Практическая работа №11 на тему "Испытания газотурбинной установки" инструкционная карта

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА №11

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ»

Тема: Паровые и газовые турбины

Лабораторно-практическая работа №11

Тема «Испытания газотурбинной установки»

Цель: Сформировать представление о процессах, происходящих в ГТУ, приобрести навыки по расчету основных характеристик цикла газотурбинных установок.

Литература:

1. В.Г. Ерохин, М.Г. Маханько «Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники», М.: «Энергия», 1979, стр. 80 - 84.

Оборудование и принадлежности: инструкционная карта, калькулятор, справочные таблицы.

1. Общие сведения

В газотурбинных установках — ГТУ многоступенчатый компрессор сжимает атмосферный воздух, и подает его под высоким давлением в камеру сгорания. При столкновении на высокой скорости топливо и воздух воспламеняются. Топливовоздушная смесь сгорает, выделяя большое количество энергии. Затем, энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струями раскаленного газа лопаток турбины. Некоторая часть полученной энергии расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на электрический генератор. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТУ. Отработавшие газы направляются в утилизатор для получения тепловой энергии.

Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг. В современных ГТУ топливо в большинстве случаев сжигают при постоянном давлении в камере сгорания.

Электрическая мощность газотурбинных энергоустановок колеблется от десятков киловатт до сотен мегаватт. Наибольший КПД достигается при работе в режиме когенерации (одновременная выработка тепловой и электрической энергии) или тригенерации (одновременная выработка тепловой, электрической энергии и энергии холода).

Возможность получения недорогой тепловой и электрической энергии предполагает быструю окупаемость поставленной газотурбинной установки. Такая установка, совмещенная с котлом-утилизатором выхлопных газов, позволяет производить одновременно тепло и электроэнергию, благодаря чему достигаются наилучшие показатели по эффективности использования топлива.

Выходящие из турбины отработанные газы в зависимости от потребностей Заказчика используются для производства горячей воды или пара.

Газотурбинная установка может работать как на газообразном, так и на жидком топливе.

Преимущества газотурбинных электростанций:

• Минимальный ущерб для окружающей среды: низкий расход масла, возможность работы на отходах производства; выбросы вредных веществ: в пределах 25 ppm

• Низкий уровень шума и вибраций. Этот показатель не превышает 80-85 дБа.

• Компактные размеры и небольшой вес дают возможность разместить газотурбинную установку на небольшой площади, что позволяет существенно сэкономить средства. Возможны варианты крышного размещения газотурбинных установок небольшой мощности.

• Возможность работы на различных видах газа позволяет использовать газотурбинный агрегат в любом производстве на самом экономически выгодном виде топлива.

• Эксплуатация газотурбинных электростанций как в автономном режиме, так и параллельно с сетью.

• Возможность работы газотурбинной электростанции в течение длительного времени при очень низких нагрузках, в том числе в режиме холостого хода.

• Максимально допустимая перегрузка: 150% номинального тока в течение 1 минуты, 110% номинального тока в течение 2 часов.

• Способность системы генератора и возбудителя выдерживать не менее 300% номинального непрерывного тока генератора в течение 10 секунд в случае трехфазного симметричного короткого замыкания на клеммах генератора, тем самым, обеспечивая достаточное время для срабатывания селективных выключателей.

Принцип действия газотурбинных установок

Рис.1 - Схема ГТУ с одновальным ГТД простого цикла

В компрессор (1) газотурбинного силового агрегата подается чистый воздух. Под высоким давлением воздух из компрессора направляется в камеру сгорания (2), куда подается и основное топливо — газ. Смесь воспламеняется. При сгорании газовоздушной смеси образуется энергия в виде потока раскаленных газов. Этот поток с высокой скоростью устремляется на рабочее колесо турбины (3) и вращает его. Вращательная кинетическая энергия через вал турбины приводит в действие компрессор и электрический генератор (4). С клемм электрогенератора произведенное электричество, обычно через трансформатор, направляется в электросеть, к потребителям энергии.

Цикл Брайтона/Джоуля — термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинного, турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей внутреннего сгорания, а также газотурбинных двигателей внешнего сгорания с замкнутым контуром газообразного (однофазного) рабочего тела.

1. Задание: Используя изученные формулы, решите следующие задачи:

1. Начальные параметры воздуха в цикле ГТУ с изохорным подводом теплоты р₁ = 0,09 МПа и t₁ = 20⁰C. Cтепень повышения давления в компрессоре β = 5. Максимальная температура в цикле t₃ = 1000⁰C. Определить температуры и давления в характерных точках цикла, подводимую и отводимую теплоту, термический КПД. Определить, как изменится термический КПД, если изохорный подвод теплоты заменить изобарным (пример решения задачи приведен ниже). Ответ оформите в виде таблицы:

Вывод:

1. Для цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении определить параметры в характерных точках и термический КПД цикла, если параметры начальной точки р₁ = 0,095 МПа и t₁ = 20⁰C. Cтепень повышения давления в компрессоре β = 10. Высшая температура в цикле 900⁰C. Рабочее тело – двухатомный газ (k = 1,4). Ответ оформите в виде таблицы:

Вывод:

1. В цикле ГТУ при постоянном давлении отводится q₂=600 кДж/кг теплоты. Полезная работа равна l = 360 кДж/кг. Определить термический КПД и степень повышения давления в компрессоре, если рабочее тело обладает свойствами воздуха. Ответ оформите в виде таблицы:

Для определения КПД необходимо определить подводимую теплоту, как сумму полезной работы и отводимой теплоты. Степень повышения давления можно определить по формуле 2-63, зная КПД и k = 1.4 (для воздуха).

Вывод:

1. Пример решения задачи:

1. Контрольные вопросы

1. Назначение ГТУ.

2. По какому циклу работают ГТУ?

3. Из каких процессов состоит цикл ГТУ?

4. Определение КПД ГТУ в изобарном и изохорном процессе.

5. Преимущества ГТУ.