Введение. Ухтинский государственный технический университет
Ухтинский государственный технический университет
(УГТУ)
В. В. Корж
Газотурбинные установки
Учебное пособие
Ухта 2010
УДК [662.691.4.052+621.438.0837] (0758)
К 66
Корж, В. В.
Газотурбинные установки [Текст] : учеб. пособие / В. В. Корж. – Ухта : УГТУ, 2010. – 177 с., ил.
ISBN 978-5-881-79-604-4
Учебное пособие предназначено для студентов дневной и безотрывной формы обучения направления 130500 «Нефтегазовое дело» и специальности 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» по дисциплине «Газотурбинные установки», составлено в соответствии с её рабочей программой на основании государственного образовательного стандарта.
В учебном пособии рассмотрены тепловые и механические процессы, протекающие в газовых турбинах и компрессорах. Приведена конструкция газотурбинной установки ГТК-10-4, где указаны её основные узлы. Особое внимание уделено конструкции компрессора, турбин, камеры сгорания; работа систем: маслоснабжения, автоматического регулирования и уплотнения нагнетателя Н – 370 – 18 – 1.
Учебное пособие рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом Ухтинского государственного технического университета.
Автор выражает благодарность за оказанную помощь в подборе материала главному специалисту центра обучения кадров (ЦОК) Захарову В. Т.; в оформлении учебного пособия: доценту MIBI Беляеву А.Э., студентам кафедры ПЭМГ: Бойко А. И., Михалеву А. Ю., Козлову Д. И.
© Ухтинский государственный технический университет, 2010
© Корж В. В., 2010
ISBN 978-5-881-79-604-4
Оглавление
| Введение………………………………………………………………… | ||
| Принятые сокращения……………………………………………...… | ||
| Принципиальные схемы газотурбинных установок……………… | ||
| 1.1 | Газоперекачивающий агрегат: состав, виды приводов и системы ГТУ……………………………………………………….. | |
| 1.2 | Принципиальные схемы ГТУ, их преимущества и недостатки…… | |
| 1.3 | Основы термодинамики, теплотехники и рабочие процессы ГТУ. Циклы ГТУ в P-V, T-S диаграммах…………………………………… | |
| Осевые турбомашины………………………………………………….. | ||
| 2.1 | Осевой компрессор, назначение, типы, состав. Газовая динамика осевого компрессора…………………………………………………… | |
| 2.2 | Газовая турбина, назначение, классификация по принципам работы. Основные узлы. Режимы работы. Газовая динамика турбины……………………………………………………………….… | |
| 2.3 | Система запуска ГТУ. Валоповоротные устройства (ВПУ)………… | |
| 2.4 | Турбодетандер. Назначение и режимы работы……………………… | |
| Топливная система ГТУ……………………………………………… | ||
| 3.1 | Назначение топливной системы и основные функции……………… | |
| 3.2 | Горение топлива для газотурбинных установок. Физические и химические процессы………………………………….. | |
| 3.3 | Камера сгорания. Назначение, типы, коэффициент избытка топлива. Основные узлы КС и рабочие процессы…………………… | |
| 3.4 | Системы топливного, пускового и импульсного газа, назначение и состав…………………………………………………………………… | |
| 3.5 | Способы регулирования ГТУ………………………………………… | |
| 3.6 | Совмещённая характеристика осевого компрессора и газовой турбины………………………………………………………………… | |
| Маслосистема газотурбинной установки………………...…………… | ||
| 4.1 | Система маслоснабжения ГТУ, назначение, функции и состав…… | |
| Центробежный нагнетатель………………………………………… | ||
| 5.1 | Назначение центробежного нагнетателя, типы и состав…………… | |
| 5.2 | Рабочая характеристика нагнетателя, характерные точки и зоны. Пуск нагнетателя……………………………………………………… | |
| Конструкция газотурбинного двигателя ГТК-10-4….……………. | ||
| 6.1 | Технические данные двигателя ГТК-10-4, основные узлы………… | |
| 6.2 | Блок турбогруппы: передний блок, компрессор, турбины, рама-маслобак, подшипник силового ротора, воздухоподогреватель………………………………………………….. | |
| 6.3 | Камера сгорания……………………………………………………… | |
| 6.4 | Маслосистема ГТК-10-4……………………………………………… | |
| 6.5 | Системы автоматического регулирования и защиты……………… | |
| Нагнетатель………………………….………………………………… | ||
| 7.1 | Конструкция нагнетателя……………………………………………… | |
| 7.2 | Система регулирования нагнетателя………………………………… | |
| Техническая эксплуатация ГТК-10-4………………………………… | ||
| 8.1 | Система технического обслуживания и ремонта ГТК-10-4……………………………………………………………….. | |
| 8.2 | Особенности эксплуатации ГТК-10-4 при отрицательных температурах…………………………………………………………… | |
| 8.3 8.4 8.5 | Очистка ОК в процессе эксплуатации……………………………...… Пути совершенствования ГТУ………………………………………… Современные ГПА, применяемые на компрессорных станциях Литература…………………………………………………………….... |
Введение
В настоящее время интенсивно развивается газодобывающий комплекс. Вводятся в строй газовые месторождения, строятся новые магистральные газопроводы. Компрессорные станции для перекачки газа оснащаются современными мощными экономичными газоперекачивающими агрегатами (ГПА). Важную роль в ГПА играют газотурбинные установки, к ним предъявляются повышенные требования, основными из которых являются: большая мощность, экономичность (малый удельный расход топлива), компактность, ремонтопригодность и другие важные показатели.
Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию.
Один из самых распространенных двигателей – двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который устанавливается на автомобилях, самолетах, танках, тракторах, моторных лодках. ДВС могут работать на жидком топливе (бензин, керосин и т. д.) или на горючем газе.
ДВС обладает рядом преимуществ (компактность, малая масса и др.), и получил широкое распространение. Недостатками ДВС являются:
– жидкое топливо должно быть высокого качества;
– невозможность получить малую частоту вращения (на малых оборотах не работает карбюратор).
В конце XVIII века были созданы паровые поршневые двигатели (паровые машины). Через 100 лет появились паровые турбины. Для работы парового двигателя требуется ряд машин и устройств, что создает ряд определенных проблем.
Газотурбинная установка (ГТУ) – это тепловая лопаточная машина, преобразующая химическую энергию топлива, сжигаемого в потоке сжатого воздуха, в механическую работу на валу турбины. ГТУ могут работать как на жидком топливе (керосин, спирт), так и на газе, перекачиваемом ими.
Попытки создания газотурбинной установки прослеживаются в глубокой древности.
Первым применил лопаточные машины известный изобретатель античности Архимед Сиракузский. Его водоподъемный «архимедов винт» – шнек, используемый в разных приложениях уже третье тысячелетие, не что иное, как лопаточная машина.
Первой лопаткой в истории было обыкновенное весло. Более совершенный привод (и также для передвижения по воде) парус – та же лопатка, находящаяся в воздушном потоке. Весло можно считать прототипом нагнетающей (компрессорной) лопатки, а парус – пример предка турбинной (приводной) лопатки.
Основы теории лопаточных машин как самостоятельной дисциплины заложены российским академиком Леонардом Эйлером, впервые описавшим основную схему их работы. В работах Леонардо да Винчи, Бернулли, Ньютона, Лейбница и многих других ученых были достаточно хорошо разработаны основы гидростатики и подготовлен математический аппарат.
Первый газотурбинный двигатель был построен в России в 1897-1900 гг. инженером флота П. Д. Кузьминским. Газотурбинная установка Кузьминского состояла из поршневого компрессора, камеры сгорания и реактивной газовой турбины.
В 1900-1904 гг. в Германии была испытана газотурбинная установка инженера Штольце.
Ряд других инженеров из разных стран усовершенствовали ГТУ. Большое значение имели результаты работ в 1937-1939 гг венгерского инженера Ендрассика. При испытании ГТУ мощностью 100 л. с. КПД установки составлял 21, 2 %. Эти данные позволили рассматривать такой вид двигателя как перспективный.
В 1941 г. первый полет совершил самолет с газотурбинным (турбореактивным) двигателем в СССР.
В последние годы имеются значительные достижения, как в области аэродинамики турбомашин, так и в разработке жаропрочных сталей и сплавов. Успех аэродинамики и металлургии позволили поднять тепловую экономичность ГТУ до необходимого уровня и создать предпосылки для внедрения ГТУ в различные области народного хозяйства
Принятые сокращения
АБ – автомат безопасности.
АВО – аппарат воздушного охлаждения.
АМ – аккумулятор масла.
АСУ ТП – автоматизированная система управления технологическим процессом.
ВВК – выпускной воздушный клапан.
ВЗК – воздухозаборная камера.
ВНА – входной направляющий аппарат.
ВОУ – входное очистительное устройство.
ВПУ – валоповоротное устройство.
ГВТ – газово-воздушный тракт.
ГГПА – газотурбинный газоперекачивающий агрегат.
ГМН (ГМНС) – главный масляный насос.
ГНС – главный насос смазки.
ГНУ – главный насос уплотнений.
ГПА – газоперекачивающий агрегат.
ГТД – газотурбинный двигатель.
ГТУ – газотурбинная установка.
Д – дроссель.
Дефект ПОР – дефект первоочередного ремонта.
ДКС – дожимная компрессорная станция.
ДПР – дефект, подлежащий ремонту.
ДРС – двигатель регулятора скорости.
ЗО – золотник отсечной.
ИНЖ – инжектор ГМНС.
КВД – компрессор высокого давления.
КИП и А – контрольно-измерительные приборы и автоматика
КНД – компрессор низкого давления.
КОС – клапан обратный сдвоенный.
КПД – коэффициент полезного действия.
КР – капитальный ремонт.
КРД – камера (площадка) регулирования давления.
КС – камера сгорания.
КС – компрессорная станция.
КС ПХГ – компрессорная станция подземного хранилища газа.
КЦ – компрессорный цех.
ЛПДС – линейная производственно-диспетчерская станция.
МБ – маслобак.
МДП – местный диспетчерский пункт.
МИРТ – малоинерционный регулятор температуры.
МНУ – масляный насос уплотнения.
МО – маслоохладитель.
НИ – насос-импеллер.
НТД – нормативно-техническая документация.
ОК – осевой компрессор.
ОНА – обратный направляющий аппарат.
ОП – ограничитель приемистости.
ОП – опорный подшипник.
ПГПА (ГМК) – поршневой газоперекачивающий агрегат (газомотокомпрессор).
ПМН (ПМНС) – пусковой масляный насос.
ПНА – поворотный направляющий аппарат.
ПНС – пусковой насос смазки.
ППР – наработка ГПА или агрегата после последнего ремонта.
ПТБ – правила техники безопасности.
РД – регулятор давления.
РДП – районный диспетчерский пункт.
РК – регулирующий клапан.
РМНС – резервный масляный насос.
РР – регламентированный ремонт (для газоперекачивающих агрегатов).
PC – регулятор скорости.
САР – система автоматического регулирования.
САУ – система автоматического управления.
СБК – сбросные клапана.
СК – стопорный клапан.
СКЗ – среднее квадратическое значение.
СНЭ – наработка ГПА или агрегата с начала эксплуатации.
СР – средний ремонт.
СТ – свободная (силовая) турбина.
ТК – турбинокомпрессор.
ТВД – турбина высокого давления.
ТГДУ – торцовое газодинамическое уплотнение.
ТД – турбодетандер.
ТДП – территориальный диспетчерский пункт.
ТНД – турбина низкого давления.
ТО – техническое обслуживание.
ТОР – техническое обслуживание и ремонт.
ТР – текущий ремонт.
ФТО – фильтр тонкой очистки.
ЦБПО (БПО) – центральная база производственного обслуживания.
ЭГПА – электроприводной газоперекачивающий агрегат.
ЭМВ – электромагнитный вентиль.
ЭМП – золотник с электромагнитным приводом.
ЭХЗ – электрохимическая защита.