Газовая турбина

Газовая турбина

Газовая турбина (от лат. Turbo – «вихрь», «вращение») – тепловой двигатель непрерывного действия, который с помощью своих лопаток превращает энергию сжатого и нагретого газа в механическую работу на валу. Состоит из соединенного непосредственно турбиной компрессора и расположенной между компрессором и турбиной камеры сгорания. Главными конструктивными элементами газовой турбины являются ротор и статор – расположенные на дисках рабочие лопатки и закрепленные в корпусе турбины направляющие лопатки.

Принцип действия

Газ под высоким давлением поступает через сопловой аппарат турбины в область низкого давления, при этом он расширяется и ускоряется. Далее, поток газа попадает на рабочие лопатки турбины, и отдает им часть своей кинетической энергии, передавая лопаткам крутящий момент. Рабочие лопатки в свою очередь передают крутящий момент через диски турбины на вал. При этом газовая турбина наиболее часто используется в качестве привода для генераторов. Механически газовые турбины могут быть устроены значительно проще, чем поршневые двигатели внутреннего сгорания. Более сложные турбины, которые используются в современных турбореактивных двигателях, могут иметь несколько валов, сотни турбинных и статорных лопаток, а также большую систему сложных трубопроводов, теплообменников и камер сгорания. Упорные подшипники и радиальные подшипники являются критическими элементом разработки. По показателям качества их превзошли воздушные подшипники, которые успешно используются во вспомогательных силовых установках и микротурбинах.

Преимущества и недостатки:

Основными преимуществами газовых турбин являются:

• Меньшее количество движущихся частей, нежели у поршневого двигателя.
• Существенно меньшее количество выбросов вредных веществ по сравнению с поршневыми двигателями
• Невысокая стоимость и низкое потребление смазочного масла.
• Невысокие требования к качеству топлива. Газовые турбины потребляют любое горючее, которое можно распылить, такое как газ, органические вещества, пылеобразный уголь и нефтепродукты.
• Очень высокое отношение мощности к весу, по сравнению с поршневым двигателем. Отсюда - использование их в самолётах
• Возможность получения большего количества пара при работе (в отличие от поршневого двигателя)
• В сочетании с паровым котлом и паровой турбиной более высокий КПД по сравнению с поршневым двигателем. Отсюда - использование их в электростанциях.
• Перемещение только в одном направлении, с намного меньшей вибрацией, в отличие от поршневого двигателя.

Среди основных недостатков газовых турбин можно назвать:

• Стоимость намного выше, чем у аналогичных по размерам поршневых двигателей, поскольку материалы, которые применяются для изготовления частей турбины, должны иметь высокую жаростойкость и жаропрочность, а также высокую удельную прочность. Большинство технических операций носят достаточно сложный характер.
• При любом режиме работы имеют меньший КПД , чем поршневые двигатели
• Низкий механический и электрический КПД (потребление газа более чем в 1.5 раза больше на 1 кВтЧ электроэнергии по сравнению с поршневым двигателем)
• Резкое снижение КПД на малых нагрузках (в отличие от поршневого двигателя)
• Необходимость использования газа высокого давления, что обуславливает необходимость применения дожимных компрессоров с дополнительным расходом энергии и падением общей эффективности системы
• Задержка отклика на изменения настроек мощности
• Высокие эксплуатационные нагрузки
• Медленная скорость запуска и выхода на режим
• Существенное влияние пусков и остановок на ресурс двигателя