Файл: Реферат дисциплина Газовые турбины Задание выдано 2023 г.docx
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 482
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Рис.2 Скорости потока (а) и усилия (б) в ступени турбины:
1 — сопловая решётка; 2 — рабочая решётка.
Поток газа, вышедший из соплового аппарата под углом, попадает в каналы рабочей решётки. При обтекании этой решётки происходят изменение направления потока газов, его ускорение и изменение количества движения. Струя газа воздействует на рабочие лопатки с усилием R. Рабочие лопатки вместе с рабочими дисками вращаются по окружности со скоростью и, поэтому составляющая усилия R1Г действуя на все рабочие лопатки, создаёт крутящий момент на дисках и роторе ГТ.
Состояние газа перед ступенью определяют по параметрам полного
торможения (рис. 3).
Рис.3. Тепловой процесс в ступени турбины в H-S диаграмме.Отрезок 0—0' соответствует кинетической энергии газа, имеющего на входе в сопловую решётку скорость C0, процесс (У—1 — расширению газа в сопловой решётке, процесс 1—2 — расширению газа в рабочей решётке. Соответственно /7(*е и — располагаемые теплоперепады сопловой и рабочей решёток, а //(, — располагаемый теплоперепад всей турбинной ступени.
I—I — сечение на входе в конфузорный патрубок ГТ; О—О — сечение на входе в сопловой аппарат первой ступени ГТ; г—г — сечение на выходе газов из последней ступени; д—д —сечение на выходе газов из диффузора ГТ; р^ = рн т; р*Д = рк ,
Рис.4. Схема проточной части газовой турбины и процесс расширения газов в H-S диаграмме:
Схема проточной части многоступенчатой ГТ с числом ступеней г и процесс расширения газов в H-S-диаграмме приведены на рис. 4. На нем показаны располагаемый /7
(* и использованный Н* теплоперепады в ГТ, которые позволяют в общем виде определить КПД проточной части ГТ (относительный внутренний КПД) по формуле:
Внутреннюю мощность ГТ (при постоянном расходе газа С через проточную часть), кВт, по соотношению:
Состояние газа на выходе из ГТ показано с учётом наличия диффузора.
При построении процесса расширения газов в ГТ использованы значения статических давлений рнт и ркт и температур Тнт и Гкт, а также значения полных давлений р*т и р *т и температур торможения Т*.т и Т* . КПД мощных осевых ГТ г|* зависит от размеров и формы сечения проточной части, от скорости газов за ГТ и равен 0,9—0,94.
Изменения степени повышения давления воздуха в осевом компрессоре лк и степени расширения газов в газовой турбине кгт по-разному влияют на изоэнтропные КПД в этих элементах установки, что продемонстрировано на рис. 5.
Рис.5. Изменение изоэнтропного КПД элементов ГТУ.Ротор газовой турбины — основной элемент ее проточной части. Его конструкция определяется конструктивной схемой ГТУ. Он состоит из вала, опирающегося на подшипники скольжения или качения, дисков, насажанных на вал и стянутых сквозными болтовыми соединениями (12—16 шт.), и лопаток, укреплённых в дисках. Частота вращения ротора совпадает с частотой сети энергосистемы, если он через муфту непосредственно присоединён к электрогенератору. Частота вращения может быть значительно выше при наличии редуктора или при использовании более сложной конструктивной схемы ГТУ. Ротор газовой турбины может быть сконструирован по одной из схем, приведённых на рис. 6. Преимуществом обладает ротор, в котором на основной вал насажены диски, имеющие хиртовое зацепление по периметру. Они стянуты в один сборочный узел, что обеспечивает прочность и жёсткость конструкции. Критическая частота вращения такой конструкции намного превышает рабочую. Применение сквозных стягивающих болтов рабочих дисков ГТ увеличивает надёжность передачи усилий.
Рис.6 Варианты конструкций ротора газовой турбины:
а — диски соединены центральной стяжкой; б — диски заварены; в — диски насажены на вал; г — диски стянуты несколькими анкерными болтами.
Диски ротора ГТ выполняются из кованых заготовок на основе никелевого сплава. Для ГТУ типа ГТЭ-180 (ОАО «Авиадвигатель» и ОАО ЛМЗ), например, использован материал марки 26ХНЗМ2ФА. Выполненные из заготовки диски при сборке центруются по хиртам. При этом пояс жёсткости изолирован от проточной части поясом лабиринтных уплотнений, исключающих перегрев металла при протечках газа через лабиринты. Каждый диск ротора ГТ обычно проходит необходимые испытания при высокой температуре для проверки неизменности его размеров. Особенностью конструкции ГТ является большая удельная мощность турбинной ступени. При одинаковой внутренней мощности паровой и газовой турбин, равной 300 МВт, нагрузка на каждую ступень в ГТ на порядок выше. Следует помнить, что электрическая мощность ГТУ примерно в 3 раза меньше, чем внутренняя мощность собственно ГТ. Газовые турбины характеризуются высокими газодинамическими нагрузками и большими окружными скоростями, достигающими 450 м/с. Увеличение начальной температуры газов перед турбиной, заставляет повсеместно применять охлаждение прежде всего ее лопаточного аппарата. Для этой цели используется цикловой воздух, забираемый за отдельными ступенями компрессора в количестве до 10 % общего расхода. С уменьшением числа турбинных ступеней до двух-трех в каждой из них срабатывается больше энергии газа и значительнее снижается его температура (рис. 7). В ГТ, число ступеней в которых доходит до пяти, необходимо направлять больше охлаждающего воздуха, что заметно влияет на характеристики всей установки. Специалисты ряда фирм—изготовителей ГТУ (ОАО ЛМЗ, Siemens и др.) считают, что четырехступенчатая конструкция ГТ обеспечивает оптимальное соотношение между аэродинамическим КПД и потерями, связанными с вводом охлаждающего воздуха. Лопатки газовой турбины под действием газового потока создают вращающий момент, передаваемый на ротор. Сравнительно небольшие колебания создаваемого газовым потоком усилия под действием внешних факторов могут вызвать вибрацию лопаток. Необходимо исключить вероятность резонанса частот периодически изменяющегося усилия и собственных частот колебаний лопаток на всех частотах вращения ротора, особенно при пуске и останове. Для надёжности турбинной конструкции необходимо также эффективное подавление вибраций.
Сопловые и рабочие лопатки ГТ существенно отличаются по конструкции от аналогичных лопаток паровых турбин, прежде всего это относится к сложной схеме внутренних каналов для пропуска охлаждающего воздуха.
Рис.7. Изменение температуры газа Тг по тракту проточной части ГТ при трех (1) и пяти (2) ступенях.
На рис. 8 приведён пример конструкции лопаток современных газовых турбин фирмы General Electric. Из рисунка видно, что к рабочей части лопатки примыкает ножка довольно большой длины. В ее функции входит термоизоляция дисков ротора и ослабление динамической чувствительности. Крепление ножки к диску осуществляется с помощью ёлочного или зубчикового хвостовика, благодаря чему в области ножки лопатки сохраняется невысокая температура, а концентрация напряжений сведена к минимуму.
Рис. 8. Лопатки ГТ фирмы General Electric:
/ — ножка лопатки; 2 — крепление хвостовика; 3 — бандажная полка; 4 — штифты уплотнения; 5— уплотнения междискового пространства.
Дополнительным средством демпфирования колебаний служат штифты, которые устанавливаются примерно на середине длины лопатки под гранью, отделяющей ее от ножки, между смежными лопатками. Демпфирование с помощью таких штифтов фактически подавляет все виды вибраций в тангенциальном направлении и существенно снижает амплитуды вибраций в других режимах.
Конец лопатки имеет бандажную полку, которая служит также важнейшим средством подавления вибраций. Такими антивибрационными полками снабжаются лопатки второй и последующих ступеней турбины. Перед вводом турбины в эксплуатацию бандажи лопаток соединяются между собой, образуя непрерывный обод. Естественное стремление лопаток распрямиться под действием центробежных сил способствует сжатию соседних бандажных секций и обеспечивает электродинамическое демпфирование.
В некоторых конструкциях ГТ (например, типа ГТЭ-180) над рабочими лопатками в обоймах закреплены вставки с литыми сотами (в указанном случае из материала марки ВХ-4Л), допускающие частичное касание, не приводящее к износу лопаток.
На рис. 9 в качестве примера приведены рабочая и сопловая лопатки ГТУ типа SGT5-4000F (фирмы Siemens). Материалом для изготовления лопаток проточной части ГТ служит сплав высокого качества на никелевой или кобальтовой основе с присадками хрома, молибдена, вольфрама, титана и алюминия.