Турбинная ступень подразделяется на ступень активного и реактивного типов. Основная характеристика ступени газовой турбины - ее кпд.
Основными потерями в ступени являются потери в направляющем аппарате, в рабочем колесе.
При изменении режима работы турбины изменяются температура, давление и расход газа. Связь между этими величинами при изменении нагрузки называют характеристикой турбины.
Вопросы для самоконтроля
1. Каково назначение газовых турбин?
2. Перечислите основные элементы газовой турбины
3. Каково назначение диффузоров?
4. Что понимают под турбинной ступенью?
5. В результате чего возникают усилия на рабочих лопатках газовой турбины?
6. Почему кпд многоступенчатой турбины больше кпд ступени?
7. Какие параметры газовых турбин можно определить по их характеристикам?
Тема 4.2 Характеристики газотурбинного двигателя на частичных нагрузках
Студент должен:
знать: изменение мощности и кпд газотурбинного двигателя в процессе изменения внешней нагрузки ГТУ.
Основные пути регулирования мощности и экономичности газотурбинных установок на частичных нагрузках. Диаграмма совмещения характеристик осевого компрессора и газовой турбины. Важнейшие характеристики переменного режима работы газотурбинных двигателей на частичных нагрузках.
Литература: [2], стр. 104-109; [4], стр. 148-158; [5], стр. 73-79
Методические указания
Изменение мощности и кпд газотурбинного двигателя в процессе изменения нагрузки ГТУ является следствием сложного взаимодействия осевого компрессора, газовой турбины, камера сгорания и центробежного нагнетателя природного газа.
Регулирование мощности и экономичности ГТУ на частичных нагрузках может осуществляться тремя основными путями: количественно - путем изменения расхода рабочего тела, качественно - изменением термодинамических параметров цикла ГТУ и смешанным путем, сочетающим в себе элементы количественного и качественного регулирования.
Регулирование режимов работы ГТУ можно проследить на основе совмещения характеристик осевого компрессора, турбины и нагнетателя для простейших схем ГТУ (одновальные и двухвальные) открытого цикла.
При сравнении характеристик изменения мощности ГТУ в зависимости от частоты вращения нагнетателя оказывается, что одновальная ГТУ при снижении частоты вращения бывает теряет мощность, чем снижается мощность, потребляемая нагнетателем.
Важнейшими характеристиками переменного режима работы газотурбинных двигателей является их эффективно-термодинамический кпд и расход топлива относительной мощности носит линейный характер.
Как для одновальных, так и для двувальных ГТУ при регулировании двигателей изменения частоты вращения турбины зависимость относительного расхода топлива от относительной мощности носит линейный характер.
В этих условиях расход топлива на холостом ходу является основным показателем положения кпд ГТУ на частичных нагрузках.
В зксплутационных условиях характеристики агрегата могут заметно изменяться по условиям режима его работы и из-за ухудшения его технического состояния (снижение кпд компрессора, турбины и т.д.), что вызывает перерасход топлива на установке.
Даже рассчитав возможные режимы работы турбин и компрессоров, необходимо для определения зоны возможных режимов работы ГТУ ввести дополнительные ограничения.
Вопросы для самоконтроля
1. В каких ГТУ можно осуществлять только смешанное регулирование?
2. От чего зависит характер изменения расхода кпд ГТУ?
3. Чем отличаются количественный и качественный способы регулирования ГТУ?
4. Почему нельзя уменьшить расход воздуха через компрессор до нуля?
5. Как изменяются расходы рабочего тела при режимах частичных нагрузок ГТУ, предназначенных для привода нагнетателей природного газа?
Тема 4.3 Опоры компрессоров и турбин
Студент должен:
знать: назначение и расположение опор компрессоров и турбин.
Назначение и расположение опор компрессоров и тубин.
Литература : [2], стр. 15-20; [5], стр. 111-114
Методические указания
Роторы турбин и компрессоров опираются на опорные подшипники, которые воспринимают их вес. Кроме этого на ротор действуют силы, возникающие при работе турбины или компрессора. Это силы стремятся сдвинуть ротор в осевом направлении в сторону меньшего давления. Перемещению ротора в осевом направлении препятствует упорный подшипник.
При больших нагрузках длительно работают подшипники скольжения, которые в мощных ГТУ используются в качестве опорных и упорных. Для смазывания подшипников применяют турбинное масло.
В опорном подшипнике между шейкой ротора и нижним вкладышем подшипника создается тонкая пленка масла (масляный клин). Давление масла в масляном клине резко повышается. В результате создается усилие, равное вес)' той части ротора, которая приходится на. данный подшипник, и ротор как бы «плавает» на масляной пленке.
При работе ГТУ ротор «всплывает» на масляной пленке так, что расстояние между центром подшипника и осью шейки ротора составляет 0,5-0,7 мм. Коэффициент трения при нормальной работе подшипника составляет 0,002-0,005. Но даже при таком малом коэффициенте трения выделяется большое количество теплоты и масло нагревается на 20-25 С. Чтобы уменьшить трение при пуске и остановке ГТУ, поверхность вкладышей заливают баббитом.
Чтобы уменьшить перекосы шейки ротора относительно подшипника, применяют подшипники со сферическими вкладышами.
В настоящее время в опорных подшипниках почти не применяют круговую расточку, так как при этом велики расходы масла, возникает низкочастотная вибрация ротора и заметное смещение вала в работающем подшипнике по отношению к неработающему.
Поэтому применяют другие формы расточки опорных подшипников (круговая расточка со смещением верхнего вкладыша относительно нижнего, овальная и трехклиновая), которые позволяют избавится от тех или иных недостатков.
Используются также подшипники с качающимися сегментами, на которые опираются шейки роторов, сегменты в свою очередь опираются на поверхность внутренней расточки верхнего и нижнего вкладышей. При вращении ротора они самоустанавливаются так, что давление в масляном клине компенсирует ту часть ротора, которую воспринимает данный сегмент.
Осевой разбег (перемещение) ротора при работе не должен превышать 0,3-0,5 мм. При сборке, когда в сегментном упорном подшипнике нет масла, разбег ротора заметно больше, так как упорный диск упирается непосредственно в упорные колодки без масляного клина. Чтобы добиться равномерного расширения усилий по упорным колодкам без точной подгонки, применяют различные способы опирания упорных колодок на корпус подшипника, например через плоские пружины и рычажную систему. Оба способа позволяют автоматически перераспределить нагрузки на колодки до полного выравнивания.
Упорные поверхности упорных колодок заливают баббитом.
Вопросы для самоконтроля
1. Каково назначение масляного клина в опорном подшипнике между щеткой ротора и нижним вкладышем подшипника?
2. Как уменьшить трение при пуске и остановке ГТУ?
3. Как уменьшить перекосы шейки ротора относительно подшипника?
4. Какие применяют формы расточек опорных подшипников?
5. С помощью чего добиваются равномерного распределения усилий в упорных подшипниках?
6. Каково назначение упорных и опорных подшипников?
Тема 4.4. Охлаждение газовых турбин
Студент должен
знать: основные системы охлаждения деталей газовых турбин;
уметь: читать схемы воздушного охлаждения.
Способы воздушного охлаждения: внешние конвективное, заградительное (пленочное и пористое). Требования, предъявляемые к системе охлаждения. Различные системы открытого воздушного охлаждения деталей газовых турбин.
Система внутреннего воздушного охлаждения открытого типа. Охлаждением воздухом рабочих лопаток канального типа, гильзового типа, с петлевым движением воздуха, рабочих лопаток с одноконтурной замкнутой системой жидкостного охлаждения и циркуляцией (принудительной и естественной). Схемы систем охлаждения газовых турбин.
Литература: [2], стр. 88-98; [3], стр. 140-158
Методические указания
Турбины приводных ГТУ содержат большое количество сильно нагруженных узлов я деталей: диски, роторы в целом, рабочие лопаты и др.
Назначением систем охлаждения газовых турбин является снижение температуры узлов к деталей до такого уровня, при котором молено обеспечить их надежную работу и применить менее дорогие и дефицитные материалы.
В приводных ГТУ компрессорных станций в настоящее время применяю исключительно охлаждение воздухом, отбираемым из промежуточной или за последней ступенью компрессора и поступающим после выполнения охлаждающей функции в проточную часть турбины или в выходной тракт, частично в масляные полости.
Наиболее распространены следующие типы систем охлаждения: внешнее конвективное охлаждение элементов роторов, корпусов; внутреннее конвективное; пленочное (заградительное).
При внешнем конвективном охлаждении детали обдувают струями или распределенным потоком охлаждающего воздуха. Применяют его чаще всего для дисков роторов и наружных корпусов турбины. При внутреннем конвективном охлаждении, которое наиболее распространено в сопловых и рабочих лопатках, воздух отводит от внутренней поверхности стенок» обогреваемых снаружи рабочим телом. Пленочное (заградительное) охлаждение, широко применяемое также для стенок жаровых труб камер сгорания, защищает охлаждаемую поверхность за счет выдува вдоль нее тонкой пленки охладителя.
Наиболее распространены следующие системы охлаждения дисков и роторов: