Газотурбинные установки

1.

Газотурбинные установки
Принцип действия и общее устройство газотурбинных установок
Переход
Компрессоры газотурбинных установок
Переход
Камеры сгорания газотурбинных установок
Переход
Газовые турбины газотурбинных установок
Переход

2.

Практическое занятие 1:
Принцип работы и общее устройство
газотурбинных установок

3.

Области применения газотурбинных установок
(газотурбинных двигателей)

4.

Газотурбинные установки в составе ГПА

5.

6.

ГПА -16 «Волга»

7.

ГПА-16 «Урал» с ГТУ-16П

8.

9.

ГПА-16М «Урал» в ангарном исполнении

10.

ГПА с ГТУ SGT 300 (фирма Siemens)

11.

Компрессорный цех (установлены ГТК-10-4)

12.

ГТУ ГТК-10-4

13.

Энергетические газотурбинные установки
Мобильная ГТ электростанция FT8 MOBILEPAC (фирма P&W)

14.

Блочно-контейнерная ГТ электростанция
GPB 80 (7,3 МВт, фирма Kawasaki)

15.

Блочная ГТ электростанция
(ГТУ RB211, 30 МВт, фирма Siemens)

16.

Внешний вид ГТУ RB211, 30 МВт

17.

ГПА с ГТУ RB211

18.

Принцип работы газотурбинной установки

19.

Энергетическая ГТУ большой мощности 9H фирмы GE

20.

21.

22.

23.

24.

25.

Устройство одновальных газотурбинных установок
Энергетическая ГТУ большой мощности (перейти)
Энергетическая ГТУ малой мощности GPB15 фирмы Kawasaki

26.

Устройство двухвальных газотурбинных установок

27.

Конвертированная ГТУ LM2500 фирмы GE

28.

Конвертированная установка ГТУ-16П

29.

Индустриальная ГТУ SGT100-2S фирмы Siemens

30.

Устройство трехвальных газотурбинных установок
ГТД M90 (UGT 15000) фирмы «Зоря-Машпроект»

31.

32.

Внешний вид ГТУ RB211, 30 МВт

33.

ГПА с ГТУ RB211

34.

Устройство промышленной ГТУ SGT-750 фирмы Siemens
Перейти

35.

Практическое занятие 2:
Компрессоры газотурбинных установок

36.

Типы компрессоров газотурбинных установок
Пример
Пример
Пример
Пример

37.

ГТУ-16П

38.

ГТУ M7 фирмы Kawasaki

39.

ГТУ Makila TI фирмы Turbomeca

40.

41.

ГТУ GPB15 фирмы Kawasaki

42.

ГТУ OP16 фирмы Opra Turbines

43.

Общее устройство осевого компрессора
Устройство (видео)
Устройство (видео)
Компрессор содержит нескольких венцов рабочих лопаток 2, установленных на вращающемся
роторе 1, и направляющих лопаток 3, закрепленных в корпусе компрессора 4. Один венец рабочих
лопаток и следующий за ним венец направляющих лопаток образуют ступень компрессора. На
входе в компрессор устанавливается входной направляющий аппарат (ВНА) 5.
Рабочие лопатки одной ступени, установленные в диске, называют рабочим колесом (РК),
направляющие лопатки одной ступени, закрепленные в корпусе, называют направляющим
аппаратом (НА).

44.

45.

Однокаскадный осевой компрессор

46.

Двухкаскадный осевой компрессор

47.

Рабочий процесс осевого компрессора осуществляется в каналах, образованных рабочими и
направляющими лопатками. Если выполнить сечение всех лопаток одного лопаточного венца
цилиндрической поверхностью некоторого среднего диаметра, то будет получен набор
профилей, который называется решеткой.
Решетку профилей характеризуют следующие основные геометрические параметры:
количество лопаток z;
хорда профиля b;
шаг решетки профилей t;
густота решетки b/t;
углы лопатки на входе и выходе β1л, β2л;
угол изогнутости профиля Θ;
максиальная толщина профиля ymax.

48.

Принцип работы осевого компрессора
Схема течения воздуха через ступень осевого компрессора

49.

Схема течения воздуха через ступень осевого компрессора

50.

Изменения давления и скорости в ступени осевого компрессора
Течение воздуха через ступень ОК это - течение через
систему диффузорных каналов с уменьшением
относительной скорости воздуха в рабочем колесе,
уменьшением абсолютной скорости в направляющем
аппарате и увеличением давления в обоих случаях.

51.

Изменения давления и скорости по тракту осевого компрессора

52.

Профилирование
проточной
части
осевого компрессора выполняется:
• с постоянным наружным диаметром (а);
• постоянным внутренним диаметром (б);
• постоянным средним диаметром (в);
• переменными диаметрами (г).

53.

Необходимость регулирования осевого компрессора
Возникает
неустойчивый режим
работы компрессора помпаж

54.

Необходимость регулирования осевого компрессора
Способы повышения устойчивости работы осевого компрессора:
• перепуск (сброс) воздуха в атмосферу;
• регулирование положения лопаток направляющего аппарата.

55.

Общее устройство центробежного компрессора
Устройство (видео)
Устройство (видео)

56.

Общее устройство центробежного компрессора
Одноступенчатый центробежный компрессор состоит из входного устройства (участок 0–1),
рабочего колеса (участок 1–2) и диффузора, включающего безлопаточную (участок 2–3) и
лопаточную (участок 3–4) части.

57.

Принцип работы центробежного компрессора
Схема течения воздуха через рабочее колесо центробежного компрессора

58.

Принцип работы центробежного компрессора
Схема течения воздуха через диффузор центробежного компрессора

59.

Изменения давления и скорости в ступени центробежного компрессора

60.

Сравнение осевого и центробежного компрессоров
Параметр
Осевой компрессор*
Центробежный
компрессор
Степень повышения давления
в ступени
1,05 – 1,25
до 5,5
КПД компрессора
0,88 – 0,92
0,75 – 0,88
Пропускная способность
(подача, расход газа)
от 1 до 400 кг/с
от 0,1 до 25 кг/с
Габариты и масса
выше у осевого компрессора
(при сопоставимом расходе газа)
Сложность конструкции
выше у осевого компрессора
Характеристика компрессора
и необходимость регулирования
(в составе ГТУ)
крутая, менее благоприятная;
регулирование обязательно
пологая, более благоприятная;
регулирование не обязательно
* наиболее распространенные осевые компрессоры с дозвуковой проточной частью

61.

Характеристики компрессоров

62.

Характеристики компрессоров

63.

Основы конструкции осевых компрессоров ГТУ

64.

Роторы осевых компрессоров
Понятие «критическая» частота вращения ротора
Рабочие зоны роторов:
А – зона «жестких» роторов;
Б – зона высоких динамических нагрузок;
В – зона «гибких» роторов

65.

Роторы осевых компрессоров

66.

Роторы осевых компрессоров
ГТУ ГТК-10-4
ГТУ
SGT100-2S

67.

ГТУ НК-16СТ

68.

ГТУ АЛ-З1СТ

69.

Рабочие лопатки осевых компрессоров

70.

71.

Направляющие лопатки осевых компрессоров

72.

73.

Осевой компрессор ГТУ SGT100-2S

74.

Осевой компрессор ГТУ SGT100-2S

75.

Осевой компрессор ГТУ SGT100-2S

76.

Осевой компрессор ГТУ ГТК-10-4

77.

Осевой компрессор ГТУ ГТК-10-4

78.

Осевой компрессор ГТУ ГТК-10-4
(направляющие лопатки)

79.

Практическое занятие 3:
Камеры сгорания газотурбинных установок

80.

Требования к камерам сгорания ГТУ:
Высокая полнота сгорания топлива на всех режимах работы.
Устойчивая работа без погасания и вибрационного горения во
всем эксплуатационном диапазоне по составу топливновоздушной смеси.
Минимальные потери полного давления рабочего тела.
Обеспечение заданной неравномерности температуры газа
на выходе из камеры.
Надежный розжиг топлива при запуске ГТУ.
Высокая
надежность
конструкции
и
стабильность
характеристик при заданном ресурсе ГТУ.
Хорошая технологичность, малая металлоемкость, удобство
эксплуатационного обслуживания, ремонтопригодность.
Обеспечение требуемого содержания токсичных веществ в
продуктах сгорания (основной токсичный компонент – оксиды
азота NOx).

81.

82.

Принцип работы и общее устройство камеры сгорания
GВ
GВ
GВ 0 GТ l0

83.

Принцип работы и общее устройство камеры сгорания

84.

Принцип работы и общее устройство камеры сгорания

85.

86.

Трубчатая прямоточная камера сгорания

87.

Трубчато-кольцевая прямоточная камера сгорания

88.

Кольцевая прямоточная камера сгорания

89.

Выносная прямоточная камера сгорания
1 – воспламенитель; 2 – жаровая труба; 3 – корпус; 4 – подвод топлива

90.

ГТУ с различными типами КС в газотранспортной отрасти РФ

91.

Примеры устройства камер сгорания ГТУ

92.

Трубчато-кольцевая прямоточная камера сгорания
Конвертированная ГТУ LM2500 фирмы GE

93.

Противоточная трубчато-кольцевая КС ГТУ SGT100-1S и SGT100-2S

94.

Противоточная трубчато-кольцевая КС ГТУ SGT100-1S и SGT100-2S

95.

Противоточная трубчато-кольцевая КС ГТУ SGT100-1S и SGT100-2S

96.

97.

98.

99.

Противоточная кольцевая КС

100.

Противоточная трубчатая КС
ГТУ GPB15 фирмы Kawasaki

101.

Противоточная трубчатая КС
ГТУ OP16 фирмы Opra Turbines

102.

ГТУ ГТК-10-4 с выносной камерой сгорания

103.

ГТУ ГТК-10-4 с выносной камерой сгорания

104.

Прямоточная выносная КС

105.

Форсунка жидкого топлива
Принцип работы
центробежной форсунки
Топливо поступает в камеру закручивания 1
через тангенциальные каналы 2. При выходе из
сопла 3 струя топлива центробежными силами
разрывается на мельчайшие капли, образующие
коническую поверхность (конус распыла). Эти
капли хорошо перемешиваются с первичным
воздухом, также совершающим вихревое
движение, обеспечиваемое завихрителем

106.

Горелка газового топлива
Во фронтовом устройстве жаровой трубы располагается лопаточный завихритель 1 с полыми
лопатками 2, соединенными с трубой 3, в которую по трубопроводу 6 подается газообразное
топливо. По кольцевому зазору между трубами 3 и 4, газ поступает внутрь полых лопаток и
через отверстия в их стенках выходит в поток первичного воздуха. По трубопроводу 5 и трубе
4 газ подается к дежурной горелке, конус которой с рядами мелких отверстий располагается в
центральной части устройства. Дежурная горелка используется при запуске ГТУ

107.

Горелка газового топлива ГТУ НК-16 СТ

108.

Камера сгорания ГТУ НК-16 СТ

109.

Практическое занятие 4:
Газовые турбины газотурбинных установок

110.

Типы газовых турбин ГТУ

111.

Энергетическая газотурбинная установка ГТЭ-45

112.

ГТУ-16П

113.

Индустриальная ГТУ SGT100-2S фирмы Siemens

114.

115.

Радиально-осевая
турбина
ГТУ OP16 фирмы Opra Turbines

116.

Общее устройство осевой газовой турбины
Двухступенчатая осевая турбина включает в себя роторную и
статорную части. Статорная часть содержит два ряда сопловых
(направляющих) лопаток первой и второй ступеней, (1 и 3
соответственно). Ротор содержит рабочие колеса первой и
второй ступеней (2 и 4), представляющие собой диски, на
внешнем диаметре которых установлены рабочие лопатки.
Трехступенчатая осевая турбина

117.

Процесс расширения газа в ступени газовой турбины
Воздействие газового потока на лопатку может быть следующим:
поворот газового потока в межлопаточном канале создает центробежную силу, которая
действует на лопатку. Эта сила тем больше, чем больше относительная скорость на входе в канал
и больше угол поворота потока. Такое воздействие потока называют активным;
при расширении газа в межлопаточном канале возникает реактивная сила, обусловленная
увеличением скорости газа. Она тем больше, чем больше степень расширения газа в канале и
соответственно выше относительная скорость на выходе из него. Такое воздействие газового
потока называют реактивным.

118.

Процесс расширения газа в ступени газовой турбины
В турбиной
ступени активного типа
имеющаяся перед ступенью потенциальная
энергия газа полностью преобразуется в
сопловом аппарате в кинетическую энергию.
В межлопаточном канале газ не расширяется,
скорость по величине не изменяется, поток
действует на лопатки только активно.
В турбиной ступени реактивного типа
потенциальная энергия газа
частично
преобразуется в сопловом аппарате в
кинетическую энергию. Оставшаяся часть
энергии преобразуется в кинетическую
непосредственно в рабочем колесе. Газ в
межлопаточном
канале
расширяется,
оказывая на рабочие лопатки активное и
реактивное воздействие.

119.

Процесс расширения газа в ступени газовой турбины
В ступени активного типа лопатки рабочего
колеса образуют канал с практически
одинаковыми площадями на входе и выходе.
Давление газа за сопловым аппаратом p1
соответствует давлению за турбиной p2,
расширение газа происходит только в
сопловом аппарате. Относительные скорости
газа W1 и W2 по абсолютной величине равны.
В
ступени
реактивного
типа
все
межлопаточные каналы сужающиеся. Процесс
расширение газа начинается в сопловом
аппарате и продолжается в рабочем колесе,
поэтому p0 > p1 > p2. Относительная скорость
возрастает W2 > W1.
Степенью реактивности турбинной ступени
называют
отношение
изоэнтропической
работы расширения газа в рабочем колесе к
изоэнтропической работе расширения газа в
турбинной ступени
LРКS
LТ S
LТ S LСАS
LТ S
1
LСАS
LТ S
Степень реактивности турбинной ступени отношение
изоэнтропической
работы
расширения газа в рабочем колесе к
изоэнтропической работе расширения газа в
турбинной ступени

120.

Основы конструкции газовых турбин ГТУ

121.

Способы соединения дисков и валов

122.

Схемы газовых турбин конвертированных ГТУ
двухступенчатая турбина высокого давления, приводящая однокаскадный компрессор (а);
одноступенчатые турбины высокого и среднего давления, приводящие двухкаскадный компрессор
(б) (первая турбина для второго каскада – компрессора высокого давления, вторая для первого –
компрессора низкого давления); турбина высокого давления и силовая турбина (в)

123.

Способы соединения дисков и валов
Неразборные соединения - соединения
с
использованием
радиально
расположенных штифтов:
посадка с натягом и фиксацией
штифтами (а);
вильчатый вариант (б);
соединение трех деталей в одном
узле с отклонением оси штифта от
радиального (в).
Разборные соединения - фланцевые
соединения с использованием:
призонных втулок (г);
призонных болтов (д).

124.

Способы соединения дисков и валов

125.

Сопловые и рабочие лопатки (неохлаждаемые)

126.

127.

Газовые турбины ГТУ SGT100-1S и SGT100-2S

128.

SGT100 – Вид на ротор ТНД

129.

Истираемое уплотнение кромок лопаток

130.

131.

132.

Охлаждение элементов проточной части
газовых турбин