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

размера ступени при lib = const, и длина ГТУ практически не уве­ личивается (см. рис. 144).

В некоторых случаях продольный размер ГТУ может быть сокра­ щен за счет увеличения перепада на ступень и сокращения числа ступеней. Поэтому повышение температуры газа всегда благоприятно сказывается на габаритах ВГТУ. Примером тому является создание фирмой Дженерал Электрик высокотемпературной ГТУ LM-2500,

При расчетах габаритов ГТУ целесообразно за определяющий поперечный размер принимать диаметр входного устройства компрес­ сора, который на основе статических данных можно выразить следу­ ющей зависимостью от диаметра первой ступени [8]:

А « = l , 5 D l n .

При этом диаметр последней ступени турбины можно определить как

£>M x = 2 , m l n .

Учитывая, что параметры на входе можно принять постоянными для определенных условий использования ГТУ, а геометрическими характеристиками можно задаться на основании построенных судо­ вых ГТУ, периферийный диаметр первой ступени компрессора можно определить по зависимости

где

V- JtpCj (1 — vj)

190м/с);

v— втулочное отношение (v = 0,45 -н 0,55).

Расход воздуха для ГТУ может быть найден по широко известной зависимости

жении может быть определена по числу ступеней и их осевым разме­ рам. Число ступеней определяется исходя из возможного перепада на ступень и полезной работы компрессора и турбины, которые могут быть получены из расчета цикла. Обычно для морских ГТУ можно

По приведенным зависимостям нами были проведены расчеты основных размеров ВГТУ мощностью 11 ООО и 18 500 кет (15 ООО л. с. и 25 ООО л. с.) в зависимости от начальной температуры газа и отно­ шений давлений. Из рис. 141 и 142 видно, что при увеличении на­ чальной температуры газа поперечные размеры резко уменьшаются. Особенно это влияние заметно при возрастании начальной темпера­ туры до 1473 К- С дальнейшим увеличением начальной температуры газа это влияние ослабевает.

Для каждой начальной температуры имеется свой оптимум по отношению давления. Этот оптимум сдвигается в сторону увеличения отношений давлений при повышении начальной температуры газа.

На рис. 143 представлено изме­ нение наружного диаметра ВГТУ от начальной температуры газа, соответствующее оптимальным значениям отношений давлений.

1>ГТУ,М

При этом расчеты были проведены для ВГТУ с воздушной и водя­ ной системами охлаждения. Как видно из рис. 143, с увеличением начальной температуры газа с 1073 до 1873 К поперечные размеры снижаются вдвое. При оценке поперечных размеров ВГТУ при проектировании особенно нужно обращать внимание на высоту ло­ паток. Необходимо, чтобы они не были меньше допустимых мини­ мальных размеров.

Изменение длины ВГТУ в зависимости от начальной температуры газа и отношения давлений представлено на рис. 144. Длина ВГТУ не зависит от начальной температуры газа и зависит только от отношения давлений. С увеличением отношения давлений длина ВГТУ увеличивается линейно. Учитывая, что с увеличением отно­ шения давлений после е = 25н-30 экономичность растет незначи­ тельно, нецелесообразно увеличивать последнюю до оптимального значения.

Массу ВГТУ нельзя оценивать по удельному показателю мощно­ сти, так как с увеличением температуры мощность увеличивается,

Таблица 46

Таким образом, массу любой ВГТУ можно приближенно оцени­

диаметра. А так как наружный диаметр с ростом начальной темпе­ ратуры газа при неизменной мощности уменьшается, то масса ма­ шины будет также уменьшаться. Таким образом, с увеличением начальной температуры газа габарит и масса газотурбинной уста­ новки при неизменной мощности уменьшаются.

§ 81. Экономичность судовых высокотемпературных газотурбинных установок

Экономичность судовой энергетической уста­ новки является одним из важных факторов при оценке ее эффектив­ ности. Чем выше экономичность установки, тем больше дальность плавания, меньше заправок, меньше расход топлива на данном отрезке пути и, следовательно, выше рентабельность перевозок.

Дальность плавания любого водоизмещающего судна можно определить по известной зависимости

В — запас топлива на судне; В"— количество топлива для вспомогательной уста­

новки; т] — адмиралтейский коэффициент;

Ье — удельный расход топлива; D — водоизмещение судна; v—скорость судна.

Для определенного класса судов можно принять скорость, водо­ измещение, запас топлива и адмиралтейский коэффициент постоян­ ными. Тогда дальность плавания судна будет являться функцией только одной величины — удельного расхода топлива, который для ВГТУ зависит от начальной температуры газа и различных систем охлаждения. Поскольку для судовых энергетических установок главным режимом работы является режим, близкий к номинальному, то в большей степени требованиям по экономичности могут удовле­ творять простейшие схемы ВГТУ, так как минимальный удельный расход топлива в них соответствует режиму полного хода.

Ье,кг/(кб7 ч) 0,60

0,55

0,50

0,45

0,40

0.J5

0,50

0,25

В качестве примера можно привести зависимости удельных рас­ ходов топлива от относительной мощности ГТУ FT-4A и LM-2500 (рис. 145). Из рисунка видно, что минимальные удельные расходы топлива соответствуют режиму полной мощности. На режимах малых ходов удельные расходы велики.

При выборе судовой ГТУ всегда нужно учитывать время ее ра­ боты и на режимах малых мощностей. Удельный расход топлива на полных мощностях сильно зависит от начальной температуры газа (табл. 47), так как находится в прямой пропорциональной за­ висимости от к. п. д. установки. Как видно из табл. 47, в которой приведены характеристики экономичности некоторых иностранных ГТУ, удельный расход топлива при повышении начальной темпера­