Описание газовых турбин

Газовая турбина (Gas Turbine) представляет собой вращающуюся силовую машину с непрерывным потоком газа в качестве рабочей массы, которая преобразует тепловую энергию в механическую работу. Цикл газовой турбины, состоящий только из трех основных компонентов: компрессора (Compressor), камеры сгорания (Combustor) и газовой турбины (Turbine), широко известен как простой цикл. Большинство газовых турбин используют простые циклические схемы. Потому что его структура самая простая и лучше всего отражает ряд преимуществ, таких как малый размер, легкий вес и быстрый запуск, характерные для газовой турбины.

Обычно в газовых турбинах компрессор управляется расширением газовой турбины, которая является нагрузкой турбины. В простом цикле около 1 / 2 - 2 / 3 механической работы турбины используется для привода компрессора, а остальная часть механической работы около 1 / 3 используется для привода генератора. При запуске газовой турбины, прежде всего, требуется внешняя мощность, обычно стартер приводит компрессор, пока механическая работа газовой турбины не превышает механическую работу, потребляемую компрессором, внешний стартер отключен, газовая турбина может работать самостоятельно.

II. Процесс работы газовой турбины

Процесс работы газовой турбины заключается в том, что компрессор (т.е. компрессор) непрерывно вдыхает воздух из атмосферы и сжимает его; Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, смешивается с впрыскиваемым топливом после сжигания, становится высокотемпературным газом, затем поступает в газовую турбину для расширения работы, толкает крыльчатку турбины с крыльчаткой компрессора вращаться вместе; После нагрева производительность высокотемпературного газа значительно улучшилась, поэтому газовая турбина, приводя компрессор, все еще имеет избыточную работу в качестве выходной механической работы газовой турбины.

Коэффициент сжатия газотурбинного компрессора является двумя основными факторами, влияющими на эффективность газовой турбины. Повышение начальной температуры газа и соответствующее увеличение коэффициента сжатия может значительно повысить эффективность газовой турбины. В конце 1970 - х годов коэффициент сжатия достигал 31, начальная температура газа в промышленных и морских газовых турбинах достигала около 1200 °C, а авиационные газовые турбины превышали 1350 °C. В настоящее время мировая передовая турбина J - класса имеет начальную температуру более 1600 °C.

Классификация газовых турбин

1 Тяжелые газовые турбины

Конструкция деталей более тяжелая, конструкция не предназначена для уменьшения веса в качестве основной цели, в случае применения экономичных материалов может достичь цели долгосрочной работы по безопасности. Масса единицы мощности составляет 2 - 5 кг / кВт.

2.Легкие газовые турбины

Изготовлены из относительно хороших материалов, компактные конструкции, легкая масса, масса единицы мощности менее 2 кг / кВт.

(1) Используется осевая сборка, т.е. весь статор не разделен на все горизонтальные части, а только локальный статор, например цилиндр компрессора, разделен пополам для разборки. (2) Роторы обычно поддерживаются подшипниками качения. Часть технологии унаследована от авиационных двигателей, то есть авиационных преобразователей топлива, таких как LM2500 Series.

3. Миниатюрные газовые турбины

Конструкция газовой турбины с генератором в целом, небольшой размер, масса очень легкая. Конструктивные характеристики: (1) Использование радиальных лопастных машин. (2) Некоторые агрегаты также используют воздушные подшипники, которые не требуют смазочных материалов.

В области промышленных газовых турбин, как правило, нет единого глобального технического стандарта для классификации газовых турбин. Классификация газовых турбин обычно определяется отдельными производителями в соответствии с такими факторами, как мощность, производительность, область применения и технические характеристики их продукции. Таким образом, различные производители могут использовать разные классификации и стандарты, и не существует стандартной системы, которая в целом применима ко всем промышленным газовым турбинам. Для справки ниже приводится разбивка по классам мощности:

• Тяжелые газовые турбины: диапазон мощности более 100 МВт;
• Средние газовые турбины: диапазон мощности от 10 МВт до 100 МВт;
• Малые газовые турбины: диапазон мощности от 1 МВт до 10 МВт;
• Миниатюрные газовые турбины: диапазон мощности от 100 кВт до 1 МВт;
• Суперминиатюрные газовые турбины: диапазон мощности ниже 100 кВт.

IV. Особенности газовых турбин

1.Максимальная эффективность, оптимальная эффективность

По мере того, как высокотемпературные материалы продолжают развиваться, а турбина использует охлаждающие лопасти и постоянно улучшает эффект охлаждения, начальная температура газа перед турбиной постепенно увеличивается, в сочетании с постоянным уменьшением ряда разработок, все более высоким коэффициентом сжатия компрессоров и повышением эффективности отдельных компонентов, эффективность газовой турбины продолжает улучшаться.

2.Малый размер, удобное использование

Конструкция конструкции силовой части газовой турбины получена из авиационного двигателя, структура проста и компактна. По сравнению с традиционным оборудованием газотурбинное оборудование меньше по размеру и объему, чем традиционные котлы и паровые турбины, занимает небольшую площадь, удобную для сохранения или перемещения.

3.Сокращение сжигания угля, чистота и экологичность

Газовые турбины могут использовать природный газ, пропан, газ из скважин, пластовый газ, биогаз, бензин, дизельное топливо, керосин, алкоголь и другие виды топлива. Контролируя образование NOx во время горения или денитрируя хвостовой дымовой газ при сбросе в котел с остаточным теплом после образования NOx, достигается сверхнизкий эффект выбросов NOx и может быть достигнута полная рециркуляция ресурсов для достижения действительно низких выбросов. По мере того, как технология производства водорода и технология сжигания водорода в топливных установках постепенно созревают, будущие возможности газовых турбин постепенно переходят к эпохе нулевых выбросов углерода, в которой доминирует водородное топливо.

4, меньший шум, безопасный и надежный

Принцип работы газовой турбины делает ее более плавной и уменьшает шум от механической вибрации, что делает ее более подходящей для применения вблизи городов или густонаселенных населенных пунктов, уменьшая помехи для окружающих жителей. В настоящее время передовые газовые турбины могут использовать цифровую сеть связи, машинное обучение и другие технологии для мониторинга рабочего состояния двигателя в режиме реального времени и руководства клиентами для проведения капитального ремонта и ремонта, что значительно повышает безопасность и надежность работы двигателя.

Ключевые технологии газовых турбин

Ключевые технологии компрессора

Пневматические высокоэффективные технологии проектирования; Технология проектирования с высокой стабильностью аэродинамических свойств; Технология аэродинамического многоступенчатого согласования; технология численного моделирования и проверки многоступенчатых аэродинамических свойств всей машины; Конструкция ротора и технология проектирования прочности.

Ключевые технологии камеры сгорания

Технология проектирования и испытания организации горения; Технология проектирования стенок огневых труб; Технология проектирования и испытания сопла; Технология проектирования охлаждения, защиты и прочности высокотемпературных деталей; Технологии проектирования и испытания сжигания топлива с низким уровнем выбросов; Технология проектирования и испытания широкоугольного стабильного сгорания; Методы численного моделирования и проверки полей сгорания.

3 Ключевые технологии турбины

Технология проектирования и испытания воздушного охлаждения движущихся лопастей, направляющих лопастей и рулетки; Технология проектирования и испытания парового охлаждения лопастей; Методы анализа и испытания температурных полей, полей напряжений и прочности лопастей и рулей; Технология проектирования для анализа характеристик турбины, смешанной с потоком охлаждающего воздуха; метод численного моделирования и проверки многофизического поля охлаждающей лопатки; Конструкция ротора и технология проектирования прочности.

Ключевые технологии газотурбинных систем

Технологии проектирования, анализа характеристик и отладки систем охлаждающего воздуха; Усовершенствованные регулирующие компоненты системы управления, контроллеры и правила управления; Технология пусковых систем; Технология подшипников и масляных систем.

5 Технология газотурбинных материалов

Разработка сильностойких к термической коррозии и монокристаллических высокотемпературных сплавов; Совершенствование системы высокотемпературных сплавов; Высокотемпературные материалы 5000 - 10000 часов испытаний в условиях ближней службы; исследование механических свойств крупногабаритных отливок в условиях ближней службы; исследование антиоксидантных и термореактивных свойств крупногабаритных отливок; Подтягивание осуществляется из высокопрочной стали CrMoV.

6 Технология газовых турбин

Технология изготовления керамических сердечников сложных конструкций; Высокопрочные технологии изготовления керамических корпусов, устойчивых к тепловому удару; крупногабаритная направленная кристаллизация, технология направленной затвердевания монокристаллических лопастей; высокотемпературная турбинная обработка лопастей, сварка, термообработка, проверка и другие процессы; Технология покрытия лопастей; Технология изготовления горелок; Инженерные исследования лопастей газовых турбин; Правила изготовления и приемки лопастей газовых турбин; Технология изготовления больших турбинных дисков; Процесс изготовления высокопрочных стальных тяг.