2 / 10
Экспериментальное исследование влияния впрыска воды…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 5
123
Это бывает необходимо для поддержания номинальной мощности при высоких
температурах окружающей среды, для компенсации пиковых нагрузок.
Одним из возможных способов форсирования ГТУ является впрыск воды в
проточную часть двигателя [2–4]. Известны энергетические установки с впрыском
воды на входе и между каскадами компрессора, где с его помощью осуществляется
испарительное охлаждение рабочего тела [5]. Уменьшение температуры воздуха
перед компрессором или между его каскадами снижает мощность, необходимую
для его привода, что увеличивает полезную мощность всей установки.
В случае микроГТУ осуществлять испарительное охлаждение рабочего тела за-
труднительно ввиду конструктивных особенностей. Газотурбинные установки ма-
лой мощности, как правило, выполняются по одновальной схеме и включают в
себя одноступенчатый центробежный компрессор, кольцевую или индивидуаль-
ную камеру сгорания и одноступенчатую осевую или центростремительную тур-
бину. Полезная нагрузка — электрогенератор — находится на одном валу с ком-
прессором. Испарительное охлаждение воздуха на входе в компрессор микроГТУ
возможно, однако требует протяженной проточной части входного устройства
для обеспечения полного испарения впрыскиваемой воды перед рабочим колесом
компрессора. Это увеличивает размеры и массу всей установки, что нивелирует
одно из ключевых достоинств микроГТУ.
Альтернативой впрыску воды на входе в ГТУ является впрыск воды за ком-
прессором — перед камерой сгорания. В этом случае впрыскиваемая вода, испа-
ряясь, играет роль добавочного рабочего тела — пара. Увеличение массового
расхода и изменение теплофизических свойств рабочего тела, проходящего че-
рез турбину, увеличивают мощность газотурбинной установки.
Объект исследования.
В Калужском опытном бюро моторостроения создан
экспериментальный стенд по исследованию влияния впрыска воды на парамет-
ры микроГТУ. Цель испытаний — определение характеристик двигателя, соот-
ветствия его мощностных и энергетических параметров расчетным.
Объектом исследования являлся серийный двигатель 9И56 одновальной
конструкции, включающий в себя одноступенчатый центробежный компрессор,
индивидуальную выносную камеру сгорания с тангенциальным расположением
жаровой трубы, одноступенчатую осевую турбину. Полезная нагрузка — элек-
трогенератор (устанавливается через понижающий редуктор).
Номинальные параметры двигателя без впрыска воды приведены в табл. 1.
Таблица 1
Номинальные параметры газотурбинного двигателя 9И56
Параметр
Обозначение
Размерность
Значение
Номинальная мощность
e
N
кВт
100
Расход воздуха
возд
G
кг/с
1,5
Степень повышения давления
в компрессоре
*
к
–
3,3