Газотурбинные установки

Через смесительные окна 5, оставшаяся часть воздуха поступает в жаровую трубу и смешиваясь с продуктами сгорания снижает их температуру до величины обусловленной жаростойкостью лопаток и дисков газовой турбины. Рабочий процесс работы камеры сгорания, невзирая на кажущуюся простоту, очень сложный. Сам процесс сжигания топлива во многом находится в зависимости от качества подготовки топливовоздушной смеси и последующего размешивания топлива и воздуха. Чтоб процесс горения топлива в камере сгорания был стабильным, разумеется нужно, чтоб скорость потока газовоздушной смеси численно приравнивалась скорости горения. При подаче газовоздушной смеси со скоростью, менее оптимальной, фронт горения будет сдвигаться в направленности подачи смеси и случится проскок пламени. Если скорость горения смеси будет менее скорости подачи газовоздушной смеси, то фронт горения сдвигается в сторону смесительных окон и случится отрыв пламени. Устойчивость горения топлива в камерах сгорания добивается с помощью аэродинамической рециркуляции продуктов сгорания, образующейся в камере за счет установки плохообтекаемых тел-регистров (завихрителей потоков воздуха), что приводит к формированию обратных токов продуктов сгорания, которые обеспечивают постоянное поджигание свежих порций прибывающего топлива. Сразу, с целью снабжения надежного сжигания топлива в камере сгорания, их горелочное устройство, как правило, снабжается установкой дополнительных дежурных горелок, которые обеспечивают неизменное поджигание прибывающего топлива. Обычно, корпуса камер сгорания оборудуются особыми смотровыми окнами, что дозволяет обслуживающему персоналу КС дополнительно контролировать устойчивость процесса работы камеры сгорания ГТУ.

Очень принципиальной характеристикой рабочего процесса камеры сгорания считается ее объемная теплонапряженность, под которой подразумевается количество тепла, вписываемое сгоревшим топливом в единицу рабочего объема жаровой трубы в единицу времени и отнесенное к единице давления прибывающего в камеру сжатого воздуха [2]: где VP — объемная теплонапряженность, кДж/м.ч.Н; Вчасовой расход топливного газа, кг/ч; Qнр — низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг; пс — коэффициент полноты сгорания топлива; Vж — объем огневого пространства жаровой трубы, м3; рв- давление в камере сгорания, Н/м2.Обычно при проектировании камер сгорания задаются величиной vp. Обычно эта величина находится в диапазоне 120−160 кДж/м.ч.Н.О степени интенсивности работы камеры сгорания свидетельствует также и другой параметр — удельная производительность (F), представляющая собой отношение количества выделенного при сгорании топлива тепла к площади полного поперечного сечения камеры (F):где uF- массовая скорость по полному сечению камеры, кг/(м2ч); - общий коэффициент избытка воздуха по камере сгорания; L0 — теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг.топлива.Величина удельной производительности определяет собой гидравлическое сопротивление камеры сгорания. Потери полного напора в камере обычно относят к скоростному напору в каком-либо характерном ее сечении:

где кс — коэффициент гидравлического сопротивления; m- средняя плотность газовоздушной смеси. Тепловая эффективность камеры сгорания оценивается величиной КПД (кс), учитывающего потери от химической и механической неполноты сгорания (пс) и потери от теплоотдачи с поверхности камеры сгорания в окружающую среду (Qвн), сек: Для прямоточных камер сгорания величина кс численно достаточно высока и находится в пределах 0,97−0,98.Принципиальной особенностью рабочего процесса камер сгорания современных ГТУ является относительно высокий общий коэффициент избытка воздуха (). Это непосредственно связано с уровнем термодинамических параметров цикла газотурбинных установок. Существо взаимосвязи состоит в том, что теоретическая температура горения топлива значительно выше той, которая допустима в качестве максимальной температуры цикла перед газовой турбиной. Поэтому необходимо большое количество дополнительного воздуха, подводимого в камеру сгорания через смесительные окна для того, чтобы снизить температуру рабочего тела на выходе из камеры перед поступлением газов на диски и лопатки газовой турбины.

2.2. Компрессор

Компрессоры ГТУ предусмотрены для сжатия и подачи воздуха в камеры сгорания. Сжатый воздух компрессора используется еще для охлаждения отдельных элементов газовой турбины. К компрессорам судовых ГТУ предъявляют последующие основные требования: 1) увеличение давления воздуха при вероятно большем коэффициенте полезного действия; 2) постоянная подача воздуха в камеру сгорания; 3) небольшая чувствительность к изменениям режима работы; 4) малый вес и габарит; 5) простота и надежность в работе. Компрессоры бывают осевые, центробежные и винтовые. Наиболее общераспространенными считаются осевые многоступенчатые компрессоры, располагающие большой производительностью, высоким к. п. д. и большой степенью сжатия (6—7).Осевой многоступенчатый компрессор (рис.

109) состоит из ряда последовательно размещенных направляющих лопаток 6, прикрепленных в корпусе 7, и рабочих лопаток 5, находящихся на барабанном роторе 11. По мере сжатия объем воздуха уменьшается и, а значит, сокращаются высоты лопаток. Вращаясь, рабочие лопатки ротора придают газу кинетическую энергию. При перемещении по расширяющимся каналам рабочих лопаток условная скорость воздуха опускается, проистекает сокращение кинетической энергии потока с соответственным повышением давления в нем. Изменение условной скорости потока в канале рабочих лопаток сопряжено с расходом энергии, доставляемой к компрессору. В расширяющихся каналах направляющих лопаток отмечается последующее увеличение давления воздуха и убавление скорости его движения.

В проточную часть компрессора воздух поступает через входной патрубок 1 и направляющий аппарат 4, откуда, пройдя каналы рабочих лопаток 5 и направляющих лопаток 6, поступает в спрямляющий аппарат 8. Направляющий аппарат гарантирует нужное направление воздушному потоку перед входом в первую ступень, а спрямляющий аппарат гарантирует осевой выход в диффузор 9 и дальше в выходной патрубок 10. В диффузоре проистекает последующее сжатие воздуха за счет снижения скорости его движения. Ротор компрессора поставлен на подшипниках 3. В участках выхода вала через корпус размещены концевые уплотнения 2. Роторы осевых компрессоров выполняются барабанного, дискового и смешанного типов. Лопаточный аппарат осевых компрессоров изготовляют с высокой точностью и высокой степенью чистоты обрабатывания, что способствует получению высокого к. п. д. компрессора. В рабочих лопатках осевых компрессоров бандаж отсутствует, лопатки крепят хвостовиками разной формы. Центробежные компрессоры.

На рис. 110 изображена принципиальная схема одноступенчатого центробежного компрессора. На валу 6 насажено рабочее колесо, состоящее из диска 5 и рабочих лопаток 3. Рабочее колесо пристроено в неподвижный корпус 7. Атмосферный воздух через входной патрубок 2 поступает в каналы, а рабочего колеса. При вращении рабочего колеса воздух, имеющийся в каналах а, под воздействием центробежной силы перемещается к диффузору 4.

Так как площадь проходного сечения диффузора возрастает в направлении выхода, то значимая часть кинетической энергии, полученной воздухом в каналах рабочего колеса, реорганизуется в потенциальную энергию в диффузоре. В диффузоре давление воздуха не прекращает увеличиваться, а скорость понижается. Из диффузора сжатый воздух угождает в выходные патрубки 1, в которых скорость воздушного потока несколько понижается, а давление увеличивается. Судовые газотурбинные центробежные компрессоры бывают одноступенчатые и двухступенчатые. Степень сжатия в одноступенчатом центробежном компрессоре мала и составляет 1,2—1,8. Степенью сжатия именуется отношение окончательного давления воздуха в одной ступени к его начальному давлению. Благодаря малым размерам центробежные компрессоры применяют во запасных газотурбинных установках. Центробежные компрессоры элементарны по устройству, но имеют меньшую экономичность и производительность, чем осевые компрессоры. Список использованной литературы.

Арсеньев Л.В., Тырышкин В. Г. Комбинированные установки с газовыми турбинами. — Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1982.

— 248 с. Головащенко А. Ф., Трошин В. П., Станюк А. Н. Газотурбинные двигатели и установки ГП НПКГ «Зоря-Машпроект» для электростанций. Состояние и перспективы применения // (3−5 июля 2002 г., п. Коблево). — Николаев, 2002. -.

С.31−36.Каталог газотурбинного оборудования. / ЗАО «Газотурбинные технологии». — Г. Рыбинск, Ярославской обл. (Россия), 2003−2004. -176 с.