Газтурбинасының термодинамикалық принциптері

ЖОК 621.438-25

С.Ə. Əбдікəрімов, техн. ғыл. канд., доц.,

ҚазҰТУ

ГАЗТУРБИНАСЫНЫҢ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ПРИНЦИПТЕРІ

В  настоящей  статье  изложены  термодинамические  принципы  работы  одно  и

двухвальных  газовых  турбин  и  описаны  характеристики  циклов  газовых  турбин.

Расмотрены  факторы, влияющих  на  эксплуатационные  параметры, вместе  со

способами увеличения мощности газовых турбин.

The present article commit to thermodynamic general work on and twins gas tgturbine and

describe reference cyeles gas turbine some types. Serutinig  real, influence on explatational

parameters, augmentation capacity gas turtin.

Қазіргі кездері біздің елімізде мұнай жəне газ саласында газайдағыш агрегаттардың

(ГАА) жетегі  ретінде  əр-түрлі  қуаттылықтағы  стационарлы  газтурбиналы  қондырғылар

(ГТҚ) көптеп қолданылады.

1-суретте  қарапайым  циклді  бірбілікті  газтурбиналы  қондырғының  сұлбасы

келтірілген. [1] Суретте - осьтік  Компрессорға (1 нүкте) сырттан  енгізілген  ауа

параметрлері өзгермелі, ол қондырғының орналасқан жер жағдайына байланысты.

ГТҚ- дың  термодинамикалық  жұмыс  процестерін  зерттегеніміз  де  біз  көбінесе

стандартты талаптарға сай жүргіземіз. JSO-стандарттау бойынша халықаралық ұйым ГТҚ-

ды  шығаратын  өндіріс  орындарына  арнап, температураны 15

о

С(59F), атмосфералық

қысымды 1,013 бар (14,7 фунт-сил) жəне  салыстырмалы  ылғалдылықты 60% деп

қабылдайды.[3]

Компрессорға ене берістегі 1-ші нүктедегі ауа өте жоғарғы қысымда сығылады осы

кезде ауаның температурасы көтеріледі жəне компрессордан шыға берісте оның қысымы

жəне температурасы жоғарылайды (1-сурет).

1-сурет. Қарапайым циклды бірбілікті газтурбинасы

Ауа  компрессордан  шыққаннан  кейін  2-ші  нүктеде    жану  жүйесіне  беріледі  осы

кезде  жанар  май  бүркіліп  беріледі  де  жану  процесі  басталады. Жану  процесі  тұрақты

қысымда (p=const) өтеді. Бастапқы жану аймағында температура өте жоғары болады (1500

... 1800

о

С).

Жану  жүйесінің  конструкциясы  қоспаны  араластырып  дайындауға  жəне  оны

салқындатуға  арналған. Температураның  өзгеруі  жанған  өнімнің  ауамен  араласып

қозғалуына  байланысты, жану  жүйесінен  шыға  берістегі  жəне  турбинаға 3 кірердегі (3

нукте) жанған өнімнің температурасы азайып орташа мəніне тең болады.

Жанған  газдардың  энергиясы  газтурбинасында (ГТ) жұмысқа  айналады. Бұл

пайдалы  жұмыс  негізінен  екі  кезеңде  өтеді. Бірінші  сопло  бөлімінде  жанған  газөнімі

ұлғаяды  да  жылу  энергиясының  бір  бөлігі  кинетикалық  энергияға  айналады. Екінші

кезеңде  кинетикалық  энергияның  бір  бөлігі  турбина  қалақтарына  беріледі  де  оны

айналдыру арқылы механикалық жұмыс пайда етеді.

Турбинадағы  жұмыстың  бір  бөлігі (60%) компрессорды  айналдыруға, ал  қалған

бөлігі ГТ-білігі арқылы пайдалы жұмысқа жұмсалады.

1-суретте 

бірбілікті  газтурбинасы, компрессор 

мен 

бірге 

бір  білікте

орналастырылған, сондықтан  олардың  барлық  жұмыс  каскадтары  бірдей  жылдамдықта

айналады.

Мұндай агрегаттар көбінесе электргенераторының немесе газайдағыштардың  жетегі

үшін  қолданылады.

Қазіргі  кездері  екібілікті  ГТҚ-да  көп  қолданылады, олардың  қарапайым  жұмыс

циклы 2-суретте көрсетілген.[2]

2-сурет. Қарапайым циклды екібілікті газтурбинасы. ЖҚТ-жоғарғы қысымды турбина; КТ-күш турбинасы

Бұндай  ГТҚ  төменгі  қысымды  турбина  (ТҚТ)  немесе  күш  турбинасының  (КТ)

роторы, жоғарғы қысымды турбина  (ЖҚТ) жəне компрессор ротырынан бөлек айналады.

Күш  турбинасының (КТ) бұрыштық  айналу  жылдамдығының  мүмкіншілігі  кең

диапозонда  болады  жəне  екі  білікті  ГТҚ-лар  өзгермелі  бұрыштық  жылдамдықта  жұмыс

істеу  мүмкіншілігі  мол, күш  турбинасы (КТ) кең  бұрыштық  айналу  жылдамдығында

пайдалануға  болады. Күш  турбинасы (КТ) арқылы  жасалатын  барлық  жұмыс  жүктемені

айналдыруға жұмсалады, бұл кезде компрессор жетегіндегі барлық қажетті  жұмыстарды

орындайды.

Суретте көрсетілгендей жүктелетін жабдықпен жоғары қысымды турбина арасында

механикалық байланыс болғандықтан газтурбинасына түсетін жүкті азайтады.

Барлық  газтурбиналы  двигательдердің  термодинамикалық  циклдері 3-суретте

көрсетілген  қысым-көлем (РV) жəне  сол  циклдің  температура–энтропия (TS)

диаграммаларының классикалық түрінде жұмыс істейді.

3-сурет. Газтурбинасыныə жұмыс циклдары

Диаграммадағы 1-2 сызығы  компрессордағы  сығылуды, 2-3 циклы  қысым  тұрақты

кезіндегі жану жүйесінде жылу беруді, 3-4 циклы турбинадағы ұлғаюды жəне 4-1-циклы

тұрақты қысымда салқындату процесін көрсетеді.

  Кезкелген, мұндай  циклдарды  негізінен  екі  қажетті  параметрлермен  анықтауға

болады: Сығылу дəрежесімен

e

 жəне температура Т арқылы. Бұл жерде циклдыə сығылу

дəрежесі  компрессордан  шыға  берістегі  қысымның (2 нүктедегі), компрессорға

кіреберістегі (1-нүкте) қысым  қатынасына  тең. Сол  сияқты  нақты  циклдің  сығылу

дəрежесі  үшінде, 3-ші  нүктедегі  қысымның 4-ші  нүктедегі  қысымға  қатынасы  арқылы

анықталады.

Нақты  цикл  кезінде  жану  камерасындағы  қысым  төмендейді. Сондықтан 3-ші

нүктедегі  қысым 2-ші  нүктедегі  қысымнан  төмендеу  болады. Бұдан  басқа  ең  қажетті

параметрі  жану  температурасы, бұл  циклдағы  ең  жоғарғы max температура  болып

табылады. Жану температурасын анықтағанда алдыңғы сатыдағы сопладан шыға берістегі

қимадағы температура ағысының орташа мəніне тең деп қабылдайды.

Сопло  бойымен  ағылатын  салқындатушы  ауа, ыстық  газбен  араласып  турбина

сопласын салқындатады, себебі бұл температура циклдің 3-ші нүктесіндегі температураға

сəйкес келеді (3- сурет).

Бұдан  басқа JSO-бойынша, 2314-құжатқа  сəйкес “Газтурбинасын  сынау”

талаптарына сəйкес температураны анықтау жолдары жүргізіледі [3].

ƏДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. Поршоков В.П. Газотурбинные установки, М, Недра, 1992ж

2. С.Ə. Əбдікəрімов, Қ.Т. Төлеуов. Газтурбинасы жетекті газайдағыш агрегаттардың

термодинамикалық жəне негізгі параметрлерін есептеу. Алматы, 2006. ҚазҰТУ.

3. Волков  М.М, Михеев  А.Л, Конев  К.А.  Справочник  работика  газовой

промышленности изд. перераб.и доп М. Недра, 1989 г.

Мақаланы ұсынған техн.ғыл.д-ры, проф. Қ.А. Омаров.

22.02.2007 ж.