Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Развитие газотурбинных двигателей идет по пути совершенствования конструктивных элементов, таких как компрессор, турбина, камера сгорания, теплообменники и др. Также ведутся разработки по повышению температуры и давления газа перед турбиной, применению комбинированных силовых установок с паровыми турбинами и свободнопоршневыми генераторами газа. Данные при эксплуатации таких установок в стационарной энергетике и на транспорте показали, что при утилизации тепла отходящих газов и высоком совершенстве основных элементов их эффективный КПД (в среднем) достигает 42—45%, а иногда и выше.

Газотрубный котел – паровой котел, в котором по стальным трубам проходят газообразные продукты сгорания топлива, а вода циркулирует в межтрубном пространстве. Газотрубный котел является одним из двух основных видов котлов, отличительной особенностью которого является то, что дымовые газы находятся внутри трубы, а вода расположена снаружи трубы.

В зависимости от характера движения воды существуют:

1) газотрубные котлы с естественной циркуляцией;

2) газотрубные котлы с принудительной прямоточной циркуляцией;

3) газотрубные котлы с принудительной многократной циркуляцией.

Одним из изобретателей котлов считается французский физик Дени Папен. Первые котлы имели вид цилиндра диаметром порядка 75—120 см, принцип их действия основывался на том, что при прохождении продуктов сгорания топлива через трубы, омываемые водой, образовывался пар, энергия которого впоследствии преобразовывалась в механическую энергию. После того как начался массовый промышленный выпуск котлов в целях судостроения, была произведена модификация вышеописанной конструкции и создан горизонтальный газотрубный котел, представлявший собой топку, образование пара в которой осуществлялось путем охлаждения ее водой, причем диаметр топки был почти в 2 раза меньше диаметра котла. Отцом-создателем данной конструкции явился Оливер Эванс. Нужно сказать, что изобретение Эванса изначально имело репутацию не самой надежной конструкции. Причиной этого является то, что во время одного из испытаний котла Эванса судно, на котором был установлен данный котел, затонуло. Это происшествие обошлось без жертв, более того, позже было установлено, что крушение судна никоим образом не связано с изобретением Эванса, котел работал исправно. Причиной же кораблекрушения явилась пробоина, в результате чего вода стала поступать в трюм. Но, несмотря на представленные доказательства, репутация Оливера Эванса и его изобретения сильно пострадала. Ровно через 5 лет после изобретения Оливера Эванса, в 1791 г., Натан Рид сконструировал газотрубный котел, который и по сей день является стандартом. Принципиальной особенностью новой конструкции стало то, что не менее половины от объема котла отводилось под пространство для образующегося пара, это значительно снижало риск перегрузки котла.

Гелиоконцентратор (гелио от греч. helios – «солнце» и лат. con – «с, вместе, в», centrum – «центр», «средоточие») – устройство для повышения в сотни раз плотности энергии солнечной радиации. Самая основная конструкторская часть гелиоконцентратора – одно или несколько зеркал или линз, которые собирают (фокусируют) солнечные лучи. Подобные устройства для концентрации солнечных лучей известны давно (например, зажигательные устройства древнегреческого математика и механика Архимеда, французских ученых Т. П. Бюффона, А. Л. Лавуазье). В своем научном труде «Об оптике» М. В. Ломоносов описывает разработанную им оригинальную оптическую систему, составленную из плоских зеркал и собирательных линз. Первым исследователем, осуществившим превращение энергии солнечного излучения в механическую энергию, был Огюст Мушу. В 1861 г. исследователь получил патент на создание двигателя, функционирующего благодаря энергии солнечного излучения. Запуск первого такого двигателя пришелся на 1865 г. Работу по созданию аппарата, работающего на солнечной энергии, вели и другие испытатели. Стоит упомянуть конструкции Джона Эрикссона, Шарля Тейе, Вильяма Адамса. В СССР первый крупный гелиоконцентратор был выполнен в 1946 г. (в Ташкенте) в виде параболоида диаметром 10 м. В дальнейшем подобные параболоидные гелиоконцентраторы были сооружены в других странах: Франции, США и Японии. Так, во Франции в 1968 г. начала действовать наиболее крупная солнечная печь с параболоидным гелиоконцентратором диаметром 54 м. Самый крупный гелиоконцентратор составного типа с площадью зеркала 20 000 м 2был спроектирован в СССР для солнечной теплосиловой станции СТС. Основные элементы гелиоконцентратора: жесткая несущая конструкция и зеркальная или линзовая часть. С 1960-х гг. развивается новое направление по изготовлению полужестких и надувных гелиоконцентраторов из различных полимерных, прозрачных и металлизированных тонких пленок. Геометрическая форма отражательной поверхности и схема гелиоконцентратора могут быть самыми различными:

1) параболоидная (параболоцилиндрическая, цилиндрическая);

2) коническая;

3) тороидальная;

4) составленная из отдельных плоских зеркал;

5) зеркально-линзовая;

6) в виде плоских зеркал, которые следят за солнцем, и неподвижного параболоидного концентратора (подвижные плоские зеркала обычно называют гелиостатами, или ориентаторами, они предназначены для направления солнечных лучей на неподвижный гелиоконцентратор).

По характеру поверхностей гелиоконцентраторы можно разделить на фацетные с прерывистой поверхностью зеркала и гладкие с непрерывной поверхностью зеркала. Сложные составные гелиоконцентраторы представляют собой систему подвижных или неподвижных, плоских или искривленных зеркал и линз. Максимальная плотность энергии, достигнутая на высокоточных параболоидных гелиоконцентраторах, равна 35—103 кВт/м 2, что составляет немного менее половины плотности лучистой энергии на поверхности Солнца (74—103 кВт/м 2).

Используется в гелиоустановках.

Гелиоустановка – аппарат, осуществляющий превращение энергии солнечной радиации в электрическую, тепловую и другие виды энергии.

Первым исследователем, осуществившим превращение энергии солнечного излучения в механическую энергию, был Огюст Мушу. В 1861 г. им был получен патент на создание двигателя, функционирующего благодаря энергии солнечного излучения. Первый такой двигатель был запущен в 1865 г., а усовершенствование этой конструкции продолжалось вплоть до 1880 г. Работу по созданию аппарата, работающего на солнечной энергии, вели и другие испытатели. Стоит упомянуть конструкции Джона Эрикссона, Шарля Тейе, Вильяма Адамса. В 1901 г. в США была построена первая гелиоустановка, работавшая в промышленных масштабах и приносившая правительству реальную прибыль. Использовалась эта установка для добычи воды и орошения почвы.