ТЕПЛОТЕХНИКА

ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ

По принципу работы газовые турбины не отличаются от паровых: все процессы, протекающие в газовых турбинах и основные матема­тические уравнения, описывающие эти процессы, идентичны.

Газовая турбина является основным элементом рассмотренной в первой главе газотурбинной установки. Основными отличительными особенностями газовых турбин являются следующие:

Работа газовых турбин протекает при высоких температурах и ие - больших давлениях и поэтому газовые турбины выполняются с неболь­шим числом ступеней, изготовленных из жаростойких сталей; к мате­риалам утилизационных газовых турбин предъявляют еще дополни­тельные требования: они должны быть коррозионно-стойкими, так как газовые потоки химической технологии, как правило, обладают боль­шой агрессивностью к конструкционным материалам;

По причине высоких температур газовых потоков возникает необ­ходимость применения воздушного или водяного охлаждения деталей турбины; кроме усложнения конструкции газовой турбины в ней возни­кают дополнительные потери теплоты с охлаждающим теплоносителем и потери работы на нагревание;

Во всех газовых турбинах, кроме турбин, работающих по замкну­тому циклу, рабочими телами являются токсичные вещества, и поэтому в лабиринтные уплотнения турбины подается воздух из компрессора, чтобы исключить попадание ядовитого газа в помещение машинного зала, одновременно с этим осуществляется охлаждение вала и других деталей турбин;

Наличие у газовых турбин камеры сгорания. В утилизационных газовых турбинах камерами сгорания являются экзотермические реак­торы: образующиеся в них газообразные продукты реакции и являются рабочими телами. В камерах сгорания газовых турбин газообразное или жидкое топливо сжигается при рх > 105 Па, и поэтому процесс горения протекает при высоких объемных тепловых напряжениях. Это обстоятельство позволяет применять камеры сгорания малых объемов.

На рис. 6.3 представлена схема простейшей цилиндрической камеры сгорания для жидкого топлива. Она представляет собой цилиндри­ческий корпус 1, выполненный из обычной или низколегированной стали, внутри которой помещается жаровая труба 3, выполненная из легированной стали. В жаровой трубе расположена форсунка 7. Первич­ный воздух при коэффициенте избытка а= 1,5...2,0 поступает в жаро­вую трубу через направляющие лопатки 2, обеспечивающие хорошее смешение его с распыленным форсункой жидким топливом. Чтобы снизить температуру продуктов сгорания, образующихся в зоне го­рения 6, в камеру сгорания подается вторичный воздух. Последний проходит по кольцевому каналу, образованному корпусом камеры и жаровой трубой, охлаждая ее; одна часть ее через отверстия 4 Проникает внутрь жаровой трубы и, смешиваясь с продуктами сгорания, снижает их температуру, другая часть проходит дальше по кольцевому каналу, охлаждая его стенки, и в зоне 5 смешивается с основным потоком, в результате чего газовая смесь приобретает заданную тем­пературу, значение которой составляет 1023 К. В результате коэффи­циент избытка воздуха а на выходе из камеры сгорания достигает значения 5...6 и выше.

Отработавшие в газовой турбине продукты сгорания имеют еще довольно большую температуру и поэтому дальнейшая утилизация теплоты продуктов сгорания осуществляется в регенеративном подогре­вателе воздуха, поступающего в камеру сгорания. Регенераторы — это трубчатые (или пластинчатые) теплообменники, в которых воздух про­ходит в трубках, а продукты сгорания омывают их снаружи.

Абсолютный к. п. д. существующих ГТУ — 14... 34 %. В качестве примера на рис. 6.4 дан продольный разрез газовой турбины ЛМЗ низкого давления, состоящей из трех активных ступеней. Устрой­ство турбины ясно из чертежа и подписей к нему.

Утилизационные газовые турбины работают либо на технологичес­ких газовых потоках, либо на газовых отходах химического про­изводства. В первом случае они устанавливаются, как правило, после экзотермического реактора, во втором — в конце технологической це­почки. В основном эти турбины предназначены для привода компрес­соров и насосов, обеспечивающих технологический процесс сжатым воздухом.