Реферат основы инженерной деятельности наименование дисциплины Принципиальная схема газотурбинной установки
 Скачать 0.63 Mb.
|
|
РЕФЕРАТ Основы инженерной деятельности наименование дисциплины «Принципиальная схема газотурбинной установки» тема (вариант) Преподаватель подпись, дата инициалы, фамилия Студент номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия Содержание Введение……………………………………………………………………...........3 1. Газотурбинная установка………………………………………………………5 1.2 Принцип действия ГТУ…………………………………………………….....5 1.3 Устройство ГТУ и компрессора……………………………………………..7 2. Роторы газовых турбин и компрессоров ГТУ………………………………11 3. Камеры сгорания газовых турбин ГТУ……………………………………...16 4. Охлаждение ГТУ……………………………………………………………...17 5. Система масложнабжения ГТУ………………………………………………19 6. Топливо для газотурбинной установки……………………………………...21 7. Преимущество газотурбинных электростанций…………………………….21 Вывод……………………………………………………………………………..22 Список литературы………………………………………………………………23 Введение Принцип действия ГТУ был известен уже в XVIII в., а первый газотурбинный двигатель был построен в России инженером П. Д. Кузьминским в 1897-1900 гг. и тогда же прошел предварительные испытания. Полезная мощность от ГТУ была впервые получена в 1906 г. на установке французских инженеров Арменго и'Лемаля. На первых этапах развития. ГТУ в них для сжигания топлива применяли два типа камер сгорания. В камеру сгорания первого типа топливо и окислитель (воздух) подавались непрерывно, их горение также поддерживалось непрерывно, а давление не изме нялось. В камеру сгорания, второго типа топливо и окислитель (воздух) подавались порциями. Смесь поджигалась и сгорала в замкнутом объеме, а затем продукты сгорания поступали в тур бину. В такой камере сгорания температура и давление не посто янны: они резко увеличиваются в момент сгорания топлива. Со временем выявились несомненные преимущества камер сго рания первого типа. Поэтому в современных ГТУ топливо в большинстве случаев сжигают при постоянном давлении в камере сгорания. Первые ГТУ имели низкий кпд, так как газовые турбины и компрессоры были несовершенны. По мере совершенствования этих агрегатов увеличивался кпд газотурбинных установок и они становились конкурентоспособными по отношению к другим видам тепловых двигателей. В настоящее время газотурбинные установки являются основ ным видом двигателей, используемых в авиации, что обусловлено простотой их конструкции, способностью быстро набирать нагруз ку, большой мощностью при малой массе, возможностью полной автоматизации управления. Самолет с газотурбинным двигателем впервые совершил полет в 1941 г. В энергетике ГТУ работают в основном в то время, когда резко увеличивается потребление электроэнергии, т. е. во время пиков нагрузки. Хотя кпд ГТУ ниже кпд паротурбинных установок (при мощности 20—100 МВт кпд ГТУ достигает 20—30%), исполь зование их в пиковом режиме оказывается выгодным, так как пуск занимает гораздо меньше времени. В некоторых пиковых ГТУ в качестве источников газа для турбины, вращающей электрический генератор, применяют авиа ционные турбореактивные двигатели, отслужившие свой срок в авиации. Значительной экономии следует ожидать, от парогазовых установок (ПГУ), в которых совместно работают паротурбинные и газотурбинные установки. Они позволяют на несколько процен тов сократить расход топлива по сравнению с лучшими паротур бинными установками. Наряду с паротурбинными установками и двигателями внут реннего сгорания ГТУ применяют в качестве основных двигателей на передвижных электростанциях. В доменном производстве энергия уходящих газов используется в газовых турбинах, предназначенных для привода воздушных компрессоров, подающих воздух в рабочее пространство домен. В технологических процессах нефтеперегонных и химических производств горючие отходы используются в качестве топлива для газовых турбин. Кроме того, ГТУ служат приводом нагнетателей природного газа на магистральных газопроводах, резервных электрогенераторов пожарных насосов. Основное Направление, по которому развивается газотурбиностроение, это повышение экономичности ГТУ за счет, увеличения температуры и давления газа перед газовой турбиной. С этой Целью разрабатываются сложные системы охлаждения наиболее напряженных деталей турбин или применяются новые, высокопрочные материалы-жаропрочные на основе никеля, керамика и др. Газотурбинные установки обычно надежны и просты в эксплуа тации при условии строгого соблюдения установленных правил и режимов работы, отступление от которых может вызвать разру шение турбин, поломку компрессоров, взрывы в камерах сгорания и др. 1. Газотурбинная установка - это агрегат, состоящий из газотурбинного двигателя, редуктора, генератора и вспомогательных систем. Поток газа, образованный в результате сгорания топлива, воздействуя на лопатки турбины, создает крутящий момент и вращает ротор, который в свою очередь соединен с генератором. Генератор вырабатывает электроэнергию. В основу устройства газотурбинного агрегата положен принцип модульности: ГТУ состоят из отдельных блоков, включая блок автоматики. Модульная конструкция позволяет в кратчайшие сроки производить сервисное обслуживание и ремонт, наращивать мощность, а также экономить средства за счет того, что все работы могут производиться быстро на месте эксплуатации. На первых этапах развития газотурбинных установок (ГТУ) в них для сжигания топлива применяли два типа камер сгорания. В камеру сгорания первого типа топливо и окислитель (воздух) подавались непрерывно, их горение также поддерживалось непрерывно, а давление не изменялось. В камеру сгорания, второго типа топливо и окислитель (воздух) подавались порциями. Смесь поджигалась и сгорала в замкнутом объеме, а затем продукты сгорания поступали в турбину. В такой камере сгорания температура и давление не постоянны: они резко увеличиваются в момент сгорания топлива. Со временем выявились несомненные преимущества камер сгорания первого типа. Поэтому в современных ГТУ топливо в большинстве случаев сжигают при постоянном давлении в камере сгорания. 1.2 Принцип действия газотурбинных установок.  Рис.1.2.1 Схема ГТУ с одновальным ГТД простого цикла. В компрессор (1) газотурбинного силового агрегата подается чистый воздух. Под высоким давлением воздух из компрессора направляется в камеру сгорания (2), куда подается и основное топливо-газ. Смесь воспламеняется. При сгорании газовоздушной смеси образуется энергия в виде потока раскаленных газов. Этот поток с высокой скоростью устремляется на рабочее колесо турбины (3) и вращает его. Вращательная кинетическая энергия через вал турбины приводит в действие компрессор и электрический генератор (4). С клемм электрогенератора произведенное электричество, обычно через трансформатор, направляется в электросеть, к потребителям энергии. Газовые турбины описываются термодинамическим циклом Брайтона Цикл Брайтона/Джоуля - термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинного, турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей внутреннего сгорания, а также газотурбинных двигателей внешнего сгорания с замкнутым контуром газообразного (однофазного) рабочего тела.  Рис.1.2.2 P,V диаграмма цикла Брайтона. Идеальный цикл Брайтона состоит из процессов: 1-2 Изоэнтропическое сжатие. 2-3 Изобарический подвод теплоты. 3-4 Изоэнтропическое расширение. 4-1 Изобарический отвод теплоты. С учётом отличий реальных адиабатических процессов расширения и сжатия от изоэнтропических, строится реальный цикл Брайтона (1-2p-3-4p-1 на T-S диаграмме), как показано на рис.1.2.3.  Термический КПД идеального цикла Брайтона принято выражать формулой:  ,где П = p2 / p1 — степень повышения давления в процессе изоэнтропийного сжатия (1-2); k — показатель адиабаты (для воздуха равный 1,4). 1.3 Устройство ГТУ и компрессора.  Рис.1.3.1 Газотурбинная установка а) устройство; б) тепловая схема; 1-компрессор; 2-камера сгорания; 3-газовая турбина; 4, 8-опоры; 5,6-роторы турбины и компрессора; 7- рама;, 9-ротребитель мощности; 10-топливный насос. Газотурбинная установка состоит из трех основных элементов: газовой турбины, камер сгорания и воздушного компрессора. На рис. 1.3.1-а показана газотурбинная установка, компрессор 1, камеры сгорания 2 и газовая турбина 3 которой расположены в едином сборном корпусе. Роторы 5 и 6 компрессора и турбины жестко соединены друг с другом и опираются на три подшипника. Четырнадцать камер сгорания располагаются вокруг компрессора каждая в своем корпусе. Воздух поступает в компрессор через входной патрубок и уходит из газовой турбины через выхлопной патрубок. Корпус газотурбинной установки опирается на четыре опоры 4 и 8, которые расположены на единой раме 7.  б-тепловая схема Тепловая схема такой газотурбинной установки показана на рис. 1.3.1-б. В камеры сгорания топливным насосом подаются топливо и сжатый воздух после компрессора. Топливо перемешивается с воздухом, который служит окислителем, поджигается и сгорает. Чистые продукты сгорания также смешиваются с воздухом, чтобы температура газа, получившегося после смешения, не превышала заданного значения. Из камер сгорания газ поступает в газовую турбину, которая предназначена для преобразования его потенциальной энергии в механическую работу. Совершая работу, газ остывает и давление его уменьшается до атмосферного. Из газовой турбины газ выбрасывается в окружающую среду. Из атмосферы в компрессор поступает чистый воздух. В компрессоре его давление увеличивается и температура растет. На привод компрессора приходится отбирать значительную часть мощности турбины. Газотурбинные установки, работающие по такой схеме, называют установками открытого цикла. Большинство современных ГТУ работает по этой схеме. Кроме того, применяются замкнутые ГТУ (рис. 1.3.2). В замкнутых ГТУ также имеются компрессор 1 и турбина 2. Вместо камеры сгорания используется источник теплоты 4, в котором теплота передается рабочему телу без перемешивания с топливом. В качестве рабочего тела может применяться воздух, углекислый газ, пары ртути или другие газы.  Рис. 1.3.2 Схема замкнутой ГТУ: 1 - компрессор, 2 - турбина, 3 - электрический генератор, 4 - источник теплоты, 5 - регенератор, 6 – охладитель. Рабочее тело, давление которого повышено в компрессоре, в источнике теплоты 4 нагревается и поступает в турбину 2, в которой отдает свою энергию. После турбины газ поступает в промежуточный теплообменник 5 (регенератор), в котором он подогревает воздух, а затем охлаждается в охладителе 6, поступает в компрессор 1, и цикл повторяется. В качестве источника теплоты могут использоваться специальные котлы для нагрева рабочего тела энергией сжигаемого топлива или атомные реакторы. Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия газа преобразуется в механическую энергию.  Рис. 1.3.3 Простейшая турбина Продольный разрез простейшей газовой турбины показан на рис. 1.3.3. На вал насажен диск 2, в котором укреплены рабочие лопатки 4. Вал с диском и лопатками в сборе называют ротором. Ротор турбины расположен внутри корпуса 5 и опирается на подшипники скольжения 6. Газ поступает к ротору турбины через сопла, образованные сопловыми лопатками 3. Сопла предназначены для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую. Внутри сопла давление газа уменьшается, а его скорость увеличивается. Перегородки, разделяющие сопла, называют сопловыми лопатками, а все сопловые лопатки, расположенные на одной окружности, — сопловой решеткой. После сопловой решетки газ поступает к рабочим лопаткам. Промежутки между рабочими лопатками называют рабочими каналами, а все рабочие лопатки на диске — рабочей решеткой. Сопловую решетку и расположенную за ней по ходу газа рабочую решетку называют степенью. Рабочие лопатки изготовлены так, что каналы между ними имеют определенную форму. За счет изменения количества движения газа в рабочих каналах часть его энергии преобразуется в механическую, заставляя вращаться ротор. Ротор соединяется с потребителем механической энергии, которым на электрических станциях является электрический генератор, а на газоперекачивающих - нагнетатель газа. Поступает газ в турбину через входной патрубок 9, а уходит из нее отработавший газ через выхлопной патрубок 8. Корпус турбины состоит из входного и выхлопного патрубков и той части, где расположены сопловые и рабочие лопатки. Таким образом корпус отделяет газ повышенного давления от окружающей среды. Однако в местах выхода ротора из корпуса имеются зазоры, и чтобы предотвратить утечку газа, в корпусе устанавливают уплотнения 7. Корпус турбины внутри или снаружи обязательно покрывают теплоизоляцией. Компрессор служит для сжатия газа (воздуха) и повышения его энергии и температуры. При малых степенях сжатия в ГТУ в основном используют осевые компрессоры. Простейший одноступенчатый компрессор состоит из тех же элементов, что и простейшая турбина. Так же как и турбина, компрессор имеет ротор состоящий из вала 1, диска 2 и рабочих лопаток 4. На внутренней поверхности корпуса компрессора располагаются направляющие лопатки 3. Решетку направляющих лопаток и следующую за ней рабочую решетку называют ступенью компрессора. Воздух засасывается в компрессор через входной патрубок 9. Каналы между направляющими и рабочими лопатками имеют такую форму, что скорость воздуха в них уменьшается, а давление растет. Чтобы производилась работа сжатия воздуха, от турбины отбирается значительная часть мощности, необходимой для вращения ротора компрессора. Выхлопной патрубок 8 (диффузор) служит для вывода воздуха из компрессора. Давление воздуха за диффузором значительно выше, чем во входном патрубке, и является наибольшим давлением в ГТУ. Корпус компрессора состоит из входного патрубка, цилиндрической части, в которой расположены направляющие лопатки, и диффузора. Так же как в турбине, в местах выхода ротора из корпуса компрессора располагаются уплотнения 7. Турбины и компрессоры, имеющие одну ступень, называют одноступенчатыми. Турбины и компрессоры большой мощности с одной ступенью сконструировать обычно не удается. В этом случае на роторе приходится располагать несколько ступеней одну за другой. Такие турбины и компрессоры называют многоступенчатыми. 2. Роторы газовых турбин и компрессоров газотурбинных установок. Устройство роторов ГТУ: Роторы газовых турбин и компрессоров работают в сложных условиях: температура воздуха перед компрессором в зимнее время может снижаться до -50° С, а температура газа перед турбиной быть более 1000°С. При слишком низких температурах металлы становятся хрупкими и проявляется такое их свойство, как хладноломкость, а при высоких температурах в результате большой пластичности - ползучесть. В газотурбинных установках используют цельнокованые, сварные и сборные роторы. Роторы турбины и компрессора ГТУ могут выполняться как самостоятельные элементы или собираться в единый ротор. Цельнокованые роторы турбины и компрессора показаны на рис. 2. а-г. Ротор, показанный на рис.2. а, состоит из роторов турбины и компрессора, изготовленных из одной поковки. В настоящее время такие роторы в мощных ГТУ не применяют. Основной их недостаток состоит в том, что роторы турбины и компрессоры приходится изготавливать из одного металла.  Рис.2 Цельнокованые роторы а-из одной поковки (турбины и компрессора); б, в-барабанного и дискового типов (компрессора); г-турбины; 1,6-шейки ротора; 2,5-концевые уплотнения; 3-пазы (места установки лопаток компрессора); 4-диски турбины; 7- центральное сверление; 8-фланец; 9- расточка; 10- диски с лопатками компрессора; I,II- компрессорная и турбинная части. Это невыгодно, так как ротор турбины работает при высокой температуре и для него требуется металл высокого качества, а ротор компрессора может быть изготовлен из более дешевого металла. Однако на примере этого ротора удобно рассмотреть назначение основных его элементов. Ротор можно разделить на две части: компрессорную I и турбинную II. На концах ротора выполняются шейки 1 и 6, которыми он опирается на подшипники. За шейками располагаются места установки концевых уплотнений 2 и 5. В компрессорной части ротора протачиваются специальные пазы 3, в которых крепятся рабочие лопатки компрессора, а в турбинной - диски 4, на цилиндрической части которых также выполняются пазы, необходимые для крепления рабочих лопаток турбины. Вдоль оси ротора для контроля качества металла протачивается центральное отверстие 7. Через него обнаруживают язвы, трещины, пустоты, которые могут возникнуть при ковке заготовки ротора. Цельнокованые роторы барабанного типа (рис.2,б) применяют в компрессорах. Так как внутри ротора выполнена большая полость (расточка) 9, он получается относительно легким и жестким. На правом конце такого ротора имеется фланец 8, к которому может крепиться концевик с шейкой под подшипник и концевыми уплотнениями или ротор газовой турбины. Цельнокованые роторы дискового типа (рис.2,в) чаще всего используются в компрессорах. Рабочие лопатки компрессора располагаются в пазах, выполненных на цилиндрической части дисков 10. Если число ступеней в газовых турбинах невелико, в них также применяют цельнокованые роторы. На (рис.2,г) показан цельнокованый ротор двухступенчатой газовой турбины, который фланцем 8 крепится к ротору компрессора.  Рис.2.1 Сварной ротор компрессора 1 – шейка; 2 – концевик; 3 - концевые уплотнения; 4 - места установки лопаток; 5 – фланец; 6 – диски. Роторы компрессоров изготавливают также сварными (рис.2.1). Такие роторы состоят из нескольких сваренных, друг с другом дисков 6. К первому (левому) диску приварен концевик 2 с концевыми уплотнениями 3 и шейкой 1, последний (правый) диск имеет выступ, который заканчивается фланцем 5. Сварные роторы обладают большой прочностью и жесткостью. В газотурбинных установках часто используются сборные роторы турбин и компрессоров: с насадными дисками, а также из сплошных дисков и из дисков с центральными отверстиями, скрепляемых стяжками.  Рис.2.2 Ротор компрессора с насадными дисками 1 – диски; 2 – вал; 3 - концевые уплотнения; 4 – шейка. Роторы с насадными дисками (рис.2.2) в основном применяют в компрессорах. Диски 1 насаживают на вал 2 с натягом, для чего их предварительно нагревают, чтобы диаметр внутренней расточки увеличился. После остывания диски плотно охватывают вал. Роторы такой конструкции можно использовать при относительно небольших температурах.  Рис.2.3 Сборные роторы 1,7- концевики; 2,6- гайки; 3- диски; 4- стяжки; 5- пояски; 8- зубчиковые (хиртовые) соединения; 9- ступица; 10- отверстия в диске. Роторы турбины и компрессора, состоящие из отдельных дисков и концевиков без центрального отверстия, показаны на (рис.2.3,б). Диски имеют отверстия 10, расположенные вдали от оси вращения ротора. Через эти отверстия пропущены стяжки 4. С помощью гаек 2 и 6, которые навинчиваются на стяжки, диски и концевики плотно прижимаются друг к другу. Центровка дисков и концевиков обеспечивается окружными поясками 5 (рис.2.3,а) или специальным зубчиковым (хиртовым) соединением 8 (рис.2.3,б). Применяются также роторы с одной центральной стяжкой 4 (рис.2.3,в), которая должна быть большого диаметра, чтобы обеспечивать необходимое усилие натяга гайками. При этом в дисках приходится выполнять центральное отверстие, что снижает их механическую прочность. Чтобы избежать уменьшения прочности дисков, в центральной части их утолщают, создают ступицу 9. Рабочие лопатки:  Рис.2.4 Рабочая лопатка турбины
Рабочие лопатки (рис.2.4) крепятся на периферии дисков или цилиндрической поверхности ротора и состоят из пера 3 и хвостовика 2. Между соседними лопатками образуются каналы для прохода газа. Хвостовик необходим для крепления лопатки в диске. Полки 4 образуют дно каналов, ограниченных перьями соседних лопаток.  Рис.2.5 Хвостовик рабочей лопатки 1- зубцы; 2- тело; 3- перо лопатки; 4- полка; 5- выступы диска; 6- диск; 7- паз диска. Хвостовик лопатки, образующий зубчиковое соединение с диском, показан на рис.2.5. Зубцы 1 представляют собой опоры, на которые распределяется нагрузка от сил, возникающих при вращениях и стремящихся вырвать рабочую лопатку из диска 6. Зубцы опираются на выступы 5 диска. Рабочие лопатки располагаются по всей окружности периферии диска в пазах 7 на точно заданных друг от друга расстояниях (шагах). Если пазы 7 параллельны оси вращения ротора, такое расположение хвостовика называют осевой заводкой. Этот тип хвостовиков широко применяется для крепления рабочих лопаток газовых турбин. В роторах компрессоров чаще применяют косую заводку, при которой пазы расположены под углом к оси вращения ротора. Рабочие лопатки устанавливают на роторе («облопачивают ротор») до установки его в турбину. Кроме того, до установки в турбину обязательно проводят статическую и динамическую балансировку как необлопаченного, так и облопаченного ротора. При статической неуравновешенности центр тяжести ротора не совпадает с осью вращения, а при динамической совпадает, так как одинаковые небалансы расположены в разных плоскостях вдоль оси ротора. Статическую неуравновешенность можно обнаружить в поле сил тяжести. Если установить ротор на специальные опоры, он займет такое положение, при котором его центр тяжести окажется внизу. Динамическую неуравновешенность нельзя обнаружить, если ротор не вращается. В этом случае центр тяжести совпадает с осью вращения ротора, который в поле сил тяжести будет неподвижен. Однако если начать вращать ротор, то появятся силы, развиваемые не-балансами, которые создадут момент на плече. Под действием пары сил ротор начнет вибрировать. При балансировке добиваются, чтобы небаланс укладывался в установленные нормы. Балансировку проводят с помощью специальных приспособлений и станков. 3. Камеры сгорания газовых турбин ГТУ. В камерах сгорания внутренняя энергия топлива при сжигании преобразуется в потенциальную энергию рабочего тела. В современных ГТУ используется жидкое или газообразное топливо. Для сжигания топлива необходим окислитель, которым служит кислород воздуха. Воздух повышенного Давления поступает в камеру сгорания после компрессора. При сжигании топлива образуются газообразные продукты сгорания высокой температуры, которые перемешиваются с дополнительным количеством воздуха. Образующийся горячий газ (рабочее тело) направляется в газовую турбину.  Рис.3 Камера сгорания ГТУ: 1- подвод топлива; 2- регистр; 3- пламенная труба; 4- смеситель; 5- зона смешения; 6- зона горения; 7- корпус; 8- топливораздающее устройство (форсунка). Простейшая камера сгорания газотурбинной установки (рис.1) состоит из топливо-раздающего устройства 8, регистра первичного воздуха 2, пламенной трубы 3 и смесителя 4, которые размещаются в корпусе 7. Корпус нагружен давлением изнутри. Топливо-раздающее устройство (горелка или форсунка) 8 подает топливо в зону горения 6. Весь воздух, подаваемый в камеру сгорания, разделяется на два потока. Меньшая часть воздуха (первичный воздух) в количестве, необходимом для поддержания процесса горения, поступает через регистр 2 в зону горения. Большая часть воздуха (вторичный воздух) в процессе горения не участвует, а проходит между корпусом 7 и пламенной трубой 3, охлаждая ее. Затем, пройдя через смеситель 4, этот воздух перемешивается с продуктами сгорания в зоне смешения 5, охлаждая их до заданной температуры. Конструкция камеры сгорания газотурбинных установок зависит от назначения и схемы ГТУ, параметров ее цикла и вида топлива. Вместе с тем существует ряд признаков, по которым можно разделить камеры сгорания ГТУ на несколько типов. 4. Охлаждение газотурбинных установок. Система охлаждения газотурбинной установки (ГТУ). С ростом начальной температуры газов растет тепловая экономичность цикла ГТУ и уменьшается расход воздуха. Вместе с тем рост начальной температуры ограничен допускаемыми напряжениями в рабочих лопатках. В результате в ГТУ начальные температуры газа значительно ниже теоретически возможных, т.е. температур сжигания топлива с минимальным избытком воздуха, необходимым только для его окисления. Охлаждение наиболее горячих элементов газовых турбин позволяет снизить их температуру при достаточно высокой температуре газа. Однако применение охлаждения уменьшает полезную работу ГТУ, так как часть теплоты, отбираемая охлаждающей средой от газа, не может быть преобразована в механическую работу, В некоторых случаях, если используется теплота охлаждающей среды, возможно частичное уменьшение этих потерь. Снижение температуры элементов газовой турбины в результате охлаждения позволяет поднять термодинамический потенциал цикла ГТУ за счет увеличения начальной температуры рабочего газа. Охлаждение целесообразно применять в том случае, когда выигрыш в кпд от возможного повышения начальных параметров рабочего газа больше потерь, вызываемых охлаждением. Система охлаждения ГТУ должна удовлетворять следующим требованиям: температура металла охлаждаемых деталей должна быть такой, чтобы его прочностные свойства обеспечивали заданный ресурс работы; градиенты температур охлаждаемых деталей не должны превышать значений, при которых температурные напряжения достигают опасных значений или возникает возможность недопустимого коробления деталей; затраты энергии на охлаждение должны быть значительно ниже дополнительной полезной энергии, вырабатываемой ГТУ за счет увеличения начальной температуры рабочего тела. Кроме того, система охлаждения газотурбинной установки не должна чрезмерно усложнять конструкцию турбины и схему ГТУ и, как следствие, повышать ее стоимость, требовать вмешательства обслуживающего персонала при эксплуатации ГТУ и должна надежно работать при пусках, остановках и на переходных режимах. В качестве примера рассмотрим систему воздушного охлаждения мощной газовой турбины, работающей при температуре около 900°С (рис.4). Воздух для охлаждения отбирается после компрессора и за двенадцатой и девятой его ступенями. Для охлаждения деталей турбины, работающих при высоких температурах, воздух подводится четырьмя потоками: поток I — воздух из напорного патрубка компрессора вводится перед соплами, первой ступени, создавая заградительное охлаждение дна межлопаточного канала; поток II — воздух из напорного патрубка компрессора (дополнительно охлажденный до температуры 176°С) идет к переднему концевому уплотнению, а затем — к первому ряду направляющих лопаток, диску первой ступени со стороны входа газов, внутренним элементам ротора и частично — к гребням дисков второй и третьей ступеней; поток III — воздух после двенадцатой ступени компрессора идет к обоймам направляющих аппаратов и гребням дисков второй и третьей ступеней; поток IV — воздух после девятой ступени компрессора идет к заднему торцу диска третьей ступени и к концевому уплотнению на выходе газов. Такая система охлаждения обеспечивает работу установки в режиме, при котором температура металла ротора не превышает 315°С.  Рис.4 Схема системы охлаждения мощной газовой турбины. 5. Система маслоснабжения ГТУ. Система маслоснабжения ГТУ предназначена для подачи масла к подшипникам, в гидравлическую или электрогидравлическую систему регулирования и к трущимся поверхностям (зубчатым передачам, шарнирам и др.). Обычно применяют турбинное масло, имеющее температуру застывания -15°С. В северных районах используют специальные масла, температура застывания которых -45°С. Масла должным иметь определенную вязкость, кислотное число и зольность; водорастворимые кислоты и щелочи, механические примеси, вода и сера должны в них полностью отсутствовать. Чтобы не допустить излишне быстрого окисления масла, его температура после подшипников должна быть не более 70-75°С. Теплота, уносимая маслом, отводится из системы маслоснабжения маслоохладителями, через которые прокачивается охлаждающая вода. Расход масла зависит от количества выделяющейся теплоты в подшипниках и допустимой температуры нагрева.  Рис.5. Схема системы маслоснабжения турбины: 1,2- пусковой и аварийный маслонасосы; 3- маслобак; 4,7- фильтры; 5,6- насосы; 8- отвод в систему регулирования; 9- маслоохладитель; 10- аварийная емкость; 11- дроссельные шайбы; 12- слив масла из подшипников турбины. При простейшей схеме маслоснабжёния (рис.5) масло из масляного бака 3 через магнитный фильтр 4 подается насосом 5 в системы смазки и регулирования 8. В случае выхода из строя насоса 5 используется резервный насос 6. Затем масло фильтруется еще раз фильтром 7, и пройдя маслоохладитель 9 и дроссельные шайбы 11, дозирующие его подачу, подается к каждому подшипнику. После подшипников масло по сливным трубопроводам 12 поступает в общий коллектор, а из него, в масляный бак, где освобождается от воздуха и шлака. Емкости бака должно хватать на 4-8 мин работы основного масляного насоса. Давление масла перед подшипниками обычно равно 0,15-0,17 МПа. Если необходимо масло более высокого давления, оно подается дополнительным насосом, устанавливаемым перед входом в систему регулирования. При снижении давления ниже допустимого автоматически включается аварийный масляный электронасос 2. Магнитные фильтры 4 предназначены для отделения мелких металлических частиц, а фильтры 7 задерживают немагнитные включения. Маслоохладители представляют собой трубчатые теплообменники. Внутри трубок течет вода, а снаружи они омываются маслом. Давление воды должно быть меньше давления масла, чтобы в случае образования не плотности она не могла попасть в подшипники. Система маслоснабжения подает масло не только к подшипникам турбины, но и к подшипникам потребителя энергии — электрического генератора, нагнетателя природного газа или др. В нагнетателях природного газа масло также подается на его торцовое, уплотнение. Перед сливом в бак это масло очищают от газа. 6. Топливо для газотурбинной установки. Газотурбинная установка может работать как на газообразном, так и на жидком топливе. Так, в газотурбинных агрегатах может использоваться:
Большинство газотурбинных установок могут работать на низкокалорийных топливах с минимальной концентрацией метана (до 30%). 7. Преимущества газотурбинных электростанций:
Вывод Перспективное направление развития энергетики связано с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми (ПГУ) энергетическими установками тепловых электростанций. Эти установки имеют особые конструкции основного и вспомогательного оборудования, режимы работы и управления. В состав ГТУ входят как минимум газовая турбина, компрессор и подогреватель рабочего тела (камера сгорания, ядерный реактор и др.). Иногда в ГТУ включают теплообменники: воздухо или газоподогреватели, воздухо или газоохладители и т. п. Агрегат в целом называют газотурбинным двигателем (ГТД) – для авиации и транспортных машин или газотурбинной установкой (ГТУ) – для стационарных . ГТД за сравнительно короткий период прошел сложный путь развития. Медленная реализация достоинств ГТУ объясняется не только относительной сложностью научных и технических проблем, которые для этого приходится решать, но и недоверием к перспективным достоинствам энергоустановок нового типа при наличии достаточно эффективного, но ограниченного в своих потенциальных возможностях существующего энергооборудования. Список литературы
Под ред. С.В. Цанева, 2002.
|