Рабочий процесс судового ГТД характеризуется нагрузкой (мощностью), частотами вращения роторов, температурой рабочего тела, давлением воздуха и газа в проточной части, расходами топлива и воздуха. Зависимости этих параметров от основных факторов внешней среды, которые определяют режимы использования ГТУ на судне, называются характеристиками ГТУ.
В качестве факторов внешней среды обычно рассматривают:
- заданную мощность двигателя или частоту вращения выходного вала;
- время набора или сброса заданной мощности;
- параметры воздуха на входе в компрессор;
- гидрометеорологические факторы (давление, влажность и температура забортного воздуха, волнение и др.).
Параметры, по которым осуществляют регулирование работы ГТД, называют основными. Чаще всего такими параметрами являются частота вращения турбокомпрессора и мощность ГТД.
В связи с тем, что частота вращения турбокомпрессора однозначно связана с подачей топливного насоса (топливный насос получает привод от вала компрессора), расход топлива, поступающего в камеры сгорания ГТД, можно устанавливать по частоте вращения компрессора. В то же время частота вращения компрессора определяет расход и давление воздуха, поступающего в камеры сгорания. Следовательно теплоперепад, срабатываемый в турбинах, и мощность ГТД однозначно связаны с частотой вращения турбокомпрессора – nK .
Обычно характеристики рабочего процесса ГТД представляют как зависимости следующего вида:
- эффективной мощности от частоты вращения компрессора: Ne = f(nk);
- часового расхода топлива от частоты вращения компрессора: Вч = f(nk);
- удельного расхода топлива от частоты вращения компрессора: be = f(nk);
- температуры газа за КС от частоты вращения компрессора: T3 = f(nk);
- расхода воздуха от частоты вращения компрессора: Gb = f(nk);
Для анализа рабочего процесса ГТД используют универсальную характеристику компрессора с нанесенными на нее дополнительными зависимостями. Характеристика компрессора показывает зависимость между степенью повышения давления πK и расходом воздуха GВ при различных частотах вращения ротора (рис. 79). Линия помпажа делит все поле характеристик компрессора на области устойчивых и неустойчивых режимов работы (область помпажа).
На диаграмму наносят:
- линии постоянных оборотов (изодромы) – n = const;
- линии постоянных КПД – η = const ;
Для получения универсальной характеристики ГТД дополнительно на характеристику компрессора наносят:
- изотермы – T3 = const ;
- линии постоянных расходов топлива – Bч = const;
- линию статических режимов работы двигателя – A − B , показывающую связь мощности двигателя и частоты вращения винта.
По универсальной характеристике легко можно определить основные параметры работы двигателя в зависимости от одного из выбранных параметров (частоты вращения компрессора, расхода топлива и т.д.).
Литература
Судовые энергетические установки. Дизельные и газотурбинные установки. Болдырев О.Н. [2003]
