Как работает газовая турбина
Как работает газовая турбина
Преимущества газовых турбин в мобильности и высокой степени автоматизации
Основное назначение газотурбинных электростанций — автономная работа в местах разработки новых месторождений полезных ископаемых, чаще всего — нефти, в поисковых буровых установках, на строительстве железных дорог, на лесозаготовках, на строительстве объектов удаленных от линий электропередач. Одним из основных плюсов газовых турбин является их мобильность. Кроме того, автономные электростанции, созданные на основе газовых турбин, имеют, как правило, высокую степень автоматизации и дистанционное управление.
Периодически газовым турбинам предрекают постепенный уход с рынка автономного энергоснабжения, ввиду того, что на смену старой технологии пришла новая — парогазовая. С другой стороны, несмотря на то, что во всем мире парогазовые электростанции нашли самое широкое применение и активно выпускаются, они недалеко ушли от своих предшественников и имеют множество недостатков.
Прежде всего, это высокий уровень шума, требующий их монтажа и установки в специально оборудованных контейнерах и помещениях, дающих также влагозащищенность — этот минус существенно повышает их себестоимость и снижает фактор мобильности. Кроме того, КПД подобных электростанций ниже, чем у поршневых двигателей. Еще больше он снижается при снижении нагрузки, повышении температуры окружающей среды, а также низком качестве топлива. Кстати, топливо для газовых турбин требуется подготовить — произвести очистку, осушку и компрессию. При несоблюдении правильных условий эксплуатации предстоит пройти сложный и очень дорогой капитальный ремонт.
Конструкция и назначение
Газовая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, преобразующий энергию газа в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в газовотурбинном двигателе процессы происходят в потоке движущегося газа. Качество газовой турбины характеризуется эффективностью КПД, то есть соотношением работы, снимаемой с вала, к располагаемой энергии газа перед турбиной.
Конструкция нынешних газовых турбин прошла многолетнюю обкатку, и на сегодняшний день представляет собой четко сгенерированный агрегат, весьма эргономичный в работе. И все же, КПД современной многоступенчатой парогазовой турбины составляет всего 25%-35%, в зависимости от параметров работы конкретной модели турбины и характеристик топлива.
Основное назначение газотурбинных электростанций — автономная работа в местах разработки новых месторождений полезных ископаемых, чаще всего — нефти, в поисковых буровых установках, на строительстве железных дорог, на лесозаготовках, на строительстве объектов удаленных от линий электропередач. Одним из основных плюсов газовых турбин является их мобильность, ведь конструктивно такие электростанции могут размещаться на железнодорожных платформах, прицепах, в гусеничном вездеходе, на самоходных шасси и т.д. Кроме того, автономные электростанции, созданные на основе газовых турбин, имеют, как правило, высокую степень автоматизации и дистанционное управление. Требуется совсем мало персонала для обслуживания. И пуск станции, приём нагрузки, работа вспомогательного оборудования (например, пополнение топливных и масляных баков) автоматизированы. Кроме того, в состав автономных газотурбинных электростанций помимо первичного двигателя и электрического генератора, входит дополнительное оборудование — распределительное устройство, комплект кабельной сети, комплект запасных частей, система сигнализации.
Газовая ретроспектива
Первая газовая турбина была изобретена еще в 1791 году, патент на нее получил англичанин Джон Барбер. Но, как это часто бывает с техническим прогрессом, он вдруг сделал крутой вираж в сторону паровых двигателей, более удобных для производства и установки. Газовые турбины начали производить только в конце XIX века. Тогда они использовались в качестве части газотурбинного двигателя и по конструктивному выполнению были близки к паровой турбине. В 1900 году Петр Кузычинский, инженер из России, впервые в мировой истории попробовал установить газовую турбину на морской крейсер. Однако дальше опытного образца дело не пошло — корабль так и не был спущен на воду.
Первая стационарная газовая турбина была создана в Швейцарии в 1939 году. Разработку словака Аурелия Стодолы разместили в альпийской пещере. Мощность газовой электростанции Стодолы составляла всего 4 МВт. Кстати, она работает по сей день, что говорит не столько о гениальности конструктора, сколько об отличных эксплуатационных качествах газовых турбин в целом. Мировая война активно подталкивала техническую мысль в борьбе за превосходство над противником, и в мае 41-го британский инженер Фрэнк Уиттл придумал, как оснастить газовой турбиной истребитель. Аналогичную технологию взяли на вооружение и силы Вермахта. История умалчивает, была ли это собственная разработка немцев, или им удалось похитить перспективную технологию.
В мирное время газотурбинные двигатели нашли свое применение в энергетике. Случилось это уже в 50-60-х гг. И сегодня в США и Великобритании ТЭЦ мощностью свыше 500 МВт, как правило, снабжаются газотурбинными установками в 25—35 МВт для покрытия нагрузок в «пиковые» часы.
Первые газовые турбины в СССР стали производиться в 60-х годах. Согласно конструкторской мысли, Шатская буроугольная подземногазовая электростанция должна была работать на продуктах подземной газификации углей и существенно снизить объемы потребляемой электроэнергии. Но впоследствии оказалось, что экономически данное решение не обосновано — в связи с быстрым износом лопаток газовых турбин под воздействием частиц угля, которыми был насыщен шахтный газ.
Параллельно развивались и парогазотурбинные установки, о которых так много говорят сегодня — как об одном из наиболее перспективных направлений развития энергоснабжения — в том числе и автономного. Впервые практическое применение парогазовая турбина получила еще в 1932 в высоконапорных парогенераторах «Велокс» фирмы «Броун, Бовери унд компани» (Швейцария). Газовая турбина работала на отходящих газах парогенератора и приводила в действие дутьевой турбокомпрессор, осуществляющий наддув топки, что позволило существенно интенсифицировать теплообмен. Парогенераторы типа «Велокс» получили распространение и в СССР. Первая в нашей стране парогазотурбинная установка общей мощностью 16 МBт была пущена в 1964 на Ленинградской ГЭС-1 в качестве надстройки над существующей паровой турбиной (30 МBт). Вслед за этой установкой был создан проект парогазовой установки мощностью 200 МBт. Впоследствии парогазовые турбины, в основном, нашли применение в энергетике крупных ТЭЦ.
В 90-е годы благодаря повсеместному переходу на использование природного газа в качестве основного топлива для электроэнергетики, газовые турбины заняли существенный сегмент рынка. Мировая энергетика активно развивается в этом направлении. На газовые и парогазовые установки приходится до 70% вводимых в мире генерирующих мощностей.
Будущее газотурбинных электростанций
Дальнейшее развитие газотурбинных электростанций конструкторы, прежде всего, связывают с созданием новых жаропрочных материалов и надёжных систем охлаждения лопаток, а также совершенствования проточной части. Правда, мало кто верит, что в этой области случится серьезный прорыв. Скорее стоит ожидать перспектив от парогазовых установок. А в области автономного энергоснабжения — в первую очередь, от дизеля.
Установка даже самого современного парогазотурбинного комплекса, говорят профессионалы, сегодня далеко не всегда оправдана в силу целого ряда факторов. Прежде всего, необходимо учесть климатические условия, в которых будет работать электростанция, нагрузку, наличие топливных ресурсов и цены на них в заданном регионе, местные тарифы на электроэнергию и так далее. Но, даже просчитав все до мелочей, не стоит надеяться на быструю прибыль. Статистика утверждает, что в среднем срок окупаемости газотурбинной установки с учетом амортизации составляет 3-4 года. На сегодняшний день передвижные дизельные электростанции серьезно потеснили передвижные электростанции на основе газовых турбин. Они имеют более высокий КПД и, самое главное, их стоимость гораздо ниже. Именно по этой причине сегодня наиболее широкое распространение получили дизельные электростанции малой мощности и энергопоезда с дизель-электрическими агрегатами большой мощности.
Правда, отдельные специалисты полагают, что рано списывать газовые турбины со счетов. Ведь существуют экономичные разработки передвижных парогазотурбинных установок, способные составить конкуренцию даже дизельным электростанциям. Вот и российское правительство, если судить по публикациям в прессе, при перестройке старых ТЭЦ решило делать упор на инновациях в области парогазовых установок. Правда, по мнению экспертов, в области автономного энергоснабжения имеются пока только отдельные, пусть порой и весьма перспективные, разработки, которые еще требуется проверить временем. А что касается оптимизма, источаемого предприимчивыми продавцами новых решений, то их обещаниям не всегда стоит верить.
Паровые турбины
Паровые турбины — принцип работы
Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.
Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.
В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.
Конденсационные паровые турбины
Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.
Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.
Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов. Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.
В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).
Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.
Теплофикационные паровые турбины
Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.
У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.
В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.
У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.
Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.
Паровые турбины специального назначения
Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).
- Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
- Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
- Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
- Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.
Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.
Газовые турбины — газотурбинные установки
Газотурбинные установки (ГТУ) – тепловые машины, в которых тепловая энергия газообразного рабочего тела преобразуется в механическую энергию. Сама газовая турбина, камера сгорания, и компрессор являются основными компонентами. Существует комплекс вспомогательных систем, объединенных между собой, который служит непосредственно для обеспечения работ и управления в установке. Газотурбинный агрегат называется ГТУ в совокупности с электрическим генератором. Для того чтобы выработать мощность в двадцать киловатт до десятка мегаватт, всего потребуется одна наша установка. Такие установки можно назвать классическими.
Описание и устройство ГТУ
В своей работе газотурбинная установка предполагает и собственно и использует жидкое топливо и газообразное. В конструкцию газотурбинной установки входят две основные части, объединенные в одним корпусом — это газогенератор и силовая турбина. В свою очередь газогенератор состоит из турбокомпрессора и камеры сгорания, здесь и происходит поток газа высокой температуры, который и воздействует на лопатки турбины. Теплообменник в свою очередь утилизирует выхлопные газы одновременно производит тепло через водяной или водогрейный котел.
Обычный режим работы ГТУ — работа на газе, если же происходит аварийная, а может быть и резервная ситуация, при которых подача газа прекращена, начинает осуществление автоматического перехода на дизельное топливо. В нормальном режиме газотурбинные установки параллельно осуществляют тепловую и электрическую энергии. Газопоршневые установки намного уступают ГТУ по количествам выработанной тепловой энергии, а электростанциях для работы в базовом режиме происходит использование турбоагрегатов, а также они используются в пиковых ситуациях для компенсирования.
Из истории создания
Первый патент на устройство получил англичанин Джон Барбер в 1791 году., но так и не получил широкого применения в массовом производстве. Идея использовать энергию горячего газового потока и была в основе его устройства. Устройство Барбера состояло из воздушного и газового компрессоров, из камеры сгорания и турбинного колеса, то есть все те же составляющие, что и в современных ГТУ.
Многие ученые и изобретатели во всем мире и в 19 и 20 веках пытались найти практическое применение установки, но все безуспешно. Развитие науки и техники в те года желало быть лучше. Опытные образцы могли выдавать только 14 процентов полезной мощности. Конструктивная сложность и эксплуатационная надежность были очень низки.
В 1939 году впервые использовали газотурбинную установку на электростанции в Швейцарии. Электростанция с простейшим турбогенератором мощность которого была 5000кВт. В 50-ых годах этот проект был усовершенствован, что позволило увеличить мощность до 25 МВт и соответственно поднять КПД. Сейчас же производство газотурбинных установок во всех развитых странах находится на едином уровне. Только в Советском союзе и России суммарная мощность выпущенных ГТУ может исчисляться уже миллионами кВт.
Принцип работы газотурбинных установок
.jpg)
Воздух из атмосферы начинает поступать в компрессор, далее он сжимается под воздействием высокого давления и отправляется в камеру сгорания, в сжатом состоянии через воздухонагреватель и воздухораспределительный клапан. Одновременно с воздухом в камеру сжигания происходит попадание газа через форсунки, который и сжигается в воздушном потоке. По мере сгорания газа и воздуха, что образует поток раскаленных газов, этот поток и начинает действовать с огромной скоростью на лопасти газовой турбины, и они начинают вращаться. Тепловая энергия преобразовывается в механическую энергию, которая и приводит к вращению вала турбины. Вал турбины воздействует на компрессор и электрогенератор, они начинают свою работу. И уже с клемм генератора электроэнергия отправляется в потребительскую сеть через трансформатор.
Через генератор горячие газы поступают в водогрейный котел, дальше проходят в дымовую трубу через утилизатор. Циркуляция воды организованна между ЦТП (центральным тепловым пунктом) и водогрейным котлом с помощью сетевых насосов. Горячая вода поступает в ЦТП, а далее уже непосредственно потребителю.
Весь термодинамический цикл ГТУ состоит:
- адиабатного сжатия воздуха в компрессоре;
- изобарный подвод теплоты в камере сгорания;
- адиабатного расширения тела в газовой турбине;
- изобарного отвода теплоты.
Для топлива ГТУ используют газ — метан.
Работа установки возможна в совмещенном варианте — электричество вместе с тепловой энергией.
Когенерация
Производство электричества с одновременной выработкой сопутствующей тепловой энергии называется когенерацией. Эта технология значительно повышает экономическую эффективность в использовании топлива. Наша газотурбинная установка может быть дополнительно оснащена водогрейными или паровыми котлами, это хорошая возможность получить дополнительно пар или же горячую воду.
Когенерация достигает максимальный экономический эффект, когда оптимально использованы два вида энергии. При этом коэффициент использования топлива равен 90 процентов.
Четыре ключевые части системы когенерации, она состоит из:
- газовой турбины (первичный двигатель);
- электрогенератора;
- системы теплоутилизации;
- системы управления и контроля.
Управление
Существует два основных режима эксплуатации газотурбинных установок
- Стационарный режим — фиксированная неполая (номинальная) нагрузка.
- Не стационарный режим — пуск и остановка ГТУ, считается этот режим более сложный, чем стационарный.
Достоинства и недостатки
Достоинства газовых турбин:
- Простота устройства, так как котельный блок отсутствует. Металлозатрат на единицу мощности у ГТУ значительно меньше.
- Расход воды минимален (вода нужна только для охлаждения подшипников масла).
- Быстрота входа в работу.
- Время пуска от холодного состояния до принятия нагрузки 20 минут, для сравнения ТЭС пуск занимает около нескольких часов.
При изготовлении газопаровых турбин необходимы жаростойкие материалы и особенные системы охлаждения, для особо нагреваемых поверхностей, так как в работе используется гас с очень высокой температурой. Начальная температура — 550 градусов.
Экология
Безусловно огромный плюс в практическом применении наших установок, это минимальное количество вредных примесей в выбросах., что позволяет строить ГТУ вблизи места проживания населения.
Не нужно строить дымовые трубы и тратиться на приобретение катализаторов.
Стоимость газотурбинных установок высока, о если поближе познакомиться с этими установками, их техническими характеристиками, стоит задуматься на нашим выгодным предложением.
На старте энергетических проектов высокие капиталовложения полностью компенсируются при последующей эксплуатации незначительными расходами. Значительное уменьшение платежей по экологии, уменьшены платежи за электроэнергию и тепловую энергию.
Ежегодно у нас приобретают и устанавливают сотни новых газотурбинных установок.
Получите информацию по стоимости микрогазовой турбины МГТУ мощностью 60-200 кВт, связавшись с нашим отделом продаж по телефону +7 (351) 737-01-53
Принцип работы газовых турбин
Газовой турбиной принято называть непрерывно действующий двигатель.
- История создания газовой турбины
- Технические характеристики газовой турбины
- Активные и реактивные турбины
- Активная турбина
- Реактивная турбина
Далее пойдёт речь о том, как устроена газовая турбина, в чем заключается принцип работы агрегата. Особенностью такого двигателя является то, что внутри него энергия продуцируется сжатым или нагретым газом, результатом преобразования которого является механическая работа на валу.
История создания газовой турбины
Интересно, что механизмы турбин начали разрабатываться инженерами уже очень давно. Первая примитивная паровая турбина была создана ещё в I веке до н. э.! Конечно же, своего существенного расцвета данный механизм достиг только сейчас. Активно разрабатываться турбины начали в конце XIX века одновременно с развитием и совершенствованием термодинамики, машиностроения и металлургии.
Менялись принципы механизмов, материалы, сплавы, всё совершенствовалось и вот, на сегодняшний день человечеству известна наиболее совершенная из всех ранее существующих форм газовой турбины, которая разграничивается на различные типы. Есть авиационная газовая турбина, а есть промышленная.
Технические характеристики газовой турбины
Газовой турбиной принято называть своеобразный тепловой двигатель, его рабочим частям предопределено только одно задание – вращаться вследствие воздействия струи газа.
Устроена она таким образом, что главная часть турбины представлена колесом, на которое прикреплены наборы лопаток. Газ, воздействуя на лопатки газовой турбины, заставляет их двигаться и вращать колесо. Колесо в свою очередь жёстко скреплено с валом. Этот тандем имеет специальное название – ротор турбины. Вследствие этого движения, происходящего внутри двигателя газовой турбины, достигается получение механической энергии, которая передаётся на электрогенератор, на гребной винт корабля, на воздушный винт самолёта и другие рабочие механизмы аналогичного принципа действия.
Активные и реактивные турбины
Воздействие газовой струи на лопатки турбины может быть двояким. Поэтому турбины разделяются на классы: класс активных и реактивных турбин. Отличаются реактивная и активная газовая турбина принципом устройства.
Активная турбина
Активная турбина характеризуется тем, что здесь отмечается большая скорость поступления газа на рабочие лопатки. При помощи изогнутой лопатки, струя газа отклоняется от своей траектории движения. В результате отклонения развивается большая центробежная сила. С помощью этой силы лопатки приводятся в движение. Во время всего описанного пути газа происходит потеря части его энергии. Такая энергия и направлена на движение рабочего колеса и вала.
Реактивная турбина
В реактивной турбине всё несколько иначе. Здесь поступление газа к рабочим лопаткам осуществляется на незначительной скорости и под воздействием большого уровня давления. Форма лопаток так же отлична, благодаря чему скорость газа значительно увеличивается. Таким образом, струя газа создаёт своего рода реактивную силу.
Из описываемого выше механизма следует, что устройство газовой турбины достаточно непростое. Дабы такой агрегат работал бесперебойно и приносил своему владельцу прибыль и выгоду, следует доверить его обслуживание профессионалам. Сервисные профильные компании обеспечивают сервисное обслуживание установок, использующих газовые турбины, поставки комплектующих, всевозможных частей и деталей. DMEnergy — одна из таких компаний (подробнее), которые обеспечивают своему клиенту спокойствие и уверенность в том, что он не останется один на один с проблемами, возникающими в ходе эксплуатации газовой турбины.
Устройство газовой турбины и компрессора ГТУ
Устройство газовой турбины и компрессора газотурбинной установки
Рис. Простейшая турбина
Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия газа преобразуется в механическую энергию.
Продольный разрез простейшей газовой турбины показан на рисунке. На вал насажен диск 2, в котором укреплены рабочие лопатки 4. Вал с диском и лопатками в сборе называют ротором. Ротор турбины расположен внутри корпуса 5 и опирается на подшипники скольжения 6. Газ поступает к ротору турбины через сопла, образованные сопловыми лопатками 3. Сопла предназначены для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую. Внутри сопла давление газа уменьшается, а его скорость увеличивается. Перегородки, разделяющие сопла, называют сопловыми лопатками, а все сопловые лопатки, расположенные на одной окружности, — сопловой решеткой.
После сопловой решетки газ поступает к рабочим лопаткам. Промежутки между рабочими лопатками называют рабочими каналами, а все рабочие лопатки на диске — рабочей решеткой. Сопловую решетку и расположенную за ней по ходу газа рабочую решетку называют степенью. Рабочие лопатки изготовлены так, что каналы между ними имеют определенную форму. За счет изменения количества движения газа в рабочих каналах часть его энергии преобразуется в механическую, заставляя вращаться ротор. Ротор соединяется с потребителем механической энергии, которым на электрических станциях является электрический генератор, а на газоперекачивающих — нагнетатель газа.
Поступает газ в турбину через входной патрубок 9, а уходит из нее отработавший газ через выхлопной патрубок 8. Корпус турбины состоит из входного и выхлопного патрубков и той части, где расположены сопловые и рабочие лопатки. Таким образом корпус отделяет газ повышенного давления от окружающей среды. Однако в местах выхода ротора из корпуса имеются зазоры, и чтобы предотвратить утечку газа, в корпусе устанавливают уплотнения 7. Корпус турбины внутри или снаружи обязательно покрывают теплоизоляцией.
Компрессор служит для сжатия газа (воздуха) и повышения его энергии и температуры. При малых степенях сжатия в ГТУ в основном используют осевые компрессоры.
Простейший одноступенчатый компрессор состоит из тех же элементов, что и простейшая турбина. Так же как и турбина, компрессор имеет ротор состоящий из вала 1, диска 2 и рабочих лопаток 4. На внутренней поверхности корпуса компрессора располагаются направляющие лопатки 3. Решетку направляющих лопаток и следующую за ней рабочую решетку называют ступенью компрессора.
Воздух засасывается в компрессор через входной патрубок 9. Каналы между направляющими и рабочими лопатками имеют такую форму, что скорость воздуха в них уменьшается, а давление растет. Чтобы производилась работа сжатия воздуха, от турбины отбирается значительная часть мощности, необходимой для вращения ротора компрессора.
Выхлопной патрубок 8 (диффузор) служит для вывода воздуха из компрессора. Давление воздуха за диффузором значительно выше, чем во входном патрубке, и является наибольшим давлением в ГТУ.
Корпус компрессора состоит из входного патрубка, цилиндрической части, в которой расположены направляющие лопатки, и диффузора. Так же как в турбине, в местах выхода ротора из корпуса компрессора располагаются уплотнения 7. Турбины и компрессоры, имеющие одну ступень, называют одноступенчатыми. Турбины и компрессоры большой мощности с одной ступенью сконструировать обычно не удается. В этом случае на роторе приходится располагать несколько ступеней одну за другой. Такие турбины и компрессоры называют многоступенчатыми.
8. Циклы газотурбинных установок
В газотурбинных установках (ГТУ) используется рабочее тело в виде газов, которые производят техническую работу в газовых турбинах (ГТ).
ГТУ могут иметь замкнутый (рис. 8.1) и разомкнутый (рис. 8.2) циклы.
В ГТУ, выполненной по замкнутому циклу, газ компрессором нагнетается в теплообменник, где к нему подводится теплота от внешнего источника (это могут быть продукты сгорания органического топлива), и поступают в газовую турбину, здесь они, расширяясь до меньшего давления, совершают полезную техническую работу, часть которой идет на привод компрессора. Из турбины газы поступают в охладитель, где от них отводится теплота во внешнюю среду (например, за счет пропуска воды из внешнего водоема через охладитель). Из охладителя газы поступают в компрессор и далее цикл повторяется. Компрессор и газовая турбина расположены на одном валу с электрическим генератором. Пусковой двигатель приводит во вращение вал ГТУ только при ее пуске, в рабочем режиме его отключают от вала специальной муфтой сцепления.
