Zasada działania zespołów turbin gazowych. Ogólne informacje o elektrowniach z turbinami gazowymi

Elektrownia z turbiną gazową to uniwersalne urządzenie modułowe, które łączy w sobie: generator elektryczny, skrzynię biegów, turbinę gazową i jednostkę sterującą. Istnieje również dodatkowe wyposażenie, takie jak sprężarka, urządzenie rozruchowe i urządzenie do wymiany ciepła.

Zespół turbiny gazowej może pracować nie tylko w trybie wytwarzania energii elektrycznej, ale także w procesie współprodukcji energii elektrycznej z energią cieplną.

W zależności od życzenia klienta, produkcja zespołów turbin gazowych może odbywać się w systemie uniwersalnym, w którym gazy spalinowe wykorzystywane są do produkcji pary lub gorącej wody.

Schemat instalacji turbiny gazowej

Sprzęt ten składa się z dwóch głównych bloków: turbiny energetycznej i generatora. Znajdują się one w jednym bloku.

Konstrukcja instalacji turbiny gazowej jest bardzo prosta: gaz powstający po wypaleniu paliwa zaczyna przyczyniać się do obrotu łopatek samej turbiny.

W ten sposób generowany jest moment obrotowy. W efekcie powstaje energia elektryczna. Gazy spalinowe przekształcają wodę w parę w kotle regeneracyjnym. Gaz w tym przypadku działa z podwójną korzyścią.

Cykle turbin gazowych

Sprzęt ten może być wykonany z różnymi cyklami pracy.

Elektrownia z turbiną gazową w obiegu zamkniętym oznacza: gaz dostarczany jest poprzez sprężarkę do podgrzewacza (wymiennika ciepła), gdzie ciepło dostarczane jest ze źródeł zewnętrznych. Następnie trafia do turbiny gazowej, gdzie jest rozprężany. Powoduje to mniejsze ciśnienie gazu.

Następnie gazy przedostają się do komory chłodniczej. Stamtąd ciepło jest odprowadzane do środowiska zewnętrznego. Następnie gaz kierowany jest do sprężarki. Następnie cykl rozpoczyna się od nowa. Dziś podobny sprzęt prawie w ogóle nie jest używany w energetyce.

Produkcja tego typu zespołów turbin gazowych prowadzona jest w dużych rozmiarach. Występują również straty i niska wydajność, która bezpośrednio zależy od temperatury samego gazu przed turbiną.

Elektrownia z turbiną gazową w cyklu otwartym są używane znacznie częściej. W tym sprzęcie sprężarka dostarcza powietrze z otoczenia, które pod wysokim ciśnieniem dostaje się do specjalnie zaprojektowanej komory spalania. To tutaj następuje spalanie paliwa.

Temperatura paliwa organicznego sięga 2000 stopni. Może to spowodować uszkodzenie metalu samego aparatu. Aby temu zapobiec, dostarcza się do niego więcej powietrza niż jest to konieczne (około 5 razy). To znacznie obniża temperaturę samego gazu i chroni metal.

Schemat elektrowni z turbiną gazową w cyklu otwartym

Schemat instalacji turbiny gazowej o obiegu otwartym jest następujący: paliwo dostarczane jest do palnika gazowego (dysz) umieszczonego wewnątrz żaroodpornej rury. Tam też wtryskiwane jest powietrze, po którym następuje proces spalania paliwa.

Takich rur jest kilka i są one rozmieszczone koncentrycznie. W szczeliny między nimi przedostaje się powietrze, tworząc barierę ochronną i zapobiegając wypaleniu.

Dzięki rurom i przepływowi powietrza kamera jest niezawodnie chroniona przed przegrzaniem. Jednocześnie temperatura wylotowa gazów jest niższa niż temperatura samego paliwa.

Metal wytrzymuje temperaturę 1000 – 1300°C. To właśnie te wskaźniki temperatury gazów komorowych są obecne w nowoczesnych urządzeniach z turbiną gazową.

Różnice pomiędzy zamkniętymi i otwartymi elektrowniami z turbiną gazową

Główna różnica między zamkniętymi i otwartymi zespołami turbiny gazowej polega na tym, że w pierwszym przypadku nie ma komory spalania, lecz stosuje się grzejnik. Tutaj powietrze jest podgrzewane, ale samo w sobie nie uczestniczy w procesie powstawania ciepła.

Takie urządzenia wykonuje się wyłącznie przy spalaniu, pod stałym ciśnieniem. Wykorzystuje się tutaj paliwo organiczne lub jądrowe.

Jednostki jądrowe nie wykorzystują powietrza, lecz hel, dwutlenek węgla lub azot. Zaletami takiego sprzętu jest możliwość wykorzystania ciepła rozpadu atomowego, które uwalnia się w reaktorach jądrowych.

Dzięki wysokiemu stężeniu „płynu roboczego” możliwe stało się uzyskanie wysokich odczytów współczynnika przenikania ciepła wewnątrz samego regeneratora. Pomaga to również zwiększyć poziom regeneracji przy małych rozmiarach. Jednak taki sprzęt nie znalazł jeszcze szerokiego zastosowania.

Elektrownie z turbinami gazowymi

Elektrownie z turbinami gazowymi nazywane są także „minielektrowniami z turbinami gazowymi”. Wykorzystywane są jako stałe, awaryjne lub rezerwowe źródła zaopatrzenia miast i obszarów trudno dostępnych.

Zespoły turbin gazowych energetycznych znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu:

• rafinacja ropy naftowej;
• produkcja gazu;
• obróbka metalu;
• leśnictwo i obróbka drewna;
• metalurgiczny;
• Rolnictwo;
• wywóz śmieci itp.

Rodzaje paliwa stosowane w elektrowniach z turbinami gazowymi?

Urządzenia te mogą pracować na różnych rodzajach paliwa.

W turbinach gazowych stosowane są następujące rodzaje paliw:

• gazu ziemnego;
• nafta oczyszczona;
• biogaz;
• olej napędowy;
• powiązany gaz naftowy;
• koks, drewno, gaz kopalniany i inne rodzaje.

Wiele takich turbin może pracować na paliwie niskokalorycznym, zawierającym niewielką ilość metanu (około 3 proc.).

Inne cechy elektrowni z turbinami gazowymi

Cechy charakterystyczne zespołów turbin gazowych:

• Drobne szkody dla środowiska. To niskie zużycie oleju. Możliwość pracy na odpadach z samej produkcji. Emisja szkodliwych substancji do atmosfery wynosi 25 ppm.
• Małe wymiary i waga. Pozwala to na umieszczenie tego sprzętu na małych obszarach, co pozwala zaoszczędzić pieniądze.
• Niski poziom hałasu i wibracji. Wskaźnik ten mieści się w przedziale 80 – 85 dBA.
• Zdolność urządzeń turbin gazowych do pracy na różnych paliwach pozwala na ich zastosowanie w niemal każdej produkcji. Jednocześnie przedsiębiorstwo będzie mogło wybrać najbardziej opłacalny rodzaj paliwa, kierując się specyfiką swojej działalności.
• Ciągła praca przy minimalnym obciążeniu. Dotyczy to również trybu bezczynności.
• Przez jedną minutę sprzęt ten może wytrzymać 150 procent prądu znamionowego. A w ciągu 2 godzin – 110%.
• W przypadku trójfazowego symetrycznego zwarcia układ generatora jest w stanie wytrzymać około 300 procent znamionowego prądu ciągłego przez 10 sekund.
• Brak chłodzenia wodnego.
• Wysoka niezawodność działania.
• Długa żywotność (około 200 000 godzin).
• Użytkowanie sprzętu w każdych warunkach klimatycznych.
• Umiarkowana cena budowy i niskie koszty samych prac, napraw i konserwacji.

Moc elektryczna urządzeń turbiny gazowej waha się od kilkudziesięciu kW do kilku MW. Największą sprawność osiąga się, gdy zespół turbiny gazowej pracuje w trybie jednoczesnego wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej (kogeneracja).

Dzięki pozyskaniu tak niedrogiej energii możliwe staje się szybkie opłacenie tego typu sprzętu. Elektrownia i kocioł odzysknicowy przyczyniają się do bardziej efektywnego wykorzystania paliwa.

W przypadku maszyn z turbiną gazową zadanie uzyskania dużej mocy zostało znacznie uproszczone. A kiedy spełnione są wszystkie właściwości termiczne turbin gazowych, wartość wysokiej sprawności elektrycznej schodzi na dalszy plan. Jeśli weźmiemy pod uwagę wysoką temperaturę gazów spalinowych z urządzeń turbiny gazowej, możliwe jest wdrożenie kombinacji wykorzystania turbiny gazowej i parowej.

To rozwiązanie inżynieryjne pomaga przedsiębiorstwom znacznie zwiększyć produktywność dzięki zużyciu paliwa i zwiększyć wydajność elektryczną do 57–59 procent. Metoda ta jest bardzo dobra, jednak wiąże się z kosztami finansowymi i złożonością konstrukcji sprzętu. Dlatego często jest używany tylko przez duże gałęzie przemysłu.

Stosunek wyprodukowanej energii elektrycznej do energii cieplnej w instalacji z turbiną gazową wynosi 1 do 2. Zatem przykładowo, jeśli instalacja z turbiną gazową ma moc 10 MW, to jest w stanie wygenerować 20 MW energii cieplnej. Aby przeliczyć megawaty na gigakalorie, należy użyć specjalnego współczynnika, który wynosi 1,163.

W zależności od potrzeb klienta, urządzenia turbiny gazowej mogą być dodatkowo wyposażone w podgrzewacze wody i kotły parowe. Pozwala to na wytwarzanie pary o różnym ciśnieniu, która zostanie wykorzystana do rozwiązania różnych problemów produkcyjnych. Pozwala to również uzyskać ciepłą wodę o standardowej temperaturze.

Podczas łączonej pracy dwóch rodzajów energii możliwe jest zwiększenie współczynnika wykorzystania paliwa (FUI) elektrowni cieplnej z turbiną gazową nawet o 90 procent.

Stosując turbozespoły gazowe w postaci urządzeń energetycznych dla dużych elektrowni cieplnych, a także minielektrowni, otrzymają Państwo uzasadnione ekonomicznie rozwiązanie. Wynika to z faktu, że dziś prawie wszystkie elektrownie pracują na gazie. Charakteryzują się bardzo niskim kosztem jednostkowym dla konsumenta w zakresie konstrukcji i niskimi kosztami podczas późniejszego użytkowania.

Nadmiar, a nawet darmowa energia cieplna pozwala na założenie wentylacji (klimatyzacji) pomieszczeń przemysłowych bez ponoszenia kosztów energii. I można to zrobić o każdej porze roku. Schłodzony w ten sposób płyn chłodzący może zostać wykorzystany do różnych potrzeb przemysłowych. Ten rodzaj technologii nazywany jest „trigeneracją”.

Zespoły turbin gazowych na wystawie

Centralny kompleks terenów targowych Expocentre to bardzo wygodny obiekt, położony w Moskwie, w pobliżu stacji metra Vystavochnaya i Delovoy Tsentr.

Dzięki wysokiemu profesjonalizmowi pracowników tego kompleksu i ich firm zapewniona jest idealna logistyka do tworzenia wystaw i szybkiego przetwarzania dokumentów celnych, załadunku, rozładunku i prac instalacyjnych. Zapewnione jest także wsparcie dla ciągłej pracy instalacji podczas jej prezentacji.

Powierzchnia pawilonu wystawienniczego Terenów Targowych Expocentre posiada wszelki sprzęt niezbędny do organizacji tak dużej imprezy. Dzięki otwartej przestrzeni z łatwością zaprezentujesz swój innowacyjny lub energochłonny sprzęt pracujący w czasie rzeczywistym.

Coroczna międzynarodowa wystawa „Electro” jest wydarzeniem na dużą skalę w Rosji i WNP. Zaprezentowane zostaną urządzenia elektryczne dla energetyki, elektrotechniki, techniki oświetlenia przemysłowego, a także automatyzacji przedsiębiorstw.

Na wystawie Electro będzie można zapoznać się z aktualnymi trendami w branży, począwszy od wytwarzania energii elektrycznej, aż po jej ostateczne wykorzystanie. Dzięki innowacyjnym technologiom i wysokiej jakości sprzętowi Twoja firma może odetchnąć świeżym powietrzem i narodzić się na nowo.

Taka modernizacja produkcji nie może pozostać niezauważona przez konsumentów Twoich usług i towarów. Taki sprzęt może znacznie obniżyć koszty i koszty energii elektrycznej.

Co roku w wydarzeniu tym biorą udział producenci z ponad dwudziestu krajów. Ty też możesz to odwiedzić. W tym celu należy wypełnić odpowiedni wniosek na naszej stronie internetowej lub zadzwonić do nas. Na naszej wystawie będą Państwo mogli zaprezentować swoje nowe próbki produktów, wzory użytkowe i wynalazki, nowe oryginalne produkty i wiele więcej, które dotyczą energetyki i sprzętu elektrycznego.

Warunki udziału w wystawie na terenie Targów Expocentre są bardzo przejrzyste. Każdy posiadacz praw autorskich, jeśli odkryje różne naruszenia swoich praw własności intelektualnej, może mieć pewność, że będzie mógł liczyć na pomoc prawną. Dzięki temu możliwe jest zwiększenie odpowiedzialności i dyskrecji każdego wystawcy podczas prezentacji swojego produktu.

Schematy i wskaźniki instalacji turbin gazowych elektrowni

Elektrownie z turbinami gazowymi w ZSRR otrzymały ograniczoną dystrybucję jako niezależne elektrownie. Szeregowe zespoły turbin gazowych (GTU) mają niską sprawność i z reguły zużywają paliwo wysokiej jakości (ciekłe lub gazowe). Przy niskich nakładach inwestycyjnych na budowę charakteryzują się dużą zwrotnością, dlatego w niektórych krajach, np. w USA, wykorzystuje się je jako elektrownie szczytowe. Turbiny gazowe mają podwyższoną charakterystykę hałasu w porównaniu z turbinami parowymi, co wymaga dodatkowej izolacji akustycznej maszynowni i urządzeń dolotowych. Sprężarka powietrza zużywa znaczną część (50-60%) wewnętrznej mocy turbiny gazowej. Ze względu na stosunek mocy właściwej sprężarki do turbiny gazowej zakres zmian obciążenia elektrycznego zespołu turbiny gazowej jest niewielki.

Moc jednostkowa zainstalowanych turbin gazowych nie przekracza 100-150 MW, czyli znacznie mniej niż wymagana moc jednostkowa dużych bloków energetycznych.

Większość nowoczesnych turbin gazowych pracuje według schematu ciągłego spalania paliwa i odbywa się w cyklu otwartym (otwartym) lub zamkniętym (zamkniętym), w zależności od rodzaju spalanego paliwa.

W Zespół turbiny gazowej w cyklu otwartym Stosowanym paliwem jest płynne paliwo turbinowe o niskiej zawartości siarki lub gaz ziemny dostarczany do komory spalania (rys. 9.1). Powietrze potrzebne do spalania paliwa jest oczyszczane w skomplikowanym urządzeniu oczyszczającym powietrze (filtrze) i sprężane w kompresorze do ciśnienia MPa. Aby uzyskać zadaną temperaturę gazu przed turbiną gazową °C w komorze spalania utrzymuje się wymagany nadmiar powietrza (2,5-5,0), biorąc pod uwagę teoretyczną temperaturę spalania paliwa, rodzaj paliwa, sposób jego spalania itp. Cieczą roboczą w komorze spalania są gorące gazy turbiny gazowej, gdzie się rozszerzają, a następnie kiedy temperatura °C są uwalniane do komina.

Ryż. 9.1. Schematyczny diagram termiczny zespołu turbiny gazowej w cyklu otwartym:

DO- kompresor powietrza; GT- turbina gazowa; G - generator elektryczny; PU- urządzenie rozruchowe; F- filtr powietrza; KS- komora spalania paliwa

Zespół turbiny gazowej o obiegu zamkniętym(Rys. 9.2) umożliwiają stosowanie zarówno paliwa płynnego stałego, jak i wysokosiarkowego (oleju opałowego), spalanego w komorze spalania, w której zainstalowany jest podgrzewacz płynu roboczego, najczęściej powietrza. Włączenie chłodnicy powietrza do obwodu zmniejsza pracę sprężania w sprężarce, a regenerator zwiększa wydajność zespołu turbiny gazowej. Nie widzieliśmy jeszcze zastosowania turbin gazowych o obiegu zamkniętym z innymi płynami roboczymi (hel itp.).

Główną zaletą turbin gazowych dla systemu elektroenergetycznego jest ich mobilność. W zależności od rodzaju instalacji czas jej uruchomienia i ładowania wynosi 5-20 minut. Turbiny gazowe charakteryzują się niższym kosztem jednostkowym (o 50-80% mniejszym niż podstawowe bloki energetyczne), wysokim stopniem gotowości do rozruchu, brakiem konieczności stosowania wody chłodzącej, możliwością szybkiej budowy elektrowni cieplnych przy małych gabaryty elektrowni i niewielkie zanieczyszczenie środowiska. Jednocześnie turbiny gazowe charakteryzują się niską sprawnością wytwarzania energii elektrycznej (28-30%), ich produkcja fabryczna jest bardziej skomplikowana niż turbin parowych oraz wymagają drogich i rzadkich gatunków paliwa. Okoliczności te wyznaczyły także najbardziej racjonalny obszar wykorzystania w systemie elektroenergetycznym turbin gazowych jako jednostek szczytowo-szczytowych i zwykle uruchamianych autonomicznie, wykorzystujących moc zainstalowaną na poziomie 500-1000 h/rok. W przypadku takich instalacji preferowaną konstrukcją jest jednowałowy zespół turbiny gazowej o prostym cyklu bez regeneracji lub z regeneratorem ciepła spalin (rys. 9.3, a, b). Schemat ten charakteryzuje się dużą prostotą i zwartością instalacji, która jest w dużej mierze produkowana i instalowana fabrycznie. Elektroenergetyczne turbiny gazowe, których działanie zaplanowano w półpodstawowej części harmonogramu obciążenia elektrycznego, są ekonomicznie uzasadnione do realizacji według bardziej złożonego schematu projektowego (ryc. 9.3, c).

Ryż. 9.2. Schemat ideowy zespołu turbiny gazowej o obiegu zamkniętym:

wiceprezes- Podgrzewacz powietrza; GT- turbina gazowa; R- regenerator; VC-kompresor powietrza; G- generator elektryczny; PU- urządzenie rozruchowe

Ryż. 9.3. Schematy konstrukcyjne różnych typów zespołów turbin gazowych:

A- zespół turbiny gazowej o prostym cyklu bez regeneracji; b - zespół turbiny gazowej o prostym cyklu z regeneratorem ciepła spalin; V- dwuwałowy zespół turbiny gazowej z dwustopniowym zasilaniem w ciepło paliwa: T- zapas paliwa; KVD. Efektywność- sprężarki powietrza wysokiego i niskiego ciśnienia; GTND, GTND - turbiny gazowe wysokiego i niskiego ciśnienia

W Związku Radzieckim elektrownie turbinowe pracują z turbinami gazowymi typu GT-25-700, GT-45-3, GT-100-750-2 i innymi o początkowej temperaturze gazu przed turbiną gazową 700 -950°C. W Leningradzkich Zakładach Metalowych opracowano projekty nowej serii turbozespołów gazowych o mocy 125-200 MW przy początkowej temperaturze gazu odpowiednio 950, 1100 i 1250°C. Wykonane są według prostej konstrukcji z otwartym cyklem pracy, jednowałowym, bez regeneratora (tabela 9.1). Schemat cieplny zespołu turbiny gazowej GT-100-750-2 LMZ pokazano na ryc. 9.4,a, a układ elektrowni z takimi turbinami pokazano na ryc. 9.4, ur. Te turbozespoły gazowe eksploatowane są w Elektrociepłowni Krasnodar, w Państwowej Elektrowni Okręgowej im. Klasson Mosenergo, w szczytowej elektrowni cieplnej w Inota, Węgierska Republika Ludowa, itp.

Tabela 9.1

* Turbiny i sprężarki są dwuwałowe; wał z turbiną i sprężarką wysokociśnieniową ma zwiększoną prędkość obrotową.

** Zasilanie gazem ziemnym (płynne paliwo do turbin gazowych).

Ryż. 9.4. Zespół turbiny gazowej GT-100-750-2 LMZ:

A- schemat termiczny: 1-8 - łożyska GTU; / - powietrze z atmosfery; II- woda chłodząca; III- paliwo (gaz ziemny); /V - spaliny; V - para do turbiny rozruchowej (р=1,2 MPa, t=235°С); GSH- tłumik hałasu; LPC - sprężarka niskociśnieniowa; W- chłodnice powietrza; KVD- sprężarka wysokociśnieniowa; KSWD - wysokociśnieniowa komora spalania; teatr działań- turbina wysokiego ciśnienia; KSND - niskociśnieniowa komora spalania; TND- turbina niskiego ciśnienia; wiceprezes- łożysko wewnętrzne; W- patogen; P.T- turbina rozruchowa; APK- zawory przeciwprzepięciowe za pompą ciśnieniową; b - układ (przekrój):/ - LPC; 2-VO; 3 - wzrost ciśnienia; 4 - KSVP; 5 - teatr; 6 - KSND; 7-TND; 8 - PT; 9 - komin; 10 - zawór przeciwprzepięciowy (APV); Generator elektryczny L (G); 12- suwnica; 13- filtry do oczyszczania powietrza; 14 - tłumiki hałasu; 15 - pompy olejowe układu sterowania; 16- grzejniki miejskie; /7 - przepustnice na kanałach spalinowych; 18 - chłodnice oleju

Płynne paliwo turbinowe gazowe stosowane w domowych turbinach gazowych poddawane jest w elektrowni filtracji i przemywaniu w celu usunięcia soli metali alkalicznych. Następnie do paliwa dodaje się dodatek magnezu, aby zapobiec korozji wanadu. Jak wynika z danych eksploatacyjnych, takie przygotowanie paliwa przyczynia się do długotrwałej pracy turbin gazowych bez zanieczyszczeń i korozji toru przepływu.

Rostowski oddział ATEP opracował standardowy projekt szczytowej elektrowni z turbiną gazową z zespołem turbiny gazowej GTE-150-1100. Na ryc. Rysunek 9.5 przedstawia podstawowy schemat cieplny takiego zespołu turbiny gazowej, przeznaczonego do spalania ciekłego paliwa turbinowego gazowego lub gazu ziemnego. Zespół turbiny gazowej wykonany jest według prostej, otwartej konstrukcji; wirniki turbiny gazowej i sprężarki znajdują się w jednej przenośnej obudowie, co znacznie skraca czas montażu i koszty robocizny. Zespoły turbin gazowych zabudowane są poprzecznie w maszynowni elektrowni o rozpiętości 36 m i komorze blokowej o długości 24 m. Spaliny odprowadzane są do komina o wysokości 120 m za pomocą trzech metalowych szybów spalinowych.

Ryż. 9,5. Schematyczny diagram termiczny zespołu turbiny gazowej LMZ GTE-150-1100:

VC- sprężarka pomocnicza do pneumatycznego rozpylania paliwa: P.T- turbina parowa; R- skrzynia biegów bloku urządzenia przyspieszającego; ED- pomocniczy silnik sprężarki GT- turbina gazowa; T- dostawa paliwa płynnego odpowiadająca GOST 10743-75 = 42,32 MJ/kg (10 110 kcal/kg) DT- komin; kompleks rolno-przemysłowy- zawór przeciwprzepięciowy

Ważną cechą elektrowni z turbiną gazową jest zależność ich pracy od parametrów powietrza zewnętrznego, a przede wszystkim od jego temperatury. Pod jego wpływem zmienia się przepływ powietrza przez sprężarkę, stosunek mocy wewnętrznej sprężarki i turbiny gazowej, a ostatecznie moc elektryczna turbiny gazowej i jej wydajność. W MPEI przeprowadzono wielowymiarowe obliczenia pracy GTE-150 na ciekłym paliwie do turbin gazowych i na gazie ziemnym Tiumeń w zależności od temperatury i ciśnienia powietrza zewnętrznego (ryc. 9.6, 9.7). Uzyskane wyniki potwierdzają wzrost sprawności cieplnej turbiny gazowej wraz ze wzrostem temperatury gazów przed turbiną gazową i spadkiem temperatury powietrza zewnętrznego. Wzrost temperatury z =800°C do =1100°C zwiększa sprawność elektryczną zespołu turbiny gazowej o 3% przy = -40°C i o 19% przy =40°C. Obniżenie temperatury powietrza zewnętrznego z +40 do -40°C powoduje znaczny wzrost mocy elektrycznej zespołu turbiny gazowej. Dla różnych temperatur początkowych wzrost ten wynosi 140-160%. Aby ograniczyć wzrost mocy turbiny gazowej przy spadku temperatury zewnętrznej i biorąc pod uwagę możliwość przeciążenia generatora elektrycznego (w rozpatrywanym przypadku typu TGV-200), należy wpływać albo na temperaturę gazów przed turbiny gazowej, zmniejszając zużycie paliwa (krzywe 4 na ryc. 9.6 i 9.7) lub od temperatury powietrza zewnętrznego, domieszania niewielkiej ilości spalin (2-4%) do powietrza zasysanego przez sprężarkę. Stałe natężenie przepływu powietrza w zakresie obciążenia 100-80% można również utrzymać poprzez zasłonięcie wlotowej łopatki kierującej (IVA) sprężarki turbiny gazowej.

Ryż. 9.6. Zależność mocy elektrycznej zespołu turbiny gazowej od temperatury powietrza zewnętrznego:

1- =1100°C; 2- = 950°C; 3 - = 800°C; 4- = ; - eksploatacja turbozespołów gazowych na gazie ziemnym; eksploatacja turbozespołów gazowych na paliwie ciekłym

Ryż. 9.7. Zależność sprawności elektrycznej zespołu turbiny gazowej od temperatury powietrza zewnętrznego (symbole patrz rys. 9.6)

Zmiana sprawności elektrycznej w stronę jej spadku jest szczególnie znacząca przy temperaturach powietrza zewnętrznego powyżej 5-10°C (rys. 9.7). Wraz ze wzrostem temperatury powietrza zewnętrznego z +15 do +40 C sprawność ta spada o 13-27% w zależności od temperatury gazów przed turbiną gazową i rodzaju spalanego paliwa.

Wzrost temperatury powietrza zewnętrznego zwiększa współczynnik nadmiaru powietrza za turbiną gazową oraz temperaturę gazów spalinowych, co przyczynia się do pogorszenia charakterystyki energetycznej turbiny gazowej.

Mają jednostkową moc elektryczną wahającą się od dwudziestu kilowatów (mikroturbiny) do kilkudziesięciu megawatów – są to klasyczne turbiny gazowe.

Sprawność elektryczna nowoczesnych zespoły turbin gazowych wynosi 33–39%. Sprawność zespołów z turbiną gazową jest na ogół niższa niż w przypadku zespołów napędowych z tłokiem gazowym. Jednak w przypadku turbin gazowych zadanie uzyskania dużej mocy z elektrowni jest znacznie uproszczone. Kiedy wykorzystany zostanie pełny potencjał cieplny turbin gazowych, znaczenie wysokiej sprawności elektrycznej dla konsumentów staje się mniej istotne. Biorąc pod uwagę wysoką temperaturę spalin w mocy zespoły turbin gazowych istnieje możliwość łącznego wykorzystania turbin gazowych i parowych. Takie podejście inżynieryjne może znacznie poprawić efektywność paliwową i zwiększyć sprawność elektryczną instalacji do 57–59%. Ta metoda jest dobra, ale prowadzi do zwiększenia kosztów i złożoności projektu.

Stosunek wytworzonej energii elektrycznej do energii cieplnej wynosi ~ 1:2. Oznacza to, że turbozespół gazowy o mocy elektrycznej 10 MW jest w stanie dostarczyć ~20 MW energii cieplnej. Aby przeliczyć MW na Gcal, stosuje się współczynnik 1,163 ( 1,163 MW = 1163 kW = 1 Gcal).

W zależności od potrzeb wyposażane są dodatkowo w kotły parowe lub gorącą wodę, co pozwala na uzyskanie pary o różnym ciśnieniu na potrzeby produkcyjne lub gorącej wody o standardowych temperaturach (CWU). Przy łącznym wykorzystaniu dwóch rodzajów energii współczynnik wykorzystania paliwa (FUI) elektrowni cieplnej z turbiną gazową wzrasta do 90%.

Sposób pracy elektrowni wykorzystującej towarzyszącą energię cieplną ma swoje techniczne określenie – kogeneracja.

Możliwość odbioru od zespoły turbin gazowych duża ilość darmowej energii cieplnej oznacza szybszy zwrot.

Aplikacja zespoły turbin gazowych jako urządzenia energetyczne dla potężnych elektrociepłowni i miniciepłowni, jest to uzasadnione ekonomicznie, gdyż dziś elektrownie zasilane paliwem gazowym charakteryzują się najatrakcyjniejszym dla konsumenta kosztem jednostkowym budowy i niskimi kosztami późniejszej eksploatacji.

Nadmiar darmowej energii cieplnej o każdej porze roku pozwala za pomocą agregatów chłodniczych firmy ABHM, bez ponoszenia kosztów energii elektrycznej, stworzyć pełną klimatyzację pomieszczeń o dowolnym przeznaczeniu. Schłodzone w ten sposób chłodziwo może być wykorzystane do celów przemysłowych w różnych cyklach produkcyjnych. Technologia ta nazywa się trigeneracją.

Efektywność użytkowania zespoły turbin gazowych zapewniane w szerokim zakresie obciążeń elektrycznych od minimum 1–3% do maksymalnie 110–115%.

Pozytywny współczynnik użytkowania zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych bezpośrednio w miejscach zamieszkania ludzi zawartość szkodliwych emisji jest minimalna i kształtuje się na poziomie 9–25 ppm. Tak doskonałe właściwości środowiskowe pozwalają na umieszczenie bez problemów zespoły turbin gazowych w pobliżu miejsc przebywania ludzi.

To kryterium zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych nieco lepiej od najbliższych konkurentów turbin gazowych - elektrowni tłokowych.

Korzystając z zespołów turbin gazowych, konsument oszczędza na katalizatorach i budowie kominów.

Zdjęcie przedstawia zespół turbiny gazowejSIEMENS SGT-700o mocy 29 MW.

Zespoły turbin gazowych charakteryzują się niewielkimi wibracjami i hałasem w zakresie 65–75 dB (co w skali poziomu hałasu odpowiada dźwiękowi odkurzacza z odległości 1 metra). Z reguły w przypadku tak zaawansowanych technologicznie urządzeń generujących nie jest wymagana specjalna izolacja akustyczna.

Zespoły turbin gazowych mają stosunkowo kompaktowe wymiary i niski ciężar właściwy. Instalacja dozwolona GTU na piętrze technicznym budynku lub na dachu o małej mocy zespoły turbin gazowych. Jest to przydatna funkcja GTU jest ważnym czynnikiem finansowym w rozwoju miast, ponieważ pozwala zaoszczędzić drogie, ograniczone metry kwadratowe, a w wielu sytuacjach zapewnia inżynierom więcej przestrzeni technicznej, aby rozwiązać problem lokalizacji autonomicznej elektrowni.

Zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych są wysoce niezawodne i bezpretensjonalne. Istnieją potwierdzone dane fabryczne dotyczące pracy ciągłej niektórych zespołów turbin gazowych - GTU na 5–7 lat.

Niektórzy producenci nowoczesnych turbin gazowych wykonują naprawy podzespołów bez transportu ich do producenta, inni natomiast dostarczają zamienną turbinę lub komorę spalania z wyprzedzeniem, co znacznie skraca czas potrzebny na naprawę generalną do 4–6 dni roboczych. Środki te zmniejszają koszty utrzymania instalacji.

Korzyść zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych to zasób długi (pełny do 200 000 godzin, przed remontem głównym 30 000–60 000 godzin). Olej silnikowy nie jest wykorzystywany w cyklu eksploatacyjnym zespołów turbin gazowych. Oleju przekładniowego jest dostępna niewielka ilość, a częstotliwość jego wymiany jest rzadka.

Brak chłodzenia wodnego odróżnia elektrownie z turbinami gazowymi od elektrowni tłokowych. Zespoły turbin gazowych wielu marek działają niezawodnie na różnych rodzajach paliwa gazowego, w tym na powiązanym gazie naftowym (APG). Jednak, podobnie jak w przypadku innych typów elektrowni, towarzyszący im gaz zawierający siarkowodór wymaga specjalnego przygotowania. Bez nowoczesnej instalacji – stacji oczyszczania gazu, cykl życia elektrowni dowolnego typu skraca się 4–5 razy. Konsekwencje obsługi GPPP lub GTU bez stacji oczyszczania APG są często po prostu śmiertelne.

Zespoły turbin gazowych przygotowany do stosowania w różnych warunkach klimatycznych. Budowa zespoły turbin gazowych w odległych obszarach pozwala na oszczędności finansowe poprzez eliminację kosztownej budowy linii elektroenergetycznych (PTL). W miejscach z bardziej rozwiniętą infrastrukturą zespoły turbin gazowych zwiększyć niezawodność dostaw energii elektrycznej i ciepła.

Jedna z opcji aplikacji zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych to koncepcja układów blokowo-modułowych (klastrów). Modułowy zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych składają się z ujednoliconych jednostek napędowych i wspólnych systemów sterowania, co pozwala na zwiększenie mocy elektrycznej w krótkim czasie przy najmniejszych kosztach finansowych i czasowych.

Odmiany bloku zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych zapewniają wysoki poziom gotowości fabryki. Rozmiary modułów zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych, zwykle standardowe. Istnieją mobilne zespoły turbin gazowych, które można szybko przenieść z jednego zakładu energetycznego do drugiego, ale instalacje tego typu z reguły nie mają możliwości wytwarzania energii cieplnej.

Zautomatyzowane systemy sterowania elektrowniami turbinowymi pozwalają wyeliminować bezpośrednią obecność personelu obsługującego. Monitorowanie pracy zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych może odbywać się zdalnie za pośrednictwem różnych kanałów telekomunikacyjnych. Na wypadek sytuacji awaryjnych zapewniane są kompleksowe systemy automatycznej ochrony i gaszenia pożaru.

Zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych - zasada działania

W zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych Wielostopniowa sprężarka spręża powietrze atmosferyczne i dostarcza je pod wysokim ciśnieniem do komory spalania. Do komory spalania zespoły turbin gazowych - zespoły turbin gazowych dostarczana jest również pewna ilość paliwa. W przypadku zderzenia przy dużej prędkości następuje zapalenie paliwa i powietrza. Mieszanka paliwowo-powietrzna spala się, uwalniając dużą ilość energii. Następnie energia gazowych produktów spalania zamieniana jest na pracę mechaniczną w wyniku obrotu łopatek turbiny przez strumienie gorącego gazu.

W ostatnich latach (mniej więcej od lat 50. ubiegłego wieku) w elektrowniach cieplnych zaczęto powszechnie stosować turbiny gazowe do napędu generatorów elektrycznych.

Zespoły turbin gazowych (GTU) mogą pracować przy spalaniu paliwa pod stałym ciśnieniem (rys. 6.1) i przy stałej objętości (rys. 6.2). Odpowiednie idealne cykle są podzielone na cykle z ciepłem dostarczanym do procesu przy stałym ciśnieniu i stałej objętości.

Ryż. 6.1. Schemat zespołu turbiny gazowej ze spalaniem paliwa pod stałym ciśnieniem: 1 - turbosprężarka; 2 - turbina gazowa; 3 - pompa paliwowa; 4 - komora spalania; 5 - wtryskiwacz paliwa;

6 - strefa aktywna komory spalania

Ryc.6.2. Schemat zespołu turbiny gazowej ze spalaniem paliwa przy stałej objętości: 5B, 7 - odpowiednio zawory paliwa, powietrza i gazu; 8 - urządzenie zapłonowe; 9 - odbiorca; pozostałe oznaczenia są takie same jak na rys. 6.1

W praktyce zespoły turbin gazowych o obiegu otwartym (otwartym) ze spalaniem paliwa (z ciepłem dostarczanym do płynu roboczego) pod stałym ciśnieniem, po którym następuje rozprężanie mieszaniny produktów spalania z powietrzem w części przepływowej turbiny (obieg Braytona ) stały się powszechne (patrz ryc. 6.6).

W turbinie gazowej ze spalaniem paliwa pod stałym ciśnieniem proces spalania przebiega w sposób ciągły (patrz paragraf 6.2), natomiast w turbinie gazowej ze spalaniem paliwa w stałej objętości proces spalania jest okresowy (pulsacyjny). Skompresowany w kompresorze 1 do odbiornika dostarczane jest powietrze (patrz rys. 6.2). 9 (naczynie o dużej pojemności do wyrównywania ciśnienia), skąd przez zawór powietrza 6 dostaje się do komory spalania 4. Oto pompa paliwa 3 przez zawór paliwa 5 dostarczane jest paliwo. Proces spalania odbywa się przy zamkniętych zaworach paliwa, powietrza i gazu 5, 6, 7. Zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej odbywa się za pomocą urządzenia 8 (iskra elektryczna). Po spaleniu paliwa w wyniku zwiększonego ciśnienia w komorze 4 zawór gazowy 7 otwiera się. Produkty spalania, przechodząc przez urządzenia dyszowe (niepokazane na ryc. 6.2), wchodzą do łopatek roboczych i obracają wirnik turbiny gazowej. 2.

Czynnikiem roboczym turbiny gazowej są głównie gazowe produkty spalania paliwa organicznego zmieszane z powietrzem. Stosowanym paliwem jest gaz ziemny, dobrze oczyszczone gazy sztuczne i specjalne paliwo płynne do turbin gazowych (poddany obróbce silnik wysokoprężny i olej napędowy).

Osobliwością działania turbiny gazowej jest to, że tylko część (20-40%) powietrza dostarczanego przez sprężarkę wprowadzana jest do aktywnej strefy komory spalania i bierze udział w procesie spalania paliwa w temperaturze około 1500 -1600°C. Pozostała część powietrza (60-80%) ma za zadanie obniżyć temperaturę gazów przed turbiną do 1000-1300°C (dla stacjonarnej turbiny gazowej) zgodnie z warunkami niezawodności i trwałości pracy jego aparatu łopatkowego, co wiąże się ze zwiększonym nadmiarem powietrza w gazach przed turbiną i dla GTU. a g maleje wraz ze wzrostem temperatury początkowej płynu roboczego przed turbiną gazową oraz w różnych instalacjach wynosi 2,5-5. Sprawność zespołu turbiny gazowej jest znacznie niższa od sprawności zespołu turbiny parowej w obiegu parowym, co wynika z obecności sprężarki powietrza, której pobór mocy wynosi 40-50% mocy turbiny gazowej.

Turbina gazowa jest mniejsza i lżejsza od turbiny parowej, dlatego po uruchomieniu nagrzewa się do temperatur roboczych znacznie szybciej, w przeciwieństwie do zespołu turbiny parowej wyposażonej w kocioł parowy, który wymaga powolnego nagrzewania (kilkadziesiąt godzin), aby aby uniknąć wypadku z powodu nierównomiernej rozszerzalności cieplnej, zwłaszcza masywnego bębna.

Ze względu na dużą manewrowość (szybki rozruch i ładowanie) turbozespoły gazowe znajdują zastosowanie w energetyce, przede wszystkim do pokrywania obciążeń szczytowych oraz jako rezerwa awaryjna na potrzeby własne dużych systemów elektroenergetycznych. Niższa sprawność turbiny gazowej w porównaniu z elektrownią parową (SPU) odgrywa w tym przypadku niewielką rolę. Turbiny gazowe tego typu charakteryzują się częstymi rozruchami (do 1000 rocznie) przy stosunkowo małej liczbie godzin pracy (100-1500 godzin/rok).

Różną odmianą turbin gazowych są instalacje napędzane prądnicą pochodzącą z silnika spalinowego (elektrownie diesla), w których jako paliwo, podobnie jak w turbinach gazowych, wykorzystuje się gaz ziemny lub wysokiej jakości paliwo ciekłe. Jednak elektrownie wysokoprężne, które stały się powszechne w krajach Bliskiego Wschodu, mają gorszą moc jednostkową niż jednostki z turbiną gazową, chociaż mają wyższą wydajność.

Sprawność najprostszych turbin gazowych mocy (rys. 6.3) w latach 50-60 XX wieku. XX wiek wynosił 14-18%. Obecnie w celu zwiększenia sprawności turbin gazowych wykonuje się je z kilkustopniowym doprowadzeniem ciepła i pośrednim chłodzeniem sprężonego powietrza, a także z regeneracyjnym ogrzewaniem powietrza sprężonego w sprężarce przez gazy wydalane w turbinie, przybliżając w ten sposób cykl rzeczywisty do cyklu Carnota, a sprawność turbiny gazowej sięga 27-37%.

Sprawność zespołów turbin gazowych ograniczana jest początkową temperaturą cieczy roboczej (1100-1300°C i wyższą dla jednostek turbin gazowych V generacji) oraz mocą bloku ze względu na rosnące koszty energii na potrzeby własne, w tym napęd sprężarki. Pierwsze ograniczenie jest obecnie trudne do wyeliminowania. Drugie ograniczenie można wyeliminować, jeżeli zamiast czynnika o niskiej entalpii (mieszaniny produktów spalania z powietrzem) do turbiny zostanie dostarczony czynnik roboczy o wysokiej entalpii, o tej samej temperaturze początkowej. Częściej do produktów spalania dodaje się parę wodną. Turbiny gazowe pracujące na cieczach roboczych składających się z mieszanin pary wodnej i gazów lub wykorzystujące gazy i parę oddzielnie w obiegu cieplnym instalacje gazowe pracujące w cyklu kombinowanym(PGU) i ich cykle - gaz parowy. Pierwsze zasilacze są wywoływane Monar i drugi - dwójkowy .

Podczas opracowywania instalacji z oddzielnymi płynami roboczymi przetestowano kilka schematów termicznych. Najskuteczniejszy okazał się schemat, w którym obieg parowy jest całkowicie zawracany do obiegu w stosunku do obiegu gazowego. Takie instalacje nazywane są recykling PGU lub PGU-U. W recyklingowej jednostce CCGT część parowa instalacji pracuje bez dodatkowego zużycia paliwa. Ze względu na wysoką temperaturę początkową cyklu (ponad 1000-1300°C) taki CCGT może mieć sprawność przekraczającą 60%, czyli znacznie wyższą niż konwencjonalna turbina parowa i oddzielny zespół turbiny gazowej . Najważniejszym czynnikiem zwiększającym efektywność instalacji CCGT jest wykorzystanie produktów spalania paliw jako cieczy roboczej w obszarze wysokich temperatur (w turbinie gazowej) i pary wodnej w obszarze niskich temperatur (w turbinie parowej).

Agregaty z turbiną gazową typu otwartego ustępują turbozespołom parowym pod względem mocy jednostkowej, mają niższą sprawność, są mniej trwałe w eksploatacji i są bardziej wymagające pod względem gatunku paliwa. Dalszy rozwój turbin gazowych ma na celu zwiększenie ich mocy jednostkowej, sprawności, niezawodności i trwałości, o czym decyduje przede wszystkim postęp w dziedzinie tworzenia materiałów żaroodpornych oraz rozwój skutecznych metod chłodzenia drogi przepływu turbin gazowych.

Do tej pory rozmawialiśmy tylko o samej turbinie gazowej, a nie

* * z pytaniem skąd pochodzi gaz zasilający.

Para robocza wchodzi do turbiny parowej z kotła parowego. Jakie urządzenia są potrzebne do zasilania turbiny gazowej gazem roboczym?

Do działania turbiny gazowej potrzebny jest gaz o dużym zasobie energii. Energia gazu – jego zdolność do wykonywania pracy mechanicznej w określonych warunkach – zależy od ciśnienia i temperatury. Im bardziej sprężony jest gaz i im wyższa jest jego temperatura, tym większą pracę mechaniczną może wykonać podczas swojego rozprężania. Oznacza to, że turbiny do działania wymagają sprężonego i podgrzanego gazu. Stąd jasno wynika, jakie urządzenia powinny znajdować się w instalacji turbiny gazowej (lub silniku turbiny gazowej). Jest to po pierwsze urządzenie do sprężania powietrza, a po drugie urządzenie do jego podgrzewania

I po trzecie, sama turbina gazowa, która przekształca energię wewnętrzną sprężonego i podgrzanego gazu na pracę mechaniczną.

Sprężanie powietrza jest trudnym zadaniem. Jest to znacznie trudniejsze do zrealizowania niż wprowadzanie paliwa płynnego do komory spalania. Na przykład, aby dostarczyć jeden kilogram nafty na sekundę do komory spalania pod ciśnieniem 10 atmosfer, należy wydać około 2 koni mechanicznych, a do sprężenia jednego kilograma powietrza na sekundę do 10 atmosfer potrzeba około 400 koni mechanicznych. Natomiast w elektrowniach z turbinami gazowymi na kilogram nafty przypada około 60 kilogramów powietrza.

Oznacza to, że na dostarczenie powietrza do komory spalania pod ciśnieniem 10 atmosfer trzeba zużyć 12 tysięcy razy więcej energii niż na dostarczenie paliwa płynnego.

Do sprężania powietrza służą specjalne maszyny zwane dmuchawami lub sprężarkami. Niezbędną do pracy energię mechaniczną otrzymują z samej turbiny gazowej. Kompresor i wycieczka

Zbiorniki zamontowane są na jednym wale, a turbina podczas pracy przekazuje część swojej mocy na sprężarkę powietrza.

W jednostkach turbin gazowych stosuje się dwa rodzaje sprężarek: odśrodkową i osiową.

Sprężarka odśrodkowa (rys. 6), jak sama nazwa wskazuje, wykorzystuje siłę odśrodkową do sprężania powietrza. Taka sprężarka składa się z rury wlotowej, przez którą do sprężarki dostaje się powietrze zewnętrzne; dysk z działającymi łopatkami, często nazywany wirnikiem (ryc. 7); tzw. dyfuzor, do którego wpływa powietrze opuszczające wirnik, oraz rury wylotowe, które odprowadzają sprężone powietrze do miejsca przeznaczenia, np. do komory spalania zespołu turbiny gazowej.

Powietrze wchodzące do sprężarki odśrodkowej jest wychwytywane przez łopatki szybko obracającego się wirnika i pod wpływem siły odśrodkowej jest wyrzucane ze środka na obwód. Poruszając się wzdłuż kanałów pomiędzy łopatkami i obracając się wraz z dyskiem, jest ściskany przez siły odśrodkowe. Im szybciej obraca się wirnik, tym większe jest sprężanie powietrza. W nowoczesnych sprężarkach prędkość obwodowa wirnika sięga 500 metrów na sekundę. W tym przypadku ciśnienie powietrza na wylocie wirnika wynosi około 2,5 atmosfery. Oprócz zwiększonego ciśnienia powietrze przepływające pomiędzy łopatkami nabiera dużej prędkości, zbliżonej do prędkości obwodowej wirnika. Powietrze przechodzi następnie przez dyfuzor – stopniowo rozszerzający się kanał. Podczas poruszania się przez taki kanał prędkość powietrza maleje, a ciśnienie wzrasta. Na wylocie nawiewnika powietrze ma zwykle ciśnienie około 5 atmosfer.

Sprężarki odśrodkowe charakteryzują się prostą konstrukcją. Są lekkie i mogą działać stosunkowo wydajnie przy różnych prędkościach wału i natężeniach przepływu powietrza. Te cechy zapewniły ich szerokie zastosowanie w technologii. Jednak sprężarki odśrodkowe nie mają wystarczająco wysokiej wydajności - tylko 70-75%. Dlatego w instalacjach turbin gazowych, gdzie dużo energii zużywa się na sprężanie powietrza, coraz częściej stosuje się sprężarki typu osiowego. Ich skuteczność jest wyższa i sięga 85-90%. Jednak pod względem konstrukcji sprężarka osiowa jest bardziej złożona niż sprężarka odśrodkowa i ma większą wagę.

Sprężarka osiowa składa się z kilku wirników sztywno osadzonych na wale i umieszczonych w kanale, przez który przepływa powietrze. Każdy wirnik jest dyskiem z łopatkami na obrzeżu. Gdy wirnik obraca się szybko, łopatki sprężają powietrze przechodzące przez kanał i zwiększają jego prędkość.

Za każdym wirnikiem znajduje się jeden rząd stałych łopatek – łopatka kierująca, która dodatkowo zwiększa ciśnienie powietrza i nadaje strumieniowi wymagany kierunek.

Wirnik z umieszczonym za nim rzędem stałych łopatek kierujących nazywany jest stopniem sprężarki. Jeden stopień sprężarki osiowej zwiększa ciśnienie powietrza około 1,3 razy. Aby uzyskać wyższe ciśnienie, stosuje się sprężarki osiowe z kilkoma stopniami. Aby uzyskać wysokie ciśnienia, sprężarki osiowe z

14, 16 i więcej kroków. W wielostopniowych sprężarkach osiowych łopatki wirnika czasami są montowane nie na pojedynczych tarczach, ale na wspólnym wale drążonym, tzw. bębnie. Część obrotowa sprężarki (bęben z rzędami łopatek lub wirnikami osadzonymi na wale) nazywana jest wirnikiem (ryc. 8), a nieruchome łopatki kierujące zamontowane na obudowie sprężarki nazywane są jej stojanem.

Sprężarka osiowa ma swoją nazwę, ponieważ powietrze porusza się wzdłuż własnej osi, w przeciwieństwie do sprężarki odśrodkowej, w której powietrze porusza się w kierunku promieniowym.

Powietrze sprężone w sprężarce do wysokiego ciśnienia dostarczane jest do komory spalania. Tutaj przez dysze rozpylające wtryskiwane jest do strumienia powietrza płynne paliwo, które zapala się w taki sam sposób, jak w silnikach spalinowych – za pomocą świecy elektrycznej. Elektryczna świeca zapłonowa działa tylko podczas uruchamiania silnika. Dalsze spalanie następuje w sposób ciągły. Powoduje to uwolnienie dużej ilości ciepła. Podczas spalania jednego kilograma nafty uwalnia się 10 500 kalorii ciepła.

Im więcej ciepła wydziela się podczas spalania paliwa, tym wyższa jest temperatura gazów na końcu komory spalania. Jeżeli na 15 kilogramów powietrza wtłoczy się 1 kilogram nafty, temperatura gazu osiągnie około 2500°C. Przy tak wysokiej temperaturze gazu praca turbozespołu gazowego będzie bardzo wydajna. Jednakże materiał łopatek dysz i łopatek turbiny nie jest w stanie wytrzymać takiego ciepła. Najlepsze nowoczesne stopy żaroodporne stosowane w lotniczych silnikach turbinowych pozwalają na pracę w temperaturach gazu około 900°C. W turbinach pracujących w elektrowniach, gdzie wymagana jest dłuższa żywotność i stosuje się tańsze stopy, dopuszczalna temperatura gazu wynosi jeszcze niższe. Dlatego w komorach spalania zespołów turbin gazowych przy

1 kilogram nafty lub oleju dostarcza się do 50-80 kilogramów powietrza. Przy tym stosunku na końcu komory spalania ustala się temperatura gazów, na co pozwala wytrzymałość łopatek.

Projektowanie komór spalania dla elektrowni z turbinami gazowymi jest złożonym problemem naukowym i technicznym. Komora spalania podlega szeregowi rygorystycznych wymagań, których spełnienie decyduje o wydajności całej instalacji. Oto najważniejsze z tych wymagań. Po pierwsze, konieczne jest zapewnienie całkowitego spalania paliwa. Jeśli paliwo nie ma czasu na całkowite spalenie w komorze spalania, część jego energii zostanie zmarnowana. Sprawność zespołu turbiny gazowej spadnie. Co więcej, paliwo, które nie zdążyło się spalić w komorze spalania, zacznie się wypalać pomiędzy łopatkami turbiny, co doprowadzi do przepalenia i złamania łopatek, czyli do wypadku. Nie należy też dopuścić, aby gaz wchodzący do turbiny zamiast mieć tę samą temperaturę w całym przekroju, miał np. 600°C w jednym miejscu i 1200°C w innym. Dlatego należy zadbać o dobre wymieszanie gazów przed wyjściem z komory, aby wykluczyć możliwość przedostania się do turbiny pojedynczych „pochodni” gazu o podwyższonej temperaturze. Na koniec należy dobrze schłodzić ścianki komory spalania, aby zabezpieczyć je przed wypaleniem.

Aby rozwiązać wszystkie te problemy, przepływ powietrza w komorach spalania silników z turbiną gazową dzieli się na dwie części (ryc. 9). Mniejsza część strumienia kierowana jest do wewnętrznej części komory – do tzw. płomienicy. Tam paliwo spala się w wysokiej temperaturze (wysoka temperatura pozwala na osiągnięcie wystarczającej ilości paliwa).

całkowite spalanie). Pozostała część powietrza nie uczestniczy w spalaniu. Myje płomienicę z zewnątrz i chłodzi ją. Następnie zimne powietrze miesza się z gorącymi gazami. W celu lepszego wymieszania w ściankach rur wykonuje się dużą liczbę małych otworów, przez które w małych porcjach wprowadza się powietrze chłodzące i miesza z gorącymi gazami. Dzięki temu dopływowi powietrza chłodzącego temperatura gazu w pobliżu ścianek jest niższa niż w środku płomienicy. Pomaga to również chronić go przed spaleniem.

Komora spalania zespołu turbiny gazowej znajduje się zwykle pomiędzy sprężarką a turbiną. Przy takim układzie przepływ gazu idzie bezpośrednio z wlotu instalacji do jej wylotu. Ale w środku instalacji znajduje się wał łączący turbinę ze sprężarką. Wał ten nie powinien się bardzo nagrzewać, w przeciwnym razie jego wytrzymałość spadnie. Dlatego komora spalania jest pierścieniowa lub jedna

Wspólną komorę zastępuje się 6-10 oddzielnymi komorami rozmieszczonymi w okręgu wokół szybu.

Zapoznałeś się z trzema głównymi częściami turbiny gazowej: sprężarką powietrza, komorą spalania i turbiną gazową. Na ryc. Rysunek 10 przedstawia schemat silnika turbinowego gazowego. Oto jak to działa.

Sprężarka pobiera powietrze z atmosfery i spręża je. Sprężone powietrze dostaje się do komory spalania, gdzie w wyniku spalania paliwa jego temperatura wzrasta o kilkaset stopni. Ciśnienie gazu

Pozostaje w przybliżeniu stała. Dlatego silniki tego typu nazywane są silnikami turbinowymi o stałym ciśnieniu spalania. Z komory spalania do turbiny trafia gaz o wysokim ciśnieniu i temperaturze, a co za tym idzie duży zapas energii. Tam następuje proces zamiany energii sprężonego i podgrzanego gazu na pracę użyteczną.

Gaz pracuje w turbinie podczas procesu rozprężania, czyli wtedy, gdy jego ciśnienie spada. W większości elektrowni z turbinami gazowymi ciśnienie gazu jest redukowane do ciśnienia atmosferycznego. Oznacza to, że w turbinie zachodzi proces odwrotny do tego, który zachodzi w sprężarce.

Gdyby temperatura powietrza na wylocie ze sprężarki i na wejściu do turbiny była taka sama, to powietrze rozprężające się w turbinie wykonałoby tę samą pracę, jaką zużyło na jego sprężanie w sprężarce - pod warunkiem, że nie byłoby strat energii w wyniku tarcia i turbulencji powietrza. A biorąc pod uwagę te straty, powietrze wykonałoby w turbinie mniejszą pracę niż praca potrzebna do obrócenia sprężarki. Oczywiste jest, że taka instalacja nie przyniosłaby żadnych korzyści. Ale sprężarka spręża zimne powietrze, a wysoko podgrzany gaz dostaje się do turbiny. Dlatego praca rozprężania gazu okazuje się 1,5-2 razy większa niż wymagana dla sprężarki. Na przykład, jeśli turbina gazowa rozwija moc 10 000 koni mechanicznych, wówczas należy wydać około 6000 koni mechanicznych, aby obrócić podłączoną do niej sprężarkę.

Wytrzymałość Pozostałą wolną moc 4000 koni mechanicznych można wykorzystać do obracania generatora elektrycznego, śmigła statku, śmigła samolotu lub dowolnego innego mechanizmu.

Do obsługi silnika z turbiną gazową wymagana jest szereg jednostek pomocniczych: pompy paliwowe, urządzenia automatyczne regulujące jego pracę, układ smarowania i chłodzenia, układ sterowania itp.

Aby uruchomić silnik z turbiną gazową, należy obrócić jego wirnik (ryc. 11) do kilkuset obrotów na minutę. Służy do tego mały silnik pomocniczy zwany rozrusznikiem. W przypadku dużych silników z turbiną gazową rozrusznikiem są często małe silniki z turbiną gazową o mocy około 100 koni mechanicznych, a czasem i większej. Rozruszniki te są z kolei napędzane przez małe silniki elektryczne zasilane z akumulatora.

Pomysł możliwości wykorzystania strumienia gorących gazów do uzyskania pracy mechanicznej zrodził się bardzo dawno temu. Już 450 lat temu wielki włoski naukowiec Leonardo da Vinci opisał koło z łopatkami zamontowane w kominie nad paleniskiem. Pod wpływem przepływu gazu takie koło mogłoby się obracać i napędzać rożen. Koło Leonarda da Vinci można uznać za prototyp turbiny gazowej.

W 1791 roku Anglik John Barber opatentował turbinę gazową. Z rysunku załączonego do patentu można było sobie wyobrazić, że zdaniem autora instalacja miała pracować na gazie palnym, otrzymywanym w wyniku destylacji paliwa stałego lub ciekłego. Gaz do zbiornika pompowano za pomocą prymitywnej sprężarki. Stamtąd dostał się do komory spalania, gdzie zmieszał się z powietrzem dostarczanym przez drugą sprężarkę i uległ zapaleniu. Produkty spalania spływały z komory na koło turbiny. Jednak biorąc pod uwagę ówczesny poziom rozwoju technologicznego, nie było możliwości wdrożenia turbiny gazowej. Pierwszą turbinę gazową stworzył dopiero pod koniec XIX wieku rosyjski wynalazca P. D. Kuzminsky, który, jak już powiedzieliśmy, zbudował także pierwszą turbinę parową dla statków morskich.

Silnik turbinowy gazowy, zbudowany w 1897 r. według projektu P. D. Kuźminskiego, składał się ze sprężarki powietrza, komory spalania i turbiny promieniowej (ryc. 12). Kuzminsky zastosował chłodzenie wodne komory spalania. Woda ochłodziła ściany, a następnie dostała się do komory. Doprowadzenie wody obniżyło temperaturę i jednocześnie zwiększyło masę gazów wchodzących do turbiny, co powinno zwiększyć sprawność instalacji. Niestety, dzieło Kuźmińskiego nie spotkało się z żadnym poparciem rządu carskiego.

7 lat później, w 1904 roku, za granicą zbudowano turbinę gazową według projektu niemieckiego inżyniera Stolza, która jednak nie znalazła praktycznego zastosowania, gdyż miała wiele wad.

W 1906 roku francuscy inżynierowie Armango i Lemal zbudowali turbinę gazową o mocy 25 koni mechanicznych, a następnie kolejną o mocy 400 koni mechanicznych. Sprawność tej instalacji wyniosła zaledwie 3%.

Badania pierwszych zespołów turbin gazowych wykazały, że dla zwiększenia ich sprawności konieczne jest osiągnięcie znacznego wzrostu sprawności sprężarki i turbiny, a także podniesienie

Temperatura gazów w komorze spalania. To skłoniło wielu wynalazców do poszukiwania innych konstrukcji turbin gazowych. Chciano pozbyć się sprężarki, aby uniknąć dużych strat energii podczas sprężania powietrza. Ale turbina może pracować tylko wtedy, gdy ciśnienie gazu w komorze spalania jest wyższe niż za turbiną. W przeciwnym razie gaz nie będzie przepływał z komory do turbiny i nie będzie napędzał jej wirnika. Przy ciągłym procesie spalania w komorze zastosowanie kompresora dostarczającego sprężone powietrze jest nieuniknione. Jeśli jednak sprawisz, że proces spalania będzie przerywany, możesz odmówić

Ze sprężarki lub użyj sprężarki, która zapewnia niewielką kompresję powietrza i odpowiednio zużywa mniej energii. Powietrze dostarczane jest do takiej pulsacyjnej komory w czasie, gdy nie zachodzi w niej spalanie, a ciśnienie jest bardzo niskie. Po przedostaniu się powietrza i wtryśnięciu paliwa wlot komory zamyka się i następuje rozbłysk. Ponieważ komora jest zamknięta, a gazy nie mogą się rozszerzać, ciśnienie w niej gwałtownie wzrasta. Po wypłynięciu gazów z komory do turbiny, zawór wlotowy otwiera się i do komory dostaje się nowa porcja powietrza. Zatem prowadząc proces spalania przy stałej objętości gazów, czyli w zamkniętej komorze, możliwe jest zwiększenie ich ciśnienia bez pomocy sprężarki.

W 1908 roku rosyjski inżynier V.V.

Karowodin stworzył prototypowy model takiej turbiny gazowej (ryc. 13). Podczas spalania paliwa komorę zamknięto specjalnym zaworem. Turbina posiadała cztery komory spalania, z których gaz przepływał przez cztery długie dysze do wirnika. Podczas testów model rozwinął moc 1,6 KM; wydajność wynosiła tylko 3%. Turbina ta również nie nadawała się jeszcze do zastosowań przemysłowych.

Niemiecki inżynier Holtz-Wart również przez długi czas pracował nad stworzeniem turbin gazowych o stałej objętości spalania. Według jego projektów w latach 1914-1920 istniały
Zbudowano kilka turbin o mocy od 500 do 2000 koni mechanicznych. Żaden z nich nie nadawał się jednak do zastosowań przemysłowych. Dopiero w latach 30. szwajcarskiej firmie Brown-Boveri udało się stworzyć kilka turbin o spalaniu o stałej objętości, nadających się do praktycznego zastosowania. Obecnie prace nad takimi turbinami zostały prawie całkowicie wstrzymane.

Nasi naukowcy poszli inną drogą. Inżynier

V. X. Abians w swojej książce „Teoria lotniczych turbin gazowych” pisze o pracach sowieckich specjalistów:

„Jedną z głównych zasług radzieckich naukowców jest to, że uzasadnili wykonalność i perspektywy rozwoju turbin o stałym ciśnieniu spalania, podczas gdy zagraniczni (w szczególności niemieccy) inżynierowie turbin gazowych pracowali w dziedzinie turbin o stałej objętości spalania. Cały późniejszy rozwój turbin gazowych, w tym lotniczych, znakomicie potwierdził przewidywania radzieckich naukowców, ponieważ główną drogą rozwoju turbin gazowych okazało się tworzenie turbin o stałym ciśnieniu spalania.

Prace radzieckich naukowców dowiodły, że zespoły turbin gazowych przy stałym ciśnieniu spalania przy odpowiednio wysokiej temperaturze gazu mogą osiągać wysoką sprawność.

W 1939 r. Profesor V.M. Makovsky zbudował turbinę gazową o stałym ciśnieniu spalania w fabryce generatorów turbin w Charkowie. Jego moc wynosiła 400 kilowatów. Wał, tarcza i wydrążone łopatki turbiny chłodzono wodą. Turbina Makowskiego przeznaczona była do pracy na gazie palnym uzyskiwanym w wyniku podziemnego zgazowania węgla. Został zainstalowany i pomyślnie przetestowany w jednej z kopalni w Gorłowce.

Nasze fabryki produkują obecnie różnego rodzaju wysokosprawne turbiny gazowe.

Chociaż jednostka turbiny gazowej jest prostsza w konstrukcji niż tłokowy silnik spalinowy, jej stworzenie wymagało ogromnego nakładu pracy badawczej. Dlatego dopiero w naszych czasach, w oparciu o współczesne osiągnięcia nauki i technologii, udało się stworzyć efektywny silnik turbinowy.

Jakie problemy naukowe musieli rozwiązać naukowcy, zanim umożliwiono stworzenie elektrowni z turbinami gazowymi?

Tworząc turbinę gazową, należało dążyć do maksymalnego wykorzystania energii gazu i skrajnego ograniczenia jej strat na skutek tarcia i tworzenia się wirów. Duża prędkość przepływu gazu przez turbinę pozwala na uzyskanie większej mocy z małej instalacji. Ale jednocześnie taka prędkość niesie ze sobą niebezpieczeństwo dużych strat energii. Im większa prędkość ruchu cieczy lub gazu, tym większe są straty energii spowodowane tarciem i powstawaniem wirów.

Aby zbudować turbinę gazową o dużej sprawności, należało wybrać najkorzystniejsze wymiary, kształt i wzajemne położenie części sprężarki i turbiny. W tym celu konieczne było zbadanie ruchu gazów i sprawdzenie, jak wpływają one na przepływające wokół nich ciała stałe. Badanie ruchu gazu było wymagane dla rozwoju wielu gałęzi technologii.

Pierwszym zadaniem naukowców w tej dziedzinie było zbadanie ruchu gazu przy stosunkowo małych prędkościach, gdy praktycznie nie jest on sprężony. Ponieważ ruch nieściśliwego gazu podlega tym samym prawom, co ruch cieczy, tę dziedzinę nauki nazywa się hydrodynamiką („hydr” - po grecku „woda”).

W tym samym czasie rozwijała się nauka o budowie molekularnej gazu i procesach zmiany jego stanu pod wpływem ciśnienia i temperatury. Nazywa się to termodynamiką (od łacińskiego słowa „termo” - ciepło).

W procesie rozwoju hydrodynamiki konieczne stało się uwzględnienie charakterystycznych cech gazu, odróżniających go od cieczy. I tak na bazie hydrodynamiki powstała aerodynamika - nauka o prawach przepływu powietrza i przepływu powietrza wokół ciał. Jednocześnie pojawienie się turbin parowych skłoniło naukowców zajmujących się termodynamiką do zbadania takich zagadnień, jak wypływ gazów i oparów z dysz.

W procesie swojego rozwoju hydrodynamika i termodynamika, poszerzając zakres badanych zagadnień, coraz głębiej wnikając w istotę zjawisk fizycznych, zbliżyły się do siebie. Tak powstała kolejna nowa dziedzina nauki – dynamika gazu, która bada prawa ruchu gazu przy dużych prędkościach oraz procesy termiczne zachodzące w przepływie gazu.

Nauka ta posłużyła jako podstawa teoretyczna do rozwoju silników turbinowych gazowych. Pierwszą fundamentalną pracę nad teorią turbin gazowych przeprowadzili wybitny czeski naukowiec Stodola, radzieccy profesorowie V. M. Makovsky, V. V. Uvarov i wielu innych naukowców.

Rozwój teoretycznych podstaw technologii turbin gazowych oraz rozpoczęte w wielu krajach świata prace eksperymentalne w tym zakresie wykazały, że najważniejszym zadaniem w rozwoju silników tego typu było doskonalenie ich drogi przepływu, czyli silników elementy, przez które przepływa gaz: wlot powietrza, sprężarka, komora spalania, turbiny i dysze. Przede wszystkim pytanie dotyczyło opracowania teorii sprężarek i turbin, które często nazywane są tym samym terminem „maszyny łopatkowe”. To właśnie ten podstawowy problem zajęli się rozwiązaniem radzieccy naukowcy. Na podstawie genialnych dzieł Eulera, Bernoulliego, Żukowskiego, Czaplygina radzieccy naukowcy stworzyli teorię silników turbinowych gazowych.

Akademik B. S. Stechkin wniósł wyjątkowo cenny wkład w teorię silników turbinowych gazowych. Jego prace stworzyły spójną teorię maszyn ostrzowych. Opracował metody obliczania sprężarek osiowych i odśrodkowych. Jest twórcą teorii najpopularniejszych we współczesnym lotnictwie silników turbinowych gazowych oddychających powietrzem.

Dogłębne badania teoretyczne i owocne prace eksperymentalne nad sprężarkami przeprowadzili profesorowie K. A. Ushakov, V. N. Dmitrievsky, K. V. Kholshchevnikov, P. K. Kazandzhan i wielu innych naukowców. Znaczący wkład w teorię maszyn łopatkowych stanowiła praca ukraińskiego akademika G. F. Proskura „Hydrodynamika maszyny turbinowej”, opublikowana w 1934 roku.

Teorie turbin gazowych i silników turbinowych w ogóle poświęcone były pracom profesorów G.S. Zhi -

Ridkoy, A.V. Kvasnikov, P.I. Kirillov, Ya.I. Shnee, G.P. Zotikov i wielu innych.

Naukowcy włożyli wiele pracy w stworzenie najkorzystniejszego kształtu łopatek turbin. Praca łopatek turbiny ma wiele wspólnego z pracą skrzydła samolotu. Istnieją jednak między nimi znaczne różnice. Skrzydło działa w izolacji, a łopatka turbiny działa w pobliżu innych łopatek. W tym drugim przypadku otrzymujemy, jak to się mówi, „siatkę profili”. Wpływ sąsiednich łopatek znacznie zmienia wzór przepływu gazu wokół profilu łopatki. Dodatkowo na skrzydło nadmuchany jest strumień powietrza, który przed spotkaniem z samolotem ma tę samą prędkość na całej rozpiętości skrzydła. A prędkość gazu względem łopatki turbiny nie jest taka sama na całej jej długości. Zależy to od prędkości obwodowej ostrzy. Ponieważ ostrza są dość długie, prędkość obwodowa u nasady ostrza jest znacznie mniejsza niż na jego końcu. Oznacza to, że prędkość gazu względem łopatki u nasady będzie inna niż na zewnętrznym obwodzie wirnika. Dlatego profil ostrza musi być taki, aby ostrze na całej swojej długości pracowało z największą wydajnością. Problem stworzenia takich ostrzy został rozwiązany w pracach profesora V.V. Uvarova i innych naukowców.

Najważniejszym problemem, od którego rozwiązania zależało stworzenie ekonomicznych silników turbinowych, był problem materiałów żaroodpornych. Sprawność instalacji turbiny gazowej wzrasta wraz ze wzrostem temperatury gazu. Aby jednak turbina działała niezawodnie w wysokich temperaturach, konieczne jest wykonanie jej łopatek i tarczy ze stopów, których wytrzymałość utrzymuje się nawet w wysokich temperaturach. Dlatego rozwój technologii turbin gazowych wymagał wysokiego poziomu rozwoju metalurgii. Obecnie metalurdzy stworzyli stopy, które wytrzymują wysokie temperatury. Łopatki turbin wykonane z takich stopów mogą pracować bez specjalnego chłodzenia w temperaturach gazów wchodzących do turbiny do 900°C.

Oprócz stopów istnieją inne materiały żaroodporne, takie jak specjalna ceramika. Ale ceramika jest dość delikatna, co uniemożliwia jej zastosowanie w turbinach gazowych. Dalsze prace nad udoskonaleniem ceramiki żaroodpornej mogą jednak mieć istotny wpływ na rozwój turbin gazowych.

Projektanci turbin gazowych opracowują również łopatki ze sztucznym chłodzeniem. Wewnątrz łopatek wykonane są kanały, przez które przechodzi powietrze lub ciecz. Tarcza turbiny jest zwykle przedmuchiwana powietrzem.

Warunki spalania paliwa w zespołach turbin gazowych różnią się znacznie od warunków panujących w piecach kotłów parowych czy w cylindrach silników tłokowych. Silnik turbinowy gazowy jest w stanie wykonać ogromną pracę przy niewielkich rozmiarach. Ale w tym celu konieczne jest spalenie dużej ilości paliwa w małej objętości komory. Można to osiągnąć jedynie przy bardzo dużej szybkości spalania. Cząsteczki paliwa znajdują się w komorze spalania silnika turbinowego gazowego przez mniej niż jedną setną sekundy. W tak krótkim czasie powinno nastąpić dobre wymieszanie paliwa z powietrzem, jego odparowanie i całkowite spalenie.

Aby pomyślnie rozwiązać problem, konieczne jest przestudiowanie fizyki spalania. W naszych czasach pracują nad tym duże zespoły naukowców.

Naukowcy szczegółowo zbadali także kwestię maksymalizacji wykorzystania ciepła powstającego podczas spalania paliw w zespołach turbin gazowych. Gazy opuszczają wirnik turbiny w wysokiej temperaturze i dlatego niosą ze sobą dużą ilość energii wewnętrznej do atmosfery. Naturalna była chęć wykorzystania ciepła gazów odlotowych. W tym celu zaproponowano następujący schemat instalacji. Przed uwolnieniem do atmosfery gazy z wirnika przechodzą przez wymiennik ciepła, gdzie przekazują część ciepła do sprężonego powietrza opuszczającego sprężarkę. Powietrze nagrzewając się w wymienniku ciepła zwiększa swoją energię nie zużywając przy tym żadnej ilości paliwa. Z wymiennika powietrze kierowane jest do komory spalania, gdzie jego temperatura wzrasta jeszcze bardziej. Instalując takie wymienniki ciepła, można znacznie zmniejszyć zużycie paliwa do ogrzewania gazu, a tym samym zwiększyć wydajność instalacji. Wymiennik ciepła jest kanałem, przez który przepływają gorące gazy. Wewnątrz kanału umieszcza się wiązkę rur stalowych rozmieszczonych wzdłuż przepływu gazu lub prostopadle do niego. Powietrze przepływa wewnątrz tych rur. Gaz podgrzewa ścianki rur i przepływające w nich powietrze. Część ciepła ze spalin jest zawracana do powietrza roboczego. Proces ten nazywany jest procesem odzyskiwania ciepła. Wymienniki ciepła są często nazywane regeneratorami.

Turbiny gazowe z odzyskiem ciepła są znacznie bardziej ekonomiczne niż turbiny konwencjonalne. Niestety wymienniki ciepła mają bardzo duże gabaryty, co utrudnia ich zastosowanie w niektórych instalacjach transportowych.

Wśród problemów naukowych leżących u podstaw rozwoju technologii turbin gazowych należy także zwrócić uwagę na wytrzymałość konstrukcji. Aby zbudować trwałe komory spalania, trzeba znać metody obliczania cienkościennych płaszczy. Na tym skupia się jedna z nowych gałęzi nauki o wytrzymałości materiałów. Trudnym zadaniem jest zapewnienie wytrzymałości łopatek turbin. Wirnik turbiny wykonuje bardzo dużą liczbę obrotów (5000-10 000 obrotów na minutę, a w niektórych konstrukcjach więcej), a na łopatki działają duże siły odśrodkowe (kilka ton na łopatkę).

Mówiliśmy tutaj jedynie o najważniejszych problemach naukowych, których rozwiązanie było wymagane dla rozwoju technologii turbin gazowych. Naukowcy i inżynierowie nadal pracują nad udoskonaleniem silników turbinowych gazowych. Wciąż stoją przed wieloma nierozwiązanymi pytaniami, wieloma ciekawymi i ważnymi problemami.

Wyjątkowe znaczenie mają na przykład prace nad stworzeniem turbin gazowych wykorzystujących węgiel jako paliwo. Wiadomo, że węgla produkuje się więcej niż ropy i jest od niego tańszy. Spalanie węgla w komorze spalania turbiny gazowej jest zadaniem trudnym. Należy go rozdrobnić i zamienić w pył węglowy. Gazy opuszczające komorę spalania należy oczyścić z popiołu. Jeśli w gazie znajdą się cząstki popiołu o wielkości nawet 0,03-0,05 milimetra, wówczas łopatki turbiny zaczną się zapadać i turbina ulegnie awarii.

Tworzenie oczyszczaczy gazu to skomplikowana sprawa. Ale możliwe jest rozwiązanie takiego problemu w przypadku silnika z turbiną gazową. W silnikach spalinowych sprężanie powietrza, spalanie i rozprężanie gazu zachodzą w jednym miejscu – w cylindrze. Okazało się, że nie da się zamontować w cylindrze żadnego środka czyszczącego. Dlatego dotychczasowe próby spalania węgla w cylindrach silników spalinowych nie dały żadnego rezultatu. W instalacji turbiny gazowej sprężanie, spalanie i rozprężanie zachodzą w różnych miejscach. Powietrze jest sprężane w sprężarce, podgrzewane w komorze i rozprężane w turbinie. Oczyszczacz można umieścić pomiędzy komorą a turbiną. Konieczne jest jedynie, aby nie zmniejszał znacznie ciśnienia przepływających przez niego gazów i nie był zbyt duży.

Obecnie trwają badania nad stworzeniem nuklearnych silników turbinowych. W tych silnikach powietrze ogrzewa się nie w wyniku spalania paliwa, ale ciepła wytwarzanego w kotle jądrowym. Na tej drodze naukowcy muszą pokonać wiele trudności. Nie ma jednak wątpliwości, że nuklearne silniki turbinowe mają przed sobą wielką przyszłość.