Міністерство освіти і науки України

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Кафедра нафтогазового технологічного транспорту і теплотехніки

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни Термодинаміка, теплопередача і ТСУ

Тема: Розрахунок циклу газотурбінної установки (ГТУ)

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

КР. ПС – 81.00.000 ПЗ

Студент групи ПС-10-3 /О.О.Чернишев /

(підпис)

Допускається до захисту

Керівник курсової роботи

/В.В.Негрич/

(посада) (підпис) (дата)

2013

Зміст

Вступ………………………………………………………………….....

1. Принципова схема ГТУ, її робота………………………………......

2. Параметри стану робочого тіла в характерних точках циклу…….

3. Визначення теплоємності робочого тіла…………………………...

4. Побудова робочої і теплової діаграм циклів……………………….

5. Енергетичні і економічні характеристики циклів ГТУ.

Визначення площі теплообмінника…………………………………...

6. Паливо і продукти його згорання.

Енергетичні характеристики ГТУ……………………………….........

7. Вибір обладнання……………………………………………………

Висновки………………………………………………………………..

Перелік посилань на джерела………………………………………....

Вступ

Життєвий рівень людства в першу чергу залежить від енерговитрат. За даними ООН, потреби людства в енергії подвоюються кожні тринадцять років. Але енергетичні ресурси Землі, тобто запаси енергії, які можна доцільно використати за наявного рівня техніки, є обмежені. Тому проблема економного використання енергії з кожним роком стає актуальнішою.

Україна має істотні запаси енергетичного вугілля і в меншій мірі – нафти і газу. Останнім часом відкрито потужні запаси урану. Для нормального функціонування економіки країни необхідно не менше як 300 млн т умовного палива на рік. Завдяки своїм джерелам ми забезпечуємо потреби лише на третину. Тому поряд з розширенням робіт стосовно розвідки нафти і газу необхідно проводити активну політику в сфері енергозбереження, використання вторинних енергоресурсів і на цій основі створення нових, менш енергоємних і екологічно чистих технологій. Велика увага має приділятись використанню відновлювальних джерел енергії та охороні навколишнього середовища.

У зв’язку з цими обставинами зростає роль теплотехніки та її теоретичної частини – термодинаміки. При підготовці інженерів технічного профілю термодинаміка є базовою теоретичною дисципліною, на основі якої будується багато наступних дисциплін.

1. Принципова схема гту, її робота

Під газотурбінною установкою (ГТУ) розуміють тепловий двигун, в якому робочим тілом є продукти згорання палива, а двигуном служить турбіна. ГТУ є двигунами безперервної дії. Порівняно з поршневими двигунами швидкість руху робочого тіла в ГТУ набагато вища (у 50-100 разів), що дає змогу конструювати відносно малогабаритні ГТУ великої енергетичної потужності.

Розрізняють ГТУ відкритого і закритого типу. В установках відкритого типу робочим тілом служать продукти згорання рідкого чи газоподібного палива, які після спрацювання в циклі направляються в атмосферу. В установках закритого типу робоче тіло здійснює коловий процес. Потік великої швидкості створюється шляхом витікання робочого тіла із сопел (направляючих лопаток) турбіни. Протікаючи потім по криволінійних каналах, утворених насадженими на ротор лопатками, газ приводить в обертання ротор турбіни, а через нього – електрогенератор чи інший пристрій.

Принципова схема ГТУ закритого типу з регенерацією теплоти показана на рисунку 1.1. В даній установці продукти згорання палива служать для нагріву безперервно циркулюючого в ГТУ робочого тіла. Така установка відноситься до двигунів зовнішнього згорання.

Вентилятор 1 подає атмосферне повітря у камеру згорання 3, де проходить згорання палива. Продукти згорання з досить високою температурою поступають у підігрівач робочого тіла 4, з якого направляються у підігрівач 2 для підвищення температури атмосферного повітря перед його поступленням у камеру згорання. З підігрівача продукти згорання палива відсмоктуються димососом 9.

Робоче тіло стискається у компресорі 8 і подається для підігріву спочатку у регенератор 6, а потім – у підігрівач 4, звідки воно поступає у турбіну 5, на лопатках якої розміщується, виконуючи роботу. Охолодження робочого тіла після турбіни здійснюється послідовно у регенераторі 6, охолоджувача 7.

Не дивлячись на велику складність у порівнянні з ГТУ відкритого типу ГТУ закритого типу мають ряд переваг. По-перше, продукти згорання палива не проходять через турбіну, а їх дії підлягає тільки теплообмінник 4 (див. рисунок 1.1.). Звідси випливає, що діапазон застосування палива у таких установках більш широкий. У них можна спалювати тверде паливо, так як тверді частинки, що містяться у продуктах згорання цих палив, викликають ерозію елементів проточної частини турбіни, що омивається газами з великими швидкостями. У теплообміннику швидкість руху газів менша, відповідно і менша швидкість його ерозії.

По-друге, в установці закритого типу тиск робочого тіла перед компресором може бути значно вище атмосферного. Це дозволяє суттєво зменшити розміри компресора, турбіни і теплообмінника при незмінній потужності установки.

По-третє, спалювання палива у камері згорання ГТУ закритого типу можна організувати таким чином, щоб звести до мінімуму забруднення навколишнього середовища.

ГТУ, в яких електричний генератор знаходиться на одному валу з компресором, володіють можливістю саморегулювання: зміни навантаження електрогенератора і частоти викликають протилежні по знаку зміни потужності, що споживається компрессором.

ГТУ, виконані по простих схемах, надійніші, простіші в експлуатації і мають нижчу вартість порівняно з ГТУ закритого типу. Такі установки можуть виконуватись одновальними (ГТ-700-4) чи з розрізним валом (ГТ-700-5, ГТН-9-750). В одновальній установці вал нагнітача механічно з’єднаний з валом повітряного компресора турбіни; таким чином, швидкість обертання останнього напряму залежить від числа обертів нагнітача. В установці з розрізним валом компресор і привідна турбіна незалежні від нагнітача і можуть мати будь-яку швидкість обертання, забезпечуючи необхідну подачу повітря в камеру згорання установки. ГТУ з розрізним валом більш гнучка при регулюванні роботи газопроводу у випадку зміни його навантаження.

ГТУ монтується на арочному залізобетонному фундаменті острівного типу. Фундамент має необхідні пройоми для трубопровідних комунікацій. На цьому рівні

1 – вентилятор;

2 – підігрівач повітря;

3 – камера згорання;

4 – підігрівач робочого тіла;

5 – турбіна;

6 – регенератор;

7 – охолоджувач;

8 – компресор;

9 – димосос.

Рисунок 1.1 – Принципова схема ГТУ закритого типу з

регенерацією теплоти.

монтується турбокомпресорна установка, редуктор, приводи до скидних клапанів, вузли регулювання і місцеві щити керування агрегатом.

ГТУ має бути негайно зупинена при погашенні факела у камері згорання, відмовіу роботі автомата безпеки при підвищенні частоти обертання роторів до критичної, на яку налаштовані автомати безпеки, при пониженні тиску паливного газу нижче мінімально допустимого, підвищенні температури продуктів згорання вище максимально допустимої чи інших неполадках, що можуть призвести до аварії.

Газотурбінні установки, являючись відносно молодим типом двигунів, знаходять все більше і більше застосування у народному господарстві. Вони використовуються в авіації, для приводу в дію електричних генераторів теплових електростанцій, для приводу насосів і компресорів на магістральних нафтопроводах і газопроводах, на водному і залізничному транспорті. Мала питома вартість ГТУ і можливість швидкого налаштування необхідного режиму роботи дозволяють також застосовувати їх в якості пікових і аварійно-резервних агрегатів енергетичних систем. Таким чином, ГТУ є досить перспективними тепловими двигунами, широке впровадження яких у народне господарство стримує неможливість застосування у них твердого палива.