Комбинированная ГПТУ (газо-паротурбинная установка) может быть осуществлена и другими способами. Во всех случаях основой установки остается ГТУ (газотурбинная установка), различие состоит в способах увязки газовой и паровой частей установки в общем термодинамическом цикле. В отличие от ранее рассмотренных схем термодинамически комбинированных ГПТУ, в установках с парогазовым рабочим телом по иному организована паровая часть цикла: пар подается не в отдельную утилизационную паровую турбину, а непосредственно в проточную часть газовой турбины. Такой тип двигателя называется парогазовой турбиной. Выработка пара в контактных ГПТУ может осуществляться в утилизационных паровых котлах, либо в расширительных камерах. Примерная схема ГТУ с парогазовым рабочим телом и расширительной камерой показана на рис. 15.
Основным элементом установки является ГТД (газотурбинный двигатель). Его конструкция обычно выполняется прямоточной с блокированным компрессором или со свободной пропульсивной турбиной. В камеры сгорания ГТД подается воздух, сжатый в компрессоре, топливо, и насыщенный пар из расширительной камеры. Образовавшаяся на выходе камеры сгорания парогазовая смесь поступает в проточные части парогазовых турбин, расширяется, совершая полезную работу, и направляется в водоподогреватель. В водоподогревателе теплота парогазового рабочего тела передается питательной воде, после чего охлажденная парогазовая смесь поступает в парогазовый конденсатор. В конденсаторе происходит отделение паровой фазы от продуктов сгорания топлива. Теплота парогазовой смеси уходит в охлаждающую забортную воду, при этом водяной пар конденсируется и его конденсат скапливается в нижней части конденсатора, а дымовые газы удаляются в атмосферу. Конденсат из конденсатора забирается конденсатным насосом и подается для повторного использования на всасывание циркуляционного насоса. Циркуляционный насос подает воду через водоподогреватель в расширительную камеру. В расширительной камере при дросселировании воды до давления в камерах сгорания двигателя происходит ее частичное испарение, и образовавшийся насыщенный пар поступает в камеры сгорания, а скопившаяся в нижней части расширительной камеры неиспарившаяся вода возвращается обратно в цикл на всасывание циркуляционного насоса. Функцией циркуляционного насоса в данной установке является поддержание циркуляции воды в контуре РК − ЦН − ВП − РК .
В установках с расширительными камерами параметры сгенерированного пара ниже, чем в установках с утилизационными котлами, но при этом они имеют более высокую паропроизводительность и, соответственно, более высокие значения расходов рабочего тела через проточную часть парогазовой турбины.
Термодинамический цикл ГПТУ с парогазовым рабочим телом состоит из циклов газовой и паровой частей установки, которые включают в себя следующие процессы (рис. 16):
С целью увеличения КПД цикла и степени расширения парогазового рабочего тела в проточной части турбин возможно применение специальных устройств – эксгаустеров, позволяющих снизить давление за последней ступенью турбины до значения ниже атмосферного.
Применение контактных схем ГПТУ позволяет повысить КПД газотурбинного и паротурбинного циклов по сравнению с исходными циклами ГТД и КТЭУ. Дальнейшее усложнение схемы контактной ГПТУ заметного выигрыша в повышении КПД не дает. Использование парогазового рабочего тела всегда связано с некоторой утечкой в атмосферу питательной воды, так как осуществить полное отделение паровой фазы рабочего тела от газовой в парогазовом конденсаторе достаточно сложно. Этот недостаток парогазовой установки приводит к необходимости постоянного пополнения запасов питательной воды на судне.
Литература
Судовые энергетические установки. Комбинированные и ядерные установки. Болдырев О.Н. [2007]
