40 Многовальные газотурбинные установки.

Многовальные ГТУ

Деление турбины на две и более ступеней с их независимым друг от друга числом оборотов позволяет регулировать мощность ГТУ при частичных нагрузках, не снижая эффективности путем изменения расхода и топлива, и воздуха.

В установках с разрезным валом, или с независимой силовой турбиной, вал полезной мощности выделен от турбокомпрессора, поэтому между ними нет такой однозначной связи, и нагнетатель может практически иметь любую частоту вращения, ему необходимую.

Пи постоянной частоте вращения вала осевого компрессора и переменной частоте вращения силового вала температура перед газовой турбиной высокого давления может практически оставаться постоянной в достаточно широком диапазоне изменения частоты вращения вала силовой турбины.

Многовальные ГТУ дают возможность повысить эффективность особенно при работе на частичных нагрузках. Это наглядно видно на рис.3.25.

Кроме того, двухвальные ГТУ имеют несколько лучшие экономические характеристики не только на частичных нагрузках, но и на расчетной, когда одновальная установка, имея некоторый запас по мощности, на номинальной нагрузке будет обеспечивать режим работы нагнетателя ниже расчетного.

Благодаря этим особенностям двухвальные установки с регенерацией и без регенерации теплоты отходящих газов и получили широкое распространение в качестве привода насосов магистральных нефте- и нефтепродуктопроводов и центробежных

Установки подобных схем, созданных по типу авиационных и судовых ГТУ, позволяют получать в цикле высокую степень сжатия (до 18...25) и обеспечивать оптимальную работу компрессора на пусковых и переменных режимах. Высокая степень повышения давления осевых компрессоров при высоких температура продуктов сгорания перед турбиной позволяет получить в таких установках КПД на уровне 33...35% и выше. Компактность таких установок достигается размещением обоих компрессоров, камер сгорания и газовых турбин в одном корпусе. Привод компрессоров низкого и высокого давления осуществляется соответственно от турбин среднего и высокого давления, с использованием схемы "вал в валу".

41   Явление помпажа в компрессоре. Способы борьбы с помпажем.

Рассмотрим совместную работу ступени компрессора с сетью на предсрывном режиме, когда давление за ступенью несколько выше давления в сети. При наступлении развитого срыва давление на выходе из ступени резко уменьшается, а давление в сети остается пока по-прежнему близким к его значению в предсрывном режиме. В этом случае газ начнет двигаться из сети в ступень. После снижения давления в сети ступень вновь начнет нагнетать газ в сеть и при каком-то расходе опять возникнут срыв и выбрасывание газа из сети в ступень. Процесс будет периодически повторяться.

Такой неустойчивый режим работы представляет собой помпаж. При помпаже возникают сильные автоколебания потока и резкий специфический шум.Основными способами устранения помпажа в осевых компрессорах являются: установка дополнительных выпускных каналов (через антипомпажные клапана); применение поворотных направляющих лопаток и переход к двухвальным компрессорам.

При пониженной частоте вращения наиболее просто устранить помпаж перепуском воздуха из одного или нескольких сечений проточной части в атмосферу или на вход в компрессор. Перепуск воздуха увеличивает расход воздуха через первые ступени (до места расположения отбора) и позволяет вывести их из зоны неустойчивой работы. С перепуском воздуха улучшаются и условия работы последних ступеней, т.е. обеспечивается более согласованная их работа при частоте вращения меньше расчетной. Степень повышения давления и, как правило, КПД повышаются. Место и количество отборов можно определить расчетным путем. При наличии нескольких противопомпажных клапанов их открывают и закрывают не одновременно, а с нескольким сдвигом по частоте вращения.

Вторым способом противопомпажного регулирования является поворот лопаток одной или нескольких ступеней. При повороте направляющей лопатки осевая составляющая скорости изменяется таким образом, что обеспечивается примерно расчетный угол набегания потока на лопатки рабочего колесо последующей ступени. Третьим способом борьбы с помпажом является применение двух компрессоров, каждый из которых приводится отдельной турбиной (например, ГПА-10 на базе судового двигателя ДР-59Л). При этом, помимо прочего, достигается и повышение КПД на нерасчетных режимах..

42 Отличие реального цикла ГТУ от идеального.

Реальные циклы ГТУ отличаются от идеальных, рассмотренных, тем, что в действительных циклах учитываются неизбежные тепловые потери.

 43 Комбинированные двигатели.

Основная идея к.п.д. при комбинировании двигателей заключается в расширении диапазона минимальной и максимальной температур цикла.

При сочетании ДВС и ГТУ, а также ГТУ и ПТУ (паротурбинной установки) температурный диапазон увеличивается, тем самым повышается к.п.д. комбинированных установок.

Рассмотрим следующие виды комбинированных двигателей:

1) ГТУ с поршневыми камерами сгорания (ДВС + ГТУ);

ГТУ с поршневыми камерами сгорания

Все большее распространение получают энергетические установка, в которых газовая турбина работает совместно со свободнопоршневым генератором газа (СПГГ). В этих установках удачно сочетаются положительные качества турбины (меньший вес и габариты, способность работав с большим числом оборотов и т.д.) с относительно высокой экономичностью ДВС.

2) парогазовая установка (ГТУ + ПТУ).

Парогазовые установки (ПГУ)

Стремление повысить технико-экономические показатели энергетических установок путем рационального сочетания особенностей парового и газотурбинного циклов привело к созданию парогазовых установок (ПГУ).

1 - компрессор; 2 – парогенератор; 3 - газовая турбина; 4 - паровая турбина; 5 - нагрузка; 6 - конденсатор; 7 – насос; 8 - система теплообменников

Атмосферный воздух снимается в компрессоре 1 до давления 0,6...0,7 МПа и направляется в парогенератор (паровой котел) 2. Тут же подается топливо, которое сгорает при температуре 1800°С. На выхода из парогенератора температура продуктов сгорания снижается до 700°С за счет передачи теплоты на нагрев воды и производство пара.

44 Особенности одновальных генераторных ГТУ.

Одновальная газотурбинная установка с регенерацией ВВС рекомендуется для мощностей 1 - 5 мгвт.

Одновальная газотурбинная установка ГТ-700-4 вращает газовый нагнетатель. Из камеры сгорания газ поступает в турбину, на одном валу с которой находится компрессор, сжимающий воздух приблизительно до 5 ата. Через редуктор с валом турбины соединен нагнетатель, служащий для перекачки газа в магистральных газопроводах. Для запуска установки применяется тур-бодетандер, рабочим телом для которого служит природный газ, поступающий из магистрального газопровода. Характеристики бурового двигателя постоянного тока с воздушным охлаждением.

В одновальных газотурбинных установках ( рис. IV.6, а) компрессор и турбина смонтированы на одном валу.

В качестве примера одновальной газотурбинной установки была взята ГТУ наиболее простой схемы, состоящая из компрессора, турбины, камеры сгорания и регенератора.

На станции установлены две одновальные газотурбинные установки без регенератора мощностью по 19 750 кет и две установки с регенераторами мощностью по 18 000 кет. Установки работают на мазуте. Пуск установок производится за 20 минут на дизельном топливе.

Так как в рассматриваемой одновальной газотурбинной установке в основном осуществляется регулирование за счет изменения температуры газа, а расход воздуха и давление изменяются в процессе регулирования сравнительно мало, то сначала в первом приближении проведем исследование основных качеств системы регулирования в предположении, что последние параметры в процессе регулирования не меняются. Влияние инфляции доллара на стоимость оборудования.

При работе установки на дизельном топливе необходимо установить топливные цистерны с двухнедельным запасом топлива.

В отличие от описанной нами так называемой одновальной газотурбинной установки весьма часто встречается двухвальная. В этом случае турбина разделена на две части, из которых одна служит лишь для приведения во вращение компрессора, а другая работает на внешний привод. В установке получаются два различных вала. Такая схема особенно удобна для транспортных машин, ибо она дает возможность получить более экономичную работу на переменных режимах и хорошую характеристику протекания крутящего момента.

45 Внутренние потери ГТУ.

В ГТУ имеется целый ряд потерь, которые можно разделить на внутренние и внешние.