Résumé : Cet article présente les caractéristiques techniques des turbines à gaz et leurs applications dans divers domaines, élabore la composition du système des turbines à gaz, se concentre sur l'étude de leurs caractéristiques structurelles et de leurs performances techniques et économiques, et se penche sur leurs futures tendances de développement technique. En tant que type courant de moteur thermique, les turbines à gaz jouent un rôle important dans la propulsion de l'aviation, la puissance des navires, les plates-formes offshore, la production d'énergie thermique, la puissance des véhicules militaires, le transport du pétrole et du gaz, et ont joué un rôle indélébile dans la promotion du maintien et du développement de la construction économique nationale et de l'industrie de la défense nationale.

Mots clés : turbine à gaz ; turbine à vapeur ; moteur diesel ; moteur à combustion interne ; économie

1 Introduction et classification des turbines à gaz

Les turbines à gaz sont un type de moteur thermique capable de convertir l'énergie chimique du carburant en énergie thermique du gaz, puis de convertir une partie de l'énergie thermique en énergie mécanique par l'intermédiaire d'une turbine. La classification générale des turbines à gaz est présentée dans le tableau 1.

Les turbines à gaz présentent les avantages d'un poids léger et d'une petite taille, d'un démarrage rapide, d'une maintenance facile, d'un fonctionnement fiable, d'un degré élevé d'automatisation et d'un faible coût. Par rapport aux turbines à vapeur, les principaux inconvénients des turbines à gaz sont la faible puissance par unité, la courte durée de vie et les exigences élevées en matière de types de carburant. Les turbines à gaz pour locomotives sont produites avec succès depuis longtemps. La locomotive à turbine à gaz Longue Marche 2 fabriquée avec succès dans mon pays utilise du pétrole lourd comme carburant, ce qui permet d'économiser entièrement les coûts de carburant. Les inconvénients des turbines à gaz étant continuellement surmontés, les turbines à gaz ont été largement utilisées dans de nombreux domaines ces dernières années.

2 Application et développement des turbines à gaz

Les turbines à gaz peuvent démarrer rapidement et sont souvent utilisées dans les centrales thermiques pour supporter des charges de pointe ou comme unités de secours [5]. Les turbines à gaz sont adaptées pour supporter des charges de base dans les centrales thermiques de petite puissance. En raison des avantages de petite taille, de poids léger, de maintenance simple et de bonne maniabilité, les turbines à gaz sont également souvent utilisées dans les centrales électriques mobiles ou les centrales électriques ferroviaires. Dans le domaine des navires, les turbines à gaz sont souvent utilisées comme unités d'accélération des navires de surface et comme principale source d'énergie des navires à haute performance tels que les hydroptères et les aéroglisseurs. Dans le domaine de l'aviation, les turbines à gaz sont largement utilisées. À l'heure actuelle, les turbines à gaz ont joué un rôle relativement important dans la construction économique nationale et le système industriel de défense nationale. La classification des applications des turbines à gaz est présentée dans le tableau 2.

Dès les années 1970, mon pays avait la capacité initiale de concevoir et de fabriquer lui-même des turbines à gaz, mais en raison des ressources pétrolières limitées de l'époque, l'application des turbines à gaz dans les centrales thermiques n'a pas été encouragée. Mon pays dispose de ressources en charbon relativement abondantes, c'est pourquoi il a développé vigoureusement les turbines à vapeur alimentées au charbon à cette époque. L'utilisation des turbines à gaz pour la production d'électricité présente de nombreux avantages. Les avantages et inconvénients techniques des turbines à gaz pour la production d'électricité sont présentés dans le tableau 3.

Actuellement, les pays du monde entier se concentrent sur l'étude du cycle combiné gaz-vapeur au charbon. La turbine à gaz utilise le gaz généré par la combustion du charbon comme source de chaleur à haute température et exploite pleinement la chaleur résiduelle des gaz d'échappement pour alimenter la turbine à vapeur en électricité, fournir de l'eau chaude et de la vapeur à l'extérieur et construire une centrale thermique avec cogénération. Ce cycle combiné gaz-vapeur présente un rendement thermique élevé. En ce qui concerne la technologie des turbines à gaz alimentées au charbon, l'accent est actuellement mis sur le cycle combiné gaz-vapeur à gazéification intégrée du charbon (IGCC) et le cycle combiné gaz-vapeur à lit fluidisé sous pression (PFBC-CC). En adoptant ces deux types de cycles combinés, l'efficacité de la production d'électricité peut être considérablement améliorée et la pollution des émissions de gaz de combustion peut être atténuée.

3 Composition du système des turbines à gaz

La turbine à gaz est composée de composants tels qu'un compresseur, une chambre de combustion, une turbine et un régénérateur. Les processus de compression, d'absorption de chaleur et de détente dans le cycle thermique de la turbine à gaz sont respectivement effectués dans le compresseur, la chambre de combustion (parfois équipée d'un régénérateur) et la turbine, et sont tous dans un état de fonctionnement continu. Par conséquent, la turbine à gaz, comme la turbine à vapeur, est un moteur thermique à flux continu, qui est différent des moteurs thermiques à flux interrompu tels que les moteurs à vapeur et les moteurs à combustion interne. Les turbines à gaz peuvent utiliser des cycles ouverts ou des cycles fermés. Les turbines à gaz utilisent principalement des cycles ouverts, et un petit nombre de turbines à gaz utilisent des cycles fermés.

Dans une turbine à gaz à cycle fermé, le fluide de travail est chauffé par combustion externe (chaudière à air, réacteur nucléaire ou autre échangeur de chaleur) après pressurisation, et la chaleur est évacuée par l'échangeur de chaleur après détente et travail. Les turbines à gaz à cycle fermé peuvent utiliser d'autres gaz que l'air comme fluides de travail, comme l'hélium. Les turbines à vapeur peuvent également être considérées comme une forme généralisée de turbines à gaz à cycle fermé. Les turbines à vapeur utilisent l'eau et sa vapeur comme fluides de travail, utilisent des pompes à eau au lieu de compresseurs pour augmenter la pression, sont chauffées par des chaudières, puis évacuent la chaleur par des condenseurs pour atteindre le cycle thermodynamique correspondant.

Les turbines à gaz utilisées dans les domaines chimique, métallurgique et autres sont également appelées turbines à gaz industrielles. Au sens large, des systèmes ou équipements tels que les cycles combinés gaz-vapeur et les turbocompresseurs de moteurs à combustion interne peuvent également être classés dans cette catégorie. Les turbocompresseurs largement utilisés dans les moteurs à combustion interne peuvent être considérés comme une unité de puissance combinée de turbines à gaz et de moteurs à combustion interne [19]. Dans ce type d'unité de puissance, le processus de compression haute pression, le processus de combustion et le processus de détente haute pression sont effectués par intermittence dans le moteur à combustion interne ; le processus de compression basse pression est effectué en continu dans le turbocompresseur et le processus de détente basse pression est effectué en continu dans la turbine à gaz d'échappement.

4 Recherche sur les caractéristiques structurelles des turbines à gaz

4.1 Présentation générale

Les deux principaux systèmes industriels sur lesquels repose le développement de l'industrie des turbines à gaz sont l'industrie des turbines à vapeur et l'industrie des moteurs d'avion. Influencées par ces deux types de systèmes industriels, les turbines à gaz ont progressivement formé deux formes structurelles avec des différences évidentes dans le processus de développement : la structure légère et la structure lourde.

4.2 Recherche sur les concepts de conception basés sur les caractéristiques structurelles des turbines à gaz

4.2.1 Recherche sur les concepts de conception basés sur les caractéristiques structurelles des turbines à gaz lourdes

Le processus de conception des turbines à gaz lourdes repose principalement sur les habitudes de conception traditionnelles des turbines à vapeur, c'est-à-dire que des pièces épaisses et épaisses sont utilisées. Les pièces épaisses ont une bonne rigidité dans des conditions de température normales, mais lorsque la température change radicalement, la contrainte thermique augmente progressivement avec l'épaisseur des pièces, et les pièces épaisses sont sujettes à la déformation et à la fracture. Par conséquent, lors de la conception de turbines à gaz lourdes, il est difficile d'utiliser des méthodes de refroidissement puissantes avec de grands gradients de température, ni d'utiliser des températures de gaz excessivement élevées. Il est également nécessaire d'empêcher les pièces de générer une contrainte thermique excessive par des mesures de réchauffement et de rotation progressives à long terme. Il est également difficile de garantir que les pièces ne se déformeront pas violemment par des mesures appropriées. Étant donné que la pression du fluide de travail de la turbine à gaz à cycle ouvert n'est pas très élevée, il existe une différence significative par rapport à la turbine à vapeur. Par conséquent, les grandes pièces telles que le cylindre et le rotor de la turbine à gaz n'ont pas besoin d'être conçues aussi lourdes que la turbine à vapeur. Dans le but d'assurer une certaine résistance et rigidité, plus la taille de la pièce est fine, plus elle est sûre. Une fois trop épais, il augmentera le stress thermique et provoquera facilement une fatigue thermique.

Étant donné que le rapport de pression de la turbine à gaz n'est pas élevé, la perte de pression du flux de gaz dans sa canalisation, sa chambre de combustion, son échangeur de chaleur, son filtre à air et son silencieux a un impact relativement important sur les performances de la turbine à gaz. Par conséquent, lors de la conception de la structure de la turbine à gaz, la perte de flux doit être minimisée. À cette fin, une section transversale d'écoulement plus grande peut être utilisée pour réduire la vitesse d'écoulement du fluide de travail, et des canalisations courtes et droites et des pièces mieux profilées peuvent être utilisées. Dans les turbines à gaz à usage intensif, la vitesse d'écoulement du fluide de travail est faible, mais le corps est grand, la disposition de l'équipement est dispersée et la canalisation est longue et courbée, ce qui n'est pas propice à la réduction de la résistance à l'écoulement. Dans le compresseur de la turbine à gaz, le fluide de travail s'écoule à contre-courant du gradient de pression, de sorte que le problème aérodynamique correspondant est plus compliqué que le processus de détente. L'efficacité d'écoulement du fluide de travail dans les aubes de la turbine à gaz a un impact nettement plus important sur l'efficacité globale de l'appareil que celle de la turbine à vapeur, ce qui oblige la turbine à gaz à adopter une forme d'aube avec des performances aérodynamiques plus élevées. L’application des idées de conception de turbines à vapeur traditionnelles dans le domaine des turbines à gaz est limitée.

4.2.2 Recherche sur les concepts de conception basés sur les caractéristiques structurelles des turbines à gaz légères

La conception des turbines à gaz légères a absorbé de nombreux résultats de recherche scientifique et une expérience technique dans le domaine des moteurs d'aviation. Sur cette base, en termes de coût d'investissement ou de performances d'exploitation, la consommation de matériaux et l'investissement en installations sont considérablement économisés. En raison des pièces minces, de la petite taille, de la structure flottante et du grand écart de dilatation thermique, la contrainte thermique est considérablement réduite. En raison du petit nombre d'étages et de la grande chute d'enthalpie entre les étages, la température du gaz à la sortie de la buse peut être encore réduite. Dans le même temps, à l'aide d'un système de refroidissement par air puissant, certains avantages ont été obtenus en termes de résistance, de fiabilité et de durée de vie des matériaux haute température. Il peut compenser les effets néfastes causés par la température élevée du gaz et la vitesse élevée, et peut s'adapter à un démarrage rapide et à des changements drastiques des conditions de fonctionnement. En utilisant les mêmes matériaux, en raison de l'effet de refroidissement plus fort, les turbines à gaz légères peuvent utiliser des températures de gaz plus élevées que les turbines à gaz lourdes. Certaines pièces à haute température peuvent être fabriquées en ferrite ou en perlite avec un faible coefficient de dilatation thermique, une bonne conductivité thermique et une résistance élevée, ce qui peut réduire considérablement le coût des métaux à haute température pour les turbines à gaz légères. En termes d'efficacité, bien que le débit du fluide de travail à l'intérieur de la turbine à gaz léger soit élevé et la circulation simple, l'efficacité des turbines à gaz léger a progressivement dépassé celle des turbines à gaz lourdes en raison de l'utilisation d'un rapport température/pression de gaz plus élevé, de tuyaux droits courts avec moins de perte de débit et d'une conception de pales plus efficace. La réduction de l'inertie de masse, de l'inertie volumique et de l'inertie thermique est plus propice au démarrage rapide de l'unité, et les caractéristiques de réglage de fonctionnement de l'unité ont également été considérablement améliorées. L'équipement simple et compact est plus adapté au contrôle entièrement automatique. Les fabricants qui se concentrent sur la recherche et le développement de turbines à gaz lourdes peuvent absorber les idées de conception des turbines à gaz légères, favorisant ainsi davantage le développement de l'industrie des turbines à gaz. 5 Recherche sur les performances techniques et économiques des turbines à gaz dans le processus d'application

5.1 La situation générale du développement des performances techniques et économiques des turbines à gaz

Ces dernières années, les moteurs thermiques de grande puissance sont principalement des turbines à vapeur, mais les turbines à gaz sont évidemment plus légères et plus petites que les turbines à vapeur et ne sont pas limitées par les sources d'eau lors du choix des sites d'implantation des centrales.

En termes d'analyse des propriétés thermodynamiques du fluide de travail, il existe également de grandes différences entre les turbines à gaz et les turbines à vapeur. La température du fluide de travail de la turbine à vapeur est inférieure à celle de la turbine à gaz, mais sa pression est nettement plus élevée. Une pression ultra-élevée entraînera une série de problèmes, comme la nécessité d'une structure unitaire plus épaisse, augmentant ainsi le coût de fabrication. Les problèmes techniques causés par une pression excessive limiteront encore davantage l'amélioration des performances économiques de la turbine à vapeur. La turbine à gaz a entièrement amélioré les coûts de conception et de fabrication en adoptant une structure légère.

Actuellement, les moteurs thermiques de moyenne et petite puissance sont principalement des moteurs à combustion interne, parmi lesquels les moteurs diesel ont les performances économiques les plus élevées. La plupart des moteurs diesel modernes utilisent des turbocompresseurs, qui peuvent être considérés comme une combinaison spéciale de moteurs à combustion interne et de turbines à gaz. La turbine à gaz a une structure compacte, une taille légère et sa maniabilité est nettement meilleure que celle d'un moteur diesel. Même si le rendement thermique des turbines à gaz est relativement faible, l'économie d'exploitation globale se rapproche progressivement de celle des moteurs diesel car ils peuvent brûler des carburants de mauvaise qualité et économiser efficacement l'huile de lubrification et les coûts de maintenance.

5.2 Avantages des turbines à gaz en termes d'efficacité technique et économique

5.2.1 Appareil léger et petit

A puissance égale, le poids et le volume de l'unité de turbine à gaz ne sont que quelques-uns de ceux des turbines à vapeur ou des moteurs à combustion interne. Par conséquent, les turbines à gaz sont plus adaptées comme unités de puissance pour les équipements mobiles, en particulier les équipements mobiles ayant des exigences élevées en matière de compacité structurelle. Étant donné que les turbines à gaz occupent une petite surface, elles peuvent réduire efficacement les coûts d'infrastructure de l'usine, ce qui est nettement mieux que les centrales à turbine à vapeur. De plus, la période de construction des centrales à turbine à gaz est plus courte, et il ne faut parfois que quelques mois entre la conception et la mise en service.

5.2.2 Forte adaptabilité du carburant et moins de pollution

Les turbines à gaz peuvent brûler des combustibles moins chers, tels que le pétrole lourd, le gaz de charbon, etc., et peuvent même être combinées avec des réacteurs nucléaires pour fonctionner comme des turbines à gaz à cycle fermé. La même turbine à gaz peut brûler différents combustibles liquides ou gazeux, et il n'est généralement pas nécessaire de procéder à des ajustements à grande échelle du système d'alimentation en combustible. Les performances d'émission des turbines à gaz sont généralement bonnes. Hormis la nécessité de prendre des contre-mesures supplémentaires pour les émissions telles que les NOx, l'unité a peu d'impact sur la pollution atmosphérique et le bruit est également contrôlé dans une plage acceptable.

5.2.3 Économiser efficacement l'eau et l'huile de lubrification

Les turbines à gaz n'utilisent pas de vapeur comme fluide de travail et n'utilisent pas de refroidissement par eau. Elles nécessitent moins d'eau et peuvent fonctionner en continu dans les zones où l'eau est rare. Contrairement aux moteurs à combustion interne, le fluide de travail des turbines à gaz circule en continu dans l'unité et aucun équipement d'étanchéité strict des segments de piston n'est requis. L'usure des pièces est moindre et la quantité d'huile de lubrification est réduite.

5.2.4 Démarrage rapide et haut degré d'automatisation

Le processus de démarrage d'une turbine à gaz à froid et son accélération jusqu'à un état de pleine charge ne prend généralement que quelques dizaines de secondes à quelques minutes. Il faut plusieurs minutes à plusieurs heures pour qu'un moteur à combustion interne ou une turbine à vapeur démarre à froid et l'accélère jusqu'à un état de pleine charge. Les turbines à gaz démarrent rapidement par grand froid, ont un haut degré d'automatisation, sont faciles à contrôler à distance et ne nécessitent pas de personnel de surveillance spécial sur place.

5.2.5 Maintenance rapide et fonctionnement fiable

Les équipements de turbine à gaz sont simples et faciles à réaliser en termes de sérialisation, de normalisation et de généralisation. En même temps, ils peuvent être conçus dans une structure de type boîte, ce qui est pratique pour la détection et la maintenance, ce qui permet de réduire efficacement les coûts de maintenance.

6 Perspectives sur les principales tendances de développement technique des turbines à gaz à ce stade

6.1 Situation générale du développement de la technologie des turbines à gaz

Ces dernières années, les problèmes d'énergie et de pollution ont mis en avant des exigences plus élevées pour les machines électriques, mais ces exigences peuvent être contradictoires. Afin de réduire les coûts d'exploitation, les turbines à gaz peuvent brûler du pétrole lourd à faible coût, mais la pollution des gaz d'échappement générée lors de la combustion du pétrole lourd est plus grave et il est facile de corroder les pales. Par conséquent, la température maximale du fluide de travail doit être contrôlée en conséquence pendant le fonctionnement, mais cela réduira l'efficacité thermique de l'unité. De gros équipements tels que des régénérateurs et des chaudières à récupération de chaleur sont nécessaires pour compenser la réduction d'efficacité, ce qui augmente le coût de fabrication.

La nouvelle génération de turbines à gaz légères modifiées à partir de l'aviation présente des paramètres plus élevés tels que le rapport température/pression utilisé dans le fluide de travail, et le rendement thermique a été amélioré, mais ce type d'unité ne peut généralement brûler que du combustible léger, ce qui augmente le coût d'exploitation. À l'heure actuelle, l'utilisation de fioul lourd dans les turbines à gaz légères fait encore l'objet de recherches plus approfondies.

Actuellement, en plus d'être largement utilisées dans le domaine des charges de pointe, les turbines à gaz ont progressivement pris en charge les charges de base. Si les turbines à gaz doivent être utilisées comme source d'énergie pour les charges de base, il est encore nécessaire d'améliorer encore l'efficacité et d'utiliser des carburants moins chers pour réduire la pollution, augmenter la puissance unitaire et réduire les coûts de maintenance. Si les turbines à gaz sont utilisées comme source d'énergie pour les véhicules terrestres, il est également nécessaire de se concentrer sur l'optimisation des performances de fonctionnement variables des turbines à gaz et sur la réduction du coût des matériaux et des processus de fabrication. Dans l'industrie automobile, la production globale des automobiles est élevée et l'impact est large. Les automobiles alimentées par des turbines à gaz n'ont pas encore été largement promues. À l'heure actuelle, il est nécessaire de continuer à optimiser des indicateurs tels que l'économie de l'unité avant de pouvoir mettre en production à grande échelle des véhicules à turbine à gaz.

6.2 Améliorer l'efficacité de l'unité

6.2.1 Augmenter la température du gaz

(1) Développer des matériaux haute température. Les aubes de turbine à gaz fonctionnent à des vitesses élevées à des températures élevées et doivent s'adapter aux changements rapides de température. Si le matériau de l'aube subit des contraintes thermiques, une fatigue thermique, une corrosion thermique et un fluage, cela aura un impact sérieux sur la durée de vie de l'unité. Ces dernières années, le développement d'alliages haute température peut augmenter efficacement la température maximale du gaz. Cependant, la limite de résistance à la température des alliages haute température ne peut pas être augmentée à l'infini. Par conséquent, il existe actuellement deux mesures principales : l'une consiste à utiliser une couche de protection de surface de l'aube, en utilisant de l'aluminium, du chrome et des matériaux composites pour améliorer la résistance à la corrosion à haute température lors de la combustion de combustibles lourds ; l'autre consiste à développer vigoureusement des aubes en céramique spéciales. Ce domaine fait toujours l'objet de recherches continues.

(2) Améliorer la technologie de refroidissement.
Afin d'assurer le fonctionnement normal de l'unité, la chambre de combustion et les aubes de la turbine à gaz doivent être refroidies. Ces dernières années, des méthodes de refroidissement plus avancées ont été adoptées, telles que le refroidissement par film et le refroidissement par air divergent.

6.2.2 Augmenter le rapport de pression unitaire

Afin d'améliorer l'efficacité, les turbines à gaz à cycle simple doivent augmenter le rapport de pression tout en augmentant la température du gaz. D'une part, le rapport de pression à un étage peut être augmenté et un étage transonique peut être utilisé ; d'autre part, le rapport de pression de l'ensemble de la machine peut être augmenté et des aubes directrices réglables et des rotors doubles peuvent être utilisés, élargissant ainsi la plage de fonctionnement du compresseur.

6.2.3 Exploiter pleinement la chaleur résiduelle

L'utilisation optimale de la chaleur dégagée par la turbine à gaz peut améliorer efficacement l'efficacité globale de l'unité. Utiliser un régénérateur. L'utilisation d'un régénérateur dans une turbine à gaz peut améliorer considérablement l'efficacité de l'unité. Actuellement, un régénérateur léger à haut rendement est en cours de développement. Utiliser un cycle combiné gaz-vapeur. Ce type d'unité de production d'énergie combinée peut utiliser la chaleur résiduelle des gaz d'échappement évacués par la turbine à gaz pour chauffer la vapeur, améliorant ainsi l'efficacité globale de l'unité. C'est une solution courante pour les centrales thermiques nouvellement construites.

6.3 Utiliser des carburants à faible coût, utiliser de nouvelles énergies et réduire les émissions polluantes

Traitement avant la combustion de combustibles lourds. Si une turbine à gaz brûle du fioul lourd pendant une longue période, ses pales sont sujettes à la corrosion. Par conséquent, si du fioul lourd est nécessaire, le combustible doit être prétraité pour réduire son impact négatif sur l'unité. Le fioul lourd doit d'abord être précipité, filtré, lavé et alimenté.

Gazéification et liquéfaction du charbon. Les turbines à gaz ne peuvent généralement pas brûler directement du charbon, mais si cet objectif doit être atteint, le charbon doit être gazéifié ou liquéfié avant de brûler. Lorsqu'il est nécessaire de brûler du gaz à faible pouvoir calorifique, l'équipement de combustion doit également être ajusté. Dans le même temps, l'équipement de combustion qui brûle du gaz de charbon est de grande taille, ce qui affectera la compacité de la structure de la turbine à gaz, et les cendres de charbon doivent être nettoyées à temps.

Utiliser du combustible nucléaire. Actuellement, des turbines à gaz à cycle fermé combinées à des réacteurs nucléaires sont également en cours de développement, et la combinaison de réacteurs à gaz à haute température et de turbines à hélium offre de bonnes perspectives.

Développer des chambres de combustion à haute température et à faible pollution. En concevant de nouvelles chambres de combustion, en optimisant les systèmes de refroidissement et en améliorant les processus de combustion en conséquence, les émissions polluantes peuvent être réduites.

6.4 Augmenter la puissance de l'unité

En plus d'être limitée par des paramètres tels que la température et la pression du fluide de travail, l'augmentation de la puissance unitaire d'une turbine à gaz est également affectée par le débit du fluide de travail, qui est déterminé par le débit, la densité et la section d'écoulement de l'unité.

Augmenter la surface d'écoulement. D'une part, la longueur des pales de la turbine à gaz peut être augmentée, mais les vibrations générées pendant le fonctionnement à grande vitesse doivent être améliorées par la conception et l'impact de l'écoulement tridimensionnel du fluide de travail doit être pris en compte. D'autre part, l'unité peut être assemblée en parallèle et le débit peut être augmenté en utilisant plusieurs générateurs de gaz parallèles et une turbine.

Augmenter le débit du fluide de travail. Lors de l'utilisation d'un compresseur et d'une turbine supersoniques, l'impact de l'écoulement tridimensionnel du fluide de travail doit également être pris en compte.

Augmenter la densité du fluide de travail. Actuellement, la pression de base du fluide de travail peut être augmentée en adoptant une solution à cycle fermé, de sorte que la densité du fluide de travail augmente proportionnellement, augmentant ainsi la puissance unitaire.

6.5 Assurer une surveillance et une maintenance efficaces

Renforcer la surveillance en temps réel de l'unité. La surveillance automatique est réalisée par ordinateur et un certain nombre de points de mesure sont disposés aux points clés de l'unité. Les problèmes peuvent être détectés tôt sans ouvrir le cylindre, ce qui permet d'effectuer une maintenance en temps opportun, d'améliorer le facteur de fiabilité de l'unité et de réduire le taux d'accidents en conséquence.

Adopter une structure de type boîte. L'utilisation d'une telle structure peut simplifier efficacement le processus de maintenance et améliorer le taux d'utilisation de l'unité.

6.6 Obtenir un fonctionnement efficace dans des conditions de fonctionnement variables

Lorsque la turbine à gaz est soumise à des conditions de fonctionnement variables, les performances de fonctionnement du compresseur peuvent facilement se détériorer, ce qui entraîne une diminution des performances de l'unité. Les mesures d'optimisation suivantes peuvent être adoptées :
Premièrement, utilisez des stators réglables. Le compresseur et la turbine de la turbine à gaz peuvent améliorer le débit du fluide de travail en utilisant des stators réglables, atténuant ainsi la détérioration des performances de l'unité.
Deuxièmement, utilisez un système multi-axes. En adoptant des systèmes multi-axes tels que des arbres divisés, des arbres doubles et des arbres triples, l'économie de l'unité dans des conditions de fonctionnement variables peut être améliorée.
Troisièmement, utilisez un régénérateur. En utilisant un régénérateur, l'efficacité de l'unité à faible charge peut être améliorée en conséquence.
Quatrièmement, utilisez un cycle fermé. Les turbines à gaz à cycle fermé peuvent s'adapter aux changements des conditions de fonctionnement grâce à la régulation du débit, et la réduction de l'efficacité à faible charge est relativement faible.

6.7 Adoption d’une technologie de processus avancée

Les aubes de turbines à gaz ont des exigences élevées en matière de conception de profil et les alliages haute température ont une dureté élevée et sont difficiles à usiner. Des procédés et équipements spéciaux sont donc nécessaires pour fabriquer des aubes de turbines à gaz. Afin de réduire les coûts de conception et de fabrication, de nouveaux procédés sont activement promus et améliorés, notamment la fusion sous vide, la cristallisation directionnelle, la métallurgie des poudres, la métallurgie céramique, le forgeage à grande vitesse, le grenaillage, le traitement au laser, le traitement CNC, le formage par explosif, le filage à haute puissance, la projection au plasma, le soudage par faisceau d'électrons, le soudage à l'arc sous argon, le soudage au laser et le brasage.

Conclusion 7

Les turbines à gaz ont connu un développement rapide ces dernières années et leur niveau technique s'est constamment amélioré. À l'heure actuelle, des exigences plus élevées sont imposées en matière de conception, de fabrication, de test, d'application et de maintenance des turbines à gaz. Grâce à des recherches et un développement approfondis sur ce type de moteur thermique, le développement de l'industrie de la construction économique et de la défense nationale de mon pays peut être davantage favorisé.