Файл: Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки.pdf

когда коэффициент гидравлического сопротивления отнесен к пара­ метрам потока в сечении выхода из элемента;

1 — g G-RT

когда коэффициент сопротивления отнесен к параметрам потока на входе в элемент.

Зависимость р = f (k), которая может быть представлена гра­ фически, дает возможность рассчитать любые местные сопротивле­ ния.

Если при расчете последовательно соединенных местных гидрав­ лических сопротивлений заданы геометрические размеры всех эле­ ментов, начальное и конечное давление, то расчет ведется последова­ тельно от элемента к элементу:

— задавшись несколькими значениями расхода воздуха при известном конечном давлении, рассчитывают начальное давление

ит. д.;

—по построенному последнему графику Pi = f (Gj) и начальному давлению находят расход воздуха через систему охлаждения.

Наиболее полные рекомендации по графоаналитическому методу расчета параллельных, смешанных и сложных схем охлаждения га­ зовых турбин приведены в работе [63]. При использовании графо­ аналитического метода расчета особое внимание нужно уделять со­ ставлению эквивалентной схемы расчета, так как при рационально составленной схеме трудоемкость расчета может быть сокращена без значительного увеличения погрешности.

Метод электрического моделирования основан на определенной аналогии математических зависимостей, описывающих процессы течения и распределения потоков несжимаемой жидкости в трактах охлаждения и электрического тока в проводниках. Подобная ана­ логия наиболее четко проявляется при ламинарном течении жидкости. В этом случае системе уравнений (433) соответствует система для течения электрического тока

При этом первое уравнение в системе (434) представляет математи­ ческое выражение закона Ома, а второе — первого закона Кирхгофа.

Сравнение выражений (433) и (434) показывает, что они будут тождественны при турбулентном течении воздуха и переменной плотности, если будут соблюдены следующие условия:

При расчете сложных гидравлических систем основная трудность состоит в удовлетворении условия (437). Если это условие удовле­ творяется, то остальные два условия выполняются автоматически. В зависимости от способа удовлетворения условия (437) электриче­ ские моделирующие устройства делят на три группы:

—использующие электрические сопротивления с линейной ха­ рактеристикой;

—использующие электрические сопротивления с нелинейными сопротивлениями;

—использующие переменные линейные электрические сопротив­

ления.

Первый тип моделирующих устройств нашел наибольшее распро­ странение ввиду своей простоты, надежности и небольших затрат при расчетах. Однако при использовании таких устройств требуются большие затраты труда. Моделирующие устройства второго типа сложны и весьма трудоемки при наладке. Использование перемен­ ных линейных электрических сопротивлений дает возможность резко сократить сложность моделирующего устройства и сравнительно удобно для расчета систем охлаждения газовых турбин. Такие моде­ лирующие устройства были созданы в ИТТФ АН УССР [81 ] в 1962 г. и в ЦКТИ им. Ползунова. Как показали расчеты, точность определе­ ния параметров по тракту охлаждения после второго приближения обычно составляет около 3—4%.

При электрическом моделировании гидравлического расчета систем охлаждения газовых турбин в соответствии с общими поло­ жениями теории подобия должны быть соблюдены следующие усло­ вия:

—геометрическое подобие гидравлической и электрической се­

тей;

—подобие полей проводимости;

—одинаковость граничных условий.

Общая схема расчета с помощью электрических моделей сво­ дится к следующему:

—принимают (создают) электрическую модель гидравлической

сети;

—задают граничные условия;

—выполняют условия тождественности;

—измеряют параметры тока в узловых точках и сопротивления элементов;

— осуществляют переход от параметров электрической модели к параметрам гидродинамической натуры;

— рассчитывают расход воздуха в системе охлаждения.

При расчетах используют метод последовательного обхода или метод повторений [63]. Расчет гидравлики систем охлаждений газо­ вых турбин может быть проведен с использованием ЭЦВМ. Исполь­ зование ЭЦВМ дает возможность учесть все факторы, влияющие на гидравлику системы, и получить результаты с любой точностью при значительном сокращении времени на расчет. По-видимому, целесо­ образность использования ЭВЦМ при расчете систем охлаждения

более всесторонне и достаточно широко этот вопрос рассмотрен в ра­ боте [63].

Глава X —

ЭФ Ф Е К Т И В Н О С Т Ь ПРИМЕНЕНИЯ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК НА МОРСКИХ СУДАХ

§ 80. Масса и габариты судовых высокотемпературных газотурбинных установок

Масса и габарит судовой энергетической уста­ новки являются важными показателями при оценке ее эффективно­ сти. Они в значительной степени влияют на водоизмещение, главные размерения, грузоподъемность и пассажировместимость судна.

Основным показателем судовой энергетической установки яв­ ляется отношение ее массы или суммарной массы установки и жидких грузов к мощности. Для судов с малооборотными дизелями и газо­ турбинным наддувом эта величина составляет около 110—120 кгіквт (81—88 кг/л. с), для паротурбинных установок 40—55 кг/квпг (30— 40 кг/л. с), для газотурбинных — около 25 кг/квпг (18 кг/л. с). По массовым показателям газотурбинные установки имеют преиму­ щество перед паротурбинными и дизельными. Созданные на базе авиационных газотурбинных двигателей судовые энергетические установки имеют значительно меньшую удельную массу (удельная масса некоторых модификаций судовых газотурбинных двигателей составляет 0,4—1,0 кг/квт (0,3—0,7 кг/л. с. [8\). Такие двигатели широко применяются на судах с динамическими принципами под­ держания. По габаритам ГТУ также имеют значительные преиму­ щества по сравнению с ДВС и паротурбинными установками. Если длина ГТУ еще соизмерима с длиной ДВС, то высота ГТУ в тричетыре раза меньше высоты ДВС.

Еще большие возможности по уменьшению габаритов имеют вы­ сокотемпературные газотурбинные установки. Повышение началь­ ной температуры газа оказывает двоякое влияние на габариты ГТУ. С одной стороны, увеличение начальной температуры газа и повы­ шение отношения давления позволяют сократить расход рабочего тела и тем самым приводят к уменьшению поперечных размеров ГТУ, а с другой стороны, с повышением параметров газа увеличивается общий теплоперепад на турбину и компрессор, а также число сту­ пеней при тех же перепадах на ступень (рис. 140), что вызывает увеличение длины ГТУ. Однако расчеты показывают, что с увеличе­ нием только начальной температуры вследствие сокращения расхода газа уменьшается высота лопаток, что ведет к сокращению осевого