Газотурбинные установки ТЭС

Свободная индивидуальная посадка лопаток в диске устраняет возможность появления высоких температурных напряжений в ободе диска и в лопатках, а также позволяет при необходимости легко заменить лопатку. При вращении ротора турбины центробежные силы, действующие на лопатку, надежно прижимают ее к плоскостям замкового соединения, не позволяя лопатке смещаться под действием осевых усилий. Поэтому для фиксации лопаток в осевом направлении используются простейшие устройства, чаще пластины с отгибаемыми краями, или детали ротора, выполняющие другие функции (см. рис. 16). Рабочую часть лопатки называют пером. Оно должно быть изготовлено с очень высокой степенью точности, допускается отклонение от теоретического профиля не более 0,15 мм. Каждая лопатка проходит индивидуальный контроль, взвешивается, и ее данные заносятся в компьютер. Рисунок 16 — Способы осевой фиксации рабочих лопаток турбины с елочным хвостом1 — упорное кольцо Рабочая часть лопатки выполняется с постоянным или переменным по высоте профилем.

Центры тяжести расчетных сечений рабочей части лопатки располагаются на одном радиусе с осью симметрии замкового соединения либо смещаются от него на некоторое расстояние. В первом случае центробежные силы вызывают только растягивающее действие. Во втором — смещение рассчитывают таким образом, чтобы момент, вызванный центробежными силами, был направлен против действия на лопатку газовых усилий, разгружая тем самым лопатку от напряжений изгиба. На периферии лопатки во многих конструкциях перо переходит в полку.

В собранном виде полки образуют бандаж, наличие которого снижает потери, связанные с перетечками газа в радиальном зазоре и ограничивает амплитуду колебаний лопаток и особенно их тонких кромок, которые иногда от вибрации обламываются. На наружной поверхности полок располагаются тонкостенные гребешки, выполняющие роль лабиринтных уплотнений. Кроме того, они снижают вероятность аварии при касании лопатки статора. Для увеличения декремента колебаний и соответственного снижения динамических нагрузок от вибрации у длинных лопаток примерно на половине высоты их пера выполняются отверстия, через которые свободно проходит проволока. При больших центробежных силах, действующих на проволоку, силы трения между проволокой и лопатками объединяют последние в единый пакет. Отверстие в пере лопатки приводит к концентрации напряжений, поэтому профиль лопатки возле отверстия иногда утолщают. Статор газовой турбины выполняет две основные функции.

Во-первых, он является силовым элементом, воспринимающим давление рабочего тела (газа) турбины. В моноблочных конструкциях ГТУ вместе с корпусом камеры сгорания, статором компрессора и патрубками, статор турбины должен составлять единый силовой блок, воспринимающий также через подшипники вес и динамические нагрузки роторов, передавая все усилия на раму установки. Для этого статор должен быть достаточно прочным и жестким. Во-вторых, статор образует неподвижную часть проточной части турбины, соприкасается с высокотемпературным газовым потоком, к нему крепятся сопловые лопатки. Для этого статор должен быть достаточно эластичным, иметь возможность независимого теплового расширения отдельных элементов, образующих проточную часть турбины. Эти требования не столько противоречивые, сколько взаимно исключающие. Решением проблемы стало применение статоров, состоящих из двух корпусов, один из которых помещен внутри другого.

При этом каждый из корпусов выполняет одну из указанных выше противоречивых функций. Подобныйпринцип в различных модификациях применяется во всех современных газовых турбинах. Наружный корпус статора является силовым, он воспринимает давление в проточной части, но практически полностью разгружен от действия высоких температур. Его внутренняя поверхность покрыта термоизоляцией и омывается относительно холодным воздухом. Внутренний корпус статора образован деталями и узлами, свободно подвешенными к наружному корпусу, который по отношению к внутреннему выполняет следующие функции: обеспечивает центровку внутреннего корпуса относительно ротора посредством силовой связи с опорами подшипников ротора, воспринимает вес и осевые нагрузки внутреннего корпуса. Корпуса подшипников связываются с наружным корпусом радиальными жесткими тягами. Задний подшипник турбины обычно окружен кольцевой полостью, образованной диффузором, которым заканчивается проточная часть турбины (о назначении развитого диффузора шла речь в предыдущей главе). В результате тягам, соединяющим корпус подшипника со статором, приходится пересекать поток достаточно горячих газов.

Т.к. их температура за турбиной может достигать 600 ºС. Поэтому тяги окружают обтекателями, вовнутрь которых подают охлаждающий воздух, используемый далее для охлаждения корпуса подшипника. Пространство внутри обтекателей используют также для подвода и отвода масла к подшипникам. Наружный корпус статора стационарных ГТУ выполняется обычно сварным и имеет горизонтальный разъем, что облегчает монтаж и центровку. Сварная конструкция существенно легче литой, а необходимая жесткость создается в ней за счет приваренных с наружной стороны ребер. Сопловые аппараты являются неотъемлемой частью внутреннего корпуса турбины, они бываютнеразъемными с сопловыми лопатками, приваренными к наружному кольцу, подобные конструкции обладают повышенной жесткостью, однако неудобны, так как для их замены приходится разбирать турбину. Поэтому обычно сопловой аппарат выполняют из двух половин или нескольких сегментов, что существенно упрощает ремонтные работы. Рисунок 17 — Продольный разрез газовой турбины ЛМЗ 1 — сварной ротор; 2 — обойма; 3 — выхлопной патрубок; 4 — упорный подшипник; 5 -Переднее лабиринтное уплотнение; 6 — заднее лабиринтное уплотнение; 7 — гибкая муфта.

4Технические характеристики ГТУ и ПГУ фирмы Альстом. Технические характеристики энергетических ГТУ фирмы Alstom приведены в таблице 1. В таблице 2 представлены параметры ГТУ и основные показатели ПГУ на их основе. Таблица 1 — Технические данные энергетических ГТУ фирмы Alstom (по ISO 2314 на уровне моря) Показатель

Тип ГТУ"Hurrykane"TB5000"Typhoon""Tornado""Tempest""Cyelone"IIIIIIIVЭлектрическая мощность, МВт1,653,924,354,705,256,526,757,7012,90Электрический КПД, %26,025,029,729,429,731,3031,329,1135,1Степень повышения давления воздуха в компрессоре9,27,613,114,315,312,212,213,716,7Начальная температура газов, 0С-9 151 088 107 511 161 349 862 695 370 752

Расход выходных газов, кг/с7,3−17,618,920,327,427,629,0539,2Температура выходных газов, 0С617 488 534 526 537 458 711 003 136

Расход топлива (метан 100%, Qi = 50 056 кДж/кг), кг/с0,12 680,3130,2930,3190,3530,4160,4300,5280,547Удельный расход рабочего тела, кг/(кВт· ч)15,9−14,614,513,915,114,713,610,8Частота вращения вала, обмин—165 701 738 417 384—1 390 714 100/9500

Масса ГТУ, т13,534—12—5560

Габаритные размеры ГТУ, м:-длина-ширина-высота5,7523,29,72,42,4———5,32,43,4———9,92,43,4912,02,73,65Таблица 2 — Технико-экономические показатели современных ГТУ и одновальных ПГУ-КЭС на их базе (частота вращения 50 об/с)Показатель GT-26Газотурбинная установка

Электрическая мощность, МВт281Электрический КПД, %38,3Расход газа, кг/с 632Степень сжатия компрессора30Температура уходящих газов, °С614Парогазовая установка Электрическая мощность, МВт424Электрический КПД, %58,5Заключение

В данном реферате были рассмотрены основные тепловые схемы газотурбинных установок, устройство и конструкция газовых турбин, а также приведены характеристики ГТУ и ПГУ фирмы Альстом. Можно сделать вывод, что находят широкое применение в энергетике в качестве оборудования тепловых энергетических станций. Кроме того, значительный прогресс в области аэродинамики турбомашин и в разработке жаропрочных сталей и сплавов, позволит поднять тепловую экономичность ГТУ до более высокого уровня, что создаст предпосылки для ещё большего внедрения ГТУ в энергетике. Список использованной литературы:

Буров В.Д., Цанев С. В. Газотурбинные и парогазовые установки ТЭС. — М.: Издательский дом МЭИ, 2009. — 584 с. Зысин Л. В. Парогазовые и газотурбинные тепловые электростанции: учебное пособие. — СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2010.

— 358 с. Степанов И. Р. Парогазовые установки. Основы теории, применение и перспективы. — Апатиты: изд. Кольского научного центра РАН, 2000.

— 169с. Ромахова Г. А. Газотурбинные установки электростанций. СПб: СПбГПу, 2008.

http://www.alstom.com/