Войти на сайт

или
Регистрация

Навигация


6. Применение сложных циклов в ГТД

Рассмотренные выше направления совершенствования простого цикла ограничиваются технологическими возможностями, имеющимися в данный момент времени. Другим возможным направлением улучшения характеристик ГТД является применение усложнённых схем для реализации так называемых сложных циклов.

Обычно сложным циклом называют цикл ГТД, содержащий дополнительные термодинамические процессы, не входящие в простой цикл:

- промежуточный подогрев в процессе расширения;

- промежуточное охлаждение в процессе сжатия,

- утилизация тепла выхлопных газов,

- увлажнение циклового воздуха и др.

Утилизация отводимого из цикла тепла может быть реализована различными способами:

- подогревом выхлопными газами циклового воздуха перед камерой сгорания (регенеративный цикл);

- производством перегретого пара высокого давления и впрыском его в камеру сгорания и турбину ГТД (цикл STIG) или срабатыванием пара в отдельной паровой турбине (комбинированный парогазовый цикл);

- использованием тепла выхлопных газов для повышения теплотворной способности топлива (химическая регенерация);

- утилизацией тепла выхлопных газов в дополнительном утилизационном цикле (воздушном или с использованием низкокипящей жидкости).

Для значительного улучшения характеристик ГТД перечисленные процессы и способы утилизации тепла могут применяться в различных сочетаниях.

Поскольку в наземных и морских ГТД нет характерных для авиадвигателей жестких ограничений по габаритам и массе, то для таких ГТУ сложные циклы используются чаще. В авиационных ГТД для повышения тяги широко применяется цикл с промежуточным подогревом в процессе расширения (цикл ТРДФ и ТРДДФ). Дополнительный теплоподвод после расширения газа в турбине осуществляется в форсажной камере (ФК), где рабочее тело подогревается до температуры Т*ф = 2000…2200 К (при αΣ = 1,1…1,2). Промежуточный подогрев значительно повышает работу цикла и, соответственно, скорость истечения газов из сопла, удельную тягу двигателя (в 1,5.. .2 раза).

Однако КПД цикла существенно снижается из-за подвода дополнительного тепла при более низком давлении. Удельный же расход топлива двигателя значительно увеличивается как вследствие ухудшения КПД цикла, так и из-за снижения полетного КПД (увеличения скорости истечения). Из-за низкой экономичности форсажный режим обычно используется в критических условиях эксплуатации - на взлете (для сокращения длины ВПП), для ускоренного разгона самолета, для преодоления звукового барьера и т.д. Применения форсажа в сверхзвуковом крейсерском полете обычно стремятся избежать из-за значительного снижения дальности полета.

В 1940-1960-х гг. были созданы опытные образцы ТВД с регенератором. Этим применение регенеративного цикла в авиационных ГТД ограничилось и не получило дальнейшего развития по причине значительного веса и габаритов теплообменника и его низкой надежности. Однако в настоящее время вновь проявляется интерес к применению регенерации тепла. Так, в рамках европейской программы CLEAN прорабатываются перспективные ТВД и ТРДД с рекуператором (в ТРДД - в сочетании с промежуточным охлаждением).

В наземных ГТД регенеративный цикл применяется достаточно широко. Утилизация тепла осуществляется в теплообменниках-рекуператорах и позволяет повысить КПД цикла на 20...30% (относительных). При этом удельная работа несколько снижается из-за гидравлических потерь в рекуператоре. Очевидно, что регенерация тепла возможна, если температура выхлопных газов существенно выше температуры воздуха за компрессором, т.е. при небольшой степени сжатия π*к = 4…10.

В настоящее время регенеративный цикл используется в ГТД небольшой размерности (мощностью до 16 МВт) и в микротурбинах, для которых применение высокой степени сжатия ограничивается малой размерностью лопаточных машин.

Энергетические наземные ГТД широко используются в составе ПГУ в комбинированном парогазовом цикле, который является комбинацией простого газотурбинного цикла и парового цикла Ренкина. В ПГУ тепло выхлопных газов ГТД используется в котле-утилизаторе для производства перегретого пара и выработки дополнительной мощности в конденсационной паровой турбине. Увеличение мощности и КПД установки составляет 50 %.

Уровень КПД современных ПГУ, базирующихся на ГТД с высокими параметрами цикла

Т*СА = 1600…1700 К, π*к = 16...23) достигает 58. ..60 %.

Достаточно часто в энергетических ГТД используется также цикл с впрыском пара в камеру сгорания и турбину (цикл STIG). В отличие от ПГУ в этом случае нет необходимости в паровой турбине, поэтому установки с впрыском пара значительно проще и дешевле. Однако и прирост мощности и КПД в таких установках меньше, чем в ПГУ. Очевидным недостатком цикла является потеря большого количества специально подготовленной воды (парогазовая смесь после расширения в турбине и охлаждения в котле выбрасывается в атмосферу).

Цикл с промежуточным подогревом в наземных ГТД имеет ограниченное применение из-за отрицательного влияния на эффективный КПД. Такой цикл в настоящее время используется только в энергетических ГТД GT24 и GT26 фирмы Alstom. Эти ГТД предназначены для работы в составе ПГУ и имеют мощность 180 и 260 МВт. В ГТД имеется вторая камера сгорания, расположенная после первой ступени пятиступенчатой турбины. Для компенсации снижения КПД цикла в GT24 и GT26 применена повышенная степень сжатия π*к = 30…32.

В наземных ГТД используются также циклы:

- с промежуточным охлаждением;

- с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом;

- с промежуточным охлаждением и регенерацией;

- с промежуточным охлаждением, промежуточным подогревом и регенерацией;

- с впрыском пара в камеру сгорания с последующим его извлечением на выхлопе при помощи контактного конденсатора;

- циклы с увлажнением воздуха и др.

Однако реализующие перечисленные циклы установки не нашли пока широкого применения и являются либо опытными образцами, либо выпущены небольшой серией.

В рамках зарубежных программ развития энергетики прорабатываются перспективные установки, объединяющие ГТД сложных циклов с различными технологическими процессами. Но они, по сути, уже не являются ГТД в классическом его понимании, а представляют собой сложные технологические системы по совместному производству различных видов энергии (электрической, механической, тепловой, холода) и химических продуктов, экологически чистые и безотходные.



Информация о работе «Научно-технический прогресс газотурбинных установок магистральных газопроводов»
Раздел: Физика
Количество знаков с пробелами: 89801
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 27

Похожие работы

Скачать
249350
33
10

... (рациональная система нефтепроводов). Это, однако, не означает полного возврата к старой модели управления. 4) Сохранение единого экономического пространства - условия выживания топливно-энергетического комплекса. 5) Найти четкую и продуманную программу инвестиций в нефтяную промышленность. 6) Организовать единый Российский банк нефти и газа, государственная внешнеторговая фирма, включающая ...

Скачать
117873
24
7

... политики в электроэнергетике, совместное участие в развитии новых месторождений и межрегиональных энергетических комплексов, обеспечение политики энергоснабжения, повышение надежности и качества теплоснабжения потребителей, а также снижение затрат на ремонт и перекладку теплосетей. В результате анализа экономической эффективности всех предлагаемых вариантов развития ТЭК НСО предпочтительным ...

Скачать
119035
25
0

... возможного экспорта в восточном направлении. К числу приоритетных направлений энергетической стратегии Сибири необходимо отнести следующие: -     энергосбережение и рациональное природопользование в энергетике; -     структурно-технологическое преобразование ТЭК; -     коренное совершенствование баланса КПТ: использование природного газа, газификация углей, переработка и облагораживание углей ...

Скачать
91991
14
5

... , трансформаторы которой выбираются с учетом взаимного резервирования; ·  Перерыв в электроснабжении возможен лишь на время действия автоматики (АПВ и АВР).  Схема системы электроснабжения нефтеперекачивающей станции, удовлетворяющая требованиям изложенным выше, представлена на листе 2 графической части. 2.2 Схема электроснабжения НПС Рис. 2.1. Схема электроснабжения НПС  На рис. 2.1. в ...

0 комментариев


Наверх