Схема, элементы и принцип действия газотурбинной установки открытого типа

В газовой турбине рабочим телом служат газообразные продукты сгорания топлива в смеси с воздухом.

По принципу действия газовая турбина аналогична паровой. В ее проточной части расширение рабочего тела (газа) также сопровождается превращением теплоты в кинетическую энергию газового потока, которая затем преобразуется в механическую работу нам валу вращающегося ротора. Но в связи с применением газа, обладающего свойствами, отличными от свойств водяного пара, имеются конструктивные отличия между газовыми и паровыми турбинами. В целом ГТУ, их схемы и оборудование существенно отличаются от ПТУ.

Достоинства ГТУ по сравнению с ПТУ:

– они более компактны, так как топливо сжигается не в громоздком котле, а в небольшой по размерам камере сгорания (КС), расположенной вблизи газовой турбины; в ГТУ нет конденсационной установки;

– обеспечивают быстрый запуск и нагружение (30 с–30 мин);

– проще по конструкции и в обслуживании;

– менее емки в смысле затраты металлов и других материалов при одинаковой с паровой турбиной мощности;

– имеют более низкую стоимость;

– почти не требуют воды для охлаждения.

ГТУ уступают ПТУ:

– по единичной мощности. Единичная мощность установленных газовых турбин не превышает 100–150 МВт, что значительно меньше единичной мощности крупных энергоблоков;

– на современном этапе развития имеют более низкий КПД 25–30%;

– менее долговечны в эксплуатации;

– более требовательны к сортам топлива. Проблема использования твердого топлива в ГТУ до сих пор еще находится в стадии разработки, а применение тяжелых мазутов связано со значительным усложнением как конструкции, так и эксплуатации установок.

Принципиальная схема простейшей ГТУ показана на рис. 14.1.

Рис. 14.1. Принципиальная схема простейшей ГТУ

ТН – топливный насос; К – компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – газовая турбина; Г – электрический генератор

Эта схема с подводом тепла при постоянном давлении. Изобразим цикл идеальной газотурбинной установки (цикл Брайтона) в Р – v и T–s диаграммах рис. 14.2.

Рис. 14.2. Цикл идеальной ГТУ в Р – v и T–s диаграммах

На рис. 14.2 1-2 – процесс изоэнтропного сжатия в компрессоре с увеличением давления, 2-3 – подвод тепла к сжатому газу в камере сгорания по изобаре с увеличением удельного объема и температуры, 3-4 – изоэнтропное расширение газа в турбине с меньшением температуры, удельного объема и давления, 4-1 – процесс охлаждения рабочего тела с уменьшением температуры и удельного объема.