Газовая турбина

Осевые турбины позволяют реализовать большие расходы газов (практически не ограниченные) поэтому используются в стационарных энергетических газотурбинных установках.

Расширение газов представляет естественный процесс, поэтому сопровождаются меньшими потерями, чем процессы сжатия. По этой причине в одной ступени можно реализовать значительно больший теплоперепад, нежели в компрессоре. Следовательно, число ступеней турбины существенно меньше по сравнению с компрессорами и обычно не превышает 3…4, максимум 5 ступеней.

Процессы расширения газов в турбине являются пространственными, трехмерными. Однако часто в расчетах используют упрощенное – одномерное приближение.

За последней ступенью РК может устанавливаться спрямляющий - направляющий аппарат для снижения вихревых потерь в выходном устройстве, рис. 3.

Процессы, происходящие в ступенях идентичны, приводимые ниже количественные соотношения справедливы как для отдельной ступени, так и многоступенчатой турбины. Естественно, при этом должны использоваться соответствующие параметры газового потока-рабочего тела турбины.

Механическая работа, например, первой ступени, представляет разность полных энтальпий потока газов на входе и на выходе из ступени, рис. 4.

Рис. 3. Принципиальная схема газовой турбины

Рис. 4. h–s диаграмма процессов расширения газов в турбине

Параметры газового потока на входе и на выходе из турбины обозначены индексами 3 и 4, на выходе из соплового аппарата и рабочего колеса первой ступени-1 и 2 соответственно.

. (6)

Из графика рис. 4 b можно заметить, что работа изоэнтропического расширения в действительном процессе, например, расширения в сопловом аппарате ступени 3_из.д-1 больше, чем идеального процесса за счет расхождения изобар. Данное отличие учитывается коэффициентом возврата теплоты в многоступенчатой турбине. Часть работы затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений и протечки газов через зазоры, при которых выделяется теплота. В последующих ступенях это теплота частично преобразуется в полезную работу, следовательно, возвращается в рабочий процесс. Это часть работы оценивают коэффициентом возврата теплоты.

Потери в ступени, а также многоступенчатой турбины выражают изоэнтропическим–адиабатическим КПД в заторможенных или статических параметрах

. (7)

Иногда в практических расчетах используют несколько другое представление формулы (6) для расчета иэоэнтропической работы.

Используя известное термодинамическое соотношение для теплоемкости соотношение (6) можно представить в виде

. (8)

Температура газов на выходе из турбины рассчитывается по известной формуле

. (9)

Как видно из предыдущих соотношений, теоретические (изоэнтропические) и действительные значения работы в турбине, а также в турбинных ступенях могут быть вычислены только при известных значениях термодинамических свойств рабочего тела газовой турбины: С_р, Т ₃, и .

Термодинамические параметры продуктов сгорания, естественно, зависят от температуры и состава газов, образующихся при горении ТВС, которые в свою очередь зависят от энергетических характеристик (энтальпии) и углеводородного состава топлива.

В настоящее время используется три вида органического топлива на стационарных газотурбинных установках: природный газ, дизельное топливо и соляровое масло. Последний вид горючего иногда называют топливом для ГТУ. С развитием науки и технического развития возможно появлений новых видов топлив, полученных искусственным путем.

Термодинамические параметры продуктов сгорания перечисленных топлив в среде атмосферного воздуха при широкой вариации исходных данных в разумных пределах приведены в работе [5].

Температура образовавшихся газов Т ₃ зависит от коэффициента избытка и температуры воздуха, используемого для сжигании топлива.

Температуру воздуха на выходе из компрессора рассчитывают по соотношению (5). Следовательно, для вычисления Т ₂ должны быть заданы кроме температуры воздуха на входе в компрессор степень сжатия и адиабатический КПД внутренних процессов. Для определения температуры воздуха на выходе из компрессора может быть использованы графические зависимости, представленные на рис. 5.

Дата добавления: 2015-07-11