Файл: Исследование Газовой турбины v94. 2 фирмы siemens Подготовила студентка группы 218 Э.pptx

Исследование Газовой турбины v94.2 фирмы siemens

Подготовила студентка группы 2-18 «Э»

Винокурова Александра

Навоийский государственный горный институт

Энерго-механический факультет

Кафедра «Электроэнергетика»

Навои 2021г.

Принял: Жумаев З

Традиционная современная газотурбинная установка (ГТУ) — это совокупность воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, а также вспомогательных систем, обеспечивающих ее работу. Совокупность ГТУ и электрического генератора называют газотурбинным агрегатом.

В состав ПТУ не входит котел, точнее котел рассматривается как отдельный источник тепла; при таком рассмотрении котел — это «черный ящик»: в него входит питательная вода с температурой tп.в, а выходит пар с параметрами р0, t0. Паротурбинная установка без котла как физического объекта работать не может. В ГТУ камера сгорания — это ее неотъемлемый элемент. В этом смысле ГТУ

—самодостаточна.

Устройство современной высокотемпературной ГТУ

Принципиальная схему ГТУ

(проспект фирмы Siemens)

Схема ГТУ простой схемы в условных обозначениях

Воздух из атмосферы поступает на вход воздушного компрессора, который представляет собой роторную турбомашину с проточной частью, состоящей из вращающихся и неподвижных решеток. Отношение давления за компрессором рb к давлению перед ним рa называется степенью сжатия воздушного компрессора и обычно обозначается как pк (pк = pb/pa). Ротор компрессора приводится газовой турбиной. Поток сжатого воздуха подается в одну, две или более камер сгорания. При этом в большинстве случаев поток воздуха, идущий из компрессора, разделяется на два потока. Первый поток направляется к горелочным устройствам, куда также подается топливо (газ или жидкое топливо). При сжигании топлива образуются продукты сгорания топлива высокой температуры. К ним подмешивается относительно холодный воздух второго потока с тем, чтобы получить газы (их обычно называют рабочими газами) с допустимой для деталей газовой турбины температурой.
Вследствие расширения газов в газовой турбине, последняя вырабатывает мощность. Весьма значительная ее часть (примерно половина) тратится на привод компрессора, а оставшаяся часть — на привод электрогенератора. Это и есть полезная мощность ГТУ, которая указывается при ее маркировке.

---

Структурная схема энергоблока ПГУ-450Т

Для ПГУ-450Т используется ГТУ V94.2 производства предприятия Интертурбо — совместного предприятия фирмы Siemens и АО ЛМЗ.

Общий вид ГТУ V94.2(1)

Продольный разрез ГТУ V94.2(2)

Ротор состоит из концевых частей и дисков компрессора и турбины, соединяемых хиртовыми соединениями и центральным стяжным болтом 10 (см. рис.1). Между дисками последней ступени компрессора и первой ступени турбины размещают кольцевой элемент, раздвигающий их и позволяющий разместить отвод воздуха из выходного диффузора 17 компрессора в две выносные камеры сгорания 7, расположенные по бокам турбокомпрессорной группы. Подробное описание конструкции ротора и его сборки приводится в лекции 7.

Ротор ГТУ укладывается в два опорных подшипника 1 и 10 (см. рис.2), которые с помощью силовых стоек (см. рис.1) крепятся соответственно к корпусу выходного диффузора и входному конфузору воздушного компрессора.

Корпус ГТУ состоит из средней силовой части 9 (см. рис.1), по сторонам которой с помощью фланцев крепятся камеры сгорания 7.

С правой стороны силовой части устанавливается одна обойма 8 (см. рис.2), в которую помещаются сопловые аппараты всех четырех ступеней газовой турбины.

К вертикальному фланцу левой стороны средней части крепится корпус 6 (см. рис.1) части высокого давления компрессора. В этот корпус помещают две обоймы 5 (см. рис.2), в расточки которых устанавливают направляющие лопатки компрессора. Пространство между обоймами и передней силовой частью компрессора 3 (см. рис.2) используется для байпасирования воздухом ступеней компрессора при пусках ГТУ.

На входе в компрессор установлен входной направляющий аппарат 2 (см. рис.2), лопатки которого синхронно поворачиваются кольцом, привод которого осуществляется тягой 17 и электродвигателем 18.

Силовой корпус ГТУ устанавливается на две опоры 19 и 13. Две опоры 19, расположенные по сторонам корпуса, неподвижны и поддерживают корпус в районе фланца горизонтального разъема. Опоры 13, основания которых также жестко закреплены в бетонной плите, включают по три гибких стержня 12, на верхние части которых устанавливается внешний корпус ГТУ. При пусках стержни свободно изгибаются и не препятствуют тепловым расширениям корпуса ГТУ.

На рисунке показан ротор ГТУ, уложенный в нижнюю половину ее корпуса при сборке ГТУ на сборочном стенде. Хорошо видны только что упомянутые опоры 1 и 6, на которых «висит» внешний корпус ГТУ, фланец 5 для присоединения камеры сгорания, рабочие лопатки компрессора 9 и турбины 7, полости 2 между обоймами компрессора.

---

Ротор ГТУ V94.2, уложенный в нижнюю половину корпуса ГТУ

Закрытие корпуса компрессора при монтаже ГТУ на сборочном стенде завода

На рисунке показано закрытие корпуса ГТУ с установленным ротором крышкой 4. Хорошо видны радиальные стойки 5, связанные с нижней 7 и верхней 6 половинами корпуса подшипника, лопатки 3 поворотного ВНА(входные направляющие аппараты)

Сочленение камеры сгорания и паровпускной части газовой турбины(правая камера сгорания не показана) (3)

Газотурбинная установка имеет две выносные камеры сгорания, установленные симметрично относительно оси ГТУ (см. рис.1). Разрез по камерам сгорания показан на рис.3. Воздух из выходного диффузора компрессора 17 (см. рис. 1) поступает в кольцевое пространство 9 (рис.3) и из него расходится на две выносные камеры сгорания по кольцевому пространству 1 между корпусом камеры 2 и пламенной трубой 3 или переходными элементами 15.
Пройдя в зазоре между корпусом и пламенной трубой и охладив ее, воздух поступает к восьми горелочным модулям, к которым подается топливо (основное топливо — природный газ, резервное — жидкое). Горение происходит на коротком участке пламенной трубы, где температура составляет примерно 1450 ° С. Относительно низкая температура горения сдерживает образование вредных оксидов азота. Изнутри пламенная труба покрыта термостойкими керамическими плитками, защищающими пламенную трубу от действия высокой температуры. Сама пламенная труба выполнена из инконеля — сплава на основе никеля с высоким содержанием хрома. В нижней части пламенной трубы имеются специальные окна (не показанные на рис. 14.5), через которые подводится вторичный воздух. Его смешение с продуктами сгорания и тщательное перемешивание в переходных элементах 15 обеспечивает перед сопловым аппаратом 1-й ступени газовой турбины температуру газов 1100 ° С. Именно эта температура представлена в табл. 7.2. Температура за соплами 1-й ступени при стандартных условиях на входе в компрессор составляет 1050 ° С. Пройдя в зазоре между корпусом и пламенной трубой и охладив ее, воздух поступает к восьми горелочным модулям, к которым подается топливо (основное топливо — природный газ, резервное — жидкое). Горение происходит на коротком участке пламенной трубы, где температура составляет примерно 1450 ° С. Относительно низкая температура горения сдерживает образование вредных оксидов азота. Изнутри пламенная труба покрыта термостойкими керамическими плитками, защищающими пламенную трубу от действия высокой температуры. Сама пламенная труба выполнена из инконеля — сплава на основе никеля с высоким содержанием хрома. В нижней части пламенной трубы имеются специальные окна (не показанные на рис. 14.5), через которые подводится вторичный воздух. Его смешение с продуктами сгорания и тщательное перемешивание в переходных элементах 15 обеспечивает перед сопловым аппаратом 1-й ступени газовой турбины температуру газов 1100 ° С. Именно эта температура представлена в табл. 7.2. Температура за соплами 1-й ступени при стандартных условиях на входе в компрессор составляет 1050 ° С.

---

а

б

Пламенная труба камеры сгорания

а-внешний вид, б-вид на внутреннюю поверхность и горелки

Схема горелочного модуля камеры сгорания

Внешний вид горелочного модуля камеры сгорания

• На риунке приведена схема горелочного модуля, представляющий собой комбинацию трех горелок, т.е. устройств, предназначенных для сжигания газа, и одной форсунки, служащей для сжигания жидкого топлива. Такой горелочный модуль называется комбинированным. При мощности ГТУ более 50 %, т.е. при нормальной ее работе используется так называемая горелка с предварительным смешением. Топливный газ подается в коллектор 1, а из него
• — к многочисленным перфорированным трубкам 6. В кольцевое пространство между трубками подается воздух. Решетка 10 турбулизирует поток и в результате на выходе из горелки создается однородная смесь топлива и воздуха. Эта смесь поджигается постоянно горящей пилотной («дежурной») горелкой (о ней рассказано ниже). Горение такой смеси происходит по законам кинетики химических реакций. Поэтому его называют кинетическим. Оно происходит сразу во всем объеме и на коротком участке пламенной трубы. Главная особенность горения топлива с предварительным смешением — образование малого количества оксидов азота и оксида углерода.
• Однако горелки с предварительным смешением имеют и недостаток: при малых нагрузках, т.е. при малых расходах топливного газа по отношению к поступающему воздуху (напомним, что, так как компрессор имеет постоянную частоту вращения, то расход воздуха можно уменьшить сравнительно мало только с помощью входного направляющего аппарата компрессора), горение становится неустойчивым. Поэтому горелочный модуль снабжают диффузионной горелкой (без предварительного смешения), работающей при малых нагрузках, в частности при пуске и наборе начальной нагрузки. Через кольцевые полости 3 подается горючий газ, который не успевает смешаться с воздухом VI, а само горение происходит на выходе из горелки в факеле по мере перемешивания топлива и воздуха. Такое горение определяется скоростью диффузии, т.е. механического проникновения топлива в воздух. Поэтому его называют диффузионным, а саму горелку — диффузионной. Горелку, сочетающую в себе горелку с предварительным смешением и диффузионную, часто называют гибридной. Диффузионное горение более устойчиво, чем кинетическое, но характеризуется высоким уровнем вредных выбросов.
• Наконец, третья горелка — это пилотная диффузионная горелка, к которой газ подается по нескольким трубкам 2. Она горит постоянно при работе и горелок с предварительным смешением, и диффузионных.
• При работе на жидком топливе используется центробежная форсунка 9. С ее помощью на выходе создается коническая закрученная струя топлива, которая распадается на мелкие капли, смешивается с воздухом и обеспечивает диффузионное горение. К форсунке жидкое топливо подается в постоянном количестве (поток IX), а отводится в разном (поток X). Увеличивая обратный поток, изменяют расход топлива в зону горения.

---

Система охлаждения газовой трубы

Конструкция состоит из 4 ступеней. Сопловые лопатки турбины 4, 6, 8 и 11 выполнены заодно с бандажными полками, с помощью которых они закрепляются в обойме 10, которая, в свою очередь, устанавливается в средней части 2 корпуса ГТУ (см. поз. 9 на рис.

14.1).

Рабочие лопатки 5, 7, 9 и 11 с помощью хвостовиков крепятся на дисках 17, 16, 14 и 13 соответственно. Мощность с диска на диск передается посредством хиртовых соединений и стяжного болта 15. Мощность с ротора газовой турбины на ротор компрессора и далее на ротор электрогенератора передается посредством цилиндрического соединительного элемента 19.

Газы из пламенных труб двух камер сгорания поступают в газосборник 3 и из него — в газовую турбину. Перед газовой турбиной, как указывалось выше, температура газов составляет 1100 ° С. После расширения газов в турбине их температура в диапазоне нагрузок 50—100 % должна поддерживаться постоянной и составлять 535 ° С. Это очень важная температура, так как она обеспечивает надежную и экономичную работу паросиловой установки ПТУ.

В газовой турбине охлаждаются первые пять из восьми венцов газовой турбины. Охлаждение всех сопловых аппаратов осуществляется из кольцевых полостей б, воздух в которые поступает из выходного диффузора компрессора 1 через отверстия а в обойме. Охлаждающий воздух из полостей б поступает внутрь сопловых лопаток и охлаждает их конвекцией. Нагретый воздух сбрасывается в проточную часть турбины.

Поступление воздуха в полости б одновременно обеспечивает низкую и равномерную температуру обоймы. Для охлаждения рабочих лопаток 1-й ступени используется воздух, отбираемый после рабочих лопаток

последней ступени компрессора. Воздух поступает в кольцевую полость между цилиндрическими перегородками 18 и 19, из нее — в отверстия а в диске, снабжающие воздухом каждую из рабочих лопаток. Воздух входит в лопатки через отверстия в хвостовиках, охлаждает лопатку и выходит в проточную часть газовой турбины.

Для охлаждения рабочих лопаток 2-й ступени турбины используется воздух от 12-й ступени компрессора, который поступает в кольцевую полость между цилиндрической перегородкой 18 и стяжным центральным болтом 15.

Профильные части рабочих лопаток 3-й и 4-й ступеней не охлаждаются, однако охлаждающий воздух из 12-й ступени направляется также в пространство между диском 16 и 14, а также 14 и 13, откуда по отверстиям а подается к монтажным зазорам в хвостовиках. Проходя через них, воздух отбирает теплоту, идущую из профильной части лопатки, и тем самым охлаждает их.

---