Метрология / Том 1. Общие сведения. Основные параметры и требования. Конструктивные и силовые схемы / Glava3-3-1-KonstruktivnyjeSkhemyGTD

3.2 - Конструктивные схемы наземных и морских ГТД

Рассмотренные в главе 1 типы наземных и морских ГТД могут быть выполнены с помощью различных конструктивных схем.

3.2.1 - Одновальные ГТД

Одновальная схема является классической для наземных ГТД и применяется во всем диапазоне мощности от 30 кВт до 350 МВт. По одновальной схеме могут быть выполнены ГТД простого и сложного циклов, в том числе и парогазовые установки (ПГУ).

Конструктивно одновальный наземный или морской ГТД аналогичен одновальным авиационным ТВД и вертолетным ГТД и включает компрессор, КС и турбину (см. Рис. 3.27).

Расширение газа в турбине одновального наземного ГТД происходит практически до атмосферного давления, поэтому мощность турбины значительно больше мощности компрессора, а избыточная мощность с вала ГТД передается потребителю. Вал отбора мощности может быть выполнен как со стороны компрессора, так и со стороны турбины (см. Рис. 3.27). Это обеспечивает большую гибкость при компоновке ГТД в составе различных объектов применения.

Одновальная схема проста по конструкции – она имеет минимальное количество опор, подшипников, уплотнений. В одновальных промышленных ГТД нет дорогостоящих узлов СТ и задней опоры, газовода между турбиной газогенератора

èСТ (см. Рис. 3.27), что существенно снижает стоимость ГТД.

Недостатки схемы обусловлены соединением вала турбокомпрессора ГТД и приводимого оборудования. При загрузке с переменной частотой вращения линии рабочих режимов компрессора одновального ГТД зависят от характера функции «мощность загрузки - частота вращения» (N = f(n)), а также от температуры на входе в ГТД. Это вызывает трудности регулирования ГТД, поддержания необходимых запасов устойчивости компрессора

èприемлемого температурного состояния двигателя. Недостатком одновальной схемы является также большая потребная мощность стартера.

По причине указанных особенностей одновальные ГТД в настоящее время практически не применяются для механического привода. В конце 1950-х…начале 1960-х г.г. они использовались на газопроводах, но затем были полностью заменены на ГТД со свободной турбиной. Основное приме-

нение ГТД одновальной схемы – это привод электрогенераторов с постоянной частотой вращения. Важнейшим преимуществом энергетических ГТД одновальной схемы является высокая точность поддержания частоты вращения, определяющая высокое качество электроэнергии. Запуск ГТД может осуществляться от приводимого генератора, работающего во время запуска в режиме электродвигателя.

При работе одновального ГТД в составе ПГУ или ГТУ-ТЭЦ выполняется регулирование (прикрытие) ВНА компрессора на дроссельных режимах для поддержания постоянной температуры газов на выхлопе ГТД, что благоприятно сказывается на к.п.д. парового контура и энергетической установки в целом.

3.2.2 - ГТД со свободной силовой турбиной

Схема ГТД со свободной СТ показана на Рис. 3.28. В этой схеме турбина разделена на два каскада. Первый каскад – ТВД – используется для привода компрессора, а второй каскад – свободная СТ – приводит нагрузку (нагнетатель, электрогенератор, насос и т.д.). ТВД и СТ механически не связаны и имеют возможность вращаться с различ- ной частотой. Компрессор, КС и ТВД образуют единый конструктивный модуль – газогенератор (турбокомпрессор ВД), который служит для пода- чи рабочего газа с заданными параметрами на свободную СТ. Частота вращения газогенератора определяется потребным расходом воздуха для обеспечения заданной мощности ГТД. Частота вращения СТ определяется нагрузкой.

Независимость частот вращения газогенератора и СТ обуславливают основные преимущества данной схемы:

-универсальность применения ГТД для привода различных нагрузок как с постоянной, так и с переменной частотой вращения;

-стабильность протекания линии рабочих режимов на характеристике компрессора при изменении условий загрузки СТ и атмосферных условий;

-меньшая потребная мощность пускового устройства.

Основными недостатками схемы со свободной СТ является усложнение и удорожание конструкции по сравнению с одновальной схемой (см. Рис. 3.31). А в случае привода электрогенератора

–также и меньшая точность поддержания частоты вращения СТ при резких колебаниях загрузки и напереходных режимах.