Газотурбінний двигун докладно. Загальні відомості про газотурбінні двигуни Газотурбінний двигун склад
Повітряно-реактивні двигуни за способом попереднього стиснення повітря перед надходженням до камери згоряння поділяються на компресорні та безкомпресорні. У безкомпресорних повітряно-реактивних двигунах використовується швидкісний тиск повітряного потоку. У компресорних двигунах повітря стискується компресором. Компресорним повітряно-реактивним двигуном є турбореактивний двигун (ТРД). До групи, що отримала назву змішаних або комбінованих двигунів, входять турбогвинтові двигуни (ТВД) та двоконтурні турбореактивні двигуни (ДТРД). Однак конструкція і принцип роботи цих двигунів багато в чому схожі на турбореактивні двигуни. Часто всі типи зазначених двигунів поєднують під загальною назвою газотурбінних двигунів (ВМД). Як паливо в газотурбінних двигунах використовується гас.
Турбореактивні двигуни
Конструктивні схеми.Турбореактивний двигун (рис. 100) складається з вхідного пристрою, компресора, камери згоряння, газової турбіни та вихідного пристрою.
Вхідний пристрій призначений для підведення повітря до компресора двигуна. Залежно від розташування двигуна на літаку, воно може входити в конструкцію літака або в конструкцію двигуна. Вхідний пристрій сприяє підвищенню тиску повітря перед компресором.
Подальше підвищення тиску повітря відбувається у компресорі. У турбореактивних двигунах застосовуються відцентрові компресори (рис. 101) і осьові (див. рис. 100).
В осьовому компресорі при обертанні ротора робочі лопатки, впливаючи на повітря, закручують його і змушують рухатися вздовж осі у бік виходу з компресора.
У відцентровому компресорі при обертанні робочого колеса повітря захоплюється лопатками і під дією відцентрових сил рухається до периферії. Найбільш широке застосування у сучасній авіації знайшли двигуни з осьовим компресором.
Осьовий компресор включає ротор (що обертається частина) і статор (нерухома частина), до якого кріпиться вхідний пристрій. Іноді у вхідних пристроях встановлюються захисні сітки, що запобігають потраплянню в компресор сторонніх предметів, які можуть призвести до пошкодження лопаток.
Ротор компресора складається з кількох рядів профільованих робочих лопаток, розташованих по колу і послідовно чергуються вздовж осі обертання. Ротори поділяють на барабанні (рис. 102 а), дискові (рис. 102 б) і барабаннодискові (рис. 102 в).
Статор компресора складається з кільцевого набору профільованих лопаток, закріплених у корпусі. Ряд нерухомих лопаток, званих спрямляющим апаратом, разом із низкою робочих лопаток називається щаблем компресора.
У сучасних авіаційних турбореактивних двигунах застосовуються багатоступінчасті компресори, що збільшують ефективність процесу стиснення повітря. Щаблі компресора узгоджуються між собою таким чином, щоб повітря на виході з одного ступеня плавно обтікало лопатки наступного ступеня.
Потрібний напрямок повітря в наступний щабель забезпечує спрямовуючий апарат. Для цієї ж мети служить і напрямний апарат, що встановлюється перед компресором. У деяких конструкціях двигунів напрямний апарат може бути відсутнім.
Одним із основних елементів турбореактивного двигуна є камера згоряння, розташована за компресором. У конструктивному відношенні камери згоряння виконуються трубчастими (рис. 103), кільцевими (рис. 104), трубчасто-кільцевими (рис. 105).
Трубчаста (індивідуальна) камера згоряння складається із жарової труби та зовнішнього кожуха, з'єднаних між собою склянками підвіски. У передній частині камери згоряння встановлюються паливні форсункита завихрювач, що служить для стабілізації полум'я. На жарової трубі є отвори для підведення повітря, що запобігає перегріву жарової труби. Підпалювання паливо-повітряної суміші в жарових трубах здійснюється спеціальними запальними пристроями, які встановлюються на окремих камерах. Між собою жарові труби з'єднуються патрубками, які забезпечують підпалювання суміші у всіх камерах.
Кільцева камера згоряння виконується у формі кільцевої порожнини, утвореної зовнішнім та внутрішнім кожухами камери. У передній частині кільцевого каналу встановлюється кільцева жарова труба, а в носовій частині жарової труби - завихрювачі та форсунки.
Трубчасто-кільцева камера згоряння складається із зовнішнього та внутрішнього кожухів, що утворюють кільцевий простір, усередині якого розміщуються індивідуальні жарові труби.
Для приводу компресора ТРД є газова турбіна. У сучасних двигунах газові турбіни виконуються осьовими. Газові турбіни можуть бути одноступінчастими та багатоступінчастими (до шести ступенів). До основних вузлів турбіни відносяться соплові (напрямні) апарати та робочі колеса, що складаються з дисків і розташованих на їх ободах робочих лопаток. Робочі колеса кріпляться до валу турбіни і утворюють разом із ним ротор (рис. 106). Соплові апарати розміщуються перед робочими лопатками кожного диска. Сукупність нерухомого соплового апарату та диска з робочими лопатками називається ступенем турбіни. Робочі лопатки кріпляться до диску турбіни за допомогою ялинкового замку (рис. 107).
Випускний пристрій (рис. 108) складається з випускної труби, внутрішнього конуса, стійки та реактивного сопла. У деяких випадках з умов компонування двигуна на літаку між випускною трубою та реактивним соплом встановлюється подовжувальна труба. Реактивні сопла можуть бути з регульованим та нерегульованим вихідним перерізом.
Принцип роботи.На відміну від поршневого двигуна, робочий процес у газотурбінних двигунах не розділений на окремі такти, а протікає безперервно.
Принцип роботи турбореактивного двигуна ось у чому. У польоті повітряний потік, що набігає на двигун, проходить через вхідний пристрій компресор. У вхідному пристрої відбувається попереднє стиснення повітря і часткове перетворення кінетичної енергії повітряного потоку, що рухається, в потенційну енергію тиску. Більше значному стиску повітря піддається в компресорі. У турбореактивних двигунах з осьовим компресором при швидкому обертанні ротора лопатки компресора, подібно до лопатям вентилятора, проганяють повітря у бік камери згоряння. У встановлених за робочими колесами кожного ступеня компресора спрямовують апаратах внаслідок дифузорної форми міжлопаткових каналів відбувається перетворення придбаної в колесі кінетичної енергії потоку потенційну енергію тиску.
У двигунах з відцентровим компресором стиск повітря відбувається за рахунок впливу відцентрової сили. Повітря, входячи в компресор, підхоплюється лопатками крильчатки, що швидко обертається і під дією відцентрової сили відкидається від центру до кола колеса компресора. Чим швидше обертається крильчатка, тим більший тиск створюється компресором.
Завдяки компресору ТРД можуть створювати тягу під час роботи дома. Ефективність процесу стиснення повітря у компресорі
характеризується величиною ступеня підвищення тиску π до, яка є відношенням тиску повітря на виході з компресора р 2 до тиску атмосферного повітря р H
Повітря, стиснене у вхідному пристрої та компресорі, далі надходить у камеру згоряння, поділяючись на два потоки. Одна частина повітря (первинне повітря), що становить 25-35% від загальної витрати повітря, прямує безпосередньо в жарову трубу, де відбувається основний процес згоряння. Інша частина повітря (вторинне повітря) обтікає зовнішні порожнини камери згоряння, охолоджуючи останню, і на виході з камери поєднується з продуктами згоряння, зменшуючи температуру газоповітряного потоку до величини, що визначається жароміцністю лопаток турбіни. Незначна частина вторинного повітря через отвори жарової труби проникає в зону горіння.
Таким чином, в камері згоряння відбувається утворення паливо-повітряної суміші шляхом розпилювання палива через форсунки та змішування його з первинним повітрям, горіння суміші та змішування продуктів згоряння з вторинним повітрям. При запуску двигуна запалювання суміші здійснюється спеціальним пристроєм, а при подальшій роботі двигуна паливо-повітряна суміш підпалюється вже наявним факелом полум'я.
Газовий потік, що утворився в камері згоряння, що володіє високою температурою і тиском, спрямовується на турбіну через звужується сопловий апарат. У каналах соплового апарату швидкість газу різко зростає до 450-500 м/сек і відбувається часткове перетворення теплової (потенційної) енергії на кінетичну. Гази із соплового апарату потрапляють на лопатки турбіни, де кінетична енергія газу перетворюється на механічну роботу обертання турбіни. Лопатки турбіни, обертаючись разом із дисками, обертають вал двигуна і тим самим забезпечується робота компресора.
У робочих лопатках турбіни може відбуватися або лише процес перетворення кінетичної енергії газу в механічну роботу обертання турбіни, або ще подальше розширення газу зі збільшенням його швидкості. У першому випадку газова турбіна називається активною, у другому – реактивною. У другому випадку лопатки турбіни, крім активної дії газового струменя, що набігає, відчувають і реактивну дію за рахунок прискорення газового потоку.
Остаточне розширення газу відбувається у вихідному пристрої двигуна (реактивному соплі). Тут тиск газового потоку зменшується, а швидкість зростає до 550-650 м/с (у земних умовах).
Таким чином, потенційна енергія продуктів згоряння в двигуні перетворюється на кінетичну енергію в процесі розширення (в турбіні та вихідному соплі). Частина кінетичної енергії при цьому йде на обертання турбіни, яка обертає компресор, інша частина - на прискорення газового потоку (на створення реактивної тяги).
Турбогвинтові двигуни
Пристрій та принцип дії.Для сучасних літаків,
володіють великою вантажопідйомністю і дальністю польоту, потрібні двигуни, які могли б розвинути необхідні тяги при мінімальній питомій вазі. Цим вимогам задовольняють турбореактивні двигуни. Однак вони неекономічні порівняно з гвинтомоторними установками на невеликих швидкостях польоту. У зв'язку з цим деякі типи літаків, призначені для польотів з відносно невисокими швидкостями і з великою далекостио, вимагають постановки двигунів, які поєднували б переваги ТРД з перевагами гвинтомоторної установки на малих швидкостях польоту. До таких двигунів відносяться турбогвинтові двигуни (ТВД).
Турбовинтовим двигуном називається газотурбінний авіаційний двигун, в якому турбіна розвиває потужність, велику для обертання компресора, і цей надлишок потужності використовується для обертання повітряного гвинта. Принципова схема ТВД показано на рис. 109.
Як видно зі схеми, турбогвинтовий двигун складається з тих же вузлів та агрегатів, що й турбореактивний. Однак на відміну від ТРД на турбогвинтовому двигуні додатково змонтовано повітряний гвинт та редуктор. Для отримання максимальної потужності двигуна турбіна повинна розвивати великі оберти (до 20 000 об/хв). Якщо з цією ж швидкістю обертатиметься повітряний гвинт, то коефіцієнт корисної дії останньої буде вкрай низьким, так як найбільшого значення к. п. д. гвинта на розрахункових режимах польоту досягає при 750-1500 об/хв.
Для зменшення оборотів повітряного гвинта в порівнянні з оборотами газової турбіни в двигуні турбогвинти встановлюється редуктор. На двигунах великої потужності іноді використовують два гвинти, що обертаються на протилежні сторони, причому роботу обох повітряних гвинтів забезпечує один редуктор.
У деяких турбогвинтових двигунах компресор обертається однією турбіною, а повітряний гвинт - іншою. Це створює сприятливі умови регулювання двигуна.
Тяга у ТВД створюється головним чином повітряним гвинтом (до 90%) і лише трохи за рахунок реакції газового струменя.
У турбогвинтових двигунах застосовуються багатоступінчасті турбіни (кількість ступенів від 2 до 6), що диктується необхідністю спрацьовувати на турбіні ТВД більші теплоперепади, ніж на турбіні ТРД. Крім того, застосування багатоступінчастої турбіни дозволяє знизити її оберти і, отже, габарити та вагу редуктора.
Призначення основних елементів ТВД нічим не відрізняється від призначення тих елементів ТРД. Робочий процес ТВД також аналогічний робочому процесу ТРД. Так само, як і в ТРД, повітряний потік, попередньо стиснутий у вхідному пристрої, піддається основному стиску в компресорі і далі надходить в камеру згоряння, яку одночасно через форсунки впорскується паливо. Гази, що утворилися в результаті згоряння паливоповітряної суміші, мають високу потенційну енергію. Вони прямують у газову турбіну, де, майже повністю розширюючись, виконують роботу, яка потім передається компресору, повітряному гвинту та приводам агрегатів. За турбіною тиск газу практично дорівнює атмосферному.
У сучасних турбогвинтових двигунах сила тяги, що отримується тільки за рахунок реакції газового струменя, що витікає з двигуна, становить 10-20% сумарної сили тяги.
Двоконтурні турбореактивні двигуни
Прагнення підвищити тяговий коефіцієнт корисної дії ТРД на високих дозвукових швидкостях польоту призвело до створення двоконтурних турбореактивних двигунів (ДТРД).
На відміну від ТРД звичайної схеми в ДТРД газова турбіна приводить у обертання (крім компресора та ряду) допоміжних агрегатів) низьконапірний компресор, званий інакше вентилятором другого контуру. Привід вентилятора другого контуру ДТРД може здійснюватися і від окремої турбіни, розташованої за турбіною компресора. Найпростіша схемаДТРД представлена на рис. 110.
Перший (внутрішній) контур ДТРД є схемою звичайного ТРД. Другим (зовнішнім) контуром є кільцевий канал із розташованим у ньому вентилятором. Тому двоконтурні турбореактивні двигуни називають іноді турбовентиляторними.
Робота ДТРД відбувається в такий спосіб. Повітряний потік, що набігає на двигун, надходить у повітрозабірник і далі одна частина повітря проходить через компресор високого тиску першого контуру, інша - через лопатки вентилятора (компресора низького тиску) другого контуру. Так як схема першого контуру є звичайною схемою ТРД, то і робочий процес в цьому контурі аналогічний робочому процесу в ТРД. Дія вентилятора другого контуру подібна до дії багатолопатевого повітряного гвинта, що обертається в кільцевому каналі.
ДТРД можуть знайти застосування і на надзвукових літальних апаратах, але в цьому випадку для збільшення їхньої тяги необхідно передбачати спалювання палива в другому контурі. Для швидкого збільшення (форсування) тяги ДТРД іноді здійснюється спалювання додаткового палива або повітряному потоці другого контуру, або за турбіною першого контуру.
При спалюванні додаткового палива у другому контурі необхідно збільшувати площу його реактивного сопла для збереження незмінних режимів роботи обох контурів. При недотриманні цієї умови витрата повітря через вентилятор другого контуру зменшиться внаслідок підвищення температури газу між вентилятором та реактивним соплом другого контуру. Це спричинить зниження потрібної потужності для обертання вентилятора. Тоді, щоб зберегти попередні числа обертів двигуна, доведеться в першому контурі знизити температуру газу перед турбіною, а це призведе до зменшення тяги в першому контурі. Підвищення сумарної тяги буде недостатнім, а в деяких випадках сумарна тяга форсованого двигуна може виявитися меншою за сумарну тягу звичайного ДТРД. Крім того, форсування тяги пов'язане з великими питомими витратами палива. Всі ці обставини обмежують застосування способу збільшення тяги. Однак, форсування тяги ДТРД може знайти широке застосування при надзвукових швидкостях польоту.
Використовувана література: "Основи авіації" Автори: Г.А. Нікітін, Є.А. Баканів
Завантажити реферат: У вас немає доступу до завантаження файлів з нашого сервера.
ВСТУП
В даний час авіаційні газотурбінні двигуни, що відпрацювали свій льотний ресурс, знаходять застосування для приводу газоперекачувальних агрегатів, електрогенераторів, газоструминних установок, пристроїв для очищення кар'єрів, снігоочисників і т.д. Проте тривожний стан вітчизняної енергетики потребує застосування авіадвигунів та залучення виробничого потенціалу авіаційної галузі насамперед у розвиток промислової енергетики.
Масове застосування авіадвигунів, що відпрацювали льотний ресурс і зберегли здатність до подальшого використання, дозволяє в масштабах співдружності незалежних держав вирішити поставлене завдання, оскільки в умовах загального спаду виробництва збереження уречевленого в двигунах праці та економія дорогих матеріалів, що використовуються при їх створенні, дозволяє не тільки загальмувати подальший економічний спад, а й досягти зростання економіки.
Досвід створення приводних газотурбінних установок на базі авіаційних двигунів, таких, як HK-12CT, HK-16CT , а потім НК-36СТ, НК-37 , НК-38СТ, АЛ-31СТ, ГТУ-12П,-16П,-25П підтвердив сказане вище.
На базі авіаційних двигунів надзвичайно вигідно створювати електростанції міського типу. Площа, що відчужується під станцію, не порівнянно менша, ніж для будівництва ТЕС, при одночасно кращих екологічних характеристиках. При цьому капіталовкладення при будівництві електростанцій можуть бути знижені на 30...35%, а також у 2...3 рази скорочено обсяг будівельно-монтажних робіт енергетичних блоків (цехів) та на 20...25% скорочено терміни будівництва порівняно із цехами, що використовують газотурбінні приводи стаціонарного типу. Хорошим прикладом є Безімянська ТЕЦ (м. Самара) з енергетичною потужністю 25 МВт і тепловою 39 Гкал/год, до складу якої вперше увійшов авіаційний газотурбінний двигун НК-37.
Існує ще кілька важливих міркувань на користь конвертування авіаційних двигунів. Одне пов'язані з своєрідністю розміщення природних ресурсів біля СНД. Відомо, що основні запаси нафти та газу розташовані у східних районах Західного та Східного Сибіру, тоді як основні споживачі енергії зосереджені в Європейській частині країни та на Уралі (де розміщена більша частина виробничих фондів та населення). У цих умовах підтримка економіки в цілому визначається можливістю організації транспорту енергоносіїв зі сходу на захід дешевими, транспортабельними. силовими установкамиоптимальної потужності з високим рівнем автоматизації, здатними забезпечити експлуатацію у безлюдному варіанті «під замком».
Завдання забезпечення магістралей необхідною кількістю приводних агрегатів, що відповідають цим вимогам, найбільш раціонально вирішується шляхом продовження життя (конвертуванням) великих партій авіадвигунів, що знімаються з крила, після вироблення ними льотного ресурсу Освоєння нових районів, позбавлених доріг і аеродромів, вимагає використання енергетичних установок малої маси і транспортується засобами (по воді або гелікоптерами), при цьому отримання максимальної питомої потужності (кВт/кг) також забезпечує конвертований авіадвигун. Зауважимо, що цей показник у авіадвигунів у 5...7 разів більший, ніж у стаціонарних установок. Вкажемо в цьому зв'язку ще одна перевага авіадвигуна - малий час виходу на номінальну потужність (обчислюється секундами), що робить його незамінним при аварійних ситуаціяхна атомних електростанціях, де авіадвигуни використовуються як резервні агрегати. Очевидно, енергетичні установки, створені на базі авіадвигунів, можуть використовуватися і як пікові на електростанціях, і як резервні агрегати для особливого періоду.
Отже, географічні особливості розміщення енергоносіїв, наявність великої (обчислюваної сотнями) кількості знімаються щорічно з крила авіадвигунів та зростання необхідної кількості приводів для різних галузей народного господарства вимагають переважного нарощування парку приводів на базі авіадвигунів. Нині частка авіаприводу у загальному балансі потужностей на компресорних станціях перевищує 33%. У розділі 1 книги наведено особливості експлуатації авіаційних ВМД як приводи для нагнітачів газоперекачувальних станцій та електрогенераторів, викладено вимоги та основні принципи кон. вертування, дано приклади виконаних конструкцій приводів та показано тенденції розвитку конвертованих авіадвигунів.
У розділі 2 розглянуто проблеми та напрями підвищення ККД та потужності приводів енергетичних установок, створюваних на базі авіаційних двигунів, введенням додаткових елементів у схему приводу та різними прийомами утилізації тепла Особливу увагуу роботі звернено створення енергетично ефективних приводів, орієнтованих отримання високих значень ККД (до 48...52%) і ресурсу роботи щонайменше (З0...60)103 годин.
На порядок денний поставлено питання збільшення ресурсу роботи приводу до тр = (100...120)-103 годин і зниження викидів шкідливих речовин. І тут виникає необхідність проведення додаткових заходів до переробки вузлів зі збереженням рівня та ідеології проектування авіаційних двигунів. Приводи з такими змінами призначаються лише для наземного застосування, оскільки їх масові (вагові) характеристики виявляються гіршими, ніж у вихідних авіаційних ВМД.
В окремих випадках, незважаючи на збільшення початкових витрат, пов'язаних із змінами конструкції двигуна, вартість життєвого циклу таких ГТУ виявляється меншою. Такі вдосконалення у ГТУ тим паче виправдовуються, оскільки вичерпання кількості двигунів, що є крилі, відбувається швидше, ніж вичерпання ресурсу установок, експлуатованих на газопроводах чи складі електростанцій.
Загалом книга відображає ідеї, які впроваджував Генеральний конструктор авіаційно-космічної техніки, академік АН СРСР та РАН
Н.Д. Кузнєцов у теорію та практику конвертування авіадвигунів, розпочату в 1957 році.
Під час підготовки книги, крім вітчизняних матеріалів, були використані роботи зарубіжних вчених та конструкторів, опубліковані у науково-технічних журналах.
Автори висловлюють подяку співробітникам ВАТ «СНТК ім. Н.Д. Кузнєцова» В.М. Данильченко, О.В. Назарову, О.П. Павлової, Д.І. Кустову, Л.П. Жолобової, Є.І. Сеніною за допомогу у підготовці рукопису.
- Назва:Конвертування авіаційних ВМД у ГТУ наземного застосування
- Є.А. Гриценка; B.П. Данильченко; C.В. Лукачов; В.Є. Резник; Ю.І. Цибізов
- Видавництво:Самарський науковий центр РАН
- Рік: 2004
- Сторінок: 271
- УДК 621.6.05
- Формат:.pdf
- Розмір: 9.0 Мб
- Якість:відмінне
- Серія або Випуск:-----
СКАЧАТИ БЕЗКОШТОВНО Конвертування авіаційних
ВМД у ГТУ наземного застосування
Увага! У вас немає прав для перегляду прихованого тексту.
Авіаційна газова турбіна,один з основних агрегатів авіаційних газотурбінних двигунів; в порівнянні зі стаціонарними газовими турбінами, Авіаційна газова турбінапри великій потужності має малі габарити та масу, що досягається конструктивною досконалістю, великими осьовими швидкостями газу в проточній частині, високими окружними швидкостями робочого колеса (до 450 м/сек) і більшим (до 250 кдж/кгабо 60 до кал/кг) теплоперепадом. Авіаційна газова турбінадозволяє отримувати значні потужності: наприклад, одноступенева турбіна ( Мал. 1 ) сучасного двигуна розвиває потужність до 55 МВт(75 тис. л. с.). Переважне поширення набули багатоступінчасті Авіаційна газова турбіна (Мал. 2 ), в яких потужність одного ступеня зазвичай 30-40 МВт(40-50 тис. л. с.). Для Авіаційна газова турбінахарактерна висока температура газу (850-1200 ° С) на вході в турбіну. При цьому необхідний ресурс та надійна роботатурбіни забезпечуються застосуванням спеціальних сплавів, що відрізняються високими механічними властивостями при робочих температурах та стійкістю щодо повзучості, а також охолодженням соплових та робочих лопаток, корпусу турбіни та дисків ротора.Поширено повітряне охолодження, При якому повітря, що відбирається з компресора, пройшовши через канали системи охолодження, надходить у проточну частину турбіни.
Авіаційна газова турбінаслужать для приводу компресора турбореактивного двигуна, компресора та вентилятора двоконтурного турбореактивного двигуна та для приводу компресора та гвинта турбогвинтового двигуна. Авіаційна газова турбінавикористовуються також для приводу допоміжних агрегатів двигунів та літальних апаратів - пускових пристроїв (стартерів), електричних генераторів, насосів пального та окислювача рідинному ракетному двигуні.
Розвиток Авіаційна газова турбінайде шляхом аеродинамічного конструктивного та технологічного вдосконалення; покращення газодинамічних характеристик проточної частини для забезпечення високого ккд у широкому діапазоні зміни режимів роботи, характерному для авіаційного двигуна; зменшення маси турбіни (при заданій потужності); подальшого підвищення температури газу на вході в турбіну; застосування новітніх високожароміцних матеріалів, покриттів та ефективного охолодження лопаток та дисків турбіни. Розвиток Авіаційна газова турбінахарактерно також подальшим збільшенням числа ступенів: у сучасних Авіаційна газова турбіначисло ступенів сягає восьми.
Літ.:Теорія реактивних двигунів. Лопаткові машини, М., 1956; Скубачевський Р. С., Авіаційні газотурбінні двигуни, М., 1965; Абіанц Ст X., Теорія газових турбін реактивних двигунів, 2 видавництва, М., 1965.
С. З. Копелєв.
У даному посібнику розглядається лише один тип газотурбінні двигуни ВМД т. ВМД широко застосовуються в авіаційній наземній та морській техніці.1 показані основні об'єкти застосування сучасних ВМД. В даний час у загальному обсязі світового виробництва ВМД у вартісному вираженні авіаційні двигуни становлять близько 70 наземні та морські близько 30 .
Поділіться роботою у соціальних мережах
Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук
Лекція 1
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ГАЗОТУРБІННІ ДВИГУНИ
1.1. Вступ
У сучасній техніці розроблено та використовується безліч різних типів двигунів.
У цьому посібнику розглядається лише одне тип - газотурбінні двигуни (ВМД), тобто. двигуни, що мають у своєму складі компресор, камеру згоряння та газову турбіну.
ВМД широко застосовуються в авіаційній, наземній та морській техніці. На рис. 1.1 показано основні об'єкти застосування сучасних ВМД.
Мал. 1.1. Класифікація ВМД за призначенням та об'єктами застосування
В даний час у загальному обсязі світового виробництва ВМД у вартісному вираженні авіаційні двигуни становлять близько 70%, наземні та морські - близько 30%. Обсяг виробництва наземних та морських ВМД розподіляється таким чином:
Енергетичні ВМД ~ 91%;
ВМД для приводу промислового обладнаннята наземних транспортних засобів ~ 5 %;
ВМД для приводу суднових рушіїв ~ 4%.
У сучасній цивільній та військовій авіації ВМД практично повністю витіснили поршневі двигуни та зайняли домінуюче становище.
Їхнє широке застосування в енергетиці, промисловості та транспорті стало можливим завдяки вищій енерговіддачі, компактності та малій вазі в порівнянні з іншими типами силових установок.
Високі питомі параметри ВМД забезпечуються особливостями конструкції та термодинамічного циклу. Цикл ВМД, хоч і складається з тих самих основних процесів, що і цикл поршневих двигунів внутрішнього згоряння, має суттєву відмінність. У поршневих двигунівпроцеси відбуваються послідовно, один за одним, в тому самому елементі двигуна - циліндрі. У ВМД ці ж процеси відбуваються одночасно і безперервно у різних елементах двигуна. Завдяки цьому в ВМД немає такої нерівномірності умов роботи елементів двигуна, як у поршневому, а середня швидкість і масова витрата робочого тіла у 50...100 разів вища, ніж у поршневих двигунах. Це дозволяє зосередити в малогабаритних ВМД великі потужності.
Авіаційні ВМД за способом створення тягового зусилля належать до класу реактивних двигунів, класифікація яких показана на рис. 1.2.
Мал. 1.2. Класифікація реактивних двигунів
До другої групи належать повітряно-реактивні двигуни (ВРД), котрим атмосферне повітря є основним компонентом робочого тіла, а кисень повітря використовується як окислювач. Задіяння повітряного середовища дозволяє значно скоротити запас робочого тіла та підвищити економічність двигуна.
Газотурбінні ВРД, що отримали свою назву через наявність турбокомпресорного агрегату, що має у своєму складі газову турбіну як основне джерело механічної енергії.
Реактивні двигуни, у яких вся корисна робота циклу витрачається прискорення робочого тіла, називаються двигунами прямої реакції. До них відносяться ракетні двигуни всіх типів, комбіновані двигуни, прямоточні та пульсуючі ВРД, а з групи ВМД - турбореактивні двигуни (ТРД) та двоконтурні турбореактивні двигуни (ТРД). Якщо ж основна частина корисної роботи циклу у вигляді механічної роботина валу двигуна передається спеціальному рушію, наприклад повітряному гвинту, такий двигун називається двигуном непрямої реакції. Прикладами двигунів непрямої реакції є турбогвинтовий двигун (ТВД) та вертолітний ВМД.
Класичним прикладом двигуна непрямої реакції може бути також поршнева гвинтомоторна установка. Якісної відмінності за способом створення тягового зусилля між нею та турбогвинтовим двигуном немає.
1.2. ВМД наземного та морського застосування
Паралельно з розвитком авіаційних ВМД почалося застосування ВМД у промисловості та на транспорті. B1939r. швейцарська фірма A.G. Brown Bonery ввела в експлуатацію першу електростанцію з газотурбінним приводом потужністю 4 МВт та ККД 17,4%. Ця електростанція і зараз перебуває у працездатному стані. У 1941 р. почав працювати перший залізничний газотурбовоз, обладнаний ВМД потужністю 1620 кВт розробки цієї фірми. З кінця 1940-хрр. ВМД починають застосовуватися для приводу морських суднових рушіїв, а з кінця 1950-х років. - у складі газоперекачувальних агрегатів на магістральних газопроводах для приводу нагнітачів газу.
Таким чином, постійно розширюючи область та масштаби свого застосування, ВМД розвиваються у напрямі підвищення одиничної потужності, економічності, надійності, автоматизації експлуатації, покращення екологічних характеристик.
Швидкому впровадженню ВМД у різні галузі промисловості та транспорту сприяли незаперечні переваги цього класу теплових двигунів перед іншими енергетичними установками - паротурбінними, дизельними та ін.
Велика потужність одному агрегаті;
Компактність, мала маса рис. 1.3;
Врівноваженість рухомих елементів;
Широкий діапазон застосовуваних палив;
Легкий та швидкий запуск, у тому числі за низьких температур;
Хороші тягові характеристики;
Висока прийомистість та хороша керованість.
Мал. 1.3. Порівняння габаритних розмірів ВМД та дизельного двигуна потужністю 3 МВт
Основним недоліком перших моделей на земних та морських ВМД була відносно низька економічність. Однак ця проблема досить швидко долалася у процесі постійного вдосконалення двигунів, чому сприяло випереджальний розвиток технологічно близьких авіаційних ВМД та перенесення передових технологій у наземні двигуни.
1.3. Області застосування наземних ВМД
1.3.1. Механічний привід промислового обладнання
Найбільш масове застосування ВМД механічного приводу знаходять у газовій промисловості. Вони використовуються для приводу нагнітачів природного газу у складі ДПА на компресорних станціях магістральних газопроводів, а також для приводу агрегатів закачування природного газу до підземних сховищ (рис. 1.4).
Мал. 1.4. Застосування ВМД для прямого приводу нагнітача газу:
1 - ВМД; 2 - трансмісія; 3 - нагнітач
ВМД використовуються також для приводу насосів, технологічних компресорів, повітродувок на підприємствах нафтової, нафтопереробної, хімічної та металургійної промисловості. Потужний діапазон ВМД від 0,5 до 50МВт.
Основна особливість перерахованого приводного обладнання - залежність споживаної потужності N від частоти обертання n (зазвичай близька до кубічної: N ~ n 3 ), температури і тиску середовищ, що нагнітаються. Тому ВМД механічного приводу повинні бути пристосовані до роботи зі змінними частотою обертання та потужністю. Цій вимогі найбільшою мірою відповідає схема ВМД із вільною силовою турбіною. Різні схемиНаземні ВМД будуть розглянуті нижче.
1.3.2. Привід електрогенераторів
ВМД для приводу електрогенераторів Мал. 1.5 використовуються у складі газотурбінних електростанцій (ГТЕС) простого циклу та конденсаційних електростанцій комбінованого парогазового циклу (ПГУ), що виробляють «чисту» електроенергію, а також у складі когенераційних установок, що виробляють спільно електричну та теплову енергію.
Мал. 1.5. Застосування ВМД для приводу генератора (через редуктор):
1 – ВМД; 2 – трансмісія; 3 – редуктор; 4 – генератор.
Сучасні ГТЕС простого циклу мають відносно помірний електричний ККД.η ел =25...40 %, переважно використовують у піковому режимі експлуатації - покриття добових і сезонних коливань попиту електроенергію. Експлуатація ВМД у складі пікових ГТЕС характеризується високою циклічністю (великою кількістю циклів «пуск – навантаження – робота під навантаженням – зупинка»). Можливість прискореного пуску є важливою перевагою ВМД під час роботи в піковому режимі.
Електростанції з ПГУ використовуються в базовому режимі (постійна робота з навантаженням, близьким до номінального, з мінімальною кількістю циклів «пуск – зупинка» для проведення регламентних та ремонтних робіт). Сучасні ПГУ, що базуються на ВМД великої потужності ( N> 150 МВт ), досягають ККД вироблення електроенергіїη ел =58...60%.
У когенераційних установках тепло вихлопних газівВМД використовується в котлі-утилізаторі для виробництва гарячої води та (або) пари для технологічних потреб або в системах централізованого опалення. Спільне виробництво електричної та теплової енергії значно знижує її собівартість. Коефіцієнт використання тепла палива в когенераційних установках сягає 90%.
Електростанції з ПГУ та когенераційні установки є найбільш ефективними сучасними енергетичними системами, що динамічно розвиваються. В даний час світове виробництво енергетичних ВМД складає близько 12000 штук на рік сумарною потужністю близько 76000 МВт.
Основна особливість ВМД для приводу електрогенераторів - сталість частоти обертання вихідного валу на всіх режимах (від холостого ходу до максимального), а також і високі вимоги до точності підтримки частоти обертання, від якої залежить якість струму, що виробляється. Цим вимогам найбільше відповідають одновальні ВМД, тому вони широко використовуються в енергетиці. ВМД великої потужності ( N >60 МВт ), що працюють, як правило, у базовому режимі у складі потужних електростанції, виконуються виключно за одновальною схемою.
В енергетиці використовується весь потужний ряд ВМД від кількох десятків кВт до 350МВт.
1.3.3. Основні типи наземних ВМД
Наземні ВМД різного призначенняі класу потужності можна розділити на три основні технологічні типи:
Стаціонарні ВМД;
ВМД, конвертовані з авіадвигунів (авіопрохідні);
Мікротурбіни.
1.3. 3.1. Стаціонарні ВМД
Двигуни цього типу розробляються та виробляються на підприємствах енергомашинобудівного комплексу відповідно до вимог, що висуваються до енергетичного обладнання:
Високий ресурс (не менше 100 000 год) та термін служби (не менше 25 років);
Висока надійність;
Ремонтопридатність в умовах експлуатації;
Помірна вартість застосовуваних конструкційних матеріалів та ПММ для зниження вартості виробництва та експлуатації;
Відсутність жорстких габаритно-масових обмежень, важливих для авіаційних ВМД.
Перелічені вимоги сформували вигляд стаціонарних ВМД, котрим характерні такі особливості:
Максимально проста конструкція;
використання недорогих матеріалів з відносно низькими характеристиками;
Масивні корпуси, як правило, з горизонтальним роз'ємом для можливості виїмки та ремонту ротора ВМД в умовах експлуатації;
Конструкція камери згоряння, що забезпечує можливість ремонту та заміни жарових труб в умовах експлуатації;
Використання підшипників ковзання.
Типовий стаціонарний ВМД показаний на рис. 1.6.
Мал. 1. 6 . Стаціонарний ВМД (модель M 501 F фірми Mitsubishi )
потужністю 150 МВт.
В даний час ВМД стаціонарного типу використовуються у всіх галузях застосування наземних ВМД у широкому діапазоні потужності від 1МВт до 350 МВт.
На початкових етапах розвитку у стаціонарних ВМД застосовувалися помірні параметри циклу. Це пояснювалося деяким технологічним відставанням від авіаційних двигунів через відсутність потужної державної фінансової підтримки, якою користувалася авіадвигунобудівна галузь у всіх країнах-виробниках авіадвигунів. З кінця 1980-хр.р. почалося широке впровадження авіаційних технологій при проектуванні нових моделей ВМД та модернізації чинних.
На сьогодні потужні стаціонарні ВМД за рівнем термодинамічної та технологічної досконалості впритул наблизилися до авіаційних двигунів за збереження високого ресурсу та терміну служби.
1.3.3.2. Наземні ВМД, конвертовані з авіадвигунів
ВМД даного типу розробляються на базі авіаційних прототипів на підприємствах авіадвигунобудівного комплексу з використанням авіаційних технологій. Промислові ВМД, конвертовані з авіадвигунів, почали розроблятися на початку 1960-х. x р.р., коли ресурс цивільних авіаційних ВМД досяг прийнятної величини (2500...4000ч.).
Перші промислові установки з авіаприводом з'явилися в енергетиці як пікові або резервні агрегати. Подальшому швидкому впровадженню авіапохідних ВМД у промисловість та транспорт сприяли:
Швидший прогрес вавіадвигателестроении за параметрами циклу та підвищення надійності, ніж у стаціонарному газотурбобудуванні;
Висока якість виготовлення авіаційних ВМД та можливість організації їхнього централізованого ремонту;
Можливість використання авіадвигунів, що відпрацювали льотний ресурс, із необхідним ремонтом для експлуатації на землі;
Переваги авіаційних ВМД - мала маса і габарити, швидший пуск та прийомистість, менша потрібна потужність пускових пристроїв, менші потрібні капітальні витрати при будівництві об'єктів застосування.
При конвертації базового авіаційного двигуна в наземний ВМД у разі потреби замінюються матеріали деяких деталей холодної та гарячої частин, найбільш схильних до корозії. Так, наприклад, магнієві сплави замінюються на алюмінієві або сталеві, у гарячій частині застосовуються більш жаростійкі сплави з підвищеним вмістом хрому. Камера згоряння та система паливного живлення модифікуються для роботи на газоподібному паливі або під багатопаливний варіант. Допрацьовуються вузли, системи двигуна (запуску, автоматичного управління (САУ), протипожежна, маслосистема та ін.) та обв'язування для забезпечення роботи в наземних умовах. При необхідності посилюються деякі статорні та роторні деталі.
Обсяг конструктивних доробок базового авіадвигуна наземну модифікацію значною мірою визначається типом авіаційного ВМД.
Порівняння конвертованого ВМД та ВМД стаціонарного типу одного класу потужності показано на рис. 1.7.
Авіаційні ТВД та вертолітні ВМД функціонально та конструктивно більше інших авіадвигунів пристосовані для роботи як наземні ВМД. Вони практично не вимагають модифікації турбокомпресорної частини (крім камери згоряння).
У 1970-ті роки було розроблено наземний ВМД HK-12CT на базі одновального авіаційного ТВД HK-12, який експлуатувався на літаках ТУ-95, ТУ-114 та АН-22. Конвертований двигун HK-12CT потужністю 6,3 МВт був виконаний з вільною CT і працює у складі багатьох ДПА і досі.
В даний час конвертовані авіаційні ВМД різних виробників широко використовуються в енергетиці, промисловості, морських умовах та на транспорті.
Мал. 1.7. Порівняння типових конструкцій ВМД, конвертованого з авіадвигуна та ВМД стаціонарного типу одного класу потужності 25МВт:
1 - тонкі корпуси; 2 - підшипники кочення; 3 - виносні КС;
4 - масивні корпуси; 5 - підшипники ковзання; 6 - горизонтальний роз'єм
Потужний ряд - від кількох сотень кіловат до 50МВт.
Цей тип ВМД характеризується найвищим ефективним ККД під час роботи у простому циклі, що з високими параметрами і ефективністю вузлів базових авіадвигунів.
1.3.3.3. Мікротурбіни
У 1990-ті роки за кордоном почали інтенсивно розроблятися енергетичні ВМД надмалої потужності (від 30 до 200 кВт), названі мікротурбінами.
Примітка: необхідно мати на увазі, що в зарубіжній практиці термінами "турбіна", "газова турбіна" позначається як окремий вузол турбіни, так і ВМД загалом).
Особливості мікротурбін обумовлені їх виключно малою розмірністю та областю застосування. Мікротурбіни використовуються в малої енергетикиу складі компактних когенераційних установок (ГТУ-ТЕЦ) як автономні джерела електричної та теплової енергії. Мікротурбіни мають максимально просту конструкцію – одновальна схема та мінімальна кількість деталей рис.1.8.
Мал. 1.7. Мікротурбіна (модель ТА-60 фірми Elliot Energy Systems потужністю 60кВт)
Використовуються одноступінчастий відцентровий компресор і одноступінчаста доцентрова турбіна, виконані у вигляді моноколес. Частота обертання ротора через малу розмірність досягає 40000...120 000об/хв , тому застосовуються керамічні та газостатичні підшипники. Камера згоряння виконується багатопаливною і може працювати на газоподібному та рідкому паливі.
Конструктивно ВМД максимально інтегрується в енергетичну установку: ротор ВМД об'єднується однією валу з ротором високочастотного електричного генератора.
ККД мікротурбін у простому циклі становить 14...18%. Для підвищення ефективності часто використовують регенератори тепла вихлопних газів. ККД мікротурбіни в регенеративному циклі досягає 28...32%.
Відносно низька економічність мікротурбін пояснюється малою розмірністю та невисокими параметрами циклу, які застосовуються в даному типі ВМД для спрощення та здешевлення установок. Оскільки мікротурбіни працюють у складі когенераційних установок (ГТУ-ТЕЦ), низька економічність ВМД компенсується підвищеною тепловою потужністю, яка виробляється міні «ГТУ-ТЕЦ» за рахунок тепла вихлопних газів.
Коефіцієнт використання тепла палива у цих установках сягає 80 %.
1.4. Основні світові виробники ВМД
General Electric, США. Компанія General Electric (GE ) - найбільший світовий виробник авіаційних, наземних та морських ВМД. Відділення компанії General Electric Aircraft Engines (GE AE) в даний час займається розробкою та виробництвом авіаційних ВМД різних типів – ТРДД, ТРДДФ, ТВД та вертолітних ВМД.
Pratt & Whitney, США . ФірмаРгай & Whitney (PW) входить до складу компанії United Technologies Corporation (UTC).В даний час PW займається розробкою та виробництвом авіаційних ТРДД середньої та великої тяги.
Pratt & Whitney Canada , (Канада). Фірма Pratt & Whitney Canada (PWC) також входить до складу компанії UTC до групи PW. PWC займається розробкою та виробництвом малорозмірних ТРДД, ТВД та вертолітних ВМД.
Rolls-Royce (Велика Британія). Компанія Rolls-Royce в даний час розробляє та виробляє широкий спектр ВМД авіаційного, наземного та морського застосування.
Honeywell (США) . Компанія Honeywell займається розробкою та виробництвом авіаційних ВМД - ТРДД та ТРДДФ у малому класі тяги, ТВД та вертолітних ВМД.
Snecma (Франція). Компанія займається розробкою та виробництвом авіаційних ВМД - військових ТРДДФ та цивільних ТРДД спільно з компанією GE. Спільно з фірмою Rolls-Royce розробляла та виробляла ТРДФ «Олімп».
Turbomeca (Франція). Фірма Turbomeca в основному розробляє та випускає ТВД та вертолітні ВМД малої та середньої потужності.
Siemens (Німеччина). Профілем цієї великої фірми є стаціонарні наземні ВМД для енергетичного та механічного приводу та морського застосування у широкому діапазоні потужності.
Alstom (Франція, Великобританія).Компанія Alstom розробляє та виробляє стаціонарні одновальні енергетичні ВМД малої потужності.
Solar (США). Фірма Solar входить до складу компанії Caterpillar і займається розробкою та виробництвом стаціонарних ВМД малої потужності для енергетичного та механічного приводу та морського застосування.
ВАТ «Авіадвигун» (м. Перм). Розробляє, виготовляє та сертифікує авіаційні ВМД – цивільні ТРДД для магістральних літаків, військові ТРДДФ, вертолітні ВМД, а також авіапохідні наземні промислові ВМД для механічного та енергетичного приводу.
ГУНВП «Завод імені В.Я. Клімова» (м. Санкт-Петербург). Державне унітарне науково-виробниче підприємство «Завод ім. В.Я. Клімова» в останні рокиспеціалізується на розробці та виробництві авіаційних ВМД. Номенклатура розробок широка – військові ТРДДФ, літакові ТВД та вертолітні ВМД; танкові ВМД, а також конвертовані промислові ВМД.
ВАТ "ЛМЗ" (м. Санкт-Петербург).ВАТ «Ленінградський Металевий завод» розробляє та виробляє стаціонарні енергетичні ВМД.
ФГУП "Мотор" (м. Уфа).Федеральне державне унітарне підприємство «Науково-виробниче підприємство "Мотор"» займається розробкою військових ТРД та ТРДФ для винищувачів та штурмовиків.
"Омське МКБ" (м. Омськ).АТ «Омське моторобудівне конструкторське бюро» займається розробкою малорозмірних ВМД та допоміжних СУ.
ВАТ «НВО "Сатурн"» (м.Рибінськ). ВАТ «Науково-виробниче об'єднання "Сатурн"» в останні роки розробляє та виробляє військові ТРДДФ, ТВД, вертолітні ВМД, конвертовані наземні ВМД. Спільно з НВО "Машпроект" (Україна) бере участь у програмі енергетичного одновального ВМД потужністю 110 МВт.
ВАТ «СНТК ім. Н.Д.Кузнєцова».ВАТ «Самарський науково-технічний комплекс ім. Н.Д. Кузнєцова» розробляє та випускає авіаційні ВМД (ТВД, ТРДД, ТРДДФ) та наземні ВМД, конвертовані з авіадвигунів.
AMHTK "Союз" (м. Москва).ВАТ «Авіамоторний науково-технічний комплекс «Союз»» розробляє та виготовляє авіаційні ВМД – ТРД, ТРДФ, підйомно-маршеві ТРДДФ.
Тушинське МКЛ «Союз» (м. Москва). Державне підприємство "Тушинське машинобудівне конструкторське бюро "Союз"" займається доведенням та модернізацією військових ТРДФ.
НВП "Машпроект" (Україна, м. Миколаїв). Науково-виробниче підприємство «Зоря-Машпроект» (Україна, м. Миколаїв) розробляє та виготовляє ВМД для морських СУ, а також наземні ВМД для енергетичного та механічного приводу. Наземні двигуни є модифікація моделей морського застосування. Клас потужності ВМД: 2...30МВт . З 1990 р.р. НВП "Зоря-Машпроект" розробляє також стаціонарний одновальний енергетичний двигун UGT-110 потужністю 110 МВт.
ДП «ЗМКБ „Прогрес” ім. А.Г. Івченка» (Україна, м. Запоріжжя).Державне підприємство "Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро "Прогрес" імені академіка О.Г. Івченко» спеціалізується на розробці, виготовленні дослідних зразків та сертифікації авіаційних ВМД - ТРДД у діапазоні тяги 17...230кН , літакових ТВД та вертолітних ВМД потужністю 1000...10000кВт , а також промислових наземних ВМД потужністю від 2,5 до 10000кВт.
Двигуни розробки «ЗМКБ "Прогрес" серійно випускаються вВАТ «Мотор Січ» (Україна, м. Запоріжжя). Найбільш масові серійні авіаційні двигуни та перспективні проекти:
ТВД та вертолітні ВМД - АІ-20, АІ-24, Д-27;
ТРДД – АІ-25, ДВ-2, Д-36, Д-18Т, Д-436Т1/Т2/ЛП.
Наземні ВМД:
Д-336-1/2, Д-336-2-8, Д-336-1/2-10.
Інші схожі роботи, які можуть вас зацікавити. |
|||
| 8415. | Загальні відомості про посилання | 20.99 KB | |
| Мова C пропонує альтернативу для більш безпечного доступу до змінних через покажчики. Оголосивши посилальну змінну, можна створити об'єкт, який як покажчик посилається на інше значення, але, на відміну від покажчика, постійно прив'язаний до цього значення. Таким чином, посилання на значення завжди посилається на це значення. | |||
| 12466. | Загальні відомості про гідропередачі | 48.9 KB | |
| Тому надалі для стислості викладу слово “статичні” зазвичай буде опускатися. При цьому зусилля F1 необхідне переміщення поршнів нескінченно мало. Для задоволення поняття "статична гідропередача" повинна бути виконана умова геометричного відділення порожнини нагнітання від порожнини всмоктування. | |||
| 17665. | Загальні відомості із метрології | 31.74 KB | |
| Сучасний стан вимірів у телекомунікаціях Процес удосконалення вимірювальних технологій підпорядковується загальній тенденції ускладнення високих технологій у процесі розвитку. Основними тенденціями у розвитку сучасної вимірювальної техніки є: розширення меж вимірюваних величин та підвищення точності вимірювань; розробка нових методів вимірів та приладів з використанням новітніх принципів дії; впровадження автоматизованих інформаційно-вимірювальних систем, що характеризуються високою точністю швидкодією. | |||
| 14527. | Загальні відомості про методи прогнозування | 21.48 KB | |
| Загальні відомостіпро методи прогнозування ОФП у приміщенні Загальні поняття та відомості про небезпечні фактори пожежі. Методи прогнозування ОПФ Загальні поняття та відомості про небезпечні фактори пожежі Розробка економічно оптимальних та ефективних протипожежних заходів ґрунтується на науковообґрунтованому прогнозі динаміки ОФП. Сучасні методи прогнозування пожежі дають змогу відтворити відновити картину розвитку реальної пожежі. Це необхідно при криміналістичній чи пожежнотехнічній експертизі пожежі. | |||
| 7103. | ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ І ПОНЯТТЯ ПРО КОТЕЛЬНІ УСТАНОВКИ | 36.21 KB | |
| В результаті цього в парових котлах вода перетворюється на пару, а у водогрійних котлах нагрівається до необхідної температури. Тягодітьовий пристрій складається з дутьових вентиляторів системи газовоздуховодів димососів та димової труби за допомогою яких забезпечуються подача необхідної кількості повітря в топку та рух продуктів згоряння газоходами котла а також видалення їх в атмосферу. представлено схему котельної установки з паровими котлами. Установка складається з парового котла, який має два барабани верхній і нижній. | |||
| 6149. | Загальні відомості про промислові підприємства РФ та регіону | 29.44 KB | |
| Зокрема вугільні виробництва гірничорудні виробництва хімічні виробництва нафтовидобувні виробництва газодобувні виробництва геологорозвідувальні підприємства об'єкти експлуатують магістральні газопроводи підприємства газопостачання металургійні виробництва виробництва хлібопродуктів об'єкти котлонагляду об'єкти експлуатуючі стаціонарні вантажопідйомні механізми та споруди підприємства зайняті перевезенням небезпечних вантажівта інші. Класифікація об'єктів економіки промислових підприємств. | |||
| 1591. | ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ГЕОГРАФІЧНІ ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ | 8.42 KB | |
| Географічна інформаційна системаабо геоінформаційна система (ГІС) - це інформаційна система, що забезпечує збирання, зберігання, обробку, аналіз та відображення просторових даних та пов'язаних з ними непросторових, а також отримання на їх основі інформації та знань про географічний простір. | |||
| 167. | Загальні відомості щодо експлуатації засобів обчислювальної техніки | 18.21 KB | |
| Основні поняття Засоби обчислювальної техніки СВТ – це комп'ютери яких ставляться персональні комп'ютери ПЕОМ мережеві робочі станції сервери та інші види комп'ютерів і навіть периферійні пристрої комп'ютерна оргтехніка і міжкомп'ютерного зв'язку. Експлуатація СВТ полягає у використанні обладнання за призначенням, коли ВТ повинна виконувати весь комплекс покладених на неї завдань. Для ефективного використання та підтримки СВТ у працездатному стані в процесі експлуатації проводиться... | |||
| 10175. | Вихідні поняття та загальні відомості про методи прогнозування ОФП у приміщеннях | 15.8 KB | |
| Вихідні поняття та загальні відомості про методи прогнозування ОФП у приміщеннях План лекції: Введення Небезпечні фактори пожежі. Цілі лекції: Навчальні В результаті прослуховування матеріалу слухачі повинні знати: небезпечні фактори пожежі, що впливають на людей на конструкції та обладнання, гранично допустимі значення ОФП методи прогнозування ОФП Вміти: прогнозувати обстановку на пожежі. | |||
| 9440. | Загальні відомості про приймально-передавальні пристрої систем управління засобами ураження | 2.8 MB | |
| Електрична копія первинного повідомлення струм або напруга передачі, що підлягає, називається керуючим сигналом і позначається при аналітичному записі символами або. Назва обумовлена тим, що цей сигнал надалі управляє одним або декількома з параметрів високочастотних коливань в процесі модуляції. Спектри керуючих сигналів у зв'язку лежать у сфері низьких частот і ефективно випромінювані не можуть. | |||
К.т.н. А.В. Овсянник, зав. кафедрою «Промислова теплоенергетика та екологія»;
к.т.н. А.В. Шаповалов, доцент;
В.В. Болотін, інженер;
“Гомельський державний технічний університет імені П.О. Сухого», Республіка Білорусь
У статті подано обґрунтування можливості створення ТЕЦ на базі конвертованого АГТД у складі газотурбінної установки (ГТУ), оцінка економічного ефекту від впровадження АГТД в енергетику у складі великих та середніх ТЕЦ для погашення пікових електричних навантажень.
Огляд авіаційних газотурбінних установок
Одним із вдалих прикладів застосування АГТД в енергетиці є теплофікаційна ГТУ 25/39, встановлена і що знаходиться в промисловій експлуатації на Безімянській ТЕЦ, розташованої в області Самарської в Росії, опис якої наведено нижче. Газотурбінна установка призначена для вироблення електричної та теплової енергії для потреб промислових підприємств та побутових споживачів. Електрична потужність установки – 25 МВт, теплова – 39 МВт. Сумарна потужність установки – 64 МВт. Річна продуктивність електроенергії - 161,574 ГВт.год/год, теплової енергії - 244120 Гкал/рік.
Установка відрізняється застосуванням унікального авіаційного двигуна НК-37, що забезпечує ККД 36,4%. Такий ККД забезпечує високу ефективність установки, недосяжну на звичайних теплових електростанціях, а також низку інших переваг. Установка працює на природному газі з тиском 4,6 МПа та витратою 1,45 кг/с. Крім електроенергії установка виробляє 40 т/год пара тиском 14 кгс/см 2 і нагріває 100 т мережевої води від 70 до 120 О, що дозволяє забезпечити світлом і теплом невелике місто.
При розміщенні установки на території теплових станцій не потрібні додаткові спеціальні блоки хімводоочищення, скидання води тощо.
Подібні газотурбінні енергетичні установки незамінні для застосування у випадках, коли:
■ необхідне комплексне вирішення проблеми забезпечення електричної та теплової енергії невеликого міста, промислового чи житлового району - модульність установок дозволяє легко скомпонувати будь-який варіант залежно від потреб споживача;
■ здійснюється індустріальне освоєння нових районів життя людей, у тому числі з умовами життя, коли особливо важлива компактність та технологічність установки. Нормальна працездатність установки забезпечується у діапазоні температур довкіллявід -50 до +45 °С при дії всіх інших несприятливих факторів: вологості до 100 %, опади у вигляді дощу, снігу тощо;
■ важлива економічність установки: високий ККД забезпечує можливість виробництва більш дешевої електричної та теплової енергії та короткий термін окупності (близько 3,5 років) за капіталовкладень у будівництво установки 10 млн 650 тис. дол. США (за даними виробника).
Крім того, установка відрізняється екологічною чистотою, наявністю багатоступінчастого шумоподавлення, повною автоматизацією процесів керування.
ГТУ 25/39 є стаціонарною установкою блочно-контейнерного типу розміром 21 м на 27 м. Для її функціонування у варіанті автономному від існуючих станцій в комплекті з установкою повинні знаходитися пристрої хімводопідготовки, відкритий розподільний пристрій для зниження вихідної напруги до 220 або 380 градирня для охолодження води і окремий дожимний газовий компресор. За відсутності необхідності у воді та парі конструкція установки сильно спрощується та здешевлюється.
Сама установка включає авіаційний двигун НК-37, котел-утилізатор типу ТКУ-6 і турбогенератор.
Повний час монтажу установки – 14 місяців.
У Росії випускається велика кількість установок на базі конвертованих АГТД потужністю від 1000 кВт до кількох десятків МВт, вони мають попит. Це підтверджує економічну ефективністьїх використання та необхідність подальших розробок у цій галузі промисловості.
Установки, що випускаються на заводах СНД, відрізняються:
■ низькими питомими капіталовкладеннями;
■ блоковим виконанням;
■ скороченим терміном монтажу;
■ малим терміном окупності;
■ можливістю повної автоматизації та ін.
Характеристика ГТУ на базі конвертованого двигуна АІ-20
Дуже популярною та найчастіше застосовуваною є ГТУ на базі двигуна АІ-20. Розглянемо газотурбінну ТЕЦ (ГТТЕЦ), щодо якої було проведено дослідження та виконано розрахунки основних показників.
Газотурбінная теплоелектроцентраль ГТТЕЦ-7500/6,3 із встановленою електричною потужністю 7500 кВт складається з трьох газотурбогенераторів із турбогвинтовими двигунами АІ-20 номінальною електричною потужністю 2500 кВт кожен.
Теплова потужність ГТЕЦ 15,7 МВт (13,53 Гкал/год). За кожним газотурбогенератором встановлений газовий підігрівач мережної води (ГПСВ) з оребреними трубами для підігріву води відпрацьованими газами на потреби опалення, вентиляції та гарячого водопостачання. населеного пункту. Через кожен економайзер проходять гази, що відпрацювали в авіаційному двигуні, в кількості 18,16 кг/с з температурою 388,7 О С на вході в економайзер. У ГПСВ гази охолоджуються до температури 116,6 ПРО і подаються в димову трубу.
Для режимів зі зниженими тепловими навантаженнями введено байпасування потоку вихлопних газів із виведенням у димову трубу. Витрата води через один економайзер становить 75 т/год. Мережева вода нагрівається від температури 60 до 120 О С і подається споживачам для потреб опалення, вентиляції та гарячого водопостачання під тиском 2,5 МПа.
Технічні показники ГТУ на базі двигуна АІ-20: потужність – 2,5 МВт; ступінь підвищення тиску – 7,2; температура газів у турбіні на вході - 750 С, на виході - 388,69 С; витрата газів – 18,21 кг/с; кількість валів – 1; температура повітря перед компресором - 15 О С. На підставі наявних даних проводимо розрахунки вихідних характеристик ГТУ згідно з алгоритмом, наведеним у джерелі.
Вихідні характеристики ГТУ на базі двигуна АІ-20:
■ питома корисна робота ГТУ (при η хутро =0,98): H e =139,27 кДж/кг;
■ коефіцієнт корисної роботи: φ=3536;
■ витрата повітря за потужності N гту =2,5 МВт: G k =17,95 кг/с;
■ витрата палива за потужності N гту =2,5 МВт: G топ =0,21 кг/с;
■ сумарна витрата вихлопних газів: g г =18,16 кг/с;
■ питома витрата повітря у турбіні: g k =0,00718 кг/кВт;
■ питома витрата теплоти в камері згоряння: q 1 =551,07 кДж/кг;
■ ефективний ККДГТУ: η е =0,2527;
■ питома витрата умовного палива на вироблену електроенергію (при ККД генератора η ген =0,95) без утилізації тепла вихлопних газів: b у. т = 511,81 г/кВтч.
На підставі отриманих даних і відповідно до алгоритму розрахунку можна перейти до отримання техніко-економічних показників. Додатково задається наступним: встановлена електрична потужність ГТТЕЦ - N вуст = 7500 кВт, номінальна теплова потужність встановлених на ГТТЕЦ ГПСВ - Qтец = 15736,23 кВт, витрата електроенергії на власні потреби прийнятий рівним 5,5%. У результаті проведених досліджень та розрахунків було визначено такі величини:
■ коефіцієнт первинної енергії ГТТЕЦ брутто, рівний відношенню суми електричної та теплової потужностей ГТТЕЦ до виробництва питомої витрати палива з нижчою теплотою згоряння палива, η б гттец =0,763;
■ коефіцієнт первинної енергії ГТТЕЦ нетто η н гттец = 0,732;
■ ККД вироблення електричної енергіїв теплофікаційній ГТУ, рівний відношенню питомої роботи газу в ГТУ до різниці питомої витрати теплоти в камері згоряння ГТУ на 1 кг робочого тіла і питомого відведення тепла в ГПСВ від 1 кг газів, що йдуть ГТУ, η е гту =0,5311.
На підставі наявних даних, можна визначити техніко-економічні показники ДТЕЦ:
■ витрата умовного палива на вироблення електроенергії у теплофікаційній ГТУ: ВГт У =231,6 г у.т./кВт.ч;
■ годинна витрата умовного палива на вироблення електроенергії: B е гту =579 кг у.т./год;
■ годинна витрата умовного палива в ГТУ: B ч эу гту ==1246 кг у. т./год.
На вироблення теплоти відповідно до «фізичного методу» відноситься кількість умовного палива, що залишилася: B т ч =667 кг у. т./год.
Питома витрата умовного палива на вироблення 1 Гкал теплоти в теплофікаційній ГТУ становитиме: В т гту = 147,89 кг у.т./год.
Техніко-економічні показники міні-ТЕЦ наведено в табл. 1 (у таблиці і далі ціни наведені в білоруських рублях, 1000 бел. руб. ~ 3,5 рос. руб. - прим. авт.).
Таблиця 1. Техніко-економічні показники міні-ТЕЦ на базі конвертованого АГТД АІ-20, що реалізується за рахунок власних коштів (ціни вказані у білоруських рублях).
| Найменування показників | Одиниці
вимірювання |
Величина |
| Встановлена електрична потужність | МВт | 3-2,5 |
| Встановлена теплова потужність | МВт | 15,7 |
| Питомі капітальні вкладення за одиницю електричної потужності | млн руб./кВт-год | 4 |
| Річна відпустка електроенергії | кВтг | 42,525-10 6 |
| Річна відпустка теплової енергії | Гкал | 47357 |
| Собівартість одиниці: | ||
| - електроенергії | руб./кВтч | 371,9 |
| - теплової енергії | руб./г кал | 138700 |
| Балансовий (валовий) прибуток | млн. руб. | 19348 |
| Строк окупності капіталовкладень | років | 6,3 |
| Точка беззбитковості | % | 34,94 |
| Рентабельність (загальна) | % | 27,64 |
| Внутрішня ставка доходності | % | 50,54 |
Економічні розрахунки показують, що термін окупності капіталовкладень у встановлення комбінованого виробництва електроенергії та теплоти з АГТД становить до 7 років при реалізації проектів власним коштом. При цьому термін будівництва може становити від кількох тижнів при монтажі невеликих установок електричної потужності до 5 МВт, до 1,5 років при введенні установки електричної потужності 25 МВт і теплової 39 МВт. Скорочені терміни монтажу пояснюються модульним постачанням електростанцій на базі АГТД з повною заводською готовністю.
Таким чином, основні переваги конвертованих АГТД при впровадженні в енергетику зводяться до наступних: низькі питомі капіталовкладення в подібні установки, невеликий термін окупності, скорочені терміни будівництва завдяки модульності виконання (установка складається з монтажних блоків), можливість повної автоматизації станції та ін.
Для порівняння наведемо приклади діючих газорухових міні-ТЕЦ в Республіці Білорусь, їх основні техніко-економічні параметри наведено в табл. 2 .
Зробивши порівняння, неважко помітити, що на тлі установок, що вже діють, газотурбінні установки на базі конвертованих авіаційних двигунів мають ряд переваг. Розглядаючи АГТУ як високоманеврених енергетичних установок, необхідно мати і на увазі можливість їх значного перевантаження шляхом переведення на парогазову суміш (за рахунок упорскування води в камери згоряння), при цьому можна досягти майже триразового збільшення потужності газотурбінної установки при відносно невеликому зниженні коефіцієнта корисної дії.
Ефективність цих станцій значно зростає при їх розміщенні на нафтових свердловинах, з використанням попутного газу, нафтопереробних заводах, сільськогосподарських підприємствах, де вони максимально наближені до споживачів теплової енергії, що знижує втрати енергії при її транспортуванні.
Для покриття остропікових навантажень перспективним є застосування найпростіших стаціонарних авіаційних ГТУ. У звичайної газової турбіни час до навантаження після старту становить 15-17 хв.
Газотурбінні станції з авіаційними двигунами дуже маневрені, вимагають малого (415 хв) часу на пуск із холодного стану до повного навантаження, можуть бути повністю автоматизовані та керуватися дистанційно, що забезпечує їх ефективне використання як аварійний резерв. Тривалість пуску до повного навантаження діючих газотурбінних установок становить 30-90 хв.
Показники маневреності ГТУ з урахуванням конвертованого ВМД АИ-20 представлені у табл. 3.
Таблиця 3. Показники маневреності ГТУ з урахуванням конвертованого ВМД АИ-20.
Висновок
На підставі проведеної роботи та отриманих результатів дослідження газотурбінних установок на базі конвертованих АГТД, можна зробити такі висновки:
1. Ефективним напрямом розвитку теплоенергетики Білорусі є децентралізація енергопостачання із застосуванням конвертованих АГТД, і найефективнішим виявляється комбінована вироблення теплоти та електроенергії.
2. Установка АГТД може працювати як автономно, так і у складі великих промислових підприємств та великих ТЕЦ, як резерв для прийняття пікових навантажень, має невеликий термін окупності та скорочені терміни монтажу. Немає сумнівів, що ця технологія має перспективу розвитку в нашій країні.
Література
1. Хусаїнов Р.Р. Робота ТЕЦ за умов оптового ринку електричної енергії // Енергетик. – 2008. – № 6. – С. 5-9.
2. Назаров В.І. До питання розрахунку узагальнених показників на ТЕЦ // Енергетика. – 2007. – № 6. – С. 65-68.
3. Уваров В.В. Газові турбіни та газотурбінні установки - М.: Вищ. шк., 1970. – 320 с.
4. Самсонов В.С. Економіка підприємств енергетичного комплексу – М.: Вищ. шк., 2003. – 416 с.
Завантаження...