РАСХОД ТОПЛИВА ПРИ НЕРАСЧЕТНЫХ НАГРУЗКАХ И ЧАСТОТАХ ВРАЩЕНИЯ ЛОКОМОТИВНЫХ ГТД
Расходная характеристика ГТУ представляет собой практический интерес, так как ГТУ очень чувствительна к изменениям нагрузки. Кроме того, существенное влияние на расход топлива при данной нагрузке оказывает частота вращения компрессорного вала вследствие резкого изменения мощности, затрачиваемой на сжатие воздуха с изменением частоты вращения компрессора. Актуальность получения расходной характеристики локомотивной ГТУ аналитическим путем вытекает из работы ее преимущественно при нерасчетных нагрузках и соответственно частотах вращения.
Рассмотрим предварительно известную зависимость для построения прямолинейной расходной характеристики паровой турбины с противодавлением и метод ее применения по аналогии для газовой турбины локомотива, рассматривая последнюю как самостоятельный элемент газотурбинной установки (рис. 45). Здесь величина х(ВГ) представляет условный расход топлива холостого хода турбины в долях от расчетного расхода (АБ), или так называемый коэффициент условного расхода холостого хода турбины. Для выбора величины х при условиях регулирования мощности паровой турбины с противодавлением при постоянных сечениях для пропуска газа используется график (рис. 46) зависимости величины х от расчетного отношения конечного давления в турбине к начальному [7, с. 152]. Необходимо отметить, что значения х для газовых турбин, согласно графику на рис. 46, приводят часто к значительным расхождениям с опытными данными. Надо полагать, что в будущем по мере накопления достаточного количества опытных данных по работе ГТУ будут созданы специальные графики значений условных коэффициентов х для газовых турбин с учетом параметров ГТУ, особенно заметно отличающихся от таковых для паровых турбин с противодавлением, особенностей схем ГТУ, а также применяемых методов автономного регулирования расхода воздуха при холостом ходе.
Рис. 45. Расходная характеристика ГТУ
Рис. 46. Зависимость коэффициента х от отношения давлений р4/р3
Уравнение (156) здесь выражает удельный расход топлива для нерасчетных значений нагрузки и соответственно частоты вращения, характерных для локомотивного ГТД.
Для локомотивного ГТД устанавливается определенная зависимость между мощностью, воспринимаемой передачей, и частотой вращения турбомашин, обусловленная программой регулирования двигателя. В связи с этим рассматриваются расходные характеристики, выражающие расход топлива в единицу времени от мощности двигателя при заданной для нее частоте вращения. Они выражаются обычно линейно. При этом по аналогии с уравнением (144а) для тепловозного дизеля зависимость удельных расходов топлива запишется в виде
вытекающей из построений (см. рис. 48).
При этом следует иметь в виду, что здесь xi — установленный коэффициент действительного расхода холостого хода для паровой турбины с противодавлением по Ренфорду
(159)
где р4/р3 — отношение давлений в турбине.
При частоте вращения п>3000 об/мин второе слагаемое уравнения (159) умножается на п/3000. Величины приведены на рис. 49.
Следует отметить, что большой практический интерес применительно к ГТД локомотива, где относительная продолжительность холостого хода значительна, представляет задача по определению действительного расхода топлива при холостом ходе непосредственно применительно к газотурбинной установке. Заслуживают, в связи с этим большое внимание результаты решения данной задачи [30]. Последняя решена аналитическим путем применительно к ГТУ методом термодинамического анализа и полученные результаты обоснованы для практического применения на основании соответствия полученных результатов опытным данным испытаний локомотивных ГТУ (табл. 21).
Согласно [30] выражение для коэффициента действительного расхода при холостом ходе представлено в виде
(160)
Рис. 50. Вспомогательная прямолинейная расходная характеристика применительно к ГТУ
По абсолютным величинам
Так как результаты для хгту, согласно выражению (162), совпадают с опытными данными, приведенными в табл. 21 действительных расходов топлива при холостом ходе, то получаемые на основании исходных данных значения Хгту, как намечалось по условиям метода решения задачи, определяют действительный расход топлива при холостом ходе. Подтверждается, что величина Хгту, согласно (160), также является вспомогательной для построения прямолинейной расходной характеристики ГТУ. Как указывалось, следует иметь в виду, что величина Хгту соответствует расчетной частоте вращения при холостом ходе nх.х.
Что касается использования уравнения (158) для определения коэффициента действительного расхода топлива при холостом ходе, то следует обратить внимание на следующее.
Как следует из данных табл. 21, для рассмотренных двух локомотивных газотурбинных установок наблюдается близкое совпадение коэффициентов условных расходов топлива холостого хода турбины х и действительных хi. Это объясняется повышенным значением хi
Таким образом, уравнение (160) [301 служит для определения коэффициента действительного расхода топлива холостого хода Хгту локомотивной ГТУ при п const и построения прямолинейной расходной характеристики. При этом для расчетов находят применительно к этой величине Хгту 130] надлежащее применение известные вспомогательные выражения (152), (153), (157).