Газотурбинные установки
Скачать 0.57 Mb.
|
| *СА = 1500…1600 К. Важнейшим удельным параметром наземных и морских ГТД является эффективный КПД ηе . Он характеризует топливную эффективность и представляет собой отношение эффективной мощности на валу Ne к мощности, подведённой с топливом Nтопл , кВт: Nтопл = Gт часНu/3600, ηе = Ne / Nтопл = , где Gт час – часовой расход топлива ГТД, кг/ч; Нu – низшая теплота сгорания, кДж/кг. Повышение эффективного КПД – важнейшее направление развития ГТД – достигается повышением параметров цикла Т*СА и π*к в оптимальном соотношении, а также уменьшением внутрицикловых потерь за счет совершенствования аэродинамики лопаточных машин, систем охлаждения и снижения потерь по тракту ГТД. Эффективный КПД зависит также и от класса мощности – у ГТД меньшего класса мощности КПД, как правило, ниже (рис. 23). Эта зависимость проявляется через фактор размерности. В ГТД меньшей мощности более умеренные параметры цикла, так как сложнее получить высокий КПД на малоразмерных лопаточных машинах. Параметры цикла, кроме этого, влияют и на удельную стоимость ГТД. Эффективный КПД современных ГТД простого цикла составляет ηе = 0,18…0,43. Удельная стоимость ГТД - экономический параметр, характеризующий стоимость 1 кВт установленной мощности ГТД в определенной стандартной комплектации. Например, если ГТД применяется для механического привода, в состав оборудования входят: система запуска, управления, противообледенительная и противопожарная, входное и выходное устройства, редуктор и некоторые другие. С ростом мощности ГТД существенно снижается его удельная стоимость. Так, например, удельная стоимость ГТД для механического привода составляет от 400…450 $/кВт (для ГТД класса мощности 1 МВт) до 170…180 $/кВт (для ГТД мощностью 30…40 МВт). 8. Особенности требований к приводным ГТД для ГПА Энергетика и механический привод являются важнейшими областями применения наземных ГТД: в суммарном объеме мирового производства наземных и морских ГТД энергетические ГТД составляют около 91%, приводные ГТД – около 5% (по стоимости). В России основной потребитель ГТД - газотранспортные подразделения ОАО "Газпром", однако и в энергетике в последнее время наблюдается быстрый рост спроса на газотурбинные приводы. 8.1 Требования к характеристикам ГТД Основными характеристиками ГТД, определяющими его размерность и техническое совершенство, являются номинальная мощность на выходном валу (Ne ном) и эффективный КПД (ηе) на режиме номинальной мощности. Ne ном - это максимальная длительная мощность в определенных стандартных условиях (см. ниже), при которой обеспечиваются заявленные показатели ресурса, надежности и экономичности. ηе и Ne ном определяются для двух условий: условий по ISO 2314 и станционных условий. Рис. 23. Зависимость эффективного КПД (ηе) наземных ГТД от мощности Условия ISO 2314 (ГОСТ 20440-75):
Параметры ГТД в условиях ISO используются для определения технического уровня двигателя и сравнения его с ближайшими аналогами. Станционные условия отличаются от условий ISO учетом потерь полного давления во входном и выхлопном устройствах ГПА, которые обычно не превышают 1000 Па. Номинальная мощность должна обеспечиваться до температуры атмосферного воздуха +25°С (это требование может быть изменено для конкретного двигателя). Максимальная мощность ГТД – это предельная рабочая мощность, развиваемая при больших отрицательных температурах атмосферного воздуха. Максимальная мощность должна быть до 20% выше номинальной. Номинальный КПД проектируемых ГТД должен соответствовать современному техническому уровню или быть выше. КПД современных серийных ГТД для различных классов мощности приведены в табл. 4 Таблица 4 Примечание: показатели относятся к серийной товарной продукции мирового рынка простого и регенеративного цикла и не относятся к установкам сложных и комбинированных циклов. Перспективные разработки и прототипы могут иметь КПД на 1,5. ..2% (абсолютных) выше. Нагрузочная характеристика двигателя ГПА (зависимость мощности от частоты вращения силовой турбины при постоянном режиме газогенератора) должна быть пологой - не более 5 % снижения мощности при частоте вращения СТ 70 % от номинальной. Минимальная мощность, при которой допускается длительная эксплуатация ГТД, может составлять до 50 % от номинальной мощности. Конструкция ГТД должна допускать возможность отбора сжатого воздуха из-за компрессора на станционные нужды и в противообледенительную систему. При этом соответственно снижаются мощность и КПД. Двигатели ГПА работают на земле, в условиях запыленности, поэтому в процессе эксплуатации мощность снижается из-за загрязнения газовоздушного тракта двигателя (в основном, проточной части компрессора). Для восстановления мощности выполняют промывку газовоздушного тракта. При промывке на вход в двигатель при помощи промывочных устройств подаются специальные моющие растворы. Промывку выполняют на рабочем режиме или на режиме холодной прокрутки. Отличие промывки на рабочих режимах от промывки на холодной прокрутке заключается в расходах промывочной жидкости - на холодной прокрутке подается значительно больше моющей жидкости. Рекомендуемая периодичность промывки: - на рабочем режиме - через 300…1000 часов работы; - на режиме холодной прокрутки - через 3000…5000 часов работы. Промывки могут производиться и чаще в случае значительного снижения мощности ГТД при сильной загрязненности воздуха. 8.2 Требования к ресурсам и надежности Класс использования ГТД для ГПА, как правило, базовый: - время работы свыше 6000 ч/год; - число пусков не менее 20 в год; - время непрерывной работы – более 300 ч/пуск; Срок службы ГТД – не менее 20 лет. Ресурсы: - назначенный – не менее 100000 ч; - межремонтный – 20000…25000 ч. Назначенный ресурс газогенератора ГТД, конвертированного из авиадвигателя, должен быть не менее 50000 час. Надежность ГТД для ГПА определяется следующими основными показателями: а) наработка на отказ по причинам, связанным с двигателем, ч: Тотказ = Тр / Чотказ , где Тр – суммарное время работы парка двигателей, ч; Чотказ – количество отказов. Нормируемое значение Тотказ ≥ 3500 ч. б) коэффициент надежности пусков Кнп = П / Побщ , где П - количество удавшихся пусков; Побщ - общее количество пусков с учетом неудавшихся. Нормируемое значение Кнп ≥ 0,95. в) коэффициент готовности Кг = Тр /(Тр + Тпрост), где Тр – суммарное время работы парка двигателей, ч; Тпрост - суммарное время вынужденных простоев, связанное с устранением отказов, ч. Нормируемое значение Кг ≥ 0,98. г) коэффициент технического использования: Кти = Тр /(Тр + Твосст + Ттор), где Тр – суммарное время работы парка двигателей, ч; Твосст – суммарное время восстановления, связанное с устранением отказов, ч; Ттор – время простоев на плановое техническое обслуживание и ремонт, запланированный на время простоев, ч. Нормируемое значение Кти ≥ 0,9. Фактически показатели надежности оцениваются по результатам эксплуатации и должны быть подтверждены по истечении пяти лет эксплуатации двигателей. 8.3 Требования к габаритам и весовым характеристикам В отличие от авиационных к ГТД наземного применения предъявляются менее жесткие требования по габаритам и массе. Основными ограничениями являются габариты контейнеров для транспортировки и хранения двигателей. ГТД должны транспортироваться обычными транспортными средствами с применением распространенных грузоподъемных механизмов. При проектировании промышленных двигателей для ГПА нет необходимости вводить в конструкцию элементы, снижающие массу деталей: выборки, проточки, отверстия и т.п. Также не следует применять без особой необходимости дорогостоящие легкие сплавы (титановые, алюминиевые, магниевые) и высоколегированные стали. 8.4 Используемые ГСМ В качестве топлива для ГТД ГПА в основном используется природный газ, отбираемый из транспортных газопроводов. Состав и характеристики топливного газа регламентируются отраслевым стандартом. При проектировании ГТД, особенно деталей камеры сгорания, лопаток и дисков турбины, следует учитывать, что в состав природного газа входят сероводород и меркаптановая сера. Эти компоненты газа при высоких температурах вызывают оксидно-сернистую коррозию деталей. Повышенным содержанием сероводорода отличается природный газ, откачиваемый из подземных хранилищ газа. В некоторых случаях в качестве топлива могут использоваться попутные нефтяные газы. Транспортируемый газ, используемый в качестве топлива, проходит на компрессорных станциях через специальные блоки подготовки. В этих блоках газ доводится до требований стандарта по чистоте, содержанию влаги и температуре. Во многих случаях транспортируемый природный газ используется и в качестве рабочего тела для турбостартеров двигателя - так называемый пусковой газ. Пусковой газ также подается к стартеру двигателя из блоков подготовки газа компрессорной станции. В системах смазки ГТД для ГПА используются минеральные масла типа МС-8П, в некоторых двигателях используется масло турбинное типа ТП-22е. В высокотемпературных ГТД, конвертированных из авиадвигателей, применяются синтетические масла при условии минимизации потерь масла. 8.5 Требования экологии и безопасности Существуют допустимые нормы содержания окислов азота и углерода в выхлопных газах приводных ГТД ГПА. Содержание окислов азота (в сухих продуктах сгорания при температуре 0,1013 МПА и условной концентрации кислорода 15 %): - для вновь проектируемых ГТД - не более 50 мг/нм3; - для модернизируемых ГТД – не более 150 мг/нм3. Содержание оксидов углерода – не более 100 мг/нм3. Компрессорные станции магистральных газопроводов являются объектами повышенной пожаровзрывоопасности. Поэтому к ГТД для ГПА предъявляются особые требования по обеспечению безопасности работы. Конструкция двигателя в целом, его составных частей, агрегатов, трубной и электрической обвязки должны гарантированно исключать искрообразование, утечку топливного газа, нелокализованные разрушения роторов. В конструкции должны применяться датчики и агрегаты взрывобезопасного исполнения, корпуса компрессоров, турбин следует проектировать более прочными. Двигатели необходимо оборудовать системой автоматической защиты от раскрутки роторов, а в случае ее отказа разрушение лопаток должно предшествовать разрушению дисков. В отличие от авиационных двигателей ГТД для ГПА устанавливаются в специальных укрытиях. закрываются шумотеплоизолирующими кожухами. Кроме того, в составе самих ГПА предусмотрены шумоглушащие устройства во входной шахте и в системе выхлопа. Поэтому в конструкции собственно двигателя не предусматриваются какие-либо устройства для снижения уровня шума. Заключение Газотурбинные двигатели за шестьдесят лет своего развития стали основным типом двигателей в современной авиации. На основе авиационных ГТД созданы двигатели для наземной и морской техники: мобильных электростанций, газокомпрессорных станций, наземных и морских транспортных средств. Газотурбинные двигатели - классический пример сложнейшего устройства, детали которого работают длительное время в условиях предельно высоких температур и нагрузок. Вместе с тем эти двигатели - образец высочайшей надежности, которая обеспечивается эффективными конструкторскими решениями, сложными газодинамическими, тепловыми и прочностными расчетами. В связи с этим изучение газотурбинных двигателей, как одного из наиболее совершенных достижений инженерной мысли, выходит за рамки утилитарной задачи подготовки инженеров-двигателистов. Анализ существующего состояния трубопроводного транспорта природных газов и оценка перспектив его дальнейшего развития показывают, что газотурбинный вид привода центробежных нагнетателей на компрессорных станциях как в настоящее время, так и на ближайшую перспективу остается одним из основных видов энергопривода компрессорных станций. Список использованной литературы 1. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. / А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, B.JI. Сандрацкий. - М.: Машиностроение, 2008. - Т. 1. -208 с.: ил. - (Серия: Газотурбинные двигатели). 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок: учеб. / А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, B.JI. Сандрацкий. - М.: Машиностроение, 2008. - Т. 2. -366 с.: ил. - (Серия: Газотурбинные двигатели). 3. Б.П. Поршаков, А.А. Апостолов, В.И. Никишин. Газотурбинные установки: - М: ГУП Издательство "Нефть и газ" РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2003. – 240 с. |
Похожие:
 | Программа подготовки: Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели... Целью дисциплины является изучение теории и методики расчетов тепловых процессов в гту, принципов их конструирования и особенностей... | | Программа подготовки: «Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели» Целью дисциплины является изучение теории и методики расчетов тепловых процессов в авиационных газотурбинных двигателях (агтд), принципов... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Профили подготовки: Котлы, камеры сгорания и парогенераторы аэс. Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели. Автоматизированные... | | Установки россиян относительно сбережений и кредитов В этой связи особое значение приобретает то, как воспринимаются людьми смыслы и значения денег как социального объекта, а также их... |
| Расчет цикла парогазовой установки Кпд реальных машин. Программа позволяет исследовать влияние различных параметров на энергетическую эффективность парогазовой установки.... | | Московский энергетический институт (технический университет) институт... Профиль(и) подготовки: Техника и физика низких температур, Теплофизика, Атомные электростанции и установки, Термоядерные реакторы... |
| Расчет воздушной турбохолодильной установки Кпд реальных машин. Программа позволяет исследовать влияние различных параметров на энергетическую эффективность турбохолодильной... | | Энергетическая установка Решение позволяет значительно расширить область применения установок данного типа, отсекая необходимость наличия источника пресной... |
| Паспорт и инструкция по эксплуатации Санкт-Петербург Зеркала типа л-15 предназначены для установки на автомобили ваз-21099, 2115 и их модификации (с предусмотренным местом для установки... | | Реферат в данном курсовом проекте была разработана компоновка производственной... Теплогенерирующие установки”. Котельная расположена в г. Симферополе топливом является уголь Чульмаканского месторождения. Котельная... |
| Реферат Пояснительная записка : 57 стр, 10 рисунков, 9 таблиц, 1... ... | | Реферат Пояснительная записка : 57 стр, 10 рисунков, 9 таблиц, 1... ... |
 | Программа экзамена в аспирантуру по специальности 05. 08. 05 «Судовые... Программа экзамена в аспирантуру по специальности 05. 08. 05 «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)»... | | Задачи, стоящие перед учителем и учащимися в учебном процессе Проверочные... Проверочные вопросы для определения установки учителя на поддержание коммуникативного поведения ученика |
| Основная образовательная программа высшего профессионального образования... Основная образовательная программа высшего профессионального образования, реализуемая вузом по направлению подготовки 140400 Электроэнергетика... | | Программа подготовки: «Энергетические установки на органическом и ядерном топливе» |
