.RU

17 Паровые и газовые турбины Турбомашина (турбина) является двигателем, в котором теплота рабочего тела пара или газа последовательно преобразуется в кин


Лекция 17


17.1. Паровые и газовые турбины


Турбомашина (турбина) является двигателем, в котором теплота рабочего тела — пара или газа — последовательно преобразуется в кинетическую энергию струи, а затем в механическую работу.

В
ытекающим из сопла поток рабочего тела, обладающий значительной кинетической энергией, действует на лопатки с силой, которая зависит от формы их поверхности (рис.). Расчеты показывают, что при прочих равных условиях, например при заданной скорости истечения и расходе рабочего тела, с наибольшей силой поток будет воздействовать на лопатку, форма которой обеспечивает его поворот на 180° (рис. б). Если позволить лопаткам перемещаться под действием струи, то движение газа по схеме (рис.,6) обеспечит при одинаковой во всех схемах скорости и наибольшую мощность, равную произведению действующей на лопатку силы на скорость ее перемещения. Отсюда, в частности, следует, что для получения максимальной работы поток должен не ударяться о поверхность, а обтекать ее плавно, без завихрений. Поэтому в турбинах струя газа, вытекающего из неподвижного сопла, подается на лопатки, изогнутые под некоторым углом к плоскости вращения (рис.,в), причем по конструктивным соображениям этот угол не удается сделать меньше 11—16° (в ряде случаев его принимают равным 20-30°). Рассмотренный принцип действия потока на поверхности различных форм называется активным, в отличие от реактивного, когда сила создается за счет реакции струи, вытекающей из сопла (рис.,г). Реактивная сила, приложенная к цилиндру, направлена согласно третьему закону Ньютона в сторону, противоположную истечению газон. С такой же силой действует струя на поверхность (активный принцип, рис.20.1, а), но при реактивном способе конструкция теплового двигателя получается более рациональной, так как совмещаются сопловой и двигательный аппараты.


^ 17.2. Активные турбины


Т
урбины, в которых весь располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока в соплах, а в каналах между рабочими лопатками расширения не происходит (давление рабочего тела не меняется), называются активными или турбинами равного давления. В простейшей активной турбине рабочее тело поступает в сопло 1 (или группу сопл), разгоняется в нем до высокой скорости и направляется на рабочие лопатки 2 (рис. 20.2). Усилия, вызванные поворотом струи в каналах рабочих лопаток (см. рис. 20.1, в), вращают диск 3 и связанный с ним вал 4. Диск с закрепленными на нем рабочими лопатками и валом называется ротором. Один ряд сопл и один диск с рабочими лопатками составляют ступень. На лопатках рабочего колеса кинетическая энергия потока преобразуется в работу. Движущийся поток действует на рабочие лопатки с силой Р. Проекция этой силы на ось машины Р2 (осевая сила) воспринимается упорными подшипниками, предотвращающими смещение ротора вдоль оси, а проекция на направление окружной скорости Ри (окружная сила) вызывает вращение ротора.

Одноступенчатая активная турбина была построена Лавалем в 1883 г. (рис. 20.3). Пар поступает в одно или несколько сопл 4, приобретает в них значительную скорость и направляется на рабочие лопатки 5. Отработанный пар удаляется через выхлопной патрубок 8. Ротор турбины, состоящий из диска 3, закрепленных на нем лопаток и вала 1 заключен в корпус 6. В месте прохода вала через корпус установлены переднее 2 и заднее 7 лабиринтовые уплотнения, предотвращающие утечки пара. Так как весь располагаемый теплоперепад срабатывается в одной ступени, то скорости потока в соплах оказываются большими. При расширении, например, перегретого пара, имеющего параметры 1 МПа и 500 °С, до давления К) кПа теплоперепад округленно равен 980 кДж/кг, что соответствует скорости потока 1400 м/с. При таких скоростях потока неизбежны большие потери и, самое главное, недопустимые по условиям прочности лопаток окружные скорости в них. Поэтому одноступенчатые турбины Лаваля имеют ограниченную мощность (до 1 МВт) и низкий КПД. Все крупные турбины делают многоступенчатыми.

На рис. 20.4 показана схема активной многоступенчатой турбины, которая включает несколько последовательно расположенных по ходу пара ступеней, сидящих на одном валу. Ступени отделены друг от друга диафрагмами, в которые встроены сопла. В таких турбинах давление падает при проходе пара через сопла и остается постоянным на рабочих лопатках.


^ 17.3. Реактивные турбины


П
ервая модель двигателя, использующего реактивную силу, была построена Героном Александрийским за 120 лет до н. э. (рис.). При истечении пара из сопл здесь возникают реактивные силы, вращающие систему против часовой стрелки. Ступень турбины, по модели Герона, представляла бы собой вращающийся диск с соплами, к которым необходимо организовать непрерывный подвох рабочего тела. Ввиду сложности конструирования таких ступеней, а тем более многоступенчатых турбин, чисто реактивные турбины не создавались. Реактивный принцип нашел широкое применение лишь в реактивных двигателях летательных аппаратов (ракет, самолетов и др.).


^ 17.4. 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.).

Р
абочим 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.

^ 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 %.




256-sistema-upravleniya-dvigatelem-digifant-firmi-2-sistemi-vpriska-benzinovih-dvigatelej-na-segodnyashnij.html
256vzaimodejstvie-gbou-s-drugimi-uchrezhdeniyami-obsheobrazovatelnaya-programma-doshkolnogo-obrazovaniya-gosudarstvennogo.html
257-tankovij-pogrom-1941-goda-tankovij-pogrom-1941-goda.html
258-socializaciya-adaptaciya-i-samoopredelenie-vipusknikov-shkoli-pokazateli-po-postupleniyu-v-vuzi-i-ssuzi-dalnejshemu-trudoustrojstvu.html
259-informaciya-ob-ipotechnom-pokritii-ezhekvartalnij-otchet-po-cennim-bumagam-za-3-kvartal-2008-goda.html
25begstvo-iisusa-hrista-v-egipet-anatolij-timofeevich-fomenko-gleb-vladimirovich-nosovskij.html
  • tasks.bystrickaya.ru/2-lekciya-sabatarini-tairiptari.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-pyataya--rasskazat-ob-etom-cheloveke-hotelos-tak-chtobi.html
  • ucheba.bystrickaya.ru/prinyav-nazvanie-zhivopisca-stranica-2.html
  • tests.bystrickaya.ru/lejtraot-ivanu-s-annoj-i-olegu-s-olgoj-valeriyam-evgeniyam-andreyam.html
  • institute.bystrickaya.ru/fizicheskie-nauki-otchetnij-doklad.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/lekciya-7-g-p-shedrovickij-nachala-sistemno-strukturnogo-issledovaniya-vzaimootnoshenij-v-malih-gruppah.html
  • paragraf.bystrickaya.ru/zadachi-realizuemie-v-programme-proekt-es-deti-i-molodezh-grupp-riska-rf.html
  • writing.bystrickaya.ru/glava-4-povedenie-svobodnozhivushih-domashnih-plotoyadnih-populyacionnaya-struktura-osobennosti-povedeniya-i-morfologii.html
  • textbook.bystrickaya.ru/ilona-egiazarova-orbita-koroleva-sbornik-statej-k-100-letiyu-so-dnya-rozhdeniya-sergeya-pavlovicha-korolyova.html
  • shpargalka.bystrickaya.ru/uchebno-metodicheskie-materiali-uchebno-metodicheskij-kompleks-po-discipline-trudovoe-pravo-dlya-napravleniya-bakalavr.html
  • nauka.bystrickaya.ru/upravlenie-obrazovaniem-administracii-kirovskogo-rajona-g-novosibirska.html
  • student.bystrickaya.ru/26-svedeniya-harakterizuyushie-finansovoe-obespechenie-ispolneniya-funkcij-po-osushestvleniyu-gosudarstvennogo-kontrolya-nadzora.html
  • lesson.bystrickaya.ru/poskolku-naznachenie-kommentariev-menyaetsya-v-shirokih-predelah-v-raznih-chastyah-etoj-knigi-avtorskij-i-redaktorskij-tekst-pomechayutsya-raznimi-sposobami-vosnovni.html
  • tasks.bystrickaya.ru/-utverzhdena-dolgosrochnaya-celevaya-programma-kultura-barnaula-informacionnij-byulleten-mestnogo-samoupravleniya.html
  • doklad.bystrickaya.ru/v-kazani-planiruetsya-masshtabnoe-otklyuchenie-gaza-v-svyazi-s-transportnim-stroitelstvom-interfaks-05042010.html
  • shpora.bystrickaya.ru/zakonomernosti-razvitiya-detej-s-narusheniyami-evs-i-povedeniya.html
  • notebook.bystrickaya.ru/izdatelskij-dom-vahrah-stranica-13.html
  • control.bystrickaya.ru/cel-disciplini-annotaciya-osnovnoj-obrazovatelnoj-programmi.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/razdel-vi-administrativnoe-pravo-i-zakonnost-administrativnoe-pravo-uchebno-metodicheskij-kompleks.html
  • student.bystrickaya.ru/24-voditelstvo-lyudi-pokidayut-otchij-dom-dlya-togo-chtobi-voshititsya-velichiem-nepristupnih-gornih-vershin-moshyu.html
  • write.bystrickaya.ru/gazeta-moskva-n015-3012009-gazprom-peredal-naftogazu-prava-tolko-na-denezhnij-dolg-rue.html
  • knigi.bystrickaya.ru/skazanie-o-tomarise-i-shirake-metodicheskie-razrabotki-po-russkomu-yaziku-dlya-studentov-yuridicheskogo-fakulteta.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/stanovlenie-i-razvitie-menedzhmenta-v-rossii-2.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-4-rossijskoe-zakonodatelstvo-o-merah-borbi-s-korrupciej-rossijskoe-i-zarubezhnoe-zakonodatelstvo.html
  • education.bystrickaya.ru/-formi-gruppovoj-deyatelnosti-metodicheskie-rekomendacii-k-provedeniyu-vospitatelnih-meropriyatij-4-ustnij-zhurnal-4.html
  • student.bystrickaya.ru/21-gorod-volosovo-klimat-umerenno-kontinentalnij-zona-nizkogo-potenciala-zagryazneniya-atmosferi-pza.html
  • studies.bystrickaya.ru/issledovanie-vliyaniya-turizma-na-uroven-razvitiya-obshej-vinoslivosti-detej-srednego-shkolnogo-vozrasta.html
  • uchit.bystrickaya.ru/teoreticheskie-osnovi-potrebitelskogo-prava-rossii-civilisticheskoe-issledovanie.html
  • nauka.bystrickaya.ru/utverzhden-obshim-sobraniem-uchreditelej-protokol-12008-ot-2008-g-predsedatel-sobraniya-uchreditelej.html
  • universitet.bystrickaya.ru/uchebnaya-programma-disciplini-tipologiya-lichnosti-i-lichnostnij-rost-specialnost-040101-65-socialnaya-rabota.html
  • institut.bystrickaya.ru/tvc-postskriptum-01102005-pushkov-aleksej-2100-tv-11-pervij-kanal-novosti-ekonomiki-30-09-2005-evteev-06-38-11.html
  • institute.bystrickaya.ru/fitch-isklyuchilo-rejtingi-binbanka-iz-spiska-rating-watch-pozitivnij-i-prisvoilo-pozitivnij-prognoz-po-rejtingam.html
  • uchit.bystrickaya.ru/statisticheskij-byulleten-stranica-11.html
  • learn.bystrickaya.ru/glava-2-obshaya-harakteristika-pishevareniya-i-pishevih-veshestv-s-s-poltirev-i-t-kurcin-fiziologiya-pishevareniya.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tema-4-soznanie-i-deyatelnost-kurs-lekcij-3-e-izdanie-stereotipnoe-minsk-2006-udk-159-9076-637-01.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.