Меню Рубрики

Тепловые двигатели газотурбинные установки

Все о транспорте газа

Газотурбинная установка (ГТУ) — машина, преобразующая тепловую энергию в механическую и состоящая из одного или нескольких компрессоров (чаще осевого типа), теплового устройства для нагрева рабочего тела, одной или нескольких турбин, системы регулирования и необходимого вспомогательною оборудования (рис. 1). Полезная мощность в ГТУ совершается за счет внутренней энергии газового потока, поступаюшего с большой скоростью на лопатки ротора турбины.

При работе турбины атмосферный воздух засасывается в осевой компрессор 3, сжимается и поступает в камеру сгорания 1. Одновременно часть воздуха направляется в кольцевое пространство между стенкой и корпусом камеры сгорания. Внутрь камеры сгорания непрерывно поступает топливо, сгорающее при постоянном давлении. Поэтому из камеры сгорания непрерывной струей выходят продукты сгорания, направляющиеся в сопла. В соплах энергия давления в результате расширения газа преобразуется в кинетическую энергию газовой струи, поступающей на лопатки турбины. Воздух, омывающий жаровую трубу камеры сгорания, охлаждает ее и, смешиваясь с продуктами сгорания, выходящими из жаровой трубы, также поступает в турбину 2. Примешивание этой доли воздуха к продуктам сгорания, имеющим высокую температуру — около 1800-2000 °С, необходимо для снижения температуры газов до величины, безопасной для металла лопаток газовой турбины. Поэтому общее количество воздуха, сжимаемого втурбокомпрессоре 3, значительно (в 6 раз и более) превышает количество воздуха, теоретически необходимого для сгорания топлива.

Общее представление о принципах работы турбины можно получить при рассмотрении устройства простейшей активной турбины (рис. 2).

На валу 1 насажен диск 2, по ободу которого на равных расстояниях закреплены рабочие лопатки . Слева от рабочих лопаток в корпусе 5 размешено сопло 4, представляющее собой криволинейный канал плав­ного очертания. При постоянном расходе газа за счет сужения канала в пределах сопла скорость потока возрастает, а давление уменьшается от р до р1 . Следовательно, в пределах сопла потенциальная энергия потока превращается в кинетическую.

При выходе из сопла поток газа попадает на рабочие лопатки под та­ким углом наклона a 1 , который обеспечивает плавное скольжение по­тока в межлопаточных каналах. При движении потока вдоль изогнутого контура рабочих лопаток возникают элементарные силы, результирую­щая которых представляет собой усилие, вращающее лопатки, т. е. ме­ханическую работу. Механическая работа потокагаза на лопатках опре­деляется только вращающим усилием и частотой вращения. При враща­тельном движении рабочих лопаток скорость газа при выходе из них меньше скорости на входе. Это означает, что на рабочих лопатках проис­ходит второе превращение энергии — кинетическая энергия потока газа частично переходит в механическую энергию вращения лопаток.

Турбины, в которых поток газа движется параллельно валу, назы­вают аксиальными, а турбины, в которых поток газа движется перпен­дикулярно к валу, — радиальными. Заводы выпускают в основном аксиальные газовые турбины.

Смежные ряды сопел и рабочих лопаток образуют одну ступень давления. Поэтому турбину такого типа называют одноступенчатой. Диаметр диска 2, измеренный по средней высоте рабочих лопаток d , называют расчетным диаметром ступени давления. Между вращающими­ся и неподвижными деталями всегда имеются зазоры (см. рис. 2) в ра­диальном и аксиальном направлениях.

На графике изменения давления и абсолютных скоростей газа в ак­тивной одноступенчатой турбине (см. рис. 2) видно, что давление падает только в соплах, где и происходит увеличение абсолютной скорости по­тока с с до с1 . На рабочих лопатках, в зазоре между соплами и лопат­ками давление практически постоянно. Отдельные ступени или турбины в целом, в которых давление потока газа на рабочих лопатках остается постоянным, называются активными. Те же ступени или турбины в це­лом, в которых давление меняется и в соплах и на рабочих лопатках, называются реактивными.

При однократном расширении в соплах одноступенчатой гурбины скоростью газа при входе его на рабочие лопатки оказывается настолько большой, что на одном ряду лопаток достаточно полно использовать ее нельзя. Поэтому одноступенчатые турбины применяют в основном для привода различных вспомогательных устройств.

На рис.3 в продольном разрезе и развертке по окружности проточ­ной части дана схема активной турбины с двумя ступенями скорости. (Обозначения 1 соответствуют обозначениям на рис. 2). Газ из перво­го ряда рабочих лопаток поступает в неподвижные напщие ло­патки 7. Эти лопатки сходны по профилю с рабочими лопатками, но изогнуты в противоположную сторону. Направляющие лопатки крепят в корпусе 5 турбины против сопел. Далее газ поступает на второй ряд рабочих лопаток 6. Такой двукратный пропуск потока по рабочим лопаткам позволяет уменьшить потерю кинетической энергии с выходной скоростью и этим увеличить к.п.д. На графике изменения давления и абсолютных скоростей газа по ступеням турбины (см. рис. 3) видно, что расширение газа происходит только в соплах, т. е. эта турбина является активной. Поэтому абсолютная скорость потока газа достигает максимального значения с 1 , при выходе из сопел. Далее поток газа попадает на рабочие лопатки первой ступени скорости, где совершает работу. Абсолютная скорость при выходе с 2 еще довольно велика. Поток далее попадает в направляющие лопатки, где его абсолютная скорость несколько уменьшается от с2 до с` 1 за счет потерь, а затем газ поступает нa рабочие лопатки второй ступени Здесь совершается дополнительная работа, соответствующая уменьшению абсолютной скорости от c` 1 до с` 2 . Во всех зазорах давление принимается постоянным.

Наклон линии абсолютной скорости на рабочих лопатках первой и второй ступеней и на направляющих лопатках различен. Это связано с тем, что на рабочих лопатках скорость уменьшается и при превращении в механическую работу и ввиду потерь, между тем как в направляющих лопатках уменьшение скорости происходит только за счет потерь.

Рабочие лопатки ступеней скорости для уменьшения стоимости и упрощения конструкции почти всегда ставят на общем диске, который называют диском Кертиса. Принцип работы реактивных и комбинированных турбин.

В реальных ГТУ, эксплуатируемых на компрессорных станциях, используют в основном комбинированные ступени, т.е. ступени с определенной степенью реакции. Поток газа воздействует на рабочие лопатки реактивной турбины не только но причине изменения скорости, приобретенной в соплах (активное усилие), но также и вследствие реакции потока газа. Это воздействие возникает в них при уменьшении давления и увеличении за счет этого относительной скорости (реактивное усилие) . Реактивное усилие аналогично отдаче ружья при выстреле.

источник

Область применения газотурбинных двигателей, их преимущества и недостатки по сравнению с другими типами тепловых двигателей,

На судах икораблях многих стран мира в составе газотурбинных и дизель-газотурбинных энергетических установок широко применяются главные и вспомогательные газотурбинные двигатели (ГТД), так как они обладают важными положительными качествами (рис.1,2). Газотурбинные и дизель-газотурбинные энергетические установки (ГТЭУ и ДГТЭУ) обеспечивают кораблю высокие боевые возможности, связанные со значительной полной боевой скоростью, большой автономностью, повышенными запасами боеприпасов из-за минимальных массогабаритных показателей установок и т.п.

Читайте также:  Установка двигателя на дельталете

Рис.1. Типы энергетических установок Российского ВМФ

Газотурбинные двигатели используются на боевых надводных кораблях различных классов и различного водоизмещения. Главные газотурбинные и дизель-газотурбинные энергетические установки по количественному составу составляют большую часть энергетических установок боевых кораблей водоизмещением до 10 000 т, а в отдельных случаях применяются на кораблях водоизмещением до 20 000 т (авианесущий корабль ВМС Великобритании «Invincible »).

Рис.2. Типы энергетических установок иностранных ВМС

Газотурбинные двигатели в составе ГТЭУ и ДГТЭУ обладают определёнными достоинствами, а именно:

· высокой энергоёмкостью, характеризуемой удельной мощностью 1÷3 МВт/м 3 (1÷2 МВт/т) и значительной агрегатной мощностью (40 ÷ 50 МВт);

· приемлемой экономичностью на режимах номинальной нагрузки
(0,190 ÷ 0,200 кг/кВтч) и малым расходом ГСМ в целом;

· высокой манёвренностью и готовностью к действию (экстренное приготовление к действию – 10 ÷ 15 мин, время запуска –120÷180 с, время выхода на номинальный режим – 5 ÷ 15 мин, реверс–10 ÷ 45 с);

· высокой автоматизацией процессов управления, малой трудоёмкостью технического обслуживания, высокой ремонтопригодностью;

Газотурбинные двигатели появились на кораблях совсем недавно, во второй половине прошлого века. Они возникли на основе достижений науки и техники, а в их конструкции нашли применение качественные жаропрочные и титановые сплавы, другие современные конструкционные материалы. Детали и узлы ГТД изготавливаются на высокоточном оборудовании с использованием достижений авиационной и космической технологий. Это необходимо для того, чтобы обеспечить рабочий процесс при высоких температурах газа (1200 0 С и более), давлениях (до 2 МПа) и при частотах вращения роторов турбин и компрессоров 10-20 тысяч оборотов в минуту. Главные ГТД имеют мощность от 4 до 20 тысяч киловатт и, как уже указывалось, применяются на кораблях различных классов: ракетных катерах, эскадренных миноносцах, больших противолодочных кораблях, крейсерах и даже на авианосцах. В зависимости от класса на корабле могут быть один или несколько двигателей. Если главных ГТД несколько, то они используются вместе на полной боевой скорости и по отдельности, на пониженных скоростях. На отдельных проектах кораблей для обеспечения экономических ходов применяют специальные маршевые ГТУ.

Вспомогательные ГТД используются для привода электрических генераторов мощностью от нескольких десятков до 2 000 кВт. Их называют газотурбогенераторы (ГТГ). Таких ГТГ на корабле может быть несколько. Они проще по конструкции, чем главные ГТУ, но имеют такие же высокие температуры и давления газа и повышенные частоты вращения. Обычно ГТГ имеют большой ресурс и могут непрерывно работать длительное время без остановки для технического обслуживания. Вспомогательные ГТУ обладают высокой готовностью к действию и поэтому их часто используют для привода не только генераторов тока, но и аварийных средств, например, пожарных или водоотливных насосов.

В 1791 г. англичанин Дж. Барбер впервые предложил идею создания газо­турбинного двигателя. Он состоял из газогенератора, включающего поршневой компрессор (К) и камеру сгорания (КС), газовой турбины (Т) и нагрузки, сое­диненной с газовой турбиной.

Газотурбинный двигатель — тепловой двигатель непрерывного действия, в лопа­точном аппарате которого энергия сжатого в компрессоре и нагретого в камере сгорания газа преобразуется в механическую работу на валу турбины. По конструкции газовые турбины близки к па­ровым турбинам, идея которой высказывалась ещё в I в. до н. э. Героном Александрийским.

За 100 лет после Барбера так никому и не удалось реализо­вать его идеи. Лишь в 1892 г русский инженер П.Д. Кузьминский разработал проект, а 1900 г построил газотурбинный двигатель со сгоранием топлива при постоянном давлении, предназначенный для небольшого катера. В этом ГТД была применена многоступенчатая газовая турбина.

В России быстрое развитие корабельных ГТЭУ началась с первого газотурбинного двигателя М1, установленного в качестве ускорительного двигателя на торпедных катерах пр.183тк. Созданный конструкторским бюро под руководством С.Д. Колосова в 1952 году, этот двигатель стал первым и очень важным этапом в дальнейшем развитии корабельного газотурбостроения нашей страны.

Почти пятидесятилетний опыт эксплуатации ГТД на кораблях отечественного флота и Военно-морских сил других стран показал, что для обеспечения надёжной работы газотурбинной техники требуются специалисты высокой квалификации. Они должны не только хорошо знать устройство механизмов и систем, но и твёрдо понимать смысл всех действий по приготовлению к запуску, обслуживанию во время работы, остановке или поддержанию установок в готовности.

Классификация корабельных газотурбинных установок

Классификация главных ГТУ по назначению

Как отмечено выше, газотурбинные двигатели и установки обладают высокой экономичностью на режимах полной мощности и одновременно небольшими размерами и массой. Кроме того, ГТД имеют высокую манёвренность и хорошие динамические характеристики. Поэтому эти двигатели наиболее часто применяются в комбинированных энергетических установках (ЭУ) боевых кораблей. Комбинированные установки используются на кораблях различных классов от ракетных катеров до больших противолодочных кораблей и ракетных крейсеров.

Газотурбинные двигатели в комбинированных ЭУ применяются в качестве маршевых или форсажных двигателей. Маршевые ГТД чаще всего используются в газо-газотурбинных энергетических установках, где форсажными двигателями также являются ГТД. Газотурбинные двигатели могут применяться совместно с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) или с котлотурбинными установками (КТУ), которые в этом случае чаще всего используются в качестве маршевых. При создании комбинированных ЭУ стараются реализовать очевидный принцип: применение ГТД экономически выгодно тогда, когда доля времени его работы на номинальной нагрузке будет преобладающей при использовании на корабле.

На кораблях водоизмещением менее 3 000 т чаще используют дизель-газотурбинные энергетические установки при совместной работе дизеля и ГТД на полной боевой скорости (ДГТЭУ) и газо-газотурбинные энергетические установки (ГГТЭУ), которые содержат маршевые и форсажные ГТД, в то время как на кораблях большего водоизмещения (до 10 000 т) в основном применяют ГГТЭУ. Если обратить внимание на классы кораблей, то видно, что корабли небольшого водоизмещения, для которых требуется высокая полная боевая скорость при повышенной манёвренности (ракетные, патрульные, сторожевые катера) чаще всего имеют ДГТЭУ и иногда ГГТЭУ. Комбинированные установки, в составе которых имеются форсажные ГТД и маршевые ДВС, применяют также на противолодочных кораблях, фрегатах, сторожевых кораблях, которым много времени приходится находиться в районе поиска подводных лодок, двигаясь при этом малыми скоростями, а при необходимости на повышенных скоростях выходить в заданный район или точку атаки.

Большие противолодочные корабли, ракетные крейсера, эскадренные миноносцы чаще всего оснащаются установками, которые условно можно назвать “однородными”, т.е. основанными на одном типе двигателей.

Читайте также:  Электрический подогреватель двигателя 220в установка

Корабли ещё большего водоизмещения, например, тяжёлые крейсера и авианесущие корабли пока ещё редко имеют газотурбинные энергетические установки.

Известен положительный опыт применения ГГТЭУ на авианесущих кораблях в ВМС Англии и Италии. Основной проблемой при использовании газотурбинной энергетики на этих кораблях является размещение шахт воздухоприёма и газовыхлопа таким образом, чтобы не нарушить целостность полётной палубы и ангара для самолётов и одновременно исключить влияние потоков горячих выхлопных газов работающих ГТД на использование палубной авиации.

Особенности рабочего процесса в судовых ГТД

Рабочим процессом в газотурбинном двигателе называют непрерывную последовательность сжатия воздуха, его нагрева при сжигании топлива и расширения сжатого и нагретого газа для получения полезной работы. Для того осуществления рабочего процесса служат компрессор, камера сгорания и турбина. Рабочий процесс в ГТД имеет определённые особенности.

Газотурбинный двигатель потребляет большое количество воздуха, на сжатие которого затрачивается значительная мощность. Чтобы сократить затраты мощности на вращение компрессора необходимо сжимать воздух с высоким коэффициентом полезного действия. Высоким КПД обладают осевые компрессоры, которые в основном и применяются в газотурбинных двигателях.

Нагрев рабочего тела (воздуха) в камере сгорания происходит при сжигании мелко распылённого жидкого топлива, которое подаётся под большим давлением через топливные форсунки. Таких форсунок может быть десять и больше. На сгорание топлива идёт только часть воздуха, подаваемого компрессором. Воздух, который не участвует в горении, смешивается с продуктами сгорания и образует новое рабочее тело — газ, который поступает на сопловые лопатки турбины. В сопловом аппарате и затем на рабочих лопатках турбины газ расширяется, в результате чего получается полезная работа. Часть этой работы затрачивается на вращение компрессора, а остальная на привод потребителя мощности, например гребного винта.

Для получения высокой экономичности турбины и соответственно всей установки ротор турбины должен вращаться с большой частотой, а для гребного винта требуются пониженные обороты. Уменьшение частоты вращения происходит в редукторе.

При запуске газотурбинного двигателя для воспламенения топлива в камере сгорания требуется подать сжатый воздух с расчётными значениями давления и температуры. Для сжатия воздуха необходимо раскрутить ротор компрессора до больших оборотов. Раскрутка ротора компрессора при запуске выполняется стартёром. Чаще всего в качестве стартёра применяют электродвигатель постоянного тока большой мощности (несколько десятков киловатт). Применяют также электродвигатели переменного тока, воздушные турбины или специальные вспомогательные ГТД.

Топливо в камере сгорания при запуске воспламеняется искрой от свечи высокого напряжения, создаваемого трансформатором зажигания. Свеча работает несколько десятков секунд, после чего в камере сгорания происходит постоянное самовоспламенение топливо воздушной смеси. В первый момент после начала горения топлива в камере сгорания ещё недостаточно воздуха и поэтому температура газов перед соплами турбины максимальная. Затем температура постепенно снижается. Металл лопаток может только кратковременно работать при такой температуре и поэтому каждый запуск ГТД вызывает накопление повреждений в деталях турбины. Вот почему важно обеспечить в эксплуатации надёжность каждого запуска и исключить неудавшиеся запуски, например, из-за разрегулирования автоматики.

После завершения запуска двигатель работает на режиме холостого хода, который часто является режимом прогрева. Прогрев двигателю необходим для выравнивания температур в деталях и уменьшения вследствие этого температурных напряжений. На режиме прогрева двигатель осматривают и проверяют его готовность к работе на повышенной мощности.

После камеры сгорания горячий газ поступает в турбину. Сначала в сопловых и затем в рабочих лопатках турбины происходит расширение газа. При уменьшении давления и температуры газа возникает полезная работа, которая преобразуется во вращение ротора турбины. С ротором турбины соединяется потребитель мощности, которым может быть компрессор, редуктор или электрогенератор. Турбин в двигателе может быть несколько и каждая турбина в двигателе в этом случае имеет свой потребитель мощности.

Расширение газа в турбине заканчивается на последних ступенях последней турбины, после чего газ идёт в газовыхлопное устройство и выводится в атмосферу.

Дата добавления: 2014-01-05 ; Просмотров: 4382 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Газотурбинные установки электростанций

Газотурбинные установки (ГТУ) – тепловые машины, в которых тепловая энергия газообразного рабочего тела преобразуется в механическую энергию. Основными компонентами являются: компрессор, камера сгорания и газовая турбина. Для обеспечения работы и управления в установке присутствует комплекс объединенных между собой вспомогательных систем. ГТУ в совокупности с электрическим генератором называют газотурбинным агрегатом. Вырабатываемая мощность одного устройства составляет от двадцати киловатт до десятков мегаватт. Это классические газотурбинные установки. Производство электроэнергии на электростанции осуществляется при помощи одной или нескольких ГТУ.

Устройство и описание

Газотурбинные установки состоят из двух основных частей, расположенных в одном корпусе, – газогенератора и силовой турбины. В газогенераторе, включающем в себя камеру сгорания и турбокомпрессор, создается поток газа высокой температуры, воздействующего на лопатки силовой турбины. При помощи теплообменника производится утилизация выхлопных газов и одновременное производство тепла через водогрейный или паровой котел. Работа газотурбинных установок предусматривает использование двух видов топлива – газообразного и жидкого.

В обычном режиме ГТУ работает на газе. В аварийном или резервном при прекращении подачи газа осуществляется автоматический переход на жидкое (дизельное) топливо. В оптимальном режиме газотурбинные установки комбинированно производят электрическую и тепловую энергию. По количеству вырабатываемой тепловой энергии ГТУ значительно превосходят газопоршневые устройства. Турбоагрегаты используются на электростанциях как для работы в базовом режиме, так и для компенсирования пиковых нагрузок.

История создания

Идея использовать энергию горячего газового потока была известна еще с древних времен. Первый патент на устройство, в котором были представлены те же основные составляющие, что и в современных ГТУ, был выдан англичанину Джону Барберу в 1791 году. Газотурбинная установка включала в себя компрессоры (воздушный и газовый), камеру сгорания и активное турбинное колесо, но так и не получила практического применения.

В 19-м и начале 20-го века многие ученые и изобретатели всего мира разрабатывали установку, пригодную для практического применения, но все попытки были безуспешными ввиду низкого развития науки и техники тех времен. Полезная мощность, выдаваемая опытными образцами, не превышала 14% при низкой эксплуатационной надежности и конструктивной сложности.

Впервые газотурбинные установки электростанций были использованы в 1939 году в Швейцарии. В эксплуатацию была введена электростанция с турбогенератором, выполненным по простейшей схеме мощностью 5000 кВт. В 50-х годах эта схема была доработана и усложнена, что позволило увеличить КПД и мощность до 25 МВт. Производство газотурбинных установок в промышленно развитых странах сформировалось в единый уровень и направление развития по мощностям и параметрам турбоагрегатов. Суммарная мощность выпущенных в Советском Союзе и России газотурбинных установок исчисляется миллионами кВт.

Читайте также:  Установка для замены охлаждающей жидкости двигателя

Принцип работы ГТУ

Атмосферный воздух поступает в компрессор, сжимается и под высоким давлением через воздухоподогреватель и воздухораспределительный клапан направляется в камеру сгорания. Одновременно через форсунки в камеру сгорания подается газ, который сжигается в воздушном потоке. Сгорание газовоздушной смеси образует поток раскаленных газов, который с высокой скоростью воздействует на лопасти газовой турбины, заставляя их вращаться. Тепловая энергия потока горячего газа преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины, который приводит в действие компрессор и электрогенератор. Электроэнергия с клемм генератора через трансформатор направляется в потребительскую электросеть.

Горячие газы через регенератор поступают в водогрейный котел и далее через утилизатор в дымовую трубу. Между водогрейным котлом и центральным тепловым пунктом (ЦТП) при помощи сетевых насосов организована циркуляция воды. Нагретая в котле жидкость поступает в ЦТП, к которому осуществляется подключение потребителей. Термодинамический цикл газотурбинной установки состоит из адиабатного сжатия воздуха в компрессоре, изобарного подвода теплоты в камере сгорания, адиабатного расширения рабочего тела в газовой турбине, изобарного отвода теплоты.

В качестве топлива для ГТУ используется природный газ – метан. В аварийном режиме, в случае прекращения подачи газа, ГТУ переводится на частичную нагрузку, а в качестве резервного топлива используются дизельное топливо или сжиженные газы (пропан-бутан). Возможные варианты работы газотурбинной установки: отпуск электроэнергии или совмещенный отпуск электричества и тепловой энергии.

Когенерация

Производство электричества с одновременной выработкой сопутствующей тепловой энергии называется когенерацией. Эта технология позволяет значительно повысить экономическую эффективность использования топлива. В зависимости от нужд газотурбинная установка дополнительно может оснащаться водогрейными или паровыми котлами. Это дает возможность получать горячую воду или пар различного давления.

При оптимальном использовании двух видов энергии достигается максимальный экономический эффект когенерации, а коэффициент использования топлива (КИТ) достигает 90%. В этом случае тепло выхлопных газов и тепловая энергия из системы охлаждения агрегатов, вращающих электрогенераторы (по сути, бросовая энергия), используется по назначению. При необходимости утилизируемое тепло может использоваться для производства холода в абсорбционных машинах (тригенерация). Система когенерации состоит из четырех ключевых частей: первичный двигатель (газовая турбина), электрогенератор, система теплоутилизации, система управления и контроля.

Управление

Выделяют два основных режима работы, при которых эксплуатируются газотурбинные установки:

  • Стационарный. В этом режиме турбина работает при фиксированной номинальной или неполной нагрузке. До недавнего времени стационарный режим был основным для ГТУ. Остановка турбины проводилась несколько раз в год для плановых ремонтов или в случае неполадок.
  • Переменный режим предусматривает возможность изменения мощности ГТУ. Необходимость изменять режим работы турбины может быть вызвана одной из двух причин: если изменилась потребляемая электрогенератором мощность ввиду изменения подключенной к нему нагрузки потребителей, и если изменилось атмосферное давление и температура забираемого компрессором воздуха. К нестационарным режимам, причем наиболее сложным, относится остановка и пуск газотурбинной установки. При последнем машинист газотурбинных установок должен выполнить многочисленные операции перед первым толчком ротора. Перед полноценным пуском установки осуществляется предварительная раскрутка ротора.

Изменение режима работы установки осуществляется регулировкой подачи горючего в камеру сгорания. Главной задачей управления ГТУ является обеспечение нужной мощности. Исключением является газотурбинная энергетическая установка, для которой основная задача управления – постоянство частоты ращения, связанного с турбиной электрического генератора.

Применение в энергетике

В стационарной энергетике применяются ГТУ разного назначения. В качестве основных приводных двигателей электрогенераторов на тепловых электростанциях газотурбинные установки используются в основном в районах с достаточным количеством природного газа. Благодаря возможности быстрого пуска ГТУ широко применяются для покрытия пиковых нагрузок в энергосистемах в периоды максимального потребления энергии. Резервные газотурбинные агрегаты обеспечивают внутренние нужды ТЭС во время остановки основного оборудования.

В целом электрический КПД газовых турбин ниже, чем у других силовых агрегатов. Но при полной реализации теплового потенциала газотурбинного агрегата значимость этого показателя становится менее актуальной. Для мощных газотурбинных установок существует инженерный подход, предполагающий комбинированное использование двух видов турбин за счет высокой температуры выхлопных газов.

Вырабатываемая тепловая энергия идет на производство пара для паровой турбины, которая используется параллельно с газовой. Это повышает электрический КПД до 59% и существенно увеличивает эффективность использования топлива. Недостатком такого подхода является конструктивное усложнение и удорожание проекта. Соотношение производимой ГТУ электрической и тепловой энергии примерно 1:2, то есть на 10 МВт электроэнергии выдается 20 МВт энергии тепловой.

Достоинства и недостатки

К преимуществам газовых турбин относятся:

  • Простота устройства. Ввиду отсутствия котельного блока, сложной системы трубопроводов и множества вспомогательных механизмов металлозатраты на единицу мощности у газотурбинных установок значительно меньше.
  • Минимальный расход воды, которая в ГТУ требуется только для охлаждения подаваемого к подшипникам масла.
  • Быстрый ввод в работу. Для газовых турбоагрегатов время пуска из холодного состояния до принятия нагрузки не превышает 20 минут. Для паросиловой установки ТЭС пуск занимает несколько часов.

  • В работе газовых турбоагрегатов используется газ с весьма высокой начальной температурой – более 550 градусов. Это вызывает трудности при практическом исполнении газовых турбин, так как требуются специальные жаростойкие материалы и особые системы охлаждения для наиболее нагреваемых частей.
  • Около половины развиваемой турбиной мощности расходуется на привод компрессора.
  • ГТУ ограничены по топливу, используется природный газ или качественное жидкое топливо.
  • Мощность одной газотурбинной установки ограничена 150 МВт.

Экология

Позитивным фактором использования ГТУ является минимальное содержание вредных веществ в выбросах. По этому критерию газовые турбины опережают ближайшего конкурента – поршневые электростанции. Благодаря своей экологичности газотурбинные агрегаты без проблем можно размещать в непосредственной близости от мест проживания людей. Низкое содержание вредных выбросов при эксплуатации ГТУ позволяет экономить средства при строительстве дымовых труб и приобретении катализаторов.

Экономика ГТУ

На первый взгляд, цены на газотурбинные установки довольно высоки, но при объективной оценке возможностей этого энергетического оборудования все аспекты встают на свои места. Высокие капиталовложения на старте энергетического проекта полностью компенсируются незначительными расходами при последующей эксплуатации. Кроме того, значительно снижаются экологические платежи, уменьшаются затраты на покупку электрической и тепловой энергии, снижается влияние на окружающую среду и население. Вследствие перечисленных причин ежегодно приобретаются и устанавливаются сотни новых газотурбинных установок.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector