1. Действие рабочего тела на лопатки
кинетический энергия паровой турбина
Турбомашина (турбина) является двигателем, в котором теплота рабочего тела — пара или газа — последовательно преобразуется в кинетическую энергию струи, а затем в механическую работу.
Вытекающий из сопла поток рабочего тела, обладающий значительной кинетической энергией, действует на лопатки с силой, которая зависит от формы их поверхности (рис. 1).
Расчеты по уравнению количества движения показывают, что при прочих равных условиях, например при заданной скорости истечения со и расходе рабочего тела /п, с наибольшей силой поток будет воздействовать на лопатку, форма которой обеспечивает его поворот на 180° (рис. 20.1, б).
Если позволить лопаткам перемещаться под действием струи, то движение газа по схеме (рис. 20.1, б) обеспечит при одинаковой во всех схемах скорости и наибольшую мощность, равную произведению действующей на лопатку силы на скорость ее перемещения. Отсюда, в частности, следует, что для получения максимальной работы поток должен не ударяться о поверхность, а обтекать ее плавно, без завихрений.
Рис. 1. Схема действия струи газа на поверхности тел различной формы
Но использовать наиболее выгодный (с точки зрения получения максимальной мощности) профиль лопаток для теплового двигателя непрерывного действия, например турбомашины, невозможно, так как практически не удается при вращательном движении диска с лопатками подать на них газ в направлении, совпадающем с плоскостью вращения. Поэтому в турбинах струя газа, вытекающего из неподвижного сопла, подается на лопатки, изогнутые под некоторым углом к плоскости вращения (рис. 1, в), причем по конструктивным соображениям этот угол не удается сделать меньше 11—16° (в ряде случаев его принимают равным 20—30°).
Рассмотренный принцип действия потока на поверхности различных форм называется активным, в отличие от реактивного, когда сила создается за счет реакции струи, вытекающей из сопла (рис. 1, г).
Реактивная сила, приложенная к цилиндру, направлена согласно третьему закону Ньютона в сторону, противоположную истечению газов. С такой же силой действует струя на поверхность (активный принцип, рис. 1, а), но при реактивном способе конструкция теплового двигателя получается более рациональной, так как совмещаются сопловой и двигательный аппараты.
Приборы для расхода газов
... имп./куб.м. расходомер газа счетчик Вихревые расходомеры-счетчики. Принцип действия основан на эффекте возникновения периодических вихрей при обтекании потоком газа тела обтекания. ... счетчики газа -- СГ Назначение Измерение объема плавно меняющихся потоков очищенных, неагрессивных, одно- и многокомпонентных газов (природный газ, воздух, азот, аргон и др.) при использовании в установках промышленных ...
2. Активные турбины
Рис. 2. Схема ступени турбины
Турбины, в которых весь располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока в соплах, а в каналах между рабочими лопатками расширения не происходит (давление рабочего тела не меняется), называются активными или турбинами равного давления.
В простейшей активной турбине рабочее тело поступает в сопло / (или группу сопл), разгоняется в нем до высокой скорости и направляется на рабочие лопатки 2 (рис. 2).
Усилия, вызванные поворотом струи в каналах рабочих лопаток (см. рис. 1, в), вращают диск 3 и связанный с ним вал 4. Диск с закрепленными на нем рабочими лопатками и валом называется ротором. Один ряд сопл и один диск с рабочими лопатками составляют ступень.
Приращение кинетической энергии на выходе из сопла можно определить по формуле:
(20.1)
где Со, ho — скорость и энтальпия потока перед соплом; c\^, h\ T — теоретическая скорость и энтальпия потока на выходе из сопла.
Если принять, что перед соплами скорость со = 0, получим
(20.2)
где А/г т — располагаемый теплоперепад, соответствующий скорости cit .
В реальных условиях в результате трения и завихрений при течении потока часть кинетической энергии направленного движения молекул превращается в энергию неупорядоченного движения молекул, что повышает энтальпию рабочего тела за соплом, уменьшает располагаемый теплоперепад и скорость потока:
(20.3)
где ц с — коэффициент скорости сопла, для сопловых аппаратов современных турбин цс = 0,95 — 0,98.
На лопатках рабочего колеса кинетическая энергия потока преобразуется в работу. При входе на лопатку окружная составляющая скорости потока совпадает с направлением движения лопатки, а при выходе — противоположна ей (рис. 2).
Поэтому абсолютная скорость потока на выходе много меньше, чем на входе.
Движущийся поток действует на рабочие лопатки с силой Р. Проекция этой силы на ось машины Р г (осевая сила) воспринимается упорными подшипниками, предотвращающими смещение ротора вдоль оси, а проекция на направление окружной скорости Ри (окружная сила) вызывает вращение ротора
Рис. 3. Схема одноступенчатой турбины
Одноступенчатая активная турбина была построена Лавалем в 1883 г. (рис. 3).
Пар поступает в одно или несколько сопл 4, приобретает в них значительную скорость и направляется на рабочие лопатки 5. Отработанный пар удаляется через выхлопной патрубок 8. Ротор турбины, состоящий из диска 3, закрепленных на нем лопаток и вала 1, заключен в корпус 6. В месте прохода вала через корпус установлены переднее 2 и заднее 7 лабиринтовые уплотнения, предотвращающие утечки пара. Так как весь располагаемый теплоперепад срабатывается в одной ступени, то скорости потока в соплах оказываются большими. При расширении, например, перегретого пара, имеющего параметры 1 МПа и 500 °С, до давления 10 кПа теплоперепад округленно равен 980 кДж/кг, что соответствует скорости потока 1400 м/с. При таких скоростях потока неизбежны большие потери и, самое главное, недопустимые по условиям прочности лопаток окружные скорости в них. Поэтому одноступенчатые турбины Лаваля имеют ограниченную мощность (до 1 МВт) и низкий КПД. Все крупные турбины делают многоступенчатыми. На рис. 4 показана схема активной многоступенчатой турбины, которая включает несколько последовательно расположенных по ходу пара ступеней, сидящих на одном валу. Ступени отделены друг от друга диафрагмами, в которые встроены сопла.
Паровые турбины как основной двигатель на тепловых электростанциях
... развития паровых турбин. Были применены расширяющиеся сопла, которые допускают большую степень расширения пара и позволяют достигнуть высоких скоростей истечения парового потока (1200–1500 м/сек). Для лучшего использования больших скоростей потока пара Лаваль разработал конструкцию диска ...
Рис. 4. Схема активной многоступенчатой турбины
В таких турбинах давление падает при проходе пара через сопла и остается постоянным на рабочих лопатках. Абсолютная скорость пара в ступени, называемой ступенью давления, то возрастает — в соплах, то снижается — на рабочих лопатках. Так как объем пара по мере его расширения увеличивается, то геометрические размеры проточной части по ходу пара возрастают. Если общий телоперепад (h 0 -hвых ) распределить поровну между 2 ступенями давления, то скорость истечения пара из сопл каждой ступени, м/с, Отсюда следует, что применением ступеней давления можно достичь умеренных значений с1 , обеспечив высокий КПД.
3. Реактивные турбины
Первая модель двигателя, использующего реактивную силу, была построена Героном Александрийским за 120 лет до н э (рис. 5).
Рис. 5. Схема первой модели реактивной паровой турбины
При истечении пара из сопл здесь возникают реактивные силы, вращающие систему против часовой стрелки. Ступень турбины, по модели Герона, представляла бы собой вращающийся диск с соплами, к которым необходимо организовать непрерывный подвод рабочего тела. Ввиду сложности конструирования таких ступеней, а тем более многоступенчатых турбин, чисто реактивные турбины не создавались Реактивный принцип нашел широкое применение лишь в реактивных двигателях летательных аппаратов (ракет, самолетов и др.).
Практически реактивными называются турбины, у которых располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока не только в соплах, но и на рабочих лопатках.
Отношение теплоперепада на рабочих лопатках Дh л к располагаемому теплоперепаду Дhт называется степенью реактивности:
Щ=Дh л /Дhт (20.4)
При Q = 0 (чисто активная ступень) весь располагаемый теплоперепад, а следовательно, и перепад давлений срабатывается в сопловом аппарате, превращаясь в скоростной напор. Именно такая ступень рассмотрена на рис. 20.2, 20.3. При Q=l (чисто реактивная ступень) весь располагаемый теплоперепад срабатывался бы на рабочих лопатках. Современные мощные турбины выполняют многоступенчатыми с определенной степенью реактивности, чаще и на рабочих лопатках. Ступень срабатывает лишь часть общего перепада давления на турбине, и при большом их числе разность давлений в отдельной ступени получается небольшой, а скорости потока — умеренными. При степени реактивности и = 0,5 сопловые и рабочие лопатки имеют одинаковую форму. Более того, один и тот же профиль лопаток может быть использован во всех ступенях турбины, и только длина лопаток изменяется в соответствии с увеличением объема рабочего вещества по мере понижения давления. Это удобно с точки зрения их изготовления.
Рис. 6. Продольный разрез турбины К-300-240-1 ЛМЗ: слева — цилиндр высокого давления, справа — цилиндры среднего и низкого давления
Истечение и дросселирование водяного пара. Прямые термодинамические ...
... и подается на турбину паросиловой установки с температурой конденсата 32,88 °C. На сколько работоспособность пара уменьшится после дросселирования по сравнению с начальным состоянием? Пример. Пар с давлением Р1 = 18 бар и ... истечения пара, а также сечение сопла Лаваля: а) считая пар идеальным газом и приняв К = 1,3 и б) реальным газом. Задача № 1.3-4. Пар ... = 300 °C. Давление в конденсаторе Р2 = 0,04 ...
На левой половине рисунка 6 показан корпус или цилиндр высокого давления (ЦВД) конденсационной трехкорпусной трубины мощностью 300 МВт на сверхкритические параметры пара с промежуточным перегревом пара до 565 °С. ЦВД представляет собой двухстенную литую конструкцию. Пар сначала поступает в сопловую коробку 4, расположенную во внутреннем корпусе 3, проходит через ступень 6 с двумя лопатками и пять ступеней давления справа налево Выходя из внутреннего корпуса, пар поворачивается на 180°, проходит между внутренним и наружным / корпусами и поступает далее на шесть ступеней давления При этом он омывает и охлаждает внутренний корпус, а также частично разгружает его стенки, испытывающие внутреннее давление Во внутреннем корпусе диафрагмы 2 крепятся непосредственно в стенке, а в наружном — в промежуточных обоймах 5 Обоймы позволяют организовать отборы пара для регенерации.
После промежуточного перегрева в котле пар с параметрами 3,53 МПа и 565 °С поступает в корпус среднего, а затем низкого давления (справа)
4. Мощность и КПД турбины
Работа турбины как теплового двигателя характеризуется внутренней (индикаторной) мощностью, развиваемой лопатками, и эффективной (на валу) мощностью.
Эффективная мощность N e меньше внутренней Ni на значение механических потерь (в подшипниках, на привод вспомогательных механизмов и т.д.) Внутренняя мощность Ni меньше мощности N0 , которую развивала бы идеальная турбина, на значение внутренних потерь (от трения и завихрения в каналах, от перетечек пара в зазорах помимо сопл и т.д.).
Внутренний относительный КПД учитывает внутренние потери турбины и определяется отношением
(20.5)
Механические потери оцениваются механическим КПД:
(20.6)
Для большинства современных турбин [14] з oi = 0,7ч0,88; змех = 0,99ч0,995.
5. Классификация турбин
Турбины паровые стационарные для привода турбогенераторов (ГОСТ 3618— 82) выпускаются мощностью от 2,5 до 1600 МВт на параметры свежего пара р о = 3,4ч23,5 МПа и to = 435ч565 °С.
Турбины изготовляются следующих типов: конденсационные (К), конденсационные с отопительным (теплофикационным) отбором пара с давлением отбора 0,18 МПа (Т), с производственным отбором пара для промышленного потребления (П), с двумя регулируемыми отборами пара (ПТ), с противодавлением (Р), с производственным отбором и противодавлением (ПР) и теплофикационные с противодавлением и отопительным отбором пара (ТР).
В обозначении после буквы (тип турбины) приводится ее номинальная мощность в МВт, а затем номинальное давление пара (перед стопорным клапаном турбины) в кгс/см 2 . Для турбин П и ПТ в обозначении давления под чертой отмечается номинальное давление производственного отбора или противодавления турбины в кгс/см2 .
Пример. Турбина номинальной мощностью 60 МВт на начальное давление 12,74 МПа (130 кгс/см 2 ) с двумя регулируемыми отборами пара — производственным 1,274 МПа (13 кгс/см2 ) и теплофикационным отбором обозначается ПТ-60-130/13.
Судовые двигатели внутреннего сгорания (2)
... работе. По способу воздухоснабжения цилиндров. В зависимости от способа заполнения цилиндров воздухом без повышения давления или под давлением выше атмосферного различают соответственно двигатели ... двигателей внутреннего сгорания, а также приобрести навыки в анализе его работы и устройства. Исходя из цели курсового ... а из него в корпус 3 газовой турбины, заставляют вращаться ротор 4, на одном валу ...
Мощные конденсационные турбины типа К характеризуются тем, что почти весь пар, пройдя через турбину, направляется в конденсатор и выделяющаяся при конденсации теплота полностью теряется. Из нескольких промежуточных ступеней турбины часть пара отбирается для регенеративного подогрева питательной воды, повышающего, как показано в § 6.4, термический КПД цикла. Таких отборов, называемых нерегулируемыми (давление отбора колеблется при изменении нагрузки), может быть от двух до девяти.
В конденсационных турбинах типа Т, предназначенных для совместной выработки электроэнергии и теплоты, пар в количестве, значительно большем, чем на регенерацию, отбирается на теплофикацию, а оставшийся, пройдя последние ступени турбины, направляется в конденсатор. Давление пара, отбираемого на теплофикацию, поддерживается постоянным, отсюда отбор называют регулируемым.
Турбины типа П отличаются от турбин типа Т лишь тем, что пар из них отбирается для промышленного потребления и имеет более высокие параметры. Промышленный отбор также является регулируемым, так как потребители требуют постоянного давления.
Турбины типа Р отличаются от всех предыдущих типов тем, что после них отсутствует конденсатор и весь отработавший пар идет на отопление или производственные нужды.
Турбинами с противодавлением являются также предвключенные турбины, после которых пар используется в турбинах среднего давления. Такие турбины применяют и для «надстройки» турбинного оборудования электрических станций при переводе их на пар более высоких параметров с целью повышения экономичности.
При расширении пара в многоступенчатых турбинах удельный объем его от ступени к ступени возрастает, вызывая увеличение общего объема пара, проходящего через проточную часть турбины. Например, пар, входя в турбину с давлением 2,85 МПа и температурой 400 °С, имеет удельный объем, равный 0,103 м 3 /кг, а при выходе из турбины в конденсатор, где давление пара 4 кПа и влажность 12 %, удельный объем составляет уже 31 мэ /кг, т. е. в 300 раз больше. Для пропуска возрастающего объема пара приходится увеличивать живое сечение сопл и лопаточных каналов Но с увеличением высоты лопаток и диаметра дисков возрастают окружные скорости их движения, превышать которые по условиям прочности сверх допустимых (н = 350-=-400 м/с) нельзя. Так как наибольшую высоту имеют лопатки последних ступеней, то именно их пропускная способность по пару лимитирует предельную мощность турбины
В настоящее время предельная мощность однопоточной конденсационной турбины на высокое давление не превышает 50 МВт.
6. Конденсационные устройства паровых турбин
Рис. 7. Принципиальная схема конденсационной установки
Конденсационная установка предназначена для создания за паровой турбиной 1 (рис. 7) разрежения (вакуума) с целью увеличения используемого теплоперепада и повышения термического КПД паротурбинной установки. В конденсационную установку входят конденсатор 2, циркуляционный 3 и конденсатный 4 насосы, а также устройство для отсасывания воздуха из конденсатора 5 (обычно это паровой эжектор).
Отработавший пар поступает в конденсатор сверху. Соприкасаясь с поверхностью трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода, пар конденсируется. Конденсат стекает вниз и из сборника конденсационным насосом подается в поверхностные холодильники парового эжектора, а оттуда через систему регенеративных подогревателей поступает в паровой котел.
Профилактика воздействия вредных газов, паров и пыли на человека
... от мест образования пыли, газов, паров; 7. изоляция процессов, при которых в воздухе выделяется пыль и газы, от участков других работ; ... системы трубопроводов для воды и их присоединение к водопитающим установкам и сетям мало отличается от спринклерных установок. Пуск воды в ... удалять загрязненный воздух от мест образования или выхода вредных выделений, не допуская его поступления в рабочую зону ...
Абсолютное давление пара в конденсаторах поддерживается в пределах 3—7кПа. Теоретически абсолютное давление в конденсаторе должно быть равно давлению насыщенного пара, соответствующему конечной температуре охлаждающей воды. Однако в действительности в конденсатор вместе с водяными парами поступает некоторое количество воздуха. Кроме того, воздух проникает через неплотности во фланцевых соединениях конденсатора и трубопроводов, поэтому давление в конденсаторе равно сумме парциальных давлений водяного пара и воздуха. Скопления воздуха ухудшают вакуум в конденсаторе, т е. увеличивают давление пара за турбиной, что снижает КПД цикла. Поэтому воздух необходимо постоянно удалять, для чего служат эжекторы. В паротурбинных установках применяются одно-, двух- и трехступенчатые эжекторы Схема одноступенчатого эжектора показана на рис. 8.
Рис. 8. Схема одноступенчатого эжектора: 1 — эжектор; 2 — холодильник
В рабочее сопло подается свежий пар. Вытекающая из него струя, обладая большой кинетической энергией, увлекает за собой воздух с некоторым количеством пара из конденсатора. 8 диффузоре кинетическая энергия паровоздушной смеси преобразуется в энергию давления, поэтому пар из паровоз душной смеси конденсируется в холодильнике, а насыщенный паром воздух выбрасывается в атмосферу.
7. Газотурбинные установки (ГТУ)
Рабочий процесс ГТУ. В современных ГТУ используется цикл со сгоранием при р = const.
В состав ГТУ обычно входят камера сгорания, газовая турбина, воздушный компрессор, теплообменные аппараты различного назначения (воздухоохладители, маслоохладители системы смазки, регенеративные теплообменники) и вспомогательные устройства (маслонасосы, элементы водоснабжения и др.).
Рабочим телом ГТУ служат продукты сгорания топлива, в качестве которого используется природный газ, хорошо очищенные искусственные газы (доменный, коксовый, генераторный) и специальное газотурбинное жидкое топливо (прошедшее обработку дизельное моторное и соляровое масло).
Рис. 9. Схема камеры сгорания ГТУ: 1 — воздухонаправляющее устройство, 2 — запальник, 3 — форсунка, 4 — пламенная (жаровая) труба, 5 — корпус, 6 — смеситель
Подготовка рабочей смеси производится в камере сгорания. Огневой объем камеры (рис. 9) разделяется на зону горения, где происходит сгорание топлива при температуре порядка 2000 °С, и зону смешения, где к продуктам сгорания подмешивают воздух для снижения их температуры до 750—1090 °С в стационарных турбинах и до 1400 °С — в авиационных турбинах.
Принцип работы газовой и паровой турбин одинаков, но конструкция проточной части газовых турбин значительно проще. Они работают на относительно небольшом располагаемом теплоперепаде и поэтому имеют небольшое число ступеней.
В связи с высокой температурой продуктов сгорания детали проточной части турбин (сопла, рабочие лопатки, диски, валы) изготавливают из легированных высококачественных сталей. Для надежной работы у большинства турбин предусмотрено интенсивное охлаждение наиболее нагруженных деталей корпуса и ротора.
Двигатель внутренного сгорания
... ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Тепловые двигатели могут быть разделены на две основные группы. Двигатели с внешним сгоранием - паровые машины, паровые турбины, двигатели Стирлинга и т.д. Двигатели внутреннего сгорания. В качестве энергетических установок автомобилей наибольшее распространение получили двигатели внутреннего сгорания, ...
В реальных условиях все процессы в ГТУ являются неравновесными, что связано с потерями работы в турбине и компрессоре, а также с аэродинамическими сопротивлениями в тракте ГТУ.
Рис. 10. Реальный цикл ГТУ в Е, s-диаграмме
На рис. 10 действительный процесс сжатия в компрессоре изображен линией 1—2, а процесс расширения в турбине — линией 3—4. Точками 2а и 4а отмечено состояние рабочего тела соответственно в конце равновесного адиабатного сжатия и расширения, точкой О — параметры окружающей среды. Ввиду потерь давления во всасывающем тракте компрессора (линия 01) процесс сжатия начинается в точке1.
Таким образом, на сжатие воздуха в реальном цикле затрачивается большая работа, а при расширении газа в турбине получается меньшая работа по сравнению с идеальным циклом. КПД цикла получается ниже. Чем больше степень повышения давления р (т. е. выше р 2 ), тем больше сумма этих потерь по сравнению с полезной работой. При определенном значении р (оно тем выше, чем больше Тз и внутренний относительный КПД турбины и компрессора, т. е. меньше потери в них) работа турбины может стать равной работе, затраченной на привод компрессора, а полезная работа — нулю.
Рис. 11. зависимость термического КПД цикла ГТУ? it от степени повышения давления р и начальной температуры газа tз (для компрессора и турбины)
Поэтому наибольшая эффективность реального цикла, в отличие от идеального, достигается при определенной (оптимальной) степени повышения давления, причем каждому значению Тз соответствует свое р опт (рис. 11).
КПД простейших ГТУ не превышает 14—18 %, и с целью его повышения ГТУ выполняют с несколькими ступенями подвода теплоты и промежуточным охлаждением сжимаемого воздуха, а также с регенеративным подогревом сжатого воздуха отработавшими газами после турбины, приближая тем самым реальный цикл к циклу Карно.
ГТУ с утилизацией теплоты уходящих газов. Теплоту уходящих из ГТУ газов можно использовать для получения пара и горячей воды в обычных теплообменниках. Так, установки ГТ-25-700 ЛМЗ снабжены подогревателями, нагревающими воду в системе отопления до 150—160 °С.
Вместе с тем сравнительно высокий уровень коэффициента избытка воздуха в ГТУ позволяет сжигать достаточно большое количество дополнительного топлива в среде продуктов сгорания. В результате из дополнительной камеры сгорания после ГТУ выходят газы с достаточно высокой температурой, пригодные для получения пара энергетических параметров в специально устанавливаемом для этой цели парогенераторе. На Кармановской ГРЭС по такой схеме строится котел к блоку электрической мощностью 500 МВт.
Применение ГТУ. В последние годы ГТУ широко используются в различных областях: на транспорте, в энергетике, для привода стационарных установок и др.
Энергетические ГТУ. Газовая турбина меньше и легче паровой, поэтому при пуске она прогревается до рабочих температур значительно быстрее. Камера сгорания выводится на режим практически мгновенно, в отличие от парового котла, который требует медленного длительного (многие часы и даже десятки часов) прогрева во избежание аварии из-за неравномерных тепловых удлинений, особенно массивного барабана диаметром до 1,5 м, длиной до 15 м, с толщиной стенки выше 100 мм.
Газотурбинные установки
... называются газотурбинными установками непрерывного сгорания или ГТУ со сгоранием при постоянном давлении. Горячие газы, образовавшиеся в камере сгорания в результате сжигания топлива, поступают в турбину 3. В турбине газ расширяется, ...
Поэтому ГТУ применяют прежде всего для покрытия пиковых нагрузок и в качестве аварийного резерва для собственных нужд крупных энергосистем, когда надо очень быстро включить агрегат в работу. Меньший КПД ГТУ по сравнению с ПСУ в этом случае роли не играет, так как установки работают в течение небольших отрезков времени. Для таких ГТУ характерны частые пуски (до 1000 в год) при относительно малом числе часов использования (от 100 до 1500ч/год).
Диапазон единичных мощностей таких ГТУ составляет от 1 до 100 МВт.
ГТУ применяются также для привода электрогенератора и получения электроэнергии в передвижных установках (например, на морских судах).
Такие ГТУ обычно работают в диапазоне нагрузок 30—110% номинальной, с частыми пусками и остановками. Единичные мощности таких ГТУ составляют от десятков киловатт до 10МВт. Быстрое развитие атомных энергетических установок с реакторами, охлаждаемыми, например, гелием, открывает перспективу применения в них одноконтурных ГТУ, работающих по замкнутому циклу (рабочее тело не покидает установку).
Специфическую группу энергетических ГТУ составляют установки, работающие в технологических схемах химических, нефтеперерабатывающих, металлургических и других комбинатов (энерготехнологические).
Они работают в базовом режиме нагрузки и предназначены чаще всего для привода компрессора, обеспечивающего технологический процесс сжатым воздухом или газом за счет энергии расширения газов, образующихся в результате самого технологического процесса.
Приводные ГТУ широко используются для привода центробежных нагнетателей природного газа на компрессорных станциях магистральных трубопроводов, а также насосов для транспортировки нефти и нефтепродуктов и воздуходувок в парогазовых установках. Полезная мощность таких ГТУ составляет от 2 до 30 МВт.
Транспортные ГТУ широко применяются в качестве главных и форсажных двигателей самолетов (турбореактивных и турбовинтовых) и судов морского флота. Это связано с возможностью получения рекордных показателей по удельной мощности и габаритным размерам по сравнению с другими типами двигателей, несмотря на несколько завышенные расходы топлива. Газовые турбины весьма перспективны как двигатели локомотивов, где их незначительные габариты и отсутствие потребности в воде являются особенно ценными. Транспортные ГТУ работают в широком диапазоне нагрузок и пригодны для кратковременных форсировок.
Единичная мощность ГТУ пока не превышает 100МВт, а КПД установки 27—37 %. С повышение начальной температуры газов до 1200 °С мощность ГТУ будет доведена до 200 МВт и КПД установки до 38—40 %.
8. Турборасширительные машины
Турборасширительные машины представляют собой газовые турбины, предназначенные для охлаждения газа за счет совершения им технической работы. Они применяются главным образом в технике сжижения и разделения газов (турбодетандеры) и кондиционирования воздуха (турбохолодильники).
В результате массового перевода доменных печей на работу с повышенным давлением газа под колошником появилась возможность использования потенциальной энергии доменного газа. Доменный газ, имеющий давление 0,25—0,3 МПа, расширяется в специальной газовой турбине до давления около 0,11 МПа, еще достаточного для транспортировки его потребителю. Мощность, развиваемая такой турбиной, зависит от количества доменного газа, его начального давления и температуры. Например, выход доменного газа из домны объемом 1400м 3 достигает 250 000 м3 /ч; мощность, развиваемая турбиной при давлении газа 0,25 МПа и температуре 500 °С, составит около 12 000 кВт. Конструкция турбины мало отличается от описанных выше.
Измерение мощности и энергии
... в редких случаях, например при поверке счетчиков. 2. Измерение мощности и энергии в цепях постоянного и однофазного тока 1 Измерение мощности Для измерения мощности в цепях постоянного и однофазного переменного тока ...
Рис. 12. Схема радиальной одноступенчатой реактивной расширительной машины: t — спиральный подвод газа, 2 — направляющий аппарат, 3 — рабочее колесо, 4 — отвод газа, 5 — вал
В технике сжижения и разделения газов наиболее широкое применение нашли радиальные Турборасширительные машины (рис. 12), в которых поток сжатого газа направлен от периферии к центру по радиусу. Основными рабочими элементами являются неподвижный сопловый направляющий аппарат, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую, и вращающееся рабочее колесо, в котором кинетическая энергия газа преобразуется в работу, передаваемую на вал.
Главным преимуществом радиальных турбин перед осевыми является большой перепад давлений, срабатываемый в одной ступени. Поэтому расширительные турбины обычно удается сделать одноступенчатыми, что упрощает конструкцию.
Радиальные расширительные машины имеют производительность от 0,03 до 15 кг/с и отношение начального давления к конечному от 4 до 30 Частота вращения вала достигает 2500 1/с (150 000 об/мин).
Одноступенчатая радиальная реактивная расширительная машина впервые была предложена академиком П.Л. Капицей для систем глубокого охлаждения газов в 1931 г.
Литература
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/gazovyie-i-parovyie-turbinyi/
1. Энергосбережение и энергетическая эффективность: каталог нормативных актов (по состоянию на 01.01.2010 г.).
— Изд. офиц. — М., 2010. — 119 с.
2. Всё о качестве: отечественные разработки. Вып. 71. Энергосбережение, энергоэффективность, энергоменеджмент. — М., 2011. — 65 с.
3. Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения: МДК 4-05.2004. — СПб., 2005. — 156 с.
4. Оборудование возобновляемой и малой энергетики: справочник-каталог/ Под ред. Безруких П.П. — М., 2005. — 243 с.
5. Установки малой энергетики для резервного и автономного энергоснабжения предприятий и коммунальных служб: сводный каталог 03-05. Т 1./ Инпромкаталог. — М., 2006. — 120 с.
6. Установки малой энергетики для резервного и автономного энергоснабжения предприятий и коммунальных служб: сводный каталог 03-05. Т 2./ Инпромкаталог. — М., 2007. — 120 с.
7. Энергетическое оборудование для выработки и транспортировки энергоносителей и энергосбережение: сводный каталог 01-04. Т. 1/ Инпромкаталог. — М., 2005. — 124 с.
8. Энергетическое оборудование для выработки и транспортировки энергоносителей и энергосбережение: сводный каталог 01-04. Т. 2/ Инпромкаталог. — М., 2006. — 124 с.
9. Энергосберегающее оборудование и технологии для отопления, водоснабжения, освещения и вентиляции в промышленности, сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве. Серия 00.11: промышленные каталоги (тематическая подборка)/ Информэлектро. — М., 2008. — 113 с.
10. Бытовые отопительные котлы. Эксплуатационные и технические характеристики: Справочник-каталог / Под ред. С.Е. Беликова. — М., 2007. — 352 с.
11. Беликов С.Е. Бытовые отопительные котлы. Эксплуатационные и технические характеристики: каталог для профессионалов. — 2-е изд.,доп. — М., 2012. — 192 с.
