Баланс мощности газотурбонагнетателя и его условия работы

Условие баланса мощности газотурбонагнетателя

Если газовая турбина находится на одном валу с компрессором, то, очевидно, что мощность, развиваемая турбиной, равна мощности, потребляемой компрессором: NT = NK. Предположим, что при этом газотубонагнетатель полностью обеспечивает воздухоснабжение двигателя. Расход воздуха через двигатель определится равенством:

G_k = (g_e N_e α L’ _o φ_a) / 3600 ^кг/_сек , (№1)

Адиабатная работа сжатия и вытеснения в компрессоре равна:

L_k = K (K-1) ^-1 R_в T_o [(P_k / P_o) ^{(K-1) / К} — 1] ^кгм/_кг (№2)

где k = 1,4 — показатель адиабаты сжатия воздуха;

R_в = 29,27 ^кгм/_кг^о_С — газовая постоянная воздуха.

Величина работы Lк определяется площадью диаграммы 3-4-5-6 на рис. №1. С учетом потерь энергии в компрессоре мощность, необходимая для его привода, может быть найдена по формуле:

Nк = Gк Lк / (102 η_ад η_мк) кВт., (№3)

где η_ад — адиабатный КПД компрессора (учитывающий внутренние потери);
η_мк — механический КПД компрессора.

Массовый расход газа через турбину Gг больше расхода воздуха через компрессор на величину Gт расхода топлива в двигателе:

Gг = Gк + Gт = Gк + ge Ne / 3600 ^кг/_сек . (№4)

Адиабатная работа расширения газа в турбине оценится как:

L_т = (K₁ / (K₁ — 1)) R_гT_т [ 1- (P_г / P_т) ^(К1 ^-1) / ^К1] кгм/кг (№5)

где K₁ ≈ 1,35 — средний показателиь адиабаты расширения газов:
R_г ≈ 29,2 — газовая постоянная выпускных газов, кгм/кг⁰С;
Т_т — температура газов перед турбиной, ⁰К;
Р_т, Р_г — давление газов перед и после турбины, кг/см².

Величина работы расширения газов в турбине определяется площадью 1-e-f-2 рис. №1. С учетом внутренних и внешних потерь в турбине ее располагаемая мощность равна:

N_т = (( G L_т η_it η_мт) / 120)К_е кВт. , (№6)

где η_it и η_мт — внутренний и механический кпд турбины;
К_е — коэффициент импульсности.

Для полного обеспечения двигателя воздухом должно выполняться равенство:

G_k L_k / ( 120 η_ag η_mk ) = ((G_т L_т η_it η_мт) / K_e, (№7)

Мощность, потребная для привода компрессора, должна быть равна располагаемой мощности газовой турбины. В том случае, когда мощность газовой турбины недостаточна для обеспечения потребностей компрессора, то имеет место “небаланс мощностей”. Недостающую мощность необходимо восполнять от какого-то постороннего источника.

Газотурбонагнетатель судового дизельного двигателя

Если же Lk < L_т, то баланс достигается за счет увеличения производительности компрессора, понижения температуры газов перед турбиной с увеличением противодавления после турбины. Такой газотурбонагнетатель имеет резерв для дальнейшей форсировки двигателя.