Одно- и многоступенчатые турбины, оптимальное число оборотов ротора.

Принципиальная схема одноступенчатой турбины показана на рис.22. Сопла и выходной патрубок прикреплены к корпусу турбины и представляют ее статор, остаются неподвижными, а вал, диски и рабочие лопатки представляют собой вращающуюся часть турбины, т.е. ее ротор.

Важно заметить, что ротор приводится во вращение только по тому, что пар, протекая по криволинейному каналу между лопатками, оказывает давление на вогнутую поверхность лопаток. Это давление может быть усилено дополнительно реактивным действием потока пара. Удар же струи о стенки лопаток по возможности должен быть исключен.

Многоступенчатые турбины. Решение проблемы оптимизации отношения u/c₁ привело к созданию многоступенчатых турбин. Скорость пара на выходе из сопел современных турбин в несколько раз превышает скорость звука и достигает 1300 м/с, окружная же скорость на середине лопаток турбины по условиям ее механической прочности ограничена скоростью примерно 400 м/с. Обычно турбины включают как активные, так и реактивные ступени. Распространена такая последовательность ступеней турбин: активные ступени – ступени скорости и ступени давления, реактивные – ступени давления. Оптимальная окружная скорость пара в зависимости от числа ступеней (N), соответственно, составит: u_опт^акт = 0,5 cos a₁ с₁/N и u_опт^акт = 0,5 cos a₁ с₁/N^0,5, u_опт^реак = 1,0 cos a₁ с₁/N^0,5.

Показанные на схеме регенеративные отборы в случае конденсатных турбин обычно служат для подогрева питательной воды отборным паром в поверхностных или смешивающих подогревателях. Регенеративный подогрев питательной воды на ТЭС приводит к экономии до 14 % топлива.

57. Газовая турбина (ГТУ), ее устройство и работа, преимущества и недостатки по сравнению с паровой (ПТУ).Парогазовые установки

Необходимые параметры пара в ГТ обеспечиваются камерой сгорания высокого давл., топливными насосами, турбовоздуходувками. ГТ могут быть использованы и почти без специальной подготовки и повышения потенциальной энергии рабочего тела. Такими достаточными для эффективного использования турбин параметрами обладает колошниковый газ доменный печей, природный газ, поступающий на предприятия.

В рекуператоре (регенераторе) подогревается воздух за счет теплоты отработанных ПГ, что повышает КПД газотурбинной установки.

Рис. Принцип. схема ГТУ: 1 – воздушный компрессор; 2 – рекуператор; 3 – камера сгорания; 4 – газовая турбина; 5 – электрический генератор; 6 – пусковой двигатель; 7 – топливный насос; 8 – фильтр для очистки воздуха.

В газовой турбине используется значительно меньший перепад давления, чем в паровой турбине. В связи с этим в ней меньше ступеней, чем у паровой, и меньше мощность.

Принцип действия ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давл. Сжатый в компрессоре воздух, забираемый из атм-ры, очищенный в фильтре от пыли, вводится в камеру горения, куда одновременно подается жидкое (или газообр.) топливо. В камере сгор. воздух разделяется на два потока. Один почти в стехиометрич. соотношении с топливом поступает внутрь жаровой трубы, второй обтекает трубу снаружи и смешивается с продуктами гор. на выходе из нее, разбавляя их и понижая темп-ру. Образовавшийся после горения и смешения с вторичным воздухом газ поступает на лопатки турбины, где расширяясь совершает работу. Развиваемая ГТ мощность частично расходуется на привод компрессора и топливного насоса. Запуск ГТУ происходит пусковым двигателем. Топливо в камере сгорания зажигается электрической свечой одновременно с пуском установки.

Стационарные ГТУ классифицируются по ряду показателей: по назначению (энергетические, приводные, утилизационные, технологические, атомные), по степени сложности (с простым циклом, со сложным циклом – включает промежуточные охлаждения воздуха при сжатии и промежуточный подвод теплоты при расширении рабочего тела, с регенеративным циклом нагрева рабочего тела за счет теплоты выхлопных газов), по степени изоляции рабочего тела от окр. среды (открытого цикла, замкнутого цикла), по принципу действия (со сгоранием при постоянном давл., постоянном объеме). Получили распространение ГТ со сгоранием при p = const.

Нерегулярный ход зависимости КПД установки h в зависимости от степени повышения давления в компрессоре ε. КПД установки h = (l_т – l_к) /q₁ (отношения разности работы расширения 1 кг газа в турбине и работы, затраченной на сжатие 1 кг воздуха в компрессоре, к удельной подведенной энергии топлива)

Существует оптимальное e, при котором КПД установки имеет макс. знач. h_макс =0,34, т.е. ниже чем КПД паротурбинной установки.

Важнейшим способом повышения КПД ГТУ является использование теплоты отработанных в турбине газов для подогрева воздуха, идущего на горение. Эффективность регенерации оценивают степенью регенерации s, определяемой отношением количества теплоты, переданной воздуху, к предельно возможному количеству теплоты. Для большинства современных ГТУ s = 0,6 – 0,8. КПД установки с регенерацией снижается медленнее при снижении нагрузки, чем в случае работы без регенерации.

Увеличение относительной температуры t приводит к росту КПД. Потери давления в газовом и воздушном тракте заметно снижают КПД (утечки в уплотнениях влияют больше на эфф-ть ГТУ, чем на ПТУ). Но всеравно это позволяет поднять КПД только до 0,35 – 0,42.

В отличие от ПТУ, для которой коэф-т полезной работы близок к единице, полезная мощность ГТУ по сравнению с мощность развиваемой самой турбиной составляет всего 0,3 – 0,4.

ПАРОГАЗОВЫЕ

Парогазовые установки (в англоязычном мире используется название combined-cycle power plant) — сравнительно новый тип генерирующих станций, работающих на газе или на жидком топливе.

Принцип работы самой экономичной и распространенной классической схемы таков. Устройство состоит из двух блоков: газотурбинной (ГТУ) и паросиловой (ПС) установок. В ГТУ вращение вала турбины обеспечивается образовавшимися в результате сжигания природного газа, мазута или солярки продуктами горения — газами. Образовавшиеся в камере сгорания газотурбинной установки продукты горения вращают ротор турбины, а та, в свою очередь, крутит вал первого генератора.

В первом, газотурбинном, цикле КПД редко превышает 38%. Отработавшие в ГТУ, но все еще сохраняющие высокую температуру продукты горения поступают в так называемый котел-утилизатор. Там они нагревают пар до температуры и давления (500 градусов по Цельсию и 80 атмосфер), достаточных для работы паровой турбины, к которой подсоединен еще один генератор. Во втором, паросиловом, цикле используется еще около 20% энергии сгоревшего топлива. В сумме КПД всей установки оказывается около 58%. Существуют и некоторые другие типы комбинированных ПГУ, но погоды в современной энергетике они не делают.

Как правило, такие системы используются генерирующими компаниями в случае, когда необходимо максимизировать производство электрической энергии. Когенерация в этом случае играет подчиненную роль и обеспечивается за счет отвода части тепла из паровой турбины. В принципе, комбинированные системы можно построить и на базе большинства типов двигателей.

Дата добавления: 2015-07-14