2. Принцип дії кгтеу і призначення основних її елементів

Розглянемо принцип дії ГТУ на прикладі ГТУ простого (відкритого) циклу з горінням при постійному тиску з одновальним ГТД (рис.4).

К

КЗ

Рисунок 4.

омпресор (К), що приводиться в дію турбіною (Т), засмоктує атмосферне повітря, стискає його до визначеного тиску (5÷7 кгс/см²) і подає в камеру згоряння (КЗ), куди паливним насосом безупинно подається паливо. У процес спалювання палива при постійному тиску утворюються гази (t=850⁰С і вище), що направляються в турбіну. У турбіні потенційна енергія газу в сопловому вінці перетвориться в кінетичну енергію газового потоку, а на робочому вінці КЕ газового потоку перетвориться в механічну роботу обертання ротора турбіни.

При цьому 7075% потужності, що розвивається турбіною, витрачається на обертання компресора, а 2530 – через зубчасту передачу (ЗП) і валопровід передається гвинту.

З турбіни гази, що відробили, викидаються в атмосферу, де вони охолоджуються при атмосферному тиску до температури повітря. Тим самим замикається термодинамічний цикл.

Запуск ГТУ робиться за допомогою спеціального електричного двигуна (стартера), паливо в період запуску запалюється від електросвічі.

Такі агрегати, як правило, використовуються для привода електрогенераторів.

На сучасних кораблях застосовуються ГТУ, що мають наступні схеми:

а) двохвальна схема: б

КЗ

) трьохвальна схема:

КЗ

КЗ

Рисунок 5.

ТГ

ЗП

КНТ

К – компресор; Т1 – турбіна високого тиску; Т2 – турбіна низького тиску (турбіна гвинта).

К Рисунок 6. повітря гази, що відпрацювали КВТ ТВТ ТНТ НТ – компресор низького тиску; КВТ – компресор високого тиску; ТВТ – турбіна високого тиску; ТНТ – турбіна низького тиску; ТГ– турбіна гвинта .

У турбіні двохвальної (рис. 5) схеми розширення газів відбувається у двох турбінах: ТВТ та ТНТ. ТВТ обертає компресор, а ТНТ працює на гвинт.

Потужність та економічність ГТУ у значної мірі залежить від степені стиску повітря у компресорі: чім більше ступінь стиску – тим вище потужність ГТУ і вона більш економічна. Тому використовуються ГТД з багатоступінчастим стиском повітря та розширення газу. Наприклад, у турбіні трьохвальної схеми (рис. 6) здійснюється двохступінчастий стиск повітря у КНТ і КВТ до 12÷15 кГ/ см² (й вище), розширення газів з температурою до 1100^оС відбувається у трьох турбінах: ТВТ що обертає КВТ, ТНТ що обертає КНТ та ТГ, що працює на гвинт через ЗП. Ця схема знайшла широке застосування у складі корабельних ГТУ вітчизняного виробництва (М3, М5, М7, М9, М15, М21 та ін.).

Гази, що випрацювали мають високу температуру (більше 300^ОС) та уносять із собою багато тепла. Економічність ГТД може бути підвищена за рахунок регенерації – повернення частки тепла газів, що ідуть, у цикл ГТД.

Для прикладу схема ГТУ з одновальним ГТД у котрій застосована регенерація.

Рисунок 7. Схема ГТУ з регенерацією.

Стиснуте компресором повітря спрямовується у регенератор, де підігрівається газами, що надходять з турбіни. Газ, що підігрівся, надходить в КЗ, потім у турбіну, та пройшовши регенератор, іде в атмосферу. При використанні регенератора для отримання однієї й тої ж температури газів перед турбіною витрата палива буде меншою, ніж у ГТУ без регенерації, за рахунок чого економічність буде більш високою.

Для підвищення потужності та економічності також використовують ГТУ з утилізацією тепла газів, що йдуть.

Рисунок 8. Схема ГТУ з утилізацією газів, що ідуть до атмосфери.

К – компресор; КЗ – камера згорання; ТВТ – турбіна високого тиску; ТГ – турбіна гвинта; ЗП – зубчаста передача; ПТ – парова турбіна; ПК – паровий котел; ПН – перекачувальний насос.