Газотурбинните агрегати (GTP) са единичен, сравнително компактен агрегат, в който силовата турбина и генератор работят по двойки. Системата е широко разпространена в т. нар. дребномащабна енергетика. Страхотно за електро и топлоснабдяване на големи предприятия, отдалечено селищаи други потребители. По правило газовите турбини работят на течно гориво или газ.

На ръба на прогреса

В увеличаването на енергийния капацитет на електроцентралите водеща роля се прехвърля на газотурбинните агрегати и тяхното по-нататъшно развитие - комбинирани централи (CCGT). Така в електроцентралите в САЩ от началото на 90-те години на миналия век повече от 60% от въведените в експлоатация и модернизирани мощности вече са газови турбини и централи с комбиниран цикъл, а в някои страни отделни годинитехният дял достига 90%.

Прости GTU също се изграждат в голям брой. Газотурбинната инсталация - мобилна, икономична за работа и лесна за ремонт - се оказа оптималното решение за покриване на пикови натоварвания. В началото на века (1999-2000 г.) общият капацитет на газотурбинните централи достига 120 000 MW. За сравнение: през 80-те години на миналия век общият капацитет на системите от този тип е 8 000-10 000 MW. Значителна част от газовите турбини (повече от 60%) са предназначени за работа като част от големи бинарни комбинирани централи със средна мощност около 350 MW.

Справка по история

У нас в началото на 60-те години на миналия век са проучени достатъчно подробно теоретичните основи за използване на комбинираните технологии. Още по това време стана ясно, че общият път за развитие на топлоенергетиката е свързан именно с технологиите с комбиниран цикъл. Успешната им реализация обаче изисква надеждни и високоефективни газотурбинни инсталации.

Именно значителният напредък в строителството на газови турбини определи съвременния качествен скок в топлоенергетиката. Редица чуждестранни фирми успешно решиха проблема със създаването на ефективни стационарни газови турбини в момент, когато водещи местни водещи организации в командната икономика популяризираха най-малко обещаващите технологии за парни турбини (STP).

Ако през 60-те години на газотурбинните инсталации той беше на ниво 24-32%, то в края на 80-те най-добрите стационарни газотурбинни електроцентрали вече имаха коефициент на ефективност (при автономно използване) от 36-37%. Това направи възможно създаването на CCGT на тяхна основа, чиято ефективност достига 50%. До началото на новия век този показател е равен на 40%, а в комбинация с инсталации с комбиниран цикъл - дори 60%.

Сравнение на парни турбини и инсталации с комбиниран цикъл

В инсталациите с комбиниран цикъл, базирани на газови турбини, непосредствената и реална перспектива беше да се получи ефективност от 65% или повече. В същото време за парни турбинни инсталации (разработени в СССР), само в случай на успешно решение на редица сложни научни проблемисвързани с генерирането и използването на свръхкритична пара, може да се надяваме на ефективност от не повече от 46-49%. По този начин, по отношение на ефективността, системите с парни турбини са безнадеждно по-ниски от системите с комбиниран цикъл.

Електроцентралите с парни турбини също са значително по-ниски по отношение на разходите и времето за изграждане. През 2005 г. на световния енергиен пазар цената на 1 kW за CCGT блок с мощност от 200 MW или повече беше 500-600 $/kW. За CCGT с по-малък капацитет цената беше в диапазона от $600-900/kW. Мощните газотурбинни инсталации отговарят на стойности от 200-250 $/kW. С намаляване на единичната мощност цената им се увеличава, но обикновено не надвишава 500 $ / kW. Тези стойности са многократно по-малко разходикиловат електрическа мощност на парни турбинни системи. Например, цената на инсталиран киловат в електроцентрали с кондензационна парна турбина варира от 2000-3000 $/kW.

Инсталацията включва три основни модула: горивна камера и въздушен компресор. Освен това всички единици се помещават в сглобяема единична сграда. Роторите на компресора и турбината са здраво свързани един с друг, поддържани от лагери.

Горивните камери (например 14 броя) са поставени около компресора, всяка в отделен корпус. Входната тръба се използва за влизане във въздушния компресор, от газова турбинавъздухът излиза през изпускателната тръба. Корпусът на газовата турбина се основава на мощни опори, поставени симетрично върху една рамка.

Принцип на действие

Повечето газови турбинни инсталации използват принципа на непрекъснато горене или отворен цикъл:

• Първо, работният флуид (въздух) се изпомпва при атмосферно налягане от подходящ компресор.
• След това въздухът се компресира до повече натиски се изпраща в горивната камера.
• Захранва се с гориво, което гори при постоянно налягане, осигурявайки постоянно подаване на топлина. Поради изгарянето на горивото температурата на работния флуид се повишава.
• Освен това работният флуид (сега вече е газ, който е смес от въздух и продукти от горенето) навлиза в газовата турбина, където, разширявайки се до атмосферно налягане, извършва полезна работа (върти турбината, която генерира електричество).
• След турбината газовете се изхвърлят в атмосферата, през която работният цикъл се затваря.
• Разликата между работата на турбината и компресора се възприема от електрически генератор, разположен на общ вал с турбината и компресора.

Инсталации за периодично горене

За разлика от предишния дизайн, инсталациите за периодично горене използват два клапана вместо един.

• Компресорът вкарва въздух в горивната камера през първия клапан, докато вторият клапан е затворен.
• Когато налягането в горивната камера се повиши, първият клапан се затваря. В резултат на това обемът на камерата е затворен.
• Когато клапаните са затворени, горивото се изгаря в камерата, естествено изгарянето му става при постоянен обем. В резултат на това налягането на работния флуид допълнително се увеличава.
• След това вторият клапан се отваря и работният флуид влиза в газовата турбина. В този случай налягането пред турбината постепенно ще намалява. Когато се приближи до атмосферно, вторият клапан трябва да се затвори, а първият да се отвори и последователността от действия да се повтори.

Обръщайки се към практическо изпълнениеот този или онзи термодинамичен цикъл, дизайнерите трябва да се изправят пред много непреодолими технически препятствия. Повечето характерен пример: при влажност на пара повече от 8-12%, загубите в пътя на потока се увеличават рязко, динамичните натоварвания се увеличават и възниква ерозия. Това в крайна сметка води до разрушаване на пътя на потока на турбината.

В резултат на тези ограничения в енергийния сектор (за получаване на работа) досега са широко използвани само два основни термодинамични цикъла на Ранкин и цикълът на Брайтън. Повечето електроцентрали се основават на комбинация от елементи от тези цикли.

Цикълът на Ранкин се използва за работни органи, които в процеса на изпълнение на цикъла изпълняват фазов преход, парните електроцентрали работят по този цикъл. За работни течности, в които не могат да се кондензират реални условияи които наричаме газове, използвайте цикъла на Брайтън. По този цикъл работят газотурбинни инсталации и двигатели с вътрешно горене.

Използвано гориво

По-голямата част от газовите турбини са проектирани да работят на природен газ. Понякога течно гориво се използва в системи с ниска мощност (по-рядко - средна, много рядко - висока мощност). Нова тенденция е преходът на компактните газови турбинни системи към използването на твърди горими материали (въглища, по-рядко торф и дървесина). Тези тенденции са свързани с факта, че газът е ценна технологична суровина за химическа индустриякъдето използването му често е по-рентабилно, отколкото в енергийния сектор. Производството на газотурбинни инсталации, способни да работят ефективно на твърдо гориво, активно набира скорост.

Разликата между двигател с вътрешно горене и газова турбина

Основната разлика между газотурбинните комплекси е следната. В двигателя с вътрешно горене процесите на компресия на въздуха, изгаряне на гориво и разширяване на продуктите от горенето протичат в рамките на един структурен елементнаречен цилиндър на двигателя. В газовите турбини тези процеси са разделени на отделни структурни единици:

• компресията се извършва в компресора;
• изгаряне на горивото, съответно, в специална камера;
• разширяването се извършва в газова турбина.

В резултат на това структурно газовите турбини и двигателите с вътрешно горене имат малко сходство, въпреки че работят в съответствие с подобни термодинамични цикли.

Изход

С развитието на дребномащабното производство на електроенергия и повишаването на неговата ефективност, GTP и STP системите заемат все по-голям дял в цялостната енергийна система на света. Съответно, операторът на газови турбинни инсталации е все по-търсен. След западните партньори, редица руски производителиовладя въпроса икономически ефективни инсталациитип газова турбина. Първата комбинирана електроцентрала от ново поколение в Руската федерация беше Северо-Западната ТЕЦ в Санкт Петербург.

Съвременната газотурбинна инсталация (GTU) е комбинация от въздушен компресор, горивна камера и газова турбина, както и спомагателни системи, които осигуряват нейната работа. Комбинацията от газова турбина и електрически генератор се нарича газотурбинен агрегат. Турбината, в която газът се разширява до атмосферно налягане, преобразува потенциалната енергия на компресирания и нагрят до висока температура газ в кинетичната енергия на въртенето на ротора на турбината. Турбината задвижва електрически генератор, който преобразува кинетичната енергия на въртене на ротора на генератора в електрически ток. Електрическият генератор се състои от статор, в чиито електрически намотки се генерира ток, и ротор, който е електромагнит, който се захранва от възбудител.

За разлика от парните турбинни инсталации (STP), където парата е работният флуид, GTP работят върху продуктите от изгарянето на горивото. Освен това, за разлика от GTP, STP не включва котел, по-точно котелът се счита за отделен източник на топлина. Една парна турбина не може да работи без котел като физически обект. При газовите турбини, напротив, горивната камера е неразделна част. В този смисъл GTU е самодостатъчен. Според метода на подаване на топлина при постоянно налягане стр= const и при постоянен обем v= const. Всички съвременни газови турбини работят с вложена топлина при стр= const. Има отворени (отворени) и затворени (затворени) кръгове на газовата турбина

Най-простата диаграма на отворена газова турбина в символи, както и нейният термодинамичен цикъл са показани на Фигура 1. Въздухът от атмосферата влиза във входа на въздушния компресор (точка 1 ), която е ротационна турбомашина с път на потока, състоящ се от въртящи се и фиксирани решетки. Съотношението на налягането зад компресора към налягането пред него се нарича коефициент на компресия на въздушния компресор и обикновено се нарича. Роторът на компресора се задвижва от газова турбина. Потокът от сгъстен въздух се подава към една, две или повече горивни камери (т 2 ). В този случай в повечето случаи въздушният поток, идващ от компресора, се разделя на два потока. Първият поток се изпраща към горивните устройства, където също се подава гориво (газ или течно гориво), поради чието изгаряне при постоянно налягане стр= constобразуват се високотемпературни продукти на горене. Те се смесват с относително студен въздухвторият поток, за да се получат газове (те се наричат ​​работни газове) с температура, приемлива за части от газова турбина.

Фигура 1 - Най-простата схема на отворена газова турбина и нейния термодинамичен цикъл

Работните газове с налягане, дължащо се на хидравличното съпротивление на горивната камера) се подават в потока на газовата турбина (точка 3 ), където се разширяват почти до атмосферно налягане (точка 4 ). След това влизат в изходния дифузьор , откъдето - или директно в комина, което ще причини значителни топлинни загуби, или преди това във всеки топлообменник, който използва топлината на отработените газове на газовата турбина.

В затворен кръг (фиг. 2) вместо горивната камера се използват повърхностни нагреватели на работния флуид, а газът (например хелий), изпускан в турбината, се охлажда в специални охладители до най-ниската температура, след което се влиза в компресора. Термодинамичният цикъл на тази схема е подобен на този на отворена газова турбина.

Поради разширяването на газовете в газовата турбина, последната генерира мощност. Значителна част от него се изразходва за задвижването на компресора, а останалата част се изразходва за задвижването на електрогенератора. Тази част се нарича нетна мощност на газовата турбина и се посочва, когато е маркирана.

В реалните газови турбини всички протичащи процеси са придружени от загуби на работа в компресора и турбината, както и от загуби на налягане по пътя на газовата турбина. Предвид тези загуби реалният цикъл се различава от идеалния. Съставът на истинска газова турбина включва горивна камера (нагревател на работния флуид в затворен кръг), газова турбина, компресор, стартов двигател, топлообменници за различни цели(регенеративни нагреватели, междинни нагреватели в турбини) и различни спомагателни съоръжения, както и електрически генератор, ако предназначението на газовата турбина е производството електрическа енергия. Турбината, компресорът и генераторът са поставени на един вал. Стартовият двигател е свързан с освобождаващ съединител. В най-простите газови турбини приблизително 70% от мощността, развивана от турбината, се използва за задвижване на компресора и 30% за задвижване на генератора. Степента на повишаване на налягането в компресора = 6 ... 7, ефективността на инсталацията е 24 ... 27%, температурата пред турбината е 750 ... 800 °C. Диапазонът на началните температури пред газовата турбина в газовата турбина е 750 ... 1150 ° C, следователно, въз основа на условията на якост, елементите на инсталацията, работещи при високи температури, са изработени от високи повишена надеждностпредвидени за въздушно охлаждане.

Фигура 2 - Най-простата схема на затворена газова турбина

Отработените газове на турбината имат висока температура, така че извеждането им в околната среда в отворения кръг на газовата турбина води до значителни загуби на енергия. За повишаване на ефективността на инсталацията се използва регенеративно нагряване на сгъстен въздух от отработените газове на турбината. Това повишава степента на използване на топлината на горивото, изгорено в горивната камера и енергийната ефективност на инсталацията.

В идеална газова турбина с регенерация, чиято схема и цикъл са показани на фигура 3, отработените газове от турбината могат да бъдат охладени до температура, равна на температурата на въздуха зад компресора, т.е. до , а компресираният от компресора въздух може да се нагрее до температура, съответстваща на температурата на изпускателната тръба на турбината, т.е. преди. В реална инсталация въздухът в регенеративния топлообменник ще се нагрява до по-ниска температура, а отработените газове ще се охлаждат в същия топлообменник до температура, която е по-висока от стойността, обикновено равна на 60 ... 80 ° C в отворени вериги. Истинските газови турбини, работещи в отворена верига при начална температура от 750 ... 850 ° C, имат степен на регенерация и ефективна ефективност от 26,5 ... 30%.

Фигура 3 - Схема и цикъл на газова турбина с регенерация

Газовите турбини, които осигуряват комбинирано производство на електрическа и топлинна енергия, се наричат ​​когенерационни инсталации. Топлинната енергия се генерира чрез използване на топлината на газовете, напускащи турбината при висока температура, за загряване на вода и производство на пара. Отоплението на водата, използвана за отопление и битови нужди с отработени газове от турбини, е най-простият начин за повишаване на топлинната ефективност на газовата турбина.

В газовите турбини се използват газообразни и леки течни горива. При използване на тежкокачествено течно гориво, съдържащо вредни примеси, е необходима специална система за приготвяне на гориво за предотвратяване на корозия на частите на турбината под въздействието на серни и ванадиеви съединения, съдържащи се в тежкото гориво. Проблемът с използването на твърдо гориво в газовите турбини е в етап на интензивно пилотно развитие.

Технологията за стартиране на турбината до голяма степен зависи от температурното състояние на оборудването пред нея. Има тръгване от студено, топло и горещо състояние. Ако температурата на турбината не надвишава 150 °C, тогава се счита, че стартирането е извършено от студено състояние. За мощните силови агрегати са необходими до 90 часа, за да се охладят до тази температура. Стартирането от горещо състояние съответства на температура на турбината от 420-450 ° C и по-висока (достига се за 6-10 часа). Неохладеното състояние е междинно. Всяко удължаване на пускането води до допълнителни разходи за гориво. Следователно пускането в експлоатация трябва да се извърши бързо, но не за сметка на надеждността. Стартирането на турбината е забранено:

при неизправност на основните уреди, показващи хода на топлинния процес в турбината и нейното механично състояние (тахометри, термометри, манометри и др.);

с дефектна система за смазване, която осигурява смазване на лагерите;

при неизправност на системите за защита и регулиране;

с неизправно въртящо устройство.

За стартиране на GTU е необходимо да се използва стартовото устройство (PU) за завъртане на ротора на турбокомпресора, за подаване на въздух от компресора едновременно с горивото към горивната камера за неговото запалване и за извършване на допълнителни операции за стартиране на GTU . Като пусково устройство могат да се използват различни средства: електрически двигател, парна или газова (въздушна) турбина, двигател с вътрешно горене. За турбини с голяма мощност, като правило, като PU се използва собствен електрогенератор на GTU, който завърта ротора на GTU до скорост, равна на 0,2 - 0,3 номинална. По време на периода на стартиране лопатките за управление на компресора трябва да бъдат покрити, за да се намали консумацията на въздух. Вентилите против пренапрежение са отворени при стартиране. Горивото се подава в горивната камера, а сместа въздух-гориво, образувана в смесителното устройство на горивната камера, се запалва с помощта на запалително устройство (плазмен запалител). Разходът на гориво се увеличава чрез отваряне на горивния клапан. Това причинява повишаване на температурата на газовете пред турбината, мощността на турбината и скоростта на ротора. При определена температура на газа пред турбината и определена скорост, мощността на газовата турбина е равна на мощността, консумирана от въздушния компресор. В това състояние, след леко допълнително увеличение на разхода на гориво, пусковото устройство се изключва и газовата турбина преминава в самоходен режим. При по-нататъшно увеличаване на разхода на гориво, турбинният агрегат се завърта от газовата турбина до достигане на номиналната скорост, след което електрическият генератор се синхронизира с мрежата и се свързва към мрежата. По този начин уредът се поставя в режим на празен ход. По време на стартиране клапаните против пренапрежение са затворени и регулируемите направляващи лопатки се настройват в позициите, предписани от програмата за стартиране.

В процеса на натоварване на газовата турбина до номиналната мощност, разходът на гориво се увеличава чрез отваряне на управляващия клапан, ъглите на монтаж на регулируемите направляващи лопатки на компресора се променят според съответната програма, разходът на въздух се увеличава до номиналната стойност. Работа на GTU в общ случайсе състои от пускане, работа с електрически и топлинен товар и спиране. Най-простото е да работите при постоянно натоварване. Основната задача на персонала, обслужващ турбинната инсталация, при нормална работа е да осигури посочената електрическа и топлинна мощност с пълна гаранция надеждна работаи възможно най-големите спестявания.

Режимите на работа на газовите турбини могат да бъдат разделени на стационарни и променливи.

Стационарният режим съответства на работата на турбината при някакво фиксирано натоварване. Може да тече както при номинално, така и при частично натоварване. Доскоро този режим беше основен за газовите турбини. Турбината спира няколко пъти годишно поради неизправности или планови ремонти.

Променливите режими на газовата турбина се определят от следните причини по отношение на газовата турбина. Първата причина е необходимостта от промяна на мощността, генерирана от газовата турбина, ако консумираната мощност, например от електрически генератор, се е променила поради промяна в електрическото натоварване на консуматорите, свързани към генератора. Ако газовата турбина задвижва електрически генератор, свързан паралелно с други производители на енергия, т.е. работи за обща мрежа(енергийна система), тогава е необходимо да промените мощността на тази газова турбина в случай на промяна в общата консумация на енергия в системата. Втората причина е промяна в атмосферните условия: налягането и особено температурата на атмосферния въздух, поет от компресора. Най-трудният нестационарен режим е стартирането на GTP, което включва множество операции преди изстрелването на ротора. Нестационарните режими включват резки промени в натоварването (изхвърляне или пренапрежение), както и изключване на турбината (разтоварване, изключване от мрежата, изтичане на ротора за охлаждане).

По този начин при газовите турбини основната задача на управлението е да осигури необходимата мощност, а при силовите газови турбини - постоянството на скоростта на въртене на задвижвания електрогенератор. Променливите режими на работа на газовата турбина трябва да се извършват по такъв начин, че ефективността на всеки режим да е възможно най-висока. Режимът на GTU се управлява чрез въздействие върху клапаните за управление на горивото, които подават гориво директно в горивната камера, което води до ниска инерция на процеса на подаване на топлина към работния флуид в горивната камера. Газовите турбини са чувствителни към промени в атмосферните условия. За тях съществува риск от пренапрежение на компресора. За стартиране на газовата турбина е необходимо да се изключи пренапрежението във всички възможни режими на работа. За да стартирате газовата турбина, е необходимо първо да завъртите ротора с помощта на пусково устройство.

Съвременните големи газови турбини използват автоматизирани системи за управление, които изпълняват следните функции:

– автоматично дистанционно управление на пускане, зареждане и изключване на ГТУ;

- регулиране на такива параметри като скоростта на въртене на турбинния агрегат с дадена степен на неравномерност, температурата на газа преди и след турбината, активното натоварване на електрогенератора, режима на работа на компресора на необходимото разстояние от границата на пренапрежението;

– защита на газовата турбина, а именно изключване и изключване при аварийни ситуации, от които най-сериозните са като недопустимо повишаване на температурите на газа преди и след газовата турбина, неприемливо повишаване на температурите на газа преди и след газовата турбина, неприемливо повишаване на температурите на газа пред газовата турбина и зад нея, неприемливо повишаване на честотата на ротора, неприемливо спадане на налягането на маслото за смазочните лагери, неприемливо аксиално изместване на ротора, угасване на пламъка в горивната камера, приближаване до скока на компресора граница, неприемливо увеличаване на скоростта на вибрации на шейните на ротора и корпусите на лагерите.

Събитие, състоящо се в неизправност на газовата турбина, се нарича повреда. За поддържане на висока надеждност и безотказна работа, оборудването се подлага на поддръжка, текущ, среден или основен ремонт. При текущ и среден ремонт се подменят или възстановяват повредени части и възли, а при основен ремонт се извършва пълно възстановяване на работоспособността. При нормална работа на газовата турбина е необходима внимателна поддръжка и редовни проверки на системите за защита и управление, извършвани от вахтения персонал и инженера, отговорен за работата на тази система. Надеждността на неговата работа зависи от задълбочената проверка на достъпните компоненти на системите за управление и защита, сравнението на текущите показатели на устройствата с предишните, изпълнението на всички проверки и операции, предвидени в изготвените инструкции като се вземат предвид изискванията на производителите на турбини към правилата за експлоатационна технология (PTE) и насоките за изпитване и изпитвания. Специално вниманиеинспекцията трябва да се съсредоточи върху потенциални източници на течове на масло. Необходимо е да се следи позицията на гайките, заключващите части и други крепежни елементи върху пръти, макари, тъй като тези части работят в условия на вибрации, които причиняват разхлабване и неизправност. Необходимо е да се следи механичното състояние на всички достъпни компоненти: гърбични механизми, техните валове, лагери, пружини и др. Особено внимание трябва да се обърне на вибрациите на управляващите елементи, които могат да доведат до счупване на задвижването поради умора. Необходимо е да се следят промените в налягането и пулсациите в главните маслопроводи на системите за управление и защита: маслопроводи за смазване, в импулсни линии, защитни линии и кухини на сервомоторите. Промяната в тези налягания показва аномалии в системите за управление, подаването на масло: течове на клапани, уплътнения на буталата и пръти на сервомотора, запушване на подложки. Пулсациите на макарата са причинени от ненормална работа на работното колело, замърсяване на маслопроводи, твърди частици между макарите и втулките, повишено съдържание на въздух в маслото и други причини.

Първото внимание на експлоатационния персонал трябва да се обърне на изключването на възможността за ускоряване на турбината при изключване на електрогенератора от мрежата, което се осигурява от достатъчна плътност на спирателните и контролните клапани и възвратните клапани на тръбопроводите. Проверката се извършва при спиране на турбината поне веднъж годишно, а също и при стартиране след монтаж. За да работи турбината правилно, масленият резервоар трябва да функционира правилно, като осигурява дълготрайно запазване на маслото, отделяне на въздух, утайка и твърди частици от него. Нивото на маслото в резервоара трябва да се проверява веднъж на смяна. В същото време е необходимо да се следи изправността на сигнализацията на минималното допустимо ниво и разликата в нивата в мръсните и чисти отделения на резервоара за масло. Резервните и аварийните маслени помпи и устройствата за тяхното автоматично активиране трябва да се проверяват редовно с честота 2 пъти месечно. Качеството на маслените охладители се проверява чрез разликата в налягането на входа и изхода на маслото и охлаждащата вода и чрез нагряване на охлаждащата вода и охлаждане на маслото. Химическата лаборатория на централата трябва редовно да анализира работещото масло, за да го регенерира и подменя навреме.

При наблюдение на работеща турбина е необходимо да се обърне внимание преди всичко на относителното удължение на ротора и неговото аксиално изместване. При инсталиране и ремонт на турбина роторът в корпуса е монтиран така, че при работни условия, когато тези части се загреят, да има достатъчно малки пролуки между тях, но с изключение на триене, в противен случай може да възникне тежка авария.

Разтоварването на турбината се извършва чрез постепенно затваряне на управляващите клапани (с помощта на управляващия механизъм). Особено внимание трябва да се обърне на относителното намаляване на ротора и ако въпреки всички предприети мерки намаляването се доближи до опасна граница, е необходимо да се спре разтоварването и дори да се увеличи натоварването. Обикновено натоварването се намалява до 15-20% от номиналното, след което подаването на газ към турбината се спира. От този момент нататък се върти от генератор с честотата на електрическата мрежа. За краткото време, посочено в инструкциите (обикновено няколко минути), трябва да се уверите, че спирателните, контролните клапани на извличащите линии са затворени и ватметърът показва отрицателна мощност (консумация на енергия от мрежата). След това, можете да изключите генератора от мрежата. След спиране на ротора на турбината е необходимо незабавно да се включи блокиращото устройство, за да се избегне термичното му отклонение. Захранването с масло не трябва да се изключва. През първите 8 часа роторът се върти непрекъснато, а след това се завърта периодично на 180°. Аварийното изключване на турбинния агрегат се извършва чрез незабавно спиране на подаването на работния флуид.

Спрялата турбина изисква внимателна поддръжка. Най-голямата опасност по време на празен ход за турбината и някои други елементи на турбинната инсталация е паркинговата корозия, основната причина за която е едновременното наличие на влага и въздух. За да не се случи това, е необходимо да се отворят клапаните, които осигуряват комуникацията на частите с атмосферата. При спиране на турбината се взема дългосрочният резерв допълнителни мерки. Той е изключен от всички тръбопроводи с щепсели. Валът на турбината е допълнително уплътнен с шнур, маслото се изпомпва през лагерите поне веднъж седмично, за да се създаде защитен слой масло върху шийките на лагера, а роторът се върти от блокиращо устройство за няколко оборота. Консервацията на турбините е най-ефективният начин за борба с корозията при паркиране.

GTU се сглобява в завода за турбини, след като отделни части и възли са произведени в неговите цехове. За разлика от парната турбина, няма тестване след монтаж в завода GTU. В резултат на това няколко отделно транспортирани агрегата напускат турбинната инсталация за мястото за монтаж на ТЕЦ: турбогрупа (компресор и турбина), две горивни камери, резервоар за масло с монтирано на него оборудване, входна тръба на компресора и изходящ дифузьор. Всички части са затворени с тапи. За разлика от въздушна турбинаГазовите турбини се поставят в ТЕЦ не върху рамкова основа, а директно върху бетонна основа, монтирана на нулевото ниво на турбинната зала. Входният вал на компресора е свързан посредством въздушна кутия към KVOU, където се извършва цялостна филтрация на въздуха, елиминирайки износването на пътя на потока на компресора, запушването на охладителните канали в лопатките на ротора и други проблеми. KVOU се поставя на покрива на сградата, спестявайки площта на сградата. Към изходния край на вала на компресора е прикрепен ротор на електрогенератора, а към изходния дифузьор на газотурбинния агрегат е свързан преходен дифузор, който насочва газовете към котела за отпадна топлина.

GTU е универсален двигател с различни цели. Те намират най-широко приложение в авиацията и газоснабдяването на дълги разстояния. В стационарната енергетика газовите турбини за различни цели се използват в топлоелектрически централи. Пиковите газови турбини работят в периоди на максимална консумация на електрическа енергия. Резервните газови турбини осигуряват собствените нужди на ТЕЦ в периода, когато основното оборудване не е в експлоатация. Индустриите, в които използването на газови турбини създава големи предимства, включват производство на доменни пещи, където газовата турбина, като задвижването на вентилатора, който доставя въздух към доменната пещ, използва доменен газ, който е страничен продукт на доменната пещ. В железопътния транспорт газотурбинните локомотиви (газотурбинни локомотиви) са получили известна употреба на дълги линии. Редица газови турбини се експлоатират в търговския и морски флот, главно на леки и високоскоростни патрулни кораби, където специално значениеИма компактност и ниско тегло на двигателя. Най-добрите експериментални двигатели са достигнали нивото на съвременните бензинови автомобилни двигатели по отношение на ефективност с по-малко тегло.

ГАЗОТУРБИННИ УСТАНОВИ (GTU)

GTU работен процес. В съвременните газови турбини се използва цикъл на горене при p = const (фиг. 6.5).

GTP обикновено включва горивна камера, газова турбина, въздушен компресор, топлообменници за различни цели (въздушни охладители, маслени охладители на смазочната система, регенеративни топлообменници) и спомагателни устройства (маслени помпи, водоснабдителни елементи и др.) .

Работното тяло на газовата турбина е продуктите от изгарянето на гориво, което се използва като природен газ, добре пречистени изкуствени газове (доменна пещ, коксова пещ, генератор) и специално течно гориво за газова турбина (обработен дизелов двигател и соларно масло) .

Работната смес се приготвя в горивната камера. Огненият обем на камерата (фиг. 20.9) е разделен на горивна зона, където горивото се изгаря при температура около 2000 ° C, и зона на смесване, където въздухът се смесва с продуктите от горенето, за да се намали температурата им до 750-1090 °С в стационарни турбини и до 1400 °С - в авиационни турбини.

Принципът на работа на газовите и парните турбини е един и същ, но дизайнът на потока на газовите турбини е много по-прост. Те работят при сравнително малък наличен топлинен спад и следователно имат малък брой стъпки.

Поради високата температура на продуктите от горенето, детайлите по пътя на потока на турбините (дюзи, роторни лопатки, дискове, валове) са изработени от легирани висококачествени стомани. За надеждна работа повечето турбини осигуряват интензивно охлаждане на най-натоварените части на корпуса и ротора.

В реални условия всички процеси в газовата турбина са неравновесни, което е свързано със загуби на работа в турбината и компресора, както и с аеродинамично съпротивление в канала на газовата турбина. На фиг. 20.10 действителният процес на компресия в компресора е показан с ред 1-2, а процесът на разширение в турбината е показан с ред 3-4. Точки 2а и 4а означават съответно състоянието на работния флуид в края на равновесното адиабатно компресиране и разширение, точка О - параметри на околната среда. Поради загуби на налягане в смукателния път на компресора (линия 01), процесът на компресия започва от точка 1.

По този начин се изразходва много работа за компресиране на въздух в реален цикъл и при разширяване на газ в турбина се получава по-малко работа в сравнение с перфектен цикъл. Ефективността на цикъла е по-ниска. Колкото по-голяма е степента на увеличение на налягането π (т.е., толкова по-високо е p 2), толкова по-голяма е сумата от тези загуби в сравнение с полезна работа. При определена стойност на π (това е толкова по-високо, колкото по-голям е Tz и вътрешната относителна ефективност на турбината и компресора, т.е. толкова по-малка е загубата в тях), работата на турбината може да стане равна на работата, изразходвана за задвижването на компресора, а полезната работа е нула.

Следователно най-голямата ефективност на реалния цикъл, за разлика от идеалния, се постига при определена (оптимална) степен на повишаване на налягането, като всяка стойност на Tz има свой собствен π opt (фиг. 20.11). Ефективността на най-простите газови турбини не надвишава 14-18%, а за да се увеличи, газовите турбини се изпълняват с няколко етапа на подаване на топлина и междинно охлаждане на сгъстен въздух, както и с регенеративно нагряване на сгъстен въздух чрез отработени газове газове след турбината, като по този начин реалния цикъл се доближава до цикъла на Карно.

GTP с оползотворяване на отпадната топлина. Топлината на газовете, напускащи газовата турбина, може да се използва за производство на пара и гореща вода в конвенционални топлообменници. По този начин агрегатите GT-25-700 LMZ са оборудвани с нагреватели, които загряват водата в отоплителната система до 150-160 °C.

Въпреки това, сравнително високо нивокоефициентът на излишния въздух в газовата турбина ви позволява да изгорите достатъчно голям бройдопълнително гориво в околната среда на продукти от горенето. В резултат на това от допълнителната горивна камера след газовата турбина излизат газове с достатъчно висока температура, подходящи за получаване на пара с енергийни параметри в специално монтиран за тази цел парогенератор. В Кармановската ГРЕС по тази схема се изгражда котел за блок с електрическа мощност 500 MW.

Приложение на GTU. През последните години газовите турбини се използват широко в различни области: в транспорта, в енергетиката, за задвижване на стационарни инсталации и др.

Силови газови турбини. Газовата турбина е по-малка и по-лека от парната турбина, така че се загрява до работни температури много по-бързо по време на стартиране. Горивната камера се пуска в действие почти мигновено, за разлика от парен котел, който изисква бавно продължително (много часове и дори десетки часове) нагряване, за да се избегне инцидент поради неравномерни термични удължения, особено масивен барабан нагоре до 1,5 м в диаметър, до 15 м дължина. м, с дебелина на стената над 100 мм.

Ето защо газовите турбини се използват предимно за покриване на пикови натоварвания и като авариен резерв за собствени нужди на големи енергийни системи, когато е необходимо много бързо пускане на блока в експлоатация. По-ниската ефективност на газовата турбина в сравнение с PSU не играе роля в случая, тъй като агрегатите работят за кратки периоди от време. Такива газови турбини се характеризират с чести стартирания (до 1000 годишно) с относително малък брой часове на използване (от 100 до 1500 часа годишно). Обхватът на единичните мощности на такива газови турбини е от 1 до 100 MW.

Газовите турбини се използват и за задвижване на електрически генератор и генериране на електричество в мобилни инсталации (например на кораби). Такива газови турбини обикновено работят в диапазона на натоварване от 30-110% от номиналния товар, с чести стартирания и спирания. Единичната мощност на такива газови турбини варира от десетки киловата до 10 MW. Бързото развитие на атомни електроцентрали с реактори, охлаждани, например, с хелий, отваря перспективата за използване на GTU с един цикъл, работещи в затворен цикъл (работната течност не напуска централата).

Специфична група силови газотурбинни агрегати представляват инсталации, работещи по технологичните схеми на химически, нефтопреработващи, металургични и други (енергийни технологии). Те работят в режим на основно натоварване и най-често са предназначени за задвижване на компресор, който осигурява на процеса сгъстен въздух или газ поради енергията на разширение на газовете, генерирани в резултат на самия процес.

Задвижващите газови турбини се използват широко за задвижване на центробежни вентилатори на природен газ в компресорни станции на главни тръбопроводи, както и помпи за транспортиране на нефт и нефтопродукти и вентилатори в инсталации с комбиниран цикъл. Полезната мощност на такива газови турбини варира от 2 до 30 MW.

Транспортните газови турбини се използват широко като основни и форсажни двигатели на самолети (турбореактивни и турбовитлови) и кораби на ВМС. Това се дължи на възможността за получаване на рекордни цифри по отношение на специфична мощност и габаритни размери в сравнение с други видове двигатели, въпреки малко надценения разход на гориво. Газовите турбини са много обещаващи като локомотивни двигатели, където малкият им размер и липсата на вода са особено ценни. Транспортните газови турбини работят в широк диапазон от натоварвания и са подходящи за краткосрочно форсиране.

Единичната мощност на газовата турбина все още не надвишава 100 MW, а ефективността на централата е 27-37%. С повишаване на началната температура на газа до 1200 °C мощността на газовата турбина ще се увеличи до 200 MW и ефективността на централата ще бъде до 38-40%.

Газотурбинна инсталацияе универсално модулно устройство, което съчетава: електрически генератор, скоростна кутия, газова турбина и блок за управление. Освен това има допълнително оборудване, като: компресор, пусково устройство, топлообменник.

Газотурбинната инсталация е в състояние да работи не само в режим на производство на електроенергия, но и да произвежда съвместно производство на електрическа енергия с топлинна енергия.

По желание на клиента, производството на газотурбинни инсталации може да се осъществи с универсална система, когато отработените газове се използват за производство на пара или топла вода.

Схема на газотурбинна инсталация

Това оборудване има два основни блока: силова турбина и генератор. Те са поставени в един блок.

Схемата на газотурбинна инсталация е много проста: газът, образуван след изгаряне на горивото, започва да допринася за въртенето на лопатките на самата турбина.

По този начин се генерира въртящ момент. Това води до генериране на електрическа енергия. Изходящите газове превръщат водата в пара в котела за отпадъчна топлина. Газът в този случай работи с двойна полза.

Цикли на газотурбинни инсталации

Това оборудване може да бъде направено с различни циклиработа.

Газотурбинна инсталация със затворен цикълпредполага следното: газът се подава през компресора към нагревателя (топлообменника), където топлината се подава от външни източници. След това се подава в газова турбина, където се разширява. Това води до по-малко налягане на газа.

След това газовете влизат в хладилната камера. Топлината се отвежда от там до външна среда. След това газът се изпраща към компресора. След това цикълът се рестартира. Днес подобно оборудване почти не се използва в енергийния сектор.

Производството на газотурбинни инсталации от този тип се извършва в големи размери. Също така има загуби и ниски стойност на ефективността, което пряко зависи от температурните показатели на самия газ преди турбината.

Газотурбинна инсталация с отворен контурсе използват много по-често. В това оборудване компресорът доставя въздух от околната среда, който, когато високо наляганевлиза в специално проектирана горивна камера. Тук се изгаря горивото.

Температурата на органичното гориво достига 2000 градуса. Това може да повреди метала на самата камера. За да се предотврати това, към него се подава много въздух, отколкото е необходимо (около 5 пъти). Това значително намалява температурата на самия газ и предпазва метала.

Схема на газотурбинна инсталация с отворен цикъл

Схемата на газотурбинна инсталация с отворен цикъл е, както следва: горивото се подава към газов котлон(дюза), разположена вътре в топлоустойчивата тръба. Там също се впръсква въздух, след което се извършва процесът на изгаряне на горивото.

Има няколко такива тръби и те са разположени концентрично. Въздухът навлиза в пролуките между тях, създавайки защитна бариера и предотвратявайки изгарянето.

Благодарение на тръбите и въздушния поток, камерата е вътре надеждна защитаот прегряване. В същото време температурата на газовете на изхода е по-ниска от тази на самото гориво.

Металът издържа на 1000 - 1300°C. Именно тези индикатори за температура на газа в камерата присъстват в съвременните газотурбинни апарати.

Разлики между газотурбинни инсталации от затворен и отворен тип

Основната разлика между газотурбинните инсталации от затворен тип и отворена се основава на факта, че в първия случай няма горивна камера, а се използва нагревател. Тук въздухът се нагрява, докато не участва в самия процес на генериране на топлина.

Такова оборудване се извършва изключително с горене, при постоянна стойност на налягането. Тук се използва органично или ядрено гориво.

Ядрените блокове използват не въздух, а хелий, въглероден двуокисили азот. Предимствата на такова оборудване включват възможността да се използва топлината на атомния разпад, която се отделя в ядрените реактори.

Поради високата концентрация на „работната течност“ стана възможно да се постигнат високи показания на коефициента на топлопреминаване вътре в самия регенератор. Това също допринася за повишаване на нивото на регенерация при малки размери. Такова оборудване обаче все още не е широко използвано.

Силови газотурбинни инсталации

Газотурбинните електроцентрали се наричат ​​още "газотурбинни мини електроцентрали". Използват се като постоянни, спешни или резервни източници на доставки за градове и труднодостъпни райони.

Газотурбинните електроцентрали се използват в много индустрии:

• рафиниране на петрол;
• производство на газ;
• металообработка;
• горско и дървообработване;
• металургични;
• Селско стопанство;
• изхвърляне на отпадъци и др.

Какви видове горива се използват в газовите турбини?

Това оборудване може да работи с различни видове гориво.

Газовите турбини използват следните видове гориво:

• природен газ;
• керосин;
• биогаз;
• дизелово гориво;
• нефтен газ от свързан тип;
• кокс, дърва, минен газ и други видове.

Много от тези турбини също могат да работят с нискокалорични горива, съдържащи малки количества метан (от порядъка на 3 процента).

Други характеристики на газотурбинните инсталации

Отличителни характеристики на газотурбинните инсталации:

• Причинена лека вреда заобикаляща среда. Това е ниска консумация на масло. Възможността за работа върху отпадъците от самото производство. Емисията на вредни вещества в атмосферата е 25 ppm.
• Малки размери и тегло. Това ви позволява да разположите това оборудване на малки площи, което спестява пари.
• Незначително ниво на шум, както и вибрации. Този индикатор е в диапазона от 80 - 85 dBA.
• Способността на газотурбинното оборудване да работи на различни горива позволява то да се използва в почти всяка индустрия. В същото време предприятието ще може да избере икономически изгоден вид гориво, въз основа на спецификата на своята дейност.
• Непрекъсната работа с минимално натоварване. Това важи и за режима на празен ход.
• За една минута това оборудване е в състояние да издържи превишаване на номиналния ток със 150 процента. И в рамките на 2 часа - 110%.
• С трифазно симетрично "късо съединение", генераторната система е в състояние да издържи за 10 секунди около 300 процента от номиналния продължителен ток.
• Без водно охлаждане.
• Висока експлоатационна надеждност.
• Дълъг експлоатационен живот (около 200 000 часа).
• Използване на оборудване при всякакви климатични условия.
• Умерена цена на строителство и ниски разходи по време на самата работа, ремонти и поддръжка.

Електрическата мощност на газотурбинното оборудване варира от десетки kW до няколко MW. Максималната ефективност се постига, ако газотурбинната инсталация работи в режим на едновременно производство на топлинна и електрическа енергия (когенерация).

Поради получаването на такава евтина енергия става възможно бързото изплащане на този вид оборудване. Електроцентралата и котелът за утилизация на отработените газове допринасят за по-ефективното използване на горивото.

С газотурбинните машини задачата за получаване на висока мощност е значително опростена. И когато всички термични характеристики на газовите турбини са изпълнени, стойността на голямата електрическа ефективност изчезва на заден план. Ако вземем предвид голямо значениетемпература на отработените газове на газотурбинното оборудване, е възможно да се извърши комбинация от използването на газови и парни турбини.

Дадено инженерно решениепомага на предприятията да увеличат значително производителността от използването на гориво и да увеличат електрическата ефективност до ниво от 57 - 59 процента. Този метод е много добър, но води до финансови разходи и сложност на проектирането на оборудването. Поради това често се използва само от големите индустрии.

Съотношението на произведената електрическа енергия към топлинната енергия в газотурбинна инсталация е 1 към 2. Така например, ако газотурбинна инсталация има мощност 10 мегавата, тогава тя е в състояние да генерира 20 MW топлинна енергия. За да преобразувате мегаватите в гигакалории, трябва да използвате специален коефициент, който е равен на 1,163.

В зависимост от това от какво точно се нуждае клиентът, газотурбинното оборудване може да бъде допълнително оборудвано с водно отопление и парни котли. Това ви позволява да получите пара с различни налягания, която ще се използва за решаване на различни производствени проблеми. Освен това ви позволява да получите топла вода, който ще има стандартна температура.

При комбинирана работа на два вида енергия е възможно да се получи увеличение на коефициента на използване на горивото (FU) на газова турбинна топлоелектрическа централа до 90 процента.

При използване на газови турбинни инсталации под формата на енергийно оборудване за мощни топлоелектрически централи, както и мини-CHP, ще получите оправдано икономическо решение. Това се дължи на факта, че днес почти всички електроцентрали работят на газ. Те имат много ниска единична цена за потребителя по отношение на конструкцията и ниски разходи при последваща употреба.

Излишно и дори безплатно, Термална енергияви позволява да настроите вентилация (климатик) без никакви разходи за електроенергия промишлени помещения. И това може да се направи по всяко време на годината. Охладената по този начин охлаждаща течност може да се използва за различни промишлени нужди. Този тип технология се нарича "тригенерация".

Газотурбинни инсталации на изложението

Централният комплекс на Централния изложбен комплекс Експоцентър е много удобен обект, който се намира в Москва, в близост до метростанциите Виставочная и Деловой център.

Благодарение на високия професионализъм на служителите на този комплекс и техните фирми, идеалната логистика за създаване на изложби и бързото изпълнение на митнически документи, товарене, разтоварване и монтажни работи. Също така се поддържа непрекъсната работа на инсталациите по време на нейното представяне.

Зоната на изложбения павилион на Централен изложбен комплекс Експоцентър разполага с цялото необходимо оборудване за провеждане на подобни мащабни събития. Благодарение на откритата площ можете лесно да представите вашето иновативно или енергоемко оборудване, което работи в реално време.

Годишното международно изложение "Electro" е мащабно събитие в Русия и ОНД. Той ще демонстрира електрическо оборудване за енергетиката, електротехниката, промишлено осветително оборудване, както и автоматизация на предприятията.

На изложбата "Електро" можете да видите съвременните тенденциииндустрии, от производството на електрическа енергия до нейното крайно използване. Благодарение на иновативни технологиии висококачествено оборудване, вашето предприятие може да получи "глътка свеж въздухи да се преродиш.

Подобна модернизация на производството не може да бъде игнорирана от потребителите на вашите услуги и стоки. Такова оборудване може значително да намали разходите и разходите за електрическа енергия.

Всяка година това събитие се посещава от производители от повече от двадесет страни по света. Можете също да го посетите. За да направите това, трябва да попълните съответното заявление на нашия уебсайт или да ни се обадите. На нашето изложение ще можете да представите вашите нови мостри на продукти, полезни модели и изобретения, нови оригинални продукти и много други свързани с енергетиката и електрическото оборудване.

Условията за участие в изложението в Панаир Експоцентър са много прозрачни. Всеки носител на права, ако установи различни нарушения на правата си върху интелектуална собственост, може да разчита на правна помощ. Това ви позволява да увеличите отговорността и дискретността на всеки изложител по време на представянето на техния продукт.

ГАЗОВ ТУРБИНЕН ЗАВОД

ВЪВЕДЕНИЕ

На първите етапи от развитието на газовите турбини са използвани два вида горивни камери за изгаряне на гориво. В горивната камера от първия тип горивото и окислителят (въздух) се подават непрекъснато, тяхното изгаряне също се поддържа непрекъснато и налягането не се променя. В горивната камера вторият вид гориво и окислител (въздух) се подават на порции. Сместа се запалва и изгаря в затворен обем, а след това продуктите от горенето влизат в турбината. В такава горивна камера температурата и налягането не са постоянни: те се увеличават рязко в момента на изгаряне на горивото.

С течение на времето се разкриха несъмнените предимства на първия тип горивни камери. Следователно в съвременните газови турбини горивото в повечето случаи се изгаря при постоянно налягане в горивната камера.

Първите газови турбини имаха ниска ефективност, тъй като газовите турбини и компресорите бяха несъвършени. С усъвършенстването на тези агрегати ефективността на газотурбинните инсталации се увеличава и те стават конкурентоспособни по отношение на други видове топлинни двигатели.

В момента газотурбинните агрегати са основният тип двигатели, използвани в авиацията, поради простотата на техния дизайн, способността за бързо увеличаване на натоварването, високата мощност с ниско тегло и възможността за пълна автоматизация на управлението. Самолет, задвижван от газотурбинен двигател, лети за първи път през 1941 г.

В енергийния сектор газовите турбини работят главно във време, когато потреблението на електроенергия се увеличава рязко, т.е. по време на пикове на натоварване. Въпреки че ефективността на газовите турбини е по-ниска от тази на парните турбини (при мощност 20-100 MW, ефективността на газовите турбини достига 20-30%), използването им в режим на пик е от полза, тъй като стартирането отнема много по-малко време.

В някои върхови газови турбини, авиационни турбореактивни двигатели, които са отслужили времето си в авиацията, се използват като източници на газ за турбината, която върти електрическия генератор. Наред с двигателите с вътрешно горене, газовите турбини се използват като основни двигатели в мобилните електроцентрали.

В технологичните процеси на петролната рафинерия и химическа промишленостгорими отпадъци се използват като гориво за газови турбини.

Газотурбинните инсталации намират широко приложение и в железопътния, морския, речния и автомобилния транспорт. Така че на високоскоростни подводни криле и кораби на въздушна възглавница GTU са двигатели. При тежките превозни средства те могат да се използват както като основен, така и като спомагателен двигател, предназначени да доставят въздух на главния двигател с вътрешно горене и да работят с неговите отработени газове.

В допълнение, газовите турбини служат като задвижване на вентилатори за природен газ на главни газопроводи, резервни електрически генератори за пожарни помпи.

! Основната посока, в която се развива индустрията на газовите турбини, е повишаване на ефективността на газовите турбини чрез повишаване на температурата и налягането на газа пред газовата турбина. За целта се разработват сложни охладителни системи за най-натоварените части на турбините или се използват нови, високоякостни материали - топлоустойчиви на никелова основа, керамика и др.

Газотурбинните инсталации обикновено са надеждни и лесни за работа, при стриктно спазване на установените правила и режими на работа, отклонението от които може да причини разрушаване на турбините, повреда на компресора, експлозии в горивните камери и др.

ОСНОВНИ ЕЛЕМЕНТИ НА ГАЗОТУРБИННАТА УСТАНОВКА

ОБЩА ИНФОРМАЦИЯ ЗА ГАЗОТУРБИНЕН ЗАВОД

Газотурбинен двигател(GTE) - един от видовете топлинни двигатели, в които газът се компресира и нагрява, а след това енергията на компресирания и нагрят газ се преобразува в механична работана вала на газовата турбина. Газотурбинната инсталация се състои от три основни елемента: газова турбина, горивни камери и въздушен компресор.

Превръщането на топлината в работа се извършва в няколко GTE блока (фиг. 1)

Ориз. 1. Схема на газотурбинен двигател:

TN - горивна помпа; CS - горивна камера; K - компресор; Т - турбина; EG - електрически генератор.

Горивото и сгъстен въздух се подават в горивната камера от горивна помпа след компресора. Горивото се смесва с въздух, който служи като окислител, запалва се и изгаря. Чисти продуктиот горенето също се смесват с въздух, така че температурата на газа, получен след смесване, да не надвишава предварително определена стойност. От горивните камери газът влиза в газовата турбина, която е предназначена да преобразува потенциалната си енергия в механична работа. При извършване на работа газът се охлажда и налягането му намалява до атмосферно налягане. От газовата турбина газът се отделя в околната среда.

Чистият въздух навлиза в компресора от атмосферата. В компресора налягането му се увеличава и температурата се повишава. Задвижването на компресора трябва да поема значителна част от мощността на турбината.

Газотурбинните инсталации, работещи по тази схема, се наричат инсталации с отворена верига. Повечето съвременни газови турбини работят по тази схема.

Ориз. 2. Цикъл на газотурбинен двигател.

Заменяйки изгарянето на горивото с изобарно подаване на топлина (линия 2-3 на фиг. 2) и охлаждането на продуктите от горенето, излъчени в атмосферата с изобарно отвеждане на топлината (ред 1-4), получаваме цикъла на GTE:

1-2 - компресия на работния флуид от атмосферно налягане до налягане в двигателя;

2-3 - горене в камерата;

3-4 - процесът на адиабатно разширение на работния флуид;

4-1 - отработените газове се отделят в атмосферата

Освен това кандидатствайте затворени газови турбини(фиг. 3). Затворените газови турбини също имат компресор 3 и турбина 2 . Вместо горивната камера се използва източник на топлина 1 , при който топлината се предава на работния флуид, без да се смесва с горивото. Като работен флуид могат да се използват въздух, въглероден диоксид, живачни пари или други газове.

Работната течност, чието налягане се повишава в компресора, се нагрява в топлинния източник 1 и влиза в турбината 2 , в който той дава своята енергия. След турбината газът влиза в междинния топлообменник 5 (регенератор), в който загрява въздуха и след това се охлажда в охладителя 4 , влиза в компресора 3, и цикълът се повтаря.Като източник на топлина могат да се използват специални котли за загряване на работното тяло с енергията на изгореното гориво или ядрени реактори.

Ориз. 3. Схема на газотурбинен двигател, работещ в затворен цикъл: 1 - повърхностен нагревател; 2 - турбина; 3 - компресор; 4 - охладител; 5 - регенератор; 6 - въздушен акумулатор; 7 - спомагателен компресор.