Газова турбіна

Основним елементом конструкції газотурбінної установки є двигун, власне газова турбіна, в якій потенціальна енергія робочого тіла перетворюється в механічну енергію обертання ротора. Призначення газової турбіни – привод осьового компресора і нагнітача (на компресорних станціях магістральних газопроводів

Рис.к 3- Турбіни високого і низького тиску

1 -камера підведення повітря, 2,6-канали для підведення охолоджуючого повітря, 3-внутрішній корпус, 4-зовнішній корпус, 5-ізоляція, 7-відцентрове колесо, 8-направляючі лопатки, робочі лопатки.

Парк газотурбінних установок , що знаходяться в експлуатації , складається в основному з двовальних ГТУ. Такі установки мають дві окремі газові турбіни, що розташовані співвісно в загальному корпусі. Перша турбіна за ходом робочого тіла ( турбіна високого тиску, скорочено ТВТ ) приводить в дію осьовий компресор , друга ( турбіна низького тиску, скорочено ТНТ ) приводить в дію нагнітач. В сучасних ГТУ обидві турбіни в основному одноступінчасті. В останні роки для приводу нагнітачів на компресорних станціях України застосовуються тривальні ГТУ з двома осьовими компресорами без проміжного охолодження. У подібних установках є три механічно між собою не зв’язані турбіни – дві компресорні і одна силова .

Основні елементи газової турбіни на прикладі двовальної ГТУ показані на рисунку 5.1.

Для газових турбін стаціонарних ГТУ , що працюють зазвичай при температурах до 1000 ⁰C і тисках до 1 – 1,5 МПа, характерна наявність двох корпусів – зовнішнього 1 і внутрішнього 2. Зовнішній, товстостінний, розрахований на робочий тиск, забезпечує міцність і жорсткість турбіни; внутрішній, тонкостінний, виготовлений з жаростійкої сталі, забезпечує напрям руху робочого тіла в проточній частині турбіни. Між зовнішнім і внутрішнім корпусами прокладена теплова ізоляція 5, що захищає зовнішній корпус від дії високої температури. Кріплення внутрішнього корпуса забезпечує його вільне теплове розширення без деформації форми і виникнення теплових напружень. Вільне теплове розширення зовнішнього корпуса забезпечується особливостями його конструкції. Зокрема, корпус має горизонтальне рознімання, жорстко кріпиться в зоні максимальної температури ( це так званий фікспункт ) і спирається на поздовжні і поперечні направляючі шпонки.

У проточній частині турбіни розташовані направляючі 8 і робочі 9 лопатки. Останні працюють у найбільш складних умовах – умовах високих температур і значних статичних і динамічних напружень. Матеріал лопаток повинен мати висо- ку міцність при високих температурах. Переважно це жаростійкі нікелєві і хромисті сплави з границями довгочасної міцності при робочих температурах від 200 МПа до 300 МПа .

Важливе значення для надійності роботи турбіни має раціональне кріплення робочих лопаток. Хвостова частина робочих лопаток виконується, як правило, в формі ялинкової конструкції, що дозволяє лопаткам самоустановлюватися при запуску і роботі турбіни , сприймати великі навантаження. Така конструкція полегшує заміну лопаток при ремонті .

Рисунок 4.- Загальн ом повітря.ий вигляд реактивної лопатки

З метою рівномірного обтікання лопаток робочим тілом їх виготовляють закрученими по висоті (Рис.4). При високих робочих температурах ( більше 800 ⁰С ) робочі лопатки виготовляють порожнистими з внутрішнім охолодженням поток

Направляючі ( соплові ) лопатки найчастіше мають Т-подібні хвости , що набираються в сегментах обойм із зазором від 0.1 мм до 0.2 мм . Кінцеві (крайні) лопатки стопоряться штифтами 2 . У деяких турбінах застосовуються лопатки з нарізним хвостовиком.

Для розширення можливостей керування режимами ГТУ перспективу мають регульовані соплові апарати з поворотни-ми лопатками. Соплові лопатки перших ступенів працюють в умовах високотемпературних газових потоків, тому їх вигото- вляють порожнистими з повітряним охолодженням. У зв’язку з високими перепадами тиску і максимальним температурним напруженням сопловий апарат перших ступенів виготовляється з двома опорами. На наступних ступенях соплові лопатки кріпляться консольно ( що на відміну від двоопорних лопаток забезпечує свободу термічних розширень

Рисунок 5. Кріплення лопаток ГТУ

1 – направляючі ( соплові) лопатки, 2- штифти

Сучасна газова турбіна має складну систему охолодження обойм , лопаток і дисків. Метою систем охолодження газових турбін є зниження температури вузлів і деталей до рівня, що забезпечує їх надійну роботу і дозволяє використовувати менш дорогі і дефіцитні матеріали. Слід відмітити , що витрати на розробку ефективних систем охолодження турбін значно менші, ніж витрати на створення нових більш жаростійких матеріалів. За способом руху охолоджувача системи охолодження діляться на замкнуті і відкриті. У перших охолоджувач ( вода , рідкі метали та інші ) циркулює по замкнутому контуру і охолоджується в спеціальному теплообміннику. Ці системи ефективні, але складні і дорогі. У системах другого типу охолоджувач є складовою частиною робочого тіла . На компресорних станціях магістральних газопроводів застосовується охолодження повітрям, що відбирається з проміжних ступенів або у після останнього ступеня осьового компресора і надходить проточну частину газової турбіни і частково у вузли масляної системи. Перевагою систем другого типу є надійність і простота. ГТУ, що експлуатуються зараз на компресорних станціях , можна поділити на три групи : 1) ГТУ, в яких охолоджується тільки елементи ротора і статора. Лопатки турбіни охолодження не мають. Температура робочого тіла не перевищує 750 – 800 ⁰С. Це такі газотурбінні установки як ГТК-5 , ГТ-6-750 , ГТ-750-6 , ГТК-10 та інші. 2) ГТУ в яких охолоджується сопловий апарат першого ступеня з максимальними температурами робочого тіла 800-950 ⁰С. До таких установок відносяться ГТК-16, НК-12СТ, ДР59Л , ГТК-10І , ГТК-25І; 3) ГТУ, в яких охолоджуються робочі лопатки і сопловий апарат. Максимальні температури робочого тіла турбін цієї групи 1000-1150 ⁰С. До них відносяться ГТН-25 ТМЗ ,“ Коберра –182 “