Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Работа газовых турбин при частичных нагрузках




В зависимости от схемы ГТУ в них применяют одну, две или три газовые турбины,' которые могут быть включены последова­тельно или параллельно и установлены на одном или на разных валах. Камеры сгорания располагают перед каждой газовой тур­биной или только перед первой.

Относительный расход газа через турбину при частичных на­грузках можно рассчитать по формуле

>2-1 \1,2

где бо и б— степени расширения газа в турбине при расчетном режиме и режиме частичной нагрузки.

Эта формула справедлива для турбин, которые имеют более трех ступеней' и значительную степень реактивности.

Изменение кпд турбины при частичных нагрузках прежде все­го зависит от режима работы ее средней ступени. Кпд любой сту­пени существенно зависит от величины ха=и1са. Если эту величи­ну на расчетном режиме обозначить через хол, отношение Ua/*oa)cp для средней ступени будет зависеть от относительной частоты вращения и относительного располагаемого тепло перепада на турбину:

/ха\ = _я_ /Я»,ту.»

■\*оа/ср Яо \//Ог I

где Я°от и Hoi — располагаемые тепло перепады на турбину при расчетном режиме и режиме частичной нагрузки.

Зависимость кпд турбины от отношения (д;а/-«оа)ср рассчитыва­ют заранее. С помощью этой зависимости и формулы для опреде­ления относительного расхода газа через турбину G можно при любых частоте вращения, степени расширения газа б, начальном давлении рй и температуре Тс определить расход газа и кпд от­дельной турбины.

Если две турбины включены последовательно и между ними нет камеры сгорания, массовые расходы газа через них одинако­вы. Температура газа перед второй турбиной равна температуре газа после первой. Степени расширения 6i и бг первой и второй турбин связаны с общей степенью расширения ГТУ:

Если известен режим работы первой турбины, можно опреде­лить режим работы второй. Приведенный расход газа через вто­рую турбину можно определить по формуле

ваЫОа

где Gni и 61 — приведенный расход и степень расширения в первой турбине; т]п — политропический кпд турбин.

Степень расширения во второй турбине можно определить по формуле .

Отношение теплоперепадов двух турбин зависит от степени расширения в них газа:

При уменьшении расхода во второй турбине ее степень расширения бг, теплоперепад Я2 и, следовательно, мощность уменьша­ются гораздо больше, чем в первой. Таким образом, при последо­вательной работе режим турбины низкого давления изменяется сильнее, чем турбины высокого давления. Если между турбинами установлена промежуточная камера сгорания, диапазон регули­рования нагрузок ГТУ становится больше. В этом случае темпе­ратура перед второй турбиной Та определяется не только режимом работы турбины высокого давления, но и может быть изменена произвольно в результате изменения подачи топлива во вторую камеру сгораний. Тогда соотношения между приведенными расхо­дами, степенями расширения и теплоперепадами первой и второй турбин приобретут вид:

"10

С1

( Ч\2 / Si2 ~ ' ) Те* Тс19 I 80 - 1. Л /8210 \«.

Я.

т~Т~а

Промежуточный подогрев газа позволяет перераспределять мощности, вырабатываемые турбинами высокого и низкого дав­ления, регулируя температуру Тс2 изменением подачи топлива в камеру сгорания.

 

Рис. 124. Изменение ре­жима работы ГТУ при переменной частоте вра­щения ротора

.1 2

Y

3 1

«V,

-1

С)

I)

Рис." 125. Варианты компоновки агрегатовдвухвальной ГТУ:

а, 6 — с последовательно работающими турбинами, в — с параллельно работающими, турби­нами; / — компрессор, 2, 3 — турбины высокого и низкого давления, 4 — камера сгорания, 5 — регенератор, 6 — турбина привода компрессора, 7 — силовая турбина

Рассмотрим особенности работы двухвальной ГТУ, состоящей из одного компрессора, двух турбин и одной камеры сгорания при трех возможных схемах их компоновки (рис. 125, а—б). После компрессора воздух попадает в регенератор, а затем — в камеру

сгорания. Компрессор расположен на свободном валу, к которому не подсоединен потребитель мощности. Для привода компрессора и потребителя мощности используются разные турбины.

При первом варианте компоновки (рис. 125, а) компрессор вращает турбина высокого давления, при втором (рис. 125, б) — турбина низкого давления, а при третьем (рис. 125, в) —обе тур­бины работают параллельно, причем одна служит для привода компрессора, а вторая — потребителя мощности.

В первом случае (рис. 125, а) компрессор потребляет мощность турбины высокого давления. При переменном режиме ее мощность изменяется меньше, чем мощность турбины низкого давления, ко­торая несет полезную нагрузку. Следовательно, расход воздуха, который выдает компрессор, будет изменяться незначительно и в основном изменение полезной мощности будет происходить в_ ре­зультате уменьшения теплоперепада в турбине низкого давления.

Во втором случае (рис. 125, б) даже относительно небольшое изменение полезной мощности вызовет существенное изменение расхода воздуха, так как турбина высокого давления вырабаты­вает полезную мощность, а турбина низкого давления приводит в действие компрессор. Следовательно, изменение полезной мощно­сти будет происходить в основном в результате изменения расхода рабочего тела.

Сопоставление первого и второго, вариантов компоновки агре­гатов показывает, что регулирование мощности ГТУ при втором варианте ближе к количественному способу, а следовательно, ее кпд на частичных нагрузках должен быть больше. Этот вывод подтверждается расчетами и экспериментами.

Однако в основном распространение получил первый вариант компоновки агрегатов, так как при втором варианте ГТУ имеют ограниченный диапазон изменения мощности. Это происходит вследствие того, что при снижении полезной, нагрузки резко умень­шается расход воздуха через компрессор и он при полезной на­грузке, немного меньшей, чем половина номинальной, попадает в помпаж; Чтобы ГТУ работала при меньшей мощности, необходимо открыть противопомпажные клапаны, что резко снижает ее кпд.

Третий вариант компоновки агрегатов ГТУ (рис. 125, в) близок по схеме к одновальной ГТУ, работающей с переменной частотой вращения. Однако он не получил распространения из-за того, что обе турбины срабатывают полный теплоперепад и число ступеней в каждой из них равно сумме ступеней турбин высокого и низкого давления при первом варианте компоновки, а следовательно, из­готовление их обходится дороже. При этом турбина, служащая для привода потребителя мощности, вырабатывает примерно треть мощности и потребляет около трети расхода рабочего тела, в ре­зультате чего ее лопатки должны быть короткими, что уменьшает кпд.

Для получения высокого кпд ГТУ в широком диапазоне изме­нения полезной мощности применяют трехвальные ГТУ (рис. 126), турбины 4, 3 и 2 которых последовательно соединены газовым

трактом. Эти турбины механически не связаны между собой, ра­ботают при разных изменяющихся частотах вращения и имеют общую камеру сгорания 9 и один регенератор 8 перед ней. Компрес­сорная группа состоит из трех последовательно соединенных воздушным трактом и также механически не связанных между собой компрессоров 1, 6, 5. Компрессор 1-й турбина 2 низкого давления образуют один компрессорный вал, а компрессор 5 и турбина 4 высокого давления — второй; на третьем валу располо­жены компрессор 6 и турбина 3 среднего давления, а также по­требитель полезной мощности.

Объединение турбин и компрессоров в такие группы обеспечи-

Рис 126. Схема трехвальной ГТУ:

/, 5, 6 — компрессоры низкого, высокого и среднего дав­ления, 2. 3, 4— турбины низкого, среднего и высокого давления, 7 — охладитель, в — регенератор, 9 — камера сгорания

вает устойчивый кпд и широкий диапазон регулирования нагру­зок. При изменении нагрузки мощность турбины низкого давления изменяется наиболее сильно, что позволяет в достаточно широких пределах изменять расход воздуха в результате изменения режи­ма работы компрессора низкого давления. Вместе с тем компрес­сор высокого давления работает при гораздо меньшем изменении частоты вращения, так как приводом ему служит турбина высо­кого давления, режим работы которой изменяется меньше, чем двух других турбин.

% 42. Характеристики потребителей мощности ГТУ

Стационарные ГТУ, как уже отмечалось, наиболее широко ис­пользуются для привода электрических генераторов и нагнетате­лей природного газа. Чтобы определить режимы работы ГТУ при различных нагрузках,. необходимо знать зависимость мощности,Потребляемой генератором или нагнетателем природного газа, отч Частоты вращения их роторов. Такую зависимость называют ха­рактеристикой потребителя мощности.При пуске ГТУ электрический генератор переменного тока от­ключен от сети. Чтобы подключить электрический генератор к се­ти, необходимо вращать его ротор с такой частотой, при которой частота и фаза эдс, вырабатываемой генератором, совпадали бы

с частотой и фазой напряжения электрической сети. Иначе в момент подключения генератора возникает большой ударный крутящий мо­мент, воздействующий на его ротор, а через соединительную муфту — на ротор турбины или компрес­сора.

Мощность, потребляемая генератором на холостом ходу (до под-

частотыИв?ащения°$о- ключения к сети), очень мала и тора электрического генератора расходуется на преодоление трения от мощности в подшипниках и ротора о газообразную среду, а также на привод вентиляторов, обеспечивающих охлаждение генератора, и др.

После подключения к сети частота вращения ротора генерато­ра совпадает с частотой сети и не зависит от мощности, вырабаты­ваемой генератором. Так как частота электрического тока в сети изменяется очень мало, можно считать, что электрический -гене-

Рис. 143. Распределение давления в магистраль­ном газопроводе:

/ — нагнетатели, 2 — участки магистрального газопрово­да; рк — давление за нагнетателем в начале последую­щего участка газопровода; рн — давление перед нагне­тателей в начале предыдущего участка газопровода, I — расстояние вдоль газопровода

ратор практически работает с постоянной частотой вращения ро­тора п. Если обозначить частоту вращения ротора при номиналь­ном режиме работы генератора через л0, то его характеристика (рис. 142) может быть представлена следующей зависимостью:

п/п0 =1.

Нагнетатели природного газа располагают на магистральных газопроводах примерно на равном расстоянии друг от друга. Что-

л=const

Рис. 144. Характеристика нагнета-• теля природного газа

IHL.......

бы прокачать газ через газопровод, необходимо преодолеть сопро­тивление трения, которое возникает при движении газа по трубам. Вся мощность нагнетателей расходуется на преодоление этого трения. По мере удаления от нагнетателя по ходу газа давление газа уменьшается (рис. 143). Обычно расстояние между газопере­качивающими станциями выбирают так, чтобы давление в газо­проводе, выполненном из труб диаметром 1420 мм, не падало ниже 7,6 МПа, а за нагнетателем составляло 10 МПа.

Зависимость между степенью повышения давления в нагнета­теле ег от расхода газа Gr, пере­качиваемого по газопроводу, и от частоты вращения ротора нагне­тателя называют характеристи­кой нагнетателя (рис. 144). Рас­четный режим работы нагнетате­ля соответствует приведенному расходу GT—l и расчетной сте­пени .повышения давления ег =

= 8г.расч.

Так же, как и компрессор, нагнетатель может попадать в помпаж. На характеристике нагнетателя

на

Рекомендуемая литература

О х о т и н В. С. и др. Основы теплотехники. — М.: Высшая шко­ла, 1984.

К о с т ю к А. Г., Шерстюк А. Н. Газотурбинные установ­ки. — М.: Высшая школа, 1979.

Сторожук Я. П. Камеры сгорания стационарных газотур­бинных и парогазовых установок. — Л.: Машиностроение, 1978.

Ковалевский М. М. Стационарные ГТУ открытого цик­ла. — М.: Машиностроение, 1979.

Ольховский Г. Г. Энергетические газотурбинные установ­ки.— М.: Энергоатомиздат, 1985.

Газотурбинные установки/Справочное пособие.— Л.: Машино­строение, 1978.

Соколов В. С, Деев Л. В. Устройство и обслуживание энергетического блока. — М.: Высшая школа, 1985.

Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. —М': Энергия, 1977.

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-09-13; просмотров: 232; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты