Газотурбинные установки ТЭС

Заключение
В данном реферате были рассмотрены основные тепловые схемы газотур-бинных 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 энергетиче-ских 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.


...

Оглавление
Введение 3
1 Описание тепловых схем ГТУ 4
2 Охлаждение проточной части газовой турбины 11
3 Конструкция газовых турбин 16
4 Технические характеристики ГТУ и ПГУ фирмы Альстом. 23
Заключение 24
Список использованной литературы: 25

Введение
Газотурбинные установки (ГТУ) в наше время получают все более широкое применение в различных отраслях промышленности, благодаря ряду своих отличительных особенностей: простота тепловых и кинематических схем, сравнительная простота конструкции, невысокая масса, приходящееся на единицу мощности, относительная простота автоматизации управления. Перспективное направление развития энергетики также связано с газотурбинными энергетическими установками тепловых станций. В настоящее время значительное внимание уделяется разработке прогрессивных технологий сжигания топлива в камерах сгорания и улучшению экологических показателей установок. При создании газовых турбин используют новые материалы, улучшают системы охлаждения их элементов, применяют конструктивные схемы с повышенными значениями давления воздуха после компрессоров, с его промежуточным охлаждением, промежуточным перегревом газов в газовых турбинах, используются регенеративные схемы и циклы с впрыском пара и воды в ГТУ.
Все это способствует все большему внедрению ГТУ в различных областях народного хозяйства, особенно в энергетике.

Вал, состоящий из роторов этих агрегатов, называется свободным. Турбина низкого давления ТНД вращает роторы компрессора высокого давления КВД и электрического генератора Г. Этот вал называют силовым. Возможны также другие схемы расположения турбин и компрессоров на разных валах.Рисунок 10 – Схема двухвальной ГТУ-2 Охлаждение проточной части газовой турбиныВ современных ГТ охлаждают практически все детали: ротор, подшипники, сопловые и рабочие лопатки, корпус. При охлаждении лопаточного аппарата используют воздух, пар, дистиллированную воду, жидкие металлы (Na, Na+K).Используют несколько типов систем охлаждения:а) система воздушного охлаждения, в которой применяется цикловой воздух компрессора, отбираемый из различных отсеков его проточной части. Если после охлаждения этот воздух выводится в проточную часть ГТ, такую систему называют открытой (рис. 11, а). В закрытых воздушных системах (рис.11, б) охлаждающий воздух возвращается обратно для дожатия в компрессор. Такое решение возможно, если охлаждающий тракт выполнен герметично;Рисунок 11 – Системы охлаждения ГТ ГТУа, б – открытая и закрытая системы воздушного охлаждения; в, г – открытая и закрытая системы парового охлаждения; К – компрессор; ГТ – газовая турбина; КС – камера сгорания; ЭГ – электрогенератор; КУ – котел-утилизатор; ХВО – химводоочистка; Н – питательный насос; Gут – потери воздуха с утечками; Gп – расход пара на охлаждение.б) система парового охлаждение, в которой для охлаждения используют водяной пар, обладающий лучшими теплофизическими свойствами, чем воздух. Его применение связано со значительно меньшими потерями работы сжатия. Такие системы охлаждения могут быть открытыми (рис.11, в) и закрытыми (рис.11, г), где пар после охлаждения вводится в камеру сгорания ГТУ.в) комбинированная система охлаждения, в которой переходная секция, соединяющая КС и вход газов в ГТ, а также первая ступень лопаток охлаждаются паром, отводимым обратно в тепловую схему ПГУ. Остальные элементы проточной части ГТ охлаждаются цикловым воздухом по открытой схеме.Способы охлаждения различных деталей ГТ зависят от их конструкции. Температура нагрева металла в процессе работы не должна превышать 5500С.Организация охлаждения ротора ГТ зависит от размеров установленных дисков. Если размеры полотна дисков относительно невелики, для охлаждения достаточна продувка воздуха через хвостовые крепления рабочих лопаток. Если ротор имеет диски с большим полотном, то устанавливают специальные покрывные диски – дефлекторы, используют струйное охлаждение поверхностей диска. Охлаждение корпуса применяются специальные ребра, устанавливается дополнительная теплоизоляция, предусматриваются отверстия для прохода охлаждающего воздуха, который по трубопроводам подводится к отдельным частям корпуса ГТ.Охлаждение лопаточного аппарата проточной части ГТ. На рисунке 12 показаны профили лопаток ГТ с использованием различных способов их охлаждения.Рисунок 12 – Методы охлаждения лопаток газовых турбин.Существуют следующие способы охлаждения лопаток ГТ. При относительно невысоких начальных температурах газа применяют систему с внутренним конвективным воздушным охлаждением и продольно-петлевым движением воздуха. После перемещения по внутренним каналам лопаток воздух выпускается через их выходные кромки. Это позволяет обеспечить снижение температуры наружной поверхности стенок лопаток на 1500С.Аналогичные результаты могут быть достигнуты при организации отражательного охлаждения стенок лопаток. Конструкция с применением дефлекторов и поперечным течением охлаждающего воздуха позволяет интенсифицировать теплообмен. Воздух подается в хвостовик лопатки с выпуском его через щели в выходной кромке и далее в проточную часть турбины.При более высокой начальной температуре газа на первых ступенях лопаточного аппарата используют заградительное охлаждение, при котором охладитель образует на наружной поверхности лопаток тонкий, относительно холодный защитный слой. Различают два типа заградительного охлаждения: пленочное и пористое (эффузионное). В первом случае охлаждающий воздух проходит в зазоры между дефлекторами и внешней оболочкой, а затем полностью или частично выходит через многочисленные отверстия. На наружной поверхности лопатки образуется пленка, которая защищает эту поверхность от контакта с горячими газами. Пленка довольно быстро разрушается, поэтому надо предусматривать достаточное количество отверстий выпуска воздуха, что снижает конструктивную прочность лопатки. Происходит увеличение потребления охлаждающего воздуха.При организации пористого охлаждения в конструкции лопаток предусматривают пористую профильную оболочку с внутренним несущим стержнем. Охлаждающий воздух поступает в зазоры между несущей конструкцией и пористой оболочкой и выдувается через пористую стенку в пограничный слой, образующийся на наружной поверхности. Все это улучшает эффективность охлаждения, но требует использование более чистого охлаждающего воздуха, т.к. поры могут засорятся частицами пыли и твердыми включениями в продуктах сгорания. Повышение шероховатости поверхности лопаток ухудшает аэродинамические свойства.Применение водяного пара вместо воздуха в качестве охладителя турбинных лопаток повышает глубину их охлаждения, и делает возможным переход на повышенные температуры рабочего тела при умеренных расходах охладителя. Использование пара не связано с затратами энергии на сжатие охлаждающего агента в газовой фазе. Кроме того пар, как охладитель, обладает более благоприятными свойствами по сравнению с воздухом.При одинаковом массовом расходе затраты на подогрев пара будут в 2,5 раза меньше из-за его большей теплоемкости. Это позволит избежать одного из существенных недостатков конвективного воздушного охлаждения, когда из наиболее теплонапряженных участков профиля лопаток (выходной кромке) поступает уже сильно подогретый воздух.Существенный рост эффективности охлаждения с использованием пара в качестве охладителя позволяет на значительной части пера лопаток сохранить конвективный принцип охлаждения или ограничить выдув охладителя локализованными участками профиля. Это приведет к уменьшению газодинамических потерь из-за смешения потоков газа и охлаждающего воздуха.Использования в качестве охладителя лопаток пара позволит увеличить начальную температуру газа за камерой сгорания на 100-2000С при тех же схемах охлаждения и тех же расходах охладителя.Также на первых ступенях турбинных лопаток применяют специальные термозащитные и антикоррозионные покрытия. Обычно они состоят из двух слоев: поддерживающего и термобарьерного (термозащитного) (рис. 13). При этом процесс сохранения температуры металла лопаток на определенном уровне состоит из отдельных этапов, включающих конвективный, отражательный и пленочный способы охлаждения.Рисунок 13 – Охлаждение лопаток ГТ с термозащитным покрытиемА – отражательное охлаждение; Б – конвективное охлаждение; В – теплопередача в теле лопатки; Г – пленочное (заградительное) охлаждение.3 Конструкция газовых турбинКонструкция газовой турбины в значительной степени определяется условиями работы на высокотемпературном газовом потоке, температура которого при прохождении проточной части меняется от 1400...1000 ºС на входе до 650...450 ºС на выходе. В результате необходимо стремиться по возможности исключить контакт элементов конструкции с газами, а те детали, которые непосредственно соприкасаются с рабочим телом, снабдить эффективной системой охлаждения. При запуске и остановке ГТУ в деталях проточной части возникают значительные градиенты температур, поэтому следует избегать массивных элементов конструкции, которые медленно прогреваются и долго остывают. Чтобы скорее снизить температуру газа, и, соответственно, упростить задачу охлаждения, первые ступени турбины часто выполняют активными и высоко форсированными. Основное снижение температуры газа в таких ступенях происходит в сопловом аппарате, охлаждать который несравненно проще. При этом несколько поступаются внутренним КПД ступени, компенсируя потери на последующих реактивных ступенях, уже не требующих охлаждения. Обычно число ступеней современных газовых турбин находится в пределах от трех до шести. Причем существует тенденция — чем выше начальная температура, тем меньше ступеней. Ротор газовой турбины является наиболее нагруженным и наиболее ответственным ее узлом. На рис. 14 показаны возможные варианты конструкции роторов турбин. В газовых турбинах наилучшим образом зарекомендовали себя конструкции роторов, состоящих из отдельных дисков, изготовленных из кованых заготовок и сцепленных между собой с помощью радиальных шлицов, называемых хиртами (по-видимому, от латинского hirtus — пушистый, шероховатый). Хирты обеспечивают передачу крутящего момента от диска к диску, а также их взаимную центровку. Также с помощью хиртового соединения крутящий момент передается от дисков к полувалам с опорными цапфами для подшипников. Конструкцию роторов с хиртовым соединением поясняют рис. 3.9А и 3.9Б. Рисунок 14 - Конструктивные варианты роторов газовых турбин: А — ротор с периферийными стяжными болтами; Б — ротор с центральным стяжным болтом; В — ротор с дисками, насаженными на вал; 1 — гайки стяжного болта, 2 — хирты, 3 — лопатки, 4 — диски, 5 — периферийные стяжные болты, 6 — полувалы, 7 — центральный стяжной болт, 8 — вал, 9 — шпонка, 10 — уплотняющие кольцаДиаметр дисков может достигать 2 м, а ширина их обода 600 мм. Применяют два варианта взаимного стягивания дисков и полувалов: с помощью периферийных стяжных болтов (рис. 14, А), или с помощью центрального стяжного болта (рис. 14, Б). Распространенные в паровых турбинах роторы с дисками, насаженными на центральный вал с передачей крутящего момента от диска к валу через шпонку (рис. 14, В), в газовых турбинах практически не применяются. Чтобы исключить попадание высокотемпературных газов в пространство между дисками, устанавливаются уплотняющие кольца. Если ГТУ имеет общий турбокомпрессорный вал, то ротор компрессора крепится к ротору турбины через хиртовые соединения с центральным или периферийными стяжными болтами. Рабочие лопатки — наиболее напряженная и ответственная деталь газовой турбины. Их изготавливают с предельно допустимой точностью, каждая лопатка проходит индивидуальный контроль, результаты которого заносятся в компьютер. Лопатки газовых турбин соединяются с ротором исключительно с помощью «елочного» замка (рис. 15). Рисунок 15 - Геометрия елочного хвоста рабочей лопатки: шаг зубьев s = 3…4,5 мм; размер h = (0,4…0,5)s; размер h1 ≈ (0,3...