Что нужно знать о газовой турбине

Газовая турбина используется с 1939 года для производства электроэнергии. На сегодняшний день это одна из наиболее широко используемых энергетических технологий. Известно, что газовые турбины представляют собой двигатели внутреннего сгорания (ВС), которые позволяют воздушно-топливным смесям производить горячие газы, которые вращают турбину для производства энергии. Этот процесс распространен в реактивных двигателях, автомобильных двигателях внутреннего сгорания, кораблях, локомотивах и т. д.

Сегодня вы познакомитесь с определением, применением, функциями, компонентами, схемой, типами и принципами работы газовой турбины. Вы также познакомитесь с преимуществами и недостатками этой газовой турбины.

Что такое газовая турбина?

Газовая турбина представляет собой механическое устройство, преобразующее химическую энергию топлива, т. е. природного газа или аналогичного топлива, в механическую энергию. Механическая энергия, вырабатываемая валом турбины, затем передается через редуктор на вал генератора. Таким образом, вырабатывается электрическая энергия. Газовые турбины названы так не из-за топлива, а из-за образования горячего газа при сгорании топлива. Могут использоваться различные виды топлива, включая мазут, природный газ и синтетическое топливо. В его процессе горение происходит прерывисто, то есть это непрерывный процесс.

Газовая турбина также называется турбиной внутреннего сгорания и является типом двигателя внутреннего сгорания непрерывного действия. Его основные функциональные элементы включают вращающийся газовый компрессор, камеру сгорания, турбину, установленную на том же валу, что и компрессор. Компонент часто используется в газовых турбинах для повышения их эффективности и преобразования энергии в механическую или электрическую форму. Это также помогает достичь большей тяговооруженности двигателя с форсажной камерой.

Кроме того, можно сказать, что газовая турбина представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который использует газ в качестве рабочего тела для вращения турбины. Конечная мощность может использоваться для привода насоса генератора, воздушного винта или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя.

Применение газовой турбины

Газовая турбина может использоваться для питания самолетов, поездов, кораблей, электрических генераторов, насосов, газовых компрессоров, резервуаров и т. д. Теперь давайте углубимся в различные области применения газовой турбины.

• Электроэнергетика. Помимо авиации, в электроэнергетике широко используются газовые турбины. Хотя можно использовать и паровые турбины.
• Промышленное использование
• Морская силовая установка
• Локомотив
• Автомобильный двигатель

Газотурбинные двигатели используются в качестве электростанций среднего размера с «пиковой нагрузкой» для периодической работы в течение коротких промежутков времени, когда требуется высокая мощность в электрической системе.

Газовые турбины используются для перекачки природного газа по трубопроводам, где небольшая часть перекачиваемого газа используется в качестве турбинного топлива.

В процессе нефтепереработки также используется эта система. Для работы насосов используются небольшие переносные газовые турбины с центробежными компрессорами.

Примечание :основная функция газовой турбины — производить механическую и электрическую энергию.

Компоненты газовой турбины

Ниже представлены компоненты газовой турбины:

Компрессор:

Компрессоры, используемые в качестве компонентов газовых турбин, бывают разных типов, в более ранних применялись центробежные компрессоры. Его конструкция относительно проста и недорога. Они ограничены передаточными отношениями низкого давления и не могут сравниться с современными осевыми компрессорами, когда речь идет об эффективности. центробежные компрессоры до сих пор используются в небольших промышленных установках.

Камера сгорания:

В этой системе от компрессора поступает два потока воздуха. Меньший поток подается централизованно в область, где распыленное топливо впрыскивается и сгорает с пламенем, удерживаемым на месте препятствием, создающим турбулентность. Другой поток, известный как более холодный поток, затем подается в камеру через отверстия вместе с «футеровкой сгорания» (своего рода оболочкой). Это помогает снизить общую температуру до уровня, подходящего для входа в турбину.

Турбина:

Эти компоненты газовой турбины обычно основаны на принципе реакции с расширением горячих газов до восьми ступеней. В нем используются одно- или двухконтурные турбины. В этой турбине приводится внешняя нагрузка, часть расширения происходит в турбине высокого давления. Эта турбина высокого давления приводит в действие только компрессор, а остальное расширение происходит в отдельной свободной турбине, подключенной к нагрузке.

Управление и запуск:

В газотурбинном двигателе, приводящем в движение электрический генератор, скорость требуется регулировать, и она должна быть постоянной независимо от электрической нагрузки. Уменьшение расхода топлива в этой системе снизит температуру на выходе из камеры сгорания. Из-за этого падение энтальпии, доступное для турбины, даже несмотря на то, что КПД турбины немного снижается. Контроль в авиационных газотурбинных двигателях контролировать сложнее.

Другие аспекты дизайна:

В конструкции современных газотурбинных двигателей могут быть добавлены дополнительные функциональные детали для повышения их эффективности.

Схема газотурбинного двигателя:

Типы газовых турбин

Ниже представлены различные типы газовых турбин:

Турбореактивный двигатель:

Эти типы газовых турбин менее сложны, чем все авиационные газотурбинные двигатели. В его работе достигается четырехсекционная:компрессорная, камера сгорания, турбинная секция и выхлопная. Турбореактивные двигатели доступны уже несколько десятилетий, они были разработаны в Германии и Англии до Второй мировой войны. В турбореактивных типах газовых турбин воздух с высокой скоростью проходит в камеру сгорания. Эта камера пропускает топливо и содержит воспламенитель. Турбина приводится в движение расширяющимся воздухом, тягой которого являются ускоренные выхлопные газы.

Турбовинтовой:

В турбовинтовых типах газотурбинных двигателей гребные винты приводятся в действие через понижающую передачу, которая обеспечивает оптимальную работу гребных винтов при более низких скоростях вращения. Это помогает достичь большей топливной эффективности и производительности на более низких скоростях полета, что делает турбовинтовые двигатели лучшим выбором для авиационных двигателей, включая небольшие, пригородные самолеты, грузовые самолеты и сельскохозяйственное использование. Обратите внимание, что эффективность винтов снижается по мере увеличения скорости самолета, что делает их подходящими для самолетов, которые не летают на более высоких скоростях.

Турбовентилятор:

Турбовентиляторный двигатель представляет собой авиационный газотурбинный двигатель, который отводит вторичный поток воздуха вокруг камеры сгорания, создавая дополнительный поток воздуха. Турбовентиляторные газотурбинные двигатели – это современные версии высокоскоростных транспортных и истребительных самолетов.

Турбовальный (форсажный ТРД):

Эти типы газотурбинных двигателей используются преимущественно в реактивных истребителях. Он включает в себя камеру дожигания в основном турбореактивном двигателе, так что часть энергии выхлопных газов можно использовать для вращения турбины. Дополнительное топливо впрыскивается в поток выхлопных газов всякий раз, когда включена форсажная камера, создавая дополнительную тягу. Это не дает самолету дополнительной скорости и сжигает больше топлива, чем традиционный турбореактивный самолет.

Принцип работы газовой турбины

Работа газовой турбины менее сложна и ее легко понять. Он работает с циклами впуска, сжатия, расширения и выпуска. Обычно в любой газовой турбине воздух сжимается компрессором, а затем проходит через камеру сгорания. Топливо непрерывно сжигается для высокотемпературной и высоконапорной переработки газа. Воздух/топливный газ сгорает (воспламеняется) и происходит расширение, таким образом, генерируя вращательную энергию, которая используется компрессором на предыдущей ступени. Оставшаяся энергия используется выходным валом.

Посмотрите ниже, чтобы узнать больше о работе газовой турбины:

https://www.youtube.com/watch?v=t7N1kKz5faM

В несколько шагов позвольте мне объяснить, как газовые турбины производят электричество. Что ж, он подвергается тому же процессу, что и описанному выше, но все же необходимо уточнить, как создается электричество. Для выработки электроэнергии газовая турбина нагревает топливно-воздушную смесь до очень высоких температур, заставляя лопасти турбины вращаться. Вращающаяся турбина приводит в действие генератор, который преобразует энергию в электричество. Газовые турбины могут быть объединены с паровыми турбинами в электростанции с комбинированным циклом для выработки чрезвычайно эффективной энергии. Легко правильно! Вот шаги:

• Воспламеняется топливно-воздушная смесь.
• Горячий газ вращает лопасти турбины.
• Приводной вал вращается вместе с лопастями.
• Вращение турбины приводит в действие генератор.
• Магнит-генератор заставляет электроны двигаться и создает электричество.

Преимущества и недостатки газовой турбины

Преимущества:

Ниже приведены преимущества газотурбинного двигателя в различных областях его применения:

• Отношение мощности к весу очень высокое по сравнению с поршневыми двигателями.
• Меньше, чем у большинства поршневых двигателей той же номинальной мощности.
• Меньше движущихся частей
• Плавное вращение главного вала
• Меньше вибрации, чем у поршневых двигателей.
• Отработанное тепло почти полностью рассеивается в выхлопных газах.
• Низкое пиковое давление сгорания в поршневых двигателях.
• Низкая стоимость и потребление смазочного масла.
• Для работы можно использовать различные виды топлива.
• Прогрев после запуска не требуется.
• Первоначальная стоимость меньше.
• Требуется меньше места.

Недостатки:

Несмотря на хорошие преимущества газотурбинных двигателей, некоторые ограничения все же имеют место. Ниже приведены недостатки газовой турбины в различных областях ее применения.

• Стоимость двигателя высока из-за экзотических материалов.
• Длительный запуск
• Меньше реагирует на изменения энергопотребления.
• Внутренняя эффективность ниже.

Заключение

Газотурбинные двигатели широко известны для применения в авиации, фактически в авиации используются различные типы турбин, перечисленные выше. Газовая турбина предлагает хорошие преимущества в большинстве ситуаций и использует химическую энергию для своей работы. Это все для этой статьи, где мы объяснили определение, применение, функции, компоненты, схему, типы и работу газовой турбины. Мы также обсудили его преимущества и недостатки.

Я надеюсь, вам понравилось чтение, если да, пожалуйста, поделитесь с другими студентами. Спасибо за внимание, увидимся в следующий раз!