Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как работает газовая турбина

КАК РАБОТАЕТ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА

Разовая турбина — это такой тепловой двигатель, рабо-

* чие части которого совершают лишь вращательное движение под действием струи газа.

Главной частью турбины служит рабочее колесо — диск, на ободе которого укреплены рабочие лопатки. Под действием газа лопатки двигаются, вращая диск. Послед­ний жестко скреплен с валом. Рабочее колесо вместе с валом называется ротором турбины (рис. 2). Механиче­ская энергия вращающегося ротора турбины передается либо генератору электрического тока, либо гребному винту корабля, воздушному винту самолета и т. д.

Газовая струя может воздействовать на лопатки тур­бин двояко. В соответствии с этим и турбины принято делить на два класса: активные и реактивные турбины.

В активной турбине газ поступает на рабочие лопатки с большой скоростью. Благодаря инерции газ стремится продолжать свое равномерное прямолинейное движение. Но на пути стоит изогнутая лопатка. Она отклоняет струю газа. При повороте быстро движущегося газа он развивает большую центробежную силу [33]). Эта сила и за­ставляет лопатки двигаться. Газ, отклоненный лопатками турбины в сторону, обратную первоначальному напра-

Игтрнитл ргп птгп^рнма пыуп —

Рис. 2. Ротор газовой турбины — диск с рабочими лопатками и соединенный с ним вал.

Ходя между лопатками турбины, газ теряет часть своей энергии. Эта энергия и идет на вращение рабочего колеса и вала турбины. Следовательно, можно сказать, что чем больше энергия газа, поступающего в рабочее колесо, и чем она меньше при выходе газа из колеса, тем большую полезную работу может совершить турбина.

Отсюда сразу видны те задачи, которые встают при создании активной турбины. Во-первых, надо сообщить газу, поступающему в рабочее колесо, максимальную ско­рость. Во-вторых, надо выбрать такую форму лопаток и задать рабочему колесу такую скорость вращения, чтобы при выходе из колеса газ имел возможно меньшую ско­рость. Ясно также, что следует предельно уменьшить по­тери энергии на трение, на вихреобразование и другие непроизводительные расходы энергии газа.

В реактивной турбине газ поступает на рабочие ло­патки с незначительной скоростью, но под большим да-

Влением. Форма лопаток реактивной турбины подобрана такой, что образующийся между двумя лопатками канал сужается от передней кромки лопаток к задней (рис. 3). Значит, газ, проходя через рабочее колесо, течет по су-

Рис. 3. Лопатки газовой турбины: а — актив­ной, б — реактивной. Вверху — вид сбоку, вни­зу— поперечные сечения лопаток. Черной кра­ской изображены лопатки рабочего колеса, за­штрихованы — неподвижные лопатки напра­вляющего аппарата.

Жающимся каналам. А для того, чтобы весь газ, вошед­ший в широкое входное сечение канала, мог выйти через узкое выходное сечение, он должен двигаться все быстрее. Поэтому при движении газа между лопатками реактивной турбины его скорость сильно возрастает.

Струя газа, выходя из рабочего колеса, создает так называемую реактивную силу. Чем больше скорость

Вытекающих газов, тем большая сила реакции действует на лопатки турбины.

Вот простой пример, поясняющий, что такое реактив­ная сила. В закрытом сосуде находится сильно сжатый газ. Из физики известно, что в этом случае давление газа передается во все стороны с одинаковой силой: оно рав­номерно распределяется по стенкам сосуда, который при этом остается неподвижным. Но стоит нам удалить одну из стенок, как сжатый газ устремится через отверстие наружу. Давление газа на противоположную (по отно­шению к отверстию) стенку уже не будет уравновеши­ваться, и сосуд начнет двигаться.

С подобным же явлением мы сталкиваемся и при вы­стреле из огнестрельного оружия. Каждому, кто стрелял из ружья или пистолета, известно действие отдачи. В мо­мент выстрела пороховые газы с огромной силой равно­мерно давят во все стороны. Давление пороховых газов на пулю выбрасывает ее из ружья, а давление их на дно гильзы (реакция газов) является причиной отдачи.

Турбин, работающих на чисто реактивном принципе, на практике не бывает. В реактивных турбинах исполь­зуется и центробежная сила, которая наряду с силой реакции действует на лопатки, заставляя их вращаться.

Для эффективной работы газовой турбины к ее рабо­чему колесу необходимо подводить газ, имеющий опре­деленную скорость. Для этого поступающий в турбину газ, прежде чем войти в рабочее колесо, проходит через специальный направляющий аппарат (иногда его назы­вают также сопловым аппаратом). Он состоит из ряда неподвижных лопаток, жестко укрепленных на корпусе турбины. Форма и расположение лопаток направляющего аппарата подобраны таким образом, чтобы между лопат­ками образовывались сужающиеся каналы, поворачиваю­щие поток газа в сторону вращения рабочего колеса. Газ, двигаясь по каналам между лопатками направляющего аппарата, увеличивает свою скорость и получает требуе­мое направление движения. Таким образом, задача на­правляющего аппарата — сообщить газу необходимую скорость и нужное направление движения.

В рабочем колесе газ проходит по кольцевому про­странству между ободом колеса и кожухом турбины, то есть там, где расположены лопатки. Поэтому сопловой аппарат также представляет собой кольцевой канал, в ко­тором на равном расстоянии друг от друга установлены направляющие лопатки.

Ротор турбины и сопловой аппарат, заключенные в соответствующий кожух, и образуют газовую турбину.

Турбины различаются также по направлению газо­вого потока. Если газ течет параллельно оси турбины,

Рис. 4. Осевая газовая турбина (в разрезе): 1 — подвод газа, 2 — рабочие лопатки, 3 — лопатки направляющего аппарата, 4 — вал, 5 — диск.

То турбина называется аксиальной или осевой, а если перпендикулярно, то радиальной.

Радиальная турбина, в которой газ движется от центра к внешней части колеса, носит название цент­робежной. Именно такой была первая газовая турбина, построенная в конце прошлого века. Если же газ дви­жется от внешней части к центру, то такая турбина называется центростремительной. Подобная турбина
была применена на одном из авиационных двигателей в 1944 году.

Подавляющее же большинство современных газовых турбин относится к осевому типу (рис. 4).

Скорость вращения ротора турбины должна быть со­гласована со скоростью движения газа через рабочее

Рис. 5. Двухступенчатая газовая турбина (в разрезе): 1—рабочие лопатки, 2— лопатки направляю­щих аппаратов, 3—диски, 4 — вал.

Колесо. Теория турбин по­казывает, что для того, чтобы осуществить наивы­годнейший режим работы турбины, надо выдержи­вать определенную зави­симость между скоростью движения газа и окруж­ной скоростью лопаток турбины.

Однако скорость вра­щения ротора ограничена механической прочностью диска и лопаток. Поэтому должна быть ограничена и скорость движения газа в рабочем колесе. Этим самым ограничивается ве­личина энергии газа, кото­рую может использовать колесо турбины.

Как же быть, если газ, поступающий в турбину, имеет большой запас энер­гии? В таком случае надо разделить процесс преобразования внутрен­ней энергии газа в меха­ническую энергию враще­ния ротора на несколько этапов, ступеней. Это достигается применением турбины с несколькими рядами рабочих лопаток (рис. 5). Между каждыми двумя рядами рабочих лопаток помещается ряд неподвижных лопаток направляющего аппарата. Газ последовательно проходит сначала через первый ряд на­

Правляющих лопаток в первый ряд рабочих лопаток, затем через вторые ряды направляющих и рабочих ло­паток и т. д.

Каждый ряд лопаток направляющего аппарата и сле­дующий за ним ряд рабочих лопаток называют ступенью турбины. Когда газ проходит через первую ступень, его давление несколько снижается. Во второй ступени проис­ходит дальнейшее снижение давления. И так до тех пор, пока давление газа не упадет до атмосферного.

Читать еще:  Полировка фар зубной пастой или зубным порошком своими руками

Все о транспорте газа

Газотурбинная установка (ГТУ) — машина, преобразующая тепловую энергию в механическую и состоящая из одного или нескольких компрессоров (чаще осевого типа), теплового устройства для нагрева рабочего тела, одной или нескольких турбин, системы регулирования и необходимого вспомогательною оборудования (рис. 1). Полезная мощность в ГТУ совершается за счет внутренней энергии газового потока, поступаюшего с большой скоростью на лопатки ротора турбины.

При работе турбины атмосферный воздух засасывается в осевой компрессор 3, сжимается и поступает в камеру сгорания 1. Одновременно часть воздуха направляется в кольцевое пространство между стенкой и корпусом камеры сгорания. Внутрь камеры сгорания непрерывно поступает топливо, сгорающее при постоянном давлении. Поэтому из камеры сгорания непрерывной струей выходят продукты сгорания, направляющиеся в сопла. В соплах энергия давления в результате расширения газа преобразуется в кинетическую энергию газовой струи, поступающей на лопатки турбины. Воздух, омывающий жаровую трубу камеры сгорания, охлаждает ее и, смешиваясь с продуктами сгорания, выходящими из жаровой трубы, также поступает в турбину 2. Примешивание этой доли воздуха к продуктам сгорания, имеющим высокую температуру — около 1800-2000 °С, необходимо для снижения температуры газов до величины, безопасной для металла лопаток газовой турбины. Поэтому общее количество воздуха, сжимаемого втурбокомпрессоре 3, значительно (в 6 раз и более) превышает количество воздуха, теоретически необходимого для сгорания топлива.

Общее представление о принципах работы турбины можно получить при рассмотрении устройства простейшей активной турбины (рис. 2).

На валу 1 насажен диск 2, по ободу которого на равных расстояниях закреплены рабочие лопатки . Слева от рабочих лопаток в корпусе 5 размешено сопло 4, представляющее собой криволинейный канал плав­ного очертания. При постоянном расходе газа за счет сужения канала в пределах сопла скорость потока возрастает, а давление уменьшается от р до р1 . Следовательно, в пределах сопла потенциальная энергия потока превращается в кинетическую.

При выходе из сопла поток газа попадает на рабочие лопатки под та­ким углом наклона a 1 , который обеспечивает плавное скольжение по­тока в межлопаточных каналах. При движении потока вдоль изогнутого контура рабочих лопаток возникают элементарные силы, результирую­щая которых представляет собой усилие, вращающее лопатки, т. е. ме­ханическую работу. Механическая работа потокагаза на лопатках опре­деляется только вращающим усилием и частотой вращения. При враща­тельном движении рабочих лопаток скорость газа при выходе из них меньше скорости на входе. Это означает, что на рабочих лопатках проис­ходит второе превращение энергии — кинетическая энергия потока газа частично переходит в механическую энергию вращения лопаток.

Турбины, в которых поток газа движется параллельно валу, назы­вают аксиальными, а турбины, в которых поток газа движется перпен­дикулярно к валу, — радиальными. Заводы выпускают в основном аксиальные газовые турбины.

Смежные ряды сопел и рабочих лопаток образуют одну ступень давления. Поэтому турбину такого типа называют одноступенчатой. Диаметр диска 2, измеренный по средней высоте рабочих лопаток d , называют расчетным диаметром ступени давления. Между вращающими­ся и неподвижными деталями всегда имеются зазоры (см. рис. 2) в ра­диальном и аксиальном направлениях.

На графике изменения давления и абсолютных скоростей газа в ак­тивной одноступенчатой турбине (см. рис. 2) видно, что давление падает только в соплах, где и происходит увеличение абсолютной скорости по­тока с с до с1 . На рабочих лопатках, в зазоре между соплами и лопат­ками давление практически постоянно. Отдельные ступени или турбины в целом, в которых давление потока газа на рабочих лопатках остается постоянным, называются активными. Те же ступени или турбины в це­лом, в которых давление меняется и в соплах и на рабочих лопатках, называются реактивными.

При однократном расширении в соплах одноступенчатой гурбины скоростью газа при входе его на рабочие лопатки оказывается настолько большой, что на одном ряду лопаток достаточно полно использовать ее нельзя. Поэтому одноступенчатые турбины применяют в основном для привода различных вспомогательных устройств.

На рис.3 в продольном разрезе и развертке по окружности проточ­ной части дана схема активной турбины с двумя ступенями скорости. (Обозначения 1 соответствуют обозначениям на рис. 2). Газ из перво­го ряда рабочих лопаток поступает в неподвижные напщие ло­патки 7. Эти лопатки сходны по профилю с рабочими лопатками, но изогнуты в противоположную сторону. Направляющие лопатки крепят в корпусе 5 турбины против сопел. Далее газ поступает на второй ряд рабочих лопаток 6. Такой двукратный пропуск потока по рабочим лопаткам позволяет уменьшить потерю кинетической энергии с выходной скоростью и этим увеличить к.п.д. На графике изменения давления и абсолютных скоростей газа по ступеням турбины (см. рис. 3) видно, что расширение газа происходит только в соплах, т. е. эта турбина является активной. Поэтому абсолютная скорость потока газа достигает максимального значения с 1 , при выходе из сопел. Далее поток газа попадает на рабочие лопатки первой ступени скорости, где совершает работу. Абсолютная скорость при выходе с 2 еще довольно велика. Поток далее попадает в направляющие лопатки, где его абсолютная скорость несколько уменьшается от с2 до с` 1 за счет потерь, а затем газ поступает нa рабочие лопатки второй ступени Здесь совершается дополнительная работа, соответствующая уменьшению абсолютной скорости от c` 1 до с` 2 . Во всех зазорах давление принимается постоянным.

Наклон линии абсолютной скорости на рабочих лопатках первой и второй ступеней и на направляющих лопатках различен. Это связано с тем, что на рабочих лопатках скорость уменьшается и при превращении в механическую работу и ввиду потерь, между тем как в направляющих лопатках уменьшение скорости происходит только за счет потерь.

Рабочие лопатки ступеней скорости для уменьшения стоимости и упрощения конструкции почти всегда ставят на общем диске, который называют диском Кертиса. Принцип работы реактивных и комбинированных турбин.

В реальных ГТУ, эксплуатируемых на компрессорных станциях, используют в основном комбинированные ступени, т.е. ступени с определенной степенью реакции. Поток газа воздействует на рабочие лопатки реактивной турбины не только но причине изменения скорости, приобретенной в соплах (активное усилие), но также и вследствие реакции потока газа. Это воздействие возникает в них при уменьшении давления и увеличении за счет этого относительной скорости (реактивное усилие) . Реактивное усилие аналогично отдаче ружья при выстреле.

Принцип действия газотурбинных установок (ГТУ)

Принцип действия газотурбинных установок

Рис.1. Схема ГТУ с одновальным ГТД простого цикла

В компрессор (1) газотурбинного силового агрегата подается чистый воздух. Под высоким давлением воздух из компрессора направляется в камеру сгорания (2), куда подается и основное топливо — газ. Смесь воспламеняется. При сгорании газовоздушной смеси образуется энергия в виде потока раскаленных газов. Этот поток с высокой скоростью устремляется на рабочее колесо турбины (3) и вращает его. Вращательная кинетическая энергия через вал турбины приводит в действие компрессор и электрический генератор (4). С клемм электрогенератора произведенное электричество, обычно через трансформатор, направляется в электросеть, к потребителям энергии.

Газовые турбины описываются термодинамическим циклом Брайтона Цикл Брайтона/Джоуля — термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинного, турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей внутреннего сгорания, а также газотурбинных двигателей внешнего сгорания с замкнутым контуром газообразного (однофазного) рабочего тела.

Цикл назван в честь американского инженера Джорджа Брайтона, который изобрёл поршневой двигатель внутреннего сгорания, работавший по этому циклу.

Читать еще:  Установка бесконтактного зажигания на ваз 2121

Иногда этот цикл называют также циклом Джоуля — в честь английского физика Джеймса Джоуля, установившего механический эквивалент тепла.

Рис.2. P,V диаграмма цикла Брайтона

Идеальный цикл Брайтона состоит из процессов:

  • 1—2 Изоэнтропическое сжатие.
  • 2—3 Изобарический подвод теплоты.
  • 3—4 Изоэнтропическое расширение.
  • 4—1 Изобарический отвод теплоты.

С учётом отличий реальных адиабатических процессов расширения и сжатия от изоэнтропических, строится реальный цикл Брайтона (1—2p—3—4p—1 на T-S диаграмме)(рис.3)

Рис.3. T-S диаграмма цикла Брайтона
Идеального (1—2—3—4—1)
Реального (1—2p—3—4p—1)

Термический КПД идеального цикла Брайтона принято выражать формулой:

  • где П = p2 / p1 — степень повышения давления в процессе изоэнтропийного сжатия (1—2);
  • k — показатель адиабаты (для воздуха равный 1,4)

Следует особо отметить, что этот общепринятый способ вычисления КПД цикла затемняет суть происходящего процесса. Предельный КПД термодинамического цикла вычисляется через отношение температур по формуле Карно:

  • где T1 — температура холодильника;
  • T2 — температура нагревателя.

Ровно это же отношение температур можно выразить через величину применяемых в цикле отношений давлений и показатель адиабаты:

Таким образом КПД цикла Брайтона, зависит от начальной и конечной температур цикла ровно так же, как и КПД цикла Карно. При бесконечно малой величине нагрева рабочего тела по линии (2-3) процесс можно считать изотермическим и полностью эквивалентным циклу Карно. Величина нагрева рабочего тела T3 при изобарическом процессе определяет величину работы отнесённую к количеству использованного в цикле рабочего тела, но ни каким образом не влияет на термический КПД цикла. Однако при практической реализации цикла нагрев обычно производится до возможно больших величин ограниченных жаростойкостью применяемых материалов с целью минимизировать размеры механизмов осуществляющих сжатие и расширение рабочего тела.

На практике, трение и турбулентность вызывают:

  • Неадиабатическое сжатие: для данного общего коэффициента давления температура нагнетания компрессора выше идеальной.
  • Неадиабатическое расширение: хотя температура турбины падает до уровня, необходимого для работы, на компрессор это не влияет, коэффициент давления выше, в результате, расширения не достаточно для обеспечения полезной работы.
  • Потери давления в воздухозаборнике, камере сгорания и на выходе: в результате, расширения не достаточно для обеспечения полезной работы.

Как и во всех циклических тепловых двигателях, чем выше температура сгорания, тем выше КПД. Сдерживающим фактором является способность стали, никеля, керамики или других материалов, из которых состоит двигатель, выдерживать температуру и давление. Значительная часть инженерных разработок направлена на то, чтобы отводить тепло от частей турбины. Большинство турбин также пытаются рекуперировать тепло выхлопных газов, которые, в противном случае, теряется впустую.

Рекуператоры — это теплообменники, которые передают тепло выхлопных газов сжатому воздуху перед сгоранием. При комбинированном цикле тепло передается системам паровых турбин. И при комбинированном производстве тепла и электроэнергии (когенерация) отработанное тепло используется для производства горячей воды.

Механически газовые турбины могут быть значительно проще, чем поршневые двигатели внутреннего сгорания. Простые турбины могут иметь одну движущуюся часть: вал/компрессор/турбина/альтернативный ротор в сборе (см. изображение ниже), не учитывая топливную систему.

Рис.4. Эта машина имеет одноступенчатый радиальный компрессор,
турбину, рекуператор, и воздушные подшипники.

Более сложные турбины (те, которые используются в современных реактивных двигателях), могут иметь несколько валов (катушек), сотни турбинных лопаток, движущихся статорных лезвий, а также обширную систему сложных трубопроводов, камер сгорания и теплообменников.

Как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала(ов), необходимая для поддержания максимальной линейной скорости лопаток.

Максимальная скорость турбинных лопаток определяет максимальное давление, которое может быть достигнуто, что приводит к получению максимальной мощности, независимо от размера двигателя. Реактивный двигатель вращается с частотой около 10000 об/мин и микро-турбина — с частотой около 100000 об/мин.

Паровая и газовая турбина: особенности и обслуживание

  1. Газовая турбина: плюсы и минусы
  2. Основные преимущества и недостатки паровой турбины
  3. Обслуживание газовых и паровых турбин

Газовые и паровые турбины являются важными элементами производства энергии. Они представляют собой силовые двигатели, преобразующие кинетическую энергию движущихся тел в механическую работу посредством вращения лопастного ротора.

Газовая турбина: плюсы и минусы

Рис. 1. Газовая турбина

Компонентами газовой турбины являются:

  • Компрессор – сжимает входящий воздух и под давлением подает в камеру сгорания.
  • Камера сгорания – здесь газ или топливная жидкость воспламеняется, образуя расширяющийся газовый поток высокой температуры.
  • Лопаточный ротор – преобразует расширяющийся газ в механическую энергию за счет вращения лопастей, которые приводят в действие генератор электрической энергии.

Преимущества газовой турбины:

  • Простое устройство и меньший вес по сравнению с паровой турбиной
  • Небольшой расход воды и масла
  • Быстро вводится в работу
  • Работает на топливе любого качества и в любых условиях
  • Вырабатывает меньше вредных веществ
  • В конструкцию входит минимальное число трущихся деталей, поэтому турбина имеет долгий срок службы, и при ее работе создаётся меньшее число вибраций
  • Высокая энергоэффективность, благодаря чему затраты на покупку турбины быстро окупаются
  • Высокий уровень шума
  • Ограниченная мощность
  • Большая часть мощности уходит на работу компрессора
  • Начальная температура при работе турбины должна быть около 500 °С

Основные преимущества и недостатки паровой турбины

Рис. 2. Паровая турбина

Паровая турбина преобразует энергию пара в механическую работу. Ее компонентами являются:

  • Лопатки турбины – пар воздействует на лопасти, закрепленные по окружности ротора параллельно оси вращения, приводя ротор в действие.
  • Ротор – рабочий подвижный элемент с установленными лопастями передает энергию пара на вал.
  • Статор – неподвижная часть с соплами для подачи под давлением нагретого до высокой температуры пара, направленного вдоль роторного вала или перпендикулярно ему.
  • Вал – преобразует пар в механическую работу и обеспечивает необходимую герметизацию.

Плюсы паровой турбины:

  • Работает на всевозможных видах топлива: газ, уголь, отработанный пар промышленных процессов, возобновляемые источники энергии и т.д.
  • Высокий КПД
  • Длительный срок службы
  • Широкий диапазон мощностей
  • Процесс ввода турбины в работу занимает несколько суток
  • Сложная технология сервисного обслуживания и ремонта
  • Высокая стоимость
  • Образует большое количество вредных выбросов
  • В электроэнергию преобразуется меньшая часть тепловой энергии, образовавшейся от сгорания топлива

Обслуживание газовых и паровых турбин

Рис. 3. Обслуживание турбины

Элементы турбин функционируют в условиях колоссальных нагрузок, агрессивной среды и высокой температуры, что приводит к их повреждениям.

Детали изготавливаются из высококачественных материалов и проходят термическую обработку, но этого не всегда бывает достаточно. Инновационной разработкой для защиты элементов, функционирующих в экстремальных условиях, являются антифрикционные твердосмазочные покрытия.

Материалы MODENGY 1001, MODENGY 1002, MODENGY 1005, MODENGY 1007, MODENGY 1014 от российской компании «Моденжи» увеличивают ресурс деталей турбин (клапанов стравливания давления, подшипников скольжения, прессовых посадок, ходовых винтов, крепежа, конденсатоотводчиков), снижают трение и износ, защищают их от перегревов и других неблагоприятных факторов, а также обеспечивает легкую сборку и демонтаж при обслуживании или ремонте.

Рис. 4. Лопатки турбин до и после нанесения покрытия MODENGY 1001 на хвостовики

Двигатель турбины необходимо периодически прослушивать и проверять, чем и занимается специальный обслуживающий персонал. Специалисты внимательно следят за показателями соответствия функциональным требованиям и определяют степень загрязненности внутренних полостей турбины, работоспособность теплообменников, компрессора.

При малейших неисправностях производится ремонт установки, пренебрегать которым нельзя ни в коем случае, поскольку халатное отношение может привести к плачевным последствиям.

Газовая турбина: назначение и области применения

Смотрите также

Назначение и принцип действия

Газовая турбина является лопаточной установкой, необходимой для обеспечения движения электрогенератора.

Читать еще:  Что делать, если дверь машины захлопнулась, а ключи остались внутри

Ее основными частями являются ротор и статор с лопатками.

Лопатка – это металлическая деталь, представляющая собой пластину с хвостовиком, прикрепляющуюся к диску. Как правило, ширина этой пластины составляет четверть от ее длины.

Ротор – подвижный вал, на котором установлены диски с лопатками. Один диск называется ступенью ротора. Количество ступеней и размер лопаток на каждой из них зависит от особенностей работы и требуемой мощности агрегата.

Статор – неподвижный элемент турбины, представляющий собой лопатки другой формы, закрепленные в корпусе вокруг ротора. Он служит для направления газа на пластины ротора под нужным углом. Благодаря этому повышается КПД и надежность работы, а также предотвращается нарушение потока вещества.

Вместе с камерой сгорания газовая турбина представляет собой газотурбинную установку.

Рис. 1. Газотурбинная установка

Процесс работы

С помощью турбокомпрессора входящий воздух сжимается и подается в камеру сгорания. Там он нагревается и расширяется.

Продукты сгорания под давлением подаются на лопатки турбины, чем приводят в движение ротор, который является приводом электрогенератора.

Отличительные особенности

Главной особенностью газового устройства по сравнению с паровыми и парогазовыми турбинами является неизменность агрегатного состояния входящего вещества на протяжении всего рабочего процесса. Это позволяет им функционировать при более высоких температурах и увеличивать КПД.

При одинаковой мощности с паровыми газовые установки имеют меньший вес и габариты, быстрее вводятся в эксплуатацию, проще в обслуживании.

В отличие от двигателя внутреннего сгорания, в газовой турбине меньшее количество движущихся элементов и низкая вибрация при работе, более высокое соотношение мощности к габаритам, малое количество вредных выбросов, а также низкие требования к используемому топливу.

Применение газовых турбин связано и с некоторыми недостатками. Среди них высокая стоимость за счет сложности производства деталей, высокое потребление электроэнергии, медленный пуск по сравнению с ДВС, низкий КПД при малых нагрузках.

Сервис газовых турбин

Газовые турбины функционируют при экстремальных температурах и нагрузках, поэтому их элементы должны иметь высокую жаропрочность, жаростойкость и удельную прочность.

Ресурс деталей существенно снижается во время пусков и остановок агрегата, поэтому необходимо использовать материалы, способные защищать узлы как при высоких, так и при низких нагрузках.

С этой целью конструкторы применяют инновационные смазочные материалы, которые обеспечивают долговременную защиту механизмов от коррозии и износа, обладают высокой несущей способностью и устойчивостью к экстремальным температурам.

Для облегчения сборки и демонтажа лопаток турбин, а также защиты от фреттинг-коррозии на их хвостовики наносят материал MODENGY 1001.

Рис. 2. Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия на хвостовики

Для подшипников скольжения газовых турбин применяют MODENGY 1001 и MODENGY 1002, прессовых посадок – MODENGY 1005, ходовых винтов – MODENGY 1001 , конденсатоотводчиков – MODENGY 1001, крепежных деталей – MODENGY 1014.

На лепестковые газодинамические подшипники микротурбин наносят высокотемпературное покрытие MODENGY 2560.

Данные составы применяются на этапе производства элементов и не требуют обновления весь период функционирования газотурбинных установок.

Виды газовых турбин

Газовые турбины делятся на два вида:

  • Промышленные – крупногабаритные установки с высоким КПД, применяемые на различного вида электростанциях
  • Микротурбины – используются для обеспечения автономного энергоснабжения. Они производят экологически чистую энергию и могут являться аварийным источником питания

Рис. 3. Устройство микротурбины

Области применения

Газовые турбины часто устанавливаются в ракеты на жидком топливе, мощные компрессорные установки, системы хладоснабжения.

Наибольшую популярность получило применение газовых турбин на электростанциях за их высокую мощность при сниженных габаритах. Они могут обеспечить население теплом, светом и другой энергией в больших количествах.

Микротурбины производят электричество для торговых комплексов, строительных площадок, оборудования утилизирующей промышленности, аграрного сектора. Они эффективно работают в экстремальных условиях окружающей среды, например, на Крайнем Севере.

Присоединяйтесь

  • О компании
  • Пресс-центр
  • Дилерская сеть
  • Мы и общество
  • Наши услуги
  • Отраслевые решения
  • Статьи
  • MODENGY
  • EFELE
  • Molykote
  • DOWSIL
  • Xiameter
  • PermabondMerbenit

© 2004 – 2020 ООО «АТФ». Все авторские права защищены. ООО «АТФ» является зарегистрированной торговой маркой.

Принцип работы газовых турбин

Газовой турбиной принято называть непрерывно действующий двигатель.

  • История создания газовой турбины
  • Технические характеристики газовой турбины
  • Активные и реактивные турбины
    • Активная турбина
    • Реактивная турбина

Далее пойдёт речь о том, как устроена газовая турбина, в чем заключается принцип работы агрегата. Особенностью такого двигателя является то, что внутри него энергия продуцируется сжатым или нагретым газом, результатом преобразования которого является механическая работа на валу.

История создания газовой турбины

Интересно, что механизмы турбин начали разрабатываться инженерами уже очень давно. Первая примитивная паровая турбина была создана ещё в I веке до н. э.! Конечно же, своего существенного расцвета данный механизм достиг только сейчас. Активно разрабатываться турбины начали в конце XIX века одновременно с развитием и совершенствованием термодинамики, машиностроения и металлургии.

Менялись принципы механизмов, материалы, сплавы, всё совершенствовалось и вот, на сегодняшний день человечеству известна наиболее совершенная из всех ранее существующих форм газовой турбины, которая разграничивается на различные типы. Есть авиационная газовая турбина, а есть промышленная.

Технические характеристики газовой турбины

Газовой турбиной принято называть своеобразный тепловой двигатель, его рабочим частям предопределено только одно задание – вращаться вследствие воздействия струи газа.

Устроена она таким образом, что главная часть турбины представлена колесом, на которое прикреплены наборы лопаток. Газ, воздействуя на лопатки газовой турбины, заставляет их двигаться и вращать колесо. Колесо в свою очередь жёстко скреплено с валом. Этот тандем имеет специальное название – ротор турбины. Вследствие этого движения, происходящего внутри двигателя газовой турбины, достигается получение механической энергии, которая передаётся на электрогенератор, на гребной винт корабля, на воздушный винт самолёта и другие рабочие механизмы аналогичного принципа действия.

Активные и реактивные турбины

Воздействие газовой струи на лопатки турбины может быть двояким. Поэтому турбины разделяются на классы: класс активных и реактивных турбин. Отличаются реактивная и активная газовая турбина принципом устройства.

Активная турбина

Активная турбина характеризуется тем, что здесь отмечается большая скорость поступления газа на рабочие лопатки. При помощи изогнутой лопатки, струя газа отклоняется от своей траектории движения. В результате отклонения развивается большая центробежная сила. С помощью этой силы лопатки приводятся в движение. Во время всего описанного пути газа происходит потеря части его энергии. Такая энергия и направлена на движение рабочего колеса и вала.

Реактивная турбина

В реактивной турбине всё несколько иначе. Здесь поступление газа к рабочим лопаткам осуществляется на незначительной скорости и под воздействием большого уровня давления. Форма лопаток так же отлична, благодаря чему скорость газа значительно увеличивается. Таким образом, струя газа создаёт своего рода реактивную силу.

Из описываемого выше механизма следует, что устройство газовой турбины достаточно непростое. Дабы такой агрегат работал бесперебойно и приносил своему владельцу прибыль и выгоду, следует доверить его обслуживание профессионалам. Сервисные профильные компании обеспечивают сервисное обслуживание установок, использующих газовые турбины, поставки комплектующих, всевозможных частей и деталей. DMEnergy — одна из таких компаний (подробнее), которые обеспечивают своему клиенту спокойствие и уверенность в том, что он не останется один на один с проблемами, возникающими в ходе эксплуатации газовой турбины.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×