ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ПГТУ без промежуточного нагрева парогазовой смеси из "Парогазотурбинные установки " Рассмотрим цикл и тепловую схему ПГТУ без промежуточного нагрева парогазовой смеси, наиболее простых ПГТУ с охлаждением газа в процессе сжатия испарением впрыскиваемой воды. [c.9] О — нагрев парогазовой смеси при постоянном давлении от температуры Г4 до температуры Гд в камере сгорания или в ядерном реакторе. Линия О—1 — расширение парогазовой смеси в турбине от температуры Гц до температуры Т . При этом давление смеси на выходе из турбины несколько превышает атмосферное. Линия 1—2 — охлаждение парогазовой смеси при постоянном давлении от температуры до температуры соответствуюш ей точке росы (началу конденсации водяного пара), а линия 2—3 — дальнейшее охлаждение смеси при том же давлении с одновременной конденсацией водяного пара в холодильнике-конденса-торе. [c.10] Для реального цикла линии сжатия и расширения не являются адиабатами, а представляют собой политропы. На рис. 1, б дана диаграмма такого цикла. [c.10] В установке с открытой тепловой схемой охлажденный газ (продукты сгорания) выбрасывается в атмосферу, а сконденсировавшаяся вода возвраш,ается после фильтрации в контур. В установке с закрытой тепловой схемой (ядерный реактор) охлажденный газ продолжает циркулировать в контуре. Видно, что ПГТУ с открытой и закрытой схемами работают по существу по одному и тому же циклу (см. рис. 1,6). [c.10] По мере испарения капелек в поток паровоздушной смеси непосредственно в ступенях компрессора впрыскивается новая порция распыленной воды, рассчитанная для сжатия смеси в нескольких следующих ступенях, и т. д. При этом общее число впрысков воды, очевидно, равно отношению полной степени повышения давления компрессора к степени повышения давления в нескольких ступенях, на которые рассчитывается отдельный впрыск воды. Такой многоразовый впрыск воды позволяет уменьшить весовое содержание жидкости в двухфазном потоке, и, следовательно, потери энергии на ускорения и дробление капель воды, а также снизить эрозию лопаток компрессора при больших степенях сжатия (см. гл. 3). Полезным оказывается применение промежуточного охлаждения паровоздушной смеси в компрессоре, уменьшающего общий удельный весовой расход воды. [c.11] Благодаря испарению воды процесс сжатия в компрессоре протекает при сравнительно небольшом повышении температуры. На выходе из компрессора паровоздушная смесь представляет собой однофазную среду. [c.11] Паровоздушная смесь из компрессора поступает в камеру сгорания, куда подается и топливо, например природный газ, керосин, бензин, метиловый спирт (метанол) и т. п. При сгорании топлива в паровоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха а = 3 н- 5 получается парогазовая смесь с начальной температурой То = 1000 1200 К. [c.11] Из камеры сгорания газы движутся в многоступенчатую парогазовую турбину, где они расширяются до давления, немного превышающего атмосферное, совершая при этом полезную работу. [c.11] Парогазовая смесь из турбины направляется далее в холодиль-ник-конденсатор, в котором конденсируется пар воды, впрыскнутой в компрессор, и благодаря этому обеспечивается непрерывность циркуляции воды в контуре установки. Процесс конденсации водяного пара происходит при изобарном охлаждении парогазовой смеси. Чтобы получить непрерывность циркуляции воды в контуре установки в случае применения продуктов сгорания, содержащих собственный водяной пар, обычно достаточно охладить парогазовую смесь до температуры 310—320 К. [c.11] Охлажденные продукты сгорания из холодильника-конденсатора выбрасываются в атмосферу конденсат из водосборника насосом высокого давления (20—50 МН/м ) нагнетается в форсунки, расположенные в компрессоре, и т. д. [c.11] Запускается ПГТУ с помощью пускового устройства так же, как и обычный газотурбинный двигатель. [c.12] Раскрутка ротора с помощью пускового устройства производится до тех пор, пока турбина не начнет работать. Затем это устройство отключается, и дальнейший разгон двигателя до выхода на режим малого газа осуществляется за счет избытка мощности турбины. [c.12] Регулирование режима работы ПГТУ на назгрузку, как и обычной ГТУ, может производиться путем изменения давления при постоянной температуре парогазовой смеси. Поэтому регулирующие клапаны в высокотемпературной части машины не требуются. Гибкое регулирование режимов работы ПГТУ обеспечивается комбинацией изменения давления (с помощью байнасной системы) рабочего газа и расхода воды, впрыскиваемой в компрессор. Такое регулирование позво.пит достигнуть практически постоянной эффективности работы установки даже при низких значениях нагрузки. [c.12] работающая на продуктах сгорания без регенерации тепла, крайне проста в сравнении с известными ПТУ. В ПГТУ отсутствуют котел, пароперегреватель-, воздухоподогреватель, вакуумная система. [c.12] ПГТУ с закрытой тепловой схемой почти аналогична описанной выше, отличается от нее горячим источником энергии (им может служить высокотемпературный ядерный реактор), а также тем, что газ из холодильника-конденсатора не выбрасывается в атмосферу, а направляется снова в контур установки — в смеситель (пунктирная линия на рис. 2). [c.12] Поскольку ПГТУ с открытой и закрытой тепловыми схемами работают по одному и тому же циклу, то при одинаковых показателях адиабатного расширения и сжатия и одинаковых теплофизических свойствах рабочих тел — парогазовых смесей — возможна унификация почти всэго основного оборудования турбин, компрессоров, холодильников-конденсаторов, электрических генераторов и т. д., за исключением горячего источника энергии (камзры сгорания в открытой схеме и ядерного реактора в закрытой). [c.12] В ПГТУ с открытой схемой рабочим телом служит смесь продуктов сгорания с водяным паром. Так как подобные установки должны работать с коэффициентом избытка воздуха а = 3 -ь- 5 и, кроме того, в чистых продуктах сгорания содержится около 70% азота, то при больших значениях а в теплотехнических расчетах, не требующих высокой точности, можно считать рабочим газом смесь чистого воздуха с водяным паром. К такому рабочему телу по молекулярному весу, показателю адиабаты и теплофизическим свойствам близко подходят смеси азота или окиси углерода с водяным паром, которые можно использовать в закрытых схемах. [c.12] Азот химически малоактивен, но при нейтронном облучении он становится радиоактивным. Ядрами стабильного изотопа азота захватываются нейтроны. В этой ядерной реакции образуются изотоп углерода и протон, которые вызывают лишь ионизацию газа. Этот процесс может быть достаточно хорошо экранирован стенками, окружающими объем газа. Поэтому если в атмосферном азоте произвести отделение тяжелого стабильного изотопа, N1 (с содержанием 0,365%), то его можно использовать в качестве рабочего газа. Но отделение изотопов азота связано с созданием дорогостоящей установки. [c.13] В ПГТУ с закрытой схемой могут быть применены наиболее часто используемые в атомных газотурбинных установках газовые теплоносители — гелий и углекислота. Для гелия из-за малого атомного веса удельный весовой расход воды в процессе сжатия получается в несколько раз больше, а для углекислоты, наоборот, меньше, чем для азота (воздуха) или окиси углерода. Поэтому для повышения эффективности работы компрессора с впрыском воды в качестве рабочего газа в ПГТУ целесообразнее всего применять углекислый газ. Но сравнительно малая разность энтальпий смеси углекислого газа с водяным паром, получаемая в турбине, обусловливает увеличение удельного весового расхода (на 1 кВт-ч) смеси. Размеры компрессора и турбины в этом случае будут больше, чем для смеси азота или окиси углерода с водяным паром. [c.13] Увеличение проходных сечений (размеров) турбомашин также связано с низким значением скорости газового потока (скорости звука) смеси углекислого газа с водяным паром в проточной части турбины и компрессора. Кроме того, применение углекислоты затрудняет унификацию основного оборудования ПГТУ, работающих по открытой и закрытой тепловым схемам. [c.13] Вернуться к основной статье