8. Характеристики гребного винта. Относительная поступь гребного винта. 33

• Название: 8. Характеристики гребного винта. Относительная поступь гребного винта. 33
• Дата: 04.07.2022
• Размер: 3.6 Mb.
• Имя файла: ESEU.docx
• Тип: Документы; #624475
• страница: 18 из 21

27. Способы изменения мощности ПТУ. Анализ их экономичности. Изменение КПД турбин от режима работы при различных способах регулирования. Зависимость изменения мощности ГТЗА от давления в конденсаторе.

28. Особенности работы ПТУ на частичных нагрузках. Величина,

характеризуемая нагрузку ПТУ.

Нагрузка ПТУ характеризуется величиной отношения ее мощности на рассматриваемом (Ne) и номинальном (Ne0) режимах работы, т.е. . Существует взаимная связь между нагрузкой ПТУ ее основными элементами и обслуживающими механизмами. Например, с ее уменьшением происходит снижение расхода пара на ГТЗА, а следовательно, производительности ПГ и ВМ. Нагрузка питательного, конденсатного и топливных насосов убывает примерно так же, как и нагрузка ГТЗА, при этом коэффициент нагрузки некоторых ВМ (например, масляных и циркуляционных насосов, эжекторов, машинных вентиляторов и т.п.) может оставаться неизменным на всех режимах работы ПТУ. При изменении режима работы котельного вентилятора вследствие одновременного уменьшения подачи и напора его нагрузка падает значительно быстрее по сравнению с ГТЗА.

С уменьшением нагрузки ПТУ понижается экономичность ее основных элементов и ВМ, что приводит к значительному повышению относительного расхода пара на ВД, особенно при нагрузках около 0,3 номинальной и менее. В результате этого снижается эффективный КПД установки в целом.

В процессе работы на частичных нагрузках экономичность ГТЗА может быть повышена за счет применения более совершенных способов регулирования, например, путем использования специальных групп сопл или их комбинаций, а иногда и специальных ступеней уменьшенных ходов.

Выбор режима работы парогенераторной установки на частичных нагрузках определяется характером зависимости КПД ПГ от расхода топлива, а также влиянием на экономичность ПТУ механизмов, обслуживающих ПГ. Учитывая, что дополнительные затраты на работу ВМ, обслуживающих ПГ, значительны, поэтому на режимах частичных нагрузок целесообразно уменьшать количество действующих ПГ вместе с обслуживающими их механизмами, но не в ущерб требованиям надежности, живучести и др. В данном случае выигрыш от уменьшения расхода тепла на обслуживающие ВМ перекрывает потери от снижения КПД ПГ, связанного с увеличением нагрузки.

29. Обслуживание ПТУ в процессе эксплуатации. Обязанности

обслуживающего персонала при эксплуатации ГТЗА. Контроль состояния

проточной части турбины.

В процессе работы ПТУ необходимо вести постоянное наблюдение за ее основными элементами. Обслуживающий персонал, например, при эксплуатации ГТЗА обязан обеспечить ЗХ и маневренность судна, надежность работы всей ПТУ и требуемую мощность при минимальном расходе пара. При этом в поле зрения должны находиться число открытых сопел и параметры пара перед соплами. Более тщательное наблюдение рекомендуется вести за работой ПТУ при плавании судна в штормовую погоду, на мелководье, в ледовых условиях, при попытках сняться с мели своим ходом, на швартовах, при работе на ЗХ, циркуляции судна, при изменении дифферента, повреждении гребного винта, буксировке другого судна.

Поддержание нормального давления и температуры в процессе эксплуатации ПТУ обеспечивает ее надежную и экономичную работу. При этом допускаемые отклонения от нормальных значений не должны превосходить, по давлению – 5 % и температуре – 10-15 °С.

При вскипании воды в ПГ должна быть немедленно снижена частота вращения турбины и открыты клапаны продувания паропроводов, парораспределительных органов и турбины. Рекомендуется следить за постоянством давления пара в промежуточных ступенях, камерах отбора турбин и в системе уплотнения (0,1-0,3 кгс/см2), а также за величиной разряжения в камерах отсоса (20-50 мм рт.ст.). При наличии вестовых труб в качестве контроля может быть использовано легкое парение.

Контроль за состоянием проточной части турбины и заносом ее солями рекомендуется осуществлять путем систематической проверки давления и его перепадов по ступеням на различных режимах работы. Для каждой турбины устанавливаются свои предельные величины давлений в контролируемых ступенях. При их отклонении, например увеличении, необходимо снизить нагрузку на турбину.

Если в процессе работы КУ возросла величина переохлаждения конденсата целесообразно перейти на частичную циркуляцию. Для эксплуатационного контроля режима работы КУ во время каждой вахты рекомендуется производить проверку содержания кислорода в ГК. Его величина должна находиться в пределах 0,05-0,1 мг/л. Повышение содержания кислорода сверх установленных значений свидетельствует о подсосе воздуха. Не реже одного раза за вахту должна осуществляться проверка солености конденсата.

При изменении внешних условий плавания судна необходимо руководствоваться следующим. Во время бортовой качки следует перейти на прием забортной воды из донного кингстона для предотвращения срыва подачи циркуляционной воды в ГК.

При плавании на мелководье, при входе в порт и выходе из него забор охлаждающей воды рекомендуется осуществлять через бортовой кингстон, во избежание засорения илом и песком трубок ГК и трубопроводов МОХ.

При плавании в мелкобитом льду переходят на донный кингстон с одновременным продуванием паром бортовых с тем, чтобы они были резервными на случай забития льдом донного кингстона.

В процессе эксплуатации отдельных элементов КУ следует обращать внимание на изменение их характеристики при работе на различных режимах. Например, при работе пароструйных воздушных эжекторов различают два режима работы: предельный (когда давление за диффузором не превышает предельного противодавления), допредельный (когда давление за диффузором больше противодавления) [23].

При работе ступени эжектора на предельном режиме в одном из сечений камеры смешения или диффузора устанавливается критическая скорость эжектируемой паровоздушной смеси или смешанного потока. Поэтому производительность ступени эжектора предельная, т.е. максимально возможная при данном давлении всасывания и не изменяется с изменением противодавления.

При работе на допредельном режиме производительность ступени эжектора меньше предельной, причем, чем выше противодавление, тем при прочих неизменных условиях производительность меньше. Одним из важнейших показателей, определяющих режим пароструйного воздушного эжектора и КУ в целом, является давление всасывания его первой ступени. Оно зависит от температуры удаляемой из ГК паровоздушной смеси, количества воздуха в этой смеси, температуры и количества охлаждающего конденсата, который поступает в охладители.

30. Особенности обслуживания ПТУ при неисправностях. Обязанности

обслуживающего персонала и предъявляемые требования. Анализ причин

отклонения параметров пара от номинальных значений и неисправностей

в работе масляной системы. Рекомендации по их устранению.

При эксплуатации ПТУ в следствие целого ряда причин могут наблюдаться нарушения нормальной работы ее основного оборудования.

В случае возникновения неисправностей обслуживающий персонал, основываясь на показаниях КИП и используя внешние признаки, должен определить причины случившегося и принять меры по ликвидации неполадок и восстановлению полной работоспособности ПТУ.

Одним из требований, предъявляемых к обслуживающему персоналу, является знание соответствующих положений и инструкций, а также четкость, быстрота и уверенность в устранении возникших неисправностей. Несоответствие указанным требованиям и недостаточная квалификация обслуживающего персонала могут привести к авариям ПТУ с тяжелыми последствиями.

Характерные признаки, причины и способы устранения неисправностей в ПТУ излагаются в заводских инструкциях, ПТЭ и других нормативных документах.

ОТКЛОНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПАРА ОТ НОМИНАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ. Это приводит к изменению технического состояния отдельных элементов и всей ПТУ. Обычно назначаются допустимые пределы отклонений параметров свежего пара, при которых разрешается длительная работа ГТЗА. В заводских инструкциях указываются также максимальные и минимальные параметры пара, соответствующие кратковременной работе ГТЗА. Обычно это время составляет 15-30 мин.

Повышение начального давления пара выше номинальных значений возможно при неисправностях автоматических регуляторов. Оно приводит к перегрузке турбины и прежде всего к росту напряжений в лопатках последней ступени. Кроме того, могут возникнуть дополнительные усилия на упорных подшипниках и развиться эрозионные процессы на лопатках последних ступеней турбины вследствие увеличения влажности пара. В такой ситуации рекомендуется перейти на ручное управление процессом горения, проверить действие автоматических регуляторов давления пара, а затем устранить неисправность.

Причинами понижения давления свежего пара могут явиться лопнувшая испарительная труба или образование свищей. В этом случае будет снижаться мощность и экономичность ГТЗА, падать давление в отборах, уменьшаться нагрев питательной воды и КПД ПТУ, возникнет опасность заброса воды в турбину, например, при форсировке ПГ. В такой ситуации рекомендуется вывести ПГ из действия, а поврежденные трубы заглушить или заварить.

Отклонение начальной температуры пара от номинальных значений (например, ее повышение) отрицательно сказывается на прочности паропроводов и турбины. При этом увеличивается ползучесть металла, не исключено нарушение плотности соединений. Указанное отклонение возможно при неисправности регулятора температуры перегретого пара, большом избытке воздуха, неудовлетворительном распыливании топлива, загрязнении поверхностей нагрева ПГ, понижении температуры питательной воды и т.д.

К причинам понижения температуры пара ниже номинального значения можно отнести неисправность регулятора, загрязнение поверхности нагрева пароперегревателя, а также повышение уровня воды и высокую концентрацию солей в ПГ. Такое отклонение вызывает увеличение термических градиентов (напряжений), способствует развитию эрозионных процессов и повышению удельного расхода пара и тепла.

НЕИСПРАВНОСТИ В РАБОТЕ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ. Они могут возникнуть по ряду причин. Например, при недостатке масла в системе, повышении его вязкости или увеличении подсоса воздуха через неплотности. В результате чего масляный насос не будет обеспечивать всасывания масла. Возможны случаи, когда масляный насос не создает достаточного давления (нагнетания). Это может явиться следствием понижения вязкости масла, значительных его утечек, повышенных зазоров в подшипниках ГТЗА, в деталях системы регулирования и защиты.

К характерным причинам, приводящим к неисправностям масляной системы можно отнести загрязнение МОХ, недостаточное количество охлаждающей воды, обводнение масла или неисправность терморегулятора. Чаще всего они приводят к повышению температуры масла, поступающего на смазку. Причинами обводнения масла могут явиться неплотности МОХ, сточных цистерн и змеевиков подогрева, а также попадание в полости подшипников пара через концевые уплотнения.

31. Анализ причин возникновения вибрации при эксплуатации турбоагрегата

и увеличение осевого сдвига ротора. Рекомендации по их устранению.

Действия обслуживающего персонала в этой ситуации.

УСИЛЕННАЯ ВИБРАЦИЯ ТУРБОАГРЕГАТА. Причины возникновения такой вибрации в зависимости от эксплуатационных условий могут носить различный характер. Сюда можно отнести, например, осевой сдвиг или прогиб ротора выше допустимых норм, одностороннее расширение корпусов, понижение температуры масла, поступающего на подшипники, обрыв лопатки, бандажа т.д. В таком случае, необходимо немедленно остановить ГТЗА, выяснить причину случившегося и устранить неисправность.

ПОСТЕПЕННОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ ОСЕВОГО СДВИГА РОТОРА. Для выяснения причин подобной эксплуатационной ситуации необходимо снизить нагрузку до величины, при которой осевой сдвиг будет стабилизи­рован. Затем рекомендуется проверить давление в регулировочной ступени на предмет превышения его выше допустимого значения. Если величина давления окажется выше этого значения необходимо производить дальнейшее снижение нагрузки до тех пор, пока оно не достигнет требуемой величины.

Далее при работе ГТЗА на сниженной нагрузке рекомендуется произвести прослушивание на предмет наличия посторонних шумов. При отсутствии таких шумов ГТЗА можно оставить в действии, но с тщательным наблюдением за осевым положением ротора. Если при дальнейшей работе ГТЗА появятся посторонние шумы и будет увеличиваться величина осевого сдвига ротора или произойдет повышение температуры масла после упорного подшипника необходимо немедленно остановить ГТЗА.

32. Основные этапы подготовки и пуска ГТЗА ПТУ. Контролируемые

параметры. Операции при остановке ГТЗА и после остановки.

Пуск ГТУ представляет собой неустановившийся процесс вывода на режим холостого хода, т.е. минимальный режим устойчивой рабо­ты. Он состоит из сочетания сложных явлений, происходящих в ос­новных элементах ГТУ (компрессорах, камере сгорания, турбинах). Устойчивость и безотказность пуска при любых эксплуатационных условиях - одно из основных требований, предъявляемых к ГТУ. Однако, несмотря на надежность и апробированность систем, гаранти­рующих выполнение этого требования, в период пуска ГТУ, под воздействием различных эксплуатационных факторов возможно наруше­ние его нормального протекания и даже срыв.

В период пуска ГТУ происходит изменение моментов, развивае­мых стартером и турбиной, а также общего момента сопротивления системы ТК блока.

Этапы запуска ГТУ

Рис 3.1. (1 - момент стартера Мст; 2 - момент турбины Мт; 3 –суммарный момент стартера и турбины Мст + Мт; 4 - общий момент сопротивления ТК блока Мст + Мт ; I,II,III - этапы запуска).
На первом этапе происходит раскрутка ТК блока с помощью стартера до частоты вращения n1, соответствующей началу пос­тупления в камеру сгорания воздуха и осуществлению процесса вос­пламенения в ней.

На втором этапе (от n1 до n2) продолжается раскрутка ТК блока, но уже при совместной работе стартера и турбины. После достижения ТК частоты вращения n2, когда мощность турбины становится достаточной для его дальнейшей раскрутки, стартер отключается.

На последнем этапе (от n2 до nxx) продолжается увеличение мощности турбины и выход ГТУ на режим холостого хода.

Рассмотрим процессы, происходящие в элементах ГТУ, в период ее пуска от n= 0, до n=nxx.

Потребная для работы компрессора мощность определяется его параметрами: КПД (ηк), производительностью (Gк) и величи­ной перепада тепла, характеризующего достигнутую степень повыше­ния давления при определенной температуре наружного воздуха. Ха­рактер изменения некоторых из них от частоты вращения в период пуска ГТУ представлен на рис.3.2.
Характер изменения параметров работы компрессора при запуске ГТУ
Р ис.3.2. (1 - степень повышения давления πк ; 2 - произ­водительность Gк; 3 - потребляемая мощность Nek; I - начало горения топлива; II - отключение стартера; III - частота вращения холостого хода).

Мощность, развиваемая турбиной ТК блока, также определяется параметрами: температурой газов на входе, их степенью расширения и расходом

33. Последовательность операций при подготовке ПТУ к действию. Ввод в

действие ПТУ. Наиболее ответственные этапы эксплуатации ПТУ, с чем

они связаны. Цель прогрева ротора турбины. Критерий оценки

правильности прогрева. Факторы, определяющие продолжительность

прогрева.

С термодинамической точки зрения ПТУ представляется состоящей из четырех основных элементов и составляющих цикл пар-конденсат-пар (ПГ-ГТЗА-ГКПН).

Пуск ПТУ в действие в каждом конкретном случае производится в строгом соответствии с инструкцией завода-строителя. К выполняемым при этом общим операциям относят следующие:

- тщательный прогрев и продувание паропроводов до момента прекращения вытекания конденсата;

- ввод в действие КУ (циркуляционный и конденсатный насосы, эжекторы) и подъем вакуума;

пуск масляного насоса и проверка давления масла, наличие его в достаточном количестве на всех подшипниках;

- подача охлаждающей среды на МОХ.

В процессе выполнения проверочных операций, необходимо руководствоваться следующим. Соленость масла в сточной цистерне должна быть не более 15 °БР. Температура масла масляного выключателя должна быть более 36 °С, а подаваемого к подшипникам – в пределах 36-40 °С.

При подготовке к действию ВПУ необходимо убедиться в работоспособности блокировки и закрытии БЗК. Это осуществляется в процессе вращения турбины с помощью ВПУ и ее прослушивания. При этом рекомендуется зафиксировать нагрузку электродвигателя ВПУ.



Наиболее ответственными этапами эксплуатации ПТУ является пуск и остановка ГТЗА. Эти операции связаны со значительными изменениями механического и термического состояния элементов ГТЗА. Из опыта эксплуатации следует, что значительная часть аварий происходит при их пуске вследствие неправильного режима прогрева, ошибочных действий экипажа и конструктивных недостатков.

Обычно ротор турбины прогревается быстрее по сравнению со статором. Поэтому в лопаточном аппарате и уплотнениях предусматриваются осевые зазоры, допускающие разность в удлинениях ротора и статора. Величина этой разности зависит от времени пуска турбины и постепенно уменьшается по мере ее выхода в установившееся рабочее состояние.

В качестве критерия для оценки правильности прогрева турбины используется разность температур в различных частях ее корпуса. Например, разность между температурами нижней и верхней частей корпуса не должна превышать 35 °С, а между температурами фланцев и болтов горизонтального разъема должна находиться в пределах 35-40 °С.

При прогревании ГТЗА рекомендуется обращать особое внимание на ТНД, как имеющей большие массы статора и ротора и не допускать, чтобы болты были холоднее фланцев во избежание возникновения чрезмерных напряжений и остаточных деформаций.

Продолжительность прогрева обусловливается конструктивными особенностями и функциональным назначением турбин. Например, активные турбины с дисковыми роторами, небольшим числом ступеней и большими зазорами в лопаточном аппарате требуют менее длительного прогрева по сравнению с реактивными. Время прогрева турбин, специально рассчитанных на быстрые и частые пуски, обычно не превышает 15 мин. Турбины, предназначенные для привода вспомогательных механизмов, допускают пуск из холодного состояния без предварительного прогрева. Для турбин высокого давления в зависимости от конструкции и начальных параметров пара время прогрева может колебаться от 1 до 8 ч и более (ввиду массивности фланцев и большой толщины стенок корпуса). Частично остывшая турбина требует более длительного прогрева. Этот процесс должен осуществляться на малой частоте вращения с целью уменьшения кривизны вала.

34. Пуск в действие ГТУ. Предъявляемые требования. Основные этапы пуска и их анализ. Характер изменения параметров работы турбины и компрессора ГТУ при запуске.

Пуск ГТУ представляет собой неустановившийся процесс вывода на режим холостого хода, т.е. минимальный режим устойчивой рабо­ты. Он состоит из сочетания сложных явлений, происходящих в ос­новных элементах ГТУ (компрессорах, камере сгорания, турбинах). Устойчивость и безотказность пуска при любых эксплуатационных условиях - одно из основных требований, предъявляемых к ГТУ. Однако, несмотря на надежность и апробированность систем, гаранти­рующих выполнение этого требования, в период пуска ГТУ, под воздействием различных эксплуатационных факторов возможно наруше­ние его нормального протекания и даже срыв.

Этапы запуска ГТУ

Рис 3.1. (1 - момент стартера Мст; 2 - момент турбины Мт; 3 –суммарный момент стартера и турбины Мст + Мт; 4 - общий момент сопротивления ТК блока Мст + Мт ; I,II,III - этапы запуска).
На первом этапе происходит раскрутка ТК блока с помощью стартера до частоты вращения n1, соответствующей началу пос­тупления в камеру сгорания воздуха и осуществлению процесса вос­пламенения в ней.

На втором этапе (от n1 до n2) продолжается раскрутка ТК блока, но уже при совместной работе стартера и турбины. После достижения ТК частоты вращения n2, когда мощность турбины становится достаточной для его дальнейшей раскрутки, стартер отключается.

На последнем этапе (от n2 до nxx) продолжается увеличение мощности турбины и выход ГТУ на режим холостого хода.

Рассмотрим процессы, происходящие в элементах ГТУ, в период ее пуска от n= 0, до n=nxx.

Характер изменения параметров работы турбины при запуске корабельной ГТУ



Рис.3.3. (1 - температура газов перед турбиной Т3; 2 - степень расширения газа е ; 3 – мощность турбины NеT ; I - начало горения топлива; II - отключение стартера; III - частота вращения холостого хода).

Характер изменения параметров работы ГТУ-20 транспортного судна при ее запуске приведен на рис.3.4 [15].

35. Условие ускорения вывода ГТУ на режимы холостого хода. Устойчивость работы компрессора

Осциллограмма запуска ГТУ-20

(1 - число оборотов ТКВД n1; 2 - температура газа перед ТВД T1; 3 - число оборотов ТКНД n2; 4 - давление топлива перед форсунками РT; прямые линии из холодного состояния; пунктирные линии из прогретого состояния; I - включение зажигания и подача топлива; II - отклю­чение зажигания; III - страгивание ТКНД; IV – отключение стартера).
В общем случае процесс запуска ГТУ можно разбить на следующие этапы: страгивание, холодный разгон и подача топлива.

Для страгивания ТК блока к нему с помощью стартера подводится энергия, обеспечивающая преодоление сопротивления всей системы и ускорение ротора. При этом крутящий момент стартера должен быть не менее, чем в 1,5-2,0 раза больше момента страгивания, определяемого по формуле:

На этапе холодного разгона необходимо принимать во внимание следующее обстоятельство: момент сопротивления ТК до подачи топ­лива в камеру сгорания для ГТД различ­ного класса может быть принят, равным моменту сопротивления компрессора, т.к. момент сопротивления турбины в это период пренеб­режимо мал.

При подаче топлива необходимо руководствоваться следующим. Продолжительность запуска ГТУ определяется временем подачи топлива и чем раньше оно будет подано, тем меньше время запуска. При экстренном запуске вводится ряд ограничений. Для обеспечения устойчивого горения в камере сгорания минимальное число оборотов компрессора должно составлять 10-20 % от значения полного хода. Удовлетвори­тельный распыл топлива должен быть обеспечен при его минимальном расходе через форсунки.

КОМПРЕССОР. Для ускорения вывода ГТУ на режим холостого хода необходимо иметь температуру газа перед турбиной максимально до­пустимой. Однако препятствием этому является предел устойчивой работы компрессора.
Учитывая, что надежность запуска ГТД в действие определяется моментом сопротивления раскручиваемого ТК, поэтому при его работе в таком режиме необходимо создать условия для уменьшения величины сопротивления и увеличения вращающего момента. В зависимости от типа ГТД для этих целей используют различные способы. В ГТД прос­тейшей схемы для улучшения пусковой характеристики уменьшают нагрузку на выходном валу, например, путем постановки на нулевой шаг лопасти ВРШ, отсоединения ГТД от гребного винта и т.п. В ГТД со свободной пропульсивной турбиной уменьшают сопротивление за турбиной компрессора, например, путем вытравливания газа на ее входе или раскрытием сечения поворотом сопловых аппаратов

36. Особенности работы двухкомпрессорных ГТУ . Понятие величины «скольжения». Способы запуска

Для осуществления пуска судовых ГТУ находят применение три вида стартера (электродвигатели постоянного и переменного тока, паровая турбина), каждому из которых присущи свои особен­ности. Так, электродвигатель постоянного тока обладает хорошей моментной характеристикой, допускает регулирование режима прос­тейшими способами (например, изменением напряжения в обмотке возбуждения), однако имеет большие габариты и для своей работы требует наличие выпрямителя.

Для ГТД с двумя компрессорами имеются свои особенности. В начальный период запуска ТКНД неподвижен, т.к. момента, разви­ваемого его турбиной, не хватает для страгивания. В этот период помимо потери на выхлопе турбины раскручиваемого ТК (как и в схе­ме со свободной турбиной), добавляется потеря от прососа воздуха через неподвижный КНД, которая по опытным данным равна:

ΔРпр = кz(G/G0)2, (3.3)

где z - число ступеней компрессора; G - количество просасывае­мого воздуха; G0 - номинальная производительность компрессора; к≈1.

Из формулы (3.3) видно, что даже при малых расходах воздуха

компрессор представляет собой существенное сопротивление, сле­довательно, для улучшения пусковой характеристики ГТД следует либо с помощью специального пускового устройства заранее страги­вать ТКНД, либо уменьшать потери путем введения дополнительного воздушного тракта в обвод КНД.

СКОЛЬЖЕНИЕ И ЗАПУСК.

Рассмотренные процессы, протекающие в элементах ГТУ, или ее запуске, имеют место и в двухкомпрессорных ГТУ. Однако в этом случае появляется ряд специфических особенностей. Их сущность состоит в следующем. Двухкомпрессорные ГТУ имеют два самостоятель­ных компрессора (низкого и высокого) давления, которые приводятся во вращение собственными турбинами. Между ними существует газовоздушная связь и отсутствует механическая. На пусковых и других эксплуатационных режимах КНД и КВД вращаются с разными числами оборотов. Величина различия в частотах ("скольжение") зависит от распределения перепадов тепла, срабатываемых в турби­нах, и условий, обеспечивающих устойчивую работу компрессоров на всех эксплуатационных режимах.

В зависимости от конструкции запуск ГТУ может осуществлять­ся двумя способами: раскруткой с помощью стартера только КВД или КВД и КНД одновременно. Однако в первом случае КНД начинает рабо­тать в режиме авторотации, при этом давление воздуха за ним па­дает, расход воздуха через ГТУ уменьшается и, как следствие, сни­жается запас устойчивости против помпажа КВД.

Сущность авторотации состоит в следующем. В ГТУ, состоящих из нескольких ГТД, часть из них в процессе движения судна может бездействовать. При этом на ГТУ, у которых силовая турбина не отключается от валопровода, она будет вращаться от гребного вин­та, просасывая воздух через всю проточную часть ГТД и вызывая вра­щение его ТК блоков. Это явление и принято называть авторотацией.

В процессе авторотации давление воздуха перед турбиной ТК блока мало. По существу она является тормозом, вращаясь за счет энергии компрессора.

В режиме авторотации первые ступени компрессора сжимают воз­дух, а последние работают в качестве турбинных. Поэтому давление воздуха за компрессором становится меньше давления на входе. Для предотвращения этого требуется более длительная работа старте­ра для раскрутки КВД по сравнению с однокомпрессорными ГТУ.

Система раскрутки КВД и КНД одновременно конструктивно нес­колько сложнее, однако она ускоряет процесс запуска и делает его более устойчивым. При этом отсутствует авторотация КНД. Давление за КВД растет быстрее, что позволяет раньше вступить в работу турбине и, тем самым, улучшить запуск.

Запуск ГТУ путем раскрутки стартера только КНД не применя­ется. Это связано с большим весом ротора КНД, меньшей мощностью его турбины и снижением запаса устойчивости против его помпажа. В результате запуск ГТУ становится более длительным и менее ус­тойчивым.

Запуск авторотирующего ГТД производится обычным порядком. Постепенно с увеличением частоты вращения и вступлением в работу турбины компрессор переходит на свой режим работы, обеспечивая процесс запуска и выход ГТД на заданный режим.

Отрицательным свойством авторотации является прохождение через проточные части большого количества воздуха, что ускоряет "засоление" и загрязнение их, особенно в штормовую погоду, приводя к резкому ухудшению характеристик ГТУ.

Величина "скольжения" является важным параметром работы ГТУ. Ее изменение возможно в случае сильного загрязнения проточной части ГТУ. Увеличение "скольжения" ведет к уменьшению области устойчивой работы КВД из-за уменьшения расхода воздуха.

37. Переменные режимы ГТУ. Чем они обусловлены и воздействующие на них факторы. Отличительная особенность работы ГТУ. Последствия нарушения режима работы ГТУ.

Такие режимы (переменные) представляют собой сложный процесс. Они обус­ловлены изменением нагрузки ГТУ во времени в большом диапазоне от холостого хода до полной мощности и в значительной степени зависят от воздействия различных внешних факторов (например, температуры наружного воздуха). При изменении режимов ГТУ меняют­ся условия работы ее элементов (компрессоров, турбин, камер сго­рания) и экономичность.

Одной из важнейших особенностей работы ГТУ на переменных ре­жимах является изменение условий совместной работы ее компрессоров и турбин, т.к. это связано с устойчивостью их работы. Нарушение режима работы может привести к резкому возрастанию температуры газов перед турбиной, колебанию мощности и возникновению вибрации. В результате чего может произойти самопроизвольная остановка ГТД и повреждение его отдельных узлов.

КОМПРЕССОРЫ. Их работа характеризуется изменением частоты вращения, степени повышения давления, расхода воздуха и КПД.

Для анализа последствий изменения основных параметров и оценки работы компрессора используются два вида характеристик: нормаль­ные и универсальные. Первые дают зависимость изменения степени повышения давления и КПД компрессора от его производительности при различной частоте вращения и неизменных параметрах состоя­ния воздуха на входе. Вторые отражают работу компрессора при любых значениях давления и температуры наружного воздуха.

ТУРБИНЫ. При работе турбины на переменных режимах в диапазоне нагру­зок от холостого хода до полной мощности ее параметры (мощность, частота вращения, КПД, расход газа) изменяются в достаточно широ­ких пределах. Ее проточная часть, спроектированная для расчетного режима, не может соответствовать изменившимся газодинамическим параметрам и новым условиям обтекания, поэтому возникает удар газа о кромки лопаток, образуются завихрения, происходит отрыв струй с лопаток турбины. Отрицательные последствия этих явлений тем больше, чем значительнее режим работы отклоняется от опти­мального. Особенно резко они проявляются при работе турбины на пониженной мощности.

Отличительная особенность работы ГТУ.

В ГТУ в качестве основы рабочего тела используются большие массы воздуха, характеризующиеся коэффициентом избытка воздуха. В ГТУ в качестве основы рабочего тела используются большие массы воздуха, характеризующиеся коэффициентом избытка воздуха.

Температура. Изменение температуры наружного воздуха оказывает двоякое влияние на КПД компрессора. При увеличении температуры воздуха на входе в компрессор в области режимов, близких к расчетным, его КПД несколько повышается. Это связано с ростом местной скорости звука, снижением числа М в потоке и улучшением условий обтекания лопаточного аппарата. В результате чего снижаются гидравлические потери. При уменьшении температуры воздуха КПД компрессора по­нижается.

ДАВЛЕНИЕ. Этот параметр оказывает меньшее влияние на характер работы ГТУ по сравнению с температурой наружного воздуха. Его изменение на входе приводит к пропорциональному изменению во всех сечениях по длине проточной части компрессора. При этом тем­пературы и скорости, степень повышения и КПД остаются постоянны­ми, а массовый расход и мощность, потребляемая на вращение комп­рессора, изменяются пропорционально его изменению на входе.

При увеличении атмосферного давления воздуха вследствие воз­растания его массового расхода мощность ГТУ увеличивается. При уменьшении давления воздуха она снижается.

ВЛАЖНОСТЬ. Влияние этого параметра на работу ГТУ связано с изменением массового количества воздуха и его теплоемкости через газовую постоянную. С ростом влажности она увеличивается, что приводит к повышению работоспособности газа и полезной работы тер­модинамического цикла. Например, для сухого воздуха Rв = 293 Дж/(кг*град), а водяных паров Rн2о = 471 Дж/(кг*град). Вместе с тем водяные пары в воздухе снижают его плотность (γ = Р/RT ≈ 1/R), вследствие чего падает массовый расход воздуха через ГТД. Влия­ние этого падения превалирует над ростом теплоемкости при увели­чении влажности воздуха, что приводит к снижению развиваемой мощности ГТД.
Нарушение режима работы может привести к резкому возрастанию температуры газов перед турбиной, колебанию мощности и возникновению вибрации. В результате чего может произойти самопроизвольная остановка ГТД и повреждение его отдельных узлов.

38. Анализ совместной работы компрессоров и турбин при работе ГТУ на переменных режимах. Совмещенные характеристики турбины и компрессора. Условия совместной работы. Зона устойчивой работы ГТУ. (Объединил вопросы вместе)

39. Неустойчивые режимы работы ГТУ. Основные признаки и последствия. Причины неустойчивой работы.

К ак указывалось выше, важным моментом при работе ГТУ на пере­менных режимах является совместная работа компрессоров и турбин. Характер их работы взаимосвязан между собой. Поэтому любые изме­нения условий работы одного из них (турбины или компрессора) от­ражаются на работе другого и в целом на всей ГТУ. В силу неизме­няемости проточных частей компрессоров и турбин наивыгоднейшие условия их работы соответствуют только определенным расчетным условиям. При изменении режима работы ГТУ (увеличении или уменьше­нии ее мощности) происходят отклонения условий работы турбин и компрессоров от оптимальных, что ведет к снижению экономичности ГТУ, особенно в области пониженных нагрузок.

Для оценки конкретных условий работы ГТУ используются совме­щенные характеристики компрессоров и турбин. Такие характеристики приведе­ны на рис.3.10.