Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Лабораторная работа №3
Расчёт климатических характеристик ГТУ
Группа ТЭМ-503
Студент _____________ Шатохин Н.А.
(подпись) (Ф.И.О.) Принял _________ Бикбулатов А.М.
(подпись) (Ф.И.О.)
Уфа 2012г
1 Цель работы
Целью выполнения работы является приобретение теоретических и практических навыков по расчёту климатических характеристик ГТУ в системе математического моделирования DVIGwT.
Расчёт климатических характеристик ГТУ
Общие теоретические сведения
Климатические характеристики – это зависимость основных параметров ГТУ от параметров атмосферного воздуха при работе двигателя на режиме, соответствующем заданной программе регулирования.
В первую очередь целью расчёта климатических характеристик является выявление зависимости основных параметров ГТУ от температуры атмосферного воздуха, поскольку она (температура наружного воздуха) является наиболее сильно влияющим на показатели работы установки фактором.
Характеристики ГТУ рассчитываются путём определения данных на определённых режимах – «точках» характеристик. Методика расчёта каждой точки аналогична методике термодинамического расчёта, при этом принимаются такие же допущения, как и при выполнении термодинамического расчёта.
В связи с тем, что при работе установки на не номинальных режимах, режим работы и параметры узлов газовоздушного тракта ГТУ могут изменяться, в общем случае, для проведения расчёта климатических характеристик необходимо иметь экспериментальные или расчётные характеристики компрессора, турбины, камеры сгорания, потребителя мощности, а также данные о величине отборов и утечек воздуха, величине потерь и затрат механической энергии в узлах установки [1].
Так как реальные характеристики узлов ГТУ являются закрытой информацией и строго охраняются предприятием изготовителем агрегата, то для учебных целей рекомендуется использовать типовые учебные обобщённые характеристики узлов ГТУ.
К основными определяющим условиям при расчёте характеристик являются можно отнести следующие положения:
- соблюдение уравнений неразрывности по сечениям газовоздушного тракта;
- выполнение баланса мощностей в установке.
Расчет климатических характеристик выполняется с применением методики термодинамического расчета для заданной программы регулирования (например, NЭ = f(ТН); GТ = f(ТН); ТГ = f(ТН) при этом частота вращения ротора поддерживается постоянной n = 3000 об/мин = const).
1.1 Выбор программы регулирования
В качестве примера рассмотрим расчет климатических характеристик одновальной газотурбинной установки ГТУ – 115М.
Построение климатических характеристик выполняется при заданной программе регулирования NЭ = f(ТН) для диапазона изменения температуры наружного воздуха ТН = 228,15…318,15 К, а затем при программе регулирования ТГ = f(ТН) при следующих ограничениях:
- по температуре ограничения накладываются из условия жаропрочности материала камеры сгорания (в соответствии с прототипом), принимаем ТгmaxКС = ТгномКС + 50K = 1493 + 50 = 1543К;
- запас
газодинамической устойчивости компрессора
принимаем равным 10 %;
- частота вращения ротора n = 3000 об/мин = const.
В случае невыполнения условий ограничений, изменяются исходные параметры, влияющие на температуру горения и запас газодинамической устойчивости компрессора.
Если результаты расчета удовлетворяют оговоренным условиям, то выводятся результаты расчета климатических характеристик в графическом и табулированном виде.
Следующим этапом построения задачи, является формирование перечня поддерживаемых и варьируемых параметров. Для каждой программы регулирования, этот перечень будет индивидуален.
При программе регулирования NЭ = f(ТН):
Поддерживаемые параметры [Выходные параметры]:
- пропускная способность турбины;
- частота вращения ротора;
- давление газов на срезе выхлопного патрубка ГТУ;
-мощность агрегата согласно программе регулирования NЭ = f(ТН).
Значения поддерживаемых параметров соответствуют термодинамическому расчету ГТУ.
Варьируемыми параметрами [Входные параметры]:
- температура газа на выходе из камеры сгорания;
- степень повышения давления в компрессоре;
- приведенный расход воздуха на входе ВУ;
- мощность агрегата.
Значения начальных приближений соответствуют термодинамическому расчету ГТУ.
При программе регулирования ТГ = f(ТН):
Поддерживаемые параметры[Выходные параметры]:
- пропускная способность турбины;
- частота вращения ротора;
- давление газов на срезе выхлопного патрубка ГТУ;
- температура газа в камере сгорания согласно программе регулирования ТГ = f(ТН).
Значения поддерживаемых параметров соответствуют термодинамическому расчету ГТУ.
Варьируемыми параметрами [Входные параметры]:
- температура газа на выходе из камеры сгорания;
- степень повышения давления в компрессоре;
- приведенный расход воздуха на входе ВУ;
- мощность агрегата.
Значения начальных приближений соответствуют термодинамическому расчету ГТУ.
Для построения климатических характеристик в системе математического моделирования DVIGwT, воспользуемся математической моделью, построенной ранее.