Конструкции газотурбинных установок - Шварц В.А.
Скачать (прямая ссылка):
Особое внимание обычно уделяют очистке подкачиваемого воздуха от масла и влаги, так как в случае недостаточной эффективности сепараторов на лопатках турбомашин появляются отложения, заметно понижающие к. п. д. проточных частей.
Производительность компрессора ГТУ мощностью 2000 квт составляет 0,24 кг/сек (расход воздуха в цикле 24,4 кг/сек)-, производительность каждой из трех групп компрессоров ГТУ мощностью 13 000 квт — по 0,57 кг/сек при давлении 13 ат (расход воздуха 129,3 кг/сек, минимальное давление 8 ат).
Время пуска ГТУ замкнутого цикла определяется условиями прогрева воздушного котла. Опыт эксплуатации установки в Равенсбурге показал, что рост температуры обмуровки котла более чем на 300 град/ч может разрушить ее. Такая скорость прогрева обеспечивает пуск из холодного состояния в течение 3—4 ч до момента включения генератора в сеть. Повторный пуск при неостывшей обмуровке производится значительно быстрее— после 48-часовой остановки время пуска уменьшается до 1,5 ч, после 12-часовой остановки — до 20 мин. Таким образом, не исключается возможность применения ГТУ замкнутого цикла для несения пиковой нагрузки.
При пуске ГТУ мощность 2000 квт из холодного состояния для розжига котла и прогрева установки расходуют 2000—
146
2500 л топлива; суммарная мощность электродвигателей в течение первого часа 100—150 квт, в течение второго часа 150— 200 квт. При пуске установки после 48- и 12-часовых остановок расход топлива соответственно уменьшается до 800 и 150—200 л.
В установках, введенных в эксплуатацию в последние годы (ГТУ мощностью 10 000 квт в Новокаширске и 13 000 квт в Обер-хаузене), время пуска из холодного состояния до набора полной нагрузки также составляет около 4 ч.
КОМПРЕССОРЫ
ТИПЫ КОМПРЕССОРОВ
В газотурбостроении нашли применение только два типа компрессоров — осевой и центробежный. Объемные компрессоры в связи с низким к. п. д., малой их производительностью и сложностью конструкции в газотурбостроении не используются, хотя попытки создания ГТУ с объемным винтовым компрессором типа «Лисхольм» были предприняты фирмой Эллиот в конце 40-х годов. Винтовым компрессорам присущи также низкие числа оборотов — существенно ниже оптимальных чисел оборотов турбины. Это требует применения понижающей передачи между турбиной и компрессором или создания многоступенчатых низкооборотных турбин. Объемные компрессоры поршневого типа используют только в газотурбинных установках со свободнопоршневым генератором газа (СПГГ).
Осевые компрессоры характеризуются высоким к. п. д., достигающим в наиболее совершенных конструкциях 88—90%, и большой производительностью (в настоящее время проектируют компрессоры производительностью более 450 кг/сек). Степень повышения давления в осевых компрессорах может быть доведена до 7—8 при окружной скорости на периферии лопаток порядка 300—320 м/сек. Осевые компрессоры имеют также высокие числа оборотов, хорошо согласующиеся с оптимальными числами оборотов турбины, и относительно малый диаметр корпуса. Недостатками осевых компрессоров является сложность производства большого числа лопаток, склонность к загрязнениям, уязвимость лопаток при попадании в проточную часть взвешенных в воздухе твердых частиц и влаги, а тем более посторонних предметов: гаек, винтов, шайб и т. п. (ГТУ в отличие от паровых турбин имеют большое количество мелких крепежных деталей, причем их обрывы и попадание в проточную часть турбомашин не являются исключительными случаями). Следы на профильной части лопаток, оставшиеся после выведения забоин и других повреждений, могут ухудшить к. п. д. компрессора.
148
Положительные качества осевых компрессоров обусловили их повсеместное применение в ГТУ всех типов и назначений, за исключением отдельных областей, где использование центробежных компрессоров более целесообразно.
Центробежные компрессоры по сравнению с осевыми дешевле в изготовлении, прочнее, проще и менее подвержены загрязнениям. Основной недостаток центробежных компрессоров—¦ низкий к. п. д., редко превышающий 80—82%, а также большой диаметр корпуса. Степень повышения давления в одноступенчатом компрессоре обычно составляет 3,5—4,0, хотя имеются отдельные конструкции с очень большой окружной скоростью (более 500 м/сек), в которых степень повышения давления достигает 6,5 (при к. п. д. порядка 76%)- В двухступенчатых центробежных компрессорах степень повышения давления может быть поднята до 7, но в связи с многократными поворотами потока воздуха в пределах проточной части их к. п. д. ниже, чем одноступенчатых, и обычно не превышает 75—76%- Центробежные компрессоры с числом ступеней более двух применяются лишь в специальных установках.
Так как к. п. д. компрессора в очень большой степени определяет экономичность, мощность, размеры и стоимость ГТУ в целом, центробежные компрессоры используют только в тех установках, где применение осевого компрессора по каким-либо причинам нецелесообразно. В первую очередь это относится к ГТУ малой мощности (ориентировочно до 300 квт) с небольшими расходами воздуха; осевые компрессоры для этих установок с очень малыми высотами лопаток трудны в изготовлении, уязвимы в эксплуатации и из-за относительно больших радиальных зазоров имеют пониженный к. п. д.
