество различных устройств и агрегатов. От их взаимосвязной, последовательной и исправной работы зависит надежность запуска. В противном случае неизбежны срывы запуска ГТУ. Они могут явиться следствием: неисправности электрооборудова­ния (средств электропитания: стартерных батарей, выпрямителей, стартеров; коммутационных устройств: переключателей, контакторов, реле; систем зажигания: индукционных катушек, высоковольтных ка­белей, свечей); загрязнения и обводнения топлива, что приводит к нарушению нормальной работы топливорегулирующей аппаратуры (насосов-регуляторов, автоматических распределителей топлива, форсунок, стоп-кранов и др.); разрегулировки систем запуска.

Кроме того, срыв запуска ГТУ на первом этапе (рис.3.1) может произойти из-за неисправностей стартеров, систем их переключения, средств питания - аккумуляторных батарей и стартерных выпрями­телей.

10.Особенности работы компрессоров на переменных режимах. Чем характеризуется эта работа. Вид универсальной характеристики осевою компрессора. Какие параметры изменяются в процессе работы на переменных режимах. Сущность происходящих явлений в проточной части компрессора.

КОМПРЕССОРЫ. Их работа характеризуется изменением частоты вращения, степени повышения давления, расхода воздуха и КПД.

Для анализа последствий изменения основных параметров и оценки работы компрессора используются два вида характеристик: нормаль­ные и универсальные. Первые дают зависимость изменения степени повышения давления и КПД компрессора от его производительности при различной частоте вращения и неизменных параметрах состоя­ния воздуха на входе. Вторые отражают работу компрессора при любых значениях давления и температуры наружного воздуха. Общий вид универсальной характеристики компрессора изображен на рис.3.8.

Общий вид универсальной характеристики осевого компрессора

Р ис.3.8. (1,2,3,4 - линии постоянного параметра частоты вращения n/√T*1 соответственно при n1>n2>n3>n4; 5 - линии равных КПД η*к=const; 6 - граница помпажа).

В принятых на рис.3.8 обозначениях понимаются: Р1*, Т1* - давле­ние и температура заторможенного потока воздуха на входе в компрессор; π*к=Р*2/Р*1 - степень повышения давления по заторможенньм параметрам; (G√T*1)/P*1 - параметр расхода. Каждая кривая сетки соответствует постоянному значению параметра час­тоты вращения n/√T*1 (например, кривая 1 при n1 и т.д.).

При работе компрессора на переменных режимах происходит изменение отношения плотностей воздуха на выходе и входе. Учиты­вая, что площади проходных сечений остаются постоянными это при­водит к изменению осевых скоростей (Са) по длине его проточ­ной части и в конечном итоге к отклонению режимов работы отдель­ных ступеней от оптимального.

Уменьшение частоты вращения компрессора по сравнению с рас­четным значением вызывает снижение степени повышения давления. При этом давление и плотность воздуха на последних ступенях по­нижаются, а на первых - несколько повышаются по сравнению со зна­чениями на расчетном режиме. Следствием этого является увеличение отношения скоростей последней и первой ступеней Саz/Cа1.

При уменьшении частоты вращения изменяется характер обтекания профилей лопаток компрессора. Возникают углы атаки набегающего потока воздуха, причем на первых ступенях они растут, а на послед­них уменьшаются и даже могут быть отрицательными. Это вызывает резкое снижение напора, создаваемого последними ступенями, и их КПД. В отдельных случаях, при существенных отклонениях от расчет­ных условий последние ступени компрессора могут перейти в турбин­ный режим работы (область отрицательных напоров), когда воздух в них будет не сжиматься, а расширяться.

Аналогичные явления протекают в компрессоре при уменьшении степени повышения давления. В этом случае уменьшающаяся плотность воздуха приводит к перераспределению осевых скоростей в его проточной части при неизменной окружной скорости. Здесь также происхо­дит увеличение осевых скоростей и коэффициентов расхода на пос­ледних ступенях и их снижение на первых.

При низких значениях температуры наружного воздуха возможно превышение степени повышения давления компрессора над расчетной. Это приводит к уменьшению отношения Саz/Cа1. При постоянной час­тоте вращения указанное изменение может явиться следствием снижения скорости Саz на входе в последнюю ступень компрессора и частичного роста скорости Ca1 на входе в первую ступень.

Таким образом, при данных условиях (низкой температуре и повышенной плотности воздуха) по сравнению с расчетными проход­ные сечения последних ступеней становятся слишком большими, а сечения первых ступеней лимитируют пропускную способность комп­рессора.

Средние ступени меньше подвержены влиянию ухудшения условий обтекания на переменных режимах работы компрессора.

При работе осевого компрессора на переменных режимах возника­ющие отклонения от расчетных величин могут быть значительными и явиться причиной неустойчивой работы и возникновения помпажа. Эти явления особенно резко проявляются на первых и последних ступенях компрессора. Промежуточные ступени оказываются более устойчивы при работе на переменных режимах.