Литература; [1], стр. 4-11; [2], стр. 4-5; [4], стр. 5-8
Методические указания
На газопроводах в качестве энергопривода КС эксплуатируются газотурбинные приводы по мощности в настоящее время распределяются следующим образом: стационарные ГТУ -69,3%; ГТУ авиационного типа - 23,9%; привод от судовых ГТУ - 6,8%. ГТУ по сравнению, например, с ГМК имеют более простую конструкцию, позволяют значительно концентрировать мощность в одном агрегате, относительно прост, полностью уравновешен, хорошо поддаются автоматизации, имеют малый удельный вес на единицу мощности и относительно небольшие габаритные размеры.
Основные недостатки современных ГТУ - их низкая экономичность ( кпд. не более 26 - 30%) и сильное влияние переменного режима работы на кпд. ГТУ, а следовательно, и на расход газа на нужды КС. ГТУ по сравнению с электроприводом - это автономный вид привода КС. Они хорошо работают на том же газе, который и перекачивают.
Техническая эксплуатация ГТУ - это дисциплина, изучающая вопросы контроля за состоянием агрегатов в ходе работы, а также диагностики, ремонта и совершенствования.
В условиях производства четко различаются две сферы хозяйствования, которым соответствуют две службы: эксплуатация и обслуживание оборудования. Цели и задачи у них столько различны, насколько же едины. Служба эксплуатации эксплуатирует «угнетает» оборудование на основании соответствующих правил, инструкций и т.д., при этом осуществляется непрерывный ежесуточный контроль вахтенным персоналом, а служба обслуживания - это «лекари», которые устанавливают диагноз, «лечат» и совершенствуют оборудование.
Основными поставщиками ГТУ для газовой промышленности является Невский машиностроительный завод им. В.И. Ленина (НЗЛ), Уральский трубомоторный завод (ТМЗ). НПО «Машинопроект»,
На магистральных газопроводах страны из импортных установок наибольшее применение нашли установки MS 3002 и MS 5002, выпускаемые фирмой «Дженерал – Электрик», либо по ее лицензиям, фирмами Германии, Великобритании, Италии, а также ГТУ типа «Коббера», выпускаемые фирмой «Купер Ролле» (США).
Вопросы для самоконтроля
1.Роль газовой промышленности в народном хозяйстве РФ?
2.Цель и задачи дисциплины «Газотурбинные установки».
3.Основные поставщики ГТУ для газовой промышленности.
4.Основные преимущества ГТУ по сравнению с другими энергоприводами КС.
5.Основные недостатки современных ГТУ.
6.Что следует понимать под технической эксплуатацией ГТУ?
7.Назовите импортные установки, применяемые на магистральных газопроводах страны
Раздел 1. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
Тема 1.1. Принципиальные схемы и циклы простой газотурбинной установки с регенерацией теплоты
Студент должен:
знать: принцип работы простой ГТУ и ГТУ с регенерацией теплоты;
уметь: читать и чертить схемы процессов, происходящих в простой ГТУ и ГТУ с регенерацией теплоты.
Распределение основных параметров по элементам простой газотурбинной установки. Идеальный цикл простой ГТУ в T-S диаграмме. Реальный цикл простой ГТУ в T-S и P-V диаграммах. Схема ГТУ с регенерацией теплоты. Цикл ГТУ с регенерацией теплоты в T-S диаграмме.
Литература: [1], стр. 11-19; [2], стр. 35-44; [4], стр. 48-52; стр.; стр. 60-61; [3], стр. 8-12; стр. 14-19.
Методические указания
Простая одновальная ГТУ состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины. К валу турбогруппы непосредственно присоединена нагрузка. Атмосферный воздух поступает в компрессор через воздухозаборное устройство, а отработавшие в турбине продукты уходят в
Рабочий процесс ГТУ простейшей схемы осуществляется следующим образом: атмосферный воздух, пройдя системы фильтров, поступает на вход осевого компрессора. После сжатия в осевом компрессоре воздух с давлением 0,5-0,7 МПа и температурой 180-240°С поступает в камеру сгорания, где он разделяется на два патока: меньшая часть непосредственно участвует в процессе горения подведенного извне теплоты, большая его часть, пройдя между корпусом камеры сгорания и ее жаровой трубой, охлаждает ее, а после смешивания с продуктами сгорания в конце камеры сгорания снижает температуру газов до величины, обусловленной жаростойкостью лопаток и дисков газовой турбины (750-850°С). После прохождения газовой турбины продуктов сгорания с температурой порядка 400-450°С выбрасываются в атмосферу и теплота рабочего тела теряется безвозвратно. Мощность, развиваемая газовой турбиной, расходуется на привод осевого компрессора (примерно 60-70%) и на привод полезной нагрузки.
Поскольку в ГТУ простого цикла, несмотря на приемлемую для целей транспорта газа экономичность, теряется много теплоты, то целесообразно использовать эту теплоту для подогрева воздуха после компрессора перед его поступлением в камеру сгорания и снижения тем самым расхода топлива по установке в целом. Поэтому газотурбинная установка с регенерацией - это такая стационарная газотурбинная установка, в которой часть процесса подогрева рабочего тела поле сжатия осуществляется теплотой выхлопных газов.
Использование теплоты отходящих газов осуществляется в специальных теплообменных аппаратах-регенераторах. Эффективность регенератора как теплообменника оценивают степенью регенерации, определяемой как отношение фактического повышения температуры воздуха в регенераторе к предельно возможному.
Гидравлическое сопротивление регенератора по воздушной и газовой сторонам воздухопроводов к нему и от него к камере сгорания несколько снижает удельную полезную работу в регенеративной ГТУ по сравнению с простой, и существенно усложняет компоновку ГТУ. За счет применения регенерации теплоты в приводных ГТУ можно получить экономию -15-20% топливного газа, если регенератор имеет достаточно развитую поверхность с нет заметных утечек воздуха через газовую сторону в дымовую трубу.
Вопросы для самоконтроля
1.Как зависит кпд простой ГТУ от степени сжатия?
2.Каково влияние регенерации на кпд ГТУ?
3.Что представляет из себя регенератор?
4.Что произойдет с компрессором, если вышла из строя система фильтров?
5.Что является основной причиной низкой экономичности простой ГТУ?
Тема 1.2. Принципиальные схемы и циклы газотурбинной установки с промежуточным подогревом рабочего тела и охлаждением воздуха
Студент должен:
знать: процессы, происходящие в ГТУ;
уметь: читать схемы ГТУ.
Способы увеличения эффективности работы ГТУ. Схема одновальной ГТУ с промежуточным подводом теплоты и промежуточным охлаждением воздуха.
Литература: [2], стр. 44-48; [4], стр. 67-69; [3], стр. 17-19.
Методические указания
За счет введения в схему ГТУ различного рода теплтехнических мероприятий (отвод теплоты при сжатии, подвод теплоты при расширении, регенерации) можно значительно улучшить основные показатели ГТУ: повысить кпд, коэффициент полезной работы, удельную мощность установки, уменьшить удельный расход рабочего тела.
Одним из способов увеличения экономичности ГТУ является введение промежуточных подогрева газа и охлаждения воздуха.
Используются и более сложные схемы ГТУ, позволяющие, например двукратно дать воздух и размещать турбины и компрессоры на разных валах. Многие ГТУ обладают большей экономичностью, чем простые, хорошими показателями на частичные нагрузки широким и диапазоном устойчивой работы.
Промежуточное охлаждение воздуха приводит к уменьшению работы, затрачиваемой на привод компрессора высокого давления и, как следствие, увеличивает полезную работу ГТУ. Вместе с тем охлаждение снижает температуру воздуха за компрессором. Поэтому в камеру сгорания ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха приходится проводить больше теплоты, чем в камеру сгорания простой ГТУ.
Применение промежуточного охлаждения воздуха в ГТУ с регенерацией всегда увеличивает ее кпд. Оптимальная степень сжатия при использовании охлаждения воздуха резко возрастает.
Введение промежуточного охлаждения воздуха в компрессоре увеличивает степень сжатия и позволяет получить наибольший кпд.
Введение промежуточного подвода теплоты приводит к тем же последствиям, что и введение промежуточного охлаждения. Одновременное промежуточное охлаждение воздуха и промежуточный подвод теплоты к газу позволяют значительно увеличить удельную полезную работу и кпд. Однако излишнее усложнение схемы снижает маневренность ГТУ, увеличивает ее размеры и массу. Чаще всего такие ГТУ выполняют двухвальными, а иногда -трехвальными.
Вопросы для самоконтроля
1. Для чего применяют промежуточные подогрев рабочего тела и охлаждение воздуха в ГТУ?
2. К чему приводит введение промежуточного охлаждения воздуха в ГТУ?
3. К чему приводит применение промежуточного охлаждения воздуха в ГТУ с регенерацией?
4. Покажите зависимость кпд ГТУ без регенерации от степени сжатия.
5. От чего зависит кпд многовальной ГТУ?
Тема 1.3 Основные показатели современных стационарных газотурбинных установок
Студент должен:
знать: основные показатели современных стацио-
нарных ГТУ;
уметь: читать и чертить схемы ГТУ.
Основные показатели стационарных газотурбинных установок отечественного и зарубежного производства. Классификация типовых конструктивных схем ГТУ. Совершенствование конструкции стационарных ГТУ. Прогресс в стационарном газотурбостроении.
Практические занятия №1
Литература: [3], стр. 12-14; [4], стр. 67, 70-75.
Методические указания
Газотурбинные установки простейших схем получили наибольшее распространение на газопроводах прежде всего из-за простоты конструкции большой удельной мощности и достаточно высокой надежности в эксплуатации, несмотря на свой относительно низкий кпд.