Большая Советская Энциклопедия (ГА)

Текст добавлен: 9 октября 2016, 15:28

Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ГА)"

Автор книги: Большая Советская Энциклопедия

Жанр:

Энциклопедии

сообщить о нарушении

Текущая страница: 20 (всего у книги 65 страниц)

Назад к карточке книги

Газотрон

Газотро'н [от газ и (элек) трон ], двухэлектродный ионный прибор , используемый в качестве вентиля с неуправляемым электрическим разрядом. Г. применяют главным образом в высоковольтных выпрямителях переменного электрического тока радиопередатчиков. Электроды Г. – анод, изготовляемый из никеля, стали или графита, и оксидный катод с прямым или косвенным подогревом – помещены в среду инертного газа или смеси газов под давлением 0,1—0,25мм рт. ст. (1ммрт. ст. = 133,322 н/м² ) либо паров ртути под давлением 0,001—0,01 мм рт. ст. (рис. ).

Катод, как правило, помещают в металлический (тепловой) экран для облегчения теплового режима работы. Выпрямляющее действие Г. обусловлено тем, что при положительном полупериоде переменного напряжения на аноде, превышающего напряжение зажигания Г., между анодом и катодом возникает несамостоятельный дуговой разряд , который поддерживается небольшим напряжением горения (10—30 в ), а при отрицательном полупериоде анод находится под максимально выпрямляемым напряжением и ток в Г. практически отсутствует. Напряжение горения мало зависит от протекающего тока, который для различных маломощных Г. колеблется в пределах 0,01—0,5 а, а для мощных – 15—150 а. Вследствие незначительного падения напряжения (напряжение горения) при дуговом разряде выпрямители с Г. имеют высокий кпд (95—99%). Допустимая температура окружающей среды во время работы Г. с ртутным наполнением лежит в пределах от 15 до 50°С, а для Г. с газовым наполнением – от 60 до 100°С. Г. различают: по роду наполняющего газа (смеси газов) или паров металла (аргон, гелий, пары ртути и др.), по конструкции анода (открытая, полузакрытая, закрытая), по амплитуде выпрямляемого напряжения (низковольтные – тунгары – с напряжением на аноде до 300 в, нормальные – до 15 кв и высоковольтные – до 70 кв ).

Лит.: Власов В. Ф. Электронные и ионные приборы, 3 изд., М., 1960; Хлебников Н. Н., Электронные приборы, М., 1966.

Г. Д. Петров.

Мощный газотрон ВГ-163 с ртутным наполнением: 1 – оксидный подогревный катод; 2 – тепловой экран, соединенный с катодом; 3 – графитовый анод; 4 – горловина газотрона, в которой находятся капли ртути; 5 – тепловой экран.

Газотурбинная электростанция

Газотурби'нная электроста'нция, тепловая электростанция, в которой в качестве привода электрического генератора используется газовая турбина . Г. э появились как станции, работающие на продуктах подземной газификации углей . Первая такая Г. э. в СССР – Шатская буроугольная подземногазовая электростанция (Тульская обл.) – была сооружена в районе залегания высокозольного и влажного бурого угля. Угольные Г. э. широкого применения не получили главным образом из-за быстрого износа лопаток газовых турбин под воздействием содержащихся в газах частиц угля.

В 50—60-х гг. 20 в. в мировой практике получили широкое распространение Г. э. с газотурбинными двигателями . Их суммарная мощность к 1970 превысила 2000 Мвт. Так, в США и Великобритании тепловые блоки мощностью свыше 500 Мвт, как правило, снабжаются газотурбинными установками мощностью 25—35 Мвт для покрытия нагрузок в часы «пик». Получили также распространение автоматические Г. э. на базе авиационных турбин с 2—4 газовыми турбоагрегатами (каждый мощностью 10—20 Мвт ). Конструктивно Г. э. могут быть размещены на полуприцепах-фургонах или железнодорожных платформах и использованы в местах новых разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, особенно в районах месторождений нефти, где Г. э. могут работать на попутном газе, или в районах строительств в качестве временных электростанций. Г. э. могут также служить резервными источниками мощности, включаемыми в случае возникновения в энергосистемах аварийных ситуаций. Г. э., предназначенные для покрытия нагрузок в часы «пик», имеют облегчённую тепловую схему без-регенерационного типа, кпд порядка 20—25%; стоимость установленного квт таких электростанций составляет примерно 50% стоимости установленного квт современной ТЭС. Г. э. имеют, как правило, высокую степень автоматизации и дистанционное управление. Пуск станции и приём нагрузки, а также работа вспомогательного оборудования (например, пополнение топливных и масляных баков) обычно автоматизируются. Передвижные Г. э. применяются редко, т. к. имеют низкий кпд и относительно высокую стоимость оборудования по сравнению, например, с дизельными электростанциями . Существуют проекты атомных Г. э. (США), в которых рабочий газ (гелий), нагретый до 800—1000°С, будет поступать от высокотемпературных графито-газовых реакторов .

Перспективны комбинированные парогазотурбинные установки (ПГУ). В ПГУ топливо и воздух подводятся под давлением в камеру сгорания; продукты сгорания и нагретый воздух поступают в газовую турбину. После первых ступеней газовой турбины продукты сгорания отводятся в промежуточную камеру сгорания, в которой сжигается часть топлива за счёт избыточного кислорода, имеющегося в газах. Из промежуточной камеры сгорания продукты сгорания поступают в последующие ступени турбины, где происходят их дальнейшее расширение и охлаждение. Тепло отработавших газов может быть использовано для подогрева воды или выработки пара низкого давления в парогенераторе. Воздух в камеру сгорания подаётся компрессором, размещенным на одном валу с турбиной. Технология, схема Г. э. отличается простотой, малым количеством вспомогательного оборудования и трубопроводов. Комбинированная ПГУ в нормальном режиме работает по паротурбинному циклу, а для покрытия нагрузок в часы «пик» в энергосистеме переключается на парогазовый цикл. При этом удаётся получать высокие начальные температуры рабочего тела и сравнительно низкие температуры отвода тепла, что и определяет повышенный кпд у ПГУ при некотором снижении капитальных затрат.

Первая в СССР паро-газотурбинная установка общей мощностью 16 Мвт была пущена в 1964 на Ленинградской ГЭС-1 в качестве надстройки над существующей паровой турбиной (30 Мвт ). Вслед за этой установкой был создан проект ПГУ мощностью 200 Мвт. В состав паро-газового блока входят: газовая турбина (35—40 Мвт ), рассчитанная на температуру газа перед турбиной 700—770°С; серийная паровая турбина (160 Мвт ) – на параметры пара 13 Мн/м² и 565/565 °С; высоконапорный парогенератор производительностью 450 т/ч — на параметры пара 14 Мн/м² и 570/570°С.

Лит. см. при статьях Газовая турбина , Передвижная электростанция .

В. А. Прокудин.

Газотурбинное топливо

Газотурби'нное то'пливо, углеводородные газы или жидкое нефтяное топливо, используемые в газовых турбинах . Газообразное Г. т. (природные газы) применяют главным образом в газотурбинных установках, работающих на станциях перекачки газов магистральных газопроводов; жидкие Г. т. – в транспортных (автомобильных, тепловозных, судовых) и крупных стационарных газовых турбинах. К нефтяным Г. т. относятся дистилляты, получаемые при перегонке нефти, переработке продуктов крекинга, дистилляты замедленного коксования мазутов и др. продукты вторичной переработки нефти. Основные требования, предъявляемые к Г. т., – низкое содержание ванадия (2—6)-10 ^-4 % и малая зольность. В Г. т. добавляют присадки , снижающие коррозию лопаток, отложение нагаров и золы. Промышленность СССР выпускает два вида Г. т.: с t_заст – 5°С (для локомотивных газотурбинных двигателей) и – 12°С (для др. транспортных и стационарных газовых турбин).

Н. Г. Пучков.

Газотурбинный автомобиль

Газотурби'нный автомоби'ль, автомобиль, оборудованный газотурбинным двигателем . Преимущества силовой установки Г. а. – малая масса, небольшие размеры, отсутствие специального жидкостного или воздушного охлаждения, динамическая уравновешенность, быстрый запуск при низких температурах воздуха, возможность использования различных видов жидкого и газообразного топлива, незначительная токсичность отработавших газов, высокие тяговые качества и простота конструкции.

Работы по созданию Г. а. (предназначаемых главным образом для эксплуатации в местностях с низкими среднегодовыми температурами, а также в качестве тягачей большегрузных автопоездов, многоместных автобусов и тяжёлых самосвалов) находятся в стадии эксперимента как в СССР, так и за рубежом (концерны «Форд», «Дженерал моторс» и «Интернэшонал» в США, фирма «Лейленд» в Великобритании). Первый экспериментальный Г. а. в СССР создан в 1958.

Лит.: Газотурбинные автомобили за рубежом (обзор), М., 1966.

А. А. Душкевич.

Газотурбинный двигатель

Газотурби'нный дви'гатель (ГТД), тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс ГТД может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объёме.

В 1791 английский изобретатель Дж. Барбер впервые предложил идею создания ГТД с газогенератором , поршневым компрессором , камерой сгорания и газовой турбиной . Русский инженер П. Д. Кузьминский в 1892 разработал проект, а в 1900 построил ГТД со сгоранием топлива при постоянном давлении, предназначенный для небольшого катера. В этом ГТД была применена многоступенчатая газовая турбина. Испытания не были завершены из-за смерти Кузьминского. В 1900—04 немецкий инженер Ф. Штольце пытался создать ГТД, но неудачно. В 1906 французский инженер Р. Арманго и Ш. Лемаль построили ГТД, работавший на керосине, со сгоранием топлива при постоянном давлении, но из-за низкого кпд он не получил промышленного применения. В 1906 русский инженер В. В. Караводин спроектировал, а в 1908 построил бескомпрессорный ГТД с 4 камерами прерывистого сгорания и газовой турбиной, который при 10 000 об/мин развивал мощность 1,2 квт (1,6 л. с.). В 1908 по проекту немецкий инженера Х. Хольцварта был построен ГТД прерывистого горения. К 1933 кпд ГТД с прерывистым горением составлял 24%, однако они не нашли широкого промышленного применения. В России в 1909 инженер Н. В. Герасимов получил патент на ГТД, который был использован им для создания реактивной тяги (турбореактивный ГТД); в 1913 М. Н. Никольской спроектировал ГТД мощностью 120 квт (160 л. с. ) с трёхступенчатой газовой турбиной; в 1923 В. И. Базаров предложил схему ГТД, близкую к схемам современных турбовинтовых двигателей; в 1930 В. В. Уваров при участии Н. Р. Брилинга спроектировал, а в 1936 построил ГТД с центробежным компрессором. В 30-е гг. большой вклад в создание авиационных ГТД внесли советский конструктор А. М. Люлька (ныне академик АН СССР), английский изобретатель Ф. Уиттл, немецкий инженер Л. Франц и др. В 1939 в Швейцарии был построен и испытан ГТД мощностью 4000 квт (5400 л. с. ). Его создателем был словацкий учёный А. Стодола. В 1939 в Харькове, в лаборатории, руководимой В. М. Маковским, изготовлен ГТД мощностью 736 квт (1000 л. с. ). В качестве топлива использован газ, получаемый при подземной газификации угля. Испытания этого ГТД в Горловке были прерваны Великой Отечественной войной. Большой вклад в развитие и совершенствование ГТД внесли советские учёные и конструкторы: А. Г. Ивченко, В. Я. Климов, Н. Д. Кузнецов, И. И. Кулагин, Т. М. Мелькумов, А. А. Микулин, Б. С. Стечкин, С. К. Туманский, Я. И. Шнеэ, Л. А. Шубенко—Шубин и др. За рубежом в 40-е гг. над созданием ГТД работали фирмы «Юнкерс», «БМВ» (Германия), «Бристол Сидли», «Роллс-Ройс» (Великобритания), «Дженерал электрик» и «Дженерал моторс» (США), «Рато» (Франция) и др.

Наибольшее промышленное применение получили ГТД с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении. В таком ГТД (рис. 1 ) сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, которое, сгорая, нагревает воздух; затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу, большая часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД.

Полезная работа L_e , отнесённая к 1 кг рабочего тела, равна разности между работой L_t развиваемой турбиной при расширении в ней газа, и работой L_k , расходуемой компрессором на сжатие в нём воздуха. Графически рабочий цикл ГТД может быть представлен в PV -диаграмме, где Р — давление, V — объём (рис. 2 ). Чем выше кпд компрессора и турбины, тем меньше L_K и больше L_T , т. е. полезная работа увеличивается. Повышение температуры газа перед турбиной также способствует росту полезной работы L¹_c (линия 3'4' на рис. 2 ). Экономичность ГТД характеризуется его эффективным кпд, который представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, затраченного на создание этой работы.

В современных ГТД кпд компрессоров и турбин соответственно составляет 0,88—0,9 и 0,9—0,92. температура газа перед турбиной в транспортных и стационарных ГТД составляет 1100—1200 К, а в авиационных достигает 1600 К. Достижение таких температур стало возможным благодаря изготовлению деталей ГТД из жаропрочных материалов и применению охлаждения его элементов. При достигнутом совершенстве проточной части и температуре газов 1000 К кпд двигателя, работающего по простейшей схеме, не превышает 25%. Для повышения кпд тепло, содержащееся в выходящем из турбины газе, используется в рабочем цикле ГТД для подогрева сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания. Теплообмен между отходящими газами и сжатым воздухом, поступающим в камеру сгорания, происходит в регенеративных теплообменниках, а рабочий процесс ГТД, в котором утилизируется тепло выходящих из турбины газов, называется регенеративным. Повышению кпд способствуют также подогрев газа в процессе его расширения в турбине, совместно с использованием тепла выходящих газов, и охлаждение воздуха в процессе его сжатия в компрессоре (рис. 3 ). При этом полезная работа возрастает благодаря увеличению работы L_m развиваемой турбиной, и уменьшению работы L_K , потребляемой компрессором. Схема такого ГТД в 30-е гг. была предложена советским учёным Г. И. Зотиковым. Компрессор и турбина низкого давления находятся на одном валу, который не связан с валом привода, например, генератора, гребного винта. Их частота вращения может изменяться в зависимости от режима работы, что существенно улучшает экономичность ГТД при частичных нагрузках.

ГТД могут работать на газообразном топливе (природном газе, попутных и побочных горючих газах, газогенераторных газах, газах доменных и сажевых печей и подземной газификации); на жидком топливе (керосине, газойле, дизельном топливе, мазуте); твёрдом топливе (угольной и торфяной пыли). Тяжёлые жидкие и твёрдые топлива находят применение в ГТД, работающих по полузамкнутому и замкнутому циклу (рис. 4 ). В ГТД замкнутого цикла рабочее тело после совершения работы в турбине не выбрасывается, а участвует в следующем цикле. Такие ГТД позволяют увеличивать единичную мощность и использовать в них ядерное топливо. ГТД нашли широкое применение в авиации (см. Авиационный двигатель ) в качестве основных двигателей силовых установок самолётов, вертолётов, беспилотных летательных аппаратов и т. п. ГТД используют на тепловых электростанциях для привода электрогенераторов; на передвижных электростанциях, например в энергопоездах; для привода компрессоров (воздушных и газовых) с одновременной выработкой электрической и тепловой энергии в нефтяной, газовой, металлургической и химической промышленности; в качестве тяговых двигателей газотурбовозов, автобусов, легковых и грузовых автомобилей, гусеничных тракторов, танков; как силовые установки кораблей, катеров, подводных лодок и для привода вспомогательных машин и механизмов (лебёдок, насосов и др.); на объектах военной техники в качестве энергетических и тяговых силовых установок. Область применения ГТД расширяется. В 1956 мощность ГТД во всём мире составила 900 Мвт, к 1958 она превысила 2000 Мвт, а к началу 1968 достигла 40 000 Мвт (без авиации и военной техники). Наибольшая единичная мощность выпускаемых в СССР ГТД составляет 100 Мвт (1969). Достигнутый эффективный кпд двигателей – 35%.

Развитие ГТД идёт по пути совершенствования его элементов (компрессора, турбины, камеры сгорания, теплообменников и др.), повышения температуры и давления газа перед турбиной, а также применения комбинированных силовых установок с паровыми турбинами и свободнопоршневыми генераторами газа. Эксплуатация таких установок в стационарной энергетике и на транспорте показала, что при утилизации тепла отходящих газов и высоком совершенстве основных элементов их эффективный кпд достигает 42—45%.

Лит.: Бикчентай Р. Н., Лоноян Г. С., Поршаков Б. П., Применение газотурбинных установок в промышленности, М., 1959; Уваров В. В. и Чернобровкин А. П., Газовые турбины, М., 1960; Шнеэ Я. И., Газовые турбины, М., 1960; Основы проектирования и характеристики газотурбинных двигателей, [пер. с англ.], М., 1964; Газотурбинные установки. Атлас конструкций и схем, М., 1967; Simmons С. R., Gas turbine manual, L., 1968.

См. также лит. при ст. Авиационная газовая турбина .

С. З. Копелев.

Рис. 4. Схема газотурбинного двигателя, работающего по замкнутому циклу: 1 – поверхностный нагреватель; 2 – турбина; 3 – компрессор; 4 – охладитель; 5 – регенератор; 6 – аккумулятор воздуха; 7 – вспомогательный компрессор.

Рис. 2. Рабочий цикл газотурбинного двигателя в PV-диаграмме: 1Р_Н Р₂ 2 – L_К ; 4Р_Н Р₂ 3 – L_Т ; 4 123 – L_е ; 4¹ 123¹ – L¹₂ .

Рис. 1. Газотурбинный двигатель: 1 – центробежный компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – топливная форсунка; 4 – сопловой аппарат; 5 – рабочее колесо турбины; 6 – выхлопной патрубок.

Рис. 3. Схема газотурбинного двигателя с регенерацией тепла, охлаждением воздуха в процессе сжатия и подогревом газа в процессе расширения: 1 – пусковой двигатель; 2, 3, 4 – компрессоры низкого, среднего и высокого давления; 5 – камера сгорания; 6, 7 – турбины высокого и низкого давления; 8 – регенератор; 9 – охладитель воздуха.

Газотурбовоз

Газотурбово'з, локомотив с газотурбинным двигателем (ГТД) или комбинированным двигателем, свободнопоршневым генератором газа (СПГГ), соединённым с газовой турбиной. Почти все существующие Г. имеют одновальную газотурбинную установку открытого цикла с электрической передачей (рис. 1 ).

Г. появились впервые в США в 1948, в 1969 на железной дороге Юнион Пасифик эксплуатировалось до 50 Г. с ГДТ мощностью 3300 квт (4500 л. с. ) и 6300 квт (8500 л. с.). Отдельные Г. были изготовлены также в Великобритании, Швеции, Швейцарии и Чехословакии. Первые советские Г. находятся в эксплуатации с 1965.

Силовая установка Г. с электрической передачей состоит из газовой турбины, компрессора, генератора постоянного тока и тяговых электродвигателей. Генератор обеспечивает питание электрической энергией тяговых электродвигателей, устанавливаемых обычно по одному на каждую движущую ось локомотива.

Вид передачи мощности от вала газовой турбины к движущим колёсам Г. определяется типом ГТД и его назначением. При одновальном ГТД применяется электрическая передача тепловозного типа; т. н. жёсткие передачи, использование которых возможно в Г. при многовальном двигателе, бывают механические (главный редуктор, карданы, осевые редукторы) или электрические переменного тока (синхронные генераторы, асинхронные короткозамкнутые двигатели). На Г. имеется также пусковая установка, обычно дизельная – 150—240 квт (200—300 л. с. ). Её основное назначение – довести скорость вращения генератора до величины, при которой компрессор начинает подавать воздух в камеру сгорания. Кроме того, эта установка передвигает локомотив, когда он следует без состава, и питает ряд вспомогательных агрегатов. Газотурбинная установка Г. обычно работает на тяжёлом жидком топливе или газе.

Г. имеют ряд преимуществ не только перед паровозами, но по некоторым показателям и перед тепловозами. Так, удельная масса Г., т. е. масса па единицу мощности, составляет около 50% массы паровоза и 75% массы тепловоза; компактность газотурбинной установки позволяет уменьшить длину локомотива примерно в 2 раза по сравнению с тепловозом равной мощности; силовая установка Г. не требует водоснабжения; простота конструкции газотурбинного агрегата обеспечивает надёжность и бесперебойность его работы, облегчает обслуживание и текущий ремонт. Управление Г. сводится к регулированию подачи горючего в камеру сгорания. Надлежащий режим электрической передачи обеспечивается автоматически.

Г. Коломенского тепловозостроительного завода Г1-01 (рис. 2 ) отличается высокой надёжностью ГТД, простотой ухода и ремонта, возможностью работы на тяжёлом топливе.

Развитие газотурбовозостроения пока не вышло из опытной стадии, главным образом из-за сравнительно невысокого кпд (примерно в 2 раза ниже кпд тепловоза). Ведутся работы над повышением кпд Г. Например, Луганским тепловозостроительным заводом построен опытный Г. с СПГГ мощностью 2200 квт (3000 л. с.). Силовая установка состоит из 4 электрических генераторов, работающих на одну газовую турбину, гидромеханической передачи и вспомогательного оборудования. Подобные опытные Г. созданы также во Франции и Швеции. Кпд таких Г. может достигать 30—32%.

Лит.: Белоконь Н. И., Газотурбинные локомотивы, «Железнодорожный транспорт», 1955, № 4: Локомотивные газотурбинные установки, М., 1962; Бартош Е. Т., Газотурбовозы, М., 1963; Вопросы создания мощных газотурбинных локомотивов. [Сб. ст.], М.,.1966.

Е. Т. Бартош.

Рис. 1. Схема одновальной газотурбинной установки открытого цикла: 1 – воздушный компрессор; 2 – газовая турбина; 3 – камера сгорания; 4 – атмосферный воздух; 5 – отработавшие газы; 6 – топливо.

Рис. 2. Расположение силового оборудования газотурбовоза Г1-01: 1 – компрессор; 2 – турбина; 3 – камеры сгорания; 4 – редуктор; 5 – главные генераторы; 6 – вспомогательный дизель; 7 – высоковольтные камеры; 8 – холодильник газотурбинного двигателя; 9 – топливный бак; 10 – тормозной компрессор.

Назад к карточке книги "Большая Советская Энциклопедия (ГА)"