Газотурбинный двигатель (ГТД)

Газотурбинный двигатель (ГТД) - тепловой двигатель, любой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины.

В отличие от поршневого двигателя в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.
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. 

ГТД работает следующим образом:

1. сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подается топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением;
2. 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;
3. остальная часть работы передается на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД.

Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.

В качестве топлива может использоваться любое горючее, которое можно диспергировать:

• бензин,
• керосин,
• дизтопливо,
• мазут,
• природный газ,
• судовое топливо,
• водяной газ,
• спирт, 
• измельченный уголь.

Существует 2 вида ГТД в зависимости от количества турбин:

• 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.

Наиболее важным применением газовых турбин является авиация, где они обеспечивают движущую силу для реактивных двигателей.
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.

Первая успешная газовая турбина, построенная в г. Париже в 1903 г., состояла из 3-цилиндрового многоступенчатого поршневого компрессора, камеры сгорания и импульсной турбины. 
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. 

Тепловой КПД составлял около 3 % .