Повышение эффективности входных трактов, ступеней и выходных диффузоров стационарных газовых турбин для комбинированных газопаровых установок

• Автор: Черников, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 309 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Современное состояние и стратегия развития газотурбинных технологий в электроэнергетике. Роль комбинированных газопаровых установок

1.1. Топливные ресурсы и их использование

1.2. Термодинамические аспекты в электроэнергетике

1.3. Экология и глобальное потепление климата

1.4. Ретроспектива возрастания единичных мощностей стационарных ГТУ и комбинированных ГПУ

1.5. Особенности ГПУ с котлом-утилизатором (ГПУ КУ)

1.6. Проблемы и перспективы тепловой энергетики и энергомашиностроения России

1.7. Цели и постановка задач исследования

Глава 2. Анализ конструктивных особенностей стационарных ГТУ для

комбинированных ГПУ. Роль входных трактов и выходных диффузоров в показателях мощных энергетических ГТУ
2.1. Особенности конструкций стационарных ГТУ для комбинированных ГПУ КУ
2.2. Роль входных трактов в показателях эффективности ГТУ комбинированных установок
2.3. Особенности аэродинамики ступеней большой циркуляции газовых турбин комбинированных ГПУ
2.4. Влияние аэродинамических качеств выходного диффузора турбины на эффективность ГТУ комбинированной установки
Глава 3. Аэродинамические исследования входных трактов ГТУ
комбинированных ГПУ КУ
3.1. Экспериментальные исследования
3.1.1. Постановка задачи и основные принципы моделирования
3.1.2. Экспериментальный аэродинамический стенд ВХТ-1 для исследований входных трактов стационарных ГТУ
3.1.3. Математический аппарат для обработки опытных данных
3.1.4. Схема измерений
3.1.5. Измерительные приборы и аппаратура. Информационноизмерительная система и программное обеспечение сбора и обработки результатов эксперимента
3.1.6. Результаты испытаний моделей входных трактов стационарных ГТУ первого поколения
3.1.7. Результаты испытаний входных трактов стационарных ГТУ второго поколения
3.2. Численные исследования
3.2.1. Численное моделирование потока в поворотной области тракта
3.2.2. Расчёт потока во входном патрубке компрессора
Выводы по главе
Глава 4. Высоко нагруженные ступени большой циркуляции газовых
турбин стационарных ГТУ
4.1. Принципы аэродинамического проектирования высоконагруженных ступеней большой циркуляции
4.1.1. Одновальный двухступенчатый турбинный отсек со ступенью большой циркуляции
4.1.2. Двухвальный двухступенчатый турбинный отсек со ступенью большой циркуляции
4.2. Экспериментальные исследования и отработка ступеней большой
циркуляции и двухступенчатых отсеков
4.2.1. Методика экспериментальных исследований
4.2.1.1. Одновальный двухступенчатый отсек
4.2.1.2. Двухвальный двухступенчатый отсек со ступенью большой циркуляции
4.2.2. Экспериментальные стенды
4.2.2.1. Одновальный двухступенчатый стенд ЭТ
4.2.2.2. Двухвальный стенд ЭТ
4.2.3. Математический аппарат для обработки опытных данных
4.2.4. Схема измерений
4.2.5. Измерительные приборы
4.2.6. Программное обеспечение процессов сбора и обработки информации
4.2.7. Оценка ошибок измерений
4.3. Результаты экспериментальных исследований ступеней большой
циркуляции и двухступенчатых отсеков
4.3.1. Одновальный двухступенчатый отсек
4.3.2. Двухвальный двухступенчатый отсек со ступенью большой циркуляции
Выводы по главе
Глава 5. Аэродинамические исследования блоков «последняя ступень-выходной диффузор» стационарных ГТУ комбинированных установок
5.1. Состояние исследований
5.2. Характеристики диффузоров и рабочий процесс
5.3. Конические и втулочные диффузоры
5.4. Влияние особенностей входящего потока
5.5. Значение выходных диффузоров для современных турбин комбинированных ГПУ
5.6. Экспериментальные исследования блоков «последняя ступень— выходной диффузор»
5.6.2. Моделирование и критерии подобия
5.6.4. Экспериментальная турбина ЭТ-4-Д лаборатории
Турбиностроения

Такая конструкция позволяет по-новому организовать охлаждение дисков, замков РЛ, рабочих колёс и бандажей направляющих аппаратов, уменьшить протечки газа у корня направляющих аппаратов за счёт снижения диаметров уплотнений и без ущерба для эффективности ступеней турбины применить пониженную степень реактивности р'т прикорневых сечений лопаточных аппаратов турбины (рис. 2.3). Таким образом, при заданных окружных скоростях рабочих колёс удается обеспечить необходимую нагрузку на ступень без повышения отрицательной закрутки потока за нею. Хорошо зарекомендовавший себя метод сканирования при создании семейства ГТУ типа Vx4.3A, класса F, используется фирмой при разработке газовой турбины, приблизительно такой же единичной мощности, на частоту ротора 60 Гц для американского рынка.
Фирма General Electric в 2003 г закончила испытание головного образца новой турбины MS9001H [105]. Эта установка, мощностью 282 МВт, имеет коэффициент полезного действия 39,5 %, к.п.д. комбинированного цикла с MS9001H достигает 60%, что в среднем на 2 % выше, чем с ГТУ прошлого поколения. В новой модели американские специалисты применили современные технологии. Дисковый сболченный ротор турбокомпрессора опирается на два подшипника. Компрессор, спроектированный на базе компрессоров авиационного двигателя CF6-80C2 и стационарной ГТУ LMS6000, обеспечивает степень повышения давления 23 на 18 ступенях. Вместо традиционной трехступенчатой турбины использована схема с четырьмя ступенями, что при возросшей степени расширения газов позволило сохранить высокий внутренний к.п.д. В 14 сухих трубчатых КС используется система сжигания DLN 2.5Н, которая позволяет достичь уровня выбросов N0x менее 10 ppm [80].
Главной инновацией машин класса Н стало комбинированное паровоздушное охлаждение, применение которого позволяет экономить охлаждающий воздух. Использование замкнутого парового контура дает возможность увеличить температуру перед турбиной на 111 °С (до 1440 °С), благодаря отсутствию сбросного охлаждающего воздуха. Пар забирается из ЦВД паровой турбины ГПУ, про-