Чтение схем газотурбинных установок - Характеристика рабочих процессов газотурбинной установки

Газотурбинный компрессор вентиляция запрессовка

Газотурбинные установки могут действовать по открытому или замкнутому циклу. В первом случае рабочей средой является газ - продукт сгорания топлива, который после совершения работы безвозвратно уходит в атмосферу. Во втором случае продукт сгорания топлива в цикле служит только для нагревания рабочей среды путем теплообмена, причем рабочей средой может быть воздух или какой-либо газ, непрерывно циркулирующий в системе.

Газотурбинная установка состоит из следующих основных элементов:

    1. компрессора, нагнетающего сжатый воздух в камеру сгорания или в случае закрытого цикла - рабочую среду в турбину; 2. камеры сгорания для сжигания топлива и ввода теплоты в рабочую среду; турбины.

Рассмотрим подробнее первый случай :

В открытом цикле компрессор должен нагнетать воздух в камеру сгорания под относительно высоким давлением, так как в открытом цикле продукт сгорания является рабочей средой, поступающей в турбину. В закрытом цикле продукт сгорания топлива является только нагревателем рабочей среды. Поэтому высокое давление в ней не обязательно.

В настоящее время в качестве главных двигателей применяют ГТУ, работающие по открытому циклу, у которых сгорание топлива осуществляется при постоянном давлении (Рис. 1). Через патрубок 6 в компрессор 7 засасывается воздух, там он сжимается до определенного давления (примерно до 0,4 МПа). Сжатый воздух из компрессора подается непрерывным потоком в камеру сгорания 2, куда через форсунку 1 поступает топливо. В камере при постоянном давлении топливо сгорает. Выделяющиеся при сгорании газы высокой температуры охлаждаются путем смешения с воздухом и направляются в газовую турбину 4. Здесь приобретенная при расширении газа (смеси продуктов сгорания и воздуха) кинетическая энергия преобразуется на лопатках в механическую энергию. Патрубок 5 служит для выпуска отработавших газов в атмосферу.

Турбина в этой схеме вращает одновременно гребной винт 9 через редуктор 8 и компрессор 7. Отношение давлений на входе и выходе турбины и компрессора одинаково, но турбина выполняет большую работу, чем компрессор. Это происходит потому, что температура газов в турбине выше температуры воздуха в компрессоре. Пуск установки осуществляется пусковым двигателем 3, который сообщает компрессору необходимую минимальную частоту вращения, после чего в камеру сгорания подается топливо, и установка начинает работать.

Термический КПД ГТУ, работающий по этой схеме, относительно низкий. Добиться его повышения можно несколькими способами, например, регенерацией теплоты, т. е. возвратом теплоты в цикл ступенчатым сжатием.

Схема ГТУ с регенерацией теплоты показана на рисунке 2. Отработавший газ из турбины 4 поступает в регенератор-подогреватель 2, где он проходит между трубками и подогревает воздух, поступающий из компрессора 3 в камеру сгорания 1.

Термический КПД ГТУ при регенерации тем выше, чем более нагрет воздух. Степень регенерации - отношение действительного нагрева воздуха к теоретически возможному, при котором температура воздуха достигает температуры газов на выпуске из турбины. В ГТУ с открытым циклом степень регенерации достигает обычно 75 - 85%, а в установках с замкнутым циклом - 90%. Регенерация наиболее эффективна, если дополнительно осуществляется ступенчатое сжатие воздуха в компрессорах, между которыми установлены промежуточные воздухоохладители.

В газотурбинных установках обычно применяют не более двух промежуточных воздухоохладителей Увеличение их числа усложняет установку, не принося существенных выгод.

В газотурбинных установках, работающих по замкнутому циклу, имеется воздухоподогреватель, в котором нагревают воздух или другой газ, служащий рабочим телом для газовой турбины. В этом случае одна и та же порция рабочего воздуха (циркуляционного воздуха) проходит через турбину и воздухоподогреватель, в результате чего получается замкнутый цикл рабочего тела.

Схема ГТУ замкнутого цикла показана на рисунке 3 . Циркулирующий по замкнутому контуру воздух при давлении, например 0,1 МПа, поступает в компрессор 1, сжимается до давления 0,5 МПа и подается в регенератор 4, где подогревается воздухом, отработавшим в турбине 2. Из регенератора воздух направляется в нагреватель 3, где посредством теплоты, выделяемой топливом при его сгорании, нагревается до начальной температуры перед турбиной. Нагретый и сжатый воздух входит в газовую турбину 2, где, расширяясь, расходует свою внутреннюю энергию на получение механической работы, используемой для привода компрессора и гребного винта. Из турбины воздух выходит со сравнительно высокой температурой, и поэтому он направляется в регенератор 4, где отдает часть своей теплоты для подогрева воздуха, поступающего в подогреватель. Затем воздух дополнительно охлаждается забортной водой в воздухоохладителе 5 и при давлении 0,1 МПа снова подается в компрессор. При охлаждении воздух уменьшается в объеме, благодаря чему уменьшаются габаритные размеры и вес компрессора и воздухопровода. Нагрузка ГТУ регулируется добавлением в систему сжатого воздуха из баллона 6 или удалением части воздуха в баллон 7. При этом массовый расход воздуха, а, следовательно, и мощность установки изменяются пропорционально давлению воздуха в замкнутом цикле.

Установки с замкнутым циклом по сравнению с установками с открытым циклом менее экономичны, так как имеют ряд дополнительных потерь в теплообменниках, поэтому в качестве главных двигателей они не применяются. Однако установки с замкнутым циклом применяются в качестве автономных газотурбоприводов электрогенераторов.

схема газотурбинной установки простейшего типа

Рисунок 1 - Схема газотурбинной установки простейшего типа

схема газотурбинной установки с регенерацией теплоты отработавших газов

Рисунок 2 - Схема газотурбинной установки с регенерацией теплоты отработавших газов

схема газотурбинной установки замкнутого цикла

Рисунок 3 - Схема газотурбинной установки замкнутого цикла

Похожие статьи




Чтение схем газотурбинных установок - Характеристика рабочих процессов газотурбинной установки

Предыдущая | Следующая