Тепловые циклы газовых турбин

ТЕПЛОВЫЕ ЦИКЛЫ ГАЗОВЫХ ТУРБИН [c.404]

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]

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]

В свою очередь циклы тепловых двигателей можно разделить в зависимости от рабочего тела на две группы. Общим для циклов первой группы является использование в качестве рабочих тел газообразных продуктов сгорания топлива, которые на протяжении всего цикла находятся в одном и том же агрегатном состоянии и при относительно высоких температурах считаются идеальным газом (двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины и реактивные двигатели). Характерная черта циклов второй группы — применение таких рабочих тел, которые в цикле претерпевают агрегатные изменения (жидкость, влажный и перегретый пар) и подчиняются законам, действительным для реальных газов (паросиловые установки). [c.104]

На атомных электростанциях, как известно, превращение ядерной энергии в электрическую осуществляется посредством тепловых циклов. Рабочим телом цикла может быть газ или пар. При газовом цикле привод электрогенераторов осуществляется посредством газовых турбин, при паровом — посредством паровых турбин. [c.11]

Для изыскания наивыгоднейшего теплового двигателя выявилась необходимость произвести оценку ранее сложившихся понятий о совершенстве тепловых схем перспективных двигателей большой теплоэнергетики — паровых и газовых турбин и возможность образования новых циклов. [c.13]

ГТУ с полузамкнутым циклом обеспечивает при том же значении 41", что и для ГТУ с открытым циклом, концентрацию необходимой мощности в одном агрегате. Усложнение нерешенной проблемы охлаждения проточной части газовой турбины интенсивным тепловым потоком до гг I 10 ккал/ча при 4= [c.180]

Среди них прежде всего следует остановиться на циклах высокотемпературных газопаровых установок по схеме на рис. 20 [35]. В такой установке тепло, отбираемое паром при охлаждении проточной части высокотемпературной газовой турбины, используется в паровом цикле. При начальной температуре газа 1200° С и давлении газа 91-10 Па, давлении пара 240-10 Па, температуре пара 540° С и температуре уходящих газов 150° С к. п. д. нетто газопаровой установки может достигать 50%. Двукратный подвод тепла в газовом контуре [35] может дополнительно повысить тепловую экономичность газопаровой установки. [c.39]

Важным фактором, определяющим экономичность парогазовой установки, является выбор схемы и параметров газовой и паровой ступеней цикла. Основными параметрами, определяющими тепловую эффективность парогазовой установки по сравнению с паросиловыми при равных начальных параметрах пара, являются начальная температура газов и избыток воздуха перед газовой турбиной. Однако, как видно из рис. VI. 2, степень интенсивности влияния избытка воздуха на повышение к. п. д. ПГУ с простейшими одновальными газовыми турбинами зависит от соотношения к. п. д. паровой и газовой ступени ПГУ или соответственно начальных параметров пара и газа, определяющих эти к. п. д. [c.215]

В настоящее время удовлетворение потребности в тепловой и электрической энергии осуществляется путем соответствующего подбора на электростанциях конденсационных и теплофикационных турбин. При комбинировании газотурбинного и паросилового циклов имеется возможность путем надлежащего выбора параметров и схемы одной комбинированной парогазовой установки вырабатывать электрическую и тепловую энергию в любых соотношениях, необходимых потребителю. Это достигается с помощью теплофикационных парогазовых установок с различными типами паровых и газовых турбин. [c.217]

Для надежной работы в неблагоприятных условиях, часто в агрессивных средах, как, например, на морских нефтяных платформах, требуются специальные турбины с ресурсом более 100000 ч, способные работать на самых разных видах топлива. Применение таких мощных газовых турбин вместе с паровыми турбинами в режиме комбинированных циклов позволило значительно повысить полный тепловой к.п.д. центральных электростанций. В настоящее время подобные парогазовые системы получили широкое распространение. Газовые турбины такого типа применяются и на угольных электростанциях, работающих при прямом сжигании угля в кипящем слое. [c.327]

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]

В последние годы были усовершенствованы методы расчета тепловых схем и элементов ГТУ и ПГУ с применением математического моделирования и компьютерной техники. В настоящее время значительное внимание уделяется прогрессивным технологиям сжигания топлива в камерах сгорания ГТУ и улучшению экологических показателей установок. При создании газовых турбин используются новые материалы, улучшаются системы охлаждения их элементов, применяются конструктивные схемы с повышенными значениями давления воздуха после компрессоров, с его промежуточным охлаждением, промежуточным перегревом газов в газовых турбинах, используются регенеративные циклы и схемы с впрыском пара и воды в ГТУ. [c.3]

Начальное давление газов р зависит от давления воздуха за компрессором и является величиной переменной (см. гл. 2 и 4). В газовой турбине (в тепловом двигателе установки) газы расширяются до конечного давления р (процесс 3—4), близкого к атмосферному, и удаляются через дымовую трубу. При охлаждении рабочего тела в охладителе в ГТУ с замкнутым циклом и в атмосфере для ГТУ с разомкнутым циклом энергия не затрачивается и не получается. Поэтому разомкнутый процесс ГТУ без ущерба для точности расчета энергетического эффекта можно условно замкнуть изобарой охлаждения (процесс 4—1). [c.26]

Для многих конструктивных элементов, в том числе и для лопаток газовых турбин, характерны повреждения в виде мелкой сетки трещин, возникающей на поверхности детали вследствие интенсивного теплового воздействия (близкого к тепловому удару) [6, 75] в первые периоды наг/ева. При быстром нагревании на поверхности детали возникают высокие сжимающие напряжения и напряжения сдвига, под действием которых и происходит разрушение поверхности (выкрашивание) [101]. При большом числе циклов эксплуатации (запуск — максимальный режим — остановка) па поверхностях лопаток могут возникнуть усталостные термические трещины. [c.20]

Первоначально в качестве источника теплоты для МГД-генератора замкнутого цикла рассматривались ядерные реакторы. В настоящее время перспективными представляются комбинированные циклы с источником теплоты в виде продуктов сгорания органического топлива, которые обеспечивают нагрев инертного газа в регенеративном теплообменнике (до 1800 К), КПД МГД-электростанции (МГД-гене-ратор — газовая турбина) тепловой мощностью 1000 МВт составляет около 55 % при использовании природного газа в качестве топлива и гелия в качестве рабочего тела МГД-генератора [50]. [c.528]

В современной технике Т.у. приобретает особое значение для материалов, применяемых при изготовлении деталей газотурбинных двигателей, в атомной энергетике, химич. машиностроении и др. отраслях, где для рабочего цикла характерен переменный тепловой режим при высоком уровне темп-ры. На рис. 1 показано типичное для работы в условиях Т.у. распределение темп-ры при нагреве и охлаждении лопаток рабочего колеса газовой турбины и приведены соответствующие изотермы. На рис. 2 приводятся фото- [c.313]

Пароводяное рабочее тело в другой части цикла производит за счет непосредственного сообщения ему тепла высокого потенциала работу по циклу Ренкина, эквивалентную в тепловых единицах площади 6—7—8—9—10—6 Ql). При этом за счет отходящего тепла газовой турбины в пароводяном цикле в работу превращается тепло, эквивалентное площади 6—7—11—6. [c.97]

Для повышения к. п. д. тепловых электростанций в последнее время предложен так называемый парогазовый цикл [Л. 6-2] с применением газовой турбины. Воздух, необходимый для горения топлива, предварительно сжимается в компрессоре и подается в топку котла под давлением. Уходящие газы направляются в газовую турбину, приводящую компрессор и электрический генератор. [c.171]

В зависимости от рода применяемого рабочего агента тепловые турбины разделяются на газовые и паровые. В данном параграфе рассмотрим газовые турбины. Для изучения термодинамического цикла газотурбинного двигателя вводятся, как и для цикла поршневых двигателей, некоторые допущения, заключающиеся в следующем. [c.175]

Дополнительной информацией является такой параметр, как тепловая мощность газовых турбин для энергетического привода, которая позволяет в ГТЭС когенерационного цикла достигать максимальной эффективности использования топлива. Для того чтобы оценить потенциальную тепловую энергию уходящих газов, можно воспользоваться следующей формулой [c.233]

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]

В энергетике СССР получают распространение газовые турбины, но они, как и паровые турбины, не могут обеспечить значительного повышения к. п. д. тепловых электростанций. В последнее время ученые пришли к идее совмещения на тепловых электростанциях обоих циклов — паро-и газотурбинного [9]. [c.84]

Одним из путей повышения экономич5ности работы тепловых электростанций при одновременном улучшении их манев ренных характеристик является разработка парогазовых циклов. Сочетание паротурбинной части установки с газотурбинной дает возможность повысить к. п. д. на 8—5% в зависимости от схемы. Первый энергоблок с парогазовым циклом мощностью 200 МВт, с высоконапорным генератором паропроизводитель-ностью 450 т/ч, паровой турбиной мощностью 150 МВт и газовой турбиной мощностью 35/45 МВт успешно эксплуатируется на Невинномысской ГРЭС. [c.116]

Практическая осуществимость и стабильность газожидкостного цикла на N2O4 были проверены в ресурсных испытаниях на опытной установке Вихрь-1 с газовой турбиной при 500 С и тепловой мощности 1000 квг. [c.4]

Результаты, установленные в работах [419—423], указывают на необходимость учета влияния кинетики химических реакций при выборе тепловых схем и параметров цикла, при расчетах теплообменных аппаратов и проточных частей газовых турбин. Для решения этих задач требуется разработка методов расчета параметров потока N2O4 в каналах с постоянным и переменным поперечным сечением при наличии и отсутствии энергообмена и трения, а также детальное знание кинетики и механизма химических процессов, протекающих в реагирующей четырехокиси азота. [c.7]

На рис. 2-10 в соответствии с вышеизложенным методом построены диаграммы значений к. п. д. использования тепловых потоков в парогазовых циклах. Во всех случаях принимались одинаковыми политронические к. п. д. газовых турбин и компрессоров (rij-, т = Лк = 0.9) степени повышения давления (а = 6,5) температуры уходящих газов = 130° С) параметры паровой части установки (только для случаев п и б) pi = 10G ama, = = 540° С. [c.44]

На следующем этапе атомной энергетики, сначала 90-х годов, базовыми станут АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, которые вытеснят АЭС с реакторами на тепловых нейтронах в полупико-вую область графиков нагрузки [16 гл. VII]. В начальный период строительства АЭС с реакторами на быстрых нейтронах будет целесообразно применять параметры пара, обычные для электростанций органического топлива. В дальнейшем могут найти применение высокотемпературные реакторы. В принципе они открывают возможность применения паротурбинного цикла сверхвысоких параметров. Однако рациональность такого решения не очевидна, поскольку в качестве теплоносителя первого контура не может быть применена вода. Обязательное наличие на АЭС с реакторами на быстрых нейтронах первого жидкометаллического или газового контура приводит к мысли о целесообразности применения для АЭС с высокотемпературными быстрыми реакторами комбинированных энергетических установок с газовыми турбинами или МГД-генераторами [9]. Такие же комбинированные схемы представляются перспективными и для будущих термоядерных установок (см. рис. XV.8). [c.253]

Повышение термической эффективности комбинированных установок будет идти прежде всего по пути повышения начальных параметров высокотемпературной части цикла, используемой в газовой турбине или МГД-генераторе. Повышение параметров низкопотенциальной паровой части цикла приводит к уменьшению работы его высокопотенцпаль-ной части. Поэтому для каждой конкретной установки существуют оптимальные параметры парового цикла, превышение которых снижает ее экономичность. Можно ожидать, что для комбинированных установок найдут применение паровые турбины с начальными параметрами, не превышающими их освоенных значений на обычных тепловых электростанциях. [c.253]

Сравнительный анализ других схем теплового хозяйства металлургических заводов (с парогенераторами, Велокс , газовыми турбинами) показывает, что они дают экономию по сравнению с пароводяными турбинами, но значительно уступают по экономичности схеме с ртутнопаровым циклом. Тепловая схема и теоретический цикл воздуходувной станции с ртутнопаровой турбиной, имеющей два отбора пара — для подогрева воздуха и охлаждаемый дутьевым воздухом конденсатор, показаны на фиг. 231. [c.260]

При ирочих равных у Словиях с изменением теплового заряда в циклах двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин будет меняться эффективный к. п. д. в овя-зи с тем, что работа холо стого хода двигателя будет составлять различную долю от полезной работы дви- гателя. [c.62]

Как правило, тепловые (машины (двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины и паросиловые установки) работают по схеме, рассмотренной во втором случае, т. е. в них поток рабочего тела при расширении достигает давления среды ро раньше, чем температуры io В двигателях внутреннего сгорания, работающих открытым циклом (с выхлопом гззов нзружу), при этом неизбежна существенная потеря, связанная с тем, что температура отходящих газов значительно выше температуры окружающей среды. Эта потеря на рис. 4-4 может быть измерена отрезком М1В. [c.68]

Большой ресурс работы парогазовых турбин может быть достигнут за счет применения эффективных систем охлаждения деталей и узлов, подверженных действию высоких температур и нагрузок, уменьшения нагрева деталей с помощью тепловой изоляции, теплоотражательных экранов и т. п. и применения жаростойких и жаропрочных материалов и жаростойких покрытий для деталей, подвергающихся воздействию высоких температур и больших нагрузок. Еще больший эффект в увеличении ресурса работы парогазовых турбин, очевидно, может быть получен путем снижения начальной температуры газа — парогазовой смеси. При этом, конечно, снизится и к. п. д. ПГТУ. Но основное достоинство ПГТУ, работающих по новым циклам с регенерацией тепла (особенно с промежуточным нагревом парогазовой смеси), как раз и состоит в том, что, несмотря на понижение начальной температуры газа (по сравнению с авиационными газовыми турбинами), они имеют к. п. д., больший, чем обычные ПТУ, и поэтому являются конкурентоспособными с последними. Поскольку в ПТУ с открытой схемой нагрев рабочего тела осуществляется так же, как и в газотурбинных двигателях, непосредственно в камере сгорания (без применения поверхностей нагрева какого-либо теплообменника), то начальная температура газа может быть более высокой, чем в паровых турбинах, и составлять примерно 1200—1400 К. При этом нижнее значение начальной температуры относится к энергетическим (длительно работающим), а верхнее — к транспортным (авиационным — с меньшим ресурсом работы) парогазовым турбинам. Начальное же давление парогазовой смеси равно 3—30 МН/м . Такие же величины начальных тепловых параметров газа можно принять и для ПГТУ с закрытой тепловой схемой с высокотемпературным ядерным реактором. При создании парогазовых турбин, безусловно, может быть использован опыт отечественного энергетического и транспортного газо- и па-ротурбостроения. [c.78]

В Советском Союзе работают газотурбинные электростагщии с ГТУ типов ГТ-25-700, ГТ-45-3, ГТ-100-750-2 и других с начальной температурой газов перед газовой турбиной 700—950°С. Ленинградским металлическим заводом разработаны проекты новой серии ГТУ мощностью 125—200 МВт при начальной температуре газов соответственно 950, 1100 и 1250 °С. Они выполнены по простой схеме с открытым циклом работы, одновальными, без регенератора (табл. 20.1). Тепловая схе- [c.294]

Многие тепловые двигатели из числа активно применяемых в наши дни относятся к числу "циклических" в связи с циклическим изменением запаса энергии (например, циклы Отто или Дизеля). Циклы Рэнкина (Rankin, для паровой турбины) и Брайтона (Bryton, для газовой турбины) и их различные варианты характеризуются постоянным тепловым потоком. Циклы Отто, Дизеля и Брайтона суть циклы внутреннего сгорания, при которых топливо сжигается в рабочем потоке, и поэтому наивысшая температура цикла достигается не посредством теплопереноса. Однако она зависит от свойств материала деталей, контактирующих с горячим потоком. В газовой турбине, где используется цикл Брайтона, камера сгорания и детали турбины контактируют с "постоянно горячим" рабочим потоком, тогда как в циклах Отто и Дизеля поток попеременно то горячий, то холодный. Следовательно, в циклах Отто и Дизеля пиковая температура может быть стехиометрической, а газовая турбина может приближаться к стехиометрическим температурам лишь настолько, насколько позволяют свойства использованных в ней материалов. В данной главе внимание сосредоточено на работе газовой турбины. [c.49]

Тепловой к.п.д. также связан с температурой на входе турбины, хотя и не так непосредственно, как ее удельная мощность. Действительно, пренебрегая тем, что к.п.д. каждой стадии меньще 100 %, и принимая, что в работе участвует идеальный газ данной удельной теплоемкости, получим, что тепловой к.п.д. газовой турбины с простым циклом зависит только от соотнощения давлений. На самом деле подобный вывод лищь приблизительно отражает истинное положение, и тепловой к.п.д. зависит, хотя и слабо, от температуры на входе турбины. Преимущество в тепловом к.п.д., [c.52]

Более мощное влияние температуры входа турбины на тепловой к.п.д. можно наблюдать, если брайтоновский цикл скомбинирован с другими циклами (например, Рэнкина), превращающими тепло точки d в дополнительную полезную работу. Главная газовая турбина не в состоянии превратить энергию этого сравнительно горячего воздуха в работу, поскольку не остается перепада давлений, необходимого для привода дополнительных ступеней турбины. Горячие выхлопные газы можно использовать в нагревателях отработанного пара, который, расщиряясь, в свою очередь проходит через паровые турбины в соответствии с циклом Рэнкина. Последний является добавочным и становится завершением цикла основного — брайтоновского. Влияние добавочного цикла на основной ограничивается небольшим ростом обратного давления, что очень мало изменяет к.п.д., мощность и температуру выхода. Рост температуры в точке с приводит к ее росту в точке d, что в худшем случае не изменяет к.п.д. основного цикла. Повышение температуры в точке d можно использовать для дополнительной работы, подключив бойлер и паровую турбину. При комбинированном цикле выигрыш в тепловом к.п.д. за счет повышения температуры на входе газовой турбины может быть очень существенным (рис. 2.6). [c.53]

В тепловой схеме современных энергетических ГТУ типов GT24 и GT26 (производства фирмы АВВ) используется ступенчатое сжигание топлива в камерах сгорания КС1 и КС2, что позволяет повысить степень приближения цикла Брайтона к циклу Карно (см. рис. 4.3, д). В этой схеме ГТ высокого давления состоит из одной ступени, обе газовые турбины ТВД и ТНД) и компрессор имеют общий ротор. [c.89]

На рис. 6-5 показана принципиальная тепловая схема газопаровой электростанции [Л. 6-3]. В такой автономной бинарной газопаровой установке (БГПУ) отсутствует непосредственный подвод тепла высокого потенциала к пароводяному рабочему телу, и в паровом цикле Ренкина, по которому работает нижняя ступень данного бинарного цикла, используется только отходящее тепло газового цикла. Поэтому котельный агрегат 5, работающий на отходящих газах газовой турбины 2, не имеет топочной камеры и превращается в котел-утилизатор физического тепла отходящих газов газотурбинной установки. [c.147]

В течение каждого цикла рабочий агент вступает во взаимодействие с тепловым источником и объектом работы. Так, например, в установке с газовой турбиной горячие продукты сгорания топлива в камере сгорания представляют шбой тепловой источник, а смесь горячих продуктов сгорания с воздухом, поступающая из камеры сгорания (из зоны сгорания и зоны смешения) в сопла турбины, является рабочим агентам. Компрессор реактивного двигателя, воспринимающий работу, производимую расширяющимся в соплах турбины рабочим агентом, является объектом работы. [c.5]

Термический коэффициент полезного действия газовой турбины не меньше к.п.д. других тепловых двигателей. Известно, что в поршневых дв1игателях невозможно осуществить адиабатное расширение до атмосферного давления. Когда поршень доходит до нижнего крайнего положения (точка 4 на фиг. 8. 2, 8. 5), то в цилиндре двигателя существует еще давление выше атмосферного и этот перепад давления (р4—рг) не используется для совершения поршнем работы, т. е. дальнейшее расширение рабочего агента не осуществляется, открываются выхлопные клапаны, в процессе истечения газов давление в цилиндре падает до атмосферного давления. Следовательно, в силу самого принципа работы дв1игателя использовать перепад Р4—Р1 невозможно, что приводит к потере определенной работы. В газотурбинных же двигателях полное расширение вполне осуществимо, что увеличивает Т1( цикла. [c.174]

Выход в свет этой книги, посвященной новой, имеющей в настоящее время большое значение области теплосиловой техники, является весьма своевременным. В книге содержатся следующие главы общие сведения, термодинамические циклы и тепловые схемы установок определение термодинамически панвыгоднейших параметров парогазовых циклов расчет экономически наивыгоднейших параметров рабочих тел парогазовых установок теплофикационные парогазовые установки, работающие на парогазовой смеси высокотемпературные парогазовые установки с охлаждаемыми газовыми турбинами. [c.324]

Классификация и циклы двигателей. Двигатели внутреннего сгорания могут быть поршневыми и беспоршневыми (газотурбинными, роторными). В поршневых двигателях сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую совершаются внутри цилиндра. В газотурбинных двигателях топливо сгорает в специальной камере, а тепловая энергия превращается в механическую на лопатках газовой турбины. Рабочий процесс в роторных двигателях протекает так же, как в поршневых, но вместо поступательно движущихся поршней применяются вращающиеся роторы. [c.5]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...