37

М инистерство образования и науки рф

Рыбинский государственный авиационный технический университет

имени П.А. Соловьева

кафедра «Авиационные двигатели»

В.В. Михайлов в.А. Пономарев в.В. Вятков пособие для выполнения

курсовой работы

«Термодинамический расчет ГТУ»

по курсу

«Теория, расчет и проектирование ГТУ»

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры,

«__» __ ___ 2012 г. протокол №____

Рыбинск 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемое читателю учебное пособие предназначено для студентов специальности ???? для руководства при выполнении курсовой работы по курсу «Теория, расчет и проектирование ГТУ» и курсового проекта по курсу «Конструкция, динамика и прочность ГТУ» (расчетная часть проекта). В настоящем пособии рассматривается методика термогазодинамического расчета трех схем ГТУ. Многократное повторение которых позволяет оптимизировать параметры ГТУ для выбранного критерия оптимизации. В пособии приведены алгоритмы требуемых расчетов и численные примеры их выполнения. В первой главе ??. Вторая глава ???. В четвертой главе изложена методика проектирования проточной части турбокомпрессора и силовой турбины ГТУ, оценки их длинновых размеров. В Приложениях приведены примеры расчета трех схем ГТУ, проектирования проточной части турбокомпрессора этих схем и проточной части силовой турбины.

В.А. Пономаревым написаны: глава 1, разделы 4.1.1, 4.1.2, Приложения 1,2,3,4,5,6,7. В. В. Михайловым написал главы 2, 3, 5, разделы 4.1.3, 4.1.4, 4.1.5. 4.3, В.В. Вятков написал ?.?, ?.?. Разделы 4.2.1 и 4.2.2.1. написаны совместно.

Авторы надеются, что эта книга вызовет интерес у студентов двигателестроительных специальностей.

Введение

Решая стратегические задачи энергоснабжения, энергетика развитых стран прогрессирует в следующих основных направлениях:

- создание высокоэкономичных энергоблоков со сверхкритическими параметрами пара для работы по определенному графику нагрузки с возможностью более полной автоматизации технологических процессов;

- повышение экономичности и совершенствование структуры топливно-энергетического хозяйства электрической и тепловой энергии;

- повышение надежности защиты окружающей среды от вредного воздействия электростанций.

Необходимо учитывать, что большинство населения нашей страны живет в зоне суровых климатических условий. Для поддержания жизнедеятельности требуются значительные расходы электроэнергии и тепла. Поэтому основой энергоснабжения городов является теплофикация, т. е. энергоснабжение на базе комбинированной или совместной выработки и тепловой, и электрической энергии в одной установке.

Длительный отопительный период, преобладание в жилищном строительстве компактных многоквартирных домов и наличие большого теплопотребления в промышленности создали благоприятные условия для выработки электроэнергии на тепловом потреблении. Почти все крупные города России имеют систему центрального теплоснабжения. В 2005 году электротеплоснабжение Москвы в основном осуществлялось от 14 ТЭЦ, суммарная электрическая мощность которых составляла около 11 тыс. МВт и тепловая – 304 тыс. Гкал/ч, и от 41 крупной районной тепловой станции с суммарной тепловой мощностью 14,5 тыс. Гкал. Основную нагрузку на теплоэлектроцентралях несут мощные теплофикационные блоки с турбинами Т-250 и Т-110.

Однако применение паротурбинных ТЭЦ характеризуется высокой капиталоемкостью, длительностью строительства, значительным объемом строительных и монтажных работ, неэффективным использованием больших участков дорогой городской территории, а также приводит к необходимости передавать тепло на значительные расстояния и снижает надежность теплоснабжения городов.

Для повышения эффективности комбинированного производства необходим пересмотр основных положений стратегии и развития энергетики страны и рационализация теплофикации. Появление новых технологий производства электроэнергии, таких как газотурбинные и парогазовые установки, дает возможность расширить пределы использования теплофикации, применять комбинированные установки на базе газотурбинных установок для реконструкции котельных и превращения их в мини-ТЭЦ.

Кроме этого, производство электроэнергии непосредственно на месте потребления значительно сократит ее потери в сетях, что является дополнительным положительным эффектом установки электрогенерирующего оборудования в котельных.

Газотурбинные, газопоршневым и парогазовые ТЭЦ, ориентированные на обслуживание потребителей с типовыми нагрузками малой и средней концентрации до 10–50 Гкал/ч, осуществляющие комбинированную выработку тепловой и электрической энергии, но работающие по тепловому графику, когенерация, могут обеспечивать, в первую очередь, децентрализованный сектор теплоснабжения.

В настоящее время осуществляется переход на новую концепцию теплоснабжения, когда природный газ должен направляться в первую очередь на цели теплоснабжения с использованием его для выработки электроэнергии на первой стадии в газотурбинных установках, а затем с утилизацией отходящего от турбин тепла в котлах-утилизаторах.

Такие надстройки ГТУ над любыми более или менее крупными теплогенераторами воды и пара являются высокоэкономичными даже в регионах с дешевым газом. Как показали исследования, любая система теплоснабжения, имеющая максимальную расчетную тепловую нагрузку более 10–20 Гкал/ч, при графике тепла потребления, типичном для климатических условий Москвы, будет рентабельна для надстройки ГТУ. Основанный на вышеприведенных критериях масштаб внедрения энергетических надстроек на котельных должен привести к росту высокоэкономичной выработки электроэнергии на тепловом и обеспечило бы дополнительную выработку электроэнергии порядка 150 млрд. кВт•ч/год.

В последние годы произошли существенные сдвиги в развитии ГТУ. Были усовершенствованы методы расчета тепловых схем и элементы газотурбинных установок и парогазовых с применением математического моделирования и компьютерной техники. В настоящее время значительное внимание уделяется прогрессивным технологиям сжигания топлива в камерах сгорания ГТУ и улучшения экологических показателей установок. При создании газовых турбин используются новые материалы, улучшающие системы охлаждения их элементов, применяются конструктивные схемы с повышенным значением давления воздуха после компрессора, с его промежуточным охлаждением, промежуточным перегревом в газовых турбинах, используются регенеративные циклы и схемы впрыска пара и воды в ГТУ.

Все большее внимание привлекают вопросы рационального использования вторичных энергетических ресурсов, в том числе и сжатого природного газа, подаваемого из магистральных газопроводов ОАО «Газпром». В случае использования специальных турбоагрегатов на базе газорасширительных турбин энергию газа можно использовать и для выработки электроэнергии. При этом сжигание газа не требуется. По оценке специалистов различных организаций, в результате использования таких установок можно получить прирост мощности конкретных ТЭЦ на 1–2 %. Анализ показал, что только на ТЭЦ Мосэнерго суммарная мощность детандер-генераторного агрегата может достигнуть 120–140 МВт, что составит 1 % суммарной мощности вырабатываемой ТЭЦ Мосэнерго.

Таким образом, основными направлениями в развитии энергетики крупных городов на сегодняшний день является внедрение экономичных, эффективных технологий электро - и теплогенерации, повышение надежности электротеплоснабжения города, внедрение энергосберегающих технологий, применение материалов и оборудования, обеспечивающих повышенные сроки их эксплуатации.