Существуют ГТД большой мощности, где используют турбины большой мощности (ГТБМ) и малоразмерные ГТД (МГТД).
Применение:
- ГТД большой мощности:
- авиация, где они обеспечивают движущую силу для реактивных двигателей,
- газотурбинные электростанции (ГТЭС) и ТЭЦ;
- судовые двигатели;
- малоразмерные ГТД:
- легкие самолеты,
- БПЛА,
- управляемые ЛА.
От ГТД можно получить полезную работу или тягу:
- приводить в действие генератор, насос или воздушный винт;
- развивать тягу за счет ускорения потока выхлопных газов турбины через сопло.
- сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подается топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением;
- в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счет вращения струей газа лопаток, большая часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре;
- остальная часть работы передается на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД.
В качестве топлива может использоваться любое горючее, которое можно диспергировать:
- бензин,
- керосин,
- дизтопливо,
- мазут,
- природный газ,
- судовое топливо,
- водяной газ,
- спирт,
- измельченный уголь.
- одновальные - простейшие ГТД, которые имеют только 1 турбину; такие ГТД имеют ограничения в режиме работы;
- многовальные - имеется несколько последовательно стоящих турбин, каждая из которых приводит свой вал; турбина высокого давления (первая после камеры сгорания) всегда приводит компрессор двигателя, а последующие могут приводить как внешнюю нагрузку (винты вертолета или корабля, мощные электрогенераторы и т. д.), так и дополнительные компрессоры самого двигателя, расположенные перед основным.
ГТД широко используются в газотурбинных электростанциях (ГТЭС) среднего размера с «пиковой нагрузкой» для периодической работы в течение коротких периодов высокой потребности в мощности в электрической системе.
На первых промышленных ГТУ использовались авиационные агрегаты, работающие при пониженных температурах на входе в турбину.
Сейчас используют специальные ГТД для работы:
- в ГТЭС,
- в газоперекачивающих агрегатах (ГПА) на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов.
Она работал следующим образом:
- воздух, подаваемый компрессором, сжигался в камере сгорания с жидким топливом;
- образовавшиеся газы охлаждались за счет впрыска воды и подавались на импульсную турбину.
Малоразмерные ГТД
Окружающий воздух поступает в МГТД через воздухозаборник двигателя и поступает в компрессор.Компрессор состоит из центробежной крыльчатки и последующих лопаток-диффузоров, которые отклоняют воздух в осевом направлении и уменьшают его скорость за счет увеличения статического давления.
Воздух попадает в зону горения через несколько отверстий во внутренней и внешней оболочке камеры сгорания. Небольшая часть воздуха направляется к стержням испарителя на задней стороне камеры сгорания.
Внутри эта часть воздуха смешивается с топливом, которое испаряется на горячей стенке.
Топливно-воздушная смесь воспламеняется после выхода из испарителя сгорает.
После камеры сгорания выхлопные газы расширяются в турбине, которая подает мощность на крыльчатку компрессора.
Выхлопные газы выходят из газовой турбины через сужающееся сопло, в котором поток ускоряется для создания тяги.
Основным отличием малоразмерных ГТД от больших газотурбинных двигателей является отсутствие отдельной масляной системы охлаждения и смазки подшипников.
Вместо этого топливная смесь керосина и примерно 5% турбинного масла обеспечивает сгорание и смазку.
Смесь разделяется после топливного насоса, так что около 5 % общего потока топлива направляется через подшипники.
Эта фракция соединяется с основным потоком выхлопных газов не перед турбинной секцией – она обходит камеру сгорания и поэтому остается несгоревшей.
Характеристики:
- электрическая мощность - в диапазоне 30 - 1000 кВт;
- размер установки - не более 4 м3.
- малые габаритные размеры;
- низкий уровень шума и вибрации;
- работа на различных видах топлива;
- низкий уровень выбросов;
- работа в широком диапазоне нагрузок.
- турбоагрегат;
- генератор;
- силовая электроника с управляющими схемами;
- опция - теплообменник.
Аналог зарубежным МГТД разрабатывает Самарский университет.
