Влияние температур Ta, Tc и кпд агрегатов на характеристики газотурбинной установки 4 страница

Уменьшение расхода топлива в целях снижения мощности в ГТУ этого типа ведет к некоторому увеличению расхода воздуха, к снижению температуры газов за камерой сгорания и перед газовой турбиной, а это приводит к снижению экономичности. КПД ГТУ рассматриваемого типа по (12) представляется зависимостью

η = η (T_c/ T_a, ε, η_т, η_к), (21)

которая справедлива (с несущественными уточнениями) не только для номинального (расчетного), но и для любого переменного стационарного режима.

В рассматриваемом случае все параметры в (1) изменяются таким образом, что это приводит к снижению КПД. Наиболее существенно снижается КПД из-за уменьшения начальной температуры газа Тс и снижения отношения давлений ε.

При частичных мощностях ГТУ, как правило, снижаются также η_т и η_к, что ведет опять же к уменьшению КПД ГТУ.

Из уравнения мощности (N = GH) видно, что в данном случае мощность уменьшается за счет снижения полезной работы ГТУ Н, и при этом расход G, как отмечено, даже несколько возрастает. Такой характер изменения мощности называется качественным регулированием - это наиболее неблагоприятный (наименее экономичный) способ изменения мощности ГТУ.

Количественное регулирование - это такой способ изменения мощности двигателя, при котором изменяется только расход рабочего тела, в то время как температура среды в различных точках газовоздушного тракта, а также величины ε, ηт, ηк остаются постоянными или близкими к постоянным.

Из (21) следует, что при количественном регулировании КПД ГТУ остается близким к номинальному (расчетному) значению.

Количественное регулирование в ГТУ открытого процесса не может быть реализовано в чистом виде, это происходит из-за того, что одно из давлений в цикле - атмосферное и вообще не зависит от режима ГТУ.

Однако можно реализовать промежуточный случай, когда при частичных режимах мощность изменяется не только за счёт изменения H, но также вследствие изменения расхода среды G.

Очевидно, что экономичность ГТУ на частичных нагрузках тем выше, чем значительнее удаётся сократить расход среды, т.е. уменьшить расход воздуха через компрессор при соответствующей мощности ГТУ.

В современных ГТУ простого типа это достигается применением поворотных направляющих аппаратов компрессора: лопатки входного направляющего аппарата, а также иногда и направляющие лопатки нескольких первых ступеней компрессора имеют механизм привода, обеспечивающий одновременный поворот всех лопаток каждого венца относительно их осей. При этом изменяется проходное сечение направляющего аппарата.

Таким способом удается менять расход воздуха через компрессор в пределах 70-100 % номинального расхода при достаточно высоком КПД компрессора.

Прямым следствием снижения расхода воздуха через компрессор при частичных мощностях ГТУ является поддержание температуры газа перед турбиной и за ней на более высоком уровне. Вследствие более высокой температуры газа перед газовой турбиной достигается более высокий КПД ГТУ, а повышенная температура td за турбиной обусловливает повышенную экономичность при частичных нагрузках парогазовых установок, для которых чем выше td, тем выше экономичность паротурбинной части ПГУ, следовательно, и ПГУ в целом.

Влияние атмосферных условий на мощность и экономичность ГТУ простого типа оказывается значительным. Особенно существенно влияет температура ta забираемого компрессором воздуха на мощность ГТУ.

Рисунок 28 – Зависимости относительной мощности и относительного КПД на зажимах генератора от температуры наружного воздуха для ГТУ V94.3A фирмы «Сименс»

В качестве примера на рисунке 28 представлены характеристики ГТУ V94.3A фирмы «Сименс» при переменной температуре наружного воздуха.

При понижении температуры воздуха мощность и КПД растут. При ta = tн.в < 1 °С мощность достигает предельно допустимого значения по условию максимальной мощности генератора. В этом интервале t a приходится снижать температуру газов перед турбиной ниже ее номинального значения.

Особенности системы управления ГТУ. Для обеспечения нормальной эксплуатации при всех существующих (номинальном, переменных и переходных) режимах газотурбинная установка имеет системы управления, регулирования, защиты.

В современных крупных ГТУ используются автоматизированные системы управления (АСУ), выполняющие следующие функции:

1) автоматическое и дистанционное управление пуском, нагружением, разгружением и остановкой ГТУ;

2) регулирование (поддержание на задаваемом уровне или в заданных пределах) следующих параметров: частоты вращения турбоагрегата с заданной степенью неравномерности; температур газа перед турбиной и за ней; активной нагрузки электрического генератора; режима работы компрессора на необходимом удалении от границы помпажа;

3) защиту ГТУ: отключение и остановку при аварийных ситуациях, из которых наиболее серьезными являются: недопустимое повышение температуры газа перед газовой турбиной и за ней: недопустимое повышение частоты вращения ротора; недопустимое падение давления масла для

- смазки подшипников;

- недопустимый осевой сдвиг ротора;

- погасание факела в камере сгорания;

- приближение к границе помпажа компрессора;

- недопустимое повышение виброскорости шеек

- ротора и/или корпусов подшипников.

Автоматизированная система управления современной энергетической ГТУ выполняется (подобно ПТУ), как правило, электрогидравлической, в нее входят электрическая часть (ЭЧСР) на микропроцессорной базе и гидравлическая часть (ГЧСР).

Как видно, функциональные задачи и структура АСУ ГТУ во многом аналогичны задачам и структуре АСУ паровых турбин.

Имеющиеся отличия связаны с особенностями ГТУ как объекта регулирования. Перечислим главные из этих особенностей.

1. По сравнению с паровыми турбинами в ГТУ для управления машиной требуются меньшие размеры стопорных и регулирующих клапанов, меньшие размеры и перестановочные усилия сервомоторов, и при этом проще обеспечить большее их быстродействие.

2. Регулирование режима ГТУ производится воздействием на регулирующие топливные клапаны, подающие топливо непосредственно в камеру сгорания, что обусловливает существенно меньшую, чем в котле ПТУ, инерционность процесса подвода теплоты к рабочему телу в камере сгорания ГТУ. В ГТУ имеется возможность быстрого изменения температуры газа перед турбиной. Это придает особую важность регулированию температуры газа перед турбиной и за ней.

3. Газотурбинная установка весьма чувствительна к изменению атмосферных условий, в особенности к изменению температуры воздуха на входе в компрессор.

Система регулирования мощности должна обеспечивать требуемые режимы работы ГТУ для любых реально возможных параметров наружного воздуха с достаточной надёжностью.

4. Для ГТУ имеется опасность возникновения помпажа компрессора. Для надёжной работы ГТУ необходимо, чтобы на всех возможных режимах работы помпаж компрессора был безусловно исключен с некоторым определенным запасом по отношению к границе помпажа.

5. Для пуска ГТУ необходима предварительная раскрутка ротора с помощью пускового устройства.

Автоматизированные системы управления современных ГТУ включают в себя составляющие части, обеспечивающие функционирование установки с учетом названных её особенностей.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒