Plynové turbíny jsou spolehlivé energetické jednotky moderních elektráren. Jednotka plynové turbíny (GTU nebo GPU) Typy plynových turbín

Rýže. 6. Regenerační cyklus, jednohřídelový

GTU: 1 - regenerátor; 2 - kompresor; 3 - spalovací komora;

4 - turbína; 5 - kompresor (zátěž)

V jednohřídelovém zařízení s plynovou turbínou otevřeného jednoduchého cyklu (obr. 5) vstupuje pracovní tekutina (vzduch). kompresor 1 z atmosféry, je stlačován a posílán do spalovací komory 2, ve které je ohříván na určitou teplotu. Poté vstupuje pracovní tekutina (vzduch). turbína 3, kde expanduje, produkuje práci a uvolňuje se do atmosféry. Zvláštností tohoto cyklu je, že kompresor, turbína a odstředivé dmychadlo 4 (zátěž) jsou mechanicky spojeny. Odstředivé dmychadlo poháněné jednohřídelovou jednotkou plynové turbíny může pracovat pouze v relativně úzkém rozsahu rychlostí průtoku plynu.

V otevřeném cyklu se pracovní tekutina (vzduch) dostává do jednotky plynové turbíny z atmosféry a je vypouštěna do atmosféry. V uzavřeném cyklu dochází k recirkulaci pracovní tekutiny (vzduchu) bez spojení s atmosférou.

U jednohřídelové jednotky plynové turbíny regeneračního cyklu (obr. 6) je navíc použit regenerátor - výměník tepla, který před vstupem do spalovací komory předává teplo z výfukových plynů pracovní kapalině (vzduchu). Regenerační cyklus - termodynamický cyklus využívající teplo spotřebované pracovní tekutiny. Skládá se z postupné komprese, regeneračního ohřevu, spalování, expanze a regeneračního chlazení pracovní tekutiny (přenos tepla z výfukových plynů do pracovní tekutiny za kompresorem). Pro rozšíření rozsahu regulace a stabilního provozu se používá vícehřídelový agregát plynové turbíny nebo s děleným hřídelem (obr. 7). Taková jednotka plynové turbíny má alespoň dvě turbíny, spalovací komora 2, fungující na nezávislých hřídelích. Kompresor 1 je poháněn vysokotlakou turbínou (TVD) 3, A výkonová turbína (nízkotlaká turbína nebo LPT) 4 poskytuje pohon kompresor 5(naloží). Instalace plynové turbíny s dělenou hřídelí zajišťuje jakýkoli provozní režim plynovodu bez snížení výtlačného tlaku, protože změnou rychlosti otáčení LPT hřídele je možné sladit výkon spotřebovávaný kompresorem s užitečným výkonem instalace.

U plynové turbíny s regeneračním cyklem s děleným hřídelem se objevuje přídavný prvek - regenerátor, který plní stejné funkce jako regenerátor jednohřídelové plynové turbíny. (viz obr. 6).

Pracovní proces ve vícehřídelové plynové turbíně se stupňovitou kompresí a stupňovým spalováním paliva se liší od pracovního procesu jiných plynových turbín tím, že vzduch je stlačován s mezichlazením a spalování probíhá ve dvou spalovacích komorách umístěných před každou turbínou. (obr. 8). Při stejné produktivitě a kompresním poměru v instalaci s mezichlazením jsou pracovní náklady na kompresi v nízkotlakých a vysokotlakých kompresorech (LPC a HPC) nižší než v instalaci bez chlazení. Použití stupňovitého spalování vede k mírnému zvýšení hp. instalací. Ale v takové instalaci se palivové a olejové systémy komplikují, vzniká rozsáhlejší síť vzduchovodů a plynovodů, což zvyšuje velikost a hmotnost instalace. Proto CS nenalezla praktické uplatnění konstrukce plynové turbíny s postupným spalováním. Používají především plynové turbíny vyrobené podle jednoduchého regeneračního (například GTK-10) nebo neregeneračního cyklu (například GTN-16) s děleným hřídelem.

Rýže. 7. Plynová turbína s jednoduchým cyklem s dělenou hřídelí se samostatnou výkonovou turbínou

Rýže. 8. Cyklus s mezichlazením a meziohřevem, vícehřídelový agregát plynové turbíny s čistým spotřebičem výkonu na nízkotlaké hřídeli: 1 - spalovací komora; 2 - mezichladnička; 3 - mezitopná spalovací komora; 4 - kompresor (zátěž)

Princip činnosti jednotek s plynovou turbínou

Obr. 1. Schéma soustrojí s plynovou turbínou s jednohřídelovým motorem s plynovou turbínou jednoduchého cyklu

Čistý vzduch je přiváděn do kompresoru (1) pohonné jednotky plynové turbíny. Pod vysokým tlakem je vzduch z kompresoru nasměrován do spalovací komory (2), kam je přiváděno hlavní palivo, plyn. Směs se vznítí. Při hoření směsi plynu a vzduchu vzniká energie ve formě proudu horkých plynů. Tento proud spěchá vysokou rychlostí na oběžné kolo turbíny (3) a roztáčí jej. Rotační kinetická energie přes hřídel turbíny pohání kompresor a elektrický generátor (4). Ze svorek elektrického generátoru se vyrobená elektřina, obvykle přes transformátor, posílá do elektrické sítě, ke spotřebitelům energie.

Plynové turbíny jsou popsány Braytonovým termodynamickým cyklem Braytonův/Jouleův cyklus je termodynamický cyklus, který popisuje provozní procesy plynových turbín, proudových a náporových spalovacích motorů, jakož i plynových turbínových motorů s vnějším spalováním s uzavřenou smyčkou plynného (jednofázová) pracovní kapalina.

Cyklus je pojmenován po americkém inženýrovi George Braytonovi, který vynalezl pístový spalovací motor, který pracoval na tomto cyklu.

Někdy se tomuto cyklu říká také Jouleův cyklus – na počest anglického fyzika Jamese Jouleho, který zavedl mechanický ekvivalent tepla.

Obr.2. P,V diagram Braytonova cyklu

Ideální Braytonův cyklus se skládá z následujících procesů:

1-2 Izoentropická komprese.
2-3 Izobarický přívod tepla.
3-4 Izoentropická expanze.
4-1 Izobarický odvod tepla.

S přihlédnutím k rozdílům mezi reálnými adiabatickými procesy expanze a komprese od izoentropických je sestaven skutečný Braytonův cyklus (1-2p-3-4p-1 na T-S diagramu) (obr. 3).

Obr.3. T-S diagram Braytonova cyklu
Perfektní (1-2-3-4-1)
Skutečné (1-2p-3-4p-1)

Tepelná účinnost ideálního Braytonova cyklu je obvykle vyjádřena vzorcem:

kde P = p2 / p1 je stupeň zvýšení tlaku v procesu isentropické komprese (1-2);
k - adiabatický index (pro vzduch rovný 1,4)

Je třeba zvláště poznamenat, že tato obecně přijímaná metoda výpočtu účinnosti cyklu zakrývá podstatu probíhajícího procesu. Mezní účinnost termodynamického cyklu se vypočítá pomocí teplotního poměru pomocí Carnotova vzorce:

kde T1 je teplota chladničky;
T2 - teplota ohřívače.

Přesně stejný teplotní poměr lze vyjádřit pomocí velikosti tlakových poměrů použitých v cyklu a adiabatického indexu:

Účinnost Braytonova cyklu tedy závisí na počáteční a konečné teplotě cyklu přesně stejným způsobem jako účinnost Carnotova cyklu. S nekonečně malým ohřevem pracovní tekutiny podél linie (2-3) lze proces považovat za izotermický a zcela ekvivalentní Carnotovu cyklu. Množství zahřátí pracovní tekutiny T3 během izobarického procesu určuje množství práce související s množstvím pracovní tekutiny použité v cyklu, ale žádným způsobem neovlivňuje tepelnou účinnost cyklu. Při praktické realizaci cyklu se však ohřev obvykle provádí na nejvyšší možné hodnoty, omezené tepelnou odolností použitých materiálů, aby se minimalizovala velikost mechanismů, které stlačují a roztahují pracovní tekutinu.

V praxi tření a turbulence způsobují:

Neadiabatická komprese: Pro daný celkový tlakový poměr je výstupní teplota kompresoru vyšší než ideální.
Neadiabatická expanze: Přestože teplota turbíny klesne na úroveň potřebnou pro provoz, kompresor není ovlivněn, tlakový poměr je vyšší, což má za následek nedostatečnou expanzi pro zajištění užitečného provozu.
Tlakové ztráty na vstupu vzduchu, spalovací komoře a výstupu: v důsledku toho není expanze dostatečná k zajištění užitečného provozu.

Stejně jako u všech cyklických tepelných motorů platí, že čím vyšší je teplota spalování, tím vyšší je účinnost. Limitujícím faktorem je schopnost oceli, niklu, keramiky nebo jiných materiálů, ze kterých se motor skládá, odolávat teplu a tlaku. Hodně inženýrství jde do odstraňování tepla z částí turbíny. Většina turbín se také snaží rekuperovat teplo z výfukových plynů, které by jinak přišly nazmar.

Rekuperátory jsou výměníky tepla, které před spalováním předávají teplo z výfukových plynů stlačenému vzduchu. V kombinovaném cyklu se teplo přenáší do systémů parních turbín. A při kombinované výrobě tepla a elektřiny (kogenerace) se odpadní teplo využívá k výrobě teplé vody.

Mechanicky mohou být plynové turbíny výrazně jednodušší než pístové spalovací motory. Jednoduché turbíny mohou mít jednu pohyblivou část: sestavu hřídel/kompresor/turbína/alternativní rotor (viz obrázek níže), nezahrnuje palivový systém.

Obr.4. Tento stroj má jednostupňový radiální kompresor,
turbína, rekuperátor a vzduchová ložiska.

Složitější turbíny (ty používané v moderních proudových motorech) mohou mít více hřídelí (cívek), stovky lopatek turbíny, pohyblivé statorové lopatky a rozsáhlý systém složitého potrubí, spalovacích komor a výměníků tepla.

Obecně platí, že čím menší motor, tím vyšší otáčky hřídele (hřídelů) jsou potřebné k udržení maximální lineární rychlosti lopatek.

Maximální otáčky lopatek turbíny určují maximální tlak, kterého lze dosáhnout, což má za následek maximální výkon bez ohledu na velikost motoru. Proudový motor se točí asi 10 000 ot./min a mikroturbína asi 100 000 ot./min.

Turbína je motor, ve kterém se potenciální energie stlačitelné tekutiny přeměňuje v lopatkovém aparátu na kinetickou energii a ta se v oběžných kolech přeměňuje na mechanickou práci přenášenou na kontinuálně se otáčející hřídel.

Parní turbíny jsou konstrukčně tepelným motorem, který je neustále v provozu. Během provozu se do průtokové části dostává přehřátá nebo sytá vodní pára, která svou roztažností nutí rotor se otáčet. K rotaci dochází v důsledku působení proudu páry na lopatkové zařízení.

Parní turbína je součástí konstrukce parní turbíny, která je určena k výrobě energie. Existují i zařízení, která jsou kromě elektřiny schopna vyrábět i tepelnou energii – pára, která prochází parními lopatkami, je přiváděna do síťových ohřívačů vody. Tento typ turbíny se nazývá průmyslové vytápění nebo typ turbíny dálkového vytápění. V prvním případě je odběr páry v turbíně zajištěn pro průmyslové účely. Kompletní s generátorem je parní turbína turbínovou jednotkou.

Typy parních turbín

Turbíny se dělí podle směru pohybu páry na turbíny radiální a axiální. Proud páry v radiálních turbínách směřuje kolmo k ose. Parní turbíny mohou být jedno-, dvou- a tříplášťové. Parní turbína je vybavena řadou technických zařízení, která zabraňují vnikání okolního vzduchu do skříně. Jedná se o různá těsnění, do kterých jsou přiváděna malá množství vodní páry.

Na přední části hřídele je umístěn bezpečnostní regulátor, který při zvýšení otáček turbíny vypne přívod páry.

Charakteristika hlavních parametrů jmenovitých hodnot

· Jmenovitý výkon turbíny- maximální výkon, který musí turbína vyvinout po dlouhou dobu na svorkách elektrického generátoru, při normálních hodnotách hlavních parametrů nebo při jejich změně v mezích stanovených průmyslovými a státními normami. Turbína s řízeným odběrem páry může vyvinout výkon nad svou jmenovitou hodnotu, pokud splňuje pevnostní podmínky jejích částí.

· Ekonomický výkon turbíny- výkon, při kterém turbína pracuje nejúčinněji. V závislosti na parametrech čerstvé páry a účelu turbíny může být jmenovitý výkon roven nebo vyšší než ekonomický výkon o 10-25%.

· Jmenovitá teplota regeneračního ohřevu napájecí vody- teplota napájecí vody za posledním ohřívačem podél toku vody.

· Jmenovitá teplota chladicí vody- teplota chladicí vody na vstupu do kondenzátoru.

Plynová turbína(francouzská turbína z latinského turbo vír, rotace) je kontinuální tepelný motor, v jehož lopatkovém aparátu se přeměňuje energie stlačeného a ohřátého plynu na mechanickou práci na hřídeli. Skládá se z rotoru (pracovní lopatky namontované na discích) a statoru (rozváděcí lopatky upevněné ve skříni).

Plyn, který má vysokou teplotu a tlak, vstupuje tryskou turbíny do nízkotlaké oblasti za tryskou, přičemž současně expanduje a zrychluje. Dále proud plynu naráží na lopatky turbíny, dává jim část své kinetické energie a přenáší krouticí moment na lopatky. Lopatky rotoru přenášejí krouticí moment přes disky turbíny na hřídel. Užitné vlastnosti plynové turbíny: plynová turbína např. roztáčí generátor umístěný na stejném hřídeli, což je užitečná práce plynové turbíny.

Plynové turbíny se používají jako součást plynových turbínových motorů (používaných pro dopravu) a plynových turbínových jednotek (používané v tepelných elektrárnách jako součást stacionárních plynových turbínových jednotek, sdružených plynových turbínových jednotek). Plynové turbíny jsou popsány Braytonovým termodynamickým cyklem, který zahrnuje adiabatickou kompresi vzduchu, spalování při konstantním tlaku a poté adiabatickou expanzi zpět na počáteční tlak.

Typy plynových turbín

- Letecké a proudové motory

- Pomocná pohonná jednotka

- Průmyslové plynové turbíny na výrobu elektřiny

- Turbohřídelové motory

- Radiální plynové turbíny

- Mikroturbíny

Mechanicky mohou být plynové turbíny výrazně jednodušší než pístové spalovací motory. Jednoduché turbíny mohou mít jednu pohyblivou část: sestavu hřídele/kompresoru/turbíny/alternativního rotoru (viz obrázek výše), nezahrnuje palivový systém.

Obecně platí, že čím menší motor, tím vyšší otáčky hřídele (hřídelů) jsou potřebné k udržení maximální lineární rychlosti lopatek. Maximální otáčky lopatek turbíny určují maximální tlak, kterého lze dosáhnout, což má za následek maximální výkon bez ohledu na velikost motoru. Proudový motor se točí asi 10 000 ot./min a mikroturbína asi 100 000 ot./min.

Jednotky s plynovou turbínou (GTU) jsou žádané v průmyslu, dopravě a jsou široce používány v energetice. Toto zařízení není designově příliš složité, má vysokou účinnost a je ekonomické.

Plynové turbíny jsou v mnoha ohledech podobné motorům na naftu nebo benzín: stejně jako u spalovacího motoru se tepelná energie získaná spalováním paliva přeměňuje na mechanickou energii. V tomto případě se produkty spalování používají v instalacích otevřeného typu, zatímco v uzavřených systémech se používá plyn nebo běžný vzduch. Oba jsou stejně žádané. Kromě otevřených a uzavřených existují turbokompresorové turbíny a instalace s generátory plynu s volnými písty.

Nejjednodušší je zvážit konstrukci a princip činnosti plynové turbíny v instalaci turbokompresorového typu, která pracuje při konstantním tlaku.

Konstrukce plynové turbíny

Plynová turbína se skládá z kompresoru, vzduchového potrubí, spalovací komory, trysky, dráhy proudění, stacionárních a pracovních lopatek, výfukového potrubí, převodovky, vrtule a startovacího motoru.

Startovací motor je zodpovědný za spuštění turbíny. Pohání kompresor, který se roztočí na požadovanou rychlost. Pak:

kompresor odebírá vzduch z atmosféry a stlačuje jej;
vzduch je přiváděn do spalovací komory vzduchovým potrubím;
palivo vstupuje do stejné komory tryskou;
plyn a vzduch se mísí a hoří při konstantním tlaku, což vede k tvorbě produktů spalování;
produkty spalování jsou ochlazovány vzduchem, po kterém vstupují do průtokové části;
u stacionárních lopatek se směs plynů rozpíná a zrychluje, poté je nasměrována na pracovní lopatky a uvádí je do pohybu;
vyčerpaná směs opouští turbínu potrubím;
turbína předává kinetickou energii kompresoru a vrtuli přes převodovku.

Plyn smíšený se vzduchem, hoří, tvoří pracovní médium, které rozpínáním urychluje a roztáčí listy a za nimi vrtuli. Následně se kinetická energie přemění na elektřinu nebo se použije k pohybu lodi.

Využíváním principu rekuperace tepla můžete ušetřit na palivu. V tomto případě je vzduch vstupující do turbíny ohříván výfukovými plyny. Výsledkem je, že jednotka spotřebuje méně paliva a generuje více kinetické energie. Regenerátor, kde se ohřívá vzduch, zároveň slouží k chlazení výfukových plynů.

Vlastnosti uzavřených plynových turbín

Plynová turbína otevřeného typu odebírá vzduch z atmosféry a výfukové plyny odvádí ven. To není příliš efektivní a je nebezpečné, pokud je instalace umístěna v uzavřeném prostoru, kde pracují lidé. V tomto případě se používá uzavřený typ plynové turbíny. Takové turbíny nevypouštějí spotřebovanou pracovní tekutinu do atmosféry, ale směřují ji do kompresoru. Nemíchá se se zplodinami hoření. Díky tomu zůstává pracovní médium cirkulující v turbíně čisté, což zvyšuje životnost zařízení a snižuje počet poruch.

Uzavřené turbíny jsou však příliš velké. Plyny, které neuniknou, je nutné dostatečně účinně chladit. To je možné pouze u velkých výměníků tepla. Proto se instalace používají na velkých lodích, kde je dostatek místa.

Uzavřené plynové turbíny mohou mít i jaderný reaktor. Jako chladicí kapalinu používají oxid uhličitý, helium nebo dusík. Plyn se zahřívá v reaktoru a posílá se do turbíny.

Plynové turbíny a jejich odlišnosti od parních turbín a spalovacích motorů

Plynové turbíny se od spalovacích motorů liší jednodušší konstrukcí a snadnou opravou. Důležité také je, že nemají klikový mechanismus, díky kterému je spalovací motor objemný a těžký. Turbína je přibližně dvakrát lehčí a menší než motor podobného výkonu. Kromě toho může jezdit na palivo nízké kvality.

Plynové turbíny se od parních liší malými rozměry a snadným startem. Jejich údržba je snazší než jednotky poháněné párou.

Turbíny mají také nevýhody: nejsou tak ekonomické ve srovnání se spalovacími motory, vydávají více hluku a rychleji se kazí. To však nebrání využití jednotek plynových turbín v dopravě, průmyslu a dokonce i v každodenním životě. Turbíny jsou instalovány na námořních a říčních plavidlech, používají se v elektrárnách, čerpacích zařízeních a mnoha dalších oblastech. Jsou pohodlné a mobilní, takže se používají poměrně často.

Parní turbína. Pokusy o konstrukci parní turbíny schopné konkurovat parnímu stroji až do poloviny 19. století. byly neúspěšné, protože pouze malý zlomek kinetické energie parního paprsku mohl být přeměněn na mechanickou energii rotace turbíny. Jde o to, že vynálezci

nezohlednil závislost účinnosti turbíny na poměru rychlosti páry a lineární rychlosti lopatek turbíny.

Zjistěme, v jakém poměru rychlosti proudu plynu a lineární rychlosti lopatky turbíny dojde k nejúplnějšímu přenosu kinetické energie proudu plynu na lopatku turbíny (obr. 36). Když se kinetická energie páry zcela přenese na lopatku turbíny, měla by být rychlost paprsku vůči Zemi rovna nule, tzn.

V referenční soustavě pohybující se rychlostí je rychlost proudu rovna: .

Protože v tomto referenčním rámci je lopatka v okamžiku interakce s proudem nehybná, rychlost proudu po elastickém odrazu zůstává nezměněna, ale mění směr na opačný:

Přejdeme-li znovu k referenční soustavě spojené se Zemí, získáme rychlost výtrysku po odrazu:

Od té doby

Zjistili jsme, že k úplnému přenosu kinetické energie paprsku na turbínu dojde za podmínky, že lineární rychlost pohybu lopatek turbíny je poloviční než rychlost paprsku První parní turbína, která našla praktické uplatnění, byla vyrobena firmou švédský inženýr Gustav Laval v roce 1889. Jeho výkon byl nižší při otáčkách ot./min

Rýže. 36. Přenos kinetické energie parního paprsku na lopatku turbíny

Vysoký průtok plynu i při průměrném poklesu tlaku, dosahující přibližně 1200 m/s, vyžaduje, aby lopatky turbíny měly lineární rychlost přibližně 600 m/s pro efektivní provoz. V důsledku toho pro dosažení vysokých hodnot účinnosti musí být turbína vysokorychlostní. Je snadné vypočítat setrvační sílu působící na lopatku turbíny o hmotnosti 1 kg, umístěnou na věnce rotoru o poloměru 1 m, při rychlosti lopatky 600 m/s:

Vzniká zásadní rozpor: pro ekonomický provoz turbíny jsou zapotřebí nadzvukové otáčky rotoru, ale při takových otáčkách bude turbína zničena setrvačnými silami. K vyřešení tohoto rozporu je nutné navrhnout turbíny, které se otáčejí menšími než optimálními otáčkami, ale pro plné využití kinetické energie parního paprsku je učinit vícestupňovými s umístěním několika rotorů o zvětšujícím se průměru na společnou hřídel. V důsledku nedostatečně vysoké rychlosti otáčení turbíny předává pára pouze část své kinetické energie rotoru o menším průměru. Poté je pára odváděná v prvním stupni směrována do druhého rotoru o větším průměru, přičemž jeho lopatkám dodává část zbývající kinetické energie atd. Odpadní pára kondenzuje v chladiči-kondenzátoru a teplá voda se posílá do kotle .

Cyklus instalace parní turbíny je znázorněn v souřadnicích na obrázku 37. V kotli přijímá pracovní tekutina množství tepla, zahřívá se a expanduje při konstantním tlaku (izobara AB). V turbíně pára expanduje adiabaticky (adiabat BC) a vykonává práci na otáčení rotoru. V kondenzátoru-chladiči, omývaném např. říční vodou, pára předává teplo vodě a při konstantním tlaku kondenzuje. Tento proces odpovídá izobarě. Teplá voda z kondenzátoru je čerpána do kotle. Tento proces odpovídá izochore, jak je vidět, cyklus parní turbíny je uzavřen. Práce vykonaná párou v jednom cyklu se číselně rovná ploše obrázku ABCD.

Moderní parní turbíny mají vysokou účinnost kinetické konverze

Rýže. 37. Schéma pracovního cyklu zařízení s parní turbínou

energie parního paprsku na energii mechanickou, mírně přesahující 90 %. Proto jsou elektrické generátory téměř všech tepelných a jaderných elektráren na světě, které poskytují více než 80 % veškeré vyrobené elektřiny, poháněny parními turbínami.

Vzhledem k tomu, že teplota páry používané v moderních parních turbínových zařízeních nepřesahuje 580 C (teplota ohřívače) a teplota páry na výstupu z turbíny obvykle není nižší než 30 °C (teplota chladničky), maximální hodnota účinnosti parní turbína jako tepelný stroj je:

a skutečné hodnoty účinnosti kondenzačních elektráren s parní turbínou dosahují jen asi 40 %.

Výkon moderních energetických jednotek kotel-turbína-generátor dosahuje kW. Další v pořadí 10. pětiletky je výstavba energetických jednotek s výkonem do kW.

Parní turbínové motory jsou široce používány ve vodní dopravě. Jejich použití v pozemní dopravě a zejména v letectví je však ztíženo nutností mít topeniště a kotel na výrobu páry a také velké množství vody pro použití jako pracovní kapalina.

Plynové turbíny. Myšlenka odstranění pece a kotle v tepelném motoru s turbínou přesunutím místa spalování paliva do samotné pracovní tekutiny již dlouho zaměstnávala konstruktéry. Ale vývoj takových spalovacích turbín, ve kterých není pracovní tekutinou pára, ale vzduch expandující z ohřevu, byl brzděn nedostatkem materiálů schopných pracovat po dlouhou dobu při vysokých teplotách a vysokém mechanickém zatížení.

Zařízení plynové turbíny se skládá ze vzduchového kompresoru 1, spalovací komory 2 a plynové turbíny 3 (obr. 38). Kompresor se skládá z rotoru namontovaného na stejné ose s turbínou a pevné vodicí lopatky.

Když turbína běží, rotor kompresoru se otáčí. Lopatky rotoru jsou tvarovány tak, že při jejich otáčení se tlak před kompresorem snižuje a za ním zvyšuje. Vzduch je nasáván do kompresoru a jeho tlak za první řadou lopatek rotoru se zvyšuje. Za první řadou lopatek rotoru se nachází řada lopatek pevné vodicí lopatky kompresoru, pomocí které se mění směr pohybu vzduchu a je zajištěna možnost jeho dalšího stlačování pomocí lopatek druhého stupně. rotoru atd. Několik stupňů lopatek kompresoru poskytuje 5-7krát zvýšený tlak vzduchu.

Proces komprese probíhá adiabaticky, takže teplota vzduchu výrazně stoupá a dosahuje 200 °C i více.

Rýže. 38. Instalace plynové turbíny

Stlačený vzduch vstupuje do spalovací komory (obr. 39). Přitom se do něj tryskou pod vysokým tlakem vstřikuje kapalné palivo - petrolej, topný olej.

Při hoření paliva přijímá vzduch, který slouží jako pracovní tekutina, určité množství tepla a ohřívá se na teplotu 1500-2200 °C. K ohřevu vzduchu dochází při konstantním tlaku, vzduch se tedy rozpíná a jeho rychlost se zvyšuje.

Vzduch a produkty spalování pohybující se vysokou rychlostí jsou směrovány do turbíny. Pohybují se ze stupně na stupeň a předávají svou kinetickou energii lopatkám turbíny. Část energie přijaté turbínou se spotřebuje na otáčení kompresoru a zbytek se využije například k otáčení vrtule letadla nebo rotoru elektrického generátoru.

K ochraně lopatek turbíny před destruktivním účinkem horkého a vysokorychlostního proudu plynu do spalovací komory

Rýže. 39. Spalovací komora

Kompresor načerpá podstatně více vzduchu, než je nutné pro úplné spálení paliva. Vzduch vstupující do spalovací komory za zónou spalování paliva (obr. 38) snižuje teplotu proudu plynu směřujícího k lopatkám turbíny. Snížení teploty plynu v turbíně vede ke snížení účinnosti, proto vědci a konstruktéři hledají způsoby, jak zvýšit horní hranici provozní teploty v plynové turbíně. U některých moderních leteckých motorů s plynovou turbínou dosahuje teplota plynu před turbínou 1330 °C.

Odpadní vzduch spolu se zplodinami o tlaku blízkém atmosférickému a teplotě vyšší než 500 °C při rychlosti vyšší než 500 m/s je obvykle vypouštěn do atmosféry nebo pro zvýšení účinnosti je odváděn do výměníku tepla , kde předává část tepla k ohřevu vzduchu vstupujícího do spalovací komory .

Pracovní cyklus jednotky plynové turbíny je znázorněn na obrázku 40. Proces stlačování vzduchu v kompresoru odpovídá adiabatu AB, procesu ohřevu a expanze ve spalovací komoře - izobarě BC. Adiabatický proces expanze horkého plynu v turbíně představuje úsek CD, proces ochlazování a zmenšování objemu pracovní tekutiny představuje izobara DA.

Účinnost jednotek s plynovou turbínou dosahuje 25-30%. Motory s plynovou turbínou nemají objemné parní kotle, jako jsou parní stroje a parní turbíny, a nemají písty a mechanismy, které převádějí vratný pohyb na rotační pohyb, jako jsou parní stroje a spalovací motory. Proto motor s plynovou turbínou zabírá třikrát méně místa než dieselový motor stejného výkonu a jeho měrná hmotnost (poměr hmotnosti k výkonu) je 6 až 9krát menší než u leteckého pístového spalovacího motoru. Kompaktnost a rychlost v kombinaci s vysokým výkonem na jednotku hmotnosti určily první prakticky důležitou oblast použití plynových turbínových motorů - letectví.

Letouny s vrtulí namontovanou na hřídeli motoru s plynovou turbínou se objevily v roce 1944. Tak slavná letadla jako AN-24, TU-114, IL-18, AN-22 - „Antey“ mají turbovrtulové motory.

Maximální hmotnost "Antey" při vzletu je 250 tun, nosnost je 80 tun nebo 720 cestujících,

Rýže. 40. Schéma pracovního cyklu zařízení s plynovou turbínou

rychlost 740 km/h, výkon každého ze čtyř motorů kW.

Plynové turbínové motory začínají ve vodní dopravě nahrazovat parní turbínové motory, zejména na námořních lodích. Přechod od dieselových motorů k motorům s plynovou turbínou umožnil čtyřnásobně zvýšit nosnost křídlových lodí, z 50 na 200 tun.

Na těžká nákladní vozidla jsou instalovány motory s plynovou turbínou o výkonu 220-440 kW. 120tunový BelAZ-549V s motorem s plynovou turbínou je testován v těžebním průmyslu.