Общее устройство ГТУ
Машины, преобразующие какой-либо вид энергия в механическую работу, называются двигателями. Машины, преобразующие теплоту в механическую работу, называются тепловыми двигателями.
Способы превращения теплоты в механическую работу разнообразны. Наиболее распространены следующие типы тепловых двигателей:
1) паровые машины; 2) паровые турбины; 3) двигатели внутреннего сгорания; 4) газовые турбины; 5) реактивные двигатели (турбореактивные и ракетные).
В настоящее время газовые турбины находят все большее применение в народном хозяйстве. Области применения газотурбинных установок (ГТУ) определяются их сравнительными свойствами по отношению к другим типам первичных двигателей.
По сравнению с паротурбинными установками ГТУ обладают: малой массой и малыми габаритами на единицу мощности; быстрым запуском; малой потребностью в охлаждающей воде; простотой автоматического управления ТУ; меньшей потребностью в обслуживающем персонале.
Экономичность и единичная мощность ГТУ при освоенных в настоящее время температурах газа в простых схемных решениях уступают экономичности и единичной мощности паротурбинных установок. Газотурбинные установки более требовательны к применяемым сортам топлива. Так, проблема использования твердого топлива в ГТУ находится в стадии разработки, а применение тяжелых мазутов связано с удорожанием эксплуатации установок.
Газовой турбиной называется тепловой двигатель ротационного типа, в котором рабочим телом являются продукты сгорания топлива в смеси с воздухом, а также нагретые до высокой температуры воздух либо другие газообразные вещества, обладающие определенными физическими свойствами.
Стационарные газовые турбины классифицируются по следующим показателям.
I. По назначению стационарные различают на:
1) энергетические - стационарные ГТУ, предназначенные для привода электрического генератора;
2) приводные - стационарные ГТУ, предназначенные для привода насоса или компрессора. Приводные ГТУ широко используются для привода компрессоров на газоперекачивающих станциях; утилизационные - стационарные ГТУ, рабочим телом которых служат обладающие энергией газообразные продукты от хода производства; технологические - стационарные ГТУ, включенные в технологический цикл производства, например для привода воздуходувок в доменном производстве и на нефтеперегонных заводах; атомные, в которых используется в качестве источника нагрева рабочего тела реактор с газовым охлаждением.
II. По степени сложности тепловой схемы цикла ГТУ подразделяют на:
1) стационарные простого цикла, термодинамический цикл которых состоит только из следующих друг за другом процессов сжатия, нагрева и расширения рабочего тела (на рис. 15.1);
2) стационарные сложного цикла, термодинамический цикл которых включает промежуточное охлаждение при сжатии работы при его расширении;
3) стационарные регенеративного цикла в которых часть процесса нагрева рабочего тела после сжатия осуществляется теплотой выхлопных газов.
III. По степени изоляции рабочего тела от окружающей среды ГТУ различают на:
1) стационарные открытого цикла, в которых воздух поступает из атмосферы и выхлопные газы отводятся в атмосферу;
2) стационарные замкнутого цикла, в которых рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру и изолировано от окружающей среды. В замкнутых ГТУ в качестве рабочего тела можно использовать любой газ (гелий, водород, аргон, воздух и т.д.).
Схема замкнутой ГТУ, работающей на воздухе, представлена на рис. 15.2. Воздух сжимается в компрессоре низкого давления КНД, охлаждается в промежуточном охладителе О, сжимается в компрессоре высокого давления КВД, подогревается в регенераторе Р и в специальном нагревателе H поверхностного типа. Таким нагревателем может служить, например, теплообменник с топкой, аналогичной топке котла, или ядерный реактор. Нагреватель с топкой часто называют воздушным котлом. Сжатый горячий воздух поступает в турбину Т, а оттуда в регенератор Р и охладитель ПО, в котором происходит дополнительное снижение температуры воздуха перед компрессором. Этот охладитель выполняет роль нижнего источника теплоты и должен быть весьма больших размеров. Одна из перспективных областей применения замкнутых ГТУ - атомные электростанции;
3) стационарные полузамкнутого цикла. Это ГТУ, разомкнутая часть схемы которой служит для подвода воздуха из атмосферы в замкнутую часть и отвода из нее избыточного рабочего тела.
IV. По количеству валов ГТУ классифицируют так: n-вальная стационарная ГТУ, частота вращения каждого n-го вала которой независима от частоты вращения других валов. Если n > 1 и указания количества валов не требуется, используется термин "многовальная ГТУ"; в других случаях - "одно-" или "двухвальная".
V. По принципу действия газовые турбины различают:
1) со сгоранием при постоянном давлении (р = const);
2) со сгоранием при постоянном объеме. (v = const);
3) пульсирующие.
Газовыми турбинами с постоянным объемом сгорания называются турбины, снабженные такими камерами, в которых процесс сгорания происходит в замкнутом объеме.
В турбинах при v = const от 1 кг газа получается большая работа и несколько лучшая экономичность термодинамического цикла по сравнению с турбинами при р = const. Несмотря на это турбины при v = const до сих пор не нашли применения, в основном по следующим причинам:
1) наличие клапанов усложняет конструкцию камеры сгорания и делает ее менее надежной, так как выхлопной клапан работает в тяжелых условиях обтекания газами с высокой температурой;
2) из-за увеличения гидравлических потерь, так как, во-первых, газ дросселируется при течении через клапаны и, во-вторых, в самой турбине, работающей при переменном давлении в камере, потери возрастают, потому что лишь в какой-то определенный момент на протяжении цикла получается так называемый расчетный режим. Во всех остальных случаях обтекание лопаточной решетки будет сопровождаться увеличенными потерями;
3) вследствие увеличения опасности появления вибрации лопаток турбины из-за пульсации потока, которая может явиться дополнительным возбудителем колебаний лопаток.
Принципиальная схема простой газотурбинной установки показана на рис. 1.1. Компрессор 1 засасывает воздух из атмосферы, сжимает его до определенного давления и подает в камеру сгорания 2. Сюда же непрерывно поступает жидкое или газообразное топливо. Сгорание топлива при такой схеме происходит непрерывно, при постоянном давлении, поэтому такие ГТУ называются газотурбинными установками непрерывного сгорания или ГТУ со сгоранием при постоянном давлении.
- Название: ГТУ
- Авторы: ------
- Издательство: -------
- Год: 2004
- Страниц: 175
- Формат: *.pdf
- Размер: 6 Мб
- Качество: Отличное
- Серия или Выпуск: -----
СКАЧАТЬ
Приобететение доступа к файлам
Новость отредактировал: admin - 16-10-2019, 16:20
Причина: По просьбе трудящихся убран платный архив
ВНИМАНИЕ: Данная информация получена путем сканирования, цифровой обработки физических носителей или обмена с неравнодушными пользователями. Она не имеет отметок грифа секретности и тайны, если вы считаете, что эта информация нарушает Ваши авторские или другие права. Незамедлительно сообщите администратору для удаления ее из портала.