18) Цикл газотурбинной установки.

Циклы газотурбинных установок

Общая характеристика газотурбинных установок

Газотурбинные установки - тепловые машины, у которых для получения полезной работы используется газовые турбины.

Газовая турбина - тепловой турбинный двигатель, в лопаточном аппарате которого энергия газового потока превращается в механическую энергию вращающегося вала.

Основные преимущества ГТУ

Возможность адиабатного расширения рабочего тела до атмосферного давления, что повышает т.к. п.д. цикла.

Большая единичная мощность установок . В настоящее время мощность стационарных ГТУ достигает 100 тыс. КВт

(100МВт). Основными направлениями развития нашей страны на 1986-90 годы и на период до 2000 года предусмотрено строительство газовых энергетических турбин единичной мощностью до 150тыс.кВт

Небольшие габариты и масса. Удельная масса транспортных ГТУ примерно на порядок ниже чем удельная масса поршневых д.в.с.

Отсутствие деталей с возвратно-поступательным движением и, как следствие этого, высокий механический и.н.д.

Помимо этих преимуществ ГТУ имеют ряд недостатков, роль которых постепенно снижается по мере совершенствования ГТУ. О них мы упомянем позже.

Краткая история развития газотурбинных установок

Первые газовые турбины в России были созданы в 1897г. инженером Кузьминским П.Д. Он построил радиальную центробежную турбину со сгоранием топлива при постоянном давлении .

В 1906 - 1908гг. инженер Караводин В.В. создал ГТУ со сжиганием топлива при постоянном объеме.

В 1939г. профессор Харьковского политехнического института В.М. Маковский разработал ГТУ мощностью 400 кВт, которая была построена на ХТГЗ им. С.М. Кирова (ныне объединение Турбоатом) и установлена в г. Горловке (Донбасс). В качестве топлива использовался подземный газ.

Промышленное использование ГТУ началось в 1939г. в СССР и Швейцарии. Наибольшее развитие и внедрение ГТУ получили в авиации с конца 40х годов. Позже их стали применять также на судах и локомотивах.

В настоящее время к. п. д. ГТУ достигает - 35%, а отдельные экспериментальные агрегаты и уникальные авиационные двигатели имеют термический к. п. д. , достигающий 50% .

Требования к конструкционным материалам.

Материалы, применяющееся в турбостроении, должны отвечать следующим требованиям:

· Высокая механическая прочность.

· Жаропрочность и жаростойкость.

· Химическая и коррозионная стойкость

· По возможности низкая стоимость.

Материалы должны обеспечивать срок службы ГТУ до капитальной переборки не менее 100 тыс. часов. В настоящее время срок службы для транспортных установок достигает 20-50 тыс. часов

Авиационные ГТД имеют, как правило, срок службы в несколько тысяч, а иногда и сот часов.

В настоящее время температура газов перед турбиной достигает 1300К. Для обеспечения таких высоких параметров цикла применяют охлаждение лопаток рабочего колеса и соплового аппарата. Начинают использоваться керамические и другие специальные материалы.

В отдельных образцах авиационных ГТД достигнута температура газов перед турбиной 1640К.

19) Циклы паротурбинных установок.

Паротурбинная установка — это непрерывно действующий тепловой агрегат, рабочим телом которого является вода и водяной пар. Паротурбинная установка является механизмом для преобразования потенциальной энергии сжатого и нагретого до высокой температуры пара в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Включает в себя паровую турбину и вспомогательное оборудование. Паротурбинные установки используются для привода турбогенератора на тепловых и атомных электростанциях.

На электрической станции механическая энергия превращается в электрическую энергию с помощью электрического генератора.

Принципиальная схема паротурбинной установки для привода электрогенератора изображена на рисунке.

Свежий пар из котельного агрегата (1), где он получил тепло от сгорания топлива, поступает в турбину (2) и, расширяясь в ней, совершает механическую работу, вращая ротор электрогенератора (3). После выхода из турбины, пар поступает в конденсатор (4), где происходит его конденсация. Конденсат отработавшего в турбине пара при помощи конденсатного насоса (5) проходит через подогреватель низкого давления (ПНД) (6) в деаэратор (7). Из деаэратора питательный насос (8) подаёт воду через подогреватель высокого давления (ПВД) (9) в котельный агрегат.

Подогреватели (6) и (9) и деаэратор (7) образуют систему регенеративного подогрева питательной воды, которая использует пар из нерегулируемых отборов паровой турбины.

Регенеративный цикл — цикл паротурбинной установки, в котором питательная вода до её поступления в котельный агрегат подвергается предварительному нагреву паром, отбираемым из промежуточной ступени паровой турбины. Подогрев реализуется посредством специального теплообменника - регенеративного подогревателя.

Значение цикла

Увеличение КПД при применении регенерации составляет 10-15 %. При этом экономия теплоты в цикле возрастает с повышением начального давления p1 пара. Это связано с тем что с повышением p1 увеличивается температура кипения воды, а следовательно повышается количество теплоты, которое можно подвести к воде при подогреве её отработанным паром. В настоящее время регенеративный подогрев применяется на всех крупных электростанциях.