Газотурбинные установки.

Преимущества ГТУ над поршневыми ДВС:

1. Сразу получается вращательное движение.

2. Большая единичная мощность.

3. Меньшая удельная металлоёмкость.

Газовая турбина – лопаточный двигатель, преобразующий энергию потока газа, проходящего через сопловой аппарат и рабочие лопатки турбины, в механическую работу.

Схема газовой турбины:

1 – Направляющий аппарат.

2 – Рабочее колесо турбины.

3 – Рабочие лопатки.

Схема и рабочий процесс простейшей ГТУ:

1 – Воздушный фильтр.

2 – Осевой компрессор.

3 – Пусковое устройство.

4 – Камера сгорания.

5 – Турбина.

6 – Потребитель (центробежный компрессор, генератор электрической энергии, буровая установка).

7 – Топливный газ.

8 – Уходящий газ.

Степень повышения давления . В осевом компрессоре .

Коэффициент избытка воздуха . В осевом компрессоре .

Температура рабочего тела составляет .

Классификация ГТУ:

1. По термодинамическому признаку:

   1. Г ТУ, работающие по циклы Гемфри (1-2-3-4). . ГТУ такого типа имеют больший коэффициент полезного действия, чем ГТУ, работающие по циклу Брайтона.

   2. ГТУ, работающие по циклу Брайтона (1-2-3`-4).

2. По организации процесса:

   1. ГТУ, работающие по открытому циклу. В ГТУ такого типа рабочее тело постоянно меняется.

   2. ГТУ, работающие по закрытому циклу. В ГТУ такого типа рабочее тело не меняется.

3. По конструкции:

   1. ГТУ одновальной конструкции.

   2. ГТУ двухвальной конструкции. Такой тип ГТУ используется в случае переменных режимов работы ГТУ.

   3. ГТУ трёхвальной конструкции. Такой тип ГТУ используется в случае переменных режимов работы ГТУ.

ГТУ, работающие по закрытому циклу.

Преимущества ГТУ, работающей по закрытому циклу: возможность использовать низкокачественное топливо.

С хема ГТУ, работающей по закрытому циклу:

1 – Пусковое устройство (турбодетандер).

2 – Осевой компрессор.

3 – Камера сгорания, печь, тепловое устройство.

4 – Турбина.

5 – Потребитель.

6 – Холодильник.

7 – Трубный пучок.

8 – Вход воздуха.

9 – Вход топлива.

ГТУ двухвальной конструкции.

Преимущества ГТУ двухвальной конструкции: даёт возможность при переменном режиме работы потребителя и силовой турбины поддерживать оптимальный режим работы газогенератора.

Характеристикой таких ГТУ является величина . Чем больше , тем лучше ГТУ.

Схема ГТУ двухвальной конструкции:

1 – Воздушный фильтр.

2 – Осевой компрессор.

3 – Пусковое устройство.

4 – Камера сгорания.

5 – Топливный газ.

6 – Турбина высокого давления.

7 – Турбина низкого давления.

8 – Уходящий газ.

9 – Потребитель (центробежный компрессор, генератор электрической энергии, буровая установка).

Способы повышения эффективности работы ГТУ:

1. Повышение температуры продуктов сгорания перед турбиной.

2. Повышение степени сжатия в осевом компрессоре.

3. Регенерация теплоты, уходящих газов.

4. Использование многоступенчатого сжатия воздуха с промежуточным охлаждением.

5. Многоступенчатое расширение продуктов сгорания с промежуточным их подогревом.

Эффективный термодинамический цикл ГТУ.

Ц икл Брайтона 1-2-3-4.

Реальный процесс , где - политропное сжатие; - процесс подвода тепла при непостоянном давлении; - политропный процесс расширения; - процесс отвода тепла при непостоянном давлении.

Регенератор – тепловой аппарат, в котором происходит теплообмен между продуктами сгорания с воздухом, сжатом в компрессоре.

Для регенерации нужно чтобы .

ГТУ могут быть регенеративного и безрегенеративного типов.

ГТУ регенеративного типа.

Преимущества ГТУ регенеративного типа: возможность повысить КПД, вследствие уменьшения расхода топливного газа.

Схема ГТУ регенеративного типа:

, где - нижнее рабочее значение теплоты.

68