Газотурбінні установки
Газотурбінна установка (ГТУ) складаєтьсяз двох основних частин - це силова турбіна і генератор, які розміщуютьсяв одному корпусі. Потік газу високої температури впливає на лопатки силовийтурбіни (створює крутний момент). Утилізація тепла за допомогою теплообмінникаабо котла-утилізатора забезпечує збільшення загального ККД установки.
ГТУ може працювати як нарідкому, так і на газоподібному паливі. У звичайному робочому режимі - на газі, а врезервному (аварійному) - автоматично перемикається на дизельне паливо. Оптимальнимрежимом роботи газотурбінної установки є комбінована виробленнятеплової та електричної енергії. ГТУ може працювати як в базовому режимі, такі для покриття пікових навантажень.
Проста газотурбінна установка безперервного горіння і пристрій їїосновних елементів
Принципова схема простоїгазотурбінної установки показана на малюнку 1.
Малюнок 1. Принциповасхема ГТУ: 1 - компресор; 2 - камера згоряння; 3 - газова турбіна; 4 - електрогенератор
Компресор 1 засмоктує повітряз атмосфери, стискає його до певного тиску і подає в камеру згоряння2. Сюди ж безперервно надходить рідке чи газоподібне паливо. Згорянняпалива при такій схемі відбувається безперервно, при постійному тиску, томутакі ГТУ називаються газотурбінними установками безперервного згоряння або ГТУзі згоранням при постійному тиску.
Гарячі гази, що утворилися вкамері згоряння в результаті спалювання палива, надходять в турбіну 3. У турбінігаз розширюється, і його внутрішня енергія перетворюється на механічну роботу. Відпрацьованігази виходять з турбіни в навколишнє середовище (в атмосферу).
Частина потужності, що розвиваєтьсягазовою турбіною, витрачається на обертання компресора, а частина, що залишилася (кориснапотужність) віддається споживачу. Потужність, споживана компресором,відносно велика і в простих схемах при помірній температурі робочого середовищаможе в 2-3 рази перевищувати корисну потужність ГТУ. Це означає, що повнапотужність власне газової турбіни довгий бути значно більше корисноїпотужності ГТУ.
Так як газова турбіна можепрацювати тільки при наявності стисненого повітря, одержуваного тільки від компресора,приводиться в обертання турбіною, очевидно, що пуск ГТУ повинен здійснюватисявід стороннього джерела енергії (пускового мотора), за допомогою якогокомпресор обертається до тих пір, поки з камери згоряння не почне поступатигаз певних параметрів і в кількості, достатній для початку роботигазової турбіни.
З наведеного опису ясно,що газотурбінна установка складається з трьох основних елементів: газовоїтурбіни, компресора і камери згоряння. Розглянемо принцип дії і пристрійцих елементів.
Турбіна. На малюнку 2 показанасхема простий одноступеневою турбіни. Основними частинами її є; корпус (ціліндр.)турбіни 1, в якому укріплені напрямні лопатки 2, робочі лопатка 3,встановлені по всьому колу на ободі диска 4, закріпленого на валу 5. Валтурбіни обертається в підшипниках 6. У місцях вихід вала з корпуса встановленікінцеві ущільнення 7, обмежують витік гарячих газів з корпусу турбін. Всіобертові частини, турбіни (робочі лопатки, диск, вал) складають її ротор. Корпусз нерухомими направляючими лопатками і ущільненнями утворює статор турбіни. Дискз лопатками утворює робоче колесо.
Малюнок 2. Схемаодноступеневою турбіни
Сукупність ряду направляли іробочих лопаток називається турбінної сходинкою. На малюнку 3 вгорі зображеносхема такої турбінної ступені і внизу дано перетин направляючих і робочихлопаток циліндричної поверхні а-а, розгорнутої потім на площину креслення.
Малюнок 3. Схематурбінної ступені
Напрямні лопатки 1 утворюютьв перетині звужуються канали, звані соплами. Канали, утвореніробочими лопатками 2, також зазвичай мають суживающуюся форму.
Гарячий газ при підвищеномутиску надходить у сопла турбіни, де відбувається його розширення тавідповідне збільшення швидкості. При цьому тиск і температура газупадають. Таким чином, в соплах турбіни відбувається перетворенняпотенційної енергії газу в кінетичну енергії. Після виходу з сопел газпотрапляє в межлопаточной канали робочих лопаток, де змінює свій напрямок.При обтіканні газом робочих лопаток тиск на їх увігнутою поверхнівиявляється більшим, ніж на опуклій, і під впливом цієї різниці тисківвідбувається обертання робочого колеса (напрямок обертання на малюнку 3 показанострілкою u). Таким чином, частина кінетичної енергії газу перетвориться наробочих лопатках у механічну виявитися неприпустимим з міркуваньміцності робочих лопаток або диска турбіни. У таких випадках турбінивиконуються багатоступінчатими. Схема багатоступінчастої турбіни показана намалюнку 4.
Малюнок 4. Схемабагатоступінчастої турбіни: 1-підшипники; 2-кінцеві ущільнення; 3-вхіднийпатрубок; 4-корпус; 5-направляючі лопатки; 6-робочі лопатки; 7-ротор; 8-вихіднийпатрубок турбіни
Турбіна складається з ряду послідовнорозташованих окремих ступенів, в яких відбувається поступове розширеннягазу. Падіння тиску, що припадає на кожну ступінь, а, отже, ішвидкість с1 в кожному щаблі такої турбіни, менше, ніж у одноступеневою. Числоступенів може бути вибрано таким, щоб при заданій окружної швидкості і булоотримано бажане ставлення.
Компресор. Схемабагатоступінчастого осьового компресора зображена на малюнку 5.
Малюнок 5. Схемабагатоступінчастого осьового компресора: 1-вхідний патрубок; 2-кінцевіущільнення; 3-підшипники; 4-вхідний напрямний апарат; 5-робочі лопатки; 6-направляючілопатки; 7-корпус 8-спрямляющий апарат; 9-дифузор; 10-вихідний патрубок; 11-ротор.
Його основними складовими частинамиє: ротор 2 із закріпленими на ньому робочими лопатками 5, корпус 7 (ціліндр.),до якого кріпляться направляючі лопатки 6 і кінцеві ущільнення 2, іпідшипники 3. Сукупність одного ряду обертових робочих лопаток і одногоряду розташованих за ними нерухомих направляючих лопаток називається ступіннюкомпресора. Засмоктуваний компресором повітря послідовно проходить черезнаступні елементи компресора, показані на малюнку 5: вхідний патрубок 1, вхіднийнаправляючий апарат 4, групу щаблів 5, 6, спрямляющий апарат 8, дифузор 9і вихідний патрубок 10.
Розглянемо призначення цихелементів. Вхідний патрубок призначений для рівномірного підведення повітря затмосфери до вхідного направляючого апарату, який повинен надати необхідненапрямок потоку перед входом в першу ступінь. У щаблях повітря стискаєтьсяза рахунок передачі механічної енергії потоку повітря від обертових лопаток. Зостанньому щаблі повітря надходить в спрямляющий апарат, призначений длядодання потоку осьового напрямку перед входом в дифузор. У дифузорітриває стиснення газу за рахунок пониження його кінетичної енергії. Вихіднийпатрубок призначений для подачі повітря від дифузора до перепускнихтрубопроводу. Лопатки компресора 1 (рисунок 6) утворюють ряд розширюютьсяканалів (дифузорів). При обертанні ротора повітря входить в межлопаточной канализ великою відносною швидкістю (швидкість руху повітря, яка спостерігається зрухомих лопаток). При русі повітря по цих каналах його тискпідвищується в результаті зменшення відносної швидкості. У розширюютьсяканалах, утворених не-рухомими направляючими лопатками 2, відбуваєтьсяподальше підвищення тиску повітря, що супроводжується відповідним зменшеннямйого кінетичної енергії. Таким чином, перетворення енергії в ступенікомпресора відбувається у порівнянні з турбіною щаблем у зворотному напрямку.
Малюнок 6. Схема ступеніосьового компресора
Камера згоряння
Призначення камери згорянняполягає в підвищення температури робочого тіла за рахунок згоряння палива всередовищі стисненого повітря. Схема камери згоряння показана на малюнку 7.
Малюнок 7. Камеразгоряння
Згоряння палива, що впорскуєтьсячерез форс...
