Принцип работы газовых турбин

Содержание

Газовые турбины — надёжные силовые агрегаты современных электростанций

Принцип работы газовых турбин

В автономной генерации — малой энергетике в последнее время значительное внимание уделяется газовым турбинам различной мощности.

Электростанции на базе газовых турбин используются как основной или резервный источник электричества и тепловой энергии для объектов производственного или бытового назначения.

Газовые турбины в составе электростанций предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях России. Области применения  газовых турбин практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, структуры ЖКХ.

Положительным фактором использования газовых турбин в сфере ЖКХ является то, что содержание вредных выбросов в выхлопных газах NOх и CO находится на уровне 25 и 150 ppm соответственно (у поршневых установок эти значения гораздо больше), что позволяет устанавливать электростанцию рядом с жилой застройкой. Использование газовых турбин в качестве силовых агрегатов электростанций позволяет избежать строительства высоких дымовых труб.

В зависимости от потребностей газовые турбины комплектуется паровыми или водогрейными котлами–утилизаторами, что позволяет получать от электростанции либо пар (низкого, среднего, высокого давления) для технологических нужд, либо горячую воду (ГВС) со стандартными температурными значениями. Можно получать пар и горячую воду одновременно. Мощность тепловой энергии, производимой электростанцией на базе газовых турбин, как правило, в два раза превышает электрическую.

На электростанции с газовыми турбинами в такой конфигурации коэффициент использования топлива возрастает до 90%.

Высокая  эффективность использования газовых турбин в качестве силовых агрегатов обеспечивается при длительной работе с максимальной электрической нагрузкой.

При достаточно высокой мощности газовых турбин существует возможность совокупного использования паровых турбин. Эта мера позволяет существенно повысить эффективность использования электростанции, увеличивая электрический КПД до 53%.

Сколько стоит электростанция на базе газовых турбин? Какова её полная цена? Что входит в стоимость «под ключ»?

Автономная тепловая электростанция на базе газовых турбин имеет массу дополнительного дорогостоящего, но зачастую, просто необходимого оборудования (пример из жизни – реализованный проект).

С использованием первоклассного оборудования стоимость электростанции подобного уровня, «под ключ», не превышает 45000 — 55000 рублей за 1 кВт установленной электрической мощности. Конечная цена электростанции на основе газовых турбин зависит от конкретных задач и нужд потребителя.  В стоимость входят проектные, строительные и пусконаладочные работы.

Сами газовые турбины, как силовые агрегаты, без дополнительного оборудования, в зависимости от компании-производителя и мощности, стоят от 400 до 800 долларов за 1 кВт.

Для получения информации о стоимости строительства электростанции или ТЭС в конкретном Вашем случае, необходимо отправить в нашу компанию заполненный опросный лист. После этого, по истечении 2–3 дней заказчик-клиент получает предварительное технико-коммерческое предложение — ТКП (краткий пример).

На основании ТКП заказчиком принимается окончательное решение о строительстве электростанции на базе газовых турбин. Как правило, до принятия решения клиент посещает уже существующий объект, чтобы воочию увидеть современную электростанцию и «потрогать всё руками».

Непосредственно на объекте заказчик получает ответы на имеющиеся вопросы.

За основу строительства электростанций на базе газовых турбин часто берется концепция блочно–модульного построения. Блочно-модульное исполнение обеспечивает высокий уровень заводской готовности газотурбинных электростанций и уменьшает сроки строительства объектов энергетики.

Описание — технические характеристики микротурбины — тепловой электростанции Capstone – Calnetix ТА–100 Скачать/загрузить брошюру в формате PDF, 4 MB

Газовые турбины: получите бесплатные квалифицированные консультации по телефону + 7 (495) 649–81–79

Газовые турбины – немного арифметики по себестоимости производимой энергии

Сколько стоит один киловатт электроэнергии, произведенный газовыми турбинами, и что потребитель получает бесплатно?

Для производства 1 кВт электричества газовые турбины потребляют всего 0,29–0,37 м³/час газового топлива. При сжигании одного кубического метра газа, газовые турбины вырабатывают 3 кВт электричества и 4–6 кВт тепловой энергии.

 С ценой (усредненной) на природный газ в 2011 году 3 руб. за 1 м³, себестоимость 1 кВт электроэнергии полученной от газовой турбины, равна, приблизительно, 1 рублю.

Дополнительно к этому потребитель получает 1,5–2 кВт бесплатной тепловой энергии!

При  автономном  энергоснабжении от электростанции на основе газовых турбин себестоимость  производимой  электроэнергии  и  тепла  в 3–4 раза ниже действующих по стране тарифов, и это без учета высокой стоимости подключения к государственным электросетям (60 000 рублей за 1 кВт в Московской области, 2011 год).

Строительство автономных электростанций на основе газовых турбин позволяет получить значительную экономию денежных средств за счет исключения издержек на строительство и эксплуатацию дорогостоящих линий электропередач (ЛЭП), Электростанции на базе газовых турбин могут значительно повысить надежность электрического, теплового снабжения как отдельных предприятий или организаций, так и регионов в целом.
Степень автоматизации  электростанции на основе газовых турбин позволяет отказаться от большого количества обслуживающего персонала. Во время эксплуатации газовой электростанции ее работу обеспечивают всего три человека: оператор, дежурный электрик, дежурный механик. При возникновении аварийных ситуаций для обеспечения безопасности персонала, сохранности систем и агрегатов газовой турбины предусмотрены надежные системы защиты.

Принцип работы газовых турбин

Атмосферный воздух через воздухозаборник[1], оборудованный системой фильтров (на схеме не показаны) подается на вход многоступенчатого осевого компрессора[2]. Компрессор сжимает атмосферный воздух, и подает его под высоким давлением в камеру сгорания[3].

В это же время в камеру сгорания турбины через форсунки подается и определенное количество газового топлива. Топливо и воздух перемешиваются и воспламеняются. Топливовоздушная смесь сгорает, выделяя большое количество энергии.

Энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струями раскаленного газа лопаток турбины[4]. Часть полученной энергии расходуется на сжатие воздуха в компрессоре[2] турбины.  Остальная часть работы передаётся на электрический генератор через ось привода[7].

Эта работа является полезной работой газовой турбины. Продукты сгорания, которые имеют температуру порядка 500-550 °С, выводятся через выхлопной тракт[5] и диффузор турбины[6], и могут быть далее использованы, например,  в теплоутилизаторе, для получения тепловой энергии.

Газовые турбины, как двигатели, имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.

В качестве топлива газовой турбины могут использоваться: керосин, дизельное топливо, газ.

Газовые турбины – преимущества  силовых агрегатов для автономных электростанций средней и высокой мощности

Одними из преимуществ современных газовых турбин является длительный жизненный цикл — моторесурс (полный до 200 000 часов, до капитального ремонта 25000–60000 часов).

Современные газовые турбины отличаются высокой надежностью. Есть данные о непрерывной работе некоторых агрегатов в течение нескольких лет.

Многие поставщики газовых турбин производят капитальный ремонт оборудования на месте, производя замену отдельных узлов без транспортировки на завод-изготовитель, что существенно снижает временные затраты.

Возможность длительной работы в любом диапазоне мощностей от 0 до 100%, отсутствие водяного охлаждения, работа на двух видах топлива, — все это делает газовые турбины востребованными силовыми агрегатами для современных автономных электростанций.   

Наиболее эффективно применение газовых турбин при средних мощностях электростанций, а на мощностях свыше 30 МВт — выбор очевиден.

Описание — технические характеристики микротурбины — тепловой электростанции Capstone – Calnetix ТА–100 Скачать/загрузить брошюру в формате PDF, 4 MB

Современная электростанция на базе газовых турбин – проект, успешно реализованный в Московской области

Газовые турбины: получите бесплатные квалифицированные консультации по телефону + 7 (495) 649–81–79

 Прокопович В. С. — эксперт, специалист по маркетингу и продажам в сфере промышленного оборудования

Источник: https://manbw.ru/analitycs/gas_turbines_-_reliable_power_units_contemporary_power_stations.html

Газотурбинная электростанция (ГТЭС)

Принцип работы газовых турбин

Довольно часто возникают ситуации, когда некоторые промышленные и хозяйственные объекты вынужденно располагаются на больших расстояниях от основных электрических сетей. В таких случаях питание подается с помощью передвижных и стационарных установок.

В этом списке широко используется газотурбинная электростанция, представляющая собой высокотехнологичную современную конструкцию, обладающую высоким коэффициентом полезного действия.

Установки этого типа успешно генерируют электрическую и тепловую энергию, обеспечивая нормальное функционирование закрепленных за ними объектов.

Типовая схема агрегата

Стандартная газотурбинная установка представляет собой тепловую машину, где используется теплоноситель, находящийся в газообразном состоянии, нагретый до высокой температуры. В результате определенных процессов, которые будут рассмотрены ниже, его энергия превращается в механическую.

Конструкция такой электростанции состоит из следующих частей: компрессора, камеры сгорания и самой газовой турбины. Взаимодействие этих компонентов и управление ими в процессе работы обеспечивается специальными вспомогательными системами, входящими в конструкцию установки.

Газотурбинная установка и электрический генератор образуют в совокупности газотурбинный агрегат. Мощностью от нескольких десятков киловатт до показателей, измеряемых в мегаваттах.

Электростанция, в зависимости от целевого назначения и количества потребителей, имеет одну или несколько газотурбинных установок.

Сама газотурбинная установка разделяется на две части, размещенные в общем корпусе: газогенератор и силовая турбина. Газогенератор состоит из камеры сгорания и турбокомпрессора. Именно здесь создается газовый поток с высокой температурой, оказывающий воздействие на лопатки турбины.

Выхлопные газы утилизируются в теплообменнике, и одновременно производят нагрев паровых или водогрейных котлов. Газотурбинные установки могут работать на жидком или газообразном топливе.

В стандартном рабочем режиме используется газ, а в критических ситуациях установка автоматически переходит на жидкое топливо.

В нормальных условиях ГТЭС осуществляет комбинированное производство электричества и тепловой энергии. Как правило, они работают в базовом режиме, но при необходимости успешно перекрывают пиковые нагрузки. Вырабатываемое тепло, в количественном отношении существенно выше, чем производимое обычными поршневыми устройствами.

Как работает газотурбинная установка

По сравнению с переносными бензиновыми или дизельными электростанциями, газотурбинные установки имеют более сложную конструкцию и принципиальную схему. Тем не менее, основная задача у тех и других агрегатов совершенно одинаковая: преобразование исходного топлива в электрическую энергию.

Преимуществом газотурбинных установок является возможность дополнительно вырабатывать тепло.

Работа агрегатов этого типа происходит в следующем алгоритме:

  • Газ, поступающий в качестве топлива, вначале воспламеняется, а затем переходит в стадию горения. Образуется газовый поток с высокой температурой, представляющий собой тепловую энергию.
  • Попадая в турбину, раскаленный газ начинает вращать вал, создавая тем самым механическую энергию.
  • С вала турбины вращательный момент передается на ротор генератора, который начинает вырабатывать уже электрическую энергию. Далее она уходит к трансформатору, и пройдя через него, поступает к потребителям.

Газ в турбинный двигатель поступает непрерывным потоком. Вначале воздух сжимается компрессором, смешивается с топливом и в таком виде попадает в камеру сгорания. Смесь воспламеняется, а высокое давление обеспечивает большой выход энергии в виде продуктов горения.

Современные модификации агрегатов могут работать не только на газе. В качестве горючего используется дизельное топливо, керосин, нефть. Эти установки отличает высокая производительность и надежность в работе.

При поломке какого-либо элемента, ремонт легко производится на месте, что существенно снижает эксплуатационные расходы.

Газотурбинные установки малой мощности отличаются низким расходом смазочных материалов, им не требуется водяное охлаждение. При соблюдении рекомендация завода-изготовителя, они могут безопасно работать в течение длительного времени, без аварий и поломок.

Основные виды газотурбинных агрегатов

Газотурбинные электростанции нашли широкое применения в самых разных сферах. Они снабжают электроэнергией крупные объекты промышленного назначения, удаленные здания и сооружения.

В случае необходимости, газотурбинная электростанция в состоянии обеспечить электричеством целые населенные пункты.

Агрегаты малой мощности нередко используются в частном секторе и на сельскохозяйственных объектах.

Основным критерием классификации электростанций являются их размеры, в соответствии с которыми выбирается и место их использования:

  • Стационарные установки и сопутствующее оборудование. Монтируются на капитальных неподвижных фундаментах. На них устанавливаются самые мощные турбины и электрические генераторы.
  • Передвижные или мобильные установки. Также обладают высокой мощностью, но при этом могут перемещаться с места на место. Работают не только на газе, но и на жидком топливе.
  • Мини-установки или микротурбины. Вырабатывают электрическую и тепловую энергию, но при этом отличаются компактными размерами и низким уровнем шума во время работы. Последнее качество дает возможность размещать такие агрегаты в непосредственной близости от частных домов. Они могут работать в режиме когенерации, вырабатывая воду и пар для систем отопления, и в режиме тригенерации, преимущественно, в вентиляционных системах.

Преимущества и недостатки ГТЭС

К несомненным плюсам можно отнести следующие:

  • Максимально простое устройство. В отличие от паровой установки, котел не нужен. В связи с этим отсутствуют градирни, паропроводы и другие приспособления. Существенно снижена масса и материалоемкость таких установок.
  • Вода расходуется в минимальном количестве, охлаждая смазку в подшипниках.
  • Быстрый монтаж и ввод в эксплуатацию. Мощный турбогенератор запускается в работу в течение 15-20 минут, а паровая турбина – в течение нескольких часов.
  • Возможность дополнительно производить тепловую энергию, что способствует более быстрой окупаемости установки.
  • Токсичные выбросы отсутствуют, вибрация незначительная. Можно без ограничений использовать в населенных пунктах.
  • Доступное газовое топливо.
  • Использование в труднодоступных районах, где отсутствует центральное электроснабжение.

Тем не менее, нельзя сбрасывать со счетов и определенные минусы, характерные для данного типа установок:

  • Для достижения полезной мощности изначально требуется высокая температура газа – свыше 550 градусов. В связи с этим, для изготовления турбины используются жаростойкие материалы. Требуется система охлаждения мест, подверженных сильному нагреву.
  • Фактическая полезная мощность довольно низкая, поскольку ее значительная часть расходуется на привод компрессорной установки.
  • Твердым видам топлива необходима предварительная обработка.
  • Большие турбины отличаются высоким уровнем шума.

Источник: https://electric-220.ru/news/gazoturbinnaja_ehlektrostancija/2019-03-08-1662

Газовые турбины: особенности конструкции и принцип работы

Принцип работы газовых турбин

Газотурбинные установки (ГТУ) востребованы в промышленности, транспортной сфере, широко используются в энергетической отрасли. Это не очень сложное по конструкции оборудование, которые имеет высокий КПД и экономично в использовании.

Газовые турбины во многом схожи с двигателями, работающими на дизеле или бензине: как и в ДВС, тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, переходит в механическую.

При этом в установках открытого типа используются продукты сгорания, в закрытых системах — газ или обычный воздух. Одинаково востребованы и те, и другие.

Кроме открытых и закрытых, различают турбокомпрессорные турбины и установки со свободно-поршневыми газогенераторами.

Проще всего рассмотреть конструкцию и принцип работы газовой турбины на установке турбокомпрессорного типа, которая работает при постоянном давлении.

Конструкция газовой турбины

Газовая турбина состоит из компрессора, воздухопровода, камеры сгорания, форсунки, проточной части, неподвижных и рабочих лопаток, патрубка для отработанных газов, редуктора, гребного винта и пускового двигателя.

За запуск турбины отвечает пусковой двигатель. Он приводит в движение компрессор, который раскручивается до нужной частоты вращения. Затем:

  • компрессор захватывает воздух из атмосферы и сжимает его;
  • воздух отправляется в камеру сгорания через воздухопровод;
  • через форсунку в ту же камеру входит топливо;
  • газ и воздух смешиваются и сгорают при постоянном давлении, в результате образуются продукты сгорания;
  • продукты сгорания охлаждают с помощью воздуха, после чего они поступают в проточную часть;
  • в неподвижных лопатках смесь газов расширяется и ускоряется, затем направляется на рабочие лопатки и приводит их в движение;
  • отработанная смесь выходит из турбины, по патрубку;
  • турбина передает кинетическую энергию компрессору и гребному винту посредством редуктора.

Таким образом, газ в смеси с воздухом, сгорая, образует рабочую среду, которая, расширяясь, ускоряется и раскручивает лопатки, а за ними — и гребной винт. В последующем кинетическая энергия превращается в электричество или используется для передвижения морского судна.

Сэкономить на топливе можно, используя принцип регенерации тепла. В этом случае воздух, поступающий в турбину, согревается за счет отработанных газов. В результате установка расходует меньше топлива и происходит больше кинетической энергии. Регенератор, где подогревается воздух, одновременно служит для охлаждения отработанных газов.

Особенности ГТУ закрытого типа

Газовая турбина открытого типа забирает воздух из атмосферы и выводит отработанный газ наружу. Это не очень эффективно и опасно, если установка стоит в закрытом помещении, где работают люди. В этом случае используют ГТУ закрытого типа.

Такие турбины не выпускают отработанные рабочее тело в атмосферу, а направляют его в компрессор. Оно не перемешивается с продуктами сгорания.

Как результат, рабочая среда, циркулирующая в турбине, остается чистой, что увеличивает ресурс установки и сокращает количество поломок.

Однако закрытые турбины имеют слишком большие габариты. Газы, которые не выходят наружу, должны быть достаточно эффективно охлаждены. Это возможно только в больших теплообменниках. Поэтому установки используют на крупных судах, где достаточно места.

Закрытые ГТУ могут иметь и ядерный реактор. В качестве теплоносителя в них используют углекислый газ, гелий или азот. Газ нагревают в реакторе и направляют в турбину.

Гту и их отличия от паровых турбин и двс

Газовые турбины отличаются от ДВС более простой конструкцией и легкостью ремонта. Важно и то, что в них не предусмотрен кривошипно-шатунный механизм, который делает ДВС громоздким и тяжелым. Турбина легче и меньше двигателя аналогичной мощности приблизительно в два раза. Кроме того, она может работать на топливе низкого сорта.

От паровых газовые турбины отличаются небольшими габаритами и простым запуском. Обслуживать их легче, чем установки, работающие на пару.

Имеют турбины и недостатки: они не настолько экономичны по сравнению с ДВС, сильнее шумят, быстрее приходят в негодность. Впрочем, это не мешает использовать ГТУ в транспорте, промышленности и даже быту. Турбины устанавливают на морских и речных судах, используют в электростанциях, насосном оборудовании и многих других сферах. Они удобны и мобильны, поэтому применяются достаточно часто.

23 августа 2017

Источник: https://www.ekprometey.ru/articles/konstruktsiya-gazovyh-turbin.html

Газотурбинная установка (ГТУ или ГПА)

Принцип работы газовых турбин

 Газотурбинная установка (ГТУ) — машина, преобразующая тепловую энергию в механическую и состоящая из одного или нескольких компрессоров (чаще осевого типа), теплового устройства для нагрева рабочего тела, одной или нескольких турбин, системы регулирования и необходимого вспомогательною оборудования (рис. 1). Полезная мощность в ГТУ совершается за счет внутренней энергии газового потока, поступаюшего с большой скоростью на лопатки ротора турбины.

При работе турбины атмосферный воздух засасывается в осевой компрессор 3, сжимается и поступает в камеру сгорания 1. Одновременно часть воздуха направляется в кольцевое пространство между стенкойи корпусом камеры сгорания. Внутрь камеры сгорания непрерывно поступает топливо, сгорающее при постоянном давлении.

Поэтому из камеры сгорания непрерывной струей выходят продукты сгорания, направляющиеся в сопла. В соплах энергиядавления в результате расширениягаза преобразуется в кинетическуюэнергию газовой струи, поступающей на лопатки турбины.

Воздух,омывающий жаровую трубу камерысгорания, охлаждает ее и, смешиваясьс продуктами сгорания, выходящимииз жаровой трубы, также поступает в турбину 2. Примешивание этой доливоздуха к продуктам сгорания, имеющим высокую температуру — около1800-2000 °С, необходимо для снижения температуры газов до величины, безопасной для металла лопатокгазовой турбины.

Поэтому общееколичество воздуха, сжимаемого втурбокомпрессоре 3, значительно (в 6 раз и более) превышает количество воздуха, теоретически необходимого для сгорания топлива. 

Общее представление о принципах работы турбины можно получить при рассмотрении устройства простейшей активной турбины (рис. 2).

На валу 1 насажен диск 2, по ободу которого на равных расстояниях закреплены рабочие лопатки .

Слева от рабочих лопаток в корпусе 5 размешено сопло 4, представляющее собой криволинейный канал плав­ного очертания.

При постоянном расходе газа за счет сужения канала в пределах сопла скорость потока возрастает, а давление уменьшается от р0 до р1 . Следовательно, в пределах сопла потенциальная энергия потока превращается в кинетическую.

При выходе из сопла поток газа попадает на рабочие лопатки под та­ким углом наклона a1, который обеспечивает плавное скольжение по­тока в межлопаточных каналах. При движении потока вдоль изогнутого контура рабочих лопаток возникают элементарные силы, результирую­щая которых представляет собой усилие, вращающее лопатки, т. е. ме­ханическую работу.

Механическая работа потокагаза на лопатках опре­деляется только вращающим усилием и частотой вращения. При враща­тельном движении рабочих лопаток скорость газа при выходе из них меньше скорости на входе.

Это означает, что на рабочих лопатках проис­ходит второе превращение энергии — кинетическая энергия потока газа частично переходит в механическую энергию вращения лопаток.

Турбины, в которых поток газа движется параллельно валу, назы­вают аксиальными, а турбины, в которых поток газа движется перпен­дикулярно к валу, — радиальными. Заводы выпускают в основном аксиальные газовые турбины.

Смежные ряды сопел и рабочих лопаток образуют одну ступень давления. Поэтому турбину такого типа называют одноступенчатой. Диаметр диска 2, измеренный по средней высоте рабочих лопаток d , называют расчетным диаметром ступени давления. Между вращающими­ся и неподвижными деталями всегда имеются зазоры (см. рис. 2) в ра­диальном и аксиальном направлениях.

На графике изменения давления и абсолютных скоростей газа в ак­тивной одноступенчатой турбине (см. рис. 2) видно, что давление падает только в соплах, где и происходит увеличение абсолютной скорости по­тока с с0 до с1 .

На рабочих лопатках, в зазоре между соплами и лопат­ками давление практически постоянно. Отдельные ступени или турбины в целом, в которых давление потока газа на рабочих лопатках остается постоянным, называются активными.

Те же ступени или турбины в це­лом, в которых давление меняется и в соплах и на рабочих лопатках, называются реактивными.

При однократном расширении в соплах одноступенчатой гурбины скоростью газа при входе его на рабочие лопатки оказывается настолько большой, что на одном ряду лопаток достаточно полно использовать ее нельзя. Поэтому одноступенчатые турбины применяют в основном для привода различных вспомогательных устройств.

На рис.3 в продольном разрезе и развертке по окружности проточ­ной части дана схема активной турбины с двумя ступенями скорости. (Обозначения 1 соответствуют обозначениям на рис. 2). Газ из перво­го ряда рабочих лопаток поступает в неподвижные напщие ло­патки 7.

Эти лопатки сходны по профилю с рабочими лопатками, но изогнуты в противоположную сторону.  Направляющие лопатки крепят в корпусе 5 турбины против сопел. Далее газ поступает на второй ряд рабочих лопаток 6.

Такой двукратный пропуск потока по рабочим лопаткам позволяет уменьшить потерю кинетической энергии с выходной скоростью и этим увеличить к.п.д. На графике изменения давления и абсолютных скоростей газа по ступеням турбины (см. рис. 3) видно, что расширение газа происходит только в соплах, т. е. эта турбина является активной.

Поэтому абсолютная скорость потока газа достигает максимального значения с1, при выходе из сопел. Далее поток газа попадает на рабочие лопатки первой ступени скорости, где совершает работу. Абсолютная скорость при выходе с2 еще довольно велика.

Поток далее попадает в направляющие лопатки, где его абсолютная скорость несколько уменьшается от с2 до с`1 за счет потерь, а затем газ поступает нa рабочие лопатки второй ступени Здесь совершается дополнительная работа, соответствующая уменьшению абсолютной скорости от c`1 до с`2. Во всех зазорах давление принимается постоянным.

Наклон линии абсолютной скорости на рабочих лопатках первой и второй ступеней и на направляющих лопатках различен. Это связано с тем, что на рабочих лопатках скорость уменьшается и при превращении в механическую работу и ввиду потерь, между тем как в направляющих лопатках уменьшение скорости происходит только за счет потерь.

Рабочие лопатки ступеней скорости для уменьшения стоимости и упрощения конструкции почти всегда ставят на общем диске, который называют диском Кертиса.Принцип работы реактивных и комбинированных турбин.

В реальных ГТУ, эксплуатируемых на компрессорных станциях, используют в основном комбинированные ступени, т.е. ступени с определенной степенью реакции.

Поток газа воздействует на рабочие лопатки реактивной турбины не только но причине изменения скорости, приобретенной в соплах (активное усилие), но также и вследствие реакции потока газа.

Это воздействие возникает в них при уменьшении давления и увеличении за счет этого относительной скорости (реактивное усилие) . Реактивное усилие аналогично отдаче ружья при  выстреле.

Рис. 1. Упрощенная схема газотурбинной установки:1- камера сгорания; 2 — турбине;

3 — осевой компрессор; 4 — устройство для съема мощности (нагнетатель)

Рис. 2. Схема простейшей активной турбины

Рис. 3 Схема активной турбины с  двумя ступенями скорости

Сравним схемы активной и реактивной ступеней давления (рис. 11). В соплах 1 активной ступени давление уменьшается от p0 до p1, а абсолютная скорость потока возрастает от с0, до c1. На рабочих лопатках

Рис. 4. Схемы активной (a) и реактивной (б) ступеней

 активной ступени абсолютная скорость потока уменьшается от с1 до с2 ввиду частичного превращения кинетической энергии в механическую работу.

Относительная скорость потока уменьшается w1 до w2 вследствие трения о стенки лопаток, взаимного трения между отдельными лруйками в потоке, а также вихреобразования. Давление газа на рабочих лопатках остается постоянным p1=р2.

Рабочие лопатки 4, как и сопла 3 реактивной ступени, образуют суживающиеся каналы. В этих каналах происходит увеличение относительной скорости и понижение давления, связанные с появлением реактивного усилия. Это усилие направлено под утлом к направлению вращения.

Движущее реактивное усилие получается как проекция реактивного усилия на направление вращения.

На рабочих лопатках реактивной ступени вследствие уменьшения давления увеличивается относительная скорость потока от w1 до w2  со Абсолютная скорость потока на выходе из рабочих лопаток с2, как и в активной ступени, меньше абсолютной скорости входа с1 ввиду превращения части кинетической энергии потока в механическую работу.

При работе турбины происходит уменьшение энтальпии от i0 на входе до i2 на выходе из ступени. Разность значений энтальпий, срабатываемых на ступени, называется теплоперепадом.

Отношение теплоперепада, срабатываемого на рабочих лопатках, к общему теплоперепаду ступени принято называть степенью реактивности r.

При r= 0-0,20 ступени давления называют активными с небольшой реактивностью; при r= 0,4-0,6 ступени давления называются реактивными.

Сущестнует большое число теоретически обоснованных схем и циклов ГТУ. Однако только некоторые из них получили практическое применение. Часть из них рассмотрим.

Рис. 5. Простой цикл, одновальная ГТУ

Рис. 6. Регенеративный цикл, одновальная

ГТУ: 1 — регенератор; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания;

4 — турбина; 5 — нагнетатель (нагрузка)

В одновальной ГТУ открытого простого цикла (рис. 5) рабочее тело (воздух) поступает в компрессор 1 из атмосферы, сжимается и направляется в камеру сгорания 2, в которой происходит его нагревание до определенной температуры.

Затем рабочее тело (воздух) поступает в турбину 3, где расширяется, производя работу, и выбрасывается в атмосферу. Особенностью этого цикла является то, что компрессор, турбина и центробежный нагнетатель 4 (нагрузка) соединены механически.

Центробежный нагнетатель с приводом от одновальной ГТУ может работать только в сравнительно узком диапазоне расходов газа.

В открытом цикле рабочее тело (воздух) поступает в ГТУ из атмосферы и выбрасывается в атмосферу. В замнутом цикле рециркуляция рабочего тела (воздуха) осуществляется без связи с атмосферой.

В одновальной ГТУ регенеративного цикла (рис. 6) дополнительно применен регенератор — теплообменник, передающий тепло от выхлопных газов рабочему телу (воздуху) до его поступления в камеру сгорания. Регенеративный цикл — термодинамический цикл с использованием тепла отработавшего рабочего тела.

Состоит он из следующих друг за другом сжатия, регенеративного подогрева, горения, расширения и регенеративного охлаждения рабочего тела (теплопередачи от отработавшего газа к рабочему телу за компрессором).

В целях расширения диапазона регулирования и устойчивой работы применяют схему многовальной ГТУ или с разрезным валом (рис. 7). Такая ГТУ имеет по крайней мере две турбины, камеру сгорания 2, работающие на независимых валах.

Компрессор 1 приводится турбиной высокого давления (ТВД) 3, а силовая турбина (турбина низкого давления или ТНД) 4 обеспечивает привод нагнетателя 5 (нагрузки).

Газотурбинная установка с разрезным валом обеспечивает любой режим работы газопровода без понижения давления нагнетания, так как, изменяя скорость вращения силового вала ТНД, можно привести в соответствие мощность, потребляемую нагнетателем, с полезной мощностью установки.

В ГТУ регенеративного цикла с разрезным валом появляется дополнительный элемент — регенератор, который выполняет те же функции, что регенератор одновальной ГТУ (см. рис. 6).

Рабочий процесс в многовальной ГТУ со ступенчатым сжатием и ступенчатым сгоранием топлива отличается от рабочего процесса других ГТУ тем, что воздух сжимается с промежуточным охлаждением, а горение происходит в двух камерах сгорания, расположенных перед каждой турбиной (рис. 8).

При одинаковой производительности и степени сжатия в установке с промежуточным охлаждением затраты работы на сжатие в компрессорах низкого и высокого давлений (КНД и КВД) меньше, чем в установке без охлаждения. Применение ступенчатого сгорания приводит к некоторому повышению к л.д. установки.

Но в такой установке усложняются топливная и масляная системы, создается более развернутая сеть воздуха и газопроводов, что увеличивает габариты и массу установки. Поэтому на КС не нашли практическое применение схемы ГТУ со ступенчатым сгоранием.

Используют в основном ГТУ, выполненные по простому регенеративному (например, ГТК-10) или безрегенеративному циклу (например, ГТН-16) с разрезным валом.

Рис. 7. Простой цикл, ГТУ с разрезным валом с отдельной силовой турбиной

Рис. 8. Цикл с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом, многовальная ГТУ с потребителем полезной мощности на валу низкого давления: 1 — камера сгорания; 2 — промежуточный холодильник; 3 — камера сгорания промежуточного подогрева; 4 — нагнетатель (нагрузка)

Актуальное видео:

Прежде чем задать вопрос прочитайте: FAQ

Источник: http://www.turbinist.ru/19842-gazoturbinnaya-ustanovka-gtu-ili-gpa.html

Основные плюсы и минусы газовой турбины

Принцип работы газовых турбин

На сегодняшний день многие слышали о таком оборудовании как турбинное. Оно используется в основном для того, чтобы производить энергию для разных сфер жизнедеятельности. Установки применяются в теплоснабжении, промышленности по добыче нефти и по обработке компонентов, на электростанциях, а также на любых энергоустановках.

На сегодняшний день одним из вариантов является газовая турбина, которая широко применяется во многих областях. Именно поэтому стоит рассмотреть, что это такое и на чём построен принцип работы.

Общая информация о газовой турбине

Газовая турбина – это установка, которая позволяет преобразовывать энергию сжатого воздуха в механическое действие. Это категория двигателей внутреннего сгорания, где газ поступает в турбину под давлением.

После этого он попадает в низкое давление и при этом ускоряет движение. Поток газа примыкает к лопастям и обеспечивает хороший крутящий момент. При этом, часть энергии отдаётся. Лопасти будут сообщать движения через диски валу.

Среди главных газовых турбин можно отметить два вида:

  1. Микротурбина. Чаще всего используется для систем снабжения электричеством. Это современное оборудование, которое имеет высокую точность.
  2. Промышленные установки, которые часто являются элементом турбогенератора. Такие установки используются в промышленности. Область применения начинается от энергетики и заканчивается машиностроением.

Перед тем как приобретать газовые турбины, стоит рассмотреть все достоинства и недостатки. Такое устройство уже достаточно изучено, поэтому о положительных и отрицательных особенностях можно узнать без особых проблем.

Плюсы газовых турбин

Газовая турбина – это устройство, которое может использоваться во многих сферах жизнедеятельности. Среди главных положительных характеристик нужно отметить следующее:

  • Такая установка достаточно простая по устройству. Если сравнивать её с паросиловой, то из-за отсутствия котельной, сложной системы проводов, конденсатора, а также большого числа вспомогательных элементов, газовая турбина считается элементарной. При этом вес и количество металлов становится значительно меньше, чем в других подобных устройствах.
  • Для работы установки необходим небольшой расход воды. Она идёт только на то, чтобы охлаждать масло, которое направляется к подшипникам.
  • Для такой установки характерна скорость ввода в работу. Пуск занимает примерно 15-20 минут, в то время, как подготовка другой установки может занимать несколько часов.
  • Такая установка потребляет не только меньше воды, но и меньше масла. Именно поэтому её работа эффективна и малозатратна.
  • Если говорить о качестве топлива, которое должно использоваться в газовом двигателе, то это абсолютно неважно. Агрегат не будет работать как-то по-другому, если будет залито топливо низкого качества. Никаких сбоев в работе в дальнейшем также не ожидается.
  • Двигатель отличается хорошей экологичностью. Она основывается на том, что там образуется меньшее число вредных выбросов.
  • Установка долговечная за счёт того, что при работе создаётся меньшее число вибраций и там присутствует малое количество трущихся частей.
  • Хороший КПД, поэтому очень часто газовую турбину используют в энергоустановках.
  • Имеет огромный диапазон работы, который позволяет маневрировать в любых условиях. Именно поэтому газовые установки сейчас находят широкое распространение во многих сферах использования.
  • Все затраты, которые исходили из покупки такого оборудования всегда будут оправданы и окупятся полностью в самый минимальный срок.

Достоинств у газовой турбины достаточно много. Именно поэтому она и находит свое широкое распространение. Но всё же не стоит судить только по положительным моментам об установке. Лучше всего посмотреть на недостатки, которые возникают при работе.

Минусы газовой турбины

Как и в любом другом устройстве, здесь есть свои недостатки. Все они исходят из определенных критериев по устройству, принципам работы. Среди главных отрицательных характеристик можно отметить следующее:

  • Большой уровень шума во время эксплуатации. Если говорить о паротурбинных установках, то они будут работать намного тише. Именно поэтому газовые турбины очень часто не выбираются предприятиями.
  • Мощность такой установки будет ограничена. Ещё недавно она составляла величину до 150 мегаватт. Это обусловлено тем, что установка имеет огромное габариты, а также невысокое начальное давление и меньшие способности, нежели в других устройств.
  • В таких установках нельзя применять твёрдое топливо по стандартной схеме. Самыми лучшими видами для этого является газ природный, а также сырье. Чаще всего в качестве него выступает керосин. Если говорить о мазуте, то его лучше всего специально подготовить перед работой и удалить все шлакообразующие примеси.
  • На компрессор расходуется около 70% мощности, которая развивается турбиной. Именно поэтому полезная мощность будет меньше фактической намного.
  • Чтобы установка выдавала хорошую полезную мощность, начальная температура при работе должна быть 550 градусов. Это весьма высокий показатель, и часто из-за этого возникают определенные трудности. Для изготовления обычно должны использоваться специальные жаростойкие материалы, которые выдерживают всю специфику дальнейшей работы. Помимо этого, там придумываются специальные системы охлаждения наиболее нагреваемых частей.

Выводы и рекомендации

Нужно отметить, что такой агрегат как газовая турбина стоит достаточно дорого. Но вложения всегда будут оправданы за короткий промежуток времени. Именно поэтому многие промышленные предприятия используют такую установку для постоянной работы.

Сейчас существует огромный ассортимент выбора, из которого можно определиться с итогом. Именно поэтому, тщательно рассматривайте достоинства и недостатки, а только после этого делайте покупку.

Источник: https://plusiminusi.ru/osnovnye-plyusy-i-minusy-gazovoj-turbiny/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.