Устройство газотурбинной установки
Газотурбинная установка включает в себя три основных компонента: газовую турбину, камеры сгорания и воздушный компрессор.
На изображении 1-а представлена газотурбинная установка, где компрессор (1), камеры сгорания (2) и газовая турбина (3) смонтированы в едином корпусе. Роторы компрессора (6) и турбины (5) жестко связаны и поддерживаются тремя подшипниками. Четырнадцать камер сгорания размещены вокруг компрессора, каждая в отдельном корпусе. Воздух поступает в компрессор через входной патрубок и выводится из газовой турбины через выходной патрубок. Корпус газотурбинной установки опирается на четыре опоры (4) и (8), расположенные на единой раме (7).
Тепловая схема данной газотурбинной установки представлена на рисунке 1-б. Топливо и сжатый воздух после компрессора подаются в камеры сгорания топливным насосом. Топливо смешивается с воздухом, который служит окислителем, затем поджигается и сгорает. Чистые продукты сгорания смешиваются с воздухом для регулирования температуры газа до установленного уровня. Затем газ поступает в газовую турбину, которая преобразует его потенциальную энергию в механическую работу. После совершения работы газ остывает, его давление снижается до атмосферного, и он выбрасывается в окружающую среду из газовой турбины.
Чистый воздух поступает из атмосферы в компрессор. В компрессоре его давление увеличивается, а температура повышается. Привод компрессора требует значительной части мощности турбины.
Газотурбинные установки, работающие по такой схеме, известны как установки с открытым циклом. Большинство современных газотурбинных установок функционируют по этой схеме.
В дополнение к этому, существуют замкнутые газотурбинные установки (рисунок 2). Они также включают компрессор (1) и турбину (2). Вместо камер сгорания здесь используется источник тепла (4), где тепло передается рабочему телу без смешивания с топливом. Рабочим телом может быть воздух, углекислый газ, пары ртути или другие газы.
В замкнутой газотурбинной установке рабочее тело, давление которого увеличено в компрессоре, проходит через источник теплоты (4), где нагревается, а затем направляется в турбину (2), где отдает свою энергию. После прохождения через турбину, газ поступает в промежуточный теплообменник (5), также известный как регенератор, где он нагревает воздух, после чего охлаждается в охладителе (6). Затем газ возвращается в компрессор (1), и процесс повторяется. В качестве источника теплоты могут использоваться специальные котлы для нагрева рабочего тела с помощью энергии, выделяемой при сжигании топлива, или атомные реакторы.