|
Величина вращающегося момента на колесе турбины от действия потока (с учетом действия сил инерции) во время спада параметров определяется из зависимости.
При первом приближении в расчете влияние инерционных сил берется по аналогам ГТД или не учитывается.
Мощность турбины, работающей на потоке с регулярно изменяющимися (пульсирующими) параметрами, на низкой частоте с учетом энергии вращающихся масс может быть определена по зависимости момент инерционных сил, т* — соответственно время импульса или спада.
При заданном моменте сопротивления системы Л1сопр (нагрузки) эффективная мощность турбины.
Тогда в зависимости от величин вращающего момента, момента инерционных сил, момента сопротивления и приращения угла поворота избыточная работа турбин по фазам запишется в виде.
Избыточная работа по фазам может быть определена с учетом работы на сопротивление по зависимостям (1), (2) или (3).
Расчетное изменение значения избыточной работы в соответствии с расчетным изменением параметров потока за период по фазам (или соответствующее изменение угла поворота ротора) будет иметь ступенчатый характер, как показано на рис. 2. Там же показан предполагаемый характер изменения действительной избыточной работы с учетом действительного времени импульса тим д.
Для обеспечения заданного коэффициента неравномерности согласно теории динамических расчетов машин [7] момент инерции вращающихся узлов турбоустановки должен удовлетворять условию
Изменение угловой скорости вращения ротора турбины, работающей на регулярно пульсирующих параметрах потока.
В выражениях (5), (6) гПр — приведенный радиус, коэффициент неравномерности. Для дизель-генераторов переменного тока (6]= = *—1/150-5-1/300 [7]. При подсчете по зависимости (6) расчетное изменение угловой скорости вращения ротора ГТД по фазам потока будет характеризоваться постоянными значениями ©щах и ©т1п по фазам за время тим и тсП, как представлено на рис. 2. Характер действительного изменения ©д с учетом действительного времени импульса тиМ д будет таким, как изображено на рис. 2.
Найденные величины угловой скорости позволят определить действительный коэффициент неравномерности 6д, который не должен превосходить допустимый [б].
По разнице значений коэффициентов неравномерности Д6=6д — [6] может быть найдена (5) величина дополнительного момента инерции /д0п, который обеспечит работу турбины в регулярно пульсирующем потоке с требуемой неравномерностью. Момент инерции системы выразится как.
С помощью уточненного момента инерции 2/ можно окончательно определить массу вращающихся частей ГТУ, силу инерции и ее момент.
Надо отметить, что величина неравномерности может быть легко пересчитана на неравномерность вращения ротора приводного агрегата, например, генератора и оценено влияние неравномерности на выходные параметры установки. По значению неравномерности определится изменение линейной скорости рабочих лопаток турбины и по ней может быть оценена эффективность ГТД по изменению к/С0.
По приведенной методике был выполнен поверочный расчет серийно выпускаемой ГТУ мощностью 75 кВт. При расчете за исходные приняты осредненные результаты экспериментальных тензометрических измерений величины и пульсации давления газа за камерой сгорания и расхода воздуха на входе в ГТУ. Амплитуда пульсации давления Др—12 % от наибольшего, частота =116 Гц, время импульса тим=0,0031 с, время спада тсп=0,0057 с.
Получена средняя секундная мощность установки, подтвержденная экспериментом, на 10 % выше, чем рассчитанная по традиционной методике на постоянные параметры с замером давления стрелочным образцовым манометром (паспортная мощность).
В процессе расчета обнаружились ранее не учитываемые при работе ГТД явления. За время импульса газ производит работу в 1,48 раза больше, а за время спада в — 0,93 раза меньше постоянной паспортной нагрузки. Это вызывает скрытую неравномерность вращения ротора Дю=25,3 1/с, которая уменьшается (до Дю=4 1/с) за счет отбора мощности турбины на ускорение вращения ротора за фазу импульса. На это расходуется, примерно, 17,4 % паспортной мощности.
Вывод
Предложена методика расчета турбины, работающей в потоке с регулярно изменяющимися (пульсирующими) параметрами при низкой частоте. В основу методики положен принцип максимального использования наибольшей энергии пульсирующего потока, поэтому за расчетные параметры приняты величины фазы импульса (как наибольшие за период), что позволяет определенно выбрать и/С0.
Приведенным методом расчета делается попытка описать действительные процессы работы турбины в пульсирующем потоке и применить теорию Эйлера с большим приближением к действительным явлениям, чем в известных методиках для таких же условий.
|
