Большая энциклопедия техники
Шрифт:
КПД характеризует эффективность газовых турбин, представляющую собой отношение работы, снимаемой с вала, к располагаемой энергии газа перед турбиной. Эффективный КПД современных многоступенчатых турбин довольно высок и достигает 92—94%.
Принцип работы газовой турбины состоит в следующем: газ нагнетается в камеру сгорания компрессором, перемешивается с воздухом, формирует топливную смесь и поджигается. Образовавшиеся продукты горения с высокой температурой (900—1200 °С) проходят через несколько рядов лопаток, установленных на валу турбины, и приводят к вращению турбины. Полученная механическая энергия вала передается через редуктор генератору, вырабатывающему
Температура исходящих из турбины газов составляет 450—550 °С. Количественное соотношение тепловой энергии к электрической у газовых турбин составляет от 1,5 : 1 до 2,5 : 1, что позволяет строить когенерационные системы, различающиеся по типу теплоносителя:
1) непосредственное (прямое) использование отходящих горячих газов;
2) производство пара низкого или среднего давления (8—18 кг/см2) во внешнем котле;
3) производство горячей воды (лучше, когда требуемая температура превышает 140 °С);
4) производство пара высокого давления.
Большой вклад в развитие газовых турбин внесли советские ученые Б. С. Стечкин, Г. С. Жирицкий, Н. Р. Брилинг, В. В. Уваров, К. В. Холщевиков, И. И. Кириллов и др. Значительных успехов в создании газовых турбин для стационарных и передвижных газотурбинных установок достигли зарубежные фирмы (швейцарские «Броун-Бовери», в которой работал известный словацкий ученый А. Стодола, и «Зульцер», американская «Дженерал электрик» и др.).
В дальнейшем развитие газовых турбин зависит от возможности повышения температуры газа перед турбиной. Это связано с созданием новых жаропрочных материалов и надежных систем охлаждения рабочих лопаток при значительном усовершенствовании проточной части и др.
Благодаря повсеместному переходу в 1990-е гг. на использование природного газа в качестве основного топлива для электроэнергетики газовые турбины заняли существенный сегмент рынка. Несмотря на то что максимальная эффективность оборудования достигается на мощностях от 5 МВт и выше (до 300 МВт), некоторые производители выпускают модели в диапазоне 1—5 МВт.
Применяются газовые турбины в авиации и на электростанциях.
Газовый двигатель
Газовый двигатель – двигатель внутреннего сгорания, работа которого осуществляется на газообразном топливе (например, на природном или сжиженном газе). Существует два основных вида газовых двигателей внутреннего сгорания:
1) газодизель;
2) газовый двигатель, работающий при помощи искрового зажигания.
В рабочем цикле газового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием различают:
1) процесс впуска; при перемещении поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение происходит поступление газообразного топлива в цилиндр, где топливо смешивается с газом, оставшимся после предыдущего рабочего цикла;
2) процесс сжатия; происходит при закрытых впускном и выпускном клапанах и движении
3) процесс сгорания; воспламенение топлива происходит в цилиндре при участии электрической искры;
4) процесс расширения; так же, как при сжатии, идет теплообмен между газами рабочей смеси и стенками цилиндра, перенос тепловой энергии осуществляется от топливных газов к стенкам цилиндра;
5) процесс выпуска; имеет место освобождение цилиндра от отработавших газов топливной смеси.
В конце XVIII в. был открыт светильный газ. В 1801 г. Лебоном был получен патент на моделирование и конструкцию газового двигателя на основе светильного газа. Принцип работы этого двигателя основывался на способности смеси из светильного газа и воздуха взрываться при воспламенении с выделением большого количества тепловой энергии. По замыслам Лебона, полезная работа могла осуществляться не только за счет тепловой энергии, но и благодаря энергии расширяющихся газов в процессе их горения.
По своей сути двигатель Лебона являлся прототипом двигателя внутреннего сгорания, но преждевременная кончина испытателя не позволила ему довести свои замыслы до конца. Лишь в 1860 г. Жан Этьен Ленуар, инженер из Бельгии, сконструировал аппарат, основанный на принципе воспламенения топливной смеси при помощи электрической искры. Идея Ленуара была превосходной, промышленность давно нуждалась в двигателе, работающем на подобном принципе. Но исполнение, как говорится, оставляло желать лучшего. Если во время испытаний двигатель работал безотказно, то, как только он стал изготавливаться в промышленных масштабах, стали видны все изъяны. Не стоит забывать, что продолжительность испытаний двигателя намного меньше, чем то время, которое двигатель находится в действии во время его промышленного использования, т. е. испытания двигателя Ленуара прошли превосходно, но при его включении в промышленную установку происходили быстрый перегрев частей и выход двигателя из строя. Усовершенствование данной конструкции путем включения в ее состав системы охлаждения и смазочной системы сделало двигатель внутреннего сгорания Ленуара конкурентоспособным.
Газогенератор
Газогенератор – устройство, предназначенное для температурной переработки жидкого и твердого топлива в газообразное горючее топливо с температурой от 500 до 1200 К. В структуре газогенератора различают загрузочный бункер, камеру возгорания и камеру газообразования.
Как правило, термическая переработка осуществляется в присутствии воздуха, свободного или связанного кислорода (водяных паров). Получаемые в газогенераторе газы называются генераторными.
В отличие от топок горение твердого топлива в газогенераторе осуществляется в большом слое и характеризуется количественным поступлением воздуха, недостаточного для полного сжигания топлива. Процесс, происходящий в газогенераторе, называется газификацией топлива.
Образующиеся в газогенераторе газы содержат продукты полного горения топлива (углекислый газ, вода) и продукты их восстановления, неполного горения и пирогенетические разложения топлива на составляющие (угарный газ, водород, метан, углерод). Также в генераторные газы переходит азот воздуха.