Андрей Смирнов
Время чтения: ~22 мин.
Просмотров: 0

Газотурбинный двигатель: устройство и принцип работы

Современные газотурбинные установки для производства электроэнергии и тепла

Такое оборудование, как газотурбинные установки для производства электроэнергии и тепла, оказываются в эпицентре внимания уже не первый год. Эта аппаратура пользуется большим спросом, и в отечественных погодных условиях это оказывается вполне закономерным, особенно в холодный сезон.

Такое оборудование приносит двойную пользу, генерируя и столь необходимое тепло, и еще более нужное электричество, и потому его приобретение, как и работы над ним с целью усовершенствования, оказываются делом актуальным.

Спрос стимулирует новые разработки, и новейшие образцы высокопроизводительной аппаратуры заменяют старые – прогресс в этой сфере неостановим, и потому газотурбинные установки для производства электроэнергии и тепла становятся очень широкой темой. В силу ее специфичности найти необходимую информацию о новых разработках или сделать известными и популярными собственные открытия в данном направлении бывает совсем не просто, но необходимость в этом при работе в данной сфере может быть очень острой.

В такой ситуации весьма выручают профильные мероприятия, такие как выставки.

Комбинация производства тепла и электричества оказывается сегодня одним из ведущих направлений в деле энергосбережения и рационализации. Ведь именно таким образом, при комбинировании этих двух производственных процессов, удается использовать топливо наиболее экономичным и целесообразным образом, особенно в ситуации, когда потребление тепла становится актуальным в круглогодичном режиме.

На сегодняшний день возрастает интерес к малой энергетике, которая становится в ряде случаев оптимальной альтернативной для энергоснабжения централизованного типа, потому как автономные источники подчас оказываются эффективнее и экономичнее централизованных, и в таких условиях подобные установки выходят на первый план.

На сегодняшний день наиболее приоритетным решением в области энергоэкономии на территории России выступает именно децентрализация источников. Точно так же дело обстоит у зарубежных коллег, только в европейских странах процент внедрения таких технологий приближается к отметке в 20-25 процентов, а в России же он не превышает 0.5 процентов от общей доли.

В России выработка электроэнергии выполняется по большей части из ископаемого топлива, и в рамках централизованной сети присутствует более 600 теплоэлектростанций, которые дают более 70 процентов энергии.

В условиях растущего спроса на энергии строятся новые станции, и при этом многие сети имеют массу проблем с высоким показателем энергопотери при производстве и доставке потребителю, а кроме того, присутствует немало долгов со стороны потребителей, что тоже создает дополнительные проблемы.

Существуют даже неучтенные потребители и целый ряд других проблем, которые делают централизованные сети малоэффективными и создают отрасли сложности.

На данный момент в сфере отечественной теплоэнергетической отрасли создаются и прорабатываются эффективные технологии в дополнение уже существующим централизованным вариантам создания тепла и продуцирования электроэнергии.

И буквально до последних лет все эти виды энергии производились в России раздельным образом, либо в рамках ТЭЦ на паротурбинных генераторах.

Малые ТЭЦ на основе современных технологий становятся прекрасным решением проблемы даже при условии дефицита денежных средств, что и делает это направление перспективным.

Реализовывать проекты такого типа можно даже на основе тех котельных, что уже работают по старому принципу. И для этого достаточно будет начать использование газотурбинных установок нового образца.

Новые технологии способны увеличить производительность и обеспечить экономию, предоставляя потребителю все необходимое. Выставки же дают все возможности для изучения этих новых перспективных технологий и их широкого внедрения.

Устройство паровой турбины и принцип работы

Здесь важно сказать о том, что паровая турбина использует два различных принципа работы, которые зависят от ее устройства. Первый принцип называют активными турбинами

В этом случае, имеются в виду устройства, у которых расширения пара осуществляется только в неподвижных соплах, а также до поступления его на рабочие лопатки

Первый принцип называют активными турбинами. В этом случае, имеются в виду устройства, у которых расширения пара осуществляется только в неподвижных соплах, а также до поступления его на рабочие лопатки.

Устройство паровой турбины и принцип работы второго типа называют реактивным. К таким агрегатам относят те, у которых расширение пара происходит не только до вступления его на рабочие лопатки, но и во время прохождения между таковыми. Еще такие устройства называют работающими на реакции. Если падения тепла в соплах составляет примерно половину от общего теплопадения, то турбину называют также реактивной.

Если рассматривать устройство паровой турбины и ее основных элементов, то нужно обратить внимание на следующее. Внутри турбины происходит такой процесс: струя жидкости, которая направляется на лопатку, будет оказывать на нее давление, которое будет зависеть от таких параметров, как расход, скорость при входе, а также при выходе на поверхность, форма поверхности лопатки, угол направления струи по отношению к данной поверхности

Здесь важно отметить, что при такой работе вовсе не нужно делать так, чтобы поток воды бил о лопатку. Напротив, в устройствах паровых агрегатов этого принято избегать, и чаще всего делают так, чтобы струя плавно обтекала лопатку

Отличия газотурбинных установок закрытого и открытого типа

Главное отличие газотурбинных установок закрытого типа от открытого основывается на том, что в первом случае нет камеры сгорания, а применяется нагреватель. Тут происходит нагрев воздуха, при этом, он не участвует в самом процессе образования тепла.

Такое оборудование выполняют исключительно с горением, при неизменной величине давления. Применяется тут органическое либо ядерное топливо.

В ядерных агрегатах используют не воздух, а гелий, углекислый газ либо же азот. К преимуществам такого оборудования можно отнести возможность применять тепло атомного распада, которое выделяется в атомных реакторах.

Благодаря большой концентрации «рабочего тела» стало возможно добиться высоких показаний коэффициента теплоотдачи внутри самого регенератора. Это способствует и повышению уровня регенерации при небольших размерах. Однако такое оборудование широкого применения пока не получило.

Правильное применение

Что же, без недостатков ни одна система не обходится

Важно найти такое применение каждой из них, при котором ярче проявятся ее достоинства. Например, танки, такие как американский «Абрамс», в основе силовой установки которого – газовая турбина

Его можно заправлять всем, что горит, от высокооктанового бензина до виски, и он выдает большую мощность. Пример, возможно, не очень удачный, так как опыт применения в Ираке и Афганистане показал уязвимость лопаток компрессора к воздействию песка.

Ремонт газовых турбин приходится производить в США, на заводе-изготовителе. Отвести танк туда, потом обратно, да и стоимость самого обслуживания плюс комплектующие…

Вертолеты, российские, американские и других стран, а также мощные быстроходные катера в меньшей степени страдают от засорений. В жидкостных ракетах без них не обойтись.

Современные боевые корабли и гражданские суда также имеют газотурбинные двигатели. А еще энергетика.

История создания

Идея использовать энергию горячего газового потока была известна еще с древних времен. Первый патент на устройство, в котором были представлены те же основные составляющие, что и в современных ГТУ, был выдан англичанину Джону Барберу в 1791 году. Газотурбинная установка включала в себя компрессоры (воздушный и газовый), камеру сгорания и активное турбинное колесо, но так и не получила практического применения.

В 19-м и начале 20-го века многие ученые и изобретатели всего мира разрабатывали установку, пригодную для практического применения, но все попытки были безуспешными ввиду низкого развития науки и техники тех времен. Полезная мощность, выдаваемая опытными образцами, не превышала 14% при низкой эксплуатационной надежности и конструктивной сложности.

Впервые газотурбинные установки электростанций были использованы в 1939 году в Швейцарии. В эксплуатацию была введена электростанция с турбогенератором, выполненным по простейшей схеме мощностью 5000 кВт. В 50-х годах эта схема была доработана и усложнена, что позволило увеличить КПД и мощность до 25 МВт. Производство газотурбинных установок в промышленно развитых странах сформировалось в единый уровень и направление развития по мощностям и параметрам турбоагрегатов. Суммарная мощность выпущенных в Советском Союзе и России газотурбинных установок исчисляется миллионами кВт.

Основные типы турбин

На кораблях в основном использовались турбины Парсонса (реактивного типа) и турбины Кертиса (активного типа). Турбины этих типов различались по принципу расширения пара. Турбины также разделяли по назначению: на главные и вспомогательные. Главные были конденсационные с выпуском всего отработавшего пара в конденсатор, они приводили в движение гребной винт непосредственно или через редуктор. Вспомогательные турбины служили приводами различных насосов, генераторов и вентиляторов. Главные турбины были двухкорпусными — низкого и высокого давлений. Каждая турбина состоит из нескольких ступеней (ступень — два ряда смежных лопаток, закрепленных соответственно в корпусе и на барабане), которые могут быть или ступенями скорости или ступенями давления. В корпусе турбины низкого давления находятся лопатки заднего хода. Если судно оснащено гребным винтом с переменным шагом, то нет необходимости ставить турбину низкого давления. В настоящее время паровые турбины могут использоваться вкупе с ядерной энергетической установкой.

Турбина Кертиса

Простейшая одноступенчатая паровая турбина состоит из следующих основных частей: сопла, вала и диска с рабочими лопатками, закрепленными на ободе диска. Вал вместе с диском составляет важнейшую часть турбины и носит название ротора.

Ступень активной паровой турбины. 1 — направляющие лопатки; 2 — рабочие лопатки; 3 — вал ротора.

Ротор заключен в корпусе турбины. Шейки вала лежат в опорных подшипниках.
Расширение пара от начального до конечного давления происходит в одном сопле или группе сопл, закрепленных в корпусе перед рабочими лопатками вращающегося диска. В соплах срабатывается перепад тепла, который затрачивается на получение кинетической энергии паровой струи.
В процессе расширения скорость пара возрастает. В каналах рабочих лопаток происходит снижение скорости; кинетическая энергия пара снижается. При воздействии струи пара на рабочие лопатки часть его кинетической энергии преобразуется в механическую работу на валу ротора турбины.
То есть в активной турбине весь процесс расширения и, следовательно, ускорения пара идет только в неподвижных каналах (соплах), а на рабочих лопатках происходит только превращение кинетической энергии в механическую работу без дополнительного расширения паровой струи.

Ступень реактивной паровой турбины.

Турбина Парсонса

По иному принципу работает турбина Парсонса или реактивная турбина. Свежий пар к лопаткам турбины поступает из кольцевой камеры подвода пара. В неподвижной корпусе и на внешней стороне вращающегося барабана ротора закреплены соответственно направляющие и рабочие лопатки, образующие камеры для прохода пара. Из камеры пар, протекая через межлопаточные каналы, поступает в выпускной патрубок . Расширение пара происходит во всех межлопастных каналах, как подвижных, так и неподвижных.
Сначала свежий пар из камеры поступает в каналы первого ряда направляющих лопаток, закрепленных в корпусе. Из каналов неподвижных направляющих лопаток первого ряда пар поступает в каналы первого ряда рабочих лопаток, закрепленных на вращающемся барабане. Из каналов рабочих лопаток первого ряда пар направляется в каналы неподвижных лопаток второго ряда и так далее, проходя последовательно через каналы всех рядов направляющих и рабочих лопаток. Общий перепад тепла в ступенях распределяется примерно равномерно.

Российский машиностроительный лидер ОДК

России, в отличие от многих других независимых государств, образовавшихся после распада СССР, удалось в значительной мере сохранить машиностроительную промышленность. В частности, производством силовых установок особого назначения занимается фирма «Сатурн». Газовые турбины этой компании находят применение в судостроении, сырьевой отрасли и энергетики. Продукция высокотехнологична, она требует особого подхода при монтаже, отладке и эксплуатации, а также специальных знаний и дорогостоящей оснастки при плановом обслуживании. Все эти услуги доступны заказчикам фирмы «ОДК — Газовые турбины», так сегодня она называется. Таких предприятий в мире не так уж много, хотя принцип устройства главной продукции на первый взгляд несложен. Имеет огромное значение накопленный опыт, позволяющий учитывать многие технологические тонкости, без чего добиться долговечной и надежной работы агрегата невозможно. Вот лишь часть ассортимента продукции ОДК: газовые турбины, электростанции, агрегаты для перекачки газа. Среди заказчиков – «Росатом», «Газпром» и другие «киты» химической промышленности и энергетики.

Изготовление таких сложных машин требует в каждом случае индивидуального подхода. Расчет газовой турбины в настоящее время полностью автоматизирован, но имеют значение материалы и особенности монтажных схем в каждом отдельном случае.

А начиналось все так просто…

Принципиальные схемы ГТУ

Сущестнует большое число теоретически обоснованных схем и циклов ГТУ. Однако только некоторые из них получили практическое применение. Часть из них рассмотрим.

Рис. 5. Простой цикл, одновальная ГТУ

Рис. 6. Регенеративный цикл, одновальная

ГТУ: 1 — регенератор; 2 — компрессор; 3 — камера сгорания;

4 — турбина; 5 — нагнетатель (нагрузка)

В одновальной ГТУ открытого простого цикла (рис. 5) рабочее тело (воздух) поступает в компрессор 1 из атмосферы, сжимается и направляется в камеру сгорания 2, в которой происходит его нагревание до определенной температуры. Затем рабочее тело (воздух) поступает в турбину 3, где расширяется, производя работу, и выбрасывается в атмосферу. Особенностью этого цикла является то, что компрессор, турбина и центробежный нагнетатель 4 (нагрузка) соединены механически. Центробежный нагнетатель с приводом от одновальной ГТУ может работать только в сравнительно узком диапазоне расходов газа.

В открытом цикле рабочее тело (воздух) поступает в ГТУ из атмосферы и выбрасывается в атмосферу. В замнутом цикле рециркуляция рабочего тела (воздуха) осуществляется без связи с атмосферой.

В одновальной ГТУ регенеративного цикла (рис. 6) дополнительно применен регенератор — теплообменник, передающий тепло от выхлопных газов рабочему телу (воздуху) до его поступления в камеру сгорания. Регенеративный цикл — термодинамический цикл с использованием тепла отработавшего рабочего тела. Состоит он из следующих друг за другом сжатия, регенеративного подогрева, горения, расширения и регенеративного охлаждения рабочего тела (теплопередачи от отработавшего газа к рабочему телу за компрессором). В целях расширения диапазона регулирования и устойчивой работы применяют схему многовальной ГТУ или с разрезным валом (рис. 7). Такая ГТУ имеет по крайней мере две турбины, камеру сгорания 2, работающие на независимых валах. Компрессор 1 приводится турбиной высокого давления (ТВД) 3, а силовая турбина (турбина низкого давления или ТНД) 4 обеспечивает привод нагнетателя 5 (нагрузки). Газотурбинная установка с разрезным валом обеспечивает любой режим работы газопровода без понижения давления нагнетания, так как, изменяя скорость вращения силового вала ТНД, можно привести в соответствие мощность, потребляемую нагнетателем, с полезной мощностью установки.

В ГТУ регенеративного цикла с разрезным валом появляется дополнительный элемент — регенератор, который выполняет те же функции, что регенератор одновальной ГТУ (см. рис. 6).

Рабочий процесс в многовальной ГТУ со ступенчатым сжатием и ступенчатым сгоранием топлива отличается от рабочего процесса других ГТУ тем, что воздух сжимается с промежуточным охлаждением, а горение происходит в двух камерах сгорания, расположенных перед каждой турбиной (рис. 8). При одинаковой производительности и степени сжатия в установке с промежуточным охлаждением затраты работы на сжатие в компрессорах низкого и высокого давлений (КНД и КВД) меньше, чем в установке без охлаждения. Применение ступенчатого сгорания приводит к некоторому повышению к л.д. установки. Но в такой установке усложняются топливная и масляная системы, создается более развернутая сеть воздуха и газопроводов, что увеличивает габариты и массу установки. Поэтому на КС не нашли практическое применение схемы ГТУ со ступенчатым сгоранием. Используют в основном ГТУ, выполненные по простому регенеративному (например, ГТК-10) или безрегенеративному циклу (например, ГТН-16) с разрезным валом.

Рис. 7. Простой цикл, ГТУ с разрезным валом с отдельной силовой турбиной

Рис. 8. Цикл с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом, многовальная ГТУ с потребителем полезной мощности на валу низкого давления: 1 — камера сгорания; 2 — промежуточный холодильник; 3 — камера сгорания промежуточного подогрева; 4 — нагнетатель (нагрузка)

Использование — газовая турбина

Использование газовой турбины в качестве двигателя для тепловоза может явиться одним из эффективных путей при усовершенствовании локомотивной тяги, особенно в случае разрешения проблемы сжигания в турбине пылевидного топлива.

Использование газовой турбины для привода доменных воздуходувок позволяет сэкономить несколько миллионов тонн условного топлива в год. Применив ее на тепловых электростанциях, можно сократить расход металла на сооружение станции и ее оборудование в 34 раза, уменьшить кубатуру здания в 2 раза, сократить потребность в охлаждающей воде в 4 — 5 раз. Использование газотурбинного двигателя на железнодорожном транспорте позволит создать мощный локомотив, более экономичный, чем паровоз.

Использование газовых турбин в энергетическом хозяйстве представляет большой интерес.

Использование газовых турбин в энергетике многих стран объясняется их маневренностью, быстротой запуска ( за 1 — 1 5 минуты), что очень важно при быстром увеличении нагрузок в утренние и особенно в вечерние часы.

В случае использования газовой турбины или дизельного двигателя возникает необходимость регулирования многочисленных параметров топливной системы двигателя.

Прежде чем рассматривать использование газовой турбины в качестве основного двигателя в нефтяной промышленности, мы хотели бы привести некоторые данные из опыта эксплуатации газовых турбин на тяжелом нефтяном топливе.

Богатые перспективы для использования газовых турбин имеются в металлургической промышленности, в особенности в доменном производстве. Доменное производство большей частью является весьма емким потребителем как сжатого воздуха, так и электрической энергии, поэтому здесь возможны различные варианты целесообразного применения газовых турбин. Помимо чисто энергетического использования они могут служить также приводом для доменных воздуходувок. В этом случае газотурбинные установки органически увязываются с общим технологическим циклом. Сжигая отходящие газы доменного производства, они выдают необходимое количество воздуха для доменного процесса, причем использование доменного газа в газовых турбинах оказывается более экономичным, чем сжигание его в топках паровых котлов.

Схема возбуждения генератора.

Силовая преобразовательная техника и использование газовых турбин в качестве первичных двигателей позволяют по-новому подойти к структурным схемам электроснабжения мотор-колес. Технико-экономические расчеты показывают, что в этом случае может оказаться весьма эффективным применение высокочастотных генераторов переменного тока со скоростью вращения 8 000 — 12000 об / мин.

Схема использования газотурбинной установки фирмы Броун Бовери в процессе производства слабой азотной кислоты.

Особенно благоприятные условия для использования газовых турбин имеются в химической промышленности, так как в ней имеются технологические процессы, требующие большого количества сжатого воздуха и выделяющие большое количество тепла при реакциях. К середине 1959 г. во всей химической промышленности работало 35 газотурбинных установок: 33 приводные общей мощностью 145 800 л. с. и две энергетические общей мощностью 15 000 кет.

IV. Пример конструкции газовой турбины.

Это достижение открывает возможность использования газовых турбин для силовых установок в тех случаях, когда в распоряжении имеется жидкое топливо или горючие газы.

Схема турбореактивного авиационного двигателя.

Однако значительные перспективы к использованию газовой турбины на электрических станциях откроются, когда будет найден способ полной очистки продуктов горения твердого топлива от золы.

Судовые газотурбинные установки

ГТУ активно используются и на судах. Их эксплуатация приносит довольно неплохие результаты. Таким образом, увеличивается полезное водоизмещение, скорость самого судна и дальность его плавания. Данное устройство успешно конкурирует во флоте с аналогичным дизельным и паротурбинным оборудованием.

СГУ более компактная, ремонтопригодна, лучше адаптирована для автоматизации и обладает небольшим удельным весом.

Также, корабельные газотурбинные установки могут использоваться совместно с другими типами энергетических установок. Служат они для обеспечения хода самого судна и обеспечения необходимым видом энергии (электронной, тепловой и т.д.). Самыми характерными чертами данных установок является простое обслуживание, небольшой вес и безотказная работа.

Данные устаноки классифицируются согласно используемого вида топлива на: органические и ядерные. Все такие установки между собой отличаются габаритами, весом, приспособленностью к автоматизации, ремонтопригодностью и дистанционным управлением.

Использование газотурбинных установок на судах впервые было применено в 1961 году в России. Тогда в состав силовой установки входили четыре свободно-поршневые генераторы. С их помощью вырабатывался газ для турбины, мощность которой составляла 3800 л.с.

Сегодня же победу одержали дизельные суда, но большинство мирового тоннажа осуществляют теплоходы. Кроме этого, активно развивается строение и спуск на воду судов-гигантов, супертанкеров, круизных лайнеров и т.д.

Для того чтобы такие судна смогли набирать нужную скорость одного дизельного двигателя сгорания крайне мало. И тогда остро стаёт вопрос о применении СГУ.

Сегодня газотурбинные двигатели устанавливаются в основном на кораблях, относящихся к военно-морскому флоту. Применение их на коммерческих суднах было не оправдано. Обусловлено это небольшим коэффициентом полезного действия и отсутствием реверса.

Но ГТУ можно использовать и в качестве дополнительных двигателей на тех судах, которые имеют винтовые крылья либо же воздушную подушку.

Газовая турбина Николы Тесла

Знаменитый ученый-изобретатель всегда подходил к изучаемым вопросам нестандартно. Для всех казался очевидным тот факт, что колеса с лопатками или лопастями «улавливают» движение среды лучше, чем плоские предметы. Тесла, в свойственной ему манере, доказал, что если собрать роторную систему из дисков, расположениях на оси последовательно, то за счет подхватывания пограничных слоев потоком газа, она будет вращаться не хуже, а в некоторых случаях даже лучше, чем многолопастный пропеллер. Правда, направленность подвижной среды должна быть тангенциальной, что в современных агрегатах не всегда возможно или желательно, но зато существенно упрощается конструкция, — в ней совершенно не нужны лопатки. Газовой турбины по схеме Тесла пока не строят, но возможно, идея лишь ждет своего времени.

Схема газотурбинной установки с разомкнутым циклом

Схема газотурбинной установки с разомкнутым циклом выглядит следующим образом: топливо подается в газовую горелку (форсунки), располагаемой внутри жаропрочной трубы. Туда нагнетается и воздух, после чего осуществляется процесс сгорания топлива.

Таких труб несколько и располагаются они концентрически. Поступает воздух в имеющиеся между ними зазоры, создавая защитный барьер и препятствуя выгоранию.

Благодаря трубам и потоку воздуха камера находится в надежной защите от перегревания. При этом на выходе температура газов ниже, чем у самого топлива.

Металл может выдерживать 1000 – 1300°С. Именно такие показатели температуры газов камеры и присутствуют в современных газотурбинных аппаратах.

Технико-экономическое обоснование применения ГТУ-ТЭЦ

Самым эффективным способом энергоснабжения и энергосбережения в мировой практике признан способ комбинированного производства электрической и тепловой энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). При этом для производства электрической энергии в газотурбинных установках используется природный газ, а для производства тепловой энергии — низкопотенциальная теплота отработавшего в турбине газа. За счёт утилизации этого тепла покрывается более 7% годовой потребности в тепловой энергии. Водогрейные котлы, в топках которых сжигается природный газ, используются, как правило, для снятия пиковых тепловых нагрузок в наиболее холодные периоды отопительного сезона и обеспечивают выработку до 3% годовой потребности.

ГТУ малой и средней мощности (от 2,5 до 30 МВт) найдут применение при реконструкции и модернизации систем энергоснабжения промышленных предприятий области, систем теплоснабжения ЖКХ. Газотурбинные установки большой мощности (до 100 МВт и более) целесообразно использовать в системах централизованного теплои электроснабжения крупных городов и горно-металлургического комплекса области.

В настоящее время известно много технологических схем ГТУ, каждая из которых учитывает специфику их применения и предъявляемые к ним требования. Они отличаются друг от друга экономичностью, параметрами и формой теплоносителя, но основная идея высокоэффективного применения ГТУ — утилизация теплоты выхлопных газов (комбинированная схема) на ГТУ-ТЭЦ.

Основными преимуществами газотурбинных электростанций являются:

  • низкий удельный расход условного топлива на производство электроэнергии (150–180 г/ кВт·ч) по сравнению с действующими ГРЭС (360–390 г/ кВт·ч);
  • меньшие на 30–7% удельные капитальные вложения;
  • сокращённые в два-три раза сроки строительства;
  • низкая удельная численность эксплуатационного персонала;
  • пониженные в два-три раза выбросы вредных веществ в окружающую среду;
  • отсутствие потребности в системах технического водоснабжения;
  • максимальная приближённость к потребителю (не требуется весьма дорогостоящее строительство дополнительных ЛЭП и подстанций 110–500 кВ);
  • значительное сокращение затрат в газодобывающую отрасль и магистральные газопроводы.

При реконструкции существующих котельных дополнительную экономию можно получить путём внедрении комбинированной схемы производства энергии за счёт уменьшения затрат на строительство подъездных путей, здания для ГТУ-ТЭЦ, систем топливоподачи и дымоудаления, водоподготовительной установки и пр.

Один из показателей энергетической эффективности ТЭЦ — удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении; её зависимость на ГТУ-ТЭЦ от КПД газовой турбины представлена на рис. 1.

Применение современных газотурбинных технологий и высокий уровень их самоокупаемости положительно влияет как процесс привлечения инвестиций, так и на наращивание степени надёжности и экономичности основных производств области: сельскохозяйственные перерабатывающие предприятия, горнометаллургический комплекс и др.

В городе Белгороде построены и действуют две газотурбинные ТЭЦ с утилизацией теплоты отработавших газов в котлах-утилизаторах на ГТУ-ТЭЦ «Луч» и на Белгородской ТЭЦ мощностью каждой по 60 МВт (2×30 МВт).

«Минус» и «плюс» мотора

Газотурбинный агрегат способен вырабатывать большой момент, а значит повышенные показатели мощности. Для охлаждения сопутствующих элементов нет каких-либо устройств, поскольку соприкасающихся поверхностей мало. В то же время, подшипников используется не много, а качество деталей свидетельствует о надёжности и безотказности агрегата.

Отрицательный аспект, это дороговизна используемых материалов при изготовлении деталей и, как следствие, немалые вложения в починку механизма. Несмотря на недостатки, конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется.

Газотурбинный двигатель используют в авиации, на автомобилях установку применяют как эксперимент. Это произошло по причине постоянной потребности в охлаждении газов, поступающих на лопатки турбины. Это снижает полезное действие агрегата, увеличивая потребление горючего.

Главные преимущества мотора:

  • Пониженная степень загрязнения выхлопных газов;
  • Починка простая и лёгкая (не содержит расходных материалов);
  • Отсутствие вибрации;
  • Пониженный шум при эксплуатации агрегата;
  • Повышенные характеристики импульса;
  • Включение и отклик на педаль акселератора без задержек;
  • Повышено соотношение мощности и веса.

Танковая установка «ГТД-1500»:

Применение — газовая турбина

В первую очередь целесообразно применение газовых турбин на грузовых автомобилях и больших автобусах, где необходима мощность в несколько сотен лошадиных сил.

Особый интерес представляет область применения газовых турбин, которые за последние пятнадцать лет приобрели большое техническое значение в результате успехов в компрессоростроении.

Прогрессивным направлением в производстве HNO3 является применение газовой турбины для регенерации энергии из горячих нитрозных газов; таким путем удается свести расход электроэнергии до минимума и даже получать HNO3 без дополнительной затраты энергии.

Можно привести еще ряд возражений против применения газовой турбины, однако большая их часть может быть поставлена под сомнение на основании результатов эксплуатации достаточно усовершенствованных авиационных газовых турбин. Время работы некоторых авиационных газовых турбин между капитальными ремонтами в течение нескольких лет удалось увеличить в несколько раз, и теперь оно составляет 1000 час. Соответствующий пробег автомобиля между капитальными ремонтами двигателя составит 30 — 50 тыс. км, что для начала следует признать более чем удовлетворительным. Опыт эксплуатации газовых турбин в авиации, кроме того, говорит о том, что стоимость капитального ремонта газовой турбины также значительно ниже, чем поршневого двигателя внутреннего сгорания, что совсем не удивительно, так как газовая турбина состоит из гораздо меньшего числа деталей.

Я не буду перечислять подробно области применения газовых турбин, очевидно, они те же, что и для двигателей внутреннего сгорания, которому предстоит тяжела борьба с турбинами.

Далее следует кратко упомянуть об области применения газовой турбины, представляющей значительный интерес для нефтяных промыслов.

Суммируя изложенное, можно сказать, что применение газовой турбины в качестве первичного двигателя не представляет в настоящее время какого-либо риска. Амортизация таких машин составляет около 0 024 американских центов / квт-ч при полной замене в течение 10 лет всех частей, подвергающихся износу, так что в конце этого периода машина будет практически в таком же хорошем состоянии, как и новая. В нефтяной промышленности, используется ли она как вспомогательная машина, или как первичный двигатель для выработки электроэнергии, или для привода на перекачечных станциях, газовая турбина является очень экономичной и удобной машиной. При проектировании новых установок весьма существенно, чтобы опыт применения этих машин был внимательно проанализирован. Сравнение с другими первичными двигателями показывает, чго газовая турбина обычно дает наиболее экономичные решения применительно к мощностям от относительно небольших до 25 000 кет.

Они отражают процесс интенсивного развития производства и применения газовых турбин.

Основным путем в решении этой задачи должно быть применение газовой турбины на выхлопе, отдающей свою мощность основному валу двигателя.

В докладе кратко рассматриваются достижения в области развития и применения газовых турбин и двигателей со свободно движущимися поршнями и высказываются некоторые соображения о путях их дальнейшего развития.

В последние годы были сделаны определенные успехи в области применения газовых турбин в промышленности, на железных дорогах и в морском флоте.

Характерно, что разработки комбинированных парогазовых и газопаровых установок исходят из применения обычных газовых турбин, не имеющих никакого охлаждения или использующих охлаждение воздухом. Между тем, например, в парогазовой схеме разрабатываемой ЦКТИ, весовые и объемные расходы пара соизмеримы с расходом воздуха.

Фирма Броун Бовери с самого начала уделяла большое внимание тем областям применения газовых турбин, где в большей степени проявляются их преимущества. Характерным примером в этом отношении является построенная фирмой Броун Бовери передвижная электростанция с газовыми турбинами мощностью по 6200 кет

Для снабжения электроэнергией областей с временной недостачей энергии построены три такие передвижные электростанции для Федеральной электрической компании в Мексике и одна для СССР.

Много лет жизни Борис Сергеевич посвятил разработке теории, методов расчета и применения газовых турбин. Учитывая, что газовая турбина и компрессор являются основными агрегатами, обеспечивающими прогресс многих отраслей промышленности, энергетики и всех видов транспорта ( авиационного, морского, железнодорожного и автомобильного), а также многих классов и типов боевых машин, становится ясным тот огромный вклад, который Борис Сергеевич внес в общее развитие науки, техники и промышленности.

Высоконапорный парогенератор фирмы Комбашн.
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации