Журнал прикладного машиностроения

Абстрактный

Повышение эффективности работы газовых турбин при нерасчетных режимах работы путем регулирования углов установки лопаток турбины и компрессора

Шобейри МТ

Газовые турбины в целом и авиационные двигатели в частности часто подвергаются динамическим операциям. Эти операции включают в себя рутинный запуск, изменение нагрузки и остановку для покрытия их рабочего диапазона. Частота динамической работы зависит от размера двигателей и области применения. Двигатели для местных самолетов и, в частности, вертолетные двигатели чаще работают в нештатном режиме по сравнению с большими коммерческими авиационными двигателями и газовыми турбинами для выработки электроэнергии. Во время этих рутинных операций изменяются массовый расход компрессора, степень повышения давления, массовый расход топлива и воздуха в камере сгорания, а также массовый расход турбины. Эти изменения влияют на аэродинамические характеристики двигателя и его эффективность. Чтобы избежать возникновения вращающегося срыва и помпажа, высокопроизводительные газовые турбины оснащены механизмами, которые регулируют углы смещения статора, тем самым выравнивая угол выходного потока статора с углом входа ротора, что снижает чрезмерный наклон. Уменьшение угла наклона не только сохраняет стабильную работу компрессора, но и предотвращает ухудшение эффективности компрессора. Наличие присущего положительного градиента давления может привести к отрыву пограничного слоя на лопатках компрессора, что приводит к вращающемуся срыву и помпажу. Однако такое условие не существует в турбине, и поэтому не было никаких веских причин применять метод регулировки лопаток к компоненту турбины. Впервые в этой статье показано влияние регулировки угла наклона лопаток турбины на эффективность газовой турбины во время работы. Учитывая статистически распределенное состояние нагрузки, обширное динамическое моделирование, представленное в этой статье, показывает, как эффективность может быть положительно затронута посредством правильной регулировки лопаток. Для работы, зависящей от времени, код GETRAN, разработанный автором, был улучшен, чтобы включить регулировку лопаток турбины как функцию времени. Для проведения динамического моделирования с регулировкой угла наклона статора турбины во время динамической работы использовалась полная геометрия газовой турбины Brown Boveri GT-9. Начиная с опорного угла наклона, он изменяется в диапазоне ± 3 градуса. Подробные результаты моделирования показывают существенное повышение эффективности за счет регулировки лопаток статора.