2.8.7. Двигатель изменяемого рабочего процесса (дирп)

Идеальный ВРД должен трансформироваться в ВРД различных типов в зависимости от высоты и скорости полета.

ДИРП – это авиационный ВРД в котором, путем широкого регулирования элементов проточного тракта, а так же применением дополнительных узлов, отключаемых и переключаемых в процессе работы, осуществляется адаптация режима работы двигателя к условиям полета в широком диапазоне скоростей V и высот H полета.

ДИРП находится в стадии экспериментальных разработок и призван сочетать достоинства всех схем ВРД.

2.9. Наземное применение авиационных газотурбинных двигателей (гтд)

Параллельно с развитием авиационных ГТД началось применение ГТД в промышленности и на транспорте. В 1939 г. Швейцарская фирма A.G. Brown Bonery ввела в эксплуатацию первую электростанцию с газотурбинным приводом мощностью 4 МВт и КПД 17,4 %, которая находится в работоспособном состоянии и в настоящее время. В 1941 г. вступил в строй первый железнодорожный газотурбовоз, оборудованный ГТД мощностью 1620 кВт (2200 л.с.) этой же фирмы. С конца 1940-х г.г. прошлого века ГТД начинают применяться для привода морских судовых движителей, а c конца 1950-х г.г. – в составе газоперекачивающих агрегатов на магистральных газопроводах для привода нагнетателей природного газа.

Быстрому внедрению ГТД в различные отрасли промышленности и транспорта способствовали неоспоримые преимущества этого класса тепловых двигателей перед другими энергетическими установками (паротурбинными, дизельными и др.):

- большая мощность в одном агрегате;

- компактность, малая масса (рис. 2.24);

- уравновешенность движущихся элементов;

- широкий диапазон применяемых топлив;

- легкий и быстрый запуск, в том числе при низких температурах;

- хорошие тяговые характеристики;

- высокая приемистость и хорошая управляемость.

Рис.2.24. Сравнение габаритных размеров ГТД и дизельного

двигателя мощностью 3 МВт

Н

Рис. 2.25. Применение ГТД для прямого привода нагнетателя природного газа

аиболее массовое применение ГТД механического привода находят в газовой промышленности для привода нагнетателей природного газа в составе газоперекачивающих агрегатов на компрессорных станциях магистральных газопроводов, а также для привода агрегатов закачки природного газа в подземные хранилища (рис. 2.25). К примеру, только в ОАО «Газпром» к настоящему времени эксплуатируются около 3100 газотурбинных двигателей суммарной установленной мощностью свыше 36000 МВт. ГТД используются также для привода насосов, технологических компрессоров, воздуходувок на предприятиях нефтяной, нефтеперерабатывающей, химической и металлургической промышленности. Мощностной диапазон ГТД от 0,5 до 50 МВт.

Основная особенность перечисленного приводимого оборудования – зависимость потребляемой мощности N от частоты вращения n, температуры и давления нагнетаемых сред. Поэтому ГТД механического привода должны быть приспособлены к работе с переменной частотой вращения и мощностью. Этому требованию в наибольшей степени отвечает схема ГТД со свободной силовой турбиной – турбовальные двигатели (ТВаД).

ГТД для привода электрогенераторов используются в составе газотурбинных электростанций (ГТЭС) простого цикла и конденсационных электростанций комбинированного парогазового цикла (ПГУ), вырабатывающих «чистую» электроэнергию, а также в составе когенерационных установок (в российской литературе они часто называются «ГТУ-ТЭЦ»), производящих совместно электрическую и тепловую энергию (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Принципиальная схема газотурбинной электростанции

Современные ГТЭС простого цикла (рис. 2.27), имеющие относительно умеренный электрический КПД _эл = 25…40 %, в основном используются в пиковом режиме эксплуатации – для покрытия суточных и сезонных колебаний спроса на электроэнергию. Эксплуатация ГТД в составе пиковых ГТЭС характеризуются высокой цикличностью (большим количеством циклов «пуск-нагружение-работа под нагрузкой-останов»). Возможность ускоренного пуска является важным преимуществом ГТД при работе в пиковом режиме.

Э

Рис. 2.27. Электростанция «Урал-2500»

лектростанции комбинированного парогазового цикла (см. рис.2.26) используются в базовом режиме (постоянная работа с нагрузкой, близкой к номинальной, с минимальным количеством циклов «пуск-останов» для проведения регламентных и ремонтных работ). Современные ПГУ, базирующиеся на газотурбинных двигателях большой мощности (N > 150 МВт), достигают КПД выработки электроэнергии _эл = 58…60 % и являются к настоящему времени самыми совершенными энергосистемами большой мощности.

В когенерационных установках тепло выхлопных газов ГТД используется в котле- утилизаторе для производства горячей воды и (или) пара для технологических нужд или для использования в системах централизованного отопления. Совместное производство электрической и тепловой энергии значительно снижает её себестоимость. Коэффициент использования тепла топлива в когенерационных установках достигает 90%.

Электростанции комбинированного парогазового цикла и когенерационные установки являются наиболее эффективными и динамично развивающимися современными энергетическими системами.

Основная особенность ГТД для привода электрогенераторов – постоянство частоты вращения выходного вала на всех режимах (от холостого хода до максимального) и высокие требования к точности поддержания частоты вращения, от которой зависит качество вырабатываемого тока. Этим требованиям в наибольшей степени соответствуют одновальные ГТД, поэтому они широко используются в энергетике.