Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Энергомашиностроительный факультет Кафедра Паро газовые турбинные двигатели и установки |
Студент: Нянченков А.И.
Гр № 33222/3
Преподаватель : Лапшин К.Л.
Санкт-Петербург
(2013г.)
Содержание
Что такое газовая турбина. Составные части, принцип работы ,преимущества и области применения. Первая газовая турбина.
Применение газовых турбин в различных отраслях:
①.Теория авиационных газовых турбин.
1.ГАЗОВАЯ ТУРБИНА КАК ОДИН ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
2.Газоперекачивающие агрегаты.
3.Применение газовых турбин в судовой технике.
4.Применение газовых турбин в военной технике.
Список литературы.
1
Га́зовая турби́на (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) — это двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и/или нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Горение топлива может происходить как вне турбины, так и в самой турбине. Основными элементами конструкции являются ротор (рабочие лопатки, закреплённые на дисках) и статор, выполненный в виде выравнивающего аппарата (направляющие лопатки, закреплённые в корпусе).
Состав Г.Т.
Рабочая часть двухступенчатой осевой газовой турбины: 1 — сопловая лопатка 1-й ступени; 2 — рабочее колесо 1-й ступени; 3 — сопловая лопатка 2-й ступени; 4 — рабочее колесо 2-й ступени
2
Принцип работы Г.Т.
Газ под высоким давлением поступает через сопловой аппарат турбины в область низкого давления, при этом расширяясь и ускоряясь. Далее, поток газа попадает на рабочие лопатки турбины, отдавая им часть своей кинетической энергии и сообщая лопаткам крутящий момент. Рабочие лопатки передают крутящий момент через диски турбины на вал. Газовая турбина чаще всего используется как привод генераторов.
Преимущества газовых турбин.
Области применения.
Газовые турбины широко распространены в промышленности. В основном они применяются на газовых станциях для перекачки газа по трубопроводам.
В технике они имеют особый успех, так как большинство самолётов используют турбокомпрессоры которые позволяют самолёту подняться в воздух за счёт появления реактивной тяги.
В судовой промышленности .
В вертолётах , в военной ,в железнодорожной технике также использую газовые турбины.
3
Первая газовая турбина.
Попытки создать механизмы, похожие на турбины, делались очень давно. Известно описание примитивной паровой турбины, сделанное Героном Александрийским (1 в. до н. э.). В восемнадцатом веке англичанин Джон Барбер получил патент на устройство, которое имело большинство элементов, присутствующих в современных газовых турбинах. В 1872 году Франц Столц разработал газотурбинный двигатель.[ Однако только в конце XIX века, когда термодинамика, машиностроение и металлургия достигли достаточного уровня, Густаф Лаваль (Швеция) и Чарлз Парсонс (Великобритания) независимо друг от друга создали пригодные для промышленного использования паровые турбины.
Промышленные газовые турбины для производства электричества
Отличие промышленных газовых турбин от авиационных в том, что их массогабаритные характеристики значительно выше, они имеют каркас, подшипники и лопастную систему более массивной конструкции. По размерам промышленные турбины варьируются от монтируемых на грузовики мобильных установок до огромных комплексных систем. Парогазовые установки могут иметь высокий КПД — до 60 % — при использовании выхлопа газовой турбины в рекуперативном генераторе пара для работы паровой турбины. С целью увеличения КПД они также могут работать в когенераторных конфигурациях: выхлоп используется в системах теплоснабжения - ГВС и отопления, а также с использыванием абсорбционных холодильных машинах в системах хладоснабжения. Одновременное использование выхлопа для получения тепла и холода называется режимом тригенерации. Коэффициент использования топлива в тригенераторном режиме, в сравнении с когенераторным может достигать более 90 %.
4
Теория авиационных газовых турбин
5
ГАЗОВАЯ ТУРБИНА КАК ОДИН ИЗ ЭЛЕМЕНТОВ
ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ [1]
Авиационная газовая турбина является одним из основных элементов газотурбинного воздушно-реактивного двигателя (ГТВРД). Основными типами газотурбинных ВРД являются:
1.Турбореактивные двигатели (ТРД) без винта, возникновение тяги — реактивной силы в которых обусловлено разностью количеств движения вытекающей и втекающей газовых струй.
2. Турбовинтовые двигатели (ТВД) с винтом, мощность которых передается на винт (так же, как в винтомоторной группе с поршневым двигателем).
В ТВД создается еще некоторая тяга под действием струи вытекающих газов, однако основным источником тяги в этом случае является винт. Для того чтобы понять роль и назначение газовой турбины, рассмотрим схемы этих основных типов газотурбинных ВРД. На фиг. 1 показана схема ТРД. Воздух со скоростью, равной скорости полета wOf поступает во входное устройство У, где происходит торможение струи и возрастание давления от р0 до р±. Торможение струи начинается до входа ее в двигатель, поэтому воздействие входного устройства на поток складывается из торможения потока вне двигателя и выравнивания и торможения потока в самом входном устройстве (которое иногда выполняется конфу- зорным). Из входного устройства воздух попадает в компрессор К, где сжимается от давления pt до давления р2\ далее воздух входит в камеру сгорания КС, в которую через форсунку Ф впрыскивается топливо (обычно авиационный керосин). Воспламенение топлива при запуске двигателя осуществляется свечой, а затем обеспечивается высокой температурой газов в зоне горения. Поскольку в этой зоне поддерживается высокая температура порядка 2000—2200° С, которая нужна для осуществления хорошего процесса сгорания топлива, то большая часть воздуха обычно не участвует в процессе сгорания и направляется по кольцевому зазору между корпусом и жаровой трубой камеры. В конце камеры этот воздух смешивается с продуктами сгорания, снижая их температуру до величины 800-^850° С, приемлемой для лопаток газовой турбины современного двигателя. Кроме того, такая конструкция камеры обеспечивает охлаждение жаровой трубы, причем без отвода тепла из двигателя. Из камеры сгорания газ поступает в газовую турбину Т, где часть его энергии преобразуется в механическую работу, необходимую для вращения компрессора, с которым турбина соединяется при помощи жесткой муфты М. Другая часть энергии газа преобразуется в реактивном сопле PC в кинетическую энергию, создавая тягу двигателя. Таким образом, роль газовой турбины как в ТРД, так и тем более в ТВД очень велика, причем газовая турбина является наиболее напряженным агрегатом двигателя, так как ее элементы подвержены большим механическим напряжениям при высокой температуре материала. Трудности, связанные с необходимостью обеспечить надежную работу турбины, а также получить приемлемый к. п. д. ее, в основном и явились причиной задержки в развитии газовых турбин.
6
Эти трудности особенно усугубляются при создании авиационных газовых турбин, к которым предъявляются следующие основные требования: 1) надежность работы (
ввиду тяжелых последствий в случае аварии);
2) высокая экономичность как на номинальном, так и на крейсерских режимах (в противном случае чрезмерно увеличивается полетный вес самолета);
3) малые вес и габариты.
Последнее требование приводит к необходимости использования больших теплоперепадов в одной ступени турбины ,что в свою очередь обусловливает применение больших окружных скоростей, углов поворота струи, чисел М при входе в колесо и т. д.; эти обстоятельства затрудняют выполнение первых двух требований.
7
Газоперекачивающие агрегаты.
8
Газоперекачивающий агрегат (ГПА) - предназначен для компримирования природного газа на компрессорных станциях газопроводов и подземных хранилищ газа.ГПА состоит из нагнетателя природного газа, привода нагнетателя, всасывающего и выхлопного устройств (в случае газотурбинного привода), систем автоматики, маслосистемы, топливовоздушных и масляных коммуникаций и вспомогательного оборудования.ГПА различают: по типу нагнетателей - поршневые газомоторные компрессоры (газомотокомпрессоры) и ГПА с центробежными нагнетателями; по типу привода - ГПА с газовым двигателем внутреннего сгорания (газомоторные двигатели), с газотурбинным приводом, с электроприводом. ГПА с газотурбинным приводом, в свою очередь, подразделяются на агрегаты со стационарной газотурбинной установкой и с приводами от газотурбинных двигателей авиационного и судового типов.Поршневой газомоторный компрессор - ГПА, состоит из двухтактного или четырёхтактного газомоторного двигателя (или электродвигателя) и непосредственно соединённого с ним горизонтального поршневого компрессора. Подразделяются на агрегаты низкого, среднего и высокого давлений. Компрессоры низкого давления (0,3-2 МПа) используются главным образом на головных компрессорных станциях при транспортировке газа с истощённых месторождений и нефтяного газа с промыслов. Применяют их также на компрессорных станциях для подачи низконапорных искусственных горючих газов. Компрессоры среднего давления (2-5 МПа) работают в основном на промежуточных компрессорных станциях для увеличения пропускной способности газопроводов. Агрегаты высокого давления (9,8-12 МПа) устанавливают на компрессорных станциях для закачки газа в подземные хранилища.Газомотокомпрессоры высокоэффективны в условиях переменных мощностей и степеней сжатия свыше 1,3. Основные достоинства этих ГПА: надёжность в эксплуатации; длительный срок службы; способность работать в широком диапазоне давлений; возможность регулирования производительности за счёт изменения оборотов агрегатов и объёма т.н. вредного пространства в компрессорных цилиндрах, а также возможность создания больших давлений в них. Кпд современных газомотокомпрессоров до 40%. В CCCP были наиболее распространены агрегаты мощностью 221-5510 кВт, за рубежом - 368 и 8100 кВт.ГПА с центробежным нагнетателем широко применялись в CCCP и за рубежом на магистральных газопроводах в качестве основных агрегатов; их также используют для работы в качестве первой ступени сжатия на подземных хранилищах. Различают центробежные нагнетатели одноступенчатые (неполнонапорные) со степенью сжатия 1,23-1,25 и двухступенчатые (полнонапорные) -1,45-1,7. Центробежные нагнетатели
9
характеризуются значительно большей, чем у поршневых компрессоров, производительностью (12-40 млн. м3/сутки). В них отсутствуют внутренние трущиеся части,
требующие смазки (за исключением подшипников), создаётся равномерный (без пульсации) поток газа. Для их установки (в связи с малым весом и габаритами, а также уравновешенностью вращающихся частей) требуются меньшие помещения и сооружаются облегчённые фундаменты. При применении ГПА с центробежными нагнетателями вследствие их большой производительности упрощается технологическая схема компрессорных станций, уменьшается количество запорной арматуры и др. Недостаток неполнонапорных центробежных нагнетателей - необходимость включения в работу двух последовательно соединённых агрегатов для достижения степени сжатия газа 1,45-1,5. Это приводит к увеличенному расходу топливного газа в газотурбинной установке. КПД агрегатов с центробежными нагнетателями до 29%, с регенератором тепла до 35%. Приводом ГПА служит газотурбинная установка или электродвигатель. В CCCP изготовливались ГПА с газотурбинным приводом мощностью 6, 10, 16 и 25 тысяч кВт.
Газотурбинные установки авиационного и судового типов отличаются (от стационарных) небольшими габаритами и массой, что позволяет осуществлять их окончательную сборку на заводах-изготовителях и поставлять на компрессорные станции в готовом виде. ГПА с приводом от установок авиационного типа выполняются в блочно-контейнерном варианте . Поставляются на компрессорные станции со встроенными в них системами пожаротушения и взрывобезопасности. В качестве электропривода в ГПА используют асинхронные двигатели мощностью 4500 кВт и синхронные от 4000 до 12500 кВт. Наибольшая эффективность применения ГПА с электроприводом достигается при расположении компрессорных станций не далее 300 км от линии электропередач.
Для ГПА всех типов созданы системы автоматики, обеспечивающие пуск и работу агрегата в автоматическом режиме, защиту при возникновении аварийных режимов, сигнализацию о неисправностях и действии защит, контроль объёмной производительности нагнетателя, автоматическое поддержание заданной температуры и давления масла при аварийной остановке агрегата и др.
Каждый тип компрессоров имеет индивидуальные особенности как конструктивного, так и функционального характера. Именно поэтому, когда вы выбираете компрессор для ГПА или дожимной компрессорной установки, важно в полной мере учитывать условия его работы и требования, предъявляемые к его техническим характеристикам.
10
Наибольшее значение имеют следующие параметры:
объем перекачиваемого газа;
давление и температура газа на входе/выходе;
химический состав и влажность перекачиваемого газа;
характеристики места инсталляции ГПА (максимальная и минимальная температура воздуха, высота над уровнем моря);
тип используемого привода;
предполагаемая годовая наработка в часах;
класс исполнения (взрывозащищенный, сейсмостойкий и др.);
допустимое содержание масла в газе на выходе;
тип автоматики (электрическая или пневматическая).
Определенные виды компрессоров лучше использовать в следующих условиях:
Компрессор поршневой - высокие степени повышения давления и высокие абсолютные давления, переменные режимы, сравнительно небольшие потоки и мощности (до 6 МВт).
Компрессор винтовой - высокие степени повышения давления при небольших абсолютных давлениях и небольших перепадах давления, переменные режимы, сравнительно небольшие потоки и мощности (до 2000 кВт).
Компрессор центробежный - большие потоки и мощности, предпочтительно небольшие степени повышения давления и невысокие абсолютные давления, постоянные режимы.
ГПА различают по типу привода - ГПА c газовым двигателем внутреннего сгорания (газомоторные двигатели), c газотурбинным приводом, c электроприводом.
11
Применение газовых турбин в судовой технике.[2]
В 50-х гг. этого столетия на судах начали применять новый вид главного двигателя — газовую турбину. По принципу действия газовая турбина аналогична паровой. Рабочей средой в них служат газы, образующиеся в результате сжигания жидкого топлива. Газовые турбины используют, в качестве приводов для центробежных компрессоров в турбонаддувочных агрегатах ДВС. В газовых турбинах газы образуются в особой камере сгорания. Так как температура газов очень высока, что влияет на срок службы турбин, в камеру сгорания необходимо подавать намного больше воздуха, чем требуется для сжигания топлива. Из-за избытка воздуха температура рабочих газов понижается до 700—800°С.
На рисунке дана схема газовой турбины с так называемым открытым циклом, когда воздух забирается из атмосферы и отработавшие газы также выбрасываются в атмосферу. Тринадцати ступенчатый осевой компрессор приводится в действие специальной двухступенчатой газовой турбиной. Сжатый до давления около 0,4 МПа воздух подается в камеру сгорания, служащую для получения и последующего охлаждения газов. Отработавшие газы проходят через турбину компрессорного двигателя; при этом их давление понижается до 0,17 МПа, а температура - с 750 до 580°С. Вторая - тоже двухступенчатая - газовая турбина является собственно рабочей турбиной, которая через редукторную передачу приводит в движение либо судовой движитель, либо генератор. В судовых газовых установках довольно часто применяются поршневые компрессоры, так называемые свободнопоршневые генераторы.
Газотурбинные двигатели устанавливают в основном на кораблях военно-морского флота. На торговых судах они не оправдали себя; в настоящее время газовые турбины используют только на небольшом количестве судов. Причинами понизившегося интереса к этому виду двигателей являются малый термический КПД, довольно большой расход топлива и высокая рабочая температура, требующая применения высокопрочных и дорогих материалов. К преимуществам газотурбинного двигателя относятся малые габаритные размеры по сравнению с достигаемой мощностью и небольшая собственная масса. Газовые турбины можно также использовать в качестве главных и вспомогательных двигателей на судах на подводных крыльях и воздушной подушке.
12
Принцип действия газовой турбины.
1 — осевой компрессор; 2 — форсунка; 3 — камера сгорания; 4 — компрессорная турбина; 5 — рабочая турбина; 6 — редуктор; 7 — пусковой мотор; в — сжатый воздух; 9 — газоотводная труба; 10 — отработавшие газы.
13
Машина принята на вооружение в 1976 году и стала первым в мире серийным танком с основной силовой установкой на базе газотурбинного двигателя.Разработки танковых ГТД в СССР начались в 1955—1958 годах. Тогда были изготовлены и испытаны два опытных газотурбинных двигателя мощностью 1000 л. с. В дальнейшем работы по танковым ГТД проводились в Омске Отдельным КБ №29 (1961—1965 гг.), ОКБ Челябинского тракторного завода и с 1968 года Научно-производственным объединением им. Климова.Коллектив последнего создал газотурбинный двигатель, получивший наименование ГТД-1000Т. В конструкции боевой машинычастично использованы отработанные элементы танка Т-64А: пушка, боеприпасы, автомат заряжания, отдельные узлы системы управления огнем и броневой защиты.
Основная схема двигателя ГТД-1000Т.
14
С 1980 г. выпускалась модификация ГТД-1000ТФ для танков Т-80Б/БВ, с 1986 г. – модификация ГТД-1250 для танков Т-80У. Благодаря высоким мощностным показателям двигателей ГТД-1000Т/ГТД-1250 танки серии Т-80 имеют самые высокие в мире маневренные, динамические и скоростные качества. Двигатели семейства ГТД-1250 в составе силовых установок танков Т-80 состоят на вооружении армий России, Белоруссии, Кипра, Южной Кореи, Казахстана. Всего выпущено более 10 000 танков с двигателями ГТД-1000Т/1250
Конструктивное совершенство
Газотурбинные двигатели ГТД-1000Т/ГТД-1250, имеющие большую объемно-весовую мощность и более благоприятную тяговую характеристику по сравнению с дизельными двигателями, обеспечивают танкам Т-80:
Надежность
Двигатели семейства ГТД-1250:
Могут работать без перерегулировки как на дизельном топливе, так и на керосине, бензине и их смесях в любой пропорции.
Способны работать в условиях повышенной запыленности, влажности, температуры.
Обеспечивают выполнение боевой задачи в пустынях, тропиках, крайнем севере.
15
Универсальность
Двигатели ГТД-1250 нашли свое применение на боевых танках, транспортных машинах различного назначения и наземных энергоустановках.
Кроме танков серии Т-80, двигатели семейства ГТД-1250 установлены на опытных модификациях танка нового поколения «Черный орел», ремонтно-эвакуационной машине БРЭМ-80У, штабной бронемашине с полностью герметичной кабиной «Ладога» (принимавшей участие в ликвидации последствий взрыва на Чернобыльской АЭС), тягачах для перевозки ракет и др.
Газотурбинные танковые двигатели могут быть применены в качестве приводов для энергоустановок различного назначения, железнодорожных газотурбовозов, тяжелых карьерных самосвалов, скоростных морских судов, судов на воздушной подушке и др.
На базе ГТД-1250 создан двигатель с кратковременным режимом в 1400 л.с., а также опытные образцы мощностью 1500 и более л.с. с теми же массо-габаритными параметрами.
ФАКТЫ
Устанавливается на модификации танка Т-80 и других машин
Позволяет танку разгоняться до 80 км/ч и поддерживать очень высокую скорость на марше
Двигатели невосприимчивы к пыли – до 500 кг твердых частиц проходит через тракт двигателя за время его службы.
Основные технические характеристики ГТД-1000Т/ГТД-1250:
|
Модификации |
ГТД-1000Т |
ГТД-1000ТФ |
ГТД-1250 |
|
Мощность, л.с. |
1000 |
1100 |
1250 |
|
Удельный расход топлива, г /л.с.*час |
240 |
235 |
225 |
|
Габаритные размеры, мм: |
|||
|
длина |
1494 |
1494 |
1494 |
|
ширина |
1042 |
1042 |
1042 |
|
высота |
888 |
888 |
888 |
|
Масса, кг |
1050 |
1050 |
1050 |
16
Список литературы.
[1] Теория авиационных газотурбинных двигателей (Нечаев Ю.Н. Федоров Н.М. 1977-1988гг.)
[2] Теория паровых и газовых турбин (Курзон А.Г. 1970г.)
[3] Двигатель ГТД-1000Т техническое описание (Мин. Обороны СССР)
17