Термодинамические газовых турбин

Это выражение очень часто используется в расчетах, так как огромное количество процессов подвода теплоты в теплоэнергетике (в паровых котлах, камерах сгорания газовых турбин и реактивных двигателей, теплообменных аппаратах), а также целый ряд процессов химической технологии и многих других осуществляется при постоянном давлении. Кстати, по этой причине в таблицах термодинамических свойств обычно приводятся значения энтальпии, а не внутренней энергии. [c.18]

Топки с псевдоожиженным слоем под давлением могут применяться на ТЭС в комбинированном цикле производства электроэнергии, который по сравнению с традиционным дает преимущество в эффективности использования угля и тепла с большими возможностями по обеспечению требований к защите окружающей среды. Термодинамический к.п.д. таких установок увеличивается с ростом температуры поступающих в газовую турбину газов и повышением доли газотурбинной части в суммарной мощности установки. [c.16]

Схема простейшей ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении изображена на рис. 13.1. Компрессор 1, приводимый в движение газовой турбиной 2, подает сжатый воздух в камеру сгорания 5, в которую через форсунку 6 впрыскивается жидкое топливо, подаваемое насосом 7, находящимся на валу турбины. Продукты сгорания расширяются в сопловом аппарате 4 и частично на рабочих лопатках 3 и выбрасываются в атмосферу. При сделанных в начале главы допущениях термодинамический цикл га- [c.162]

В учебном пособии рассмотрены первый и второй законы термодинамики, процессы изменения состояния газов и паров, термодинамические основы работы компрессоров, циклы тепловых установок. Изложены основы теории и рассмотрены конструкции паровых и газовых турбин, двигателей внутреннего сгорания, а также компрессоров. [c.672]

При рассмотрении термодинамических циклов газовых турбин часто вместо степени сжатия в пользуются параметром ш р /Ри [c.291]

С созданием паровых турбин паровые поршневые машины практически полностью пере- стали использоваться, поэтому их работа здесь не рассматривается. Однако необходимо от-> метить, что существуют мнения о возможности их применения в качестве автомобильного двигателя, Турбина позволила перейти на более высокие температуры, а соответственно повысить КПД и производительность. В конце XIX — начале XX вв. в условиях интенсивного развития техники применение турбин совершило переворот в области создания корабельных двигателей и в энергетике. Несколько позднее появилась новая отрасль промышленности — авиация, которая также остро нуждалась в, легких и мощных двигателях. Паровая турбина в этом случае не могла стать выходом из положения большая масса, большие расходы воды и топлива, необходимость конденсации отработанного пара, медленный темп изменения частоты вращения делали ее непригодной для авиации. Эти требования и проблемы привели к созданию высокоскоростной авиационной газовой турбины. Недавно были сделаны попытки использовать газовую турбину в качестве автомобильного двигателя. Процессы, протекающие в газовой и паровой турбинах, существенно отличаются. Рассмотрим термодинамический цикл газовой турбины, а затем особенности ее влияния на окружающую среду. [c.76]

С целью исследования влияния циклических изгибающих нагрузок на процесс развития трещин термической усталости в кромках лопаток газовых турбин создана экспериментальная установка [11, с помощью которой в газовом потоке с периодически изменяющимися термодинамическими параметрами одновременно испытывается шесть образцов, нагружаемых по схеме чистого кругового изгиба. [c.337]

При моделировании работы таких конструкций, в частности лопаток газовых турбин, ввиду сложности механических и физикохимических процессов трудно использовать рекомендации теории подобия и теории размерностей, поскольку при этом приходится сталкиваться с противоречивыми требованиями. В предыдущей главе отмечалось, что в этом случае следует стремиться к тождественности тензоров напряжений и тензоров деформаций в сходственных зонах геометрически подобных тел. Наиболее надежные результаты можно было бы получить при соблюдении тождественности граничных условий теплообмена и механического нагружения на моделях, изготовленных из реального материала тех же размеров, что и натурная деталь, например лопатка. Другими словами, наиболее надежные данные о несущей способности и долговечности таких деталей, как лопатки газовых турбин, можно получить, если испытывать реальные лопатки в условиях, воспроизводящих реальные спектры силовых и тепловых нагрузок в подвижных средах, имеющих тождественные термодинамические параметры и одинаковый химический состав. Однако это не всегда осуществимо, поскольку для такого моделирования требуются капитальные затраты. [c.187]

В современных энергетических газовых турбинах применяется главным образом охлаждение корневых частей рабочих лопаток. Ввиду ограниченной теплопроводности жаропрочных сталей дальнейшее повышение температур газа при таких методах охлаждения должно быть связано с соответствующим повышением температур рабочих лопаток. Пока нет оснований рассчитывать на возможность большого увеличения жаропрочности конструкционных материалов. Поэтому в ближайший период времени единственный путь резкого повышения температур газа — переход к интенсивному охлаждению всего пера рабочей лопатки. Ниже будет показано, что в ГТУ этот путь сопряжен с энергетическими потерями, в значительной степени обесценивающими термодинамические преимущества, связанные с ростом начальной температуры. [c.203]

Термодинамические циклы 10 — 391 Газовые турбины АК—Установка Эшер-Висс [c.42]

Восьмая глава посвящена газовым турбинам. Она включает основные схемы н термодинамические циклы газовых турбин даёт обобщённый тепловой расчёт последних и освещает некоторые осуществлённые типы турбин. [c.411]

Многочисленные труды, посвященные теории газовых турбин, содержат доказательства большего совершенства газотурбинных установок (ГТУ) для электрических станций по сравнению с паротурбинными установками (ПТУ). Эти доказательства построены на сравнении паротурбинных станций, работающих на низких температурах с идеализированными газотурбинными станциями, работающими при высоких температурах газа. Часто доказательства преимуществ газовых турбин построены на основе неправильных сведений о свойствах водяного пара в области высоких температур и давлений. Поэтому важной является проблема определения сравнительного термодинамического преимущества ПТУ и ГТУ перспективных электрических станций. [c.14]

Независимость термодинамического к. и. д. от свойств рабочего тела, справедливая для идеального цикла, не может быть распространена на реальные циклы. В реальных циклах такая зависимость существует, возрастая с увеличением отклонения СВОЙСТВ реального рабочего тела от свойств идеального газа. Для топочных газов (газовые турбины) величина отклонения их свойств от свойств идеального газа пренебрежимо мала. [c.16]

В капитальных трудах по газовым турбинам основное внимание обычно уделяется расчету процессов теплообмена [Л. 4-1 ]. В отдельных работах даются также предложения по учету влияния теплообмена на термодинамические процессы в проточной части [Л. 4-15, 16]. Общая особенность всех этих работ состоит в том, что в них фактически не учитывается сжимаемость потока и наличие ступенчатого процесса, обусловленного конечными разностями температур торможения на лопатках смежных венцов. Процесс в проточной части турбины рассматривается, по существу, так, как если бы он протекал в поршневой машине, имеющей охлаждаемый цилиндр. В итоге делаются попытки оценить потери от охлаждения . [c.122]

При более высокой начальной температуре газов (1123° К) четкой зависимости экономически наивыгоднейшего значения степени повышения давления от ее термодинамического значения не наблюдается. В ПГУ со сбросом газов в котельный агрегат под наибольшим давлением работают лишь поверхности нагрева газоохладителя, теплопроизводительность которых в общем объеме составляет около 10%. Экономически наивыгоднейшая степень повышения давления воздуха в таких ПГУ с высокотемпературной очисткой продуктов газификации, оказывается, зависит не только от к.п.д. компрессора, внутреннего относительного к.п.д. газовой турбины, отношения температур рабочего тела на входе в компрессор и турбину и других параметров газовой части, но также и от стоимости топлива, капитальных вложений в отдельные узлы ПГУ и числа часов ее использования. [c.273]

Вопрос о выборе тепловой схемы и оборудования будет решаться в каждом конкретном случае в зависимости от единичной мощности установки и параметров теплоносителя. Приведенные выше примеры показывают, что в распоряжении конструкторов имеются широкие возможности выбора принципиальных тепловых схем — от чисто паротурбинных установок до весьма сложных комбинированных установок, включающих МГД-генераторы, турбины на парах металлов и высокотемпературные газопаровые установки с замкнутыми гелиевыми ГТУ. Достоинство комбинированных установок — их высокая термодинамическая эффективность. Однако их применение связано с весьма сложными задачами создания газовых турбин большой мощности и компрессоров к ним. [c.260]

Образцовый цикл паросиловых установок (цикл Ренкина) с изоэнтропическим расширением можно отнести к процессам второй группы, т. е. к процессам внутренне обратимым, но внешне необратимым. Теплообмен в котельной установке между продуктами сгорания и кипящей водой является явным нарушением внешнего термического равновесия, так как он происходит обычно при огромных разностях температур между источником тепла я рабочим телом. Этот процесс необратимого теплообмена сопровождается значительным ростом энтропии системы и приводит к потере возможной работы по сравнению с обратимым протеканием процесса. Несмотря на это нарушение термического равновесия между рабочим телом и источником тепла, в большинстве случаев можно считать, что процесс внутренне обратим, так как внутри рабочего тела отклонения от равновесия сравнительно невелики. К процессам второй группы при термодинамическом анализе следует отнести также образцовые циклы двигателей внутреннего сгорания, циклы газовых турбин и обратные газовые циклы в холодильной технике. [c.18]

Термодинамическое сочетание газового и паросилового циклов с использованием тепла уходящих из газовой турбины газов в паровой части цикла позволяет использовать их преимущества значительно полнее, чем при работе по раздельным циклам. Этот принцип может быть осуществлен в комбинированном парогазовом цикле. [c.11]

Термодинамически разомкнутая схема по сравнению с замкнутой схемой имеет то преимущество, что в газовой турбине участвует в работе большее количество газов на величину сожженного в топке ВПГ топлива. Кроме этого, поскольку топка ВПГ работает под избыточным давлением, достигается резкая интенсификация горения и теплообмена, В результате этого габариты и затраты металла в ВПГ значительно сокращаются по сравнению с паровым котлом, работающим при атмосферном давлении. [c.12]

Развитие суперсплавов — отклик на потребность в материалах, обладающих необходимым сопротивлением ползучести и усталости при высоких температурах. В истории техники эта потребность была наиболее острой при создании реактивных авиадвигателей и прочих видов газовых турбин, хотя материалы с подобными свойствами находят применение и в теплообменниках мощных тепловых двигателей с другим термодинамическим циклом. В данной главе дано описание экономических выгод от перехода к более высоким температурам работы тепловых двигателей. Показано, что реализация этих выгод через повышение к.п.д. становится возможной, благодаря применению суперсплавов, хотя последние и отличаются более высокой стоимостью. Описание жаропрочных деталей реактивных авиадвигателей и промышленных газовых турбин дано совместно с описанием разнообразных отказов (разрушения) и необходимыми сведениями о материалах, позволяющими рассчитывать долговечность деталей. [c.49]

Термодинамический цикл Брайтона ГТУ можно охарактеризовать двумя важнейшими параметрами степенью повышения давления рабочего тела, которая определяет начальное давление газов перед газовой турбиной и начальной температурой этих газов [c.89]

Рис. 8.68. Сравнение термодинамических циклов Брайтона—Реи-кина ПГУ с КУ и применением промежуточного перегрева газов в газовой турбине (/) или дожигания топлива (2)

Оптимизация профилей проточных частей компрессоров и газовых турбин осуществляется при рассмотрении трехмерного течения рабочего тела, аэродинамическом исследовании и соответствующем расчете профилей. Совершенствование термодинамического цикла Брайтона связано с повышением степени сжатия в компрессорной группе до = 50—70, для чего потребуются сложные компрессоры с большим числом пропусков. Более перспективно, в том числе и в отношении парогазовой технологии, повышение начальной температуры газов, которая на современных энергетических ГТУ приблизилась к 1500 °С. При ее увеличении возникают определенные противоречия с одной стороны, необходима высокая экономичность КС, а с другой — низкая концентрация вредных выбросов N0 и СО. Ведущие фирмы-производители ГТУ снижают эмиссию вредных газов путем отработки системы предварительного смешения топлива с воздухом в КС ГТУ для создания обедненных смесей в сочетании с системой каталитического горения. [c.541]

Газовые турбины, имеющие рабочие органы в виде лопаток специального профиля, расположенных на диске и образующих вместе с последним вращающееся рабочее колесо, могут работать с высокой частотой вращения. Применение в турбине нескольких последовательно расположенных рядов лопаток (многоступенчатые турбины) позволяет более полно использовать энергию горячих газов. Однако газовые турбины пока уступают по экономичности поршневым двигателям внутреннего сгорания, особенно при работе с неполной нагрузкой, и, кроме того, отличаются большой теплонапряженностью лопаток рабочего колеса, обусловленной их непрерывной работой в среде газов с высокой температурой. При снижении температуры газов, поступающих в турбину, для повышения надежности лопаток уменьшается мощность и ухудшается экономичность турбины. Газовые турбины широко используются в качестве вспомогательных агрегатов в поршневых и реактивных двигателях, а также как самостоятельные силовые установки. Применение жаростойких материалов и охлаждения лопаток, усовершенствование термодинамических схем газовых турбин позволяют улучшить их показатели и расширить область Использования. [c.9]

Найдем выражение термического к. п. д. цикла газотурбинной установки (так мы будем называть установку, включающую собственно газовую турбину и компрессор), в которой подвод тепла осуществляется при р = onst. Для термодинамического рассмотрения предположим процесс замкнутым и обратимым, как это мы делали уже раньше. Для упрощения рассмотрим цикл в отсутствие подогревателя 2 на рис. 4-9. В этом случае воздух непосредственно поступает из компрессора в камеру сгорания, а отработавшие газы из турбины направляются без использования их тепла в атмосферу. Такой предварительный подогрев воздуха (рис. 4-9) отходящими газами называется регенерацией. Регенерация хотя и повышает к. п. д. установки, но [c.163]

В природе существуют, конечно, только реальные газы, а диапазон состояний, в котором возможно рассматривать газ как идеальный, определяется установленной практикой необходимой точностью термодинамических расчетов. Поэтому для каждого газа (воздух, углекислый газ, перегретый водяной пар и т. д.) существует область состояний, где газ можно рассматривать как идеальный. Так, в теории двигателей внутреннего сгорания, газовых турбин и в теории компрессоров рабочее тело (воздух или газообразные продукты сгорания топлива) рассматривают часто как идеальный газ, а в теории пароэнергетических установок рабочее тело — перегретый -водяной пар —. рассматривают как реальный газ. В то же время воздух в области [c.41]

Ранее были рассмотрены так называемые разомкнутые циклы ГТУ, в которых продукты сгорания после раширения в газовой турбине выбрасываются в атмосферу. Таким образом, рабочее тело в цикле все время меняется. Существуют циклы, в схеме которых циркулирует неизменное количество рабочего тела. Такие циклы называются замкнутыми. Принципиальная тепловая схема ГТУ с замкнутым циклом представлена на рис. 93. В качестве рабочего тела в этих циклах может использоваться воздух или другой газ с лучшими термодинамическими характеристиками (более высокой, чем у воздуха, теплоемкостью, большим показателем адиабаты и др.), например гелий, аргон, водород, фреон. Подогрев рабочего тела до требуемой температуры производится в специальном нагревателе с внешней топкой, поэтому в ГТУ замкнутого цикла можно сжигать твердое топливо, что практически невозможно в ГТУ открытого цикла. [c.212]

Таким образом, согласно прямой (первой) теореме подобия в подобных явлениях движения жидкости должны соблюдаться условия (4.50) — (4.58). Рассмотрим, какое значение имеют критерии (инварианты) подобия, или, как часто говорят, числа Эйлера, Рейнольдса и Пекле, при изучении вопросов прочности. С характеристиками жидкости обычно сталкиваются при изучении закономерностей разрушения конструктивных элементов в тепловых полях и газовых потоках, особенно при теплосменах. Работами сотрудников ИПП АН УССР и других исследователей показано, что термодинамические параметры газового потока и его химический состав оказывают очень большое влияние на долговечность лопаток газовых турбин [62]. Небольшое изменение этих параметров либо введение в поток ничтожных добавок сернистого газа или солей морской воды (до 10 мгм на 1 м воздуха) изменяет долговечность более чем на порядок. [c.136]

Термодинамически эта схема ничем не отличается от схемы по рис. 1-3, б. Меняется только последовательность совершаемых процессов. В камере сгорания предвключенной ГТУ сжигается топливо, выделяющее тепло Q4 l. Далее следует процесс расширения 1—2, происходящий в газовой турбине, после чего отходящие газы при давлении, близком к атмосферному, сбрасываются в котел нормальной конструкции. В топке котла сжигается топливо, выделяющее тепло равное теплу Точка 14 [c.23]

Все разобранные схемы составлены применительно к использованию турбомашин, но с достаточным основанием могут характеризовать и установки с поршневыми двигателями или генераторами газа. Так, в схеме по рис. 1-3, е паросиловая часть установки сохранит все свои характеристики, если утилизируемые отработавшие газы будут поступать не из ГТУ, а из глушителя двигателя внутреннего сгорания. Установка с использованием в паровой турбине пара, генерируемого в зарубашечном пространстве дизеля, совершает термодинамический цикл, сходный с циклом парогазовых установок по схеме рис. 1-3, б. Камеру сгорания в схемах с предвключенными газовыми турбинами (рис. 1-3, г) можно заменить свободнопоршневыми генераторами газа. [c.24]

Парогазовые установки с высоконапорными парогенераторами, как отмечалось в 2-2, обладают определенными термодинамическими преимуществами по сравнению с установками, имеющими предвключенные газовые турбины. Кроме тога, применение высоконапорных парогенераторов обеспечивает сокращение капитальных затрат, обусловленное малыми габаритами котельного оборудования. По данным А. Н. Ложкина, металловложеиия на всю установку можно сократить на 25% [Л. 1-12]. Однако освоение подобных установок зависит от создания мощных высоконапорных парогенераторов, способных обеспечить устойчивую и надежную работу всего энергетического комплекса. [c.46]

Конкурентоспособность бинарных газопаровых установок резко возрастает в случае применения высокотемпературных газовых турбин. Термодинамический анализ, результаты которого иллюстрировались рис. 2-10, свидетельствует о нецелесообразности затраты тепла высокого потенциала на парообразование в установках большой термической эффективности. С другой стороны, кривые, показанные на рис. 2-18, свидетельствуют о том, что при достаточно высокой температуре за газовой турбиной отпадают ограничения в выборе рабочего давления в паровой части БГПУ. В итоге увеличение рабочих температур перед газовой турбиной на 150—200° С против современных пределов создает для этих установок бесспорные преимущества перед ПГУ. [c.59]

Таким образом, имеется полная аналогия с циклом бинарной газопаровой установки на рис. 2-16. Разница только в том, что в первой ступени бинарного цикла вместо газовой турбины применяется МГД. Температура газов за МГД намного выше того предела, который ограничивает выбор оптимального давленця пара в цикле второй ступени (см. рис. 2-18). Поэтому с термодинамической точки зрения в цикле второй ступени целесообразно увеличивать давление вплоть до сверхкритических значений. Однако к. п. д. второй ступени при этом обычно будет все же значительно ниже к. п. д. обычной паросиловой установки при тех же параметрах пара. Объясняется это двумя обстоятельствами. Во-первых, в схеме отсутствует регенеративный подогрев питательной воды во-вторых, при той же температуре уходящих газов, что и в обычных котельных установках, потеря с уходящими газами составит величину [c.61]

Характерно, что разработки комбинированных парогазовых и газопаровых установок исходят из применения обычных газовых турбин, не имеющих никакого охлаждения или использующих охлаждение воздухом. Между тем, например, в парогазовой схеме, разрабатываемой ЦКТИ, весовые и объемные расходц пара соизмеримы с расходом воздуха. Не касаясь сейчас вопроса об особенностях теплообмена в паровых потоках вообще, отметим лишь одну основную термодинамическую особенность использования пара в качестве агента для охлаждения турбин. [c.105]

Рассматриваются термодинамические циклы энергетических уртановок, использующих неводяные пары, требования к рабочим телам, особенности конструкций основных элементов энергетических установок (паровых и газовых турбин, парогенераторов, ядер-ных реакторов), а также особенности основных рабочих процессов в таких установках (теплоотдача к однофазному потоку, при кипении и конденсации, гидравлические сопротивления). [c.2]

Более старую группу материалов, которые также широко исследуются с целью применения в газовых турбинах, представляют собой эвтектические сплавы, получаемые направленной кристаллизацией. Окончательная микроструктура указанных систем состоит из пластинок или стержнеобразных морфологических построений одной фазы внутри другой. Такие материалы относят к композиционным, получаемым методом in situ . Эвтектические сплавы сочетают в себе многие признаки как обычных традиционных сплавов, так и композиционных материалов (т. е. получаемых введением дискретных волокон в выбранную матрицу) и привлех ают большое внимание в связи с возможностями высокотемпературного использования благодаря высокой термодинамической стабильности эвтектических систем. Для большинства традиционных композиционных систем нестабильность и ухудшение свойств в процессе длительного нагрева остаются узловой проблемой. Эвтектические композиции, предназначенные для ис- [c.166]

Переходя конкретно к газовым турбинам, отмечу прежде всего, что я не буду говорить об авиатурбинах. Что же касается стационарных, наземных транспортных газовых турбин, то нам следует различать с термодинамической точки зрения четыре основных направления в их развитии и соответствующие возможные данные по науке. [c.388]

Для определения графическим методом параметров газов в термодинамических процессах и циклах кафедрой газовых турбин Казанского авиационного института под руководством проф. Г. С. Жирицкого рассчитана и построена /5-диаграмма (приложение VII). [c.57]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...