Исследование влияния начальной температуры воздуха на тепловую экономичность ГТУ

ЗАДАНИЕ НА МАГИСТЕРСКУЮ ДИССЕРТАЦИЮ 2
АННОТАЦИЯ 3
СОДЕРЖАНИЕ 4
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ СОВРЕМЕННЫХ ГТУ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ 7
1.1 Основы газотурбинного цикла 7
1.2 Виды компоновок и особенности конструкций ГТУ 8
1.3 Конструктивные особенности газовых турбин ГТУ 20
1.4 Конструктивные особенности компрессоров ГТУ 26
1.5 Конструктивные особенности камер сгорания ГТУ 30
1.6 Вспомогательные системы и механизмы ГТУ 33
1.7 Выводы 35
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАЧАЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА НА ТЕПЛОВУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ГТУ 37
2.1 Тепловой расчет ГТУ 37
2.1.1 Исходные данные 37
2.1.2 Расчёт процесса сжатия в компрессоре 37
2.1.2 Расчет камеры сгорания 40
2.1.3 Расчет процесса расширения газа в турбине 41
2.1.4 Расчет показателей тепловой экономичности ГТУ 43
2.2 Исследование влияния начальной температуры воздуха на тепловую экономичность ГТУ 44
2.3 Выводы по результатам исследования 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 49
ПРИЛОЖЕНИЕ 52

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность: В последние годы газотурбинные установки (ГТУ) стали широко применяться в различных отраслях промышленности. Они могут работать на разных видах органического топлива, что делает их пригодными для использования на тепловых электрических станциях, компрессорных станциях и других объектах [1].
ГТУ также используются в транспортном секторе, например, на морских судах и железнодорожном транспорте. На компрессорных станциях магистральных газопроводов газотурбинные установки являются основными двигателями для привода газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Их доля по суммарной мощности достигает 80% от общей установленной мощности приводов на газокомпрессорных станциях.
Перспективы использования ГТУ на компрессорных станциях связаны с их высокой энергоёмкостью, автономностью и большим моторесурсом. Компактность установок позволяет производить их в блочно-модульном исполнении, облегчая монтаж и техническое обслуживание.
Для покрытия пиковых нагрузок и обеспечения резервного питания широко применяются ГТУ, созданные на базе авиационных турбореактивных двигателей (ТРД). Особенность ТРД заключается в том, что турбина не вырабатывает полезной мощности и служит только для привода компрессора. Это приводит к тому, что давление за турбиной значительно превышает атмосферное, а избыточная энергия преобразуется в реактивном сопле в кинетическую энергию.

Весь текст будет доступен после покупки

. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ СОВРЕМЕННЫХ ГТУ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ

1.1 Основы газотурбинного цикла
Основные принципы работы всех без исключения газотурбинных установок описываются термодинамическим циклом Брайтона. Первоначально этот цикл был предложен Дж. Брайтоном в 1870 г. для поршневого двигателя. В настоящее время он используется в газотурбинных установках со сгоранием при постоянном давлении [2]. Схема установки, в которой реализован модельный цикл Брайтона, изображена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Схема установки для реализации модельного цикла Брайтона

Для удобства анализа следует полагать, что воздух не выбрасывается в атмосферу на выходе из турбины, а попадает в теплообменник. Это идеализация, которая позволяет рассматривать открытый цикл как замкнутый.
При одной и той же степени повышения давления работа сжатия газа в компрессоре гораздо больше работы сжатия жидкости насосом. Поэтому типичное отношение мощности компрессора к мощности турбины составляет 40 – 80 %, тогда как в паросиловых установках отношение мощностей насоса и турбины обычно не превышает 1 – 2 % [2].
Если известны значения температур рабочего тела в характерных точках цикла 1, 2, 3 и 4, значения энтальпии рабочего тела в этих точках можно рассчитать или найти в справочнике.
В идеализированном цикле Брайтона в качестве рабочего тела рассматривается идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Предполагается, что все процессы протекают обратимо и тепловые потери отсутствуют, процессы в турбине и компрессоре являются изоэнтропными (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 Диаграммы идеализированного цикла Брайтона

1.2 Виды компоновок и особенности конструкций ГТУ
В технике, особенно в такой сложной, как турбиностроение, не бывает абсолютно совершенных технических решений. Любое решение является компромиссом между множеством противоречивых факторов. Сюда относятся технологические возможности предприятия, квалификация и опыт производственного персонала, доступность экспериментальной базы, накопленный позитивный и негативный опыт и многое другое. В результате принимаемые технические решения в большей степени зависят от инженерного искусства, а не только от научных посылок. Действительно, какой смысл будет в термодинамически выгодной тепловой схеме и аэродинамически совершенной проточной части, если через 100 часов после начала эксплуатации из-за коробления статора или коррозионных отложений КПД турбины снизится на 4 - 5 %, и начальную температуру газа придется тоже снизить из-за большой неравномерности поля температур перед турбиной. В конкретных технических решениях отдельных производителей сокрыт их многолетний опыт. Осознать смысл этих решений можно только, проследив последовательное развитие конструкции деталей, узлов и машины в целом [3-6].
Первые отечественные стационарные ГТУ в значительной степени создавались на базе опыта проектирования паровых турбин. Рабочие процессы, происходящие в проточной части паровых и газовых турбин, практически идентичны, поэтому теория и методы их расчетов в известной степени совпадают. Основное отличие, накладывающее отпечаток на метод теплового расчета, связано с тем, что для газовых турбин в значительном диапазоне изменения режимных параметров при проведении инженерных расчетов допустимо считать, что рабочее тело подчиняется законам идеального газа, а для водяного пара подобное допущение становится справедливым только при значительном перегреве пара. Кроме того, паровые турбины работают также и на влажном паре (в диапазоне влажности 0 - 12 %), что требует учета при тепловом и аэродинамическом расчетах [7].
Однако режимные параметры паровых и газовых турбин и способы их регулирования имеют ряд отличий принципиального характера. В результате подходы к их проектированию отличаются весьма значительно. К основным отличиям ГТУ и ПТУ, влияющим на конструкторские решения можно отнести:
1. Диапазон режимных параметров у ПТУ значительно шире, чем у ГТУ. В паросиловой установке пар начинает расширяться от давления 20 - 30 МПа и продолжает расширение до глубокого вакуума (0,004 МПа). В современных ГТУ давление перед турбиной в десять раз меньше (2 - 3 МПа) и расширение газа происходит только до атмосферного давления. В результате располагаемый теплоперепад на турбину у ГТУ существенно меньше, поэтому необходимое число ступеней в ГТУ значительно меньше, чем в ПТУ, и редко оказывается больше пяти-шести [7-10].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Кириллов И. И. Газовые турбины и газотурбинные установки т.т. 1, 2 М.: Машгиз, 1956. т.1. – 434 с., т.2. – 318 с.
2. Зысин Л. В. Термодинамические параметры, процессы и циклы: учеб. пособие; Сб. задач с решениями. Ч. 1/ Зысин Л. В., Ерченко Г. Н., Гусев А. И. - СПб.: Из-во Санкт-Петербургск. ин-та машиностроения. – 1997. – 84 с.
3. Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / С. В. Цанев, В. Д. Буров, А. Н. Ремезов. – М. : Изд-во МЭИ, 2002. – 584 с.
4. Турбины тепловых и атомных электрических станций: Учеб. для вузов / Под ред. А.Г. Костюка и В.В. Фролова МЭИ. - М.: 2001.-488 с.
5. Паровые и газовые турбины: : Учеб. для вузов / Под ред. А.Г. Костюка и В.В. Фролова .- М.: Энергоатомиздат, 1985.- 352 с.
6. Шляхин П.Н. Паровые и газовые турбины. –М.;Л.: Энергия, 1966. -264 с.
7. Зысин Л. В. Парогазовые и газотурбинные тепловые электростанции: учеб. пособие. – СПб. : Изд.-во Политехн. ун-та, 2010. – 368 с.
8. Зысин В. А. Комбинированные и парогазовые установки и циклы. - М., Л.: ГЭИ, 1964. – 186 с.
9. Трухний А.Д., Ломакин Б.В. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки. МЭИ. М.: 2002.-540 с.
10. Фаворский О.Н., Полищук В.Л. Выбор тепловой схемы и профиля отечественной мощной энергетической ГТУ нового поколения и ПГУ на её основе Теплоэнергетика. 2010. №2. С. 2–7.
11. Жирицкий Г. С. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов: учебное пособие для втузов/ Г. С. Жирицкий [и др.] – 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1971. –620 с.

Весь текст будет доступен после покупки