Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное бюджетное

государственный технический университет»
Газовые турбины и принцип их действия
Астрахань – 2020

г.

Выполнил магистрант гр. ДТЕТМ-11
Милосердов Н. Д.

Проверил доцент
Глухов А. Н.

Кафедра Теплоэнергетика и холодильные машины

о газотурбинной установке
2

– с регенерацией
5

регенерацией теплоты
6

0,87; η к = 0,84; m = 0,275: 1) σ

= 0; 2) σ = 0,2; 3) σ = 0,5; 4) σ = 0,8; 5) σ = 1; 6) τ = 4; 7) τ = 3,2

8

– Схема одновальной ГТУ с регенерацией, с промежуточным подводом теплоты

и промежуточным охлаждением воздуха

Рисунок 9 – Процесс в одновальной ГТУ с регенерацией теплоты, промежуточным подводом теплоты и промежуточным охлаждением воздуха

10

одним промежуточным подводом теплоты и двукратным промежуточным охлаждением воздуха
Рисунок 11

– Влияние охлаждения на полезную работу ГТУ при tc = 800 °C; tа = 15 °C; ηт = 0,87; ηк = 0,84; m = 0,275; cp = 1,05 кДж/(кгæК)

11

13 – Процесс охлаждаемой ГТУ в h, s-диаграмме:
а –

сжатие воздуха в компрессоре, б – расширение газа в турбине

12

состоит из неподвижного соплового аппарата и ряда рабочих лопаток, расположенных

на вращающемся колесе. В газовых турбинах больших мощностей, в частности в энергетических турбинах, применяют исключительно осевые ступени. Принцип действия паровых и газовых турбин одинаков, но последние имеют следующие существенные особенности, отличающие их от паровых турбин:
1. Газовые турбины выполняются для работы при более высокой температуре рабочего тела (газа) по сравнению с максимальной температурой пара в паровой турбине;
2. Мощные энергетические газовые турбины обычно имеют не более пяти ступеней, в то время как паровые турбины многоступенчатые: число ступеней в конденсационных и теплофикационных турбинах обычно более 20;
3. Экономичность ГТУ существенно зависит от КПД турбины ηт: изменение ηт на 1 % ведёт к изменению в ту же сторону КПД ГТУ на 2-3 %, а не на 1 %, как это происходит в паротурбинной установке, т.е. повышение экономичности газовой турбины даёт относительно больший эффект, чем повышение КПД паровых турбин.

Основные особенности газовых турбин

13

V94.2
14

турбины (правая камера сгорания не показана)
16

перфорированные трубки для подачи газа в зону смешения с воздухом;

2 ‒ фланец трубопровода подачи жидкого топлива; 3 ‒ фланец крепления горелочного модуля к крышке пламенной трубы; 4 ‒ коллектор подачи пара (или воды) для «экологического» впрыска;
5 ‒ форсунка жидкого топлива

18

ГТУ состоит из следующих операций.
1. Ротор разворачивается пусковым устройством.
2.Топливо

подается в камеру сгорания, и образующаяся в смесительном устройстве камеры сгорания топливовоздушная смесь зажигается с помощью запального устройства (плазменного зажигателя).
3.При дальнейшем увеличении расхода топлива турбоагрегат разворачивается газовой турбиной до достижения номинальной частоты вращения, затем производятся синхронизация электрического генератора с сетью и включение его в сеть.

20

генератора от температуры наружного воздуха для ГТУ V94.3A фирмы «Сименс»
22

системы управления (АСУ), выполняющие следующие функции:
1) автоматическое и дистанционное управление

пуском, нагружением, разгружением и остановкой ГТУ;
2) регулирование (поддержание на задаваемом уровне или в заданных пределах) следующих параметров: частоты вращения турбоагрегата с заданной степенью неравномерности; температур газа перед турбиной и за ней; активной нагрузки электрического генератора; режима работы компрессора на необходимом удалении от границы помпажа;
3) защиту ГТУ: отключение и остановку при аварийных ситуациях, из которых наиболее серьезными являются: недопустимое повышение температуры газа перед газовой турбиной и за ней: недопустимое повышение частоты вращения ротора; недопустимое падение давления масла для
смазки подшипников;
недопустимый осевой сдвиг ротора;
погасание факела в камере сгорания;
приближение к границе помпажа компрессора;
недопустимое повышение виброскорости шеек
ротора и/или корпусов подшипников.

23

получения большего количества пара при работе (в отличие от поршневого

двигателя);
В сочетании с паровым котлом и паровой турбиной — более высокий КПД по сравнению с поршневым двигателем. Отсюда — использование их в электростанциях;
Перемещение только в одном направлении, с намного меньшей вибрацией, в отличие от поршневого двигателя;
Меньшее количество движущихся частей, чем у поршневого двигателя;
Существенно меньше выбросов вредных веществ, по сравнению с поршневыми двигателями;
Низкая стоимость и потребление смазочного масла;
Низкие требования к качеству топлива. ГТД потребляют любое горючее, которое можно распылить: газ, нефтепродукты, органические вещества и пылеобразный уголь;
Высокая манёвренность и диапазон регулирования.

Преимущества газовых турбин

24

материалы применяемые в турбине должны иметь высокую жаростойкость и жаропрочность, а также высокую удельную

прочность. Токарная обработка и производство деталей более сложные;
При любом режиме работы имеют меньший КПД, чем поршневые двигатели (КПД на номинальной нагрузке  до 39 %, при этом официальные данные по поршневым двигателям  41-42 %). Требуют дополнительной паровой турбины для повышения КПД.
Низкий механический и электрический КПД (потребление газа более чем в 1,5 раза больше на 1 Квт-ч электроэнергии, по сравнению с поршневым двигателем)
Резкое снижение КПД на малых нагрузках (в отличие от поршневого двигателя)
Необходимость использования газа высокого давления, что обуславливает необходимость применения дожимных компрессоров с дополнительным расходом энергии и падением общей эффективности системы.
Высокие эксплуатационные нагрузки, следствием которых является использование дорогих жаропрочных сплавов.
Более медленный пуск, чем у поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Существенное влияние пусков-остановок на ресурс

Недостатки газовых турбин

25

1204 с.
А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний; под

ред. А.Г. Костюка. — М.: Издательский дом МЭИ, 2016. — Загл. с тит. экрана.

Список литературы

26