Этап 2. Расчет характеристик газогенератора ТВаД

Газогенератором (турбокомпрессорным модулем) называется совокупность элементов ТВаД, включающая компрессор, камеру сгорания и турбину, вращающую компрессор. Условимся турбину газогенератора называть «турбина компрессора», а сечение газовоздушного тракта на выходе из неё – сечением ТК.

Характеристикой газогенератора называется зависимость степени повышения давления в нем , степени подогрева и степени повышения температуры в рабочем процессе газогенератора , а также приведенного расхода воздуха через газогенератор (или относительной плотности тока ) и приведенного расхода топлива , от приведенной частоты вращения ротора газогенератора (или её относительного значения ).

Расчет характеристик газогенератора ТВаД – довольно труден. Поэтому в данной курсовой работе для газогенератора ТВаД предусмотрен расчет на калькуляторе только одной точки на его характеристике, то есть определение значений и только при одном значении приведенной частоты вращения компрессора (например, при 0,95). Расчеты при других значениях аналогичны. Поэтому после введения значений и (полученных с использованием калькулятора) в диалоговое окно ЭВМ полная характеристика ГГ в широком диапазоне рассчитывается на ЭВМ и выдаётся в виде таблицы и графиков.

Условиями совместной работы компрессора и турбины в одновальном газогенераторе являются:

а) баланс расходов воздуха через компрессор и газа через турбину;

б) баланс мощностей, развиваемой турбиной, и потребляемой компрессором.

Относительная плотность тока в минимальном сечении соплового аппарата первой ступени турбины газогенератора ТВаДна рабочих режимах остается практически постоянной. Тогда из условия баланса расходов (с учетом того, что , где ) следует, что

, где константа. (3.1)

С другой стороны условие баланса работ компрессора и турбины ГГ (как следствие баланса мощностей) может быть записано в следующем виде:

.

Тогда, пренебрегая небольшим изменением , можно записать, что

или с учетом уравнения (3.1) .

Следовательно, из условий совместной работы элементов газогенератора вытекает, что

. (3.2)

При расчете характеристик газогенератора ТВаД необходимо учитывать, что при изменении режима работы двигателя значение и соответственно может изменяться вследствие того, что при снижении в общем случае уменьшается и относительная плотность тока в горле соплового аппарата первой ступени свободной турбины. Влияние этого фактора можно учесть следующим образом.

У всякой турбины , где и давление и температура заторможенного потока на входе в данную турбину. Следовательно, .

Значение близко к единице, и тогда .

Параметр в теории газовых турбин обозначается и называется параметром расхода. Следовательно, значение в первой ступени свободой турбины пропорционально параметру ,т.е. .

Соответственно баланс расходов газа через турбину компрессора и свободную турбину можно запасать в виде:

,

где малая постоянная величина «а» учитывает возврат охлаждающего воздуха в проточную часть за ТК, а значение , как уже отмечалось, практически постоянно. Тогда из этого равенства следует, что

.

Если учесть, что , где n – показатель политропы расширения газа в турбине компрессора (в параметрах заторможенного потока), причем обычно , то последнее равенство легко преобразовать к виду:

,

откуда следует, что

, (3.3)

где относительное (по отношению к расчетному) значение .

Обобщение экспериментальных данных показало, что параметр зависит от степени изменения при переходе от одного режима её работы к другому, точнее от параметра , где некоторое критическое значение , при превышении которого параметр не изменяется ().

Значения в зависимости от числа ступеней в свободной турбины представлены в таблице 3.3, а изменение при изменении параметра показано на рис. 3.6.

Таблица 3.3

Число ступеней zст в свободной турбине
	1,9	2,4	2,8	3,1

Рис. 3.6. Изменение параметра расхода свободной турбины при

С учетом сказанного положение рабочей точки на характеристике компрессора ТВаД при может быть найдено следующим путем.

1. Сначала следует в заголовок таблицы типа таблицы 3.4 записать (из файла с результатами термодинамического расчета) ряд расчетных значений параметров элементов ТВаД: расчетные параметры компрессора, затем, , , , а также вычисленное по ним (по формуле (3.2) значение константыС (обозначим его ).

Таблица 3.4

Определение параметров ГГ (ТКМ) при 0,95.

Расчетные параметры:

_____; ______; ______; _______;

______; ___; ______; ____; ____;

________.

	при 0,95
	при 0,95
	при 0,95
	(первое приближение)
	(по рис. 2.1)
	(второе приближение)
	(по рис. 2.1)
	(третье приближение)
	(при k = 1,33)
	(при k = 1,4)

2. Из таблицы характеристики компрессора, которая получена в первом этапе расчета, при данном значении в строки 1 – 3 таблицы 3.4 записываются значения , и для нескольких точек напорной кривой компрессора.

3. Полагая сначала (в первом приближении) (обозначим его ) для каждой точки данной напорной кривой вычисляется значение : .

4. Определяется значение параметра (где значение определяется по таблице 3.3) и по рис. 3.6 определяется , по которому по формуле (3.3) находится уточненное значение (второе приближение), обозначенное в таблице 3.4 как .

5. По этому уточненному значению снова находится как

.

6. Снова находится значение параметра и соответственно по рис. 3.6 определяется , по которому по формуле (3.3) снова находится значение (третье приближение), обозначенное в таблице 3.4 как .

Процесс таких итераций можно было бы продолжать. Но при даже обычно отличается от истинного значения (при этом ) на доли процента.

7. По найденному таким путем значению , отвечающему данному значению , соответственно вычисляется значение и затем, в соответствии с формулой (3.2), значение константы С, отвечающей данной точке напорной характеристики компрессора.

По полученным таким образом значениям константы С для всех выбранных точек данной напорной кривой компрессора необходимо построить графики зависимости величины С и найденного в третьем приближении значения (т.е. ) от для данной напорной кривой (по типу рис. 3.7). Точка пересечения кривой с горизонталью (где вычисленное ранее истинное значение константы С) даст значение в соответствующей рабочей точке компрессора, а по линии нужно определить соответствующее значение .

Рис. 3.7. Определение положения рабочей точки на напорной кривой компрессора

Соответствующие найденному значения параметров газогенератора находятся далее следующим образом:

а) так как , то ; (3.4)

б) по характеристике компрессора определяется значение , соответствующее найденному значению (при данном ), после чего значение определяется по формуле (3.1), согласно которой

; (3.5)

в) значение определяется следующим образом:

так как , то

и тогда , (3.6)

где 1158,3 и (при )

. (3.7)

Второе обращение к программе расчета на ЭВМ (этап 2)

После выполненных выше вычислений на калькуляторе следует диалоговом окне программы на ЭВМ открыть этап «Расчет характеристик газогенератора» и в появившемся следующем диалоговом окне ввести значения Δ_гг, τ_гг и π_гг при значении .

ЭВМ производит полный расчет характеристик одновального ГГ и выдаёт их результаты в широком диапазоне в виде графиков и таблиц, включая характеристику компрессора с расположенной на ней рабочей линией..

Дата добавления: 2014-12-27