Что является рабочим телом в газовых турбинах

Газотурбинные установки (ГТУ) – тепловые машины, в которых тепловая энергия газообразного рабочего тела преобразуется в механическую энергию. Сама газовая турбина, камера сгорания, и компрессор являются основными компонентами. Существует комплекс вспомогательных систем, объединенных между собой, который служит непосредственно для обеспечения работ и управления в установке. Газотурбинный агрегат называется ГТУ в совокупности с электрическим генератором. Для того чтобы выработать мощность в двадцать киловатт до десятка мегаватт, всего потребуется одна наша установка. Такие установки можно назвать классическими.

Описание и устройство ГТУ

Из истории создания

Первый патент на устройство получил англичанин Джон Барбер в 1791 году., но так и не получил широкого применения в массовом производстве. Идея использовать энергию горячего газового потока и была в основе его устройства. Устройство Барбера состояло из воздушного и газового компрессоров, из камеры сгорания и турбинного колеса, то есть все те же составляющие, что и в современных ГТУ.

Многие ученые и изобретатели во всем мире и в 19 и 20 веках пытались найти практическое применение установки, но все безуспешно. Развитие науки и техники в те года желало быть лучше. Опытные образцы могли выдавать только 14 процентов полезной мощности. Конструктивная сложность и эксплуатационная надежность были очень низки.

В 1939 году впервые использовали газотурбинную установку на электростанции в Швейцарии. Электростанция с простейшим турбогенератором мощность которого была 5000кВт. В 50-ых годах этот проект был усовершенствован, что позволило увеличить мощность до 25 МВт и соответственно поднять КПД. Сейчас же производство газотурбинных установок во всех развитых странах находится на едином уровне. Только в Советском союзе и России суммарная мощность выпущенных ГТУ может исчисляться уже миллионами кВт.

Принцип работы газотурбинных установок

Воздух из атмосферы начинает поступать в компрессор, далее он сжимается под воздействием высокого давления и отправляется в камеру сгорания, в сжатом состоянии через воздухонагреватель и воздухораспределительный клапан. Одновременно с воздухом в камеру сжигания происходит попадание газа через форсунки, который и сжигается в воздушном потоке. По мере сгорания газа и воздуха, что образует поток раскаленных газов, этот поток и начинает действовать с огромной скоростью на лопасти газовой турбины, и они начинают вращаться. Тепловая энергия преобразовывается в механическую энергию, которая и приводит к вращению вала турбины. Вал турбины воздействует на компрессор и электрогенератор, они начинают свою работу. И уже с клемм генератора электроэнергия отправляется в потребительскую сеть через трансформатор.

Через генератор горячие газы поступают в водогрейный котел, дальше проходят в дымовую трубу через утилизатор. Циркуляция воды организованна между ЦТП (центральным тепловым пунктом) и водогрейным котлом с помощью сетевых насосов. Горячая вода поступает в ЦТП, а далее уже непосредственно потребителю.

Весь термодинамический цикл ГТУ состоит:

Когенерация

Производство электричества с одновременной выработкой сопутствующей тепловой энергии называется когенерацией. Эта технология значительно повышает экономическую эффективность в использовании топлива. Наша газотурбинная установка может быть дополнительно оснащена водогрейными или паровыми котлами, это хорошая возможность получить дополнительно пар или же горячую воду.

Когенерация достигает максимальный экономический эффект, когда оптимально использованы два вида энергии. При этом коэффициент использования топлива равен 90 процентов.

Четыре ключевые части системы когенерации, она состоит из:

Управление

Существует два основных режима эксплуатации газотурбинных установок

Достоинства и недостатки

Достоинства газовых турбин:

Экология

Безусловно огромный плюс в практическом применении наших установок, это минимальное количество вредных примесей в выбросах., что позволяет строить ГТУ вблизи места проживания населения.

Не нужно строить дымовые трубы и тратиться на приобретение катализаторов.

Стоимость газотурбинных установок высока, о если поближе познакомиться с этими установками, их техническими характеристиками, стоит задуматься на нашим выгодным предложением.

На старте энергетических проектов высокие капиталовложения полностью компенсируются при последующей эксплуатации незначительными расходами. Значительное уменьшение платежей по экологии, уменьшены платежи за электроэнергию и тепловую энергию.

Ежегодно у нас приобретают и устанавливают сотни новых газотурбинных установок.

Получите информацию по стоимости микрогазовой турбины МГТУ мощностью 60-200 кВт, связавшись с нашим отделом продаж по телефону +7 (351) 737-01-53

Источник

Принцип работы гту

Общее устройство и принцип действия ГТУ

Газотурбинные установки (ГТУ) – тепловые машины, в которых тепловая энергия газообразного рабочего тела преобразуется в механическую энергию.

Основными компонентами являются: компрессор, камера сгорания и газовая турбина.

Для обеспечения работы и управления в установке присутствует комплекс объединенных между собой вспомогательных систем. ГТУ в совокупности с электрическим генератором называют газотурбинным агрегатом.

Вырабатываемая мощность одного устройства составляет от двадцати киловатт до десятков мегаватт.

Это классические газотурбинные установки. Производство электроэнергии на электростанции осуществляется при помощи одной или нескольких ГТУ.

Устройство и описание

Газотурбинные установки состоят из двух основных частей, расположенных в одном корпусе, – газогенератора и силовой турбины.

В газогенераторе, включающем в себя камеру сгорания и турбокомпрессор, создается поток газа высокой температуры, воздействующего на лопатки силовой турбины.

При помощи теплообменника производится утилизация выхлопных газов и одновременное производство тепла через водогрейный или паровой котел.

Работа газотурбинных установок предусматривает использование двух видов топлива – газообразного и жидкого.

В обычном режиме ГТУ работает на газе.

В аварийном или резервном при прекращении подачи газа осуществляется автоматический переход на жидкое (дизельное) топливо.

В оптимальном режиме газотурбинные установки комбинированно производят электрическую и тепловую энергию. Турбоагрегаты используются на электростанциях как для работы в базовом режиме, так и для компенсирования пиковых нагрузок.

Принцип работы ГТУ

Атмосферный воздух поступает в компрессор, сжимается и под высоким давлением через воздухоподогреватель и воздухораспределительный клапан направляется в камеру сгорания.

Одновременно через форсунки в камеру сгорания подается газ, который сжигается в воздушном потоке.

Сгорание газовоздушной смеси образует поток раскаленных газов, который с высокой скоростью воздействует на лопасти газовой турбины, заставляя их вращаться.

Тепловая энергия потока горячего газа преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины, который приводит в действие компрессор и электрогенератор.

Электроэнергия с клемм генератора через трансформатор направляется в потребительскую электросеть.

Горячие газы через регенератор поступают в водогрейный котел и далее через утилизатор в дымовую трубу.

Между водогрейным котлом и центральным тепловым пунктом (ЦТП) при помощи сетевых насосов организована циркуляция воды.

Нагретая в котле жидкость поступает в ЦТП, к которому осуществляется подключение потребителей.

Термодинамический цикл газотурбинной установки состоит из адиабатного сжатия воздуха в компрессоре, изобарного подвода теплоты в камере сгорания, адиабатного расширения рабочего тела в газовой турбине, изобарного отвода теплоты.

Управление

Выделяют два основных режима работы, при которых эксплуатируются газотурбинные установки:

Применение в энергетике

В стационарной энергетике применяются ГТУ разного назначения.

В качестве основных приводных двигателей электрогенераторов на тепловых электростанциях газотурбинные установки используются в основном в районах с достаточным количеством природного газа.

Благодаря возможности быстрого пуска ГТУ широко применяются для покрытия пиковых нагрузок в энергосистемах в периоды максимального потребления энергии.

Резервные газотурбинные агрегаты обеспечивают внутренние нужды ТЭС во время остановки основного оборудования.

Достоинства и недостатки

К преимуществам газовых турбин относятся:

Энергетические газотурбинные установки. Циклы газотурбинных установок

Газотурбинные установки (ГТУ) представляют собой единый, относительно компактный энергетический комплекс, в котором спаренно работают силовая турбина и генератор. Система получила широкое распространение в так называемой малой энергетике. Отлично подходит для электро- и теплоснабжения крупных предприятий, отдаленных населенных пунктов и прочих потребителей. Как правило, ГТУ работают на жидком топливе либо газе.

Устройство газотурбинной установки

Установка включает три базовых узла: газовую турбину, камеру сгорания и воздушный компрессор.

Все агрегаты размещаются в сборном едином корпусе. Роторы компрессора и турбины соединяются друг с другом жестко, опираясь на подшипники.

Вокруг компрессора размещаются камеры сгорания, каждая в отдельном корпусе.

Для поступления в компрессор воздуха служит входной патрубок, из газовой турбины воздух уходит через выхлопной патрубок.

Базируется корпус ГТУ на мощных опорах, размещенных симметрично на единой раме.

Принцип работы

В ГТУ используется принцип непрерывного горения, или открытого цикла:

Установки прерывистого горения

В установках прерывистого горения применяются два клапана вместо одного.

Используемое топливо

Подавляющее большинство ГТУ рассчитаны на работу на природном газе.

Иногда жидкое топливо используется в системах малой мощности.

Новым трендом становится переход компактных газотурбинных систем на применение твердых горючих материалов (уголь, торф и древесина).

Источник

Что является рабочим телом в газовых турбинах

Газовая турбина, как тепловой двигатель, объединяет харак­терные особенности паровой турбины и двигателя внутреннего сго­рания, в котором энергия топлива при его горении превращается непосредственно в механическую работу. Рабочим телом газовых турбин, работающих по открытому циклу, являются продукты сгорания топлива, а рабочим телом газовых турбин, работающих по закрытому циклу,— чистый воздух или газ, непрерывно цирку­лирующий в системе. На судах применяют газотурбинные уста­новки (ГТУ), работающие по открытому циклу, со сгоранием топ­лива при постоянном давлении (р = const) и ГТУ, работающие по закрытому циклу.

В настоящее время судовые ГТУ выполняют двух типов: 1) турбокомпрессорные и 2) со свободно-поршневыми генераторами газа (СПГГ).

Схема простейшей турбокомирессорной газотурбинной уста­новки, работающей при постоянном давлении сгорания топлива представлена на рис. 101. Компрессор 9 засасывает чистый атмо­сферный воздух, сжимает его до высокого давления и подает по воздухопроводу 3 в камеру сгорания 2, куда одновременно через форсунку 1 поступает топливо. Топливо, смешиваясь с воздухом, образует рабочую смесь, которая сгорает при р = const. Образо­вавшиеся продукты сгорания охлаждаются воздухом и направля­ются в проточную часть турбины. В неподвижных лопатках 4 про­дукты сгорания расширяются и с большой скоростью поступают на рабочие лопатки 5, где происходит преобразование кинетиче­ской энергии газового потока в механическую работу вращения вала. По патрубку 6 отработавшие газы уходят из турбины. Газо­вая турбина приводит во вращение компрессор 9 и через редук­тор 7 гребной винт 8. Для запуска установки используется пуско­вой двигатель 10, который раскручивает компрессор до минималь­ной частоты вращения.

Для повышения экономичности работы ГТУ применяют реге­неративный подогрев воздуха, поступающего в камеру сгорания, либо ступенчатое сгорание топлива в нескольких последователь­ных камерах сгорания, которые обслуживают отдельные турбины. Из-за конструктивной сложности ступенчатое сгорание применяют редко. С целью повышения эффективного к. п. д. установки наряду с регенерацией используют двухступенчатое сжатие воздуха, при этом между компрессорами включают промежуточный охладитель воздуха, что сокращает потребную мощность компрессора высо­кого давления.

В ГТУ закрытого цикла отработавшее рабочее тело не посту­пает в атмосферу, а после предварительного охлаждения вновь направляется в компрессор. Следовательно, в цикле циркулирует рабочее тело, не загрязненное продуктами сгорания. Это улуч­шает условия работы проточных частей турбин в результате чего повышается надежность работы установки и увеличивается ее мо­торесурс. Продукты сгорания не смешиваются с рабочим телом и поэтому для сжигания пригодно топливо любого вида.

Особый интерес представляют ГТУ закрытого цикла с ядерным реактором. В этих установках в качестве рабочего тела газовых турбин (теплоносителя) применяют гелий, азот, углекислый газ. Эти газы не активируются в ядерном реакторе. Нагретый в реакторе до высокой температуры газ непосредственно направляется на работу в газовую турбину.

Основными достоинствами газовых турбин по сравнению с па­ровыми являются: малые вес и габариты, так как отсутствуют ко­тельная и конденсационная установка со вспомогательными меха­низмами и устройствами; быстрый пуск в ход и развитие полной мощности в течение 10—15 мин\ весьма малый расход охлаждаю­щей воды; простота обслуживания.

Основные преимущества газовых турбин по сравнению с дви­гателями внутреннего сгорания являются: отсутствие кривошипно-шатунного механизма и связанных с ним инерционных сил; малые вес и габариты при больших мощностях (ГТУ по весу легче в 2— 2,5 раза и по длине короче в 1,5—2 раза, чем дизели); возмож­ность работы на низкосортном топливе; меньшие эксплуатацион­ные расходы. Недостатки газовых турбин следующие: небольшой срок службы при высоких температурах газа (так,, при темпера­туре газа 1173° К срок службы 500—1000 ч); меньшая, чем у ди­зелей, экономичность; значительная шумность при работе.

В настоящее время газовые турбины применяют в качестве главных двигателей морских транспортных судов. В отдельных случаях газовые турбины малой мощности применяют в качестве привода насосов, аварийных электрогенераторов, вспомогатель­ных наддувочных компрессоров и др. Особый интерес представ­ляют газовые турбины как главные двигатели для судов с подвод­ными крыльями и судов на воздушной подушке.

Источник

Газотурбинная установка (ГТУ)

Газотурбинная установка (ГТУ) — энергетическая установка

Оборудование ГТУ включает следующие части:

Выходящие из турбины отработанные газы в зависимости от потребностей заказчика используются для производства горячей воды или пара.

Силовая турбина и генератор размещаются в одном корпусе.

Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент).

Использование тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

Электрическая мощность газотурбинных энергоустановок колеблется от десятков кВт до десятков МВт.

Оптимальным режимом работы ГТУ является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии (когенерация).

Наибольший КПД достигается при работе в режиме когенерации или тригенерации (одновременная выработка тепловой, электрической энергии и энергии холода).

Электрический КПД современных ГТУ составляет 33-39%.

С учетом высокой температуры выхлопных газов в мощных ГТУ, комбинированное использование газовых и паровых турбин позволяет повысить эффективность использования топлива и увеличивает электрический КПД установок до 57-59%.

ГТУ в энергетике работают как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

В настоящее время ГТУ начали широко применяться в малой энергетике.

ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения.

Области применения газотурбинных установок практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования.

Блочно-модульное исполнение ГТУ обеспечивает высокий уровень заводской готовности газотурбинных электростанций (ГТЭС).

Степень автоматизации ГТУ позволяет отказаться от постоянного присутствия обслуживающего персонала в блоке управления.

Контроль работы станции может осуществляться с главного щита управления, дистанционно.

Возможность получения недорогой тепловой и электрической энергии предполагает быструю окупаемость поставленной ГТУ.

В ГТУ может использоваться газообразное и жидкое топливо:

Источник

Конструкция газовых турбин

Газотурбинные установки (ГТУ) востребованы в промышленности, транспортной сфере, широко используются в энергетической отрасли. Это не очень сложное по конструкции оборудование, которые имеет высокий КПД и экономично в использовании.

Проще всего рассмотреть конструкцию и принцип работы газовой турбины на установке турбокомпрессорного типа, которая работает при постоянном давлении.

Конструкция газовой турбины

Газовая турбина состоит из компрессора, воздухопровода, камеры сгорания, форсунки, проточной части, неподвижных и рабочих лопаток, патрубка для отработанных газов, редуктора, гребного винта и пускового двигателя.

За запуск турбины отвечает пусковой двигатель. Он приводит в движение компрессор, который раскручивается до нужной частоты вращения. Затем:

Сэкономить на топливе можно, используя принцип регенерации тепла. В этом случае воздух, поступающий в турбину, согревается за счет отработанных газов. В результате установка расходует меньше топлива и происходит больше кинетической энергии. Регенератор, где подогревается воздух, одновременно служит для охлаждения отработанных газов.

Особенности ГТУ закрытого типа

Газовая турбина открытого типа забирает воздух из атмосферы и выводит отработанный газ наружу. Это не очень эффективно и опасно, если установка стоит в закрытом помещении, где работают люди. В этом случае используют ГТУ закрытого типа. Такие турбины не выпускают отработанные рабочее тело в атмосферу, а направляют его в компрессор. Оно не перемешивается с продуктами сгорания. Как результат, рабочая среда, циркулирующая в турбине, остается чистой, что увеличивает ресурс установки и сокращает количество поломок.

Однако закрытые турбины имеют слишком большие габариты. Газы, которые не выходят наружу, должны быть достаточно эффективно охлаждены. Это возможно только в больших теплообменниках. Поэтому установки используют на крупных судах, где достаточно места.

ГТУ и их отличия от паровых турбин и ДВС

Газовые турбины отличаются от ДВС более простой конструкцией и легкостью ремонта. Важно и то, что в них не предусмотрен кривошипно-шатунный механизм, который делает ДВС громоздким и тяжелым. Турбина легче и меньше двигателя аналогичной мощности приблизительно в два раза. Кроме того, она может работать на топливе низкого сорта.

От паровых газовые турбины отличаются небольшими габаритами и простым запуском. Обслуживать их легче, чем установки, работающие на пару.

Имеют турбины и недостатки: они не настолько экономичны по сравнению с ДВС, сильнее шумят, быстрее приходят в негодность. Впрочем, это не мешает использовать ГТУ в транспорте, промышленности и даже быту. Турбины устанавливают на морских и речных судах, используют в электростанциях, насосном оборудовании и многих других сферах. Они удобны и мобильны, поэтому применяются достаточно часто.

Поделитесь ссылкой со своими друзьями:

Источник