Термодинамика

Газотурбинные установки (ГТУ)

Рабочий процесс ГТУ. В современных ГТУ используется цикл со сгоранием при p = const .

В состав ГТУ обычно входят камера сгорания, газовая турбина, воздушный компрессор, теплообменные аппараты различного назначения (воздухоохладители, маслоохладители системы смазки, регенеративные теплообменники) и вспомогательные устройства (маслонасосы, элементы водоснабжения и др.). Изотермический процесс Первый закон термодинамики для изотермического процесса выражается соотношением Q = A.


Рабочим телом ГТУ служат продукты сгорания топлива, в качестве которого используется природный газ, хорошо очищенные искусственные газы (доменный, коксовый, генераторный) и специальное газотурбинное жидкое топливо (прошедшее обработку дизельное моторное и соляровое масло). Подготовка рабочей смеси производится в камере сгорания. Огневой объем камеры (рис. 20.9) разделяется на зону горения, где происходит сгорание  топлива при температуре порядка 2000°С, и зону смешения, где к продуктам сгорания подмешивают воздух для снижения их температуры до 750—1090 °С в стационарных турбинах и до 1400°С - в авиационных турбинах. В связи с высокой температурой продуктов сгорания детали проточной части турбин (сопла, рабочие лопатки, диски, валы) изготавливают из легированных высококачественных сталей. Для надежной работы у большинства турбин  предусмотрено интенсивное охлаждение наиболее нагруженных деталей корпуса и ротора. В реальных условиях все процессы в ГТУ являются неравновесными, что связано с потерями работы в турбине и компрессоре, а также с аэродинамическими сопротивлениями в тракте ГТУ. Задача Частица совершает гармонические колебания по оси X. В некоторый момент времени смещение частицы от положения равновесия x1 = 0,3 м, ее скорость V1= – 4 м/c и ускорение A1= – 30 м/с2. Определите амплитуду и частоту колебаний частицы.

Двигатели внутреннего сгорания. Основные характеристики. Тепловые двигатели предназначены для преобразования теплоты в работу.

Принцип действия бензинового двигателя. Рассмотрим, как бензиновый двигатель преобразует энергию сгорания топлива в мощность.

Решение. Уравнение движения частицы x = A×cos(wt + j0). В некоторый момент времени t1 cмещение  частицы от положения равновесия x1 = A×cos(wt1 + j0), ее скорость V1 = – Aw×sin(wt1 + j0),  а ускорение A1 = – Aw2cos(wt1 + j0).  Поскольку при гармонических колебаниях A1 = – w2x1,  имеем w = . Суммируя функции cos2(wt1 + j0) + sin2(wt1 + j0)  = (x1/А)2 + (V1/Аw)2 = (1/А)2(x12 - x1×V12/A1) = 1, получаем А = x1 .

Применение ГТУ. В последние годы ГТУ широко используются в различных областях: на транспорте, в энергетике, для привода стационарных установок и др.

Энергетические ГТУ Газовая турбина меньше и легче паровой, поэтому при пуске она ирогревае ся до рабочих температур значительно быстрее. Камера сгорания выводится на режим практически мгновенно, в о личие от парового котла, который требует медленного длительного (многие чась и даже десятки часов) прогрева во и:бежа- ние аварии из-за неравномерных тепловых удлинений, особенно массового барабана диаметром до 1,5 м, дли юй до 15 м, с толщиной стенки выше. 100 мм. Поэтому ГТУ применяют прежде всего для покрытия пиковых нагрузок и в качестве аварийного резерва для собственных нужд крупных энергосистем, когда надо очень быстро включить агрегат в работу. Меньший КПД ГТУ по сравнению с ПСУ в этом случае роли не играет, так как установки работают в течение небольших отрезков времен л. Для таких ГТУ характерны частые пуски (до 1000 в год) при относительно малом  числе часов использования (от 100 до 1500 ч/год).

Приводные ГТУ широко  используются для привода центробежных нагнетателей природного газа на компрессорных станциях магистральных трубопроводов, а также насосов для транспортировки нефти и нефтепродуктов и воздуходувок в парогазовых установках. Полезная мощность таких ГТУ составляет от 2 до 30 МВт.

Транспортные ГТУ широко применяются в качестве главных и форсажных двигателей самолетов (турбореактивных и турбовинтовых) и судов  морского флота. Это связано с возможностью получения рекордных показателей по удельной мощности и габаритным размерам по сравнению с другими типами двигателей, несмотря на несколько завышенные расходы топлива. Газовые турбины весьма перспективны как двигатели локомотивов, где их незначительные габариты и отсутствие потребности в воде являются особенно ценными.

Транспортные ГТУ работают в широком диапазоне нагрузок и пригодны для кратковременных форсировок. Единичная мощность ГТУ пока не превышает 100 МВт, а КПД установки 27—37 %. С повышение начальной тем- 176 пературы газов до 1200 °С мощность ГТУ будет доведена до 200 МВт и КПД установки до 38 40 %.


На главную