Содержание
Газотурбинная установка (ГТУ или ГПА) » Все о транспорте газа
Газотурбинная установка (ГТУ) — машина, преобразующая тепловую энергию в механическую и состоящая из одного или нескольких компрессоров (чаще осевого типа), теплового устройства для нагрева рабочего тела, одной или нескольких турбин, системы регулирования и необходимого вспомогательною оборудования (рис. 1). Полезная мощность в ГТУ совершается за счет внутренней энергии газового потока, поступаюшего с большой скоростью на лопатки ротора турбины.
При работе турбины атмосферный воздух засасывается в осевой компрессор 3, сжимается и поступает в камеру сгорания 1. Одновременно часть воздуха направляется в кольцевое пространство между стенкой
и корпусом камеры сгорания. Внутрь камеры сгорания непрерывно поступает топливо, сгорающее при постоянном давлении. Поэтому из камеры сгорания непрерывной струей выходят продукты сгорания, направляющиеся в сопла. В соплах энергия
давления в результате расширения
газа преобразуется в кинетическую
энергию газовой струи, поступающей на лопатки турбины.
Воздух,
омывающий жаровую трубу камеры
сгорания, охлаждает ее и, смешиваясь
с продуктами сгорания, выходящими
из жаровой трубы, также поступает в турбину 2. Примешивание этой доли
воздуха к продуктам сгорания, имеющим высокую температуру — около
1800-2000 °С, необходимо для снижения температуры газов до величины, безопасной для металла лопаток
газовой турбины. Поэтому общее
количество воздуха, сжимаемого втурбокомпрессоре 3, значительно (в 6 раз и более) превышает количество воздуха, теоретически необходимого для сгорания топлива.
Общее представление о принципах работы турбины можно получить при рассмотрении устройства простейшей активной турбины (рис. 2).
На валу 1 насажен диск 2, по ободу которого на равных расстояниях закреплены рабочие лопатки . Слева от рабочих лопаток в корпусе 5 размешено сопло 4, представляющее собой криволинейный канал плавного очертания. При постоянном расходе газа за счет сужения канала в пределах сопла скорость потока возрастает, а давление уменьшается от р0 до р1 .
Следовательно, в пределах сопла потенциальная энергия потока превращается в кинетическую.
При выходе из сопла поток газа попадает на рабочие лопатки под таким углом наклона a1, который обеспечивает плавное скольжение потока в межлопаточных каналах. При движении потока вдоль изогнутого контура рабочих лопаток возникают элементарные силы, результирующая которых представляет собой усилие, вращающее лопатки, т. е. механическую работу. Механическая работа потокагаза на лопатках определяется только вращающим усилием и частотой вращения. При вращательном движении рабочих лопаток скорость газа при выходе из них меньше скорости на входе. Это означает, что на рабочих лопатках происходит второе превращение энергии — кинетическая энергия потока газа частично переходит в механическую энергию вращения лопаток.
Турбины, в которых поток газа движется параллельно валу, называют аксиальными, а турбины, в которых поток газа движется перпендикулярно к валу, — радиальными. Заводы выпускают в основном аксиальные газовые турбины.
Смежные ряды сопел и рабочих лопаток образуют одну ступень давления. Поэтому турбину такого типа называют одноступенчатой. Диаметр диска 2, измеренный по средней высоте рабочих лопаток d , называют расчетным диаметром ступени давления. Между вращающимися и неподвижными деталями всегда имеются зазоры (см. рис. 2) в радиальном и аксиальном направлениях.
На графике изменения давления и абсолютных скоростей газа в активной одноступенчатой турбине (см. рис. 2) видно, что давление падает только в соплах, где и происходит увеличение абсолютной скорости потока с с0 до с1 . На рабочих лопатках, в зазоре между соплами и лопатками давление практически постоянно. Отдельные ступени или турбины в целом, в которых давление потока газа на рабочих лопатках остается постоянным, называются активными. Те же ступени или турбины в целом, в которых давление меняется и в соплах и на рабочих лопатках, называются реактивными.
При однократном расширении в соплах одноступенчатой гурбины скоростью газа при входе его на рабочие лопатки оказывается настолько большой, что на одном ряду лопаток достаточно полно использовать ее нельзя. Поэтому одноступенчатые турбины применяют в основном для привода различных вспомогательных устройств.
На рис.3 в продольном разрезе и развертке по окружности проточной части дана схема активной турбины с двумя ступенями скорости. (Обозначения 1 соответствуют обозначениям на рис. 2). Газ из первого ряда рабочих лопаток поступает в неподвижные напщие лопатки 7. Эти лопатки сходны по профилю с рабочими лопатками, но изогнуты в противоположную сторону. Направляющие лопатки крепят в корпусе 5 турбины против сопел. Далее газ поступает на второй ряд рабочих лопаток 6. Такой двукратный пропуск потока по рабочим лопаткам позволяет уменьшить потерю кинетической энергии с выходной скоростью и этим увеличить к.п.д. На графике изменения давления и абсолютных скоростей газа по ступеням турбины (см.
рис. 3) видно, что расширение газа происходит только в соплах, т. е. эта турбина является активной. Поэтому абсолютная скорость потока газа достигает максимального значения с1, при выходе из сопел. Далее поток газа попадает на рабочие лопатки первой ступени скорости, где совершает работу. Абсолютная скорость при выходе с2 еще довольно велика. Поток далее попадает в направляющие лопатки, где его абсолютная скорость несколько уменьшается от с2 до с`1 за счет потерь, а затем газ поступает нa рабочие лопатки второй ступени Здесь совершается дополнительная работа, соответствующая уменьшению абсолютной скорости от c`1 до с`2. Во всех зазорах давление принимается постоянным.
Наклон линии абсолютной скорости на рабочих лопатках первой и второй ступеней и на направляющих лопатках различен. Это связано с тем, что на рабочих лопатках скорость уменьшается и при превращении в механическую работу и ввиду потерь, между тем как в направляющих лопатках уменьшение скорости происходит только за счет потерь.
Рабочие лопатки ступеней скорости для уменьшения стоимости и упрощения конструкции почти всегда ставят на общем диске, который называют диском Кертиса.
Принцип работы реактивных и комбинированных турбин.
В реальных ГТУ, эксплуатируемых на компрессорных станциях, используют в основном комбинированные ступени, т.е. ступени с определенной степенью реакции. Поток газа воздействует на рабочие лопатки реактивной турбины не только но причине изменения скорости, приобретенной в соплах (активное усилие), но также и вследствие реакции потока газа. Это воздействие возникает в них при уменьшении давления и увеличении за счет этого относительной скорости (реактивное усилие) . Реактивное усилие аналогично отдаче ружья при выстреле.
Рис. 1. Упрощенная схема газотурбинной установки:
1- камера сгорания; 2 — турбине;
3 — осевой компрессор; 4 — устройство для съема мощности (нагнетатель)
Рис. 2. Схема простейшей активной турбины
Рис.
3 Схема активной турбины с двумя ступенями скорости
Сравним схемы активной и реактивной ступеней давления (рис. 11). В соплах 1 активной ступени давление уменьшается от p0 до p1, а абсолютная скорость потока возрастает от с0, до c1. На рабочих лопатках
Рис. 4. Схемы активной (a) и реактивной (б) ступеней
2 активной ступени абсолютная скорость потока уменьшается от с1 до с2 ввиду частичного превращения кинетической энергии в механическую работу. Относительная скорость потока уменьшается w1 до w2 вследствие трения о стенки лопаток, взаимного трения между отдельными лруйками в потоке, а также вихреобразования. Давление газа на рабочих лопатках остается постоянным p1=р2. Рабочие лопатки 4, как и сопла 3 реактивной ступени, образуют суживающиеся каналы.
В этих каналах происходит увеличение относительной скорости и понижение давления, связанные с появлением реактивного усилия. Это усилие направлено под утлом к направлению вращения.
Движущее реактивное усилие получается как проекция реактивного усилия на направление вращения.
На рабочих лопатках реактивной ступени вследствие уменьшения давления увеличивается относительная скорость потока от w1 до w2 со Абсолютная скорость потока на выходе из рабочих лопаток с2, как и в активной ступени, меньше абсолютной скорости входа с1 ввиду превращения части кинетической энергии потока в механическую работу.
При работе турбины происходит уменьшение энтальпии от i0 на входе до i2 на выходе из ступени. Разность значений энтальпий, срабатываемых на ступени, называется теплоперепадом. Отношение теплоперепада, срабатываемого на рабочих лопатках, к общему теплоперепаду ступени принято называть степенью реактивности r.
При r= 0-0,20 ступени давления называют активными с небольшой реактивностью; при r= 0,4-0,6 ступени давления называются реактивными.
Сущестнует большое число теоретически обоснованных схем и циклов ГТУ. Однако только некоторые из них получили практическое применение. Часть из них рассмотрим.
Рис. 5. Простой цикл, одновальная ГТУ
Рис. 6. Регенеративный цикл, одновальная
ГТУ: 1 — регенератор; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания;
4 — турбина; 5 — нагнетатель (нагрузка)
В одновальной ГТУ открытого простого цикла (рис. 5) рабочее тело (воздух) поступает в компрессор 1 из атмосферы, сжимается и направляется в камеру сгорания 2, в которой происходит его нагревание до определенной температуры. Затем рабочее тело (воздух) поступает в турбину 3, где расширяется, производя работу, и выбрасывается в атмосферу. Особенностью этого цикла является то, что компрессор, турбина и центробежный нагнетатель 4 (нагрузка) соединены механически.
Центробежный нагнетатель с приводом от одновальной ГТУ может работать только в сравнительно узком диапазоне расходов газа.
В открытом цикле рабочее тело (воздух) поступает в ГТУ из атмосферы и выбрасывается в атмосферу. В замнутом цикле рециркуляция рабочего тела (воздуха) осуществляется без связи с атмосферой.
В одновальной ГТУ регенеративного цикла (рис. 6) дополнительно применен регенератор — теплообменник, передающий тепло от выхлопных газов рабочему телу (воздуху) до его поступления в камеру сгорания. Регенеративный цикл — термодинамический цикл с использованием тепла отработавшего рабочего тела. Состоит он из следующих друг за другом сжатия, регенеративного подогрева, горения, расширения и регенеративного охлаждения рабочего тела (теплопередачи от отработавшего газа к рабочему телу за компрессором). В целях расширения диапазона регулирования и устойчивой работы применяют схему многовальной ГТУ или с разрезным валом (рис. 7). Такая ГТУ имеет по крайней мере две турбины, камеру сгорания 2, работающие на независимых валах.
Компрессор 1 приводится турбиной высокого давления (ТВД) 3, а силовая турбина (турбина низкого давления или ТНД) 4 обеспечивает привод нагнетателя 5 (нагрузки). Газотурбинная установка с разрезным валом обеспечивает любой режим работы газопровода без понижения давления нагнетания, так как, изменяя скорость вращения силового вала ТНД, можно привести в соответствие мощность, потребляемую нагнетателем, с полезной мощностью установки.
В ГТУ регенеративного цикла с разрезным валом появляется дополнительный элемент — регенератор, который выполняет те же функции, что регенератор одновальной ГТУ (см. рис. 6).
Рабочий процесс в многовальной ГТУ со ступенчатым сжатием и ступенчатым сгоранием топлива отличается от рабочего процесса других ГТУ тем, что воздух сжимается с промежуточным охлаждением, а горение происходит в двух камерах сгорания, расположенных перед каждой турбиной (рис. 8). При одинаковой производительности и степени сжатия в установке с промежуточным охлаждением затраты работы на сжатие в компрессорах низкого и высокого давлений (КНД и КВД) меньше, чем в установке без охлаждения.
Применение ступенчатого сгорания приводит к некоторому повышению к л.д. установки. Но в такой установке усложняются топливная и масляная системы, создается более развернутая сеть воздуха и газопроводов, что увеличивает габариты и массу установки. Поэтому на КС не нашли практическое применение схемы ГТУ со ступенчатым сгоранием. Используют в основном ГТУ, выполненные по простому регенеративному (например, ГТК-10) или безрегенеративному циклу (например, ГТН-16) с разрезным валом.
Рис. 7. Простой цикл, ГТУ с разрезным валом с отдельной силовой турбиной
Рис. 8. Цикл с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом, многовальная ГТУ с потребителем полезной мощности на валу низкого давления: 1 — камера сгорания; 2 — промежуточный холодильник; 3 — камера сгорания промежуточного подогрева; 4 — нагнетатель (нагрузка)
Актуальное видео:
ВНИМАНИЕ: Данная информация получена путем сканирования, цифровой обработки физических носителей или обмена с неравнодушными пользователями.
Она не имеет отметок грифа секретности и тайны, если вы считаете, что эта информация нарушает Ваши авторские или другие права. Незамедлительно сообщите администратору для удаления ее из портала.
Электрическая энергия по себестоимости. Газотурбинная установка для промышленного предприятия
В настоящее время в России действует несколько тысяч ТЭЦ и ГРЭС, а также более 66 тысяч котельных, которые дают практически 80% вырабатываемого тепла. В этом плане, Россия является безусловным мировым лидером по объемам централизованного теплоснабжения. Заметим, что по части централизации Россия является мировым лидером не только в области энергетики. Однако экспертами отмечаются неэффективность использования газа на устаревших агрегатах, а также низкий уровень КПД традиционных паросиловых турбин, который не превышает 38%. В централизованных сетях тепло производится большей частью на оборудовании прошлых поколений, избыток же тепла «греет» воздух.
Газотурбинная установкаИспользование локальных систем производства электрической и тепловой энергии с использованием газотурбинных энергетических установок (ГТУ), работающих на природном газе или пропане является одним из возможных решений данной задачи.
В связи с этим, наметилась тенденция на строительство децентрализованных комбинированных источников электро- и теплоснабжения (так называемый режим когенерации), устанавливаемых как в существующих отопительных котельных, так и на вновь строящихся источниках тепла.
Наиболее актуальным является переход на новые небольшие объекты с применением современных газовых турбин, обеспечивающих когенерацию.
В развитых странах увеличивается доля установок малой энергетики с когенерационным циклом, позволяющим оптимизировать выработку тепла и электроэнергии социальной и промышленной инфраструктуры, а также обеспечить эффективное энергосбережение. Например, в США и Великобритании доля когенерации в малой энергетике достигает 80%, в Нидерландах – 70%, в Германии – 50%. За рубежом этот процесс активно поддерживается государством и через законодательное регулирование, и посредством бюджетного финансирования.
Основой экономической эффективности газотурбинных когенеративных энергетических установок является их высокая электрическая и тепловая экономичность, достигаемая за счет базового режима их работы на тепловом потреблении (отопление, горячее водоснабжение, отпуск тепла для производственных нужд).
Газотурбинные установки получили в настоящее время признание в энергетике, как полностью освоенное, надежное оборудование. Эксплуатационные показатели ГТУ на электростанциях находятся на том же уровне, что и традиционное энергетическое оборудование. Для них характерна готовность к работе в течение 90% календарного времени, 2 – 3 летний ремонтный цикл, безотказность пусков 95 – 97%.
Малый удельный вес, компактность, простота транспортировки и легкость монтажа являются одними из основных достоинств газотурбинных установок, наиболее привлекательным с точки зрения их использования. К преимуществам ГТУ также относятся короткие сроки строительства, повышение надежности тепло и электроснабжения потребителей, минимальные объемы вредных выбросов в окружающую среду, снижение инерционности теплового регулирования и потерь в тепловых сетях, относительно сетей подключенных к крупным РТС и ТЭЦ.
Описание газотурбинной технологии.
Основой ГТУ является газогенератор, служащий источником сжатых горячих продуктов сгорания для привода силовой турбины.
Газогенератор состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины привода компрессора. В компрессоре сжимается атмосферный воздух, который поступает в камеру сгорания, где в него через форсунки подается топливо (обычно газ), затем происходит сгорание топлива в потоке воздуха. Продукты сгорания подаются на турбину компрессора и силовую турбину (при одновальном варианте компрессор и силовая турбина объеденены). Мощность, развиваемая силовой турбиной, существенно превышает мощность, потребляемую компрессором на сжатие воздуха, а также преодоление трения в подшипниках и мощность, затрачиваемую на привод вспомогательных агрегатов.
Газотурбинная установкаРазница между этими величинами представляет собой полезную мощность ГТУ. На валу турбины расположен турбогенератор (электрический генератор). Отработанные в газотурбинном приводе газы через выхлопное устройство и шумоглушитель уходят в дымовую трубу. Возможна утилизация тепла выхлопных газов, когда отработанные газы поступают в котел-утилизатор, в котором происходит выработка тепловой энергии в виде пара и/или горячей воды.
Пар или горячая вода от котла-утилизатора могут передаваться непосредственно к тепловому потребителю. Электрический КПД современных газотурбинных установок составляет 33–39%. Однако с учетом высокой температуры выхлопных газов в мощных газотурбинных установках имеется возможность комбинированного использования газовых и паровых турбин. Такой инженерный подход позволяет существенно повысить эффективность использования топлива и увеличивает электрический КПД установок до 57–59%.
Достоинствами газотурбинных установок являются малый удельный вес, компактность, простота транспортировки и легкость монтажа. Допускается монтаж ГТУ на техническом этаже здания или крышное расположение маломощных газотурбинных установок. Это полезное свойство ГТУ является важным фактором в городской застройке. При эксплуатации газотурбинных установок содержание вредных выбросов NOх и CO в выхлопных газах у них минимально. Такие отличные экологические качества позволяют без проблем размещать газотурбинные установки в непосредственной близости от проживания людей.
Вдобавок ГТУ небольшой мощности обычно поставляются в виде одного или нескольких блоков полной заводской готовности, требующих небольшого объема монтажных работ, а их сравнительно небольшие размеры позволяют их устанавливать в условиях стесненного генерального плана. Отсюда и относительная дешевизна строительных и монтажных работ.
Газотурбинная установкаГазотурбинные установки имеют незначительные вибрации и шумы в пределах 65–75 дБ (что соответствует по шкале уровня шума звуку пылесоса на расстоянии 1 метр). Как правило, специальная звуковая изоляция для подобного высокотехнологичного генерационного оборудования не нужна. Современные газотурбинные установки отличаются высокой надежностью. Есть данные о непрерывной работе некоторых агрегатов в течение нескольких лет. Многие поставщики газовых турбин производят капитальный ремонт оборудования на месте, производя замену отдельных узлов без транспортировки на завод — изготовитель, что существенно снижает затраты на обслуживание агрегата.
Большинство газотурбинных установок обладают возможностью к перегрузке, т.е. увеличению мощности выше номинальной. Достигается это путем повышения температуры рабочего тела.
Однако, производители накладывают жесткие ограничения на продолжительность таких режимов, допуская работу с превышением начальной температуры не более нескольких сотен часов. Нарушение этих ограничений заметно снижает ресурс установки. Тем не менее, при внедрении энергетических газотурбинных установок есть и сложности. Это, прежде всего, необходимость предварительного сжатия газового топлива, что заметно удорожает производство энергии особенно для малых ГТУ и в ряде случаев является существенным препятствием на пути их внедрения в энергетику. Для современных ГТУ с высокими степенями сжатия воздуха, необходимое давление топливного газа может превышать 25-30 кг/см2. Другим существенным недостатком ГТУ является резкое падение КПД при снижении нагрузки. Срок службы ГТУ значительно меньше, чем у других энергетических установок и находится обычно в интервале 45-125 тыс.
часов.
Исторически сложилось так, что пионерами в освоении газотурбинной технологии являлись создатели двигателей для кораблей и самолетов. Поэтому, в настоящее время, они накопили наибольший опыт в этой области и являются наиболее квалифицированными специалистами. В России, ведущие позиции в изготовлении газотурбинных энергетических установок занимают компании, разрабатывающие и изготовляющие авиационные газотурбинные двигатели и газотурбинные установки, созданные специально для энергетического использования.
Блок питания Global Invacom (PSU) для GTU MKII
Сопутствующие товары
Клиенты также просмотрели
Быстрый просмотр
Global Invacom DWDM/CWDM для дальней связи SFP — золото
Global Invacom
Наш преобразователь гигабитного интерфейса с малым форм-фактором (SFP) — это устройство ввода/вывода с возможностью горячей замены, которое подключается к порту или слоту Gigabit Ethernet.
Устройство SFP поддерживает до 1 ГБ…
Быстрый просмотр
Модуль диплексера Global Invacom WDM
Global Invacom
Устройство Sat-Light/Platinum WDM PL7635 мультиплексирует и демультиплексирует оптические длины волн 1310 нм и 1550 нм по одному оптическому волокну, что позволяет передавать два разных РЧ-сигнала по одному…
Быстрый просмотр
2-полосный РЧ-разветвитель/объединитель Global Invacom L-диапазона
Global Invacom
РЧ-разветвитель L-диапазона PL7622 — это высокопроизводительный пассивный 2-полосный РЧ-разветвитель/объединитель L-диапазона.
Он поддерживает двухпортовые возможности передачи постоянного тока, необходимые для питания резервного малошумящего блока (LNB)…
Быстрый просмотр
Диплексер Global Invacom 5–10 МГц/L-диапазона
Global Invacom
Диплексер 5–10 МГц/L-диапазона PL7641 представляет собой пассивное устройство, используемое для разделения или объединения опорных сигналов 5–10 МГц в сигнал L-диапазона.
Это снижает количество отказов кабельных разъемов и значительно улучшает…
Быстрый просмотр
Global Invacom 2 Way IF RF разветвитель/объединитель
Global Invacom
ВЧ разветвитель/объединитель ПЧ PL7632 представляет собой высокопроизводительный пассивный 2-полосный разветвитель/объединитель ПЧ ВЧ.
Это снижает количество отказов кабельных разъемов и значительно улучшает управление кабелями…
Быстрый просмотр
2-полосный широкополосный РЧ-разветвитель/объединитель Global Invacom
Global Invacom
2-полосный широкополосный РЧ-разветвитель/объединитель PL-7642 — это высокопроизводительный пассивный 2-полосный широкополосный РЧ-разветвитель/объединитель.
PL7642 поддерживает двухпортовую передачу постоянного тока, необходимую для резервного.
..
Быстрый просмотр
Global Invacom Redundancy 1:1 RF Защитный коммутатор
Global Invacom
Плата Redundancy 1:1 RF Protection Switch PL7611 обеспечивает резервное переключение 1 : 1 для продуктов Sat-Light/Platinum межобъектовой связи, включая семейства IF и L-диапазонов…
Быстрый просмотр
ВЧ-усилитель Global Invacom с коэффициентом усиления 55 дБ
Global Invacom
РЧ-усилитель с коэффициентом усиления 55 дБ PL7630 позволяет интегрировать предварительный или последующий усилитель как часть системы IFL.
Предварительный усилитель PL7630 помогает обеспечить высокое отношение C/N, обеспечивая…
Быстрый просмотр
Global Invacom DWDM/CWDM SFP для дальней связи — платиновый
Global Invacom
Наш преобразователь гигабитного интерфейса с малым форм-фактором (SFP) — это устройство ввода-вывода с возможностью «горячей» замены, которое подключается к порту или слоту Gigabit Ethernet.
Устройство SFP поддерживает до 1 ГБ…
Быстрый просмотр
Глобальный мультиплексор и демультиплексор CWDM Invacom — платиновый
Global Invacom
Наш мультиплексор с грубым разделением по длине волны (CWDM) может объединять до 8 волоконно-оптических выходов от оптоволоконных передатчиков Global Foxcom в одно волокно (RF over Fibre).
Каждый передатчик…
Обзор продуктов | Шнайдер Электрик
Жилой сектор и малый бизнес
Автоматизация и управление зданием
Аккумулятор солнечной энергии и энергии
Доступ к энергии
Распределение среднего напряжения и автоматизация сети
Промышленная автоматизация и управление
se.com/ww/en/work/products/low-voltage-products-and-systems/»>Низковольтные изделия и системы
se.com/ww/en/work/products/critical-power-cooling-and-racks/»>Критическая мощность, охлаждение и стойки
Верхние диапазоны
Верхние диапазоны
Верхние диапазоны
Верхние диапазоны
Верхние диапазоны
Верхние диапазоны
Верхние диапазоны
Верхние диапазоны
Диапазоны: 77
Диапазоны: 57
Диапазоны: 37
Ассортимент: 26
Откройте для себя широкий выбор кнопок, переключателей и сигнальных ламп для большинства промышленных применений.
Мощность гту: Что такое Газотурбинная установка (ГТУ)?
