Лекция №10
Основные положения теории подобия осевых лопастных турбомашин. Относительные приведенные параметры. Характеристика многоступенчатого компрессора. Согласование режимов работы элементов ГТУ. Частичные режимы.
Эксплуатационные характеристики газотурбинных установок
Основные положения теории подобия лопаточных машин
В соответствии с общими положениями теории подобия для того, чтобы процессы, протекающие в лопаточных машинах, были подобными, необходимо обеспечить геометрическое подобие, кинематическое подобие, т.е. подобие отношения скоростей (треугольников скоростей на входе и выходе решеток) и, наконец, динамическое подобие, связанное с постоянством соотношения сил, действующих на поток в сходственных точках. Условия подобия выражаются безразмерными критериями.
Можно показать, что при работе на идеальных газах, при отсутствии конденсации паров, тепловой инерции, диссоциации и химических взаимодействий основные характеристики геометрически одинаковых турбомашин - их приведенная мощность , степень повышения давления и внутренние КПД и - являются в общем случае функциями пяти основных критериев: числа Рейнольдса и Прандтля , показателя адиабаты и чисел Маха в абсолютном и переносном (вращательном) движении
.
При больших скоростях движения воздуха ( ) силы вязкости играют второстепенную роль, и в этом случае подобие течений воздуха с достаточной точностью будет определяться только числами Маха
и ,
где - абсолютная (осевая) скорость воздуха на входе в компрессор; - окружная скорость компрессора на среднем радиусе первой ступени.
На практике в качестве параметров для построения характеристик выбирают величины, выражающие постоянство чисел и на входе в компрессор. Так, для определения расхода воздуха могут быть использованы параметры ( ) или ( ), пропорциональные числу .
За параметр частоты вращения можно принять величину , пропорциональную числу .
Часто при построении характеристик компрессора используют приведенный расход газа и приведенную частоту вращения, отнесенную к стандартным атмосферным условиям ( ):
.
Обычно универсальные характеристики турбомашин представляют в безразмерном виде (значение параметра в каждой точке делят на соответствующее значение параметра в расчетной точке при номинальных значениях параметров).
Относительные приведенные параметры ГТУ определяют по следующим формулам:
приведенный относительный расход воздуха через компрессор
где и - номинальный и фактический расход воздуха; и - номинальная и фактическая температура наружного воздуха; и - номинальное и фактическое атмосферное давление;
приведенная относительная частота вращения
где и - номинальная и фактическая частота вращения;
относительная степень повышения давления в компрессоре
где и - номинальная и фактическая степень повышения давления;
относительная степень понижения давления в турбине
где и - номинальная и фактическая степень понижения давления;
приведенная относительная мощность
где и - номинальная и фактическая мощности ГТУ;
относительный КПД ГТУ
,
где и - номинальный и фактический КПД ГТУ;
относительная приведенная температура по трактам ГТУ
где и - номинальная и фактическая температуры;
приведенный относительный расход топливного газа
где и - номинальный и фактический расход топливного газа; и - номинальная и фактическая теплота сгорания топливного газа.