Реферат: Газотурбинные установки –

МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное
агентство по образованию

Государственное
образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новосибирский
государственный технический университет»

РЕФЕРАТ

на тему  «Газотурбинные установки»

по дисциплине «Введение в направление»

Проверил:                                                                   Выполнил:

проф. Щинников П.А.                                       студент
     Валентик М.А.

                                                                           группа       АТЭ-51

Отметка о защите

________________

Новосибирск, 2008

Введение.

    
В последние годы газотурбинные установки получают широкое применение в
различных отраслях промышленности. Причиной этого являются характерные качества
газотурбинного двигателя: простота тепловой и кинематической схемы,
относительная простота конструкции, малая масса, приходящаяся на единицу
мощности, высокая маневренность, сравнительно простая автоматизация управления.
Кроме того в последние годы имеются значительные достижения как в область
аэродинамики турбомашин, так и в разработке жаропрочных сталей и сплавов.
Успехи аэродинамики и металлургии позволили поднять тепловую экономичность ГТУ
до необходимого уровня и создать предпосылки для внедрения ГТУ в различные
области народного хозяйства.

Газотурбинные
установки

    
Газотурбинной установкой называют тепловой двигатель, состоящий из трех
основных элементов: воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины
(Рис. 1).

Рис.1 Газотурбинная установка с горением при
постоянном давлении. [2]

    
Принцип действия ГТУ сводится к следующему. Из атмосферы воздух забирают
компрессором К,после чего при повышенном давлении его подают в
камеру сгорания КС, куда одновременно подводят жидкое топливо топливным
насосом ТН или газообразное топливо от газового компрессора. В камере
сгорания воздух разделяется на два потока: один поток в количестве, необходимом
для сгорания топлива, поступает внутрь жаровой трубы ЖТ; второй – обтекает
жаровую трубу снаружи и подмешивается к продуктам сгорания для понижения их температуры.
Процесс сгорания в камере происходит при почти постоянном давлении.

    
Получающийся после смешения газ поступает в газовую турбину Т, в
которой, расширяясь, совершает работу, а затем выбрасывается в атмосферу.

    
В отличие от паротурбинной установки полезная мощность ГТУ составляет только
30-50% мощности турбины. Долю полезной мощности можно увеличить, повысив
температуру газа перед турбиной или снизить температуру воздуха, засасываемого
компрессором. В первом случае возрастает работа расширения газа в турбине, во
втором – уменьшается работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре. Оба
способа приводят к увеличению доли полезной мощности. Полезная мощность ГТУ
также зависит от аэродинамических показателей проточных частей турбины и
компрессора: чем меньше аэродинамические потери в турбине и компрессоре, тем
большая доля мощности газовой турбины становится полезной.

    
Эффективность ГТУ в сравнении с другими тепловыми двигателями обнаруживается
только при высокой температуре газа и высокой экономичности турбины и
компрессора. Поэтому простой по принципу действия газотурбинный двигатель стали
применять в промышленности позднее других тепловых двигателей, после того как
был достигнут прогресс в  технологии получения жаропрочных материалов и
накоплены необходимые знания в области аэродинамики турбомашин.

Первые
патенты с описанием устройств, относящиеся по принципу действия к
газотурбинному двигателю, были выданы в Англии Джону Барберу (1791г.) и
во Франции Брессону (1837г.). По проекту Барбера для сжатия
воздуха предлагалось использовать поршневой компрессор, в конструкции Брессона
воздух сжимался центробежным вентилятором.

    
Первый газотурбинный двигатель был построен в России в 1897-1900 гг. инженером
флота П.Д. Кузьминским. Газотурбинная установка Кузьминского
состояла из поршневого компрессора, камеры сгорания и радиальной газовой
турбины. Для уменьшения затраты мощности на сжатие воздуха охлаждение продуктов
сгорания производилось не воздухом, а паром, который образовывался в змеевике,
расположенном в камере сгорания. В это же время были изготовлены основные узлы
установки, некоторые из них прошли предварительные испытания, но потом все
работы были прекращены.

В
1900-1904 гг. в Германии была испытана газотурбинная установка инженера
Штольце, запатентованная им еще в 1872 году. В этой установке впервые был
применен многоступенчатый осевой компрессор. В многоступенчатой турбине
расширялся чистый воздух, предварительно нагретый в камере сгорания
поверхностного типа – без смешения продуктов сгорания топлива и воздуха. Из-за
низких КПД турбины и компрессора испытания дали отрицательный результат:
установка не могла самостоятельно работать даже на холостом ходу. Конструкция
агрегата Штольце интересна тем, что в основных чертах она близка к современным
газотурбинным двигателям.

    
Полезная энергия от газотурбинного двигателя впервые была получена в 1906 г.
При испытании установки французских инженеров Арменго и Лемаля.
Агрегат состоял из газовой турбины со ступенями скорости, трехкорпусного
центробежного компрессора и камеры сгорания, работающей на керосине. Продукты
сгорания охлаждались водой, подаваемой в камеру сгорания через форсунки.
Температура парогазовой смеси перед входом ее в турбину равнялась 560 ° С. У
агрегата Арменго и ЛемаляКПД составлял всего 3-4 %.
Низкое значение КПД объясняется в первую очередь несовершенством компрессоров и
турбины: внутренний КПД турбины был равен примерно 70-75%, а группа
компрессоров имела КПД 50-60%.

    
Неудачи первых попыток создания экономичного газотурбинного двигателя заставили
искать новые пути. Было ясно, что при несовершенных компрессорах затрата
мощности на сжатие воздуха слишком велика и для ее снижения необходимо
уменьшать количество и давление воздуха, сжимаемого компрессором. [1]

Возникла
идея разработки газотурбинного двигателя, в котором горение топлива происходит
не при постоянном давлении, а при постоянном объеме (Рис. 2).

Рис.2 Газотурбинная установка с горением при
постоянном объеме [2]

    
Такая газотурбинная установка работает по следующему принципу. В камеру
сгорания 3 через воздушный клапан 4 от компрессора 1 подают воздух, который
через газовый клапан 6 вытесняет оставшиеся продукты сгорания. При заполнении
камеры воздухом открывается топливный клапан 2, через который поступает
топливо. После заполнения камеры воздухом и топливом все клапаны закрываются и
при помощи запального устройства 5 смесь воспламеняется. Топливо сгорает при
постоянном объеме; при этом температура и давление в камере возрастают. При
максимальном давлении открывается газовый клапан 6, через который продукты
сгорания отправляются к соплам газовой турбины 7 и, расширяясь, совершают
работу. При истечении газов из камеры сгорания давление в ней падает; когда оно
достигает уровня давления, создаваемого компрессором, вновь открывается
воздушный клапан 4 и весь процесс повторяется.

    
Газотурбинная установка с горение топлива при постоянном объеме должна иметь
более высокую экономичность, так как необходимый расход воздуха и его давление
при поступлении в камеру сгорания, а следовательно, и затраты мощности на
привод компрессора относительно меньше, чем в установке с горением топлива при
постоянном давлении.

В
начале ХХ в. было построено несколько установок работающих при постоянном
объеме. Первой такой установкой была турбина русского инженера В.В. Кароводина,
построенная и испытанная в 1908 г. В Париже. КПД двигателя составлял около 3 %
при мощности 1,18 кВт (1,6 л. с.). [1]

Возможность
применения ГТУ для различных целей демонстрируется в таблице 1, где
сопоставлены возможности применения тепловых двигателей основных типов.

Таблица 1. Область применения тепловых двигателей. [2]

    
ГТУ применяется также в качестве наддувных агрегатов в ДВС и в парогенераторах
с топкой под повышенным давлением, а также наряду с ДВС в качестве привода
всевозможных вспомогательных и резервных электрогенераторов, пожарных насосов и
др.

Из
приведенных в таблице 1 данных видно, что ГТУ является универсальным двигателем,
имеющим различное назначение. Однако ГТУ достигли широкого применения не во
всех перечисленных областях, можно назвать две область – авиацию и дальнее
газоснабжение, где они получили преимущественное использование. В авиации
турбинный двигатель занимает ведущее место, почти полностью вытеснив двигатель
внутреннего сгорания.

На
компрессорных станциях магистральных газопроводов ГТУ используется в качестве
приводов для газоперекачивающего компрессора. Топливом служит природный газ
отбираемый с магистральной линии.

    
В стационарной энергетике на тепловых электрических станциях применяются
газотурбинные установки различного типа и назначения. ГТУ пикового назначения
работают в периоды максимума потребления электрической энергии (обычно менее
2000 ч в год). Резервные ГТУ обеспечивают собственные нужды ТЭС в период, когда
основное оборудование не эксплуатируется. [2]

Заключение

В
данном реферате мы рассмотрели основные особенности, принцип действия и области
применения газотурбинных установок. Дан небольшой исторический обзор развития
ГТУ.  Можно сделать вывод, что развитие ГТУ в ближайшем будущем, несомненно даст
большой толчок для развития энергетики в целом.

Список литературы:

1.
Турбины тепловых и атомных
электрических станций: учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. И доп./ А.Г.
Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин. [1]

2.
В.В. Уваров «Газовые турбины и
газотурбинные установки» изд. Высшая школа, М., 1970г [2]