Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 34

Примененные мероприятия – регенерация тепла, ступенчатое сжатие, ступенчатый подвод тепла и др. – значительно повышают КПД ГТУ, а идеальный цикл при этом приближается к обобщенному (регенеративному) циклу Карно.

Все действительные ГТУ работают по замкнутой схеме, в которой продукты сгорания после работы на лопатках турбины выбрасываются в атмосферу. В разомкнутых схемах применяют жидкое или газообразное топливо, содержащее минимальное количество твердых частиц, которое не вызывает преждевременный износ лопаток турбины.

2.13. Отличительные особенности газовых турбин от паровых

Газотурбинные установки имеют следующие важные достоинства: возможность получения больших мощностей в одном агрегате; небольшая потребность в охлаждающей воде; возможность сжигания менее дефицитных тяжелых жидких топлив с относительно большим содержанием серы; компактность установки и простота обслуживания; быстрый пуск установки; возможность сочетания с теплофикацией. Наряду с этим для получения высоких КПД газотурбинной установки необходимо применять высокие начальные температуры газа, которые в настоящее время ограничиваются главным образом жаростойкостью используемых материалов лопаток. Для повышения КПД приходится усложнять установку включением теплообменных аппаратов с большими поверхностями нагрева и охлаждения. Далее следует отметить, что задача сжигания твердого топлива в газотурбинных установках с разомкнутым процессом, до конца пока не решена. Кроме того, ГТУ менее долговечна в работе.

В силу изложенного газотурбинные установки находят применение: на газотурбинных электрических станциях в качестве базовых агрегатов, а чаще в качестве пиковых агрегатов, работающих ограниченное число часов в году; в железнодорожном, водном и автомобильном транспорте; на газоперекачивающих станциях магистральных газопроводов в качестве привода газовых компрессоров или электрических генераторов; в авиации в качестве двигателей.

рис 2,17

Рис. 2.17. Схема турбореактивного двигателя

На рис. 2.17 представлена схема наиболее распространенного авиационного газотурбинного двигателя – турбореактивного двигателя. При движении самолета через входную часть двигателя поступает воздух, давление которого несколько повышается в диффузоре 5. В осевом компрессоре 1 происходит дальнейшее повышение давления воздуха, и он поступает в камеру сгорания 2, куда подается распыленное жидкое топливо. Образующиеся в камере сгорания газы поступают в газовую турбину 3, вырабатываемая мощность, расходуемую на привод компрессора. Отработавшие в турбине газы удаляются через сопла 4 в атмосферу, создавая реактивную силу, движущую самолет.

По сравнению с паросиловыми установками газовые турбины обладают существенными достоинствами:

1) отсутствие сложной и дорогой котельной установки и конденсационного оборудования;

2) значительное упрощение схемы коммуникаций;

3) меньшие размеры и вес;

4) упрощение обслуживания;

5) быстрый пуск в ход;

6) полное устранение потребности в воде или значительно меньший ее расход при установке охладителей для воздуха.

Следует указать, что до сих пор еще не накоплено достаточного опыта эксплуатации газотурбинных установок, поэтому можно только ориентировочно сравнить их экономические показатели с показателями паросиловых установок. Есть основания считать, что при мощности электростанции до 6000 – 10000 кВт себестоимость 1 кВт·ч газотурбинной установки меньше, чем паротурбинной. Стоимость газотурбинных установок на единицу мощности примерно в 2 раза меньше, чем паротурбинных, а потребность в обслуживающем персонале в 1,5 – 2 раза меньше. Дальнейшие успехи металлургии по увеличению жаропрочности и уменьшению ползучести материалов для проточной части газовых турбин могут обеспечит применение столь высоких температур газа, что разница в экономичности даже с двигателем внутреннего сгорания станет значительно меньше или вообще отпадет.

2.14. Контрольные вопросы

1.  В чем заключается преимущества газовых турбин по отношению к паровым турбинам?