Содержание
- 2. Принцип действия газотурбинных установок Рис.1. Схема ГТУ с одновальным ГТД простого цикла В компрессор (1) газотурбинного
- 3. Газовые турбины описываются термодинамическим циклом Брайтона Цикл Брайтона/Джоуля — термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинного, турбореактивного
- 4. С учётом отличий реальных адиабатических процессов расширения и сжатия от изоэнтропических, строится реальный цикл Брайтона (1—2p—3—4p—1
- 5. Как и во всех циклических тепловых двигателях, чем выше температура сгорания, тем выше КПД. Сдерживающим фактором
- 6. Более сложные турбины (те, которые используются в современных реактивных двигателях), могут иметь несколько валов (катушек), сотни
- 7. Устройство ГТУ. Основные элементы газотурбинных установок Газотурбинная установка состоит из трех основных элементов: газовой турбины, камер
- 8. Б)-Тепловая схема Тепловая схема такой газотурбинной установки показана на рис. 1-б. В камеры сгорания топливным насосом
- 9. Кроме того, применяются замкнутые ГТУ (рис. 2). В замкнутых ГТУ также имеются компрессор 1 и турбина
- 10. Устройство современной стационарной высокотемпературной ГТУ Традиционная современная газотурбинная установка (ГТУ) — это совокупность воздушного компрессора, камеры
- 11. Принципиальная схема такой ГТУ показана на рис.1. Воздух из атмосферы поступает на вход воздушного компрессора, который
- 12. Для изображения схем ГТУ применяют условные обозначения, подобные тем, которые используют для ПТУ (рис.2). Из рассмотрения
- 13. Камеры сгорания ГТУ Главный недостаток выносных камер сгорания — большие габариты, которые хорошо видны из рис.12.
- 14. Газовая турбина Газовая турбина является наиболее сложным элементом ГТУ, что обусловлено в первую очередь очень высокой
- 15. Система охлаждения газовой турбины Для охлаждения большинства современных ГТУ используется воздух, отбираемый из различных ступеней воздушного
- 16. На рис.17 показан пример схемы охлаждения типичной газовой турбины. В прямоугольных рамках приведены значения температур газов.
- 17. Газовая турбина обычно имеет 3—4 ступени, т.е. 6—8 венцов решеток, и чаще всего охлаждаются лопатки всех
- 18. Топливо для газотурбинной установки Газотурбинная установка может работать как на газообразном, так и на жидком топливе.
- 20. Скачать презентацию
Принцип действия газотурбинных установок
Рис.1. Схема ГТУ с одновальным ГТД простого
Принцип действия газотурбинных установок
Рис.1. Схема ГТУ с одновальным ГТД простого
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,
Газовые турбины описываются термодинамическим циклом Брайтона Цикл Брайтона/Джоуля — термодинамический цикл,
Рис.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,
С учётом отличий реальных адиабатических процессов расширения и сжатия от изоэнтропических,
Рис.3. T-S диаграмма цикла Брайтона Идеального (1—2—3—4—1) Реального (1—2p—3—4p—1)
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)
Как и во всех циклических тепловых двигателях, чем выше температура сгорания,
Как и во всех циклических тепловых двигателях, чем выше температура сгорания,
Рекуператоры — это теплообменники, которые передают тепло выхлопных газов сжатому воздуху перед сгоранием. При комбинированном цикле тепло передается системам паровых турбин. И при комбинированном производстве тепла и электроэнергии (когенерация) отработанное тепло используется для производства горячей воды.
Механически газовые турбины могут быть значительно проще, чем поршневые двигатели внутреннего сгорания. Простые турбины могут иметь одну движущуюся часть: вал/компрессор/турбина/альтернативный ротор в сборе , не учитывая топливную систему.
Рис.4. Эта машина имеет одноступенчатый радиальный компрессор,
турбину, рекуператор, и воздушные подшипники.
Более сложные турбины (те, которые используются в современных реактивных двигателях), могут
Как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала(ов), необходимая для поддержания максимальной линейной скорости лопаток.
Максимальная скорость турбинных лопаток определяет максимальное давление, которое может быть достигнуто, что приводит к получению максимальной мощности, независимо от размера двигателя. Реактивный двигатель вращается с частотой около 10000 об/мин и микро-турбина — с частотой около 100000 об/мин.
Устройство ГТУ. Основные элементы газотурбинных установок
Газотурбинная установка состоит из трех основных
Устройство ГТУ. Основные элементы газотурбинных установок
Газотурбинная установка состоит из трех основных
На рис. 1-а показана газотурбинная установка, компрессор 1, камеры сгорания 2 и газовая турбина 3 которой расположены в едином сборном корпусе. Роторы 6 и 5 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-б.
Б)-Тепловая схема
Тепловая схема такой газотурбинной установки показана на рис. 1-б.
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. 2). В замкнутых ГТУ также
Кроме того, применяются замкнутые ГТУ (рис. 2). В замкнутых ГТУ также
Рис. 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.
Устройство современной стационарной высокотемпературной ГТУ
Традиционная современная газотурбинная установка (ГТУ) — это
Устройство современной стационарной высокотемпературной ГТУ
Традиционная современная газотурбинная установка (ГТУ) — это
Необходимо подчеркнуть одно важное отличие ГТУ от ПТУ. В состав ПТУ не входит котел, точнее котел рассматривается как отдельный источник тепла; при таком рассмотрении котел — это «черный ящик»: в него входит питательная вода с температурой tп.в, а выходит пар с параметрами р0, t0. Паротурбинная установка без котла как физического объекта работать не может. В ГТУ камера сгорания — это ее неотъемлемый элемент. В этом смысле ГТУ — самодостаточна.
Газотурбинные установки отличаются чрезвычайно большим разнообразием, пожалуй, даже большим, чем паротурбинные. Ниже рассмотрим наиболее перспективные и наиболее используемые в энергетике ГТУ простого цикла.
Принципиальная схема такой ГТУ показана на рис.1. Воздух из атмосферы поступает
Принципиальная схема такой ГТУ показана на рис.1. Воздух из атмосферы поступает
Рабочие газы с давлением рс (рс < рb из-за гидравлического сопротивления камеры сгорания) подаются в проточную частьгазовой турбины, принцип действия которой ничем не отличается от принципа действия паровой турбины (отличие состоит только в том, что газовая турбина работает на продуктах сгорания топлива, а не на паре). В газовой турбине рабочие газы расширяются практически до атмосферного давления pd, поступают в выходной диффузор 14, и из него — либо сразу в дымовую трубу, либо предварительно в какой-либо теплообменник, использующий теплоту уходящих газов ГТУ.
Вследствие расширения газов в газовой турбине, последняя вырабатывает мощность. Весьма значительная ее часть (примерно половина) тратится на привод компрессора, а оставшаяся часть — на привод электрогенератора. Это и есть полезная мощность ГТУ, которая указывается при ее маркировке.
Для изображения схем ГТУ применяют условные обозначения, подобные тем, которые используют
Для изображения схем ГТУ применяют условные обозначения, подобные тем, которые используют
Из рассмотрения рис.1 и 2 становится ясным, почему описанная ГТУ называется ГТУ простого термодинамического цикла. Более простой ГТУ быть не может, так как она содержит минимум необходимых компонентов, обеспечивающих последовательные процессы сжатия, нагрева и расширения рабочего тела: один компрессор, одну или несколько камер сгорания, работающих в одинаковых условиях, и одну газовую турбину. Наряду с ГТУ простого цикла, существуют ГТУ сложного цикла, которые могут содержать несколько компрессоров, турбин и камер сгорания.
Камеры сгорания ГТУ
Главный недостаток выносных камер сгорания — большие габариты, которые
Камеры сгорания ГТУ
Главный недостаток выносных камер сгорания — большие габариты, которые
Газовая турбина
Газовая турбина является наиболее сложным элементом ГТУ, что обусловлено в
Газовая турбина
Газовая турбина является наиболее сложным элементом ГТУ, что обусловлено в
Стремление повысить начальную температуру связано, прежде всего, с выигрышем в экономичности, который она дает.
Для обеспечения длительной работы газовой турбины используют сочетание двух средств. Первое средство — применение для наиболее нагруженных деталей жаропрочных материалов, способных сопротивляться действию высоких механических нагрузок и температур (в первую очередь для сопловых и рабочих лопаток). Если для лопаток паровых турбин и некоторых других элементов применяются стали (т.е. сплавы на основе железа) с содержанием хрома 12—13%, то для лопаток газовых турбин используют сплавы на никелевой основе (нимоники), которые способны при реально действующих механических нагрузках и необходимом сроке службы выдержать температуру 800—850°С. Поэтому вместе с первым используют второе средство — охлаждение наиболее горячих деталей.
Система охлаждения газовой турбины
Для охлаждения большинства современных ГТУ используется воздух, отбираемый
Система охлаждения газовой турбины
Для охлаждения большинства современных ГТУ используется воздух, отбираемый
Система охлаждения газовой турбины — самая сложная система в ГТУ, определяющая ее срок службы. Она обеспечивает не только поддержание допустимого уровня рабочих и сопловых лопаток, но и корпусных элементов, дисков, несущих рабочие лопатки, запирание уплотнений подшипников, где циркулирует масло и т.д. Эта система чрезвычайно сильно разветвлена и организуется так, чтобы каждый охлаждаемый элемент получал охлаждающий воздух тех параметров и в том количестве, который необходим для поддержания его оптимальной температуры. Излишнее охлаждение деталей так же вредно, как и недостаточное, так как оно приводит к повышенным затратам охлаждающего воздуха, на сжатие которого в компрессоре затрачивается мощность турбины. Кроме того, повышенные расходы воздуха на охлаждение приводят к снижению температуры газов за турбиной, что очень существенно влияет на работу оборудования, установленного за ГТУ (например, паротурбинной установки, работающей в составе ПТУ). Наконец, система охлаждения должна обеспечивать не только необходимый уровень температур деталей, но и равномерность их прогрева, исключающую появление опасных температурных напряжений, циклическое действие которых приводит к появлению трещин.
На рис.17 показан пример схемы охлаждения типичной газовой турбины. В прямоугольных
На рис.17 показан пример схемы охлаждения типичной газовой турбины. В прямоугольных
Газовая турбина обычно имеет 3—4 ступени, т.е. 6—8 венцов решеток,
Газовая турбина обычно имеет 3—4 ступени, т.е. 6—8 венцов решеток,
Топливо для газотурбинной установки
Газотурбинная установка может работать как на газообразном, так
Топливо для газотурбинной установки
Газотурбинная установка может работать как на газообразном, так
Дизельное топливо
Керосин
Природный газ
Попутный нефтяной газ
Биогаз (образованный из отходов сточных вод, мусорных свалок и т.п.)
Шахтный газ
Коксовый газ
Древесный газ и др.
Большинство газотурбинных установок могут работать на низкокалорийных топливах с минимальной концентрацией метана (до 30%).