Газотурбинные установки ОАО ГАЗПРОМ

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

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.