ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 287
Скачиваний: 2
Рис. 2-30. Продольный разрез установки ГТ-700-5
ном случае газовых турбин, использующих отходящее тепло, для при вода воздушных компрессоров дает значительную экономию в денеж ных средствах. Имеется еще и немало других примеров применения газовых турбин в химической промышленности [7]. В металлургии, как известно, доменные печи потребляют огромное количество сжатого воздуха при давлении примерно 1,24-4,7 бар, вследствие чего мощ ность, затрачиваемая на привод доменных воздуходувок, может дос тигать 20 ООО кВт и больше. Применение газовых турбин, работающих на образующемся при доменном процессе газе, дает возможность не только обеспечить привод этих воздуходувок, но и в определенных условиях вырабатывать одновременно еще значительное количество электроэнергии. Дело в том, что уходящий доменный газ имеет давле ние порядка 1,24-2,5 бар и выше и температуру 4404-550 К при ра боте доменной печи на холодном агломерате. При работе печи на горя чем агломерате температура газа достигает 54 04-620 К- Направлять доменный газ прямо из печи в газовую турбину нельзя вследствие его значительной запыленности. В случае применения тонкой сухой очист ки газа от пыли температура его снижается очень мало по сравнению с вышеуказанными значениями. При мокрой газоочистке, которая сейчас еще широко распространена, температура газа за счет увлаж нения снижается до 304-40° С. При этом газ нужно предварительно подогревать перед поступлением его в турбину. Подогревать газ мож но различными способами, в том числе и путем сжигания СО, содержа щегося в доменном газе в количестве 254-30% по объему. За счет СО
и очень небольших количеств Н 2 и |
СН4 , в сумме |
составляющих |
при |
|
мерно 2%, доменный |
газ имеет теплоту сгорания в среднем 33504- |
|||
4-4200 кДж/нм3 [10]. |
Существует |
сравнительно |
много разных |
схем |
рационального использования доменного газа для работы газовых тур бин. Среди них особое внимание заслуживают схемы с так называе мыми газовыми утилизационными бескомпрессорными турбинами (ГУБТ). Эти турбины работают на избыточном давлении отходящего газа, компрессор в установке в данном случае отсутствует. В результате этого уменьшается стоимость установки, а вся мощность, развиваемая турбиной, за исключением небольших потерь, передается потребителю, например на привод электрогенератора.
На рис. 2-31 показан продольный разрез ГУБТ-6 НЗЛ. Турбина двухступенчатая, активная. Перед первой ступенью имеется поворот ная диафрагма 2, которая служит для регулирования турбины и для перевода ее на холостой ход при внезапном сбросе нагрузки. Турбина выполнена с насадными на вал 4 дисками З и имеет литой корпус / . Вал турбины муфтой 5 соединен с валом электрогенератора 6.
Установке с ГУБТ-6 свойственны следующие основные показатели:
Мощность электрическая N3, |
кВт |
6000 |
Число оборотов турбины п, |
об/мин |
3000 |
Расход газа через турбину G r , нм3 /ч |
150000 |
|
Относительный внутренний к. п. д. турбины r}oi |
0,825 |
|
Расчетное давление газа перед турбиной р н т , бар |
2,4 |
|
Температура газа перед турбиной Тв т , К |
720 |
|
222
На основании расчетов и опыта эксплуатации существующих ГУБТ установлено, что в зависимости от давления доменного газа, схемы и параметров установки с ГУБТ в ней можно выработать 40-f- 200 кВт-ч электроэнергии на 1 т выплавляемого в доменной печи чу гуна. При этом мощность турбины, питаемой газом от одной крупной печи, может достигать 15 000-г-25000кВт[10]. Себестоимость электро энергии получается значительно ниже себестоимости электроэнергии, вырабатываемой на современных мощных конденсационных электро станциях.
Учитывая огромные масштабы доменного производства в нашей стране и то обстоятельство, что большинство доменных печей работа ют сейчас при повышенном давлении газа (^1,7-4-2,5 бар), использо вание избыточного давления доменного газа и содержащегося в нем тепла приобретает очень важное значение для народного хозяйства.
Раздел третий ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Глава 3-1.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О Д В И Г А Т Е Л Я Х ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
§ 3-1. Области применения и классификация двигателей внутреннего сгорания
В двигателях внутреннего сгорания топливо сгорает непосредст венно внутри цилиндра двигателя и рабочим телом являются газооб разные продукты сгорания. Получающееся в результате горения тепло превращается в механическую работу в рабочем цилиндре посредст вом передачи поршню работы расширения газов. Отсутствие в двига телях внутреннего сгорания промежуточного рабочего тела (водяного пара) и возможность проведения процесса преобразования тепла в механическую работу при высокой разности термодинамических по тенциалов (температура газов при сгорании 18004-2700 К и в конце расширения 8004-1500 К) обусловливают получение в двигателях внутреннего сгорания в отношении преобразования теплоты в меха ническую работу наибольшего коэффициента полезного действия среди всех других видов тепловых двигателей, используемых в промышлен ности в настоящее время.
Наличие промежуточного рабочего тела в паротурбинной установ ке приводит к снижению коэффициента использования энергии, т. е. к потере работоспособности тепла, выделившегося в результате сго рания топлива, за счет необратимости при передаче тепла к воде и пару. Температура пара по сравнению с температурой газов в топке более низкая, поэтому работоспособность пара значительно ниже ра ботоспособности газов, получающихся непосредственно в процессе сгорания в топке.
Основные преимущества теплоэнергетических установок с двигате лями внутреннего сгорания по сравнению с паровыми сводятся к сле дующему: а) отсутствие котельной и конденсационной установки с большим количеством вспомогательных устройств; б) быстрый за пуск установки, т. е. готовность к действию; в) малые габариты и меньший вес установки с двигателями внутреннего сгорания для мощ ностей примерно до 20 тыс. кВт.
Удельные веса современных двигателей внутреннего сгорания изменяются в следующих пределах:
Тихоходные дизели |
30-Н70 |
кг/кВт |
Быстроходные дизели (судовые, |
стационарные, тран- |
|
спортные) |
2-^-30 кг/кВт |
|
Карбюраторные двигатели |
0,5-Нб |
кг/кВт |
Эффективный коэффициент полезного Действия це различных типов тепловых двигателей находится в следующих пределах:
8—559 |
225 |
Паротурбинные |
установки мощностью |
до |
100 |
тыс. кВт |
||||
без промперегрева (давлением пара р — 90 |
бар |
и темпе |
||||||
ратурой |
t |
= |
480-7- 535°С) |
|
|
|
24-7-26% |
|
Паротурбинные |
установки мощностью |
150—200 тыс. |
кВт |
|||||
с промперегревом (давлением пара р = 130 бар и |
тем |
|||||||
пературой |
t |
= 565/565°С) |
|
|
|
354-37% |
||
Паротурбинные |
установки |
мощностью 300 -г 800 |
тыс. |
кВт |
||||
с промперегревом (давлением пара р = 240 |
бар, темпе - |
|||||||
ратурой |
/ = |
565/565°С |
и t = 540/540°С) |
|
|
394-41% |
||
Газотурбинные установки |
без регенерации |
|
|
20-7-26% |
||||
Газотурбинные |
установки |
с регенерацией |
|
|
30-^34% |
|||
Карбюраторные двигатели |
|
|
|
|
22-т-30% |
|||
Дизели |
|
|
|
|
|
|
|
35-7-42% |
Комбинированные турбопоршневые двигатели |
|
|
38-7-45% |
|||||
Основными недостатками двигателей внутреннего сгорания явля ются: а) необходимость применения в них только высококачественно го жидкого и газового топлива и невозможность применения твердого топлива; б) трудность создания двигателей внутреннего сгорания в одном агрегате мощностью более 504-100 тыс. кВт; в) больший вес энергетических установок с двигателями внутреннего сгорания по сравнению с паротурбинными установками при мощности более 204-40 тыс. кВт.
В связи с этим в современных крупных тепловых электростанциях применяются лишь паротурбинные установки.
Высокая по сравнению с другими типами тепловых двигателей экономичность двигателя внутреннего сгорания, возможность по стройки их в весьма большом диапазоне мощностей (0,54-40 тыс. кВт) с относительно малым весом и габаритными размерами, быстрое при ведение в действие обусловили их широкое распространение в самых различных отраслях промышленности, транспорта и сельского хо зяйства. В стационарных установках двигатели внутреннего сгорания нашли широкое распространение на мелких электростанциях, в про
мышленных энергетических |
установках |
заводов, фабрик, |
рудников, |
в элеваторах, на мельницах, |
водокачках |
и в оросительных |
системах; |
они применяются как силовые агрегаты передвижных электростан ций, компрессорных и насосных станций, в установках связи и раз личных мастерских; используются на строительных и дорожных ма шинах, при бурении нефтяных скважин, для привода средств меха низации сельского хозяйства и т. д. На железнодорожном транспорте двигатели внутреннего сгорания также находят самое широкое при менение; как известно, в нашей стране уже с 1956 г. прекращено про изводство паровозов, и машиностроительные заводы перешли на строи тельство тепловозов и электровозов. В 1970 г. в Советском Союзе в основном был завершен перевод железных дорог на тепловозную и электровозную тягу. В качестве силовых агрегатов средств безрельсо вого транспорта — автомобилей, тракторов, мотоциклов, самоходных комбайнов — используются исключительно двигатели внутреннего сгорания.
В судовых установках (на быстроходных катерах, моторных лод ках, буксирных и нефтеналивных судах) преимущественно применя ются двигатели внутреннего сгорания. Они получили широкое
226
распространение на грузовых и товаро-пассажирских судах (теплохо дах и теплоэлектроходах), ледоколах, рефрижераторных, рыболов ных и других судах морского и речного флота. В судовых установках используются разнообразные типы двигателей внутреннего сгорания. Для водного транспорта требуются двигатели от самых малых до очень крупных, развивающих мощность в несколько десятков тысяч кило ватт. Водный транспорт (морской и речной) является наиболее широ кой областью для применения двигателей различных конструкций, мощностей, чисел оборотов, моторесурсов, габаритов. Поэтому в чис ле судовых двигателей представлены различные типы двигателей внутреннего сгорания, работающих на жидком топливе и на сжижен ном газе.
ДВигатели.
|
|
Внутреннего сгорания |
|
|
|
ДВи жтели. с Внутренним |
ДВигатпепи с Внешним |
|
|||
смесеоВразоВанием |
|
смесеоВразоВанием |
|
||
|
Турдопорисне - |
ДВигатели с ВпрыДВигатели. с |
КарВю - |
ГазоВыь |
|
|
Вые комВини - |
ском В цилиндр |
ВВуВанием В |
||
|
роВанные дви |
жидкого легко - |
цилиндр газо - |
раторные |
ЗВига- |
Д изели |
испаряющегося |
8ого топлиВа |
двигате |
тели |
|
гатели. |
топлиВа |
|
ли |
|
|
ПреВкамерные |
Вихре - |
ДВигатели с |
|
|
|
ЗВигатели |
камерные |
однокамерным |
|
|
|
смесеоВразо - |
|
|
|
||
|
ЗВигатели |
Ванием |
|
|
|
Рис. 3-1. Классификация двигателей |
внутреннего |
сгорания |
|
||
Классификация двигателей внутреннего сгорания может про водиться по следующим основным признакам.
1. По способу смесеобразования (рис. 3-1): а) двигатели с внеш ним смесеобразованием, в которых топливо с воздухом смешиваются вне цилиндра двигателя и в цилиндр подается готовая горючая смесь; б) двигатели с внутренним смесеобразованием, в которых воздух и топливо в цилиндр двигателя подаются раздельно, а смешение топлива с воздухом происходит внутри рабочего цилиндра.
С внешним смесеобразованием работают карбюраторные и четы рехтактные газовые двигатели; с внутренним смесеобразованием рабо тают дизели, турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия
инекоторые двухтактные газовые двигатели.
2.По способу воспламенения рабочей смеси: а) двигатели с искро вым зажиганием; б) двигатели с воспламенением от сжатия.
8* |
227 |
С искровым зажига нием работают карбюра торные и газовые двига тели, с воспламенением от сжатия — дизели и турбопоршневые дви гатели .
3. По роду приме няемого топлива: а) двигатели, работающие на легком жидком топ ливе (бензин); б) двига тели, работающие на тяжелом жидком топли ве (дизельное топливо); в) двигатели, работаю щие на газовом топли ве.
4.По способу осу ществления зарядки цилиндра: а) четырех тактные двигатели; б) двухтактные двигате ли.
5.По роду осущест вляемого цикла: а) дви гатели, работающие по изохорному циклу; б) двигатели, работающие
по смешанному |
циклу; |
в) двигатели, |
работаю |
щие по комбинирован ному циклу.
6. По средней ско рости поршня: а) тихо ходные двигатели (сред няя скорость поршня Ст < 6,5 м/с); б) быст роходные двигатели (средняя скорость порш ня Ст > 6,5 м/с).
7. По конструктив ному расположению цилиндра (рис. 3-2):
а) |
рядные |
(схемы |
1,2); |
|
б) |
вертикальные |
(схемы |
||
1,11,12,14,16); |
в) |
гори |
||
зонтальные |
(схема |
2); г) |
||
V-образные |
(схемы 3, |
|||
13); д) |
W-образные (схема 4); е) |
Н-образные |
(схема |
7); ж) Х-об- |
|||
разные |
(схема 8); з) звездообразные (схема |
9) |
и т. д. |
|
|||
8. |
По назначению: а) стационарные; б) |
судовые; |
в) |
тепловозные; |
|||
г) тракторные; д) автомобильные; |
е) авиационные; |
ж) |
мотоциклет |
||||
ные; |
з) |
специальные. |
|
|
|
|
|
§ 3-2. Принципиальные схемы осуществления рабочих процессов в поршневых двигателях внутреннего
сгорания
В двигателях внутреннего сгорания внутри цилиндра поршень имеет возвратно-поступательное движение. При этом в цилиндре по следовательно осуществляется рабочий процесс (цикл). Для обеспе чения беспрерывной работы двигателя необходимо за каждый цикл заполнить цилиндр зарядом, сжать этот заряд, произвести сжигание, расширение и удаление продуктов сгорания. Часть рабочего процес-
1'гпакт |
2 такт |
Зтакт |
4 такт |
Рис. 3-3. Схемы работы четырехтактного дизеля
са, происходящего за один ход поршня, называют тактом. Двигате ли внутреннего сгорания бывают четырехтактные и двухтактные.
В четырехтактном двигателе весь рабочий процесс происходит за четыре хода поршня, т. е. за два оборота коленчатого вала, в двух тактном двигателе — за два хода поршня, т. е. за один оборот колен-
229
