1.Области применения гту. Требования предъявляемые к гту.(требования, предъявляемые к гту)

Требования, которым должен удовлетворять ГТУ делят на 4 группы:1) общие требования к показателям привода; 2) требования к показателям основных узлов и систем, входящих в состав привода; 3) требования к системам подготовки воздуха, масла, требования к воздействию привода на окружающую среду; 4) требования к системам диагностики привода.

Общие требования к показателям привода регламентируются ГОСТами, ОСТами, СТП. В частности ГОСТ 29328-92 и ГОСТ 28775-90

Общие показатели – это номинальная мощность. Ном. мощ-ть ГТУ в стац. условиях должна соответствовать рекомендуемому ряду 2,5;4;6,3;8;10;12…МВт. Ном. мощ-ть определяется при стандартных атм. усл-ях (t_H=+15°C, P_H=101,325 КПа, отн.влаж-ть воздуха φ=60 %).Ном. мощ-ть должна обеспечиваться до t-ры наружного воздуха +25°C.

Ном.КПД должен соответствовать современному техническому уровню(N_e=3-4 МВт→η_е=27…28%, N_e=16-25 МВт→η_е=34…38%

Эффективн.мощ-ть – это мощ-ть на выводном валу ГТУ. Макс. мощ-ть без превышения ном.t-ры газов – это 120% номинальной. Полный средний ресурс ГТУ не менее 100 тыс. ч. Средний ресурс до капит. ремонта не менее 25 тыс.ч. Время непрерывной работы 700-1000 ч. В году в среднем дв-ль должен работать 7000-8000 ч. Должна обеспечиваться возможность демонтажа и установки сменного ГТУ за время 10-15 ч(40-60 чел.ч). Отклонения (в сторону уменьшения) параметров приводного двигателя от номинальных значений за межремонтный ресурс:Δη_эф≤2 %, ΔN ≤4%. Частота вращения выводного вала на номинальном режиме n_ном=3000 или 3600, мин^-1. Коэффициент технического использования привода не менее 0,95. Коэффициент надежности пусков не менее 0,95. Коэффициент готовности привода не менее 0,98. ГТУ должна быть снабжена устройством периодической очистки (промывки) проточной части компрессора (осущ-ся 300…1000ч – на ходу; 3000…5000ч – на остановленном агрегате)

Требования к основным узлам привода

Компрессоры должны обеспечивать требуемые параметры и запасы устойчивости при: неравномерности поля температур и поля давлений не менее 0,99; регулярных пульсаций температуры и давления в потоке не более 0,01.

На входе в компрессор устанавливается входное устройство, коллектор которого должен быть очерчен по лемнискате.

Потери полного давления во входном устройстве не должны превышать 0,3%.

Во входном устройстве д/б установлена система противообледенения, система подачи моющего раствора в проточн. часть двигателя.

Требования к камере сгорания. Температура топл. газа на входе в ГТУ должна быть не ниже +30^оС.

Полнота сгорания топлива в к.с. д/б не ниже 0,99; диапазон устойчивой работы по составу смеси –2,5 ≤α≤ 15; превышение пиковой температуры над среднемассовой по сечению не д/б более чем 1,06; изменение функциональных показателей камеры в течении межремонтного ресурса не должно превышать по полноте сгорания 1,5 %. Для окружной эпюры t-р 45°C, для радиальной эпюры t-р 2%.

Требования к турбине газогенератора. В связи с тем, что при работе на земле базового двигателя на ротор ВД длительно действует осевое усилие максимальной величины, для обеспечения необходимой долговечности упорного подшипника следует уменьшить величину осевой силы путем изменения давления или конструкции разгрузочных полостей (на лобовой и (или) тыльной сторонах диска турбины).

Коэффициент восстановления полного давления в раскручивающем аппарате должен быть . Коэффициент восстановления полного давления в газоходе от сечения выхода из раскручивающего аппарата до входа в сопловой аппарат силовой турбины должен быть .

Требования к силовой (свободной) турбине. Коэффициент полезного действия турбины на номинальном режиме должен быть не менее . Изменение КПД при изменении частоты вращения ротора СТ от до и при постоянном режиме работы газогенератора не должно быть больше . Для обеспечения требований по ресурсу и КПД рабочие лопатки СТ должны выполняться с бандажными полками.

Силовая турбина и турбина газогенератора должны длительно работать в условиях запыленности.

Требования к системе автоматического управления. Система автоматического управления (САУ) двигателя должна обеспечивать: 1)автоматическое поддержание заданного режима (работы двигателя);2)автоматическое регулирование частоты вращения вала силовой турбины;3)управление механизацией компрессора двигателя;4)защиту по максимальной предельной частоте вращения ротора СТ и ротора ГГ;5)ограничение температуры газов перед турбиной, осуществляемое путем изменения режима работы камеры сгорания;6)изм-е подачи топлива и режима работы двигателя по командам АСУТП

САУ двигателем должна обеспечивать:1)автоматическую проверку готовности двигателя к пуску;2)автоматический пуск и останов (нормальный и аварийный) по заданным программам;3)выдачу сигналов от системы защиты двигателя в АСУ ТП станции для формирования команды на останов двигателя.

2.Энергетические ГТУ разомкнутого цикла, классификация ГТУ.(КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК)

Общим назначением ГТУ, как и любых тепловых двигателей с термодинамическим циклом, использующих газ в качестве рабочего тела, является превращение теплоты в механическую работу. Кроме того, ГТУ могут служить источником теплоты, используемой в энергетике (ПГУ) и народном хозяйстве (теплофикация). Рассмотрим классификацию ГТУ в зависимости от их класса и типа.

По назначению ГТУ можно разделить на:

энергетические – вращают электрогенераторы переменного и постоянного тока;

приводные (нагнетательные) – приводят в действие газовые нагнетатели на газопроводах, компрессоры, вентиляторы, надувные устройства, гидравлические насосы и другие механические устройства;

промышленные – интенсифицируют технологический процесс производства (в металлургии, химической промышленности);

транспортные – передают механическую энергию движителю транспортного средства (колесам, гусеницам, судовому винту) через трансформатор момента: механический (муфту, коробку скоростей), гидравлический, газовый, электрический или магнитный;

авиационные – передают полезную энергию движителю авиационного транспортного средства – воздушному винту, вентилятору и реактивному устройству (газовому соплу).

По сложности термодинамического цикла ГТУ можно разделить на:

простые – (по циклу Брайтона) – процесс сжатия происходит в одном или нескольких компрессорах, подведение теплоты в одном подогревателе (или сжигание топлива в одной камере), расширение в одной или нескольких турбинах;

регенеративные – часть теплоты газов, выходящих из турбины, передается рабочему телу до подведения к нему внешней теплоты;

карнотизированные – цикл ГТУ приближается к циклу Карно, процесс сжатия сопровождается однократным, многократным (между компрессорами) или непрерывным (в компрессоре) отводом теплоты; процесс расширения сопровождается промежуточным сгоранием топлива или подведением теплоты между турбинами, а также непрерывным сгоранием или подведением теплоты (внутри турбин).

Усложнение термодинамического цикла осуществляют для повышения экономичности ГТУ (число элементов установки при этом увеличивается).

По числу агрегатов ГТУ можно разделить на простейшие, состоящие из одного компрессора, одного подогревателя (или камеры сгорания) и одной турбины, и многоагрегатные, состоящие из большого числа агрегатов, чем простейшие, включают в себя (помимо лопаточных машин) охладители, промежуточные подогреватели (или камеры сгорания) и регенератор.

По числу валов ГТУ можно разделить на одно-, двух-, трехвальные и, в общем случае, многовальные, т.е. с числом валов более одного.

По расположению нагрузки ГТУ могут быть блокированными – в них нет турбин, свободных от привода компрессора, и со свободной (или свободными) турбиной – к ее валу присоединена только нагрузка (без компрессора).

По порядку расположения элементов в тракте многовальные многоагрегатные ГТУ можно разделить на прямые – в них компрессоры и турбины низкого давления (КНД и ТНД) вращаются на одном (общем) валу, а компрессоры и турбины высокого давления (КВД и ТВД) – на другом, и перекрестные – в них КНД и ТВД вращаются на одном валу, а КВД и ТНД – на другом.

По расположению нагрузки многовальные ГТУ могут быть с нагрузкой на валу ТНД, с нагрузкой на валу ТВД и с нагрузкой на валу турбины среднего давления (в трехвальных ГТУ).

ГТУ с нагрузкой на валу ТВД экономичнее на режимах частичной мощности.

По месту использования ГТУ разделяют на стационарные – сами установки и их коммуникации смонтированы на неподвижных фундаментах, и передвижные – установки, чаще энергетические и приводные, вместе с коммуникациями смонтированы на передвижных средствах.

По термонапряженности горячих элементов ГТУ могут быть с неохлаждаемыми роторами, и с охлаждаемыми турбинами.

По типу рабочего контура ГТУ разделяют на:

открытые – в качестве рабочего тела используется воздух, который поступает из окружающей атмосферы и туда же выводится;

замкнутые – рабочее тело (любой газ) циркулирует в контуре, совершая теплообмен с источником и потребителем теплоты во внешних теплообменниках;

полузамкнутые – одна часть рабочего тела циркулирует по контуру, а другая является сменной (обычно воздух, необходимый для окисления топлива).

По производству:

-ГТУ на базе конвертированных авиационных ГТД;

-на базе газотурбинных приводов для морского транспорта;

-специализированные ГТУ.

3. Идеальный цикл Брайтона. КПД и работа идеального цикла, коэффициент полезной работы.

ГТУ ПРОСТОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ. Схема и идеальный цикл ГТУ простой тепловой схемы. Удельная работа цикла. Коэффициент полезного действия. Идеализация цикла с реальным рабочим теломГ ТУ служит для превращения энергии теплоты в мех. работу. При этом рабочее тело совершает определенный термодинамический цикл, состоящий из ряда процессов, осуществляемых в различных узлах ГТУ. В ГТУ входят компрессор К, камера сгорания КС, турбина Т и узел нагрузки Н. КВОУ- комплексное воздухоочистительное устройство, в к-ом происходит очистка воздуха.

Идеальный цикл ГТУ, называемый циклом Брайтона, который мог бы быть осуществлен идеальным газом. НК – изоэнтропическое сжатие, КГ – подвод тепла при постоянном давлении, ГТ – расширение пара в турбине. Работа и теплота отнесены к 1 кг газа и называются удельными. Подведенное тепло q₁=S_1КГ21, отведенное тепло q₂=S_1НТ21, полезная работа цикла L_Ц=S_НКГТН=q₁-q₂. , Так как , и учитывая, что процессы изоэнтропических расширения и сжатия происходят между одинаковыми уровнями давлений и () и, следовательно,, то работа цикла может быть записана в виде -степень подогрева в цикле, энт. атм. воздуха - - выражение уд. полез. работы цикла показывает, что величины и являются основными параметрами рабочего процесса в цикле. Из выражения видно, что увеличение степени подогрева всегда приводит к росту работы цикла. Сущ-т оптимальное значение , при к-ом работа цикла будет максимальной. При - , при - , т.к. и не будет происходить подвода тепла. , . Оптимальное значение при . Максимальная удельная работа цикла .

КПД идеального цикла (термич. КПД) показывает какая часть подведенной в цикле теплоты превращается в работу.

Термич. КПД зависит только от степени повышения давления в цикле и монотонно увеличивается с ростом . при .Идеализация цикла с реальным рабочим телом. Для оценки степени совершенства двигателя и возможности улучшения его узлов правильнее сравнивать параметры реального двигателя с параметрами идеального цикла, которые определены с учетом действительных значений теплоемкости.

Штриховыми кривыми изображена работа цикла в предположении постоянной теплоемкости , а штрихпунктирными – в предположении постоянной теплоемкости . Сплошные кривые соответствуют работе, определенной по теплоемкости, рассчитанной в зависимости от состава и температуры газа с учетом диссоциации, наступающей при температуре , а пунктирные – с учетом еще и давления при . Влияние давления на теплоемкость характеризуется отклонением пунктирных кривых от сплошных.

Приведенные данные указывают, что параметры идеального цикла при переменной теплоемкости необходимо рассчитывать с учетом состава газа, температуры, давления и диссоциации, если идеальный цикл используется как для оценки степени совершенства действительной ГТУ.