Bug’ va gaz qurilmalari

1. Bug’-gaz qurilmalarini yaratilishi
Insonlarning abadiy dvigatel yaratish orzusi million yillar davomida saqlanib kelayotgan, biroq uzluksiz harakatlanuvchi kuchni ixtiro qilishga bo'lgan urinishlar zoe ketayotgan ushalmas orzu bo'lib hisoblanadi. Biroq urinishlar o'z samarasini ko'rsatmay qolmaydi. 1769 yilda ingliz muhandisi Jeyms Uatt birinchi bug' mashinasiga patent oldi. Bu birinchi issiqlik dvigateli edi. Xalqaro birliklar sistemasiga ko'ra 1960 yildan boshlab, bu olimning nomi abadiy ravishda energiya o'lchov birligi Vatt bilan birga yashab kelmoqda.

Birinchi bug' mashinalari ko'mir yoki o'tin yoqib bug' qozonlarida hosil qilinadigan bug'da ishlagan. Taxminan 150 yillar muqaddam tuz qazib chiqaruvchilar uchun neft oddiy yopishqoq qora massa sanalgan va neft chiqib qolgan quduqlarni ko'mib tashlangan. Bugungi kunga kelib esa neft erning qoni hisoblanadi. Ingliz olimi Benjamin Sillimen va harbiy Edvin Dreyk tomonidan neftdan yoqilg'i – moylash materiallari sifatida foydalanish mumkinligi isbotlandi va dunyo bo'yicha birinchi neft qudug'i aka-uka Nobillarga tegishli kompaniya tomonidan Ozarboyjon hududida ishga tushirildi.

Energetika sohasida eng katta ixtiro – bu o'zgaruvchan tok generatori va kuchlanish transformatori N. Tesla tomonidan kashf qilinib elektroenergetik tizimlar uchun boshlang'ich element bo'lib xizmat qildi. U o'z ixtirosidan foydalanish huquqini D. Vestingauzga beradi va D.Vestingauz firmasi tomonidan birinchi o'zgaruvchan tok generatorili elektr stansiyasi qurildi.

Shu bilan birga energetik resurslardan foydalanish atrof-muhitga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Yoqilg'i energetik resurslardan energetik maqsadlarda foydalanishda inson organizmiga va atrof-muhitga issiqlik chiqindilari, yoqilg'ining yonish mahsulotlari, shovqin kabi faktorlar o'zining salbiy ta'sirini ko'rsatadi.

Barcha mamlakatlar elektr energiyasi ishlab chiqarishga ehtiyoji ortib bormoqda. Butun dunyo bo'yicha energiya iste'moli, yaqin 30 yil mobaynida, 2 barobarga ortishi kutilyapti. 2020 yilga borib ko'mir qazib chiqarish 7 mlrd tonnaga, tabiiy gazdan foydalanish esa 4 trln m3 ga etadi. AESlarning energetikadagi o'rni pasayadi, biroq AESlardan elektr energiyasi ishlab chiqarish quvvati ortadi.

Rivojlangan mamlakatlarda elektr energiyasi ishlab chiqarishning rivojlanishi quyidagi asosiy yo'nalishlarda olib borilmoqda:

- o'ta kritik parametrli yuqori samaradorlikka ega energetik bloklar yaratilib, bu bloklarda texnologik jarayonlar to'la avtomatik tarzda amalga oshishi;

- yoqilg'i-energetik resurslardan foydalanish strukturasi takomillashishi va samaradorligi ortishi;

- elektr va issiqlik energiyasini ishlab chiqarishda solishtirma kapital xarajatlar kamayishi;

- elektr stansiyalarining atrof-muhitga zararli ta'sirini keskin kamaytirilishiga erishish va h.k.

Energetikaning iqtisodiyot sohasi sifatida sanoat miqyosida rivojlanishga yuz burishi o'zgaruvchan tok tizimini yaratilishi bilan boshlandi (1886 y). Bu tizim asosida elektr energiyasini ishlab chiqarish, kuchlanishni transformasiyalash va elektr energiyasini ma'lum masofaga uzatishga moslashtirilgan qurilmalar ishlab chiqarildi. Parallel ravishda elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun yangi issiqlik va gidroelektr stansiyalari qurildi.

19 asrning oxirida Gustav Laval (Shvesiya) va Charlz Parsons (Angliya) lar tomonidan birinchi sanoat bug' turbinasi yaratildi. Uzluksiz rivojlanish natijasida, bugungi kunga kelib, bug'ning parametrlari va bug' kuch qurilmalarining birlik quvvati 10 lab martaga ko'tarildi.

20 asr boshlarida P.D. Kuzminskiy tomonidan Rossiyada, Shtolse tomonidan Germaniyada, Armengo va Lemallar tomonidan Fransiyada birinchi gaz turbinali qurilmalari qurildi. 1939 yilda Shveysariyaning “Broun-Boveri” firmasi A. Stodola rahbarligida birinchi energetik GTQ sinovdan o'tkazildi.

Renkin termodinamik sikli IESlaridagi bug' turbinalarining texnologik jarayonini asoslaydi. 20 asr boshlarida bug'ning boshlang'ich parametrlari 9 MPa va 535 ºS bo'lgan bug' turbinali qurilmalarning dastlabkisi, Karno sikliga ekvivalent bo'lgan 317 (S harorat issiqligini siklga berish orqali ish boshlagan bo'lsa, bugungi kunga kelib aksariyat bug'-kuch qurilmalarining boshlang'ich parametrlari 24 MPa va 540 ºS ni tashkil qiladi. Bunday qurilmalarning siklga issiqlik berish ko'rsatkichi 400 ºS dan ortmaydi.

O'rtacha harorat ko'rsatkichining juda kam o'zgarishi suv bug'ining xususiyatlariga, bug' generatori va turbinaning konstruksion materiallarini tayyorlashga qo'yilayotgan talabning yuqoriligi, hamda texnologik jihatdan jihozlar murakkabligidan iborat.

Brayton sikliga asoslangan gaz turbinali qurilmalardan (GTQ) foydalanish va ish jismi sifatida gazni qo'llanilishi issiqlik berish borasida va ish jismining o'rtacha haroratini istalgan darajaga ko'tarish mumkinligi bilan muammoni biroz engil echimini topishga imkon yaratdi. Shu bilan birga sikldan chiqadigan gaz haroratini pasaytirish muammosi ham paydo bo'ldi.

Issiqlik energetikasi tarixida bug' va gaz turbinali qurilmalar, hamda ularning termodinamik qikllari o'rtasida o'ziga xos musobaqa borganligini kuzatish mumkin. Muqobil texnologiyalar mavjud bo'lmaganligi sababli avvaliga yonish mahsulotlaridan ish jismi sifatida foydalanilmagan va suv bug'iga, faqat, oraliq ish jismi deb qarab kelingan. Gfz va bug' turbinali sikllarni parallel rivojlanishi ularni antagonizmiga olib kelmagan, balki, ularning foydali tomonlaridan maksimal foydalanish maqsadida kombinasion bug'-gaz qurilmasi (BGQ) yaratilgan. Unga ko'ra, GTQ larning chiqish gazlari issiqligidan to'liq bug' qismida fodalanish hisobiga Brayton-Renkin sikli hosil qilingan va BGQning samaradorligi orttirilgan.

20 asr boshlarida Rossiyada P.D. Kuzminskiy va A.N. Lojkinlar, Germaniyada Xolsvart va Shyulelar, Shveysariyada “Broun-Boveri” firmasi mutaxassislari tomonidan BGQning tajriba sinov nusxalari tayyorlandi va muvaffaqiyatli sinaldi.

20 asrning 60 yyda, BGQlardan foydalanish dunyo miqyosida keskin ko'tarilish fasliga yuz burdi (AQSh – General Electric, Westinghaus; Shveysariya-Shvesiya – ABB; Germaniya – Siemens; Buyuk Britaniya – Alstom va boshq.). kondensasion rejimda elektr energiyasi ishlab chiqarishda fik i 50-60 % bo'lgan BGQ 5 dan 700 MVt gacha quvvat ko'rsatkichiga erishadi.

BGQlarda ish jismiga (gazga) issiqlik organik yoqilg'ilarning yuqori haroratli yonish mahsulotlaridan beriladi, uning issiqligi suv bug'larining kondensasiyalanish jarayonida chiqarib yuboriladi. Karno ideal qaytar sikliga asoslangan BGQ larda gaz qismidan issiqlik chiqazilishining izobarik jarayoni bug' qismiga issiqlik berilishining izobarik jarayoniga juda yaqin keladi. Ish jismi miqdorining aniq tanlanganligi, o'ta kritik parametrli bug'dan foydalanilganligi gaz va bug'li ish jismlarining Karno qaytar sikliga mos ideal siklga erishish imkonini beradi (49-rasm).

49-rasm. Ikkita ish jismidan foydalanilganda Karno qaytar siklining T-s, d koordinatalarida tasvirlanishi.