Соколов В.С. Газотурбинные установки - файл n1.doc

приобрести
Соколов В.С. Газотурбинные установки
скачать (2766.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2767kb.14.09.2012 18:59скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6
§ 5. Корпуса компрессоров и газовых турбин

В газотурбинных установках давление рабочего тела (воздуха, газа) сравнительно невелико (0,4—2 МПа), что позволяет изго­тавливать корпуса турбин и компрессоров тонкостенными. При этом избегают плоских стенок, так как они легко прогибаются под действием даже небольшого перепада давлений.

А-А



?0

Рис. 21. Продольный (а) и поперечный (б) разрезы корпуса

компрессора ГТУ и крепление лопаток (в):

1,6 — обоймы концевых уплотнений, 2 вертикальный" разъем, 3, 9 — верхняя и нижняя половины, 4 ребро жесткости, 5 кольцевой ка­нал, 7, // — входной в выхлопной патрубки, 8, 10 — фланцы, 12 — на­правляющие лопатки, 13 — диффузор, 14 — горизонтальный разъем

Типичная конструкция корпуса компрессора ГТУ показана на' рис. 21, а, б. Корпус состоит из верхней 3 и нижней 9 половин, отлитых из чугуна повышенной прочности и скрепленных болтами по фланцам, выполненным на горизонтальном разъеме 14. Для упрощения изготовления корпус имеет технологический вертикаль­ный разъем 2, а для увеличения жесткости на его наружной по­верхности выполнены ребра 4. На внутренней точно обработанной ' поверхности корпуса имеются пазы для крепления направляющих лопаток 12

В любом компрессоре за лопатками последней ступени распо­лагается диффузор 13 — специально спрофилированный кольцевой канал, имеющий плавное увеличение площади проходного сечения, в котором уменьшается скорость и растет давление воздуха.

Воздух подводится в компрессор через входной патрубок 7, а отводится через выхлопной патрубок 11. К фланцам патрубков крепятся воздуховоды. Благодаря специальной конструкции патрубков воздух подводится и отводится равномерно по всей окруж­ности. Концевые уплотнения располагаются в обоймах 1 я 6.

У горизонтального разъема вблизи входного патрубка или на нем фланец нижней половины корпуса имеет специальные прили­вы — лапы, через которые вес корпуса передается на опоры.

Корпуса компрессоров могут быть выполнены также сварными из стали. Кроме того, по-разному организуется вход и выход воздуха. Входной и выхлопной патрубки могут быть сконструированы так, чтобы воздух поступал в компрессор и выходил из него параллельно оси вращения ротора (компрессоры с осеьпгм вхо­дом и выходом).


Рис 22 Корпус турбины ГТУ (а) и крепление сопловых лопаток (б):

Г7_веРхняРя I нижняя половины, 2 - «.«О^оМ«ГЗ бин высокого и низкого Д/меяА

ssss

«ГтальЗыи 10 - корпус
у/ Корпус турбины, как и корпус компрессора, выполняется разъ­емным и состоит из верхней и нижней половин.

Литой корпус турбины с внутренней теплоизоляцией показан на рис. 22. Верхняя / и нижняя 7 половины корпуса имеют флан­цы на горизонтальном разъеме и соединяются друг с другом бол­тами. Кроме того, имеется вертикальный технологический разъем. Газ поступает в корпус турбины через входной патрубок 8, а ухо­дит через два выхлопных патрубка 6.

Корпус отлит из низколегированной перлитной стали. Чтобы предотвратить прямой контакт горячих газов с корпусом, он по­крыт внутри слоем теплоизоляции 12, заключенной в экраны 11, выполненные из листовой жаропрочной аустенитной стали. Эти экраны образуют внутренний обвод корпуса.

\/ Для уменьшения притока теплоты в корпус сопловые лопатки располагаются в специальных сегментах 2, укрепленных на про­межуточной обойме 3, которая охлаждается воздухом от компрес­сора. Сегменты отделены по окружности друг от друга зазорами, что позволяет им свободно расширяться при нагреве. \/ В корпусе располагаются две турбины — высокого (ТВД) и низ­кого (ТНД) давления, сопловые лопатки 15 которых соответствен­но крепятся в обоймах 3 и 14. В местах выхода ротора из корпуса располагаются концевые уплотнения 13.

§ 6. Камеры сгорания

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.

Jtf Простейшая камера сгорания (рис. 23) состоит из топливораздающего устройства 8, регистра первичного воздуха 2, пламенной трубы 3 и смесителя 4, которые размещаются в корпусе 7. Корпус нагружен давлением изнутри.

Топливораздающее устройство (горелка или форсунка) <§ 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 зависит от назначения и схемы i/ ГТУ, параметров ее цикла и вида топлива. Вместе с тем существует ряд признаков, по которым можно разделить камеры сгора­ния ГТУ на несколько типов.



Рис. 23. Камера сгорания ГТУ:

/ — подвод топлива, 2 — регистр, 3 — пламенная труба, 4 — смеситель, S — зона смешения, 6 — зона горения, 7 — корпус, 8 — топливораздающее уст­ройство (форсунка)

Так, камеры сгорания бывают вы­носные и встроенные. Выносные располагаются вне корпусов турбины и компрессора и соединяются с ними или регенератором трубопроводами, а" встроенные находятся непосредственно в корпусе.

Выносные камеры сгорания, чаще всего используемые в стационарных ГТУ и реже на транспортных (судовых локомотивных и автомобильных), хорошо компонуются с регенератом*



Рис. 24. Газотурбинные установки с выносной (а) и

встроенными (б) камерами сгорания: / — компрессор, 2 — турбина, 3 — камера сгорания, 4 — ре­генератор
Расположения выносной камеры сгорания в ГТУ с регенерацией теп лоты и встроенной показаны на рис 24 а б генерацией тел­е- По конструктивным признакам встроенные камеры сгорания могут быть кольцевыми, трубчато-кольцевыми и секционными _ (рис 25, а—в), а также-индивидуальными (см. рис 23) НЫМИ К. Кольцевые камеры сгорания (рис. 25, а) наиболее легки компактны, используются в простой схеме ГТУ и располагаются между компрессором и турбиной вокруг ротора 2.

Горячий газ



Рис. 25. Встроенные камеры сгорания:

а —кольцевая, б трубчато-кольцевая, а — секционная; 1, 5 — внутренняя и наружная обечайки корпуса, 2 — ротор, 3,4 — внутрен­няя и наружная обечайки плененной трубы, 6 — регистры, 7 — пат­рубки переброски пламени, в — пламенная труба, 9 — корпус

Рабочий объем кольцевой камеры сгорания представляет собой сплошное кольце­вое пространство между внутренней 3 и наружной 4 обечайками пламенной трубы. Кольцевые камеры сгорания, работающие на жидком топливе, применяются преимущественно в авиации, так как при больших размерах они становятся ненадежными. В ста­ционарных ГТУ используются кольцевые микрофакельные камеры сгорания, работающие на газе.

Трубчато-кольцевые камеры сгорания (рис. 25, б) имеют не­сколько пламенных труб 8, расположенных в общем корпусе во­круг оси турбокомпрессора (обычно их 6—12) и соединенных па­трубками 7 для переброски пламени. Это необходимо при пуске, а также случайном погасании факела в одной из пламенных труб. Вторичный воздух омывает пламенные трубы снаружи. Продукты сгорания попадают в общий кольцевой патрубок, а из него — в газовую турбину.

Секционные камеры сгорания (рис. 25, в) состоят из несколь­ких одинаковых камер сгорания, расположенных вокруг оси тур­бокомпрессора в собственных корпусах 9, соединенных патрубка­ми 7. Продукты сгорания попадают в турбину из общего кольце­вого коллектора. Секционные камеры сгорания самые большие по

Охлаждающий воздух



Рис. 26. Многогорелочная ка­мера сгорания:

/ — корпус пламенной трубы, 2 —

регистры, 3 — каналы для прохода

воздуха

габаритам, однако наиболее удобные при ремонте, так как раз­борки всех камер сгорания в этом случае не требуется.

В настоящее время в стационарных ГТУ, особенно транспорт­ных, все чаще применяются камеры сгорания, объединяющие при­знаки трубчато-кольцевых, секционных и индивидуальных.

Кроме того, камеры сгорания можно разделить по роду сжи­гаемого топлива — жидкого, газообразного, твердого.

Камеры сгорания, в которых сжигают жидкое и газообразное топливо, отличаются размерами горелочных устройств, а для сжигания твердого топлива имеют дополнительные устройства для удаления золы. Пока камеры сгорания- для сжигания твердого топлива находятся в опытной эксплуатации.

По направлению потоков" камеры сгорания подразделяют на прямоточные и противоточные. В прямоточных продукты сгорания и воздух имеют одинаковое направление, а в противоточных их направление встречное.

Камеры сгорания подразде­ляются также по количеству горелок на одной пламенной трубе на одногорелочные и многогорелочные (рис. 26).

Одним из основных элемен­тов любой камеры сгорания является пламенная труба. На рис. 27 показана пламенная труба, состоящая из отдельных обечаек /, вставленных друг в Друга. Между обечайками ос­тается зазор, так как они от­делены друг от друга волнистой лентой, приваренной к наружной обечайке контактной сваркой.



Рис. 27. Пламенная труба из обечаек:

/ — обечайки, 2 т- регистр, 3 — смеситель,

4 — волнистая лента

На рис. 28, а показана двухстенная пламенная труба, а на рис. 28, б —г различные схемы ее охлаждения. Внутренняя стенка 3 (рис. 28, б, в) может иметь ребра 5, на которых держится на­ружная стенка 2, или не иметь их. Внутренняя стенка может быть также гофрированной <{рис. 28, г) и крепится к наружной специ­альными штифтами 7.

Особое внимание обращают на организацию охлаждения пламенной трубы, так как температура среды внутри нее достигает 1500—1800° С. В пламенной трубе, показанной на рис. 27, небольшое количество вторичного воздуха проходит в кольцевые щели между обечайками и образует на ее внутренней поверхности за­щитную пленку, отделяющую стёнку трубы от пламени.

г 3 ч



Рис. 28. Двухстенная пламенная труба (а) и схе­мы ее охлаждения (б, в, г):

1 — регистр, 2, 3 — наружная я внутренняя стенки, 4 — смеситель, 5 — ребра, 6 — отверстия для прохода возду­ха, 7 — штифты, 8 — гофрированная внутренняя стенка

Такой слой создается при любой схеме охлаждения. В стенках двухстенной пламенной трубы (рис. 28, а—-г) выполняются отверстия 6, через которые проходит охлаждающий воздух, создающий защитную пленку. Кроме того, применяют, одновременное охлаждение через кольцевые щели и отверстия.

Теплоту передается к стенкам пламенной трубы в основном от светящегося факела пламени лучеиспусканием. Несмотря на ох­лаждение, стенки пламенных труб имеют высокую температуру и поэтому изготавливаются из жаростойкой стали. v Форсунки предназначены для подачи жидкого топлива в каме­ру сгорания. Эффективность сжигания жидкого топлива в первую очередь зависит от качества распыливания. При плохом распили­вании появляется механический недожог, вызывающий снижение экономичности, закоксовывание камер сгорания и опасность раз­рушения проточной части турбины отрывающимися коксовыми на-< ростами.

Жидкое топливо не горит, горят его пары. Скорость испарения капель пропорциональна их поверхности. Зависимость суммарной площади F, м2, поверхности капель 1 кг распыленного топлива от тонкости распыливания (диаметра капель d, мкм) показана на рис. 29. Чем лучше распылено топливо, тем больше площадь его соприкосновения с воздухом и тем быстрее оно испаряется и сго­рает.

1 Форсунки должны обеспечивать высокое качество распыливания при всех возможных режимах работы (расход топлива мо­жет изменяться от 10 до 100%), иметь простую конструкцию и быть взаимозаменяемыми.

Для распыливания жидкого топлива в ГТУ применяют фор­сунки двух типов: механические и пневматические. Преимущест­вом механических форсунок является компактность, малая затрата энергии на распыле­ние и удачное взаимодействие топливного факела с воздухонаправляющим -устройством завихривающего типа. В пнев­матических форсунках топли­во дробится с помощью сжа­того воздуха? или пара, для чего на ГТУ должен иметься их источник. Давление возду­ха или пара должно быть на­много больше давления в ка­мере сгорания, что является основным недостатком пневма­тических форсунок.

Рассмотрим принцип дей­ствия форсунок различных ти­пов.

Простейшая механическая форсунка (рис. 30) имеет рас­пылитель, который выполнен в виде цилиндрического кор­пуса / и вставки 3.

600

гоо

о.

5S
15S с1,мкм

Рис. 29. Зависимость суммарной пло­щади поверхности капель 1 кг топли­ва от тонкости распыливания



Рис. 30. Механическая форсунка:

/ — корпус, 2 — канал для подвода топли­ва, 3 — вставка, 4— вихревая камера, 5 — тангенциальный канал, S — сопло

—1~- — — -■--

Жидкое топливо из камеры, расположенной между корпусом и вставкой, попадает в камеру завихрения 4 че­рез тангенциальные каналы 5, закручивается и в виде кольцевой струи вытекает из сопла 6. Сплошная кольцевая струя / (рис. 31), вытекающая из форсунки, неустойчива и при высоких скоростях истечения распадается под действием гидродинамических сил сна­чала на крупные куски пленки //, а затем на мелкие капли ///.

Изменять расходы топлива в простейшей форсунке можно, изменяя давление перед ней. Однако от перепада давлений зави­сит тонкость распыливания. Уменьшение расхода топлива на 60% приводит к увеличению диаметра капли в 1,85 раза. Такое распыливание неудовлетворительно.

Простейшим способом его улучшения является замена односоплового распылителя групповым, состоящим из 3—6 форсунок. При этом изменяют расход в основном отключением отдельных форсу­нок и регулируют давление в каждой из них в узких пределах.

ТдплаНа


Рис. 31. Схема образова- Рис. 32. Механическая фор-ния капель топлива при сунка с изменяемым сече-вытекании из сопла нием тангенциальных кана­лов: ~

/ — корпус, 2 — вставка, 3 —

поршень, А — тангенциальные

каналы, 5 — сопло

Усложнив конструкцию форсунки, можно изменять расход топли­ва, изменяя сечения тангенциальных каналов (рис. 32). Во встав­ке 2 выполнено несколько отверстий 4 разной длины. При переме­щении поршня 3 изменяется площадь их проходного сечения и, следовательно, расход топлива через форсунку.

Применяется также регулирование расхода топлива с помощью обратного слива (рис. 33). В "таких форсунках не все топливо, поступающее в них, попадает в камеру сгорания. Часть его из камеры 4 возвращается обратно на всас топливного насоса (нарециркуляцию).

Твплида





Воэдц^ Топливо •

Рис. 33. Механическая форсун­ка с обратным сливом: 1 — корпус, 2 — вставка, 3 — кла­пан, 4 — каиера отвода топлива, 5 — «авнхритель, 6 — сопло

Рис. 34. Пневматическая фор­сунка

/ — корпус, 2 — ленточная резьба, 3 — вставка, 4 — отверстия для под­вода топлива, 5 — зазор

Перемещая клапан 3, можно регулировать коли­чество возвращаемого топлива и, следовательно, изменять его расход через сопло 6 в камеру сгорания. Форсунки, основанные на этом принципе действия, просты и надежны, но требуют боль­ших циркуляционных расходов топлива.

В корпусе / пневматической форсунки (рис. 34) расположена вставка 3, на наружной поверхности которой выполнены каналы

ленточной резьбы 2, а внутри — отверстия 4 для подвода топлива. Воздух подается в зазор 5 между корпусом и вставкой под боль­шим давлением. Топливо из отверстия 4 вставки попадает в каж­дый из каналов ленточной резьбы и дробится на капли в струе воздуха. Угол распиливания меняется с изменением угла подъема ленточной резьбой.

Механические форсунки подают топливо в пространство, совпадающее с ко­нусом распыливания (рис. 35, а), а пнев­матические — в .центр факела (рис. 35, б), причем по периферии его располага­ются более мелкие фракции, что являет­ся преимуществом этих форсунок.

Для сжигания газообразного топлива используются горелки. Так как объемные расходы газообразного топлива велики, велики и размеры горелок. На рис. 36, а — в показаны горелки, отличающиеся способом перемешивания газа и воздуха.

Горелки всех типов, имеют, внутреннюю 2 и наружную 3 частя корпуса, в кольцевое пространство .между которыми подается воздух. Газ поступает через полость 1. Выходит воздух из горелок между лопатками 4. В схеме, показанной на рис. 36, а, газ поступает внутрь лопаток, выходит из них через открытую заднюю кромку, и перемешивается с воздухом. В схемах, показанных на рис. 36, б, в, газ соответственно выходит через отверстие в боко­вой поверхности лопаток и через отверстия 8.

Обычно в горелки встраивают форсунки 6, которые позволяют использовать также жидкое топливо.




Рис. 35. Плотность оро­шения механическими (о) и пневматическими (б) форсунками




3 \



















/







Воздух А




*9
















А




<—i








/ § 7. Теплообменные аппараты

Теплообменные аппараты служат в ГТУ для подогрева и ох­лаждения воздуха и масла. По способу передачи теплоты от од­ного теплоносителя к другому теплообменные аппараты делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных теплообменных аппаратах теплоносители постоянно разделены твердой стенкой, а в регенеративных одни и те же поверхности поочередно омываются горячим и холодным теплоносителем.

Регенераторами ГТУ являются теплообменные аппараты, предназначенные для подогрева воздуха после компрессора теп­лотой газов,, уходящих из турбины. Регенераторы ГТУ могут быть рекуперативного и регенеративного типов. В настоящее время наиболее часто используют трубчатые и пластинчатые регенерато­ры рекуперативного типа и вращающиеся регенеративного.

В трубчатом противоточном теплообменнике рекуперативного типа (рис. 37) к цилиндрическому корпусу / крепятся трубные доски 3, в которых закреплены трубки 6, образующие трубный пучок.



Выход газа

Вход газа

Рис. 37. Трубчатый регенератор рекуперативного типа:

/ — корпус, 2, 8 — входной и выходной патрубки газа,

3 — трубные доски, 4 — крышки, 5 — компенсатор, 6 — трубки, 7 — разделитель

Трубные доски закрыты крышками 4. Воздух после ком­прессора проходит внутри трубок. Навстречу ему снаружи трубки омывает газ, подаваемый после турбины в регенератор через па­трубок 8. Охлажденный газ выбрасывается в атмосферу через патрубок 2.

Этот регенератор одноходовой как по газу, так и по воздуху. Чтобы не увеличивать гидравлического сопротивления за турбиной, регенераторы ГТУ по газу всегда выполняются одноходовыми.

Вход Воздуха

По воздуху они могут быть двух-, трех- и четырехходовыми. В трехходовом регенераторе (рис. 38) воздух совершает два по­ворота, проходя каждый раз через одну треть трубок. После ре-v генератора нагретый воздух направляется в камеру сгорания.

В пластинчатых регенераторах в качестве поверхностей, раз­деляющих теплоносители, используются тонкие пластины различ­ной формы, которые собирают в пакеты, имеющие места для под­вода и отвода теплоносителей. Расположение пластин в набивке показано на рис. 39. Газ проходит по двухугольным каналам /, а воздух — волнообразным каналам 2. Пакет, собранный из плас­тин, показан на рис. 40. Каналы между пластинами расположены гак, что газ проходит пакет на­прямую, а воздух совершает два поворота.

В пластинчатом регенераторе (рис. 41) пакеты 1 располагают­ся по три в двух вертикальных колоннах, разделенных камерой 3. Для подвода и отвода воздуха в корпусе 2 регенератора имеют­ся патрубки 4 к 6. Конструкция корпуса такова, что воздух мо­жет попасть из патрубка 4 толь­ко в камеру 3, где он распреде­ляется по всем пакетам. После выхода из пакетов воздух попадает только в патрубок 6.

выход газа'



Выход воздуха

Рис. 38. Трехходовой регенератор ре­куперативного типа: /, 4 — выходной и входной патрубки воз­духа, 2— трубный пучок, 3, в — выходной и входной патрубки газа, 5 — корпус, 7 — трубные доски

Газ входит в набивку с торцовой по­верхности регенератора, образованной пакетами 1. Вход в камеру 3 преграждает обтекатель 7. ^Пластинчатые теплообменники гораз­до компактнее и легче трубчатых.

Вращающиеся регенераторы используются в основном в транс­портных ГТУ. Схема регенератора с вращающимся диском показана на рис. 42. В корпусе У медленно вращается диск 2, состоящий из вала 3, опирающегося на подшипники 4, и набивки, изго­товленной из путаной проволоки.



Воздух

Рис. 39. Расположение пластин в на-бивке регенератора:

/ — двухугольные каналы, 2 — волно­образные каналы

Вход газа

BblXJd



Выход гам

Рис. 40. Пакет регенератора

Газ и воздух проходят парал­лельно друг другу, разделенные перегородкой 5 в корпусе /. Про­ходя поток воздуха, набивка остывает, а поток газа нагревается. Вращающиеся теплообменники наиболее компактны и легки. Однако они имеют недостаток: невозможно полностью избежать утечек газа и воздуха, так как небольшая часть их вместе с на­бивкой постоянно переносится из одной камеры в другую.



Рис! 41. Пластинчатый регенератор:

Хо-шрсет, 2 —корпус. 3 — воздушная ка-Wpa, 4, 6 — патрубки для входа и выхода •овдуха, 5 — перегородка, 7 — обтекатель



Рис 42. Регенератор с вращающим­ся диском:

/ — корпус, 2 — диск с набивкой, 3 вал, 4 — подшипники, S перегородка

Воздухоохладители предназначены для охлаждения воздуха в процессе сжатия его в компрессоре.

Маслоохладители служат для охлаждения масла, идущего на смазку подшипников турбины и компрессора. Охладителем служит вода, а иногда воздух.

Воздухо- и маслоохладители представляют собой трубчатые теплообменники. Обычно по воздуху они выполняются одноходовыми, по воде — двухходовыми, а по маслу — многоходовыми.
§ 8. Фильтры и глушители

Воздух, поступающий в компрессор, содержит пыль, влагу, и шт>Че°КИе загрязнения (насекомые, цветочная пыльца, листья) Ару ие примеси. Пыль, содержащаяся в воздухе, попадает в 32

доздух из атмосферы

проточную часть компрессора и турбины. При ударе твердых частиц о поверхность лопаток частички металла отрываются. Этот процесс называют эрозией.

С промышленными выбросами, а также на берегу моря в ат­мосферу попадают соли. Если они засасываются в тракт ГТУ, воз­никает коррозия деталей проточной части.

Назначение фильтров — уменьшить содержание пыли и солей в воздухе, попадающем в проточную часть компрессора и турби­ны. В настоящее время применяется три типа фильтров: инерци­онные, масляные и сетчатые.

Инерционные фильтры (рис. 43) основаны на принципе меха­нического отделения (сепарации) твердых частиц при резком изменении направления движения воздуха. Воздух попадает в ка­меру, образованную стенками в виде жалюзи 2. При повороте потока воздуха твердые частицы отделяются от него и на выход идет очищенный воздух. За­грязненный воздух с больший концентра­цией пыли удаляется из камеры отсоса 3. Однако такие фильтры плохо улавли­вают мелкие частицы. Для улавливания мелких частиц используют масляные фильтры разных типов.

Кассетные масляные фильтры состоят из неподвижных металлических сеток, смазанных маслом. При проходе воздуха' через сетки пыль налипает на них. По мере засорения сетки очищают и вновь смазывают маслом

Самоочищающиеся фильтры пред­ставляют собой полотно, которое, посто­янно перематываясь, проходит через ванну с маслом. При проходе воздуха через полотно пыль налипает на его во­локнах, смазанных маслом.



Чиетый воздух '

Рис. 43. Инерционный-фильтр:

/ — корпус, 2 — жалюзи, 3 — камера отсоса

Загрязненный _

атмосферы



'' Чистый воздух



Рис. 44. Сухой фильтр:

/ — валы, 2 — полотно, 3 — корпус

квппрессври

Рис. 45. Заборное устройство: , / — крышки, 2 — воздухопровод

Кроме масляных применяют сухие фильтры (рис. 44), пред­ставляющие собой полотно из специальной ткани, стекловолокна или металлической сетки, которое перематывается с одного вала на другой. Воздух проходит сквозь полотно, которое задерживает ПЫЛЬ,При очень малой запыленности воздуха фильтры не устанавли­вают. В этом случае воздух забирают с помощью трубы высотой 50—70 м. На такой высоте запыленность воздуха мала. Верх тру­бы оснащают специальным заборным устройством- (рис. 45), ко­торое исключает прямое попадание в ГТУ дождя и снега.

При большой запыленности (например, при частых пылевых бурях) воздух подвергается двухступенчатой очистке в инерцион­ном и сухом рулонном фильтрах, которые воздух проходит после­довательно, прежде чем попадает в компрессор.

Газотурбинные установки являются источниками • шума боль­шой интенсивности, излучаемого их элементами или потоком ра­бочего тела. Основным источником шума является компрессор.

Для снижения шума внутри помеще­ний, где работают ГТУ, особенно тща­тельно выполняют теплоизоляцию, кото­рая одновременно служит и звукоизоля­цией. Наружу звук проникает в основном через всасывающий воздухопровод. Что­бы уменьшить интенсивность этого шума, в воздухопроводе устанавливают специ­альное устройство — глушитель (рис. 46), который представляет собой канал, за­полненный отражателями 3 и экранами 2 из поролона или стеклянной ваты. Эти материалы хорошо гасят звуковые коле­бания. ■ . -

На выходе из газовой турбины шум значительно меньше. Если канал, через который выбрасывают в атмосферу отра­ботанные газы, имеет значительную дли­ну и повороты, то специальных мер для . шумоглушения не предпринимают. Если1

Вход воздуха



воздуха

Рис, 46. Глушитель: Iкорпус, 2 —экраны, 3 — от­ражатели

—_,----j----.....- г -,_,—г-------- —

же канал короткий, на выхлопе из турбины также устанавливают устройства для глушения шума.

§ 9. Пусковые устройства

Для работы ГТУ в камеру сгорания должен подаваться воздух, необходимый для сжигания топлива. Следовательно, для запуска ГТУ прежде всего нужно привести в действие компрессор. Для раскрутки ротора компрессора используют посторонний источник энергии — пусковой двигатель (рис. 47), присоединяемый через, редуктор 2 и обгонную муфту 3.



Рис. 47. Схема присоединения пус­кового двигателя к ГТУ: ; _ пусковой двигатель, 2 — редуктор, 3 — обгонная муфта, 4 — компрессор, б — турбина, 6 — потребитель мощновта

При пуске прежде всего включают пусковой двигатель, кото­рый начинает раскручивать ротор. При этом компрессор начинает прогонять воздух через камеру сго­рания и газовую турбину. Когда расход воздуха достигает необходи­мого значения, в камеру сгорания подается топливо. После того как газовая турбина начинает выраба­тывать мощность, достаточную для самостоятельной работы ГТУ, пус­ковой двигатель отключается.

В качестве пусковых использу­ются электродвигатели постоянного и переменного тока, двигатели внутреннего сгорания и турбоприводы.

Электродвигатели постоянного тока, применяемые в автоном­ных ГТУ, получают питание от аккумуляторных батарей. Электро­двигатели переменного тока питаются от электрической сети и могут быть использованы в любых ГТУ. Двигатели внутреннего сгорания обычно используются для запуска автономных ГТУ от­носительно небольшой мощности (до нескольких тысяч киловатт)«

Используемые для запуска ГТУ-турбоприводы могут быть не­скольких типов. Воздушные турбинки приводятся в действие сжа­тым воздухом, расход которого для выработки достаточной мощ­ности довольно велик. Паровые турбинки приводятся в действие паром и используются в ГТУ, работающих на паротурбинных тепловых электрических станциях. Отработавший в этих турбинках пар выбрасывается в атмосферу.

Турбо детандеры (турбинки, работающие на сжатом газе) обыч­но применяют для пуска ГТУ, установленных на газоперекачива­ющих станциях». Природный газ, перекачиваемый по магистраль­ным газопроводам, также может служить рабочим телом в турбодетандерах.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение газотурбинных установок?

2. Из каких элементов состоят газовые турбины и компрессоры?

3. Какие виды роторов турбин и компрессоров вы знаете?

4. Каково назначение упорных и опорных подшипников?

5. Каково устройство камер сгорания и теплообменных аппаратов?

6. Какие типы фильтров используются в ГТУ?

Глава вторая

Схемы и экономичность газотурбинных установок

§ 10. Простая газотурбинная установка

Простая ГТУ (рис. 48) состоит из компрессора /, камеры сгорания 2 и турбины 4. Цикл такой ГТУ в Т, s-диаграмме показан на рис. 49.

Точка а соответствует параметрам воздуха перед компрессо­ром: давлению ра' и температуре Та. Линия ab условно изобража­ет процесс сжатия воздуха в компрессоре от давления' ра до дав­ления рь, а линия be — подвод теплоты в камеру сгорания при постоянном давлении, в результате чего температура газа воз-





Рис. 48. Распределение основных • .Рис. 49. Цикл простой ГТУ параметров по элементам простой

ГТУ:

/ — компрессор, 2 — камера сгорания,

3 — топливный насос, 4 турбина, 5потребитель мощности

растает от Тъ до Те. Линия cd изображает процесс расширения газа в турбине от давления рс до давления ра- Линия da условно замыкает цикл, так как в простой ГТУ цикл открытый (незамк­нутый). Однако этой линии соответствует реальный физический процесс — охлаждение и очистка отработавших газов в атмосфере. Отношение давления рь за компрессором к давлению ра перед ним называют степенью сжатия в компрессоре:

Отношение давления рс перед турбиной к давлению ра за ней называют степенью расширения в турбине:

Потери давления в воздушном тракте между компрессором и турбиной, включая камеру сгорания, учитываются коэффициен­том Я*, связывающим давления перед турбиной и за компрессором:

Обычно А,1=0,97ч-0,98.

Вследствие потерь давления в газовом тракте давление за тур­биной больше, чем перед компрессором (Ра>ра)'-

Ра —

где А,2=0,97-^-0,98. 36

Связь между степенью сжатия е в компрессоре и степенью расширения б в турбине выражается следующей формулой:

8 = Ц

где K=KiK2 — потери давления в тракте ГТУ.

Удельной полезной работой ГТУ называют разность удельной работы турбины и компрессора:

Н = #т —• #к,

где Hi=ieia^Cp(Te Та) — работа расширения 1 кг газа в турбине; Нк==ль ia=cp(TbТа)—работа, затраченная на сжа­тие 1 кг воздуха в компрессоре; ia, t&, ic, ia — энтальпии рабочего тела в точках а, Ь, с, d на Т, s-диаграмме; срсредняя теплоем­кость рабочего тела.

Совершенство турбины и компрессора как преобразователей энергии характеризуется их изоэтроиийными кпд:

ic'~

Тс~

Лс-'Ht

ТЫ — Тд

' T.b~Ta

где kt и iat —энтальпии рабочего тела в точках Ь' и d'-на Т, s-диа­грамме при изоэнтропийных расширении и сжатии.

Изоэнтропийные кпд турбин и компрессоров могут достигать 88—91%.,

Удельную работу турбины и компрессора можно, связать соот­ветственно со степенью сжатия е и степенью расширения б:

Як

Количество подведенной теплоты qi зависит от разности темпе­ратур перед турбиной и за компрессором и совершенства камеры сгорания:

где срсредняя теплоемкость газов в камере сгорания, а цкс ее кпд, учитывающий неполноту сгорания .топлива и потери теплоты в окружающую среду. Обычно т)кс = 0,97-^0,98.

Удельную полезную работу ГТУ можно определить по фор­муле

Рассмотрим характер изменения удельной полезной работы ГТУ в зависимости от степени сжатия е в компрессоре, считая, что она равна степени расширения в турбине. Тогда

Я *= СрТа [т т)т (1 - е-*) - '* \ ],

етГса.

Эта зависимость имеет характерные точки. Если е=1, то п = = 0, так как работы турбины и компрессора равны нулю. Цикл ГТУ при этом выражается в изобару ра (сплошная линия на рис. 50). В этом случае перед компрессором и за ним, а также пе­ред турбиной и за ней будут одинаковые температуры (Ть=Та и Td=Tc).

Если увеличивать давление за компрессором, то при некотором

значении е= у тт)тт]к удельная полезная работа ГТУ вновь станет равной нулю. Это условие означает, что работа турбины и работа компрессора отличны от нуля и одинаковы. При определенной

степени сжатия ен= у Щкг\т удельная полезная работа Я дости­гает максимума Ятах (рис. 51). Процессы сжатия воздуха

в компрессоре и расширения газа в турбине при постоянной относительной температуре (t=const) показаны на рис. 50'-пунктиром.

Изменение удельной полез­ной работы Я в зависимости от степени сжатия е и относи­тельной температуры т пока­зано на рис. 52. С ростом т увеличивается удельная полез­ная работа, а также оптималь­ная степень сжатия ен.

Кпд цикла ГТУ в общем случае можно определить по формуле

Ь, с Тс = const

~Я_ с __^„



Рис. 50. Предельные циклы простой ГТУ

Связь кпд простой ГТУ с величинами, характеризующими ее цикл, определяется формулой

Ь-т)-ср

7,

—1 -■

е"1-!

7)кс.

Следует отметить, что кпд ГТУ зависит не от абсолютных зна­чений температур и давлений, а от относительных значений т, е

Зависимость кпд ГТУ от степени сжатия е также имеет харак­терные точки. Так, кпд ГТУ будет равен нулю при тех же значе­ниях е, что и удельная полезная работа, т. е. при е= 1 и при е=

38

=у тпк11т(рис. 53). При определенной степени сжатия г^ кпд ГТУ максимален. Значение г^ можно найти, построив график зависи­мости ti=t)(8) при заданном отношении температур.

При увеличении относительной температуры газа t кпд ГТУ увеличивается, так как увеличивается разница между верхней Тс



Рис. 51. Характерные точки зави­симости полезной работы простой ГТУ от степени сжатия

Рис. 52. Зависимость удель­ной работы ГТУ от степени сжатия при разных относительных температурах

и нижней Го температурами цикла и, следовательно, должен по­вышаться термодинамический кпд (рис, 54). При одинаковых значениях т максимальный кпд достигается при большей степени сжатия, чем максимальная удельная полезная работа, т. е. вп>ел (рис. 55). Это объясняется тем, что.г) зависит не только от удель-.





Рис. 53. Зависимость кпд простой ГТУ от степени сжатия

Рис. 54. Влияние температуры , на кпд простой ГТУ

ной полезной работы Я, но и от количества теплоты qu подведен­ной в камеру сгорания. Максимальное количество теплоты при т=const должно подводиться при в=1, когда разница температур Тс Ть наибольшая.

При е= у тг]кт]т температура за компрессором Ть равна темпе­ратуре перед турбиной Тс, т. е. разница температур равна нулю и, следовательно, количество теплоты дч также равно нулю. Таким образом, q± уменьшается от некоторого максимального значения

до нуля при l^e^y тт1Тт1К. Уменьшение количества подведенной



Рис. 55. Смещение максимума кпд по от­ношению к максимуму удельной работы простой ГТУ

Рис. 56. Зависимость удельного рас­хода газа (рабочего тела) от сте­пени сжатия

теплоты #1 смещает максимум кпд в сторону больших степеней сжатия по сравнению с удельной полезной работой.

Одной из важных характеристик цикла ГТУ является коэффи­циент полезной работы, который, равен отношению полезной ра­боты ГТУ к работе турбины:

Ф = Я/ЯТ=(ЯТНЧТ.

Если полезная работа цикла ГТУ по сравнению с работой тур­бины мала, коэффициент полезной работы также мал. В этом слу­чае большая часть работы турбины расходуется на привод ком­прессора.

При используемом в современных ГТУ уровне температур газа перед турбиной Тс коэффициент полезной работы простой ГТУ действительно мал. Так, при т=3,6, е=8, тут=0,87 и tik=0,84 ко­эффициент полезной работы ф=0,37. При "е=1 коэффициент по­лезной работы ф=1 — 1/(т)тТ|кт), а ПРИ е=у гптПк он равен нулю, так как удельная полезная работа турбины Ят равна удельной работе, потребляемой "компрессором Як. ;

Еще одной характеристикой ГТУ является удельный расход

газа

d = GIN,

где G — ^расход газа; N — полезная мощность ГТУ.

Удельная полезная работа ГТУ обратно пропорциональна удельному расходу газа:

Удельная работа ГТУ и расход рабочего тела определяют ра­ботоспособность 1 кг газа. Чем выше Я и меньше d, тем меньший расход газа необходим для получения заданной мощности, а сле­довательно, меньше размеры установки. Зависимость удельного расхода газа (рабочего тела) d от степени сжатия е приведена на рис. 56.

Для сравнения схем ТТУ используют прежде всего их кпд, ко­эффициенты полезной работы и удельные полезные работы или удельные расходы газа.

§ 11. Газотурбинная установка с регенерацией теплоты

В простой ГТУ газы, отработавшие в турбине, покидают ее, имея высокую температуру Td. Таким образом, теплота q= = Cj,(Xd — Та) теряется, что является основной причиной низкой экономичности таких ГТУ. Часть теплоты уходящих газов можно использовать с помощью теплообменных аппаратов — регенерато-





Рис. 57. Схема ГТУ с реге­нерацией теплоты:

I — компрессор. 1 — турбина,

3 — потребитель мощности, 4 —

топливный насос, 5 — камера

сгорания, 6 — регенератор

Рис. 58. Цикл ГТУ с регенера­цией теплоты в Г, s-диаграмме

40

ров. В этих аппаратах уходящие газы передают теплоту сжатому компрессором воздуху.

Схема ГТУ с регенерацией теплоты показана на рис. 57. Рабо­чий газ покидает турбину 2, имея температуру Та, и направляется в регенератор 6, куда после компрессора / поступает воздух, име­ющий температуру Ть- В регенераторе воздух нагревается до температуры Те. Чтобы подогреть его в камере сгорания до необходи­мой температуры Тс, нужно уменьшить на срв — Ть) количество* подведенной теплоты. Таким образом, экономичность ГТУ с.регенерацией выше, чем простых ГТУ. В регенераторе газ остывает до температуры Tf и выбрасывается в атмосферу.

Цикл ГТУ с регенерацией теплоты в Т, s-диаграмме показан на рис. 58. Линия be—соответствует нагреву воздуха в регенера­торе, а линия df — охлаждению газа. Количество теплоты, пере­данное воздуху в регенераторе, qb=ie ib, а наибольшее количество теплоты, которое могло быть передано в идеальном регенераторе, qm=id ib- Эффективность передачи теплоты в регенераторе оце­нивается степенью регенерации, которая равна отношению этих количеств теплоты:

а —

Ят

Теь

Степень регенерации зависит от конструкции регенератора и прежде всего от площади его теплопередающей поверхности. Так, в регенераторе с противотоком воздуху в единицу времени пере­дается количество теплоты

где k и / — коэффициент теплопередачи и площадь теплопередаю­щей поверхности регенератора.

При нагреве воздуха его температура увеличивается от Ть до 7'е» поэтому то же самое количество теплоты можно определить по формуле Q=Cp(Te Tb).

Эти два соотношения для Q позволяют определить удельную площадь теплопередающей поверхности регенератора на 1 кг воз­духа через степень регенерации:

f срв ~G ~ fe(l — о) '

где G — расход воздуха через регенератор.

Так как мощность газотурбинной установки NGH, то

N kH (1-о)

Удельная поверхность регенератора f/N при степени регенера­ции а; стремящейся к единице, неограниченно растет (рис. 59) и одновременно растут масса и размеры регенератора. На практике нецелесообразно изготавливать регенераторы со степенью регене­рации более 0,8. Размеры и масса их при этом получаются при­емлемыми.

В газотурбинных установках с регенерацией в камеру сгорания подводится количество теплоты.

Температуру воздуха за регенератором можно определить из формулы для расчета степени регенерации:

В общем виде кпд газотурбинной установки с регенерацией, определяемый, кш и простой ГТУ (т,= (Я,-Я,)/*), зависит от степеней сжатия в компрессоре и расширения в турбине, относи­тельной температуры и экономичности агрегатов, входящих в со­став ГТУ (турбины, компрессоры, камеры сгорания), а также от степени регенерации:

1

-*-->-


Рис. 59. Зависимость удельной

поверхности регенератора от

степени регенерации

Рис. 60. Зависимость кпд ГТУ с реге­нерацией теплоты от степени сжатия и степени регенерации

Зависимость кпд ГТУ с регенерацией теплоты от степени сжа­тия е и степени регенерации а показана на рис. 60. Как видно из этого рисунка, все кривые при определенной степени сжатия схо­дятся в одну точку. При такой степени сжатия температура газа за турбиной равна температуре воздуха за компрессором (Td= — Ть) и передача теплоты в регенераторе невозможна (рис. 61).



Г (



т




Те = const













>

4,

у*













{\г ' Ть

%(Т*Г

ф

' \/

Та-

const



















Рис. 61. Предельный цикл ГТУ в Т, s-диаграмме, при котором ре­генерация нецелесообразна

Рис. 62. Влияние регенерации на опти­мальную степень сжатия.

При дальнейшем увеличении степени сжатия е температура воз­духа на входе в регенератор становится больше температуры газа на выходе из турбины (Tb>Td) и газ, отбирая теплоту у воздуха, выбрасывает в атмосферу.

Регенерация' увеличивает кпд цикла и уменьшает оптимальную степень сжатия вц. С увеличением степени сжатия е при постоян­ных температурах Та и Тс уменьшается разница температур Та

Ть ъ регенераторе, а следо­вательно, и эффект регенера­ции (рис. 62).

Удельную полезную работу ГТУ с регенерацией теплоты определяют по той же фор­муле, что и простой ГТУ, т. е. оптимальная степень сжа­тия гн формально не за­висит от степени регене­рации ст. Зависимость степени сжатия en, при которой дости­гается наибольший кпд, от степени регенерации приведена



на рис. 63.

-При степени регенерации ст=0,64-0,8 для уменьшения размеров и массы ГТУ нужно выбирать рабочую степень сжатия несколько больше, оптимальной е,,, так как 'наибольшую удельную работу получают при

,Рис. 63. Зависимость оптимальной сте­пени сжатия от степени регенерации

Коэффициент полезной работы ц> с введением регенерации воз­растает, так как уменьшается оптимальная степень сжатия е„.

§ 12. Газотурбинная установка с промежуточными подогревом рабочего тела и охлаждением воздуха

Простые ГТУ наиболее распространены из-за несложности кон­струкции и надежности в эксплуатации. Однако их экономичность недостаточна/Одним из способов увеличения экономичности ГТУ является введение промежуточных подогрева газа и охлаждения воздуха.

Схема одновальной ГТУ с промежуточными подводом теплоты и охлаждением воздуха показана на рис. 64. Воздух из атмосферы направляется в компрессор низкого давления КНД, откуда по­ступает в охладитель О, где охлаждается от температуры Ты до температуры Та2[ а затем сжимается в компрессоре высокого дав­ления КВД. Из компрессора высокого давления воздух подается в регенератор Р, а затем — в камеру сгорания высокого давления КСВД. При сжигании топлива газ нагревается до температуры Тс и направляется в турбину высокого давления ТВД, а затем — в камеру сгорания низкого давления КСНД, где также сжигается

44

топливо. Нагретый до температуры Тл газ направляется в.турби­ну низкого давления ТНД, затем —в регенератор И и далее —в

i

ВГ/в-диаграмме (рис. 65) сжатие воздуха в компрессорах низкого и высокого давления соответственно изображено линиями а и аф2, а охлаждение воздуха в охладителе — линией bia2.



Рис. 64. Схема одноваль­ной ГТУ с промежуточ­ным подводом теплоты н промежуточным ох­лаждением воздуха

Участок Ь2е — нагрев воздуха в регенераторе, а участок ect —по­догрев его в камере сгорания высокого давления. Работе газа в турбинах высокого- и низкого давления соответствуют линии аах и c%d2, подводу теплоты в камеру сгорания низкого давления — линия diCZ, а охлаждению отработавшего газа в регенераторе — участок d2f.

Используются и более сложные схемы ГТУ, позволяющие, на* пример, двукратно охлаждать воздух и размещать турбины и ком-





щ

Рис. 65. Т, s-диаграмма теплового процесса ГТУ Рис. 66. Схема двух-с промежуточным сжиганием топлива и промежуточным охлаждением воздуха

вальной ГТУ

прессоры на разных валах. Такие ГТУ обладают большей экономичностью, чем простые, хорошими показателями на частичных нагрузках и широким диапазоном устойчивой работы.

Схема двухвальной газотурбинной установки с двукратным охлаждением воздуха и одним промежуточным подводом теплоты показана на рис. 66. Ротор турбины высокого давления ТВД вра­щает роторы компрессоров среднего КСД и низкого КНД давле­ния. Вал, состоящий из роторов этих агрегатов, называется сво­бодным. Турбина низкого давления ТНД вращает роторы ком­прессора высокого давления КВД и электрического генератора Г.. Этот вал называют силовым. Возможны также другие схемы рас­положения турбин и компрессоров на разных валах.

Если в ГТУ имеется s компрессоров с промежуточным охлаж­дением между ними и п турбин с камерой сгорания перед каждой, кпд и коэффициент полезной работы такой ГТУ можно рассчитать, по формулам:

где 2#т, 2#к, 2<7i — суммы работы всех турбин, компрессоров и

расходов теплоты во всех камерах сгорания, входящих в ГТУ.

Промежуточное охлаждение воздуха приводит к уменьшению работы, затрачиваемой на привод компрессора высокого давления, и, как следствие, увеличивает полезную работу ГТУ. На рис. 67 сопоставлены удельные полезные работы Н ГТУ без охлаждения (кривая /) и с охлаждением (кривая 2). Вместе с тем охлаждение





Рис. 67. Зависимость удельной полезной рабо­ты от степени^ сжатия простой и сложной ГТУ без регенерации

е

Рис. '68. Зависимость кпд от степени сжатия прос­той и сложной ГТУ без регенерации

снижает температуру воздуха за компрессором. Поэтому в каме­ру сгорания ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха прихо­дится подводить больше теплоты, чем в камеру сгорания простой

1 i У.

При наличии регенерации теплоты в ГТУ температура воздуха перед камерой сгорания практически постоянна и почти не зави­сит от того, есть промежуточное охлаждение воздуха или нет.

.-■■*

Применение промежуточного охлаждения воздуха в ГТУ с реге­нерацией всегда увеличивает ее кпд. Оптимальная степень сжатия при использовании охлаждения воздуха резко возрастает.

Зависимости кпд ГТУ без регенерации от степени сжатия при отсутствии (кривая 1) и наличии (кривая 2) охлаждения показа­ны на рис. 68.

Введение промежуточного охлаждения воздуха в компрессоре увеличивает степень сжатия и позволяет получить наибольший кпд.

Введение промежуточного подвода теплоты приводит к тем же последствиям, что и введение промежуточного охлаждения. Одно­временное промежуточное охлаждение воздуха и промежуточный подвод теплоты к газу позволяют значительно увеличить удель­ную полезную работу и кпд. Однако излишнее усложнение схемы снижает маневренность ГТУ, увеличивает ее размеры к массу. Чаще всего такие ГТУ выполняют двухвальными, а иногда — трехвальными.

Коэффициент полезного -действия многовальной ГТУ при лю­бом количестве компрессоров, турбин, охладителей и камер сго­рания зависит только от общей степени сжатия всех компрессоров *е, степени сжатия любого отдельного компрессора в» .и степени расширения любой отдельной турбины бп- Значения е, е« и бп должны быть выбраны так, чтобы кпд ГТУ был наибольшим.



Рис. 69. Т, s-диаграмма теплового процесса сложной ГТУ с регенера­цией теплоты

Рис. 70. Т, s-диаграмма теплового процесса сложной ГТУ без регенера­ции теплоты

В газотурбинных установках с большой степенью регенерации (рис. 69) степени, сжатия всех компрессоров должны быть почти одинаковыми и Приближенно их можно рассчитать по формуле

Sl=e>= ... =ея1/*.

Степени расширения всех турбин также должны быть пример­но равны и рассчитываются по формуле

51 = 82= ... =\~(eX).i/«.

В газотурбинных установках без регенерации (рис. 70) степень сжатия в компрессоре высокого давления должна быть боль­ше, чем в других компрессорах, что приводит к увеличению тем­пературы воздуха за ним и позволяет уменьшить подвод теплоты в камеру сгорания. Степень расширения в турбине низкого давле­ния также должна быть больше, чем -в других турбинах, так как при этом снижается температура газа за турбиной и уменьшаются потери теплоты с уходящими газами.

При определении оптимальных степеней сжатия многовальных ГТУ обязательно учитывают балансы мощностей на отдельных валах. Это накладывает дополнительное ограничение на соотноше­ние степеней сжатия в компрессорах и расширения в турбинах, расположенных на одном валу. В результате оказывается, что при расчетном режиме работы кпд многовальных ГТУ меньше, чем одновальных. Однако на частичных нагрузках кпд многовальных ГТУ оказывается больше, чем одновальных.

§ 13. Газотурбинные установки парогазовых установок и атомных электростанций

Использование газотурбинной установки совместно с паротур­бинной (ПТУ) уменьшает удельный расход теплоты на выработ­ку энергии по сравнению с отдельно работающими ГТУ и ТТТУ. Такие установки называются комбинированными парогазовыми (ПГУ). Наиболее перспективны следующие схемы парогазовых установок: с низконапорным и высоконапорным котлами (НПГУ и ВПГУ), а также с подогревом питательной воды выхлопными газами..

Схема парогазовой установки с низконапорным котлом пока­зана на рис. 71. Паротурбинная установка почти не отличается от обычной. Газы из турбины ГТУ поступают в топку котла ПТУ, куда одновременно подается, топливо для их подогрева. Так как

7 8



Рис. 71. Схема парогазовой ус­тановки с низконапорным кот­лом.:

/ — генератор ЬТУ, 2 — компрессор, 3 -р камера сгорания, 4, 7 — газо­вая и паровая турбины, 5 —топливоподача, в — котел, 8 — генератор паровой турбины, 9 — конденсатор, 10, It — конденсатный и питатель­ный насосы

в этом случае в топку котла подаются газы повышенной темпера­туры, расход топлива для их подогрева уменьшается, что увели­чивает кпд всей установки.
1   2   3   4   5   6


§ 5. Корпуса компрессоров и газовых турбин
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации