Zusammenfassung: Dieser Artikel stellt die technischen Eigenschaften von Gasturbinen und ihre Anwendung in verschiedenen Bereichen vor, geht ausführlich auf die Systemzusammensetzung von Gasturbinen ein, konzentriert sich auf die Untersuchung ihrer strukturellen Eigenschaften und ihrer technischen und wirtschaftlichen Leistung und gibt einen Ausblick auf ihre zukünftigen technischen Entwicklungstrends. Als gängiger Typ von Wärmekraftmaschinen spielen Gasturbinen eine wichtige Rolle beim Antrieb von Flugzeugen, Schiffen, Offshore-Plattformen, der Wärmestromerzeugung, dem Antrieb von Militärfahrzeugen sowie dem Öl- und Gastransport und haben eine unauslöschliche Rolle bei der Förderung der Aufrechterhaltung und Entwicklung des nationalen Wirtschaftsaufbaus und der nationalen Verteidigungsindustrie gespielt.

Schlüsselwörter: Gasturbine; Dampfturbine; Dieselmotor; Verbrennungsmotor; Wirtschaft

1 Einführung und Klassifizierung von Gasturbinen

Gasturbinen sind eine Art Wärmekraftmaschine, die die chemische Energie von Brennstoff in die Wärmeenergie von Gas umwandeln und dann einen Teil der Wärmeenergie durch eine Turbine in mechanische Energie umwandeln kann. Die allgemeine Klassifizierung von Gasturbinen ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Gasturbinen haben die Vorteile von geringem Gewicht und kleiner Größe, schneller Inbetriebnahme, einfacher Wartung, zuverlässigem Betrieb, hohem Automatisierungsgrad und niedrigen Kosten. Im Vergleich zu Dampfturbinen sind die Hauptnachteile von Gasturbinen die geringe Leistung pro Einheit, die kurze Lebensdauer und der hohe Bedarf an Brennstoffarten. Gasturbinen für Lokomotiven werden seit langem erfolgreich in der Versuchsproduktion hergestellt. Die in meinem Land erfolgreich hergestellte Gasturbinenlokomotive „Langer Marsch 2“ verwendet Schweröl als Brennstoff, was die Brennstoffkosten erheblich senkt. Da die Nachteile von Gasturbinen kontinuierlich überwunden werden, werden Gasturbinen in den letzten Jahren in vielen Bereichen häufig eingesetzt.

2 Anwendung und Entwicklung von Gasturbinen

Gasturbinen können schnell hochfahren und werden häufig in Wärmekraftwerken eingesetzt, um Spitzenlasten zu tragen oder als Standby-Einheiten [5]. Gasturbinen eignen sich zur Aufnahme von Grundlasten in Wärmekraftwerken mit geringer Leistung. Aufgrund der Vorteile der geringen Größe, des geringen Gewichts, der einfachen Wartung und der guten Manövrierfähigkeit werden Gasturbinen auch häufig in mobilen Kraftwerken oder Zugkraftwerken eingesetzt. Im Schiffsbau werden Gasturbinen häufig als Beschleunigungseinheiten von Überwasserschiffen und als Hauptantriebsquelle für Hochleistungsschiffe wie Tragflügelboote und Luftkissenfahrzeuge eingesetzt. In der Luftfahrt werden Gasturbinen häufig eingesetzt. Gegenwärtig spielen Gasturbinen eine relativ wichtige Rolle beim Aufbau der Volkswirtschaft und der nationalen Verteidigungsindustrie. Die Anwendungsklassifizierung von Gasturbinen ist in Tabelle 2 aufgeführt.

Bereits in den 1970er Jahren war mein Land in der Lage, Gasturbinen selbst zu konstruieren und herzustellen. Aufgrund der damals begrenzten Ölvorkommen wurde der Einsatz von Gasturbinen in Wärmekraftwerken jedoch nicht gefördert. Mein Land verfügt über relativ reichliche Kohlevorkommen und entwickelte deshalb damals energisch kohlebefeuerte Dampfturbinen. Die Verwendung von Gasturbinen zur Stromerzeugung bietet viele Vorteile. Die technischen Vor- und Nachteile von Gasturbinen zur Stromerzeugung sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Derzeit konzentrieren sich Länder auf der ganzen Welt auf die Erforschung von Gas-Dampf-Kombikraftwerken mit Kohlefeuerung. Die Gasturbine nutzt das bei der Kohleverbrennung erzeugte Gas als Hochtemperatur-Wärmequelle und nutzt die Abgasabwärme voll aus, um die Dampfturbine mit nachfolgender Stromabgabe zu versorgen, heißes Wasser und Dampf nach außen zu leiten und ein Wärmekraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung zu bauen. Dieses Gas-Dampf-Kombikraftwerk hat einen hohen thermischen Wirkungsgrad. In Bezug auf die Technologie von Gasturbinen mit Kohlefeuerung liegt der aktuelle Forschungsschwerpunkt auf dem integrierten Gas-Dampf-Kombikraftwerk mit Kohlevergasung (IGCC) und dem Gas-Dampf-Kombikraftwerk mit Druckwirbelschicht (PFBC-CC). Durch die Einführung dieser beiden Arten von Kombikraftwerken kann die Stromerzeugungseffizienz erheblich verbessert und die Verschmutzung durch Rauchgasemissionen verringert werden.

3 Systemzusammensetzung von Gasturbinen

Die Gasturbine besteht aus Komponenten wie einem Kompressor, einer Brennkammer, einer Turbine und einem Regenerator. Die Arbeitsprozesse Kompression, Wärmeabsorption und Expansion im Wärmekreislauf der Gasturbine werden jeweils im Kompressor, der Brennkammer (manchmal mit einem Regenerator ausgestattet) und der Turbine durchgeführt und befinden sich alle in einem kontinuierlichen Betriebszustand. Daher ist die Gasturbine, wie die Dampfturbine, eine Wärmekraftmaschine mit kontinuierlichem Durchfluss, die sich von Wärmekraftmaschinen mit unterbrochenem Durchfluss wie Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren unterscheidet. Gasturbinen können offene oder geschlossene Kreisläufe verwenden. Gasturbinen verwenden hauptsächlich offene Kreisläufe und eine kleine Anzahl von Gasturbinen verwendet geschlossene Kreisläufe.

In einer Gasturbine mit geschlossenem Kreislauf wird das Arbeitsmedium nach Druckbeaufschlagung durch externe Verbrennung (Luftkessel, Kernreaktor oder anderer Wärmetauscher) erhitzt und die Wärme nach Expansion und Arbeit durch den Wärmetauscher abgegeben. Gasturbinen mit geschlossenem Kreislauf können als Arbeitsmedium auch andere Gase als Luft verwenden, beispielsweise Helium. Dampfturbinen können auch als verallgemeinerte Form von Gasturbinen mit geschlossenem Kreislauf betrachtet werden. Dampfturbinen verwenden Wasser und dessen Dampf als Arbeitsmedium, verwenden Wasserpumpen anstelle von Kompressoren, um den Druck zu erhöhen, werden durch Kessel erhitzt und geben dann Wärme durch Kondensatoren ab, um den entsprechenden thermodynamischen Kreislauf zu erreichen.

In der Chemie, Metallurgie und anderen Bereichen verwendete Gasturbinen werden auch Industriegasturbinen genannt. Im weiteren Sinne können auch Systeme oder Ausrüstungen wie Gas-Dampf-Kombikraftwerke und Turbolader von Verbrennungsmotoren in diese Kategorie eingeordnet werden. Turbolader, die weithin in Verbrennungsmotoren verwendet werden, können als kombinierte Antriebseinheit aus Gasturbinen und Verbrennungsmotoren betrachtet werden [19]. Bei dieser Art von Antriebseinheit werden der Hochdruckkompressionsprozess, der Verbrennungsprozess und der Hochdruckexpansionsvorgang im Verbrennungsmotor intermittierend durchgeführt; der Niederdruckkompressionsprozess wird kontinuierlich im Turbolader durchgeführt und der Niederdruckexpansionsvorgang wird kontinuierlich in der Abgasturbine durchgeführt.

4 Forschung zu den strukturellen Eigenschaften von Gasturbinen

4.1 Allgemeiner Überblick

Die beiden wichtigsten Industriesysteme, von denen die Entwicklung der Gasturbinenindustrie abhängt, sind die Dampfturbinenindustrie und die Flugzeugtriebwerksindustrie. Beeinflusst durch diese beiden Arten von Industriesystemen haben Gasturbinen im Laufe des Entwicklungsprozesses allmählich zwei Strukturformen mit offensichtlichen Unterschieden gebildet: Leichtbauweise und Schwerbauweise.

4.2 Forschung zu Designkonzepten auf Grundlage struktureller Eigenschaften von Gasturbinen

4.2.1 Forschung zu Designkonzepten auf Grundlage der strukturellen Eigenschaften schwerer Gasturbinen

Der Konstruktionsprozess schwerer Gasturbinen basiert größtenteils auf den traditionellen Konstruktionsgewohnheiten von Dampfturbinen, d. h. es werden dicke und dicke Teile verwendet. Dicke Teile weisen unter normalen Temperaturbedingungen eine gute Steifigkeit auf, aber wenn sich die Temperatur drastisch ändert, nimmt die thermische Belastung mit der Dicke der Teile allmählich zu, und dicke Teile neigen zu Verformungen und Brüchen. Daher ist es beim Entwurf schwerer Gasturbinen schwierig, starke Kühlmethoden mit großen Temperaturgradienten zu verwenden, und es ist auch nicht geeignet, übermäßig hohe Gastemperaturen zu verwenden. Es ist auch notwendig, durch langfristige, allmähliche Aufwärm- und Drehmaßnahmen zu verhindern, dass Teile übermäßige thermische Belastungen erzeugen. Es ist auch schwierig, durch entsprechende Maßnahmen sicherzustellen, dass sich Teile nicht heftig verformen. Da der Druck des Arbeitsfluids der Gasturbine mit offenem Kreislauf nicht sehr hoch ist, besteht ein erheblicher Unterschied zur Dampfturbine. Daher müssen große Teile wie Zylinder und Rotor der Gasturbine nicht so schwer konstruiert werden wie die der Dampfturbine. Unter der Voraussetzung, eine gewisse Festigkeit und Steifigkeit sicherzustellen, ist das Teil umso sicherer, je dünner die Teilegröße ist. Wenn es zu dick ist, erhöht es die thermische Belastung und führt leicht zu thermischer Ermüdung.

Da das Druckverhältnis der Gasturbine nicht hoch ist, hat der Druckverlust des Gasflusses in der Rohrleitung, der Brennkammer, dem Wärmetauscher, dem Luftfilter und dem Schalldämpfer einen relativ großen Einfluss auf die Leistung der Gasturbine. Daher sollte bei der Konstruktion der Struktur der Gasturbine der Strömungsverlust minimiert werden. Zu diesem Zweck kann ein größerer Strömungsquerschnitt verwendet werden, um die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids zu verringern, und es können kurze und gerade Rohrleitungen und besser stromlinienförmige Teile verwendet werden. Bei Hochleistungsgasturbinen ist die Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsfluids niedrig, aber der Körper ist groß, die Geräteanordnung ist verstreut und die Rohrleitung ist lang und gekrümmt, was der Verringerung des Strömungswiderstands nicht förderlich ist. Im Kompressor der Gasturbine fließt das Arbeitsfluid gegen den Druckgradienten, sodass das entsprechende aerodynamische Problem komplizierter ist als der Expansionsprozess. Die Strömungseffizienz des Arbeitsfluids in den Gasturbinenschaufeln hat einen deutlich größeren Einfluss auf die Gesamteffizienz des Geräts als die der Dampfturbine, was erfordert, dass die Gasturbine eine Schaufelform mit höherer aerodynamischer Leistung annimmt. Die Anwendung traditioneller Dampfturbinen-Konstruktionskonzepte im Bereich der Gasturbinen ist begrenzt.

4.2.2 Forschung zu Designkonzepten auf Basis der Struktureigenschaften von Leichtgasturbinen

In die Konstruktion von Leichtgasturbinen sind viele wissenschaftliche Forschungsergebnisse und technische Erfahrungen aus dem Bereich der Flugtriebwerke eingeflossen. Auf dieser Grundlage werden in Bezug auf Investitionskosten oder Betriebsleistung, Materialverbrauch und Anlageninvestitionen erheblich gespart. Aufgrund der dünnen Teile, der geringen Größe, der schwebenden Struktur und des großen Wärmeausdehnungsspalts wird die thermische Belastung erheblich reduziert. Aufgrund der geringen Anzahl von Stufen und des großen Enthalpieabfalls zwischen den Stufen kann die Gastemperatur am Düsenauslass weiter gesenkt werden. Gleichzeitig wurden mithilfe eines starken Luftkühlungsschemas bestimmte Vorteile hinsichtlich der Festigkeit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Hochtemperaturmaterialien erzielt. Es kann die nachteiligen Auswirkungen durch hohe Gastemperaturen und hohe Geschwindigkeiten ausgleichen und sich an schnelle Starts und drastische Änderungen der Betriebsbedingungen anpassen. Bei Verwendung derselben Materialien können Leichtgasturbinen aufgrund der stärkeren Kühlwirkung höhere Gastemperaturen nutzen als Schwergasturbinen. Einige Hochtemperaturteile können aus Ferrit oder Perlit mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten, guter Wärmeleitfähigkeit und hoher Festigkeit hergestellt werden, was die Kosten für Hochtemperaturmetalle für Leichtgasturbinen erheblich senken kann. In Bezug auf die Effizienz hat die Effizienz von Leichtgasturbinen trotz der hohen Durchflussrate des Arbeitsmediums in der Leichtgasturbine und der einfachen Zirkulation allmählich die von Schwergasturbinen übertroffen, was auf die Verwendung höherer Gastemperatur- und Druckverhältnisse, kurzer gerader Rohre mit weniger Strömungsverlust und effizienterer Schaufelkonstruktion zurückzuführen ist. Die Verringerung der Massenträgheit, Volumenträgheit und thermischen Trägheit begünstigt den schnellen Start der Einheit, und auch die Betriebsanpassungseigenschaften der Einheit wurden deutlich verbessert. Die einfache und kompakte Ausrüstung eignet sich besser für eine vollautomatische Steuerung. Hersteller, die sich auf die Forschung und Entwicklung von Schwergasturbinen konzentrieren, können die Designideen von Leichtgasturbinen übernehmen und so die Entwicklung der Gasturbinenindustrie weiter vorantreiben. 5 Forschung zur technischen und wirtschaftlichen Leistung von Gasturbinen im Anwendungsprozess

5.1 Die allgemeine Situation der Entwicklung der technischen und wirtschaftlichen Leistung von Gasturbinen

In den letzten Jahren wurden bei Hochleistungs-Wärmekraftmaschinen vor allem Dampfturbinen eingesetzt, doch Gasturbinen sind offensichtlich leichter und kleiner als Dampfturbinen und sind bei der Standortwahl nicht durch Wasserquellen eingeschränkt.

Auch bei der Analyse der thermodynamischen Eigenschaften des Arbeitsmediums gibt es große Unterschiede zwischen Gasturbinen und Dampfturbinen. Die Temperatur des Arbeitsmediums der Dampfturbine ist niedriger als die der Gasturbine, aber ihr Druck ist deutlich höher. Ultrahoher Druck führt zu einer Reihe von Problemen, beispielsweise muss die Einheit dicker sein, was die Herstellungskosten erhöht. Die durch übermäßigen Druck verursachten technischen Probleme schränken die Verbesserung der wirtschaftlichen Leistung der Dampfturbine weiter ein. Bei der Gasturbine wurden die Konstruktions- und Herstellungskosten durch die Verwendung einer Leichtbaustruktur vollständig verbessert.

Gegenwärtig sind Wärmekraftmaschinen mittlerer und kleiner Leistung noch immer hauptsächlich Verbrennungsmotoren, unter denen Dieselmotoren die höchste Wirtschaftlichkeit aufweisen. Die meisten modernen Dieselmotoren verwenden Turbolader, die als eine spezielle Kombination aus Verbrennungsmotoren und Gasturbinen angesehen werden können. Die Gasturbine hat eine kompakte Struktur, ist leicht und ihre Manövrierfähigkeit ist deutlich besser als die eines Dieselmotors. Obwohl der thermische Wirkungsgrad von Gasturbinen relativ niedrig ist, nähert sich die Gesamtbetriebswirtschaftlichkeit allmählich der von Dieselmotoren an, da sie minderwertige Kraftstoffe verbrennen und effektiv Schmieröl und Wartungskosten sparen können.

5.2 Vorteile von Gasturbinen in technischer und wirtschaftlicher Effizienz

5.2.1 Leichtes und kleines Gerät

Unter der Voraussetzung gleicher Leistung sind Gewicht und Volumen der Gasturbineneinheit nur ein kleiner Teil von denen einer Dampfturbine oder eines Verbrennungsmotors. Daher eignen sich Gasturbinen besser als Antriebseinheiten für mobile Geräte, insbesondere für mobile Geräte mit hohen Anforderungen an die strukturelle Kompaktheit. Da Gasturbinen nur eine kleine Fläche einnehmen, können sie effektiv Kosten für die Anlageninfrastruktur einsparen, was deutlich besser ist als bei Dampfturbinenkraftwerken. Darüber hinaus ist die Bauzeit von Gasturbinenkraftwerken kürzer und dauert manchmal nur wenige Monate von der Planung bis zur Inbetriebnahme.

5.2.2 Starke Brennstoffanpassungsfähigkeit und weniger Umweltverschmutzung

Gasturbinen können billigere Brennstoffe wie Schweröl, Kohlegas usw. verbrennen und können sogar mit Kernreaktoren kombiniert werden, um als Gasturbinen mit geschlossenem Kreislauf zu arbeiten. Dieselbe Gasturbine kann verschiedene flüssige oder gasförmige Brennstoffe verbrennen, und normalerweise sind keine umfangreichen Anpassungen am Brennstoffversorgungssystem erforderlich. Die Emissionsleistung von Gasturbinen ist im Allgemeinen gut. Abgesehen von der Notwendigkeit, zusätzliche Gegenmaßnahmen für Emissionen wie NOx zu ergreifen, hat die Anlage nur geringe Auswirkungen auf die Luftverschmutzung, und auch der Lärm wird in einem akzeptablen Rahmen gehalten.

5.2.3 Effektiv Wasser und Schmieröl sparen

Gasturbinen verwenden weder Dampf als Arbeitsmedium noch Wasserkühlung. Sie benötigen weniger Wasser und können in wasserarmen Gebieten kontinuierlich betrieben werden. Anders als bei Verbrennungsmotoren fließt das Arbeitsmedium von Gasturbinen kontinuierlich in der Anlage, und es sind keine strengen Kolbenringdichtungen erforderlich. Der Verschleiß der Teile ist geringer und die Schmierölmenge wird reduziert.

5.2.4 Schnelle Inbetriebnahme und hoher Automatisierungsgrad

Der Vorgang, eine Gasturbine aus dem kalten Zustand zu starten und auf Volllast zu beschleunigen, dauert normalerweise nur einige zehn Sekunden bis wenige Minuten. Ein Verbrennungsmotor oder eine Dampfturbine braucht mehrere Minuten bis mehrere Stunden, um aus dem kalten Zustand zu starten und auf Volllast zu beschleunigen. Gasturbinen starten bei extremer Kälte schnell, verfügen über einen hohen Automatisierungsgrad, sind einfach fernsteuerbar und erfordern kein spezielles Überwachungspersonal vor Ort.

5.2.5 Schnelle Wartung und zuverlässiger Betrieb

Bei Gasturbinenanlagen ist die Serialisierung, Standardisierung und Verallgemeinerung einfach und leicht zu erreichen. Gleichzeitig kann eine kastenförmige Struktur entworfen werden, die sich leicht erkennen und warten lässt und so effektiv Wartungskosten spart.

6 Ausblick auf die wichtigsten technischen Entwicklungstrends von Gasturbinen in dieser Phase

6.1 Gesamtsituation der Entwicklung der Gasturbinentechnologie

In den letzten Jahren haben Energie- und Umweltprobleme höhere Anforderungen an Kraftmaschinen gestellt, diese Anforderungen können jedoch miteinander in Konflikt geraten. Um die Betriebskosten zu senken, können Gasturbinen kostengünstiges Schweröl verbrennen, aber die beim Verbrennen von Schweröl entstehende Abgasverschmutzung ist schwerwiegender und die Schaufeln können leicht korrodieren. Daher muss die Maximaltemperatur des Arbeitsmediums während des Betriebs entsprechend kontrolliert werden, was jedoch den thermischen Wirkungsgrad der Anlage verringert. Um den Wirkungsgradverlust auszugleichen, sind große Geräte wie Regeneratoren und Abwärmekessel erforderlich, was die Herstellungskosten erhöht.

Die neue Generation von Leichtgasturbinen, die aus der Luftfahrt modifiziert wurden, weist höhere Parameter wie Temperatur- und Druckverhältnis im Arbeitsmedium auf und der thermische Wirkungsgrad wurde verbessert, aber dieser Anlagentyp kann normalerweise nur leichten Kraftstoff verbrennen, was die Betriebskosten erhöht. Derzeit wird die Verwendung von Schweröl in Leichtgasturbinen noch weiter erforscht.

Derzeit werden Gasturbinen nicht nur häufig im Spitzenlastbereich eingesetzt, sondern auch allmählich im Grundlastbereich. Wenn Gasturbinen als Energiequelle für Grundlasten eingesetzt werden sollen, müssen die Effizienz weiter verbessert und billigere Brennstoffe verwendet werden, um die Umweltverschmutzung zu verringern, die Leistung der Einheit zu erhöhen und die Wartungskosten zu senken. Wenn Gasturbinen als Energiequelle für Landfahrzeuge eingesetzt werden, muss außerdem der Schwerpunkt auf die Optimierung der variablen Betriebsleistung von Gasturbinen und die Reduzierung der Material- und Herstellungskosten gelegt werden. In der Automobilindustrie ist die Gesamtproduktion von Automobilen hoch und die Auswirkungen sind weitreichend. Autos mit Gasturbinenantrieb sind noch nicht weit verbreitet. Derzeit müssen Indikatoren wie die Wirtschaftlichkeit der Einheit weiter optimiert werden, bevor Gasturbinenfahrzeuge in Großserie produziert werden können.

6.2 Verbesserung der Anlageneffizienz

6.2.1 Gastemperatur erhöhen

(1) Entwicklung von Hochtemperaturmaterialien. Gasturbinenschaufeln arbeiten bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Temperaturen und müssen sich an schnelle Temperaturänderungen anpassen. Wenn das Schaufelmaterial thermischer Belastung, thermischer Ermüdung, thermischer Korrosion und Kriechen ausgesetzt ist, wirkt sich dies erheblich auf die Lebensdauer der Anlage aus. In den letzten Jahren konnte durch die Entwicklung von Hochtemperaturlegierungen die maximale Gastemperatur effektiv erhöht werden. Die Temperaturbeständigkeitsgrenze von Hochtemperaturlegierungen kann jedoch nicht unendlich erhöht werden. Daher gibt es derzeit zwei Hauptmaßnahmen: Eine besteht darin, eine Schutzschicht auf der Schaufeloberfläche zu verwenden, die Aluminium, Chrom und Verbundwerkstoffe verwendet, um die Hochtemperaturkorrosionsbeständigkeit beim Verbrennen schwerer Brennstoffe zu verbessern; die andere besteht darin, spezielle Keramikschaufeln intensiv zu entwickeln. Dieses Gebiet wird noch immer kontinuierlich erforscht.

(2) Verbesserung der Kühltechnologie.
Um den normalen Betrieb der Anlage zu gewährleisten, müssen die Brennkammer und die Turbinenschaufeln der Gasturbine gekühlt werden. In den letzten Jahren wurden fortschrittlichere Kühlmethoden wie Filmkühlung und divergente Luftkühlung eingeführt.

6.2.2 Erhöhen Sie das Einheitsdruckverhältnis

Um die Effizienz zu verbessern, müssen Gasturbinen mit einfachem Kreislauf das Druckverhältnis erhöhen und gleichzeitig die Gastemperatur steigern. Einerseits kann das einstufige Druckverhältnis erhöht und eine transsonische Stufe verwendet werden; andererseits kann das gesamte Maschinendruckverhältnis erhöht und verstellbare Leitschaufeln und Doppelrotoren verwendet werden, wodurch der Betriebsbereich des Kompressors erweitert wird.

6.2.3 Abwärme optimal nutzen

Die vollständige Nutzung der Abgaswärme der Gasturbine kann die Gesamteffizienz der Anlage effektiv verbessern. Verwenden Sie einen Regenerator. Die Verwendung eines Regenerators in einer Gasturbine kann die Effizienz der Anlage erheblich verbessern. Derzeit wird ein hocheffizienter, leichter Regenerator entwickelt. Verwenden Sie einen Gas-Dampf-Kombikreislauf. Diese Art von Kombikraftwerk kann die Abwärme des von der Gasturbine abgegebenen Abgases zum Erhitzen des Dampfes verwenden und so die Gesamteffizienz der Anlage verbessern. Es ist eine gängige Lösung für neu gebaute Wärmekraftwerke.

6.3 Kostengünstige Brennstoffe und neue Energien nutzen, Schadstoffemissionen reduzieren

Behandlung vor der Verbrennung von Schweröl. Wenn eine Gasturbine über einen langen Zeitraum Schweröl verbrennt, sind ihre Turbinenschaufeln anfällig für Korrosion. Wenn Schweröl benötigt wird, muss der Brennstoff daher vorbehandelt werden, um seine negativen Auswirkungen auf die Anlage zu verringern. Schweröl muss zuerst ausgefällt, gefiltert, gewaschen und zugeführt werden.

Kohlevergasung und -verflüssigung. Gasturbinen können Kohle normalerweise nicht direkt verbrennen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss die Kohle vor dem Verbrennen vergast oder verflüssigt werden. Wenn Gas mit einem niedrigeren Heizwert verbrannt werden muss, muss auch die Verbrennungsanlage angepasst werden. Gleichzeitig ist die Verbrennungsanlage, die Kohlegas verbrennt, groß, was die Kompaktheit der Gasturbinenstruktur beeinträchtigt, und die Kohlenasche muss rechtzeitig gereinigt werden.

Nutzung von Kernbrennstoff. Derzeit werden auch Gasturbinen mit geschlossenem Kreislauf in Kombination mit Kernreaktoren entwickelt, und die Kombination von gasgekühlten Hochtemperaturreaktoren und Heliumturbinen hat gute Aussichten.

Entwicklung schadstoffarmer Hochtemperatur-Brennkammern. Durch die Entwicklung neuer Brennkammern, die Optimierung von Kühlsystemen und die Verbesserung der Verbrennungsprozesse können Schadstoffemissionen reduziert werden.

6.4 Geräteleistung erhöhen

Die Leistungssteigerung einer Gasturbine wird nicht nur durch Parameter wie Temperatur und Druck des Arbeitsmediums begrenzt, sondern auch durch die Durchflussmenge des Arbeitsmediums beeinflusst, die ihrerseits durch Durchflussmenge, Dichte und Durchflussquerschnitt der Einheit bestimmt wird.

Erhöhen Sie den Durchflussbereich. Einerseits kann die Schaufellänge der Gasturbine erhöht werden, aber die während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs erzeugten Vibrationen müssen durch das Design verbessert werden, und die Auswirkungen des dreidimensionalen Flusses des Arbeitsfluids müssen berücksichtigt werden. Andererseits kann die Einheit parallel montiert werden, und die Durchflussrate kann durch den Einsatz mehrerer paralleler Gasgeneratoren und einer Turbine erhöht werden.

Erhöhen Sie die Durchflussrate des Arbeitsmediums. Bei Verwendung eines Überschallkompressors und einer Überschallturbine muss auch der Einfluss des dreidimensionalen Flusses des Arbeitsmediums berücksichtigt werden.

Erhöhen Sie die Dichte des Arbeitsfluids. Derzeit kann der Grunddruck des Arbeitsfluids durch die Verwendung einer geschlossenen Kreislauflösung erhöht werden, sodass die Dichte des Arbeitsfluids proportional zunimmt und dadurch die Einheitsleistung erhöht wird.

6.5 Effiziente Überwachung und Wartung

Verbessern Sie die Echtzeitüberwachung der Einheit. Die automatische Überwachung erfolgt durch Computer, und an wichtigen Teilen der Einheit sind eine bestimmte Anzahl von Messpunkten angeordnet. Probleme können frühzeitig erkannt werden, ohne den Zylinder zu öffnen. Dadurch wird eine rechtzeitige Wartung ermöglicht, der Zuverlässigkeitsfaktor der Einheit verbessert und die Unfallrate entsprechend gesenkt.

Verwenden Sie eine kastenförmige Struktur. Die Verwendung einer solchen Struktur kann den Wartungsprozess effektiv vereinfachen und die Geräteauslastung verbessern.

6.6 Erreichen eines effizienten Betriebs unter variablen Betriebsbedingungen

Wenn die Gasturbine unter wechselnden Betriebsbedingungen betrieben wird, verschlechtert sich die Betriebsleistung des Kompressors leicht, was zu einer Leistungsminderung der Anlage führt. Die folgenden Optimierungsmaßnahmen können ergriffen werden:
Erstens: Verwenden Sie einstellbare Statoren. Der Kompressor und die Turbine der Gasturbine können durch die Verwendung einstellbarer Statoren den Fluss des Arbeitsfluids verbessern und so die Verschlechterung der Leistung der Einheit verringern.
Zweitens: Verwenden Sie ein Mehrachsensystem. Durch den Einsatz von Mehrachsensystemen wie geteilten Wellen, Doppelwellen und Dreifachwellen kann die Wirtschaftlichkeit der Einheit unter variablen Betriebsbedingungen verbessert werden.
Drittens: Verwenden Sie einen Regenerator. Durch den Einsatz eines Regenerators kann die Effizienz der Anlage bei geringer Last entsprechend verbessert werden.
Viertens: Verwenden Sie einen geschlossenen Kreislauf. Gasturbinen mit geschlossenem Kreislauf können sich durch Durchflussregelung an veränderte Betriebsbedingungen anpassen, und der Wirkungsgradverlust bei geringer Last ist relativ gering.

6.7 Einsatz moderner Prozesstechnologie

Da Gasturbinenschaufeln hohe Anforderungen an die Profilgestaltung stellen und Hochtemperaturlegierungen eine hohe Härte aufweisen und schwer zu verarbeiten sind, sind für die Herstellung von Gasturbinenschaufeln spezielle Verfahren und Geräte erforderlich. Um die Kosten für Design und Herstellung zu senken, werden neue Verfahren wie Vakuumschmelzen, gerichtete Kristallisation, Pulvermetallurgie, Keramikmetallurgie, Hochgeschwindigkeitsschmieden, Kugelstrahlen, Laserbearbeitung, CNC-Bearbeitung, Explosionsformung, Hochleistungsspinnen, Plasmaspritzen, Elektronenstrahlschweißen, Argonlichtbogenschweißen, Laserschweißen und Löten energisch gefördert und verbessert.

7 Fazit

Gasturbinen haben sich in den letzten Jahren rasant entwickelt und ihr technisches Niveau wurde stetig verbessert. Derzeit werden höhere Anforderungen an die Konstruktion, Herstellung, Prüfung, Anwendung und Wartung von Gasturbinen gestellt. Durch eingehende Forschung und Entwicklung dieser Art von Wärmekraftmaschinen kann die Entwicklung der wirtschaftlichen Bauwirtschaft und der nationalen Verteidigungsindustrie meines Landes weiter gefördert werden.