USD 63.7244

+0.01

EUR 70.5047

-0.25

BRENT 64.17

+0.06

AИ-92 42.37

0

AИ-95 46.07

+0.02

AИ-98 51.32

-0.13

ДТ 47.96

+0.01

846

История создания газотурбинных установок

Идея использования энергии горячих дымовых газов для совершения механической работы известна человечеству очень давно.

История создания газотурбинных установок История создания газотурбинных установок

Идея использования энергии горячих дымовых газов для совершения механической работы известна человечеству очень давно.

По имеющимся данным она была высказана и реализована еще Героном Александрийским, которым был построен прибор, где для целей вращения использовалась энергия восходящего горячего газового потока.

Позднее, в 15 веке, Леонардо да Винчи была высказана идея «дымового вертела» для обжарки туш животных.

Принцип действия «дымового вертела» совершенно подобен принципу действия ветряной мельницы.

«Дымовой вертел» размещался в дымоходе, и вращение его создавалось дымовыми газами, проходившими через колесо с насаженными на него лопастями.

Подобное устройство было осуществлено в средние века.

1й патент на проект газотурбинной установки (ГТУ) был выдан в 1791 г в Англии Д.Барберу.

В патенте Барбера, хотя и в примитивной форме, были представлены все основные элементы современных ГТУ: имелись воздушный и газовый компрессоры, камера горения и активное турбинное колесо.

Для работы предполагалось использовать продукты перегонки угля, дерева или нефти.

Для понижения температуры рабочих газов предполагалось впрыскивание воды в камеру горения.

В 19 веке продолжались попытки многочисленных ученых и изобретателей различных стран создать ГТУ, пригодную для практического использования.

Однако эти попытки были обречены на неудачу вследствие низкого уровня науки и техники.

Металлы, которые могли бы длительное время противостоять температурам порядка 500 оС и выше еще не были получены.

Свойства, газов и паров были изучены недостаточно.

Состояние газодинамики не могло обеспечить создания хороших проточных частей турбины и компрессора.

В России также предпринимались попытки создать ГТУ, в частности, инженер-механиком русского военно-морского флота П. Кузьминским.

Он разработал, а затем и осуществил небольшую газопаровую турбинную установку, состоявшую из камеры сгорания, в которую кроме воздуха и топлива, подавался водяной пар, получавшийся в змеевике, окружавшем камеру.

Газопаровая смесь затем поступала в многоступенчатую турбину радиального типа.

Горение топлива (керосина) происходило при постоянном давлении порядка 10 кгс/см2.

При испытаниях, несмотря на принятые меры, камера горения быстро прогорала и выходила из строя.

Создать длительно действующую установку не удалось.

В 1900 - 1904 гг в Германии инженером Штольце была построена и испытана ГТУ, в которой понижение температуры рабочих газов перед поступлением их в турбину осуществлялось за счет большого избытка воздуха, подававшегося компрессором в камеру горения.

Испытания установки не дали положительных результатов.

Вся мощность, развивавшаяся газовой турбиной, расходовалась только на привод компрессора.

Полезная мощность установки была равна 0.

В 1905 - 1906 гг французскими инженерами Арманго и Лемалем были построены 2 ГТУ, работавшие на керосине.

Снижение температуры газов перед турбинами примерно до 560 °С достигалось впрыскиванием воды.

Мощность газовой турбины 1й ГТУ равнялась 25 л.с., 2й - 400 л.с.

От 2й установки впервые была получена полезная мощность.

КПД установки был чрезвычайно низок и не превышал 3 - 4 %, хотя КПД собственно турбины достигал уже 70 - 75 %.

Над созданием ГТУ работал также немецкий ученый доктор Хольцварт, который провел обширные экспериментальные работы, основанные на глубоких теоретических исследованиях.

Начиная с 1908 г по проектам Хольцварта было построено несколько ГТУ. Наибольший КПД, который был получен в опытах с турбинами Хольцварта за период до 1927 г составил 14 %.

Те немногие, фактически работавшие ГТУ, которые были построены за рассмотренный период времени, либо обладали низким КПД, либо были конструктивно очень сложны и мало надежны в эксплуатации, что, естественно, являлось препятствием для их практического использования.

Реальное применение газовых турбин началось в 1950х гг.

Первые практически эксплуатировавшиеся газовые турбины выполнялись утилизационными.

Они работали на газах, отходивших от двигателей внутреннего сгорания, и приводили в действие воздуходувку, осуществлявшую наддув того же двигателя (увеличение воздушной зарядки цилиндров).

Подобная система впервые была применена в авиации и позволила уменьшить падение мощности мотора с увеличением высоты полета.

1я газотурбинная электростанция (ГТЭС) с турбоагрегатом мощностью 5000 кВт была введена в эксплуатацию в 1939 г в Швейцарии.

ГТЭС была выполнена по простейшей схеме и работала при температуре газа перед турбиной порядка 560 °С.

Позднее, в 1950х гг, в Швейцарии же была построена и эксплуатировалась ГТЭС в местечке Бецнау с турбоагрегатами мощностью в 12 и 25 МВт при начальной температуре газа 650 °С.

Тепловая схема установок была усложнена, что обеспечило более высокий КПД.

С 1950х гг начинается быстрое развитие газотурбостроения во всех странах, имевших развитую турбостроительную промышленность.

В стационарном применении ГТУ наметились 2 основные направления: использование на магистральных газопроводах (МГП) и для выработки электроэнергии на электростанциях.

На МГП газотурбинные агрегаты применяются для привода компрессоров, перекачивающих газ.

На отечественных заводах (НЗЛ, УТЗ, ЛМЗ) был освоен выпуск подобных турбонагнетателей первоначально мощностью 4 МВт, затем 5, 6, 10, 16, 25 МВт и более мощных.

Суммарная мощность ГТУ, выпущенных для этих целей только заводами Советского Союза и России, превышает многие миллионы кВт.

ГТУ на электростанциях, как основной тип двигателя для привода электрогенераторов, используются главным образом в тех районах, где имеется природный газ, а так же, учитывая их возможности к быстрому пуску, для покрытия пиковых нагрузок, возникающих в энергосистемах в относительно кратковременные периоды наибольшего потребления энергии.

На ЛМЗ, в частности, освоен выпуск турбоагрегатов мощностью 100 МВт.

Предпринимались попытки применения газотурбинных агрегатов в новых технологических процессах - с использованием в качестве топлива для ГТУ продуктов подземной газификации угля.

С этой целью на ЛМЗ были изготовлены 2 турбоагрегата мощностью по 12 МВт, смонтированы на Шацкой электростанции (Рязанская область) и запущены в эксплуатацию.

Однако работы, проводившиеся в течение ряда лет, показали, что путь использования в газотурбинных агрегатах низкокалорийных продуктов подземной газификации в энергетике неперспективен с экономической точки зрения.

Паротурбинные установки с обычной схемой использования топлива экономичнее и надежнее.

Поэтому в 1961 г работы по освоению сжигания продуктов перегонки твердого топлива в газотурбинных агрегатах были прекращены, а Шацкая электростанция остановлена.

Еще одно из направлений по применению ГТУ для выработки электроэнергии - использование авиационных газотурбинных агрегатов.

Эти агрегаты имеют высокое техническое совершенство, компактны, надежны, не требуют охлаждающей воды, быстро запускаются в работу (1-3 мин) и при минимальных работах по реконструкции могут быть использованы для привода электрогенераторов как для передвижных автоматизированных энергоустановок небольшой мощности (1000 - 3000 кВт), так и для более мощных, в том числе пиковых.

Мобильные установки монтируются на трейлерах и могут быть доставлены практически в любой район для обслуживания строительных объектов и снятия пиковых нагрузок.

Стандартные обозначения ГТУ, принятые в отечественной практике (как пример): ГТ-35-770-2, ГТ-50-800, ГТ-100-750-1, ГТ-45-950. Здесь первые цифры - мощность в МВт, вторые - температура газа перед турбиной, гр.С и третья - номер модели.

В газотурбостроении промышленно развитых стран, так же, как и в паротурбостроении, практически существует единый мировой уровень по тенденциям развития, мощностям турбоагрегатов и их параметрам.

Источник : Neftegaz.RU

Система Orphus