Особенности регулирования газотурбинной установки

автоматический регулирование тепловой двигатель

Основные выводы и соотношения, приведенные выше, справедливы и для ГТУ. Однако необходимо учитывать и некоторые особенности работы и характеристик последних. К валу турбины одновальной ГТУ приложены момент сопротивления компрессора Мк и нагрузки Мс. Уравнение движения одновальной ГТУ можно написать в форме

,

где МТ=f(х, nд) – крутящий момент турбины; J – момент инерции вращающихся масс, связанных с валом турбины.

Если принять давление и температуру наружного воздуха постоянными, то Мк зависит только от угловой скорости и изменяется приблизительно пропорционально второй степени последней (рис. 3.17).

Если в трубопроводе, по которому подводится топливо к регулирующему органу (топливному клапану), давление поддерживается постоянным независимо от угловой скорости вала турбины, например, при наличии регулятора давления, то крутящий момент турбины при различных положениях регулирующего органа падает по мере увеличения угловой скорости (линии АВ, А1В1 .). Если же при увеличении угловой скорости турбины пропорционально или более интенсивно растет давление топлива, то крутящий момент также возрастает (линии АС, А1С1 .). Такие характеристики получаются, например, когда топливо поступает к топливному клапану от насоса, приводимого турбиной без промежуточного регулятора давления.

При холостом ходе (Мс =0) в первом случае возможность устойчивой работы ГТУ обеспечивается благодаря взаимному расположению характеристик С2Е2 и А3В3. Если момент турбины растет с увеличением угловой скорости, например по линии С2Е2, режим работы ГТУ может оказаться статически неустойчивым. При нагрузке в первом случае статическая устойчивость возможна даже при относительно неблагоприятной характеристике момента нагрузки, например, при М = сопst. Когда момент турбины растет при увеличении скорости, возможность устойчивой работы, в особенности при малых угловых скоростях, существенно зависит от наклона характеристики момента нагрузки и не всегда обеспечивается. Поэтому при характеристиках турбины вида СЕ, С1Е1, . автоматическое регулирование, как правило, применяется. При постоянном давлении топлива ГТУ может работать без регулятора. Однако нередко регуляторы используют и в этом случае для лучшей стабилизации скорости.

В ГТУ со свободной тяговой турбиной к валу компрессорной турбины приложен только момент сопротивления компрессора и условия устойчивой работы последнего зависят от характеристик турбины и компрессора.

Как правило, для турбокомпрессора предусматривается автоматическое регулирование угловой скорости. Режим тяговой турбины определяется характеристиками турбины, близкими по форме к линиям АВ, А1В1, ., и характеристикам момента нагрузки. Если момент нагрузки растет при увеличении угловой скорости, в регуляторе нет необходимости.

В системы автоматического регулирования ГТУ часто включают узлы ограничения максимальной температуры газов перед турбиной и мощности при низких, температурах наружного воздуха. Кроме того, для ГТУ требуется более точное, чем для дизеля, программное регулирование мощности в зависимости от угловой скорости для предотвращения опасности помпажных колебаний и т. п.

Если в процессе регулирования подача топлива увеличивается быстрее, чем угловая скорость компрессора, то температура газов перед турбиной может превысить допустимую. Поэтому в систему регулирования вводятся устройства, замедляющие перемещение регулирующего органа.

В системах автоматического регулирования газотурбовозов с электропередачей предусматривают, как правило, объединенное регулирование ГТУ и генератора. Регуляторы применяют многорежимные с дистанционным управлением от рукоятки контроллера машиниста. Число положений контроллера выбирается значительно больше, чем на тепловозах (20—30), так как резкое изменение режима работы ГТУ опасно. В ряде газотурбовозов при перемещении рукоятки контроллера одновременно с изменением настройки регулятора на более высокую угловую скорость увеличивается посредством второго дистанционного привода управления наибольшая подача топлива, поддерживаемая регулятором путем изменения возбуждения генератора. Для устранения опасности резкого увеличения подачи топлива при быстром перемещении рукоятки сразу на несколько положений, в контроллер вводят блокировки, препятствующие повороту сразу на несколько положений, или устройства, замедляющие поворот рукоятки.