Автоматизация газотурбинных установок

Основные характеристики ГТУ

Газотурбинная установка с точки зрения динамики протекающих процессов является сложной установкой, состоящей изнескольких взаимодействующих между собой аккумуляторов энергии.

Основными аккумуляторами энергии в газотурбинной установке в общем случае являются: вращающаяся масса турбокомпрессора, камера сгорания, газовый и воздушный коллекторы (ресиверы), вращающаяся масса ротора силовой турбины, приводимые ею в движение валопровод и гребной винт.

С учетом вышеизложенного динамика современной судовой двухвальной газотурбинной установки с регенераторами и воздухоохладителями будет описываться дифференциальными уравнениями 3 или 4-го порядка.

Основными параметрами, характеризующими режим работы газотурбинного двигателя, являются температура газа перед турбиной и частота вращения ротора турбины.

Регулирование судовых газотурбинных двигателей сводится, в основном, к управлению этими параметрами.

Свойства газотурбинного двигателя в общем случае могут, быть характеризованы зависимостью мощности либо крутящего момента на выходном валу от развиваемой частоты вращения при установившемся режиме. Эта статическая характеристика, называемая выходной, определяется тепломеханической схемой ГТУ.

В судовых газотурбинных установках получили распространение в основном следующие три тепловые схемы:

¾ простейшая одновальная (рис. 73);

¾ двухвальная со свободной пропульсивной турбиной (рис. 74);

¾ двухвальная с двумя турбокомпрессорами, один из которых работает на гребной винт (блокированного типа) (рис. 75).

 

Рис. 73. Тепловая схема простей- Рис. 74. Тепловая схема двухвальной

шей одновальной ГТУ: ГТУ со свободной пропульсивной турбиной

1 — компрессор; 2 — газовая турбина; 1 — компрессор; 2 — ТВД; 3 — ТНД;

3 — воздухоподогреватель; 4 — воздухоподогреватель;

4 — камера сгорания 5 — камера сгорания

 

Газотурбинная установка газотурбохода «Парижская коммуна» (отечественной постройки) соответствует тепловой схеме с двумя турбокомпрессорами, один из которых работает на гребной винт (блокированный тип). Характеристика такой ГТУ приведена на рис. 76.

Рис. 75. Тепловая схема двухвальной ГТУ с двумя турбокомпрессорами:

1 — компрессор ВД (КВД); 2 — турбина высокого давления (ТВД);

3 — ТНД; 4 — КНД; 5 — воздухоподогреватель; 6 — камера сгорания

 

В этой схеме часть мощности пропульсивной турбины расходуется на привод компрессора низкого давления (КНД), который подает воздух в компрессор высокого давления (КВД). В связи с этим количество воздуха, подаваемого в камеру сгорания, определяется угловой скоростью КНД, который расположен первым по ходу воздуха.

 

Рис. 76. Характеристики подвода для ГТУ с двумя турбокомпрессорами:

s w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> — относительная мощность; — относительная частота вращения;

— относительная подача топлива; — удельный относительный расход топлива

 

Изменение направления движения судна с газотурбинной установкой может осуществляться либо при помощи турбины заднего хода, либо с помощью винта регулируемого шага.

В состав газотурбинного агрегата в общем случае входят следующие обслуживающие механизмы и устройства: главный топливный насос, как правило, отдельный для каждого газотурбинного двигателя; топливоподкачивающий насос; масляные насосы двигателя; масляные насосы редуктора; насосы охлаждения для прокачки масляного и воздушного холодильников. Обычно эти механизмы приводятся во вращение от валов турбин либо редукторов. Помимо этого, газотурбинный агрегат снабжают резервными и стояночными электроприводными насосами, пусковым двигателем и электродвигателем для прокрутки роторов, а также различной автоматической аппаратурой.

Разнообразие тепломеханических схем ГТУ и реверсивных устройств определяет требования к объему и задачам регулирования, а также приводит к различным схемам регулирования.

В общем случае системы автоматического регулирования и управления судовыми ГТУ выполняют следующие основные задачи:

1) пуск с выводом на режим минимально устойчивой частоты вращения и остановку;

2) реверсирование турбины либо изменение шага винта для случая работы на ВРШ;

3) перевод с одного режима на другой за минимальный промежуток времени при одновременном предотвращении недопустимых забросов и провалов основных параметров (температуры газа и частоты вращения ротора);

4) стабилизацию на заданном уровне значений регулируемых параметров.

Обеспечение устойчивых статических режимов работы ГТУ осуществляется либо путем стабилизации частоты вращения турбокомпрессора, либо путем поддержания необходимого постоянного расхода топлива в камеру сгорания. Встречается также комбинированный способ, при котором на малых нагрузках осуществляется регулирование расхода топлива, а на средних и больших — вступает в действие автоматический регулятор частоты вращения.