ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Газотурбинные установки (ГТУ)

Газотурбинные установки (ГТУ)

Газотурбинная установка ГТУ представляет собой теп­ловой двигатель, состоящий в простейшем случае (рис.1) из воздушного компрессора К, камеры сгорания КС и га­зовой турбины ГТ, приводящей обычно в движение электрический генератор.

Принцип работы такой газотурбинной установки сле­дующий: холодный воздух с параметрами окружающей среды сжимается в компрессоре и подается в камеру сгорания. В нее же по­дается соответствующее количество топлива. Образовавшие­ся продукты сгорания заданной температуры направляют­ся из камеры сгорания в газовую турбину. Адиабатически расширяясь в турбине, продукты сгорания понижают свою температуру и выбрасываются в атмосферу. Выработанная в газовой турбине кинетическая энергия вращения ротора турбины с помощью генера­тора превращается в электрическую.

В зависимости от характера процесса горения топлива в камере сгорания все газотурбинные установки разделяют на два типа: с горением при постоянном давлении (постоян­ного горения) и с горением при постоянном объеме.

В первом типе установки процессы подачи воздуха, го­рение топлива и истечение газов непрерывны. Во втором ти­пе камера сгорания заполняется воздухом и топливом периодически. После наполнения камера сгорания отклю­чается, рабочая смесь зажигается, сгорает, после чего про­дукты сгорания выпускают в газовую турбину. Для того чтобы общий поток газа не прерывался, обычно ставят па­раллельно несколько камер сгорания, процессы в которых смещаются по времени.

Рис.1 Схема ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении

В настоящее время созданы новые конструкции газовых турбин с охлаждаемыми рабочими лопатками, в которых температура газа может превышать допустимую темпера­туру металла на несколько сот градусов. Такие ГТУ, имею­щие начальную температуру газов до 1200°С, называют высокотемпературными.

Газотурбинные установки, тепло отработанных газов которых используется для целей теплоснабжения, назы­ваются теплофикационными.

Положительными особенностями газотурбинных уста­новок по сравнению с паротурбинными являются:

- незначительная потребность в охлаждающей воде;

- возможность применения более высоких температур рабочего тела по сравнению с паротурбинными установ­ками;

-меньший вес установки и расход металла, приходя­щиеся на единицу мощности;

-возможность очень быстрого пуска и форсирования нагрузки.

Газотурбинные установки в настоящее время широко применяются в транспортной авиации, а также на перека­чивающих станциях магистральных газопроводов. Газовые турбины оказываются также особенно выгодными в таких отраслях промышленности, где в ходе производства получа­ются горячие газы высокого давления. Утилизация энергии таких газов в газовой турбине является весьма эконо­мичной. Относительно малая удельная стоимость, возможность дистанционного пуска и быстрого набора мощности (т. е. малая инерционность) газотурбинных установок дают возможность широко их применять на пиковых элект­ростанциях различных энергетических систем. Однако га­зотурбинные установки имеют и ряд недостатков, тормозя­щих их использование на базовых электростанциях боль­шой мощности. Эти недостатки следующие:

-большая работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре, и высокая температура выхлопных газов, в результате чего достигаемый электрический к.п.д. уста­новки получается относительно низким;

-практическая невозможность работы на твердом топ­ливе;

-недостаточная предельная мощность газовой турби­ны, не превышающая 100—200 мВт в одной установке, и резкое снижение экономичности при недогрузках.

Газотурбинные установки являются относительно мо­лодым типом двигателей и направление их развития еще окончательно не определилось.

Первая газовая турбина, разработанная русским инже­нером-механиком П. Д. Кузьминским, была построена в 1897 г. и предназначалась для небольшого катера. Отли­чительной особенностью этой турбины являлась ее работа на смеси продуктов сгорания с водяным паром (который впрыскивался в камеру сгорания для понижения темпера­туры газов перед турбиной). Низкий эффективный к.п.д. первых газотурбинных установок, вызываемый главным об­разом низкой начальной температурой газов и низким к.п.д. компрессоров, длительное время не давал возможности широкого их применения. Только после создания воздушных турбокомпрессоров с высоким к.п.д. и производства отно­сительно недорогих сплавов металлов, способных длитель­ное время работать при температурах 650—750°С, газотур­бинные установки получили реальную возможность для промышленного применения.

Первая в СССР стационарная газотурбинная установка постоянного горения была построена Харьковским турбо­генераторным заводом в 1939 г. по проекту проф. В. М. Ма­ковского. Турбина имела две ступени скорости и развива­ла мощность до 400 кВт при 4800 об/мин.

В настоящее время в нашей стране работают газотур­бинные установки мощностью 25 мВт производства Ле­нинградского металлического завода и проектной мощностью 50 мВт Харьковского турбинного завода. Создается га­зовая турбина мощностью 100 Мет в одной установке. Мно­гие десятки газовых турбин меньшей мощности успешно работают на перекачивающих станциях магистральных га­зопроводов.