P4250086

132

N, =1099 MW

rj^-36,6%

Rys. IIL23. Schemat bloku nuklearnego dużej mocy z reaktorem wysokotemperaturowym HTGR, chłodzonym helem I turbina gazową w obiegu zamkniętym; K — kompresor, T — turbina, R — regenerator, Cb, — chłodnica helu, Ch, - chłodnica wody

regenerator zwiększający sprawność obiegu. Z uwagi na wysoką temperaturę helu niskociśnieniowego za regeneratorem chłodnica gazu chłodzona jest wodą pod ciśnieniem. Woda ta oddaje ciepło do otoczenia w chłodni suchej powietrznej, co ma znaczenie z uwagi na ochronę środowiska. Sprawność termiczna ogólna takiego bloku o mocy efektywnej N_t —1099 MW ma wynosić 36,6% co jest wartością wyraźnie wyższą od sprawności konwencjonalnych siłowni jądrowych z reaktorami lekkowodnymi typu PWR lub BWR, wynoszącej 32—34%. Zastosowanie helu He zamiast powietrza lub innego gazu, np. azotu N₂ lub dwutlenku węgla CO_z, wynika stąd, że spośród różnych gazów ma on najkorzystniejsze własności fizyczne. Hel posiada 5—6 razy wyższy współczynnik przewodzenia ciepła w porównaniu z powietrzem, azotem czy dwutlenkiem węgla. Ma on ciepło właściwe około 5 razy wyższe niż powietrze. Ciepło właściwe helu c, = 5,2 kJ/kgK jest niezależne od temperatury. Stosując bel otrzymuje się najmniejsze wymiary wymienników ciepła, w tym najmniejsze wymiary reaktora.

Wydaje się, że właśnie tego typu siłownie mogą być perspektywiczne w napędach okrętowych, głównie z uwagi na znacznie mniejszy ciężar i gabaryty w porównaniu z siłowniami parowymi opartymi na reaktorach lekkowodnych.

4. Zastosowanie turbin gazowych, perspektywy rozwoju

Turbiny gazowe znalazły zastosowanie w lotnictwie, trakcji kołowej (lokomotywy. samochody itp.), na okrętach, a także do napędu generatorów elektrycznych i maszyn roboczych.

W wielu przypadkach turbiny gazowe są bardziej ekonomiczne, lżejsze i bardziej elastyczne ruchowo oraz odznaczają się niższymi kosztami inwestycyjnymi w porównaniu z innymi silnikami.

Główny kierunek rozwoju turbin gazowych polega na podnoszeniu ich sprawności przez stosowanie coraz wyższej temperatury górnej tStaje się to możliwe dzięki wprowadzaniu nowych materiałów żaroodpornych, w tym kompozytów i materiałów ceramicznych, jak również dzięki ulepszaniu systemu chłodzenia. Jako czynnik chłodzący rozważa się obecnie mieszaninę pary HjO i powietrza lub odparowującą wodę w powietrzu chłodzącym.

W lotnictwie spodziewane jest osiągnięcie 10% obniżenia jednostkowego zużycia paliwa do roku 1990 (w odniesieniu do stanu w roku 1983) w silnikach turbowentylatorowych oraz ponad 30% w silnikach turboodrzutowych dużej mocy. Jednocześnie osiągnie się zwiększenie mocy odniesionej do jednostki masy silnika kW/kg o 30% w silnikach samolotów transportowych i 50% w samolotach wojskowych.

Możliwą obniżkę kosztów eksploatacyjnych do 1990 r. ocenia się na 30-50%.

Tak znaczne poprawienie wskaźników będzie możliwe dzięki:

a)    precyzyjniejszej optymalizacji przepływowej — wspomaganej komputerowo,

b)    zwróceniu większej uwagi na przepływy wtórne,

c)    optymalizacji silnika we wszystkich obszarach pracy,

d)    postępom w dziedzinie materiałów żaroodpornych,

e)    postępom w konstrukcji układu chłodzenia.

Turbiny gazowe stanowią silnik będący w ciągłym dynamicznym rozwoju. Wiąże się to z poszerzeniem kręgu użytkowników, intensywnymi badaniami naukowymi i wprowadzaniem nowych technologii.