Эффективность и регулирование мощности морского газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром при атмосферной конденсации пара и управляющем электроприводе

• Автор: Нгуен Чунг Киен
• Шифр специальности: 05.08.05, 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 225 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 МОРСКИЕ ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

1.1 Конструктивно функциональные схемы морских газотурбинных двигателей

1.2 Способы повышения экономичности морского газотурбинного двигателя.

1.2.1 Повышение начальной температуры газа.

1.2.2 Применение затурбинного газовоздушного теплообменника

1.2.3 Применение промежуточного охлаждения воздуха

1.2.4 Применение парового теплоутилизационного контура

1.3 Регулирование мощности морского газотурбинного двигателя

1.4 Математическая модель газотурбинного двигателя в окрестности стационарного режима. Газотурбинный двигатель как объект регулирования

1.4.1. Газотурбинный двигатель как объект регулирования.

1.4.2. Математическая модель газотурбинного двигателя в окрестности стационарного режима
2 ЭФФЕКТИВНОСТЬ МОРСКОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПАРОВЫМ ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННЫМ КОНТУРОМ.
2.1 Учет влияния давления и температуры на изменение изобарной теплоемкости воздуха и газа в процессах сжатия и расширения в элементах газотурбинного двигателя.
2.2 Методика расчета эффективности морского газотурбинного двигателя с учетом изменения теплоемкостей рабочей среды.
2.3 Результаты расчетного исследования эффективности газотурбинного двигателя
2.4 Эффективность морского газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром при атмосферной конденсации пара
2.5 Влияние давления конденсации отработавшего в паровой турбине пара на эффективность морского газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром.
2.6 Выводы о конструктивной схеме морского газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром и рациональных параметрах газотурбинной и паротурбинной частей силовых установок
3 ДОЛЕВЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ МОРСКОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПАРОВЫМ ТЕПЛОУТИЛИЗАЦИОННЫМ КОНТУРОМ ПРИ ОДНОРОТОРНОМ ГЕНЕРАТОРЕ ГАЗА
3.1 Математическая модель высоконапорного осевого компрессора
3.2 Определение параметров газотурбинного двигателя с однороторным газогенератором на долевых режимах работы при неизменяемой геометрии свободной силовой турбины
3.3 Методика расчета параметров газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром на долевых режимах работы при использовании регулируемого соплового аппарата в первой ступени свободной силовой турбины.
3.4 Определение угла выхода газа из сопловой решетки первой ступени силовой турбины газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром на долевом режиме работы
3.5 Рациональное управление работой газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром при заданном изменении расхода топлива.
3.6 Оптимальное регулирование мощности газотурбинного двигателя с паровым теплоутилизационным контуром.
3.7 Определение параметров пара на выходе из утилизационного парогенератора на долевых режимах работы газотурбинного двигателя.
4 ЭЛЕКТРОПРИВОД, КАК УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЯЮЩЕГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
4.1 Математическая модель управляющего электропривода
4.1.1 Сухое трение и его моделирование.
4.1.2 Динамические модели исполнительного механизма.
4.2 Исследование причин возникновения фрикционных колебаний в исполнительных механизмах автоматических регулирующих устройств с электроприводом
4.2.1 Влияние отрицательного участка характеристики внешнего трения на возникновение фрикционных колебаний.
4.2.2 Влияние превышения сил трения покоя над силами трения скольжения в характеристики внешнего трения на возникновение фрикционных колебаний.
4.3 Выводы по главе 4.
5 ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПРИ УПРАВЛЯЮЩЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ
5.1 Исследование математической модели одномерной одноконтурной системы автоматического регулирования частоты вращения газотурбинного двигателя.
5.1.1 Устойчивость контура регулирования частоты вращения газотурбинного двигателя с управляющим электроприводом, осуществляющим ПИзакон регулирования.
5.1.2 Устойчивость контура регулирования частоты вращения газотурбинного двигателя с управляющим электроприводом, осуществляющим Пзакон регулирования
5.2 Исследование математической модели многомерной двухконтурной системы автоматического регулирования частоты вращения газотурбинного двигателя.
5.2.1 Устойчивость системы при использовании для обоих контуров ПИзаконов регулирования
5.2.2 Устойчивость системы при использовании для контуров различных законов регулирования ПИзакона регулирования и Пзакона регулирования.
5.3 Выводы по главе 5.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Рабочие лопатки турбин подвергаются одновременно воздействию высокой температуры омывающего их газа и нормальных напряжений растяжения, возникающих от действия центробежных сил. Поэтому повышение начальной температуры газа ограничивается назначенным ресурсом рабочих лопаток турбин газогенератора ГТД. Отработавший в силовой турбине газ имеет высокую температуру Т,СГ9 значительно превышающую температуру воздуха Ткг на выходе из компрессора. Используя теплоту выпускного газа путем регенерации, можно подогреть сжатый воздух перед его подачей в камеру сгорания, возвратив часть теплоты отработавшего газа. Тогда количество теплоты, подводимое в цикле ГТД с топливом, будет меньшим для получения той же температуры газа Тг, и КПД регенеративного цикла в ГТД будет больше, чем простого. Кроме того, применение регенерации тепла выпускного газа существенно уменьшает рациональное и оптимальное значение степени повышения давления воздуха в компрессорах, что позволяет упростить конструкцию газогенератора, сделав его однороторным. Эффективность применения в ГТД затурбинного газовоздушного теплообменника показана на рисунках 1. РЕГ В,ЕГ 0. При отсутствии регенератора улучшение экономичности ГТД посредством повышения начальной температуры газа при 7 К при одновременном увеличении степени повышения давления воздуха в компрессоре при пк практически не дает заметного результата, а использование тепла выпускного газа для подогрева сжатого в компрессоре воздуха перед его подачей в камеру сгорания позволяет существенно снизить удельный расход топлива рисунок 1. Применение в ГТД затурбинного газовоздушного теплообменника уменьшает рациональное значение степени повышения давления воздуха в компрессоре к, так при ТРЕГ 0, л 9,0. К ГТД с большим ресурсом работы т 0часов, а при Лрег 0, 6,0. Тг. ГТД с степенью повышения давления воздуха в компрессоре пк 7,0 и кк ,0. Недостаток применения регенератора заключается в том, что регенеративная схема ГТД связана с увеличением потерь давления по воздуху и по газу в регенераторе и в трубопроводах, соединяющих регенератор с компрессором и камерой сгорания. Газотурбинная установка с регенерацией тепла отработавших газов имеет большие массогабаритные показатели и образует сложную динамическую систему для управления ГТД. Таким образом, при определенных условиях применение регенерации тепла выпускного газа ограничено. Рисунок 1. Ье кгкВт. Рисунок 1. КПД 7е цикла ГТД определяется отношением полезной работы цикла мощности кВт к количеству тепла, вводимого с топливом в камеру сгорания, ге н гДе топлкгс количество сжигаемого в камере сго
рания топлива и 0 кДжкг его теплотворная способность. ГТД, и свободная силовая турбина, отдающая свою мощность потребителю механической энергии. Одним из возможных способов увеличения полезной работы в цикле служит уменьшение работы, затрачиваемой на сжатие воздуха. Это может быть достигнуто путем сжатия воздуха по изотерме. Работа сжатия в изотермическом процессе всегда меньше работы сжатия в адиабатном процессе при той же степени повышения давления. Однако, осуществление на практике принципа изотермического сжатия сопряжено с конструктивными затруднениями. Для судовых ГТД наиболее целесообразным считают применение двухступенчатого сжатия воздуха в двух последовательно работающих компрессорах с промежуточным охлаждением сжатого воздуха 8. При допущении неизменяемой теплоемкости воздуха в процессе сжатия в компрессоре работа сжатия воздуха во второй части после промежуточного охладителя
п КВ
1. КВД компрессор высокого давления и зависит от величины охлаждения воздуха АТ0ХЛ в. Применение промежуточного охлаждения воздуха ПОВ кроме положительного эффекта приводит к некоторой потере полного давления сжимаемого воздуха АРп. Рвх. На рисунке 1. ДТохл. Г7 и АрВОхл ЗОООПа на увеличение располагаемого теплоперепада Нзст силовой турбины при различной общей степени повышения давления воздуха в компрессорах к кн7ппклкв и начальной температуре газа Тг К и К более подробные результаты приведены в разделе 2. Проведенные расчеты показывают, что промежуточное охлаждение более эффективно при низкой начальной температуре газа Тг.