11.4 Способы повышения гту

Для всережимных установок, обеспечивающих все хода судна, и установок транспортных судов, основным требованием которых является высокая экономичность на полном ходу, ГТУ, работающие по простому циклу, не подходят. Такие ГТУ имеют низкий КПД даже при высокой температуре газа перед турбиной. Поэтому их обычно используют только на легких судах в качестве ускорительных двигателей. Главная причина низкой экономичности ГТУ с простым циклом – значительные потери с отработавшими газами.

ГТУ можно существенно повысить, если тепло отработавших в турбине газов использовать для подогрева воздуха, нагнетаемого компрессором. Такой способ использования тепла называется регенерацией.

Рис. 51

На рис. 51 показана принципиальная схема работы и цикл ГТУ с регенерацией теплоты. Цикл состоит из следующих процессов: ab - сжатие в компрессоре;

bb′ - подогрев воздуха в регенераторе; b′c – горение топлива в КС; сd – расширение продуктов сгорания в ГТ; dd′ - отдача теплоты продуктов сгорания в регенераторе; d′a – отдача тепла окружающей среде.

Регенеративные циклы оценивают по степени регенерации

– отношению количества теплоты, переданного воздуху в регенераторе, к тому теплу, которое можно было бы передать при охлаждении отработавших газов до температуры воздуха перед регенератором:

. (139)

При высоких

ГТУ достигает 26 – 28%.

Учитывая, что минимальная работа сжатия достигается в многоступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением воздуха (процесс приближается к изотермическому) компрессоры делают двухступенчатыми (рис. 52).

Рис. 52

На схеме и цикле показано: аа₁′- сжатие в КНД; а₁′а₁″- воздухоохладитель;

а₁″b – сжатие в КВД.

Одновременное применение 2-х ступенчатого сжатия с регенерацией тепла увеличивает

до 28 – 30%.

Примером ГТУ с регенерацией тепла и 2-х ступенчатым сжатием является ГТУ – 20 мощностью 9,6 тыс. кВт, у которой Т_макс =1023 К, b=304 г/кВт ч, уд. масса 27 кг/кВт. Низкая экономичность ГТУ объясняется низкой температурой на входе в турбину, так как чем ниже температура, тем выше срок службы деталей ГТУ. При 923 К - 50 тыс.- 100 тыс.ч, при 1173 К – 500 – 1000 ч.

Экономичность ГТУ может быть также повышена путем повторного подогрева газа, т.е. осуществлением ступенчатого сжигания топлива в 2-х камерах сгорания, последовательно расположенных по ходу газа (аналогично вторичному перегреву пара в ПТУ).

В 80-е годы построены ГТУ с высокой степенью утилизации тепла отходящих газов (суда типа «Капитан Смирнов») типа М-25. Достигнут b=229-243 г/кВт ч, N = 18,5 тыс. кВт.

На практике часто применяются ГТУ закрытого цикла, где циркулиру-

ющее рабочее тело не участвует в процессе горения и не находится в непос-

редственном контакте с продуктами сгорания. Следовательно, оно не содержит механических примесей, загрязняющих проточные части турбин, регенераторов, охладителей.

Нагретый в котле воздух с t=700^oC и Р=30-42 кг/см² последовательно расширяется сначала в ТВД, приводящей в действие компрессор, а затем в ТНД, приводящей через редуктор в действие гребной винт.

Недостатком ГТУ закрытого типа является наличие в ее составе громоздкого и тяжелого нагревателя – воздушного котла и специальной компрессорной станции с резервуарами сжатого воздуха для пуска ГТУ при помощи воздушной турбины.