Возникновение газовой турбины

Газовая турбина является исторически последним тепловым двигателем. Конструктивно она состоит из трех основных элементов: воздушного компрессора, камеры сгорания и силовой турбины.

Принцип действия ГТУ сводится к следующему. Из атмосферы воздух забирают компрессором, после чего при повышен­ном давлении его подают в камеру сгорания,куда одновременно подводят жидкое или газообразное топливо. Получающийся высокотемпературный газовый поток поступает в турбину, в которой, расширяясь, совер­шает работу, а затем выбрасывается в атмосферу. Развиваемая турбиной мощность час­тично расходуется на привод компрессора, а остав­шаяся часть является полезной мощностью.

Эффективность газовой турбины в сравнении с другими теп­ловыми двигателями обнаруживается только при высокой температуре газа. Поэтому простой по принципу действия газотурбинный двигатель стали применять в промышленности позднее других теп­ловых двигателей, после совершенствования технологии получения жаропрочных ма­териалов и накопления знаний в об­ласти аэродинамики турбомашин.

Среди первых разработчиков упомянем швейцарскую фирму «Броун-Бовери», введшей в 1939 г. в эксплуатацию стационарную ГТУ. Установка мощностью 4000 кВт предназначалась для привода электрического генератора на резервной электростанции и автоматически запускалась при понижении частоты в сети ниже допустимого уровня. Эта установка при темпе­ратуре газов перед турбиной 550имела КПД около 18 %, что являлось большим достижением.

Успехи аэродинамики и металлургии позволили поднять тепловую экономичность ГТУ до необходимого уровня и создать предпосылки для их внедрения в первую очередь в таких областях народного хозяйства, как воздушный транспорт, дальнее газоснабжение, стационарная энергетика. В авиации газотурбинный­ двигатель занимает ведущее место, почти полностью вытеснив двигатель внутреннего сгорания.

На компрессорных станциях магистральных га­зопроводов ГТУ используются в качестве двигате­лей для привода газоперекачивающего компрессора. Топливом служит природный газ, отбираемый из магистральной линии.

В стационарной энергетике на тепловых элек­трических станциях применяются газотурбинные установки различного типа и назначения. ГТУ пи­кового назначения работают в периоды максимума потребления электрической энергии (обычно менее 2000 ч в год). Резервные ГТУ обеспечивают собственные нужды ТЭС в период, когда основное оборудование не эксплуатируется.

Наивысшая экономичность при минимальной удельной стоимости среди всех тепловых двигате­лей достигнута в комбинированных парогазотур­бинных установках (ПГУ). ПГУ представляет собой сочетание газотурбинных и паротурбинных устано­вок: отходящие от ГТУ газы подаются в котел-ути­лизатор, где вырабатывается водяной пар, подавае­мый в паровую турбину, которая дает дополнительную мощность, составляющую при­мерно половину мощности ГТУ. Лучшие из работающих ПГУ имеют КПД свыше 55 %, и существует тенденция дополнительного по­вышения экономичности ПГУ до 60 % и более.