Zariadenia na plynové turbína (GTU)

Pracovný tok GTU. V modernom GTU sa cyklus používa s spaľovaním na P \u003d CONST (Obr. 6.5).

GTU zvyčajne pozostáva zo spaľovacej komory, plynovej turbíny, vzduchového kompresora, výmenníkov tepla na rôzne účely (chladiče vzduchu, olejové chladiče mazacieho systému, regeneračných výmenníkov tepla) a pomocné zariadenia (olejové čerpadlá, prívodné prvky vody atď. ).

Výrobky produktov spaľovania paliva používajú pracovná tekutina GTU, ktorá využíva zemný plyn, dobre purifikované umelé plyny (doména, koks, generátor) a špeciálna plynová turbína kvapalné palivo (Posledný spracovateľský dieselový motor a solárny olej).

Príprava pracovnej zmesi sa uskutočňuje v spaľovacej komore. Požiar komory (obr. 20.9) je rozdelený do spaľovacej zóny, kde sa spaľovanie paliva vyskytuje pri teplote približne 2000 ° C a miešacej zóna, kde sa vzduch zmieša s vzduchom, aby sa znížila ich teplota na 750-1090 ° C v stacionárnych turbínach a až 1400 ° C - v leteckých turbínach.

Princíp prevádzky plynových a parných turbín je rovnaký, ale konštrukcia bežiacej časti plynových turbín je oveľa jednoduchšia. Pracujú na relatívne malom jednorazovom ohni, a preto majú malý počet krokov.

Vďaka vysokej teplote produktov spaľovania sú podrobnosti o prietokovej časti turbín (dýz, pracovných čepelí, diskov, hriadeľov) vyrobené z legovaných vysoko kvalitných ocelí. Pre spoľahlivú prevádzku, väčšina turbín poskytuje intenzívne chladenie najviac naložených častí krytu a rotora.

V reálnych podmienkach sú všetky procesy v GTU non-rovnovážny, ktorý je spojený so stratou práce v turbíne a kompresore, ako aj s aerodynamickými odpormi v trakte traktu. Na obr. 20.10 Skutočný kompresný proces v kompresore je znázornený čiarou 1-2 a proces expanzie v turbíne - riadok 3-4. Body 2a a 4a označili stav pracovnej tekutiny, v tomto poradí, na konci rovnovážneho adiabatickej kompresie a expanzie, bod o - environmentálnych parametrov. Vďaka tlakovej strate v dráhe sacej kompresora (LINE 01), proces kompresie začína v bode1.

Veľa práce sa teda vynakladá na stlačenie vzduchu v skutočnom cykle, a keď expanzia plynu v turbíne ukáže menej práce v porovnaní s ideálnym cyklom. CPD cyklu sa získa nižšie. Čím väčší stupeň zvýšenia tlaku π (t.j. nad P 2), tým väčšie je množstvo týchto strát v porovnaní s užitočnou prácou. S určitou hodnotou π (je vyššia ako čím väčšia, čím väčšia je väčšia, vnútorná relatívna účinnosť turbíny a kompresor, tj menšia strata v nich) prevádzka turbíny sa môže rovnať práci strávenej na jednotke kompresora a Užitočná práca je nula.

Preto je najväčšia účinnosť skutočného cyklu, na rozdiel od ideálu, sa dosahuje v určitom (optimálnom) stupni zvýšenia tlaku, pričom každá hodnota TK zodpovedá svojmu veľkoobchodu (obr. 20.11). Účinnosť najjednoduchšej GTU nepresahuje 14-18%, a aby sa zvýšil, GTU sa vykonáva s niekoľkými krokmi tepla a medziproduktom ochladzovania stlačiteľného vzduchu, ako aj s regeneračným ohrevom stlačeného vzduchu S výfukovými plynmi po turbíne, čím sa prináša skutočný cyklus do carno cyklu.

GTU s využitím tepelných odchádzajúcich plynov. Teplo plynu prúdiace z GTU sa môže použiť na získanie pary a horúca voda V konvenčných výmenníkoch tepla. Inštalácia GT-25-700 LMZ je teda vybavená ohrievacím vykurovacou vodou vo vykurovacom systéme na 150-160 ° C.

Relatívne vysoký stupeň Prebytočný koeficient vzduchu v GTU umožňuje spaľovať dostatočne veľké množstvo dodatočného paliva v prostredí s spaľovacím produktom. Výsledkom je, že z prídavnej spaľovacej komory po GTU, plyny s dostatočne vysokou teplotou vhodnou na získanie pary energie parametrov v parnom generátore špeciálne inštalovanej na tento účel. Na Karmanovskaya GRES podľa takejto schémy je kotol postavený na bloku elektrická energia 500 MW.

Aplikácia GTU. V posledných rokoch sa GTU široko používa v rôznych oblastiach: v doprave, v energetike, na pohon stacionárnych zariadení atď.

ENERGY GTU. Plynová turbína je menšia a ľahšia sa para, takže pri štarte sa zahrieva na prevádzkové teploty oveľa rýchlejšie. Spaľovacia komora je odstránená v režime takmer okamžite, na rozdiel od parného kotla, ktorý vyžaduje pomalé dlhodobé (mnoho hodín a dokonca aj desiatky hodín), aby sa zabránilo nehodám kvôli nerovnomerným tepelným predĺženiam, najmä masívnym bubnom s priemerom až 1,5 m, dĺžka až 15 m, s hrúbkou steny nad 100 mm.

Preto sa GTU využíva predovšetkým na pokrytie špičkových zaťažení a ako núdzová rezerva pre svoje vlastné potreby veľkých výkonových systémov, keď musí byť jednotka zapne veľmi rýchlo. Menšia efektívnosť GTU v porovnaní s PSU v tomto prípade nehrajú úlohu, pretože inštalácie pracujú na malé časové obdobia. Pre takéto GTU sú charakterizované časté štarty (až 1000 ročne) s relatívne malým počtom hodín používania (od 100 do 1500 h / rok). Rozsah jednotlivých kapacít takýchto GTU sa pohybuje od 1 do 100 MW.

GTU sa vzťahuje aj na riadenie elektrického generátora a generovanie elektriny v mobilných zariadeniach (napríklad na morských lodiach). Takéto GTU zvyčajne pracuje v rozsahu zaťažení 30-110% nominálnych, s častými štartmi a zastavenia. Jednotkové kapacity takýchto GTU sú z desiatok kilowatt na 10 MW. Rýchly rozvoj atómových energetických zariadení s reaktormi ochladzovaný, napríklad hélium, otvára vyhliadky na používanie jednostupňového GTU pracujúceho na uzavretom cykle (pracovná tekutina nenechá inštaláciu).

Špecifická skupina Energy GTU je nastavená v prevádzke technologické systémy Chemické, rafinérie, metalurgické a iné kombinuje (energetické technologické). Pracujú v základnom režime zaťaženia a majú byť najčastejšie pre pohon kompresora, ktorý poskytuje proces stlačeného vzduchu alebo plynu v dôsledku energetickej expanzie energie vytvorenej v dôsledku samotného technologického procesu.

Drive GTU sú široko používané na riadenie centrifugálnych supetrov. zemný plyn. na kompresorových staniciach hlavné potrubia, ako aj čerpadlá na prepravu ropných a ropných výrobkov a dúchadiel v parných plynových zariadeniach. Užitočná sila takýchto GTU sa pohybuje od 2 do 30 MW.

Dopravné GTU sú široko používané ako hlavné a rýchlo sa pohybujúce motory lietadiel (TurboJet a Turboprop) a lode morskej flotily. To je spojené s možnosťou získania ukazovateľov záznamu pre konkrétnu energiu a celkové rozmery V porovnaní s inými typmi motorov napriek niekoľkým nadhodnoteným nákladom na palivo. Plynové turbíny sú veľmi sľubné ako motory lokomotív, kde sú obzvlášť cenné menšie rozmery a nedostatočná potreba vody. DOPRAVA GTU funguje v širokej škále zaťažení a sú vhodné na krátkodobé boostery.

Jednotková sila GTU nepresahuje 100 MW a účinnosť inštalácie je 27-37%. S zvýšením počiatočnej teploty plynov do 1200 ° C bude výkon štátneho GTU uvedený na 200 MW a účinnosť inštalácie až 38-40%.

Jednotka plynovej turbíny (GTU) pozostáva z dvoch hlavných častí - to je výkonová turbína a generátor, ktorý je umiestnený v jednom prípade. Prietok vysokého teploty ovplyvňuje vplyv výkonovej turbíny (krútiaci moment). Likvidácia tepla pomocou výmenníka tepla alebo kotol-utilizátora poskytuje zvýšenie celkovej efektívnosti inštalácie.

GTU môže pracovať na tekutých aj plynových palivách. V obvyklom pracovnom režime - na plyn a v zálohovaní (núdze) - automaticky sa prepne na naftu. Optimálny režim prevádzky inštalácie plynovej turbíny je kombinovaná výroba tepla a elektrická energia. GTU môže pracovať v základnom režime, ako aj na náteru špičkových zaťažení.

Jednoduchá inštalácia plynovej turbíny kontinuálneho spaľovania a zariadenia jej hlavných prvkov

Schematický diagram jednoduchej inštalácie plynovej turbíny je znázornený na obrázku 1.

Obrázok 1. Hlavná schéma GTU: 1 - kompresor; 2 - Spaľovanie kamery; 3 - plynová turbína; 4 - Elektrický generátor

Kompresor 1 nasáva vzduch z atmosféry, komprimuje ho na určitý tlak a slúži v spaľovacej komore 2. Kvapalné alebo plynné palivo je nepretržite zadané. Spaľovanie paliva v takejto schéme je nepretržite, pri konštantnom tlaku, takže takéto GTU sa nazýva rastliny plynových turbín kontinuálneho spaľovania alebo GTU spaľovaním pri konštantnom tlaku.

Horúce plyny vytvorené v spaľovacej komore v dôsledku spaľovania paliva vstupujú do turbíny 3. V plyne turbíny sa rozširuje a jeho vnútorná energia Prevedené na mechanickú prácu. Vyhorené plyny vychádzajú z turbíny prostredie (v atmosfére).

Časť energie vyvinutá plynovým turbínom sa vynakladá na otáčanie kompresora a zvyšná časť (užitočná sila) sa poskytuje spotrebiteľovi. Výkon spotrebovaný kompresorom je relatívne veľký a v jednoduché schémy Pri miernom pracovnom médiu môže byť 2-3 krát vyššia ako užitočná sila GTU. To znamená, že celková sila samotnej plynovej turbíny je oveľa viac ako užitočnejšia moci GTU.

Vzhľadom k tomu, plynová turbína môže pracovať len v prítomnosti stlačeného vzduchu, získaného len z kompresora poháňaného turbínom, je zrejmé, že štart STU sa musí vykonať z cudzieho zdroja energie (štartovací motor), s ktorým sa kompresor otáča Až do komory spaľovanie nezačne plynúť plyn určitých parametrov av množstve dostatočnom na začatie plynovej turbíny.

Z vyššie uvedeného opisu je zrejmé, že jednotka plynovej turbíny pozostáva z troch hlavných prvkov: plynová turbína, kompresor a spaľovacia komora. Zvážte zásadu prevádzky a zariadenia týchto prvkov.

Turbína. Obrázok 2 ukazuje jednoduchú jednorazovú turbínsku schéru. Hlavné časti sú; Corpus (valcový) Turbine 1, v ktorom vodiace lopatky 2, pracovné čepele 3, inštalované po celom obvode na okraji disku 4, upevnený na hriadeli 5. Turbínový hriadeľ sa otáča v ložiskách 6. na miestach, výstup Hriadeľ z puzdra je inštalovaná terminálovými tesneniami 7 obmedzujúci únik horúcich plynov z puzdra turbíny. Všetky rotujúce časti, turbíny (nože pracovníkov, disk, hriadeľ) tvoria svoj rotor. Bývanie s pevnými vodiacimi lopatkami a tesnenia tvoria stator turbíny. Disk čepele tvorí obežné koleso.

Obrázok 2. Schéma jednorazovej turbíny

Kombinácia viacerých smerov a pracovných čepelí sa nazýva krok turbíny. Obrázok 3 na vrchole ukazuje schému takejto javisku turbíny a prierezu vodidiel a pracovných čepelí valcov povrch AANasadené potom na rovine kreslenia.

Obrázok 3. Schéma krokov turbín

Vodiace lopatky 1 Formujte v sekcii Zúžiteľné kanály, nazývané trysky. Kanály tvorené pracovnými čepeľami 2 majú tiež obťažujúcu formu.

Horúci plyn pri zvýšenom tlaku vstupuje do tlmičov turbíny, kde dochádza k jeho expanzii a zodpovedajúce zvýšenie rýchlosti. V tomto prípade tlak a teplota pádu plynu. V dýzach turbíny sa teda vykonáva potenciálna energia plynu v kinetickej energii. Po ukončení trysiek sa plyn vstúpi do medzi-optických kanálov pracovníkov nože, kde mení jeho smer. Pri prúdení cez plynové lopatky sa tlak na ich konkávny povrch ukáže, že je väčší ako na konvexe a pod vplyvom tohto rozdielu tlaku sa obežné koleso otáča (smer otáčania na obrázku 3 ukazuje šípku U). Časť kinetickej energie plynu sa teda konvertuje na pracovné čepele na mechanické, aby boli neprijateľné z dôvodov sily nožov pracovníkov alebo turbínového disku. V takýchto prípadoch sa turbína vykonáva viacstupňové. Diagram viacstupňovej turbíny je znázornená na obrázku 4.

Obrázok 4. Viacstupňový turbínový diagram: 1-ložiská; 2-terminálové tesnenia; 3-vstrek; 4-bývanie; 5-vodiace lopatky; 6 pracovných čepelí; 7-rotor; 8-výstupná turbína

Turbína pozostáva z radu sekvenčne usporiadaných samostatných krokov, v ktorých dochádza k postupnému rozšíreniu plynu. Tlak pokles na každom štádiu, a preto rýchlosť C1 v každom štádiu takejto turbíny, menej ako v jednosmernom štádiu. Počet krokov je možné zvoliť tak, aby sa požadovaný postoj dosiahol pri danej obvodovej rýchlosti.

Kompresor. Diagram viacstupňového axiálneho kompresora je znázornený na obrázku 5.

Obrázok 5. Schéma viacstupňového axiálneho kompresora: 1-Vstup; 2-terminálové tesnenia; 3 ložiská; 4-vstupné prístroje; 5 pracovných čepelí; 6-vodiace lopatky; 7-bývanie 8-skrýšal stroj; 9-difúzor; 10-výstup; 11-rotor.

Jeho hlavné komponenty sú: rotor 2 s pracovnými čepeľami 5 upevnenými na nej, puzdro 7 (valca), ku ktorému vodiace lopatky 6 a koncové tesnenia 2, a ložiská 3. Kombinácia jedného radu rotujúcich pracovníkov čepele a jeden riadok umiestnený za nimi Pevné vodiace lopatky sa nazývajú krok kompresora. Puzdro kompresorového vzduchu prechádza cez nasledujúce komponenty kompresora znázorneného na obr. 5: Vstupná tryska 1, vstupné prístroje 4, skupina krokov 5, 6, skrýva zariadenie 8, difúzor 9 a výstupná dýza 10.

Zvážte účel týchto prvkov. Vstupná tryska je určená na jednotný prívod vzduchu z atmosféry do vstupného vodiaceho stroja, ktorý musí pred vstupom do prvého stupňa poskytnúť požadovaný smer prúdu. V krokoch je vzduch stlačený v dôsledku prenosu mechanickej energie k prúdeniu vzduchu z rotujúcich lopatiek. Z poslednej fázy, vzduch vstupuje do úkrytového prístroja, navrhnuté tak, aby doručilo axiálny smer pred vstupom do difuzéra. V difuzéri je kompresia plynu naďalej z dôvodu zníženia jeho kinetickej energie. Výstupná dýza je navrhnutá tak, aby zásobovala vzduch z difuzéra na obtokový plynovod. Kompresorové lopatky 1 (obrázok 6) tvoria rozsah expandujúcich kanálov (difúzorov). Pri otáčaní rotora je vzduch zahrnutý v inter-čerpadlo kanáloch s vysokou relatívnou rýchlosťou (rýchlosť pohybu vzduchu pozorovaná z pohyblivých čepelí). Keď sa vzduch pohybuje pozdĺž týchto kanálov, jeho tlak sa zvyšuje v dôsledku zníženia relatívnej rýchlosti. Pri rozširujúcich kanáloch tvorených non-pohyblivými vodiacimi lopatkami 2, existuje ďalší nárast tlaku vzduchu, sprevádzaný vhodným poklesom jeho kinetickej energie. Transformácia energie v fáze kompresora sa teda vyskytuje v porovnaní s hladinou turbíny v opačnom smere.

Obrázok 6. Schéma axiálneho fázy kompresora

Spaľovacej komory

Účelom spaľovacej komory je zvýšiť teplotu pracovnej tekutiny v dôsledku spaľovania paliva v stlačenom vzduchu. Schéma spaľovacej komory je znázornená na obrázku 7.

Obrázok 7. Spaľovacej komory

Spaľovanie paliva vstrekovaného cez dýzu 1 sa vyskytuje v spaľovacej zóne komory ohraničenej tepelným potrubím 2. Iba takýto vzduch je v tejto zóne, ktorý je potrebný na úplné a intenzívne spaľovanie paliva (tento vzduch sa nazýva primárny).

Vzduch prúdi do horiacej zóny prechádza cez vírivku 3, ktorá prispieva k dobrému miešaniu paliva s vzduchom. V horiacej zóne sa teplota plynov dosahuje 1300 ... 2000 ° C. Pod pevnosťou lopatiek plynových turbín nie je táto teplota povolená. Preto sa horúce plyny, čo vedie k spaľovacej zóne komory, sa zriedia studeným vzduchom, ktorý sa nazýva sekundárny. Sekundárny vzduch prúdi cez prstencový priestor medzi tepelnou trubicou 2 a telesom 4. Časť tohto vzduchu vstupuje do spaľovacích produktov cez okná 5 a zvyšok sa zmieša s horúcimi očami po tepelnom potrubí. Kompresor musí byť súčasťou spaľovacej komory niekoľkokrát viac vzduchu, ako je potrebné na spaľovanie paliva a produkty spaľovania vstupujúce do turbíny sa získajú vysoko zriedeným vzduchom a ochladí sa.

V posledné roky (Približne z 50. rokov minulého storočia) sa plynové turbíny začali široko používané pre elektrické generátory.

Zariadenia na plynové turbíny (GTU) môžu pracovať s spaľovaním paliva pri konštantnom tlaku (obr. 6.1) a v konštantnom objeme (obr. 6.2). Ideálne cykly zodpovedajúce nimi sú rozdelené do cyklov s teplotou pod procesom pri konštantnom tlaku a konštantnom objeme.

Obr. 6.1. Schéma GTU s spaľovaním paliva pri konštantnom tlaku: 1 - turbodúchadlo; 2 - plynová turbína; 3 - palivové čerpadlo; 4 - spaľovacia komora; 5 - Palivová tryska;

6 - Aktívna oblasť spaľovacej komory

Fig.6.2. Schéma GTU s spaľovaním paliva v konštantnom objeme: 5 b, 7 - Palivové, vzduchové a plynové ventily; 8 - vynikajúce zariadenie; 9 - prijímač; Zvyšné označenia sú rovnaké ako na obr. 6.1

V praxi sa GTU získal s otvoreným (otvoreným) cyklom s spaľovaním paliva (s teplom tepla na pracovnú tekutinu) pri konštantnom tlaku, po ktorom nasleduje expanzia zmesi spaľovacích výrobkov so vzduchom v behu časť turbíny (brighton cyklus) (pozri obr. 6.6).

V GTU so spaľovaním paliva pri konštantnom tlaku sa proces spaľovania vykonáva nepretržite (pozri bod 6.2) a v GTU so spaľovaním paliva v konštantnom objeme spaľovacieho procesu je periodický (pulzujúci). Komprimovaný kompresor 1 V prijímači sa podáva vzduch (pozri obr. 6.2) 9 (veľká nádoba na vyrovnanie tlaku), odkiaľ cez vzduchový ventil 6 Vstupuje do spaľovacej komory 4. Tu rovnaké palivové čerpadlo 3 cez palivový ventil 5 Palivo je kŕmené. Proces spaľovania sa vykonáva s palivovým, vzduchom a plynovým ventilom uzavretým vzduchom a plynovým ventilom. 5, 6, 7. Zápal palivovej a vzduchovej zmesi sa vykonáva zariadením. 8 (Elektrická iskra). Po spaľovaní paliva v dôsledku zvýšenia tlaku v komore 4 Plynový ventil otvára 7. Produkty spaľovania, prechádzajúce cez prístrojenske prístroje (na obr. 6.2 nie je znázornené), idú do pracovných čepelí a vedú plynové turbínové rotor 2.

Pracovné telo GTU je hlavne plynné výrobky zo spaľovania organického paliva v zmesi so vzduchom. Zemný plyn sa používa ako palivo, dobre purifikované umelé plyny a špeciálne plynové turbínové kvapalné palivá (ošetrený dieselový motor a solárny olej).

Funkcia práce GTU je, že do aktívnej zóny spaľovacej komory sa zavádza iba časť (20-40%) vzduchového kompresora a podieľa sa na procese spaľovania paliva pri teplote približne 1500-1600 ° C. Zvyšok vzduchu (60-80%) je určený na zníženie teploty plynov pred turbínom na 1000-1300 ° C (pre stacionárne GTU) za podmienok spoľahlivosti a trvanlivosti jeho nožnej jednotky, s ktorou Zvýšený nadbytočný vzduch v plynoch a g pred turbínom a pre GTU. A G znižuje so zvýšením počiatočnej teploty pracovnej tekutiny pred plynnou turbínom a v rôznych inštaláciách 2,5-5. Účinnosť GTU je významne nižšia ako účinnosť PTU na parný cyklus, ktorý je spôsobený prítomnosťou vzduchového kompresora, spotreba energie je 40-50% energie plynovej turbíny.

Plynová turbína je menšia a ľahšia sa parou, takže pri spustení sa zahrieva na prevádzkové teploty oveľa rýchlejšie, na rozdiel od parnej turbínovej jednotky vybavenej parným kotlom, ktorý vyžaduje pomalé zahrievanie (desiatky hodín), aby sa zabránilo splatné nehody na nerovnomerné podanie tepla, najmä masívne bubon.

Vďaka veľkej manévrovateľnosti (rýchly štart pre prácu a nakladanie), GTU sa používa v sektore energetiky, primárne na pokrytie špičkových zaťažení a ako núdzová rezerva pre svoje vlastné potreby veľkých energetických systémov. Malá účinnosť GTU v porovnaní s parourskou jednotkou (CBS) v tomto prípade zohráva menšiu úlohu. Pre takéto GTU sa charakterizujú časté štarty (až 1000 ročne) s relatívne malým počtom hodín používania (100-1500 hodín / rok).

Rôzne GTU sú inštalácie s elektrickým generátorom pohonom z vnútorného spaľovacieho motora (dieselové elektrárne), kde sa používa ako palivo, ako v GTU. Avšak, dieselové elektrárne, ktoré boli distribuované v krajinách Blízkeho východu, sú horšie v jednotkovej silu GTU, hoci majú vyššiu účinnosť.

Účinnosť najjednoduchšej energie GTU (obr. 6.3) v 50-60s. XX storočia bolo 14-18%. V súčasnosti, aby sa zvýšila účinnosť GTU, vykonávajú sa s niekoľkými krokmi tepelného napájania a medziproduktu chladiaceho vzduchu, ako aj s regeneračným ohrevom stlačeného vzduchu v vzduchu kompresora v turbíne, čím sa prináša Skutočný cyklus do carno cyklu a účinnosť GTU až 27-7%.

Účinnosť zariadení na plynové turbíny je obmedzená počiatočnou teplotou pracovnej tekutiny (1100-1300 ° C a vyššia pre GTU 5. generácie) a jediný výkon v dôsledku rastúcich nákladov na energiu vlastné potrebyVrátane jednotky kompresora. Prvé obmedzenie je v súčasnosti stanovené. Druhé obmedzenie sa môže eliminovať, ak sa v turbíne namiesto nízkonákladového činidla (zmes produktov spaľovania s vzduchom) napájajte vysokotalpy pracovník pri rovnakej počiatočnej teplote. Vodná para sa pridáva častejšie v produktoch spaľovania. GTU, práca s pracovnými orgánmi pozostávajúcimi z vodných pár zmesí a plynov alebo použitia v tepelnej schéme oddelene plyny a para, sa nazývajú parkuzové inštalácie (PSU) a ich cykly - pary. Prvá Pgu sa nazýva monarcha A druhý - binárny .

Počas obdobia vývoja zariadení so samostatnými pracovnými orgánmi bolo testovaných niekoľko tepelných schém. Schéma, v ktorej je parný cyklus vo vzťahu k plynu plne využitý vo vzťahu k plynu, je plne recyklovaný. Takéto inštalácie boli nazývané recyklácia Pgu alebo psi-y. V používaní Pgu, parná časť inštalácie pracuje bez dodatočných nákladov na palivo. Podobné PSU v dôsledku vysokej počiatočnej teploty cyklu (viac ako 1000-1300 ° C) môže mať účinnosť viac ako 60%, čo je podstatne vyššie ako je konvenčná inštalácia turbíny a v samostatnom GTU. Najdôležitejším faktorom pri náraste účinnosti PSU je použitie produktov spaľovania paliva ako pracovná tekutina v oblasti vysoké teploty (v plynovej turbíne) a vodnej pary v oblasti nízke teploty (v parná turbína).

Gtu open Vzrástneme sa do inštalácií turbíny PAROZOR pre jednotkovú energiu, majú nižšiu účinnosť, menej trvanlivú v prevádzke, náročnejšia na odrody paliva. Ďalší rozvoj GTU je zameraný na zvýšenie ich jednotkovej kapacity, efektívnosti, spoľahlivosti a trvanlivosti, ktorá je určená najmä pokrokom v oblasti tvorby tepelne odolných materiálov a vývoja účinné spôsoby Chladenie plynových turbín.

Plynová turbína Je to motor, v ktorom sú kombinované výhody parnej turbíny a spaľovacieho motora. Na rozdiel od parnej turbíny nie je pracovná tekutina od kotlov, ale plyny vytvorené pri spaľovaní paliva v špeciálnych komorách. Na rozdiel od motora, energia pracovnej tekutiny sa zmení na mechanickú energiu otáčania hriadeľa, nie v dôsledku vratného pohybu piestu vo valci, ale otáčaním turbínového kolesa pod pôsobením vysokej rýchlosti prúd plynov vyplývajúcich z dýzy.

Plynová turbína, ako aj para, je teda non-pozorovací mechanizmus, preto pre reverzné v zariadení na plynové turbíny, je potrebné poskytnúť reverznú turbínu alebo iné zariadenie, ako je napríklad nastaviteľná skrutka (VR).

Inštalácia plynovej turbíny (GTU) pozostáva z nasledujúcich hlavných častí: plynová turbína, kde termálna energia horúce plyny sa konvertujú na mechanické; vzduchový kompresor, sania a stlačenie vzduchu potrebného na spaľovanie paliva; chambers pálenie (Generátor plynov), v ktorom je striekané kvapalné palivo zmiešané so vzduchom a popáleniny, ktoré tvoria pracovnú tekutinu - horúci plyn.; potrubia na zásobovanie vzduchu do generátora plynu, dodávka plynu z generátora do plynovej turbíny a odstránenie výfukových plynov do atmosféry; recyklačné zariadeniaZabezpečenie používania tepla odpadových plynov.

Obr. 124. Všeobecný formulár a) a schéma GTU so spaľovacou komorou (B) (výkon 4040 kW).

1 - Nízky tlak kompresor; 2 - ohrievač vzduchu; 3 - twe; 4 - kompresor vysoký tlak; \\ T 5 - Spustenie turbíny; 6 - Spaľovacia komora; 7 - tryska; 8 - TND;

9 - Vzduchový chladič; 10 - Zariadenie

Okrem toho GTU zahŕňa systém paliva a ropyPotlaková paliva do spaľovacej komory a oleja v turbínových ložiskách a prevodovom stupni, ako aj malý spúšťač parnej turbíny, ktorý používa páry z pomocného kotla.

Plynové turbínové zariadenie je podobné parnej turbíne. Ale plynová turbína zažíva vyššiu teplotnú zaťaženie: jeho pracovné čepele pracujú na horúcich plynových plynoch (650-850 °), zatiaľ čo teplota pracovného páru je 400-500 °. To výrazne znižuje hmotnosť motora plynovej turbíny. V závislosti od prijatého spôsobu lisovania vzduchu a tvorby horúcich plynov sa GTU rozlišuje so spaľovacou komorou a GTU s generátormi bez voľného plynu (SNGG).

V GTU so spaľovacou komorou (obr. 124), vonkajší vzduch je odsúdený s odstredivom s nízkym tlakom kompresora a cez vzduchový chladič sa dodáva na vysoký nosný kompresor: tlak, a odtiaľ cez ohrievač vzduchu do spaľovacej komory.

Súčasne sa v spaľovacej komore cez trysku vstrekuje a palivo. Spaľovanie a tvorba horúceho plynu, ktorý konzistentne vstúpi do vysokých a nízkotlakových plynových turbín a odchádzajú cez výfukové potrubie do atmosféry. Na ceste výfukových plynov sú nainštalované ohrievač vzduchu a utilizačný kotol, ktorých para môže byť použitý pre turbogenerátor alebo na pomocnú turbínu pracujúcu na vetroňovom hriadeli. Nízke a vysokotlakové odstredivé kompresory sú poháňané nízkymi a vysokotlakovými turbínami. Na veslovacej skrutke cez prevodovku len nízkou tlakovou turbínou.

Obr. 125. Všeobecný výskyt (A) a SPGG (A) a SPGG (B).

1 - ventily prívodu kompresora; 2 - Výfukové ventily kompresora;

3 - piest kompresora; 4 - Cylindrický valec kompresora;

5 - Vstupné okná; 6 - maturitné okná; 7 - tryska; 8 - pracovný valec; 9 - vyrovnávací valec; 10-bodový piest; 11 - Vyčistite prijímač vzduchu; 12 - Pracovný piest; 13 - Mechanizmus na synchronizáciu práce piestu

GTU s voľnými generátormi plynu (SPGG) (obr. 125) sa líši od GTU so spaľovacou komorou skutočnosťou, že horúce plyny sú vytvorené v špeciálnom generátore plynu, ktorý pracuje na princípe DVS s voľne rozdielnymi piestmi. SPGG je symetrická jednotka pozostávajúca z dvojtaktného jednovláknového motora s protiľahlými pohyblivými piestmi, jednostupňovým kompresorom jednoduchej akcie a dvoch tlmivých valcov. Valec je dva pracovné piesty pripojené k kompresorom a pufrovým piestom.

Obr. 126. Usporiadanie energetickej inštalácie plynovej turbíny s SGG.

1 - SNGG; 3 - plynová turbína; 3 - prevodovka; 4 - Dieselový generátor

Práca (spotrebný) priebeh piestových skupín sa vykonáva v pôsobení plynu, ktorý sa rozširuje v pracovnom valci. V rovnakej dobe, vzduch v kompresorových valcoch je najprv stlačený, a potom cez výstupné ventily vstupujú na prijímač vzduchu prečistenie. Súčasne s kompresiou vzduchu v telesných fľaše, vzduch v pufrových valcoch je stlačený, potom, čo sa jeho energia spotrebuje, aby sa reverzný zdvih pracovných piestov a kompresii vzduchu v pracovnom valci.

Na konci pracovného behu sa piesty otvoria najprv výstupné okná a potom príjem. Prostredníctvom výfukových okien prechádzajú výfukové plyny do plynovej turbíny a cez prívod stlačeného prečisteného vzduchu z prijímača vyplní pracovný valec.

Nadbytok čistiaceho vzduchu sa zmieša s horúcimi výfukovými plynmi a tiež vstupuje do plynovej turbíny.

V opačnom priebehu pracovných piestov pod pôsobením vzduchu stlačeného v pufrových valcoch sa vstupné okná sú zatvorené, potom sa výfukový a súčasne cez ventily absorbujú do valcov kompresora. V čase prinášania piestov do pracovného valca cez dýzu sa vstrekuje palivo a proces sa opakuje.

GTU a SPGG sa líšia v kompaktnosti, relatívne nízku hmotnosť 16-24 kg / kW a nízku spotrebu paliva 260 g / (kWh). Výhodou je schopnosť komponovať energetická inštalácia Z niekoľkých SGG, ktoré vám umožní racionálnejšie používať množstvo MCO (obr. 126). Okrem týchto typov GTU na malých vysokorýchlostných plavidlách, najmä na lodiach na podmorských krídlach, uľahčil letecký typ GTU (1,5-4,0 kg / kW) sú rozšírené. Ale majú malý motor a zvýšenú spotrebu paliva (340-380 g / kw ∙ h).

Nevýhodou všetkých typov GTU, s výnimkou zvýšenej spotreby paliva a malého zdroja, je veľký hluk v ICC, aby ste znížili, ktoré musíte uchýliť k osobitným opatreniam.

Zariadenia plynovej turbíny

Úvod

V prvom štádiu vývoja GTU boli na spálenie paliva použité dva typy spaľovacích komôr. V spaľovacej komore prvého typu paliva a oxidačné činidlo (vzduch) sa podával nepretržite, ich spaľovanie sa tiež udržiavalo nepretržite a tlak sa nezmenil. V spaľovacej komore boli podávané časti paliva a oxidačné činidlo (vzduch). Zmes sa namontovala a spálená v uzavretom objeme a potom sa spaľovacie produkty vstúpili do turbíny. V takejto spaľovacej komore nie sú teplota a tlak konštantný: v čase spaľovania paliva prudko zvyšujú.

Postupom času boli odhalené nepochybné výhody spaľovacích komôr prvého typu. Preto sa v modernom GTU, palivo vo väčšine prípadov spaľuje pri konštantnom tlaku v spaľovacej komore.

Prvý GTU mal nízku účinnosť, pretože plynové turbíny a kompresory boli nedokonalé. Keďže tieto agregáty zlepšujú, zvýšila účinnosť zariadení na plynové turbíny a stali sa konkurencieschopnými vo vzťahu k iným typom termálnych motorov.

V súčasnosti sú inštalácie plynovej turbíny hlavným typom motorov používaných v leteckej doprave, vďaka jednoduchosti ich dizajnu, schopnosť rýchlo získať zaťaženie, vysoký výkon pri malej hmici, možnosť úplnej kontroly automatizácie. Lietadlo s plynovým turbínovým motorom prvýkrát urobil let v roku 1941

V energetickom sektore GTU pracujú najmä v čase, keď je spotreba elektriny prudko zvýšiť, t.j. počas vrcholov zaťaženia. Aj keď účinnosť GTA je nižšia ako účinnosť inštalácií parných turbín (s výkonom 20-100 MW, účinnosť GTU dosiahne 20-30%), použitie ich v režime vrcholu je výhodné, od začiatku zaberá oveľa menej času.

V niektorých vrcholových GTU sa lietadlá turboaktívne motory, ktoré slúžili svoj čas v letectve, sa používajú ako zdroje plynu na turbínu otáčajúcu elektrický generátor. Spolu s spaľovacími motormi sa GTU používa ako hlavné motory na mobilných elektrárňach.

V technologické procesy Olejový a chemický priemysel Horľavý odpad sa používa ako palivo pre plynové turbíny.

Zariadenia na plynové turbíny sú tiež široko používané na železnici, morom, riečnej a cestnej doprave. Takže, na vysokorýchlostných lodiach na podvodných krídlach a airbagoch \u200b\u200bGTU sú motory. Na ťažkých nákladných vozidlách môžu byť použité ako hlavný aj pomocný motor určený na prívod vzduchu do hlavného spaľovacieho motora a pôsobiacich na výfukové plyny.

Okrem toho GTU slúži ako pohon nadávacích plynových plynov na plynových potrubiach trupu, rezervné elektrické generátory požiarnych čerpadiel.

! Hlavný smer, ktorý vyvíja plynové turbinetroénium, je zvýšenie účinnosti GTU v dôsledku zvýšenia tlaku teploty a plynu pred plynnou turbínovou. Na tento účel sú komplexné chladiace systémy vyvinuté najintenzívnejšími časťami turbín alebo nových, vysoko pevných materiálov sa aplikujú - tepelne odolná niklová, keramika atď.

Zariadenia na plynové turbíny sú zvyčajne spoľahlivé a ľahko ovládateľné, podliehajú prísnym súladom so zavedenými pravidlami a režimami prevádzky, ústupom, z ktorého môže spôsobiť zničenie turbín, kompresorov, explózií v spaľovacích komorách atď.

Základné prvky inštalácií plynových turbín

Všeobecné informácie o inštaláciách plynových turbín

Plynový turbínový motor (GTD) - jeden z typov tepelného motora, v ktorom je plyn stlačený a zahrievaný, a potom sa energia stlačeného a vyhrievaného plynu konvertuje na mechanické práce na hriadeli plynovej turbíny. Jednotka plynovej turbíny sa skladá z troch hlavných prvkov: plynové turbíny, spaľovacie komory a vzduchový kompresor.

Transformácia tepla do prevádzky sa uskutočňuje v niekoľkých agregátoch štátneho kódu (obr. 1)

Obr. 1. Schéma motorov plynovej turbíny:

TN - palivové čerpadlo; Spaľovacia komora COP; K - Kompresor; T - turbína; Napr. - Elektrický generátor.

Palivový a stlačený vzduch po kompresore sa podáva v spaľovacej komore palivového čerpadla. Palivo sa zmieša so vzduchom, ktorý slúži ako oxidačné činidlo, je nastavené a popáleniny. Čisté spaľovacie produkty sa tiež zmiešajú so vzduchom, takže teplota plynu získaná po zmiešaní nepresahuje špecifikovanú hodnotu. Z spaľovacích komôr, plyn vstúpi do plynovej turbíny, ktorá je určená na transformáciu svojej potenciálnej energie do mechanickej práce. Práca, plynové ochladzuje a tlak klesá na atmosférické. Z plynovej turbíny sa plyn vysunie do životného prostredia.

Z atmosféry do kompresora vstupuje čerstvý vzduch. V kompresore sa zvyšuje jeho tlak a teplota rastie. Jednotka kompresora musí vybrať významnú časť výkonu turbíny.

Rastliny plynových turbín pracujúcich na takomto systéme zariadenia otvorených cyklov. Väčšina moderných GTU pracuje v tejto schéme.

Obr. 2. Cyklus plynového turbíny.

Výmena spaľovania paliva odobratím tepla (čiara 2-3 na obr. 2) a ochladzovanie spaľovania spaľovania vyrobeného do atmosféry - vyhrievaný kohútik tepla (linka 1-4), CIC je získané:

1-2 - kompresia pracovnej tekutiny z atmosferický tlak tlaku v motore;

2-3 - horenie v komore;

3-4 - proces adiabatickej expanzie pracovnej tekutiny;

Do atmosféry sa hodia 4-1 - výfukové plyny

Okrem toho zatvorené GTU (Obr. 3). V uzavretom GTU sú tiež kompresor 3 a turbína 2 . Namiesto spaľovacej komory sa použije zdroj tepla 1 , v ktorom sa teplo prenáša do pracovnej tekutiny bez miešania s palivom. Ako pracovná tekutina sa môže použiť oxid uhličitý, dvojice ortuti alebo iné plyny.

Pracovná tekutina, ktorej tlak sa zvýši v kompresore, v zdroji tepla 1 výťažok a vstupuje do turbíny 2 , v ktorom dáva energiu. Po turbíne sa plyn vstúpi do medziľahlého výmenníka tepla 5 (regenerátor), v ktorom ohrieva vzduch a potom sa ochladí v chladiči 4 , vstúpi do kompresora 3, a cyklus sa opakuje, špeciálne kotly môžu byť použité ako zdroj tepla na ohrev pracovného telesa energie česaného paliva alebo atómových reaktorov.

Obr. 3. Schéma plynového turbínového motora pôsobiaceho na uzavretom cykle: 1 - povrchový ohrievač; 2 - turbína; 3 - kompresor; 4 - chladič; 5 - Regenerátor; 6 - vzduchová batéria; 7 - Pomocný kompresor.