Газотурбинный привод компрессоров

Типы газотурбинных гпа, используемых на кс

(Типы гпа и их характеристики смотрите ранее)

Особенности газотурбинных двигателей

Наибольшее распространение на КС получили газотурбинные ГПА с приводом ЦН от стационарных ГТУ или конвертированных транспортных газотурбинных двигателей (авиационные и судовые). На КС МГ нашли применение стационарные ГТУ с регенерацией тепла; стационарные ГТУ без регенерации тепла; конвертированные авиационные и судовые ГТД; комбинированные ГТУ, состоящие из авиационного газогенератора и стационарной силовой турбины.

Применительно к газовой промышленности важны следующие достоинства ГТУ (ГТД):

- низкая стоимость установленного киловатта при компактности агрегата;

- высокая быстроходность и любая необходимая для КС единичная мощность;

- простота регулирования нагрузки за счет переменной частоты вращения;

- способность заметно увеличивать располагаемую мощность в холодное время года, когда потребление газа возрастает;

- достаточно простая автоматизация обслуживания.

Принципиальные схемы гту с регенераторами и без регенераторов, двухвальных и трехвальных

Существует большое число теоретически обоснованных схем и циклов ГТУ. Однако только некоторые из них получили практическое применение. Часть из них рассмотрим.

В одновальной ГТУ открытого простого цикла (рис. 12) рабочее тело (воздух) поступает в компрессор 1 из атмосферы, сжимается и направляется в камеру сгорания 2, в которой происходит его нагревание до определенной температуры. Затем рабочее тело (воздух) поступает в турбину 3, где расширяется, производя работу, и выбрасывается в атмосферу. Особенностью этого цикла является то, что компрессор, турбина и центробежный нагнетатель 4 (нагрузка) соединены механически. Центробежный нагнетатель с приводом от одновальной ГТУ может работать только в сравнительно узком диапазоне расходов газа.

В открытом цикле рабочее тело (воздух) поступает в ГТУ из атмосферы и выбрасывается в атмосферу. В замкнутом цикле рециркуляция рабочего тела (воздуха) осуществляется без связи с атмосферой. Следует отметить, что все ГТУ, эксплуатируемые на КС магистральных газопроводов, выполнены по открытому циклу.

В одновальной ГТУ регенеративного цикла (рис. 13) дополнительно применен регенератор — теплообменник, передающий тепло от выхлопных газов рабочему телу (воздуху) до его поступления в камеру сгорания. Регенеративный цикл — термодинамический цикл с использованием тепла отработавшего рабочего тела.

Рис. 15. Цикл с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом, многовальная ГТУ с потребителем полезной мощности на валу низкого давления:

1 — камера сгорания; 2 — промежуточный холодильник; 3 — камера сгорания промежуточного подогрева; 4— нагнетатель (нагрузка)

Состоит он из следующих друг за другом сжатия, регенеративного подогрева, горения, расширения и регенеративного охлаждения рабочего тела (теплопередачи от отработавшего газа к рабочему телу за компрессором) .

В целях расширения диапазона регулирования и устойчивой работы применяют схему многовальной ГТУ или с разрезным валом (рис. 14). Такая ГТУ имеет по крайней мере две турбины, камеру сгорания 2, работающие на независимых валах. Компрессор 1 приводится турбиной высокого давления (ТВД) 3, а силовая турбина (турбина низкого давления или ТНД) 4 обеспечивает привод нагнетателя 5 (нагрузки). Газотурбинная установка с разрезным валом обеспечивает любой режим работы газопровода без понижения давления нагнетания, так как, изменяя скорость вращения силового вала ТНД, можно привести в соответствие мощность, потребляемую нагнетателем, с полезной мощностью установки.

В ГТУ регенеративного цикла с разрезным валом появляется дополнительный элемент — регенератор, который выполняет те же функции, что регенератор одновальной ГТУ (см. рис. 13).

Рабочий процесс в многовальной ГТУ со ступенчатым сжатием и ступенчатым сгоранием топлива отличается от рабочего процесса других ГТУ тем, что воздух сжимается с промежуточным охлаждением, а горение происходит в двух камерах сгорания, расположенных перед каждой турбиной (рис. 15). При одинаковой производительности и степени сжатия в установке с промежуточным охлаждением затраты работы на сжатие в компрессорах низкого и высокого давлений (КНД и КВД) меньше, чем в установке без охлаждения. Применение ступенчатого сгорания приводит к некоторому повышению к.п.д. установки. Но в такой установке усложняются топливная и масляная системы, создается более развернутая сеть воздуха и газопроводов, что увеличивает габариты и массу установки. Поэтому на КС не нашли практическое применение схемы ГТУ со ступенчатым сгоранием. Используют в основном ГТУ, выполненные по простому регенеративному (например, ГТК-10) или безрегенеративному циклу (например, ГТН-16) с разрезным валом.