Легенда схемы газотурбинной установки. Системно-иерархическая структура газотурбинной установки. Алгоритм расчета системы уравнений

Содержание

1.  Схема газотурбинной установки

2.  Легенда схемы газотурбинной установки

3.  Работа газотурбинной установки

4.  Системно-иерархическая структура газотурбинной установки

5.  Система «входы - выходы»

6.  Шесть принципов системного подхода

7.  Граф газотурбинной установки

8.  Матрицы графа

9.  Анализ функциональных связей элементов системы

10.Оценка объема математической модели

11.Система балансовых уравнений для трех элементов установки

12.Уравнения энергетического и материального балансов для остальных элементов установки

13.Система расчетных уравнений

14.Анализ системы уравнений

15.Алгоритм расчета системы уравнений

1.  Схема газотурбинной установки

2. Легенда схемы газотурбинной установки

I – компрессор (К);

II – камера сгорания (КС);

III – турбина компрессора (ТК);

IV – силовая турбина (СТ);

V – редуктор (Р);

VI – винт (В);

VII – утилизационный котел (УК);
VIII – экономайзер (Э);
XIV – деаэратор (Д);

X – питательный насос (ПН);

XI – паровая турбина (ПТ);

XII – конденсатор (Кр);
XIII – конденсатный насос (КН);
XiV – насос забортной воды (НЗВ).

3. Работа установки

  Основным блоком в данной установке является газотурбинный двигатель, который вырабатывает механическую энергию для вращения винта, что приводит в движение судно.

  Воздух из машинного отделения поступает на компрессор (I), предназначенный для повышения давления воздуха и перемещения его за счет подведенной извне механической энергии. Затем воздух подается в камеру сгорания (II), куда подводится жидкое топливо. Полученные газы поступают на лопатки турбины компрессора (III), которая преобразует потенциальную энергию газа в механическую энергию вращения вала, ведущего к компрессору. Затем газ поступает на силовую турбину (IV), которая, в свою очередь, создает механическую энергию, которая через редуктор (V) поступает на винт (VI).

  Далее газы поступают в утилизационный котел (VII), где они охлаждаются. Пройдя через экономайзер (VIII) – подогреватель питательной воды – отработавший газ отдает часть тепла воде и пару и выходит в атмосферу.

  Закачанная в экономайзер (VIII) вода подогревается и поступает в деаэратор (IX), где вода очищается от воздуха. Затем она подается на питательный насос (X), с помощью которого вода подводится к утилизационному котлу (VII), откуда она, нагревшись и превратившись в пар, поступает на паровую турбину (XI), которая вырабатывает мощность для вращения винта (VI) через редуктор (V).

  После паровой турбины (XI) пар поступает на конденсатор (XII), где он охлаждается и конденсируется за счет отдачи тепла забортной воде, перекачиваемой насосом (XIV). Конденсат подается насосом (XIII) в деаэратор (IX). Цикл повторяется вновь.

4. Структурно-иерархическая схема газотурбинной установки

ГТД – блок газотурбинного двигателя;

ПТ – блок паровой турбины;

УК – блок утилизационного котла

5. Система «Входы-выходы»

6. Принципы системного подхода

1.  В схеме данной ГПТУ основной или глобальной целью является получение механической энергии для движения судна. Если в параметрах происходят какие-либо изменения, то это влияет на всю систему и на ее работу. Возникающие изменения обязательно должны быть устранены во избежание аварийных ситуаций.

2.  Данная ГПТУ приходит в действие только при полном наличии элементов системы, то есть, если отсутствует хотя бы один элемент, ГПТУ не эффективна или выходит из строя. Например, если нет в наличии камеры сгорания, не будут выделяться за счет горения газы, необходимые для вращения лопаток турбины, которая вырабатывает механическую энергию для движения винта, следовательно, газотурбинный двигатель не будет работать, следовательно, и вся система будет бездейственна.

3.  Схема данной ГПТУ построена на принципе связности, т.е. без наличия одного из блоков установка не будет полноценно вырабатывать механическую энергию. Например, блок утилизационного котла. Он не сможет выполнять своей функции, т.е. подогрев питательной воды, без связи с питательным насосом, через который прокачивается вода. Если не будет связи с блоком газотурбинного двигателя, к блоку утилизационного котла не будут подводиться газы, получившиеся при сгорании топлива и за счет тепла которых вода нагревается.

4.  С помощью принципа модульного построения в Схеме ГПТУ можно выделить основные блоки при применении системы «входы выходы», что упрощает задачу при работе со схемой.

5.  Принцип иерархии заключается в том, что элементы установки можно разбить на уровни по степеням важности. Например, блок паровой турбины: паровая турбина и конденсатор относятся к одному уровню, так как выполняют основную функцию, а конденсатный насос находится на уровень ниже, как второстепенный элемент.

6.  Функция питательного насоса – подача питательной воды из деаэратора в утилизационный котел. Насос работает за счет электрической энергии, вырабатываемой электрогенератором. Такую же функцию насос может осуществлять и за счет механической энергии, вырабатываемой, например, турбиной. Иначе говоря, независимо от того, за счет какой энергии будет работать насос, главным остается то, чтобы он качал питательную воду. В этом и заключается преобладание функции над системой.