Газовая турбина

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РТ

Управление образования г. Набережные Челны

МАОУ «Средняя общеобразовательная школа № 34

с углубленным изучением отдельных предметов»

Реферат

Газовая турбина

Выполнил: ученик 8 класса"Г"

Мизонов Олег

г.Набережные Челны

2020 г.

1. История изобретения газовой турбины

Прототипы газовых турбин, к которым относят так называемые дымовые машины, были известны еще в XVII ст.. Принцип действия ГТУ был известен уже в ХVIII в. С 1766 -1792 Джон Барбер запантетовал несколько своих изобретений, из которых самым важным и интересным оказалась газовая турбина. Он стал первым человеком, в деталях описавшим принцип функционирования газовой турбины. Турбина Барбера могла работать на нефти, угле и древесине, что обеспечивалось путем их предварительной газификации (перегонки) в специальных емкостях в виде реторт. В схеме его газотурбинной установки, кроме воздушного, был и газосжигательный компрессор.

Газотурбинная установка Джона Барбера. Рисунок из его патента.

Смесь, образованную воздухом и газом, предлагалось нагнетать в камеру горения при помощи компрессора. После горения горючей смеси ее предлагалось подавать с большой скоростью на лопатки рабочего колеса, на котором должна производиться работа расширения газа. Для предотвращения перегрева турбины от действия высоких температур предполагалось охлаждение продуктов горения впрыском воды в камеру горения. Изобретение Барбера не было реализовано на практике. Кроме того, изобретение и развитие паровых турбин несколько затормозило развитие газовых турбин.

Впервые турбины появились в конце XIX в. в качестве газотурбинного двигателя и по конструктивному выполнению приближались к паровой турбине.

В 1892 году Аурель Болеслав Стодола основал турбомашинную лабораторию, известную в настоящее время как en:LaboratoryforEnergyConversion. Сформулировал названный его именем закон о производительности турбин. Консультации Стодолы сыграли важную роль при создании Генри Зоэлли в 1903 году его первой многоступенчатой турбины и Гансом Хольцвартом в 1905 году первой готовой к производству газовой турбины.

Jens Уильям Гидии Эллинг - норвежский исследователь, изобретатель и пионер газовой турбины, который считается отцом газовой турбины. Он смог построить первую газовую турбину, которая могла произвести больше энергии, чем требовалось для её работы, что рассматривалось как значительное достижение в те времена, когда знания о термодинамике были ограничены.

Используя вращающиеся компрессоры и турбины, она производила 11 л.с. (существенно для того времени). Его первый патент газовой турбины был предоставлен в 1884. В 1903 он закончил первую турбину, которая производит избыточную мощность. К 1912 году он разработал систему газовой турбины с отдельным блоком турбины и компрессором в серии, комбинация , которая является теперь обычным явлением. Одной из главных проблем в том, чтобы найти материалы, которые могут выдерживать высокие температуры , разработанные в турбине для достижения высоких выходных мощностей.1903 г. его турбина может выдерживать температуры на входе до 400 ° по Цельсию (752 ° F). Эллинг понимал, что если лучшие материалы будут найдены, газовая турбина будет идеальным источником питания для самолетов. Много лет спустя, сэру Фрэнку Уиттлу , опираясь на ранние работы Эллинга, удалось построить практический газотурбинный двигатель для самолета.

Первый газотурбинный двигатель был построен в России инженером П. Д.Кузьминскимв 1897--1900 гг. и тогда же прошел предварительные испытания. Полезная мощность от ГТУ была впервые получена в 1906 г.на установке французских инженеров Арменгои'Лемаля.

На первых этапах развития ГТУ в них для сжигания топлива применяли два типа камер сгорания. В камеру сгорания первого типа топливо и окислитель (воздух) подавались непрерывно, их горение также поддерживалось непрерывно, а давление не изменялось. В камеру сгорания, второго типа топливо и окислитель (воздух) подавались порциями. Смесь поджигалась и сгорала в замкнутом объеме, а затем продукты сгорания поступали в турбину. В такой камере сгорания температура и давление не постоянны: они резко увеличиваются в момент сгорания топлива.

Со временем выявились несомненные преимущества камер сгорания первого типа. Поэтому в современных газотурбинных установках топливо в большинстве случаев сжигают при постоянном давлении в камере сгорания.

Благодаря повсеместному переходу в 1990 -е годы на использование прир. газа в качестве основного топлива для электроэнергетики газовые турбины заняли существенный сегмент рынка. Несмотря на то что макс. эффективность оборудования достигается на мощностях от 5 МВт и выше (до 300 МВт), некоторые производители выпускают модели в диапазоне 1-5 МВт. Применяются газовые турбины в авиации и на электростанциях.

2.Коротко о развитии газотурбинных установок (ГТУ). Исторические факты. Хронология

В 1791 английский изобретатель Дж. Барбер впервые предложил идею создания ГТД с газогенератором, поршневым компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной.

Русский инженер П. Д. Кузьминский в 1892 разработал проект, а в 1900 построил ГТД со сгоранием топлива при постоянном давлении, предназначенный для небольшого катера. В этом ГТД была применена многоступенчатая газовая турбина. Испытания не были завершены из-за смерти Кузьминского.

В 1900-04 немецкий инженер Ф. Штольце пытался создать ГТД, но неудачно.

В 1906 французский инженер Р. Арманго и Ш. Лемаль построили ГТД, работавший на керосине, со сгоранием топлива при постоянном давлении, но из-за низкого кпд он не получил промышленного применения.

В 1906 русский инженер В. В. Караводин спроектировал, а в 1908 построил бескомпрессорный ГТД с 4 камерами прерывистого сгорания и газовой турбиной, который при 10 000 об/мин развивал мощность 1,2 квт (1,6 л.с.).

В 1908 по проекту немецкого инженера Х. Хольцварта был построен ГТД прерывистого горения. К 1933 кпд ГТД с прерывистым горением составлял 24%, однако они не нашли широкого промышленного применения.

В России в 1909 инженер Н. В. Герасимов получил патент на ГТД, который был использован им для создания реактивной тяги (турбореактивный ГТД); в 1913 М. Н. Никольский спроектировал ГТД мощностью 120 квт (160 л. с.) с трёхступенчатой газовой турбиной; в 1923 В. И. Базаров предложил схему ГТД, близкую к схемам современных турбовинтовых двигателей; в 1930 В. В. Уваров при участии Н. Р. Брилинга спроектировал, а в 1936 построил ГТД с центробежным компрессором.

В 30-е гг. большой вклад в создание авиационных ГТД внесли советский конструктор А. М. Люлька (ныне академик АН СССР), английский изобретатель Ф. Уиттл, немецкий инженер Л. Франц и др.

В 1939 в Швейцарии был построен и испытан ГТД мощностью 4000 квт (5400 л. с.). Его создателем был словацкий учёный А. Стодола.

В 1939 в Харькове, в лаборатории, руководимой В. М.

Маковским, изготовлен ГТД мощностью 736 квт (1000 л.с.). В качестве топлива использован газ, получаемый при подземной газификации угля. Испытания этого ГТД в Горловке были прерваны Великой Отечественной войной.

Большой вклад в развитие и совершенствование ГТД внесли советские учёные и конструкторы: А.Г. Ивченко, В.Я. Климов, Н.Д. Кузнецов, И.И. Кулагин, Т.М. Мелькумов, А.А. Микулин, Б.С. Стечкин, С.К. Туманский, Я.И. Шнеэ, Л.А. Шубенко-Шубин и др.

За рубежом в 40-е гг. над созданием ГТД работали фирмы «Юнкерс», «БМВ» (Германия), «БристолСидли», «Роллс-Ройс» (Великобритания), «Дженерал электрик» и «Дженерал моторс» (США), «Рато» (Франция) и др.

3.Ученые и их открытия

Jens Уильям Гидии Эллинг(26 июля 1861 - 27 мая 1949) - норвежский исследователь, изобретатель и пионер газовой турбины .

Его первый патент газовой турбины был предоставлен в 1884. В 1903 он закончил первый турбину , которая производит избыточную мощность.

Эллинг также сделал значительные опытно-конструкторские работы в других областях, такие как контроль паровых двигателей, насосы, компрессоры, вакуумная сушка и так далее.

АурельБолеслав Стодола (1859--1942) -- словацкий учёный, педагог, инженер-конструктор. Основатель прикладной термодинамики, турбиностроения.

В 1892 году Стодола основал турбомашинную лабораторию.

Стал известен как специалист в области турбомашин и тепловых двигателей. Сформулировал названный его именем закон о производительности турбин.

В сотрудничестве с Фердинандом Зауэрбрухом разработал протез руки.

Павел Дмитриевич Кузьминский (20 июня (2 июля) 1840-7 (20) апреля 1900) - русский инженер, изобретатель газовой турбины.

В 1881-1884 годах Кузьминский изобрел и сконструировал гидравлический динамометр.

В 1887-1892 П. Д. Кузьминский сконструировал и построил первую в мире газовую реверсивную турбину радиального типа с 10 ступенями давления.

В 1887--1892 П. Д. Кузьминский сконструировал и построил первую в мире газовую реверсивную турбину радиального типа с 10 ступенями давления. Турбина работала на парогазовой смеси, получаемой в созданной опять же Кузьминским в 1894 году камере сгорания -- «газопаророде». Из-за смерти изобретателя испытания турбины не были завершены, но работа оказала заметное влияние на развитие водного транспорта.В 1893 году совместно с инженером Н. Ф. Пашининым Кузьминский работал над проектом прямоточного котла с принудительной циркуляцией и сепаратором пара.

Кузьминский, работая в Болгарии, вместе с другими русскими специалистами проделал большую работу по превращению множества разнокалиберных судов в полноценный флот. Он может считаться «отцом болгарского флота». Примерно так же, как Александр Можайскимй, с которым Кузьминский дружил, фактически стал невольным создателем японского флота.

Турбина Кузьминского

Интересный факт

О болгарском периоде в биографии Кузьминского рассказывают и такую забавную историю. В тот момент когда он в очередной раз находился в море, русско-болгарские отношения сильно ухудшились. Болгарское правительство потребовало от русских офицеров покинуть страну в трехдневный срок, а царь Александр III объявил, что все, кто не успеет покинуть Болгарию в указанный срок, лишатся русского подданства. Кузьминский об этом не знал, и когда он слишком поздно вернулся из плавания и не успел покинуть Болгарию, был лишен российского подданства. Инженер поселился на острове посреди Дуная, на границе Болгарии с Румынией, объявил остров независимым государством, а себя -- царем «Павлом-Первым и единственным» Когда на остров прибывала болгарская полиция, Кузьминский прятался на румынской половине, наоборот. Таким образом, он провел на необитаемом острове почти год. Затем его подданство было восстановлено^.

Принцип работы ГТУ

Газовая турбина (фр. turbine от лат. turbo -- вихрь, вращение) -- лопаточная машина, в ступенях которой энергия сжатого и/или нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Основными элементами конструкции являются ротор (рабочие лопатки, закреплённые на дисках) и статор, именуемый сопловым аппаратом (направляющие лопатки, закреплённые в корпусе).

Газовые турбины используются в составе газотурбинных двигателей, стационарных газотурбинных установок (ГТУ) и парогазовых установок (ПГУ).

Газотурбинная установка состоит из 2-х основных частей: силовая турбина и генератор, которые размещаются в одном корпусе.

Принцип работы газовой турбины состоит в следующем: газ нагнетается в камеру сгорания компрессором, перемешивается с воздухом, формирует топливную смесь и поджигается. Образовавшиеся продукты горения высокой температурой (900-1200 С) проходят через несколько рядов лопаток, установленных на валу турбины, и приводят к вращению турбины. Полученная механическая энергия вала передается через редуктор генератору, вырабатывающему электричество. Работа , потребляемая этим агрегатом , является полезной работой ГТУ.

Газовые турбины описываются термодинамическим циклом Брайтона, в котором сначала происходит адиабатическое сжатие воздуха, затем сжигание при постоянном давлении, а после этого осуществляется адиабатическое расширение обратно до стартового давления. В зависимости от направления движения газового потока газовые турбины подразделяются на осевые и радиальные. К осевым относятся турбины, в которых поток газа движется в основном в плоскости, перпендикулярной оси вращения. В зависимости от числа ступеней газовые турбины подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые.

Тепловая энергия выходящих из турбины газов попадает в теплоутилизатор. Также вместо производства электричества механическая энергия турбины может быть использована для работы различных насосов, компрессоров и т. п. Наиболее используемым видом топлива для газовых турбин является прир. газ, но может использоваться любое горючее (керосин, дизельное топливо).

КПД газовой турбины

Первые газотурбинные установки имели низкий КПД, так как газовые турбины и компрессоры были несовершенны. По мере совершенствования этих агрегатов увеличивался КПД газотурбинных установок и они становились конкурентоспособными по отношению к другим видам тепловых двигателей.

КПД газовой турбины составляет 29 % - 45 %, в зависимости от параметров работы конкретной модели турбины и характеристик топлива. В составе когенерационных систем эффективность возрастает до 90 % в расчете на усл. ед. израсходованного топлива ( по теплопроводной способности ).

Электрический КПД современных газотурбинных установок составляет 33-39%. С учетом высокой температуры выхлопных газов в мощных ГТУ комбинированное использование газовых и паровых турбин позволяет повысить эффективность использования топлива и увеличивает электрический КПД установок до 57-59%.

КПД характеризует эффективность газовых турбин, представляющую собой отношение работы, снимаемой с вала, к располагаемой энергии газа перед турбиной. Эффективный КПД современных многоступенчатых турбин довольно высок и достигает 92--94%.

Газовые турбины обладают хорощими экологическими параметрами.

4.Задача

На легковой автомобиль установлено газовое оборудование (двигатель) мощностью 36 кВт , которое за 1 ч работы израсходовало 14 л газа. Определите КПД двигателя.

Одна из современных газовых турбин

GasTurbineserenkocbetCF6-80C2 LM 6000 GT (Boeing 747,AirbusA300 ilkkez 199…)

Источники информации

газовая турбина установка

1. Интернет: studfile.net

2. Интернет: https://enciklopediya-tehniki.ru/gazovaya-turbina.html

3. Интернет: https://neftegaz.ru/tech-library/elektrostantsii/141737-gazoturbinnaya-ustanovka-gtu/

4. Интернет:https://ru.qwertyu.wiki/wiki/Жgidius_Elling ; https://ru.wikipedia.org/wiki/Барбер,_Джон_(инженер); https://ru-wiki.ru/wiki/Стодола,_Аурель_Болеслав; https://ru.wikipedia.org/wiki/Кузьминский,_Павел_Дмитриевич; https://ru.wikipedia.org/wiki/Газовая_турбина

5. Энциклопедия 50 машин и механизмов, изменивших мир./ О. Я. Леоник./АСТ/2019 г.

6. Интернет: http://wreferat.baza-referat.ru/Газовые_турбины

7. Интернет: https://sptechnika.ru/stroitelnaya-spectexnika/istoriya-gazoturbinnyx-ustanovok-gtu/

8. Интернет:http://www.gigavat.com/gtu_history.php

9. Интернет:https://yandex.ru/search/?text=аурель%20болеслав%20стодола%20ыото%20на%20белом%20фоне&lr=236&clid=9582

10. Интернет: http://idi-online.com/articles/first/turbiny-kuzminskogo

Размещено на Allbest.ru