Вентиляторы и дымососы котельных установок. Компрессорные установки в составе Газо-Турбинных установок

т, обеспечиваемая повышенным избытком воздуха в газах за камерой сгорания αк.с.Начальное давление газов рн.т зависит от давления воздуха за компрессором и является величиной переменной. В газовой турбине (в тепловом двигателе установки) газы расширяются до конечного давления рк.т (процесс 3—4), близкого к атмосферному, и удаляются через дымовую трубу. При охлаждении рабочего тела в охладителе в ГТУ с замкнутым циклом и в атмосфере для ГТУ с разомкнутым циклом энергия не затрачивается и не получается. Поэтому разомкнутый процесс ГТУ без ущерба для точности расчета энергетического эффекта можно условно замкнуть изобарой охлаждения (процесс 4—1).Рис. 7 – Принципиальная тепловая схема (а) и термодинамический цикл в Ts–диаграмме одновальной энергетической ГТУ разомкнутого цикла Компрессоры газотурбинных установокВ газотурбинных установках для сжатия воздуха применяют многоступенчатые компрессоры осевого или центробежного типа.Осевой компрессор показан на рис. 8. Засасываемый осевым компрессором воздух проходит через входной патрубок 1, направляющий аппарат 4 и лопаточный аппарат ряда ступеней. Каждая ступень состоит из рабочих 5 и направляющих 6 лопаток. В них воздух сжимается за счет передачи механической энергии потоку воздуха от вращающихся лопаток[4].Спрямляющий направляющий аппарат 8 придает потоку осевое направление. В диффузоре 9 продолжается преобразование кинетической энергии в потенциальную.Рис. 8 –Схема осевого многоступенчатого компрессора:1 — входной патрубок, 2 — концевые уплотнения; 3 — подшипники, 4 — входной направляющей аппарат, 5 — рабочие лопатки, 6 — направляющие лопатки, 7 — корпус; 8- спрямляющий аппарат, 9 — диффузор, 10 — ротор, 11 — выходной патрубок.Наибольшее распространение в ГТУ получили осевые компрессоры, обеспечивающие расход воздуха, превышающий 100 - 200 м3/с. Максимальная степень повышения давления в одном корпусе не более 6 - 8. Кпд осевого компрессора составляет 88- 90%. Обычно степень повышения давления в ступени не более 1,35, а газотурбинные двигатели нуждаются в значительно большем сжатии воздуха. Общая степень повышения давлений в многоступенчатом компрессоре равна произведению степеней повышения давлений отдельных ступеней.Ступень осевого компрессора по принципу действия можно рассматривать как обращенную ступень турбины. Если рабочее колесо турбины приводить во вращение в обратную сторону каким-либо двигателем (или турбиной), то происходит сжатие воздуха, который будет поступать из каналов рабочих в каналы направляющих лопаток. Треугольники скоростей в компрессорной и турбинной ступенях с соответствующей степенью реакции во многом аналогичны. Рабочие и направляющие лопатки компрессора образуют расширяющиеся каналы (диффузоры). При вращении ротора воздух входит в межлопаточные каналы с большей относительной скоростью w1. Так как канал расширяется, относительная скорость w1уменьшается до значения w2, а давление повышается от p1 на входе до р2 на выходе из рабочих лопаток. В расширяющихся каналах, образованных направляющими лопатками, происходит также преобразование кинетической энергии потока в потенциальную (скорость с2 уменьшается до с3), при этом давление от р2 возрастает до значения р3.Некоторые особенности процесса сжатия накладывают ряд ограничений при проектировании лопаточного аппарата компрессора. Величина относительной скорости w1 < (0,65 -0,85) а, где а — местная скорость звука. Это ограничение связано с тем, что при обтекании профиля местные скорости значительно изменяются, при этом наибольшие скорости, превышающие скорость набегающего потока, возникают на выпуклой поверхности профиля лопаток в области наибольшей кривизны поверхности.Характеристика осевого компрессора — зависимость степени повышения давления σ и кпд компрессора ηкот расхода воздуха G(производительности компрессора) при заданной частоте вращения ротора n. Ее получают опытным или расчетным путем. Для каждой частоты вращения ротора компрессора получают максимальное значение кпд и степени повышения давления при определенном (близком к расчетному) расходе воздуха G.Уменьшение расхода воздуха ниже указанного значения при заданной частоте вращения вызывает неустойчивую работу компрессора, называемую помпажом. При этом появляются пульсации воздуха, проходящего через компрессор, возникает вибрация лопаток и компрессора. Чем меньше частота вращения ротора, тем меньше расход воздуха, при котором появляется помпаж. Работа газотурбинной установки в условиях помпажа недопустима. Если соединить точки начала помпажа на характеристиках при различных частотах вращения, то получим линию, которая называется границей помпажа. Справа от границы помпажа располагается область устойчивых, а слева — неустойчивых режимов работы компрессора.Центробежный компрессор состоит из корпуса и рабочего колеса, основными деталями которого являются диск 3 с закрепленными на нем лопатками 4 (рис. 9).При вращении рабочего колеса воздух, находящийся между лопатками, под действием центробежных сил перемещается от центра к периферии и сжимается, т. е. увеличивается напор и скорость потока. При выходе из колеса поток попадает в лопаточный или безлопаточный диффузор 5, а затем в выходной патрубок, выполненный в виде спирального диффузора (улитки) 6. В диффузорах 5 и 6 кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную.На входе 1 в рабочее колесо устанавливают неподвижный или вращающийся 2 направляющий аппарат для обеспечения равномерного поступления воздуха с минимальными потерями.Рабочие колеса выполняют с покрывающим дискомили без него. При больших расходах воздуха применяют колеса с двусторонним входом потока, что позволяет увеличить расход воздуха при относительно небольшом возрастании размеров и массы.Рис. 9 – Схема центробежного компрессора: а — компрессор с односторонним входом и радиальными лопатками, б — рабочее колесо с двусторонним входом и покрывающими дисками,в — лопатки, загнутые назад, г — лопатки, загнутые вперед.Лопатки центробежных компрессоров выполняют трех типов: - радиальные, наиболее простые в изготовлении, которые допускают по условиям прочности наибольшую скорость вращения; - загнутые назад, которые при равной окружной скорости обеспечивают больший кпд, но создают меньший напор; -загнутые вперед, которые позволяют увеличить напор, однако кпд компрессора получается относительно низким. Из всех рассмотренных колес наиболее часто применяют рабочие колеса с радиальными лопатками.В улитках, разделенных на несколько частей (две-четыре), длина участка, которую проходит воздух от рабочего колеса до выхода из компрессора, меньше и на более эффективных и экономичных прямолинейных участках диффузоров, расположенных после улиток большее количество кинетической энергии преобразуется в потенциальную.В центробежном компрессоре с односторонним входом расход воздуха от 0,1 до 50 м3/с. Степень повышения давления в одной ступени σ = 3,5-4 при η = 80-82%. В двухступенчатых компрессорах σ ≈ 7, но из-за многократных поворотов потока воздуха в проточной части η = 75-76%.Центробежные компрессоры по сравнению с осевыми дешевле в изготовлении, прочнее, проще и менее чувствительны к загрязнениям. Их применяют в ГТУ малых мощностей, в которых применение осевых компрессоров из-за малой высоты лопаток неэкономично.Для ГТУ средних мощностей (500—3000 кВт) иногда применяют комбинированный компрессор — многоступенчатый осевой с центробежной последней ступенью. При этом используют преимущества радиального диффузора: сокращение длины корпуса, удобство отвода воздуха к камерам сгорания и т. д.Список использованной литературыДеев Л. В., Балахничев Н. А.Котельные установки и их обслуживание.Практ. пособие для ПТУ.— М.: Высш. шк., 1990. - 239 с.: ил.Соколов Б. А. Котельные установки и их эксплуатация: учебник для нач. проф. образования / Б. А. Соколов. — 2-е изд., испр. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 432 с.Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / Под ред. С.В. Цанева — М.: Издательство МЭИ, 2002. — 584 с., ил.Смоленский А. Н. Паровые и газовые турбины. Учебник для техникумов. – М., «Машиностроение», 1977. - 288 с.: ил.