Uy / Biznes rivoji

Gaz turbinasi qurilmasi va ishlash printsipi. Gaz turbinalari zamonaviy elektr stantsiyalarining ishonchli quvvat bloklaridir Gaz turbinasi samaradorligi
uy / Biznes rivoji
Turbina - bu ish ishlab chiqarish uchun harakatlanuvchi ishchi suyuqlik (suyuqlik) energiyasidan foydalanadigan har qanday aylanadigan qurilma. Odatda turbinali suyuqliklar: shamol, suv, bug 'va geliy. Shamol tegirmonlari va gidroelektr stantsiyalari o'nlab yillar davomida elektr generatorlarini aylantirish va sanoat va uy-joy uchun energiya ishlab chiqarish uchun turbinalardan foydalangan. Oddiy turbinalar uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lib, ularning birinchisi qadimgi Yunonistonda paydo bo'lgan.

Elektr ishlab chiqarish tarixida esa, aslida gaz turbinalari yaqinda paydo bo'ldi. Birinchi amaliy gaz turbinasi 1939 yilda Shveytsariyaning Neuchatel shahrida elektr energiyasini ishlab chiqara boshladi. U Brown Boveri kompaniyasi tomonidan ishlab chiqilgan. Samolyotni quvvatlaydigan birinchi gaz turbinasi ham 1939 yilda Germaniyada Hans P. fon Ohain tomonidan ishlab chiqilgan gaz turbinasi yordamida ishlagan. 1930-yillarda Angliyada Frank Uitl tomonidan gaz turbinasi ixtirosi va dizayni 1941 yilda birinchi turbinali parvozga olib keldi.

Shakl 1. Samolyot turbinasi (a) va yerdan foydalanish uchun gaz turbinasi sxemasi (b)

"Gaz turbinasi" atamasi osongina chalg'itadi, chunki ko'pchilik uchun bu yoqilg'i sifatida gazni ishlatadigan turbinali dvigatelni anglatadi. Aslida, gaz turbinasi (1-rasmda sxematik ko'rsatilgan) gazni (odatda havo) etkazib beradigan va siqadigan kompressorga ega; yonish kamerasi, bu erda yoqilg'ining yonishi siqilgan gazni isitadi va issiq, siqilgan gazlar oqimidan energiya chiqaradigan turbinaning o'zi. Bu energiya kompressorni quvvatlantirish uchun etarli va foydali ilovalar uchun qoladi. Gaz turbinasi - foydali ish ishlab chiqarish uchun yoqilg'ining uzluksiz yonishidan foydalanadigan ichki yonish dvigateli (ICE). Bunda turbina karbüratör yoki dizel ichki yonish dvigatellaridan farq qiladi, bu erda yonish jarayoni intervalgacha bo'ladi.

Gaz turbinalaridan foydalanish 1939 yilda bir vaqtning o'zida energetika sanoatida va aviatsiyada boshlanganligi sababli, aviatsiya va quruqlikdagi gaz turbinalari uchun turli nomlar qo'llaniladi. Aviatsiya gaz turbinalari turbojet yoki reaktiv dvigatellar, boshqa gaz turbinalari esa gaz turbinali dvigatellar deb ataladi. DA ingliz tili bu odatda o'xshash dvigatellar uchun yana ko'p nomlar mavjud.

Gaz turbinalaridan foydalanish

Samolyot turbojetida turbinaning energiyasi dvigatelga havo tortadigan kompressorni boshqaradi. Turbinadan chiqadigan issiq gaz egzoz nozullari orqali atmosferaga chiqariladi, bu esa tortishish hosil qiladi. Shaklda. 1a turbojet dvigatelining diagrammasini ko'rsatadi.

Shakl 2. Samolyot turbojetli dvigatelining sxematik ko'rinishi.

Oddiy turbojetli dvigatel shaklda ko'rsatilgan. 2. Bunday dvigatellar o'lik og'irligi 13 kg dan 9000 kg gacha bo'lgan 45 kgf dan 45 000 kgf gacha bo'lgan tortishish hosil qiladi. Eng kichik dvigatellar qanotli raketalarni boshqaradi, eng kattasi - ulkan samolyotlar. Rasmdagi gaz turbinasi. 2 katta diametrli kompressorli turbofan dvigatelidir. Harakat kompressor tomonidan so'rilgan havo va turbinaning o'zidan o'tadigan havo tomonidan hosil bo'ladi. Dvigatel katta va past uchish tezligida yuqori surilishni yaratishga qodir, bu uni tijorat samolyotlari uchun eng mos keladi. Turbojet dvigatelida fan yo'q va gaz yo'lidan to'liq o'tadigan havo bilan tortishish hosil qiladi. Turbojetlar kichik frontal o'lchamlarga ega va yuqori tezlikda eng ko'p tortishish hosil qiladi, bu ularni qiruvchi samolyotlarda ishlatish
Aeronaviqativ bo'lmagan gaz turbinalarida turbinadan energiyaning bir qismi kompressorni haydash uchun sarflanadi. Qolgan energiya - "foydali energiya" turbina milidan elektr generatori yoki kema pervanesi kabi energiyadan foydalanish moslamasida chiqariladi.

Oddiy quruqlikdagi gaz turbinasi rasmda ko'rsatilgan. 3. Bunday qurilmalar 0,05 MVt dan 240 MVt gacha energiya ishlab chiqarishi mumkin. Shaklda ko'rsatilgan sozlash. 3 - samolyotdan olingan gaz turbinasi, ammo engilroq. Og'irroq bloklar yerdan foydalanish uchun maxsus ishlab chiqilgan va sanoat turbinalari deb ataladi. Samolyotlardan olingan turbinalar birlamchi energiya generatorlari sifatida tobora ko'proq foydalanilayotgan bo'lsa-da, ular hali ham tabiiy gazni pompalash, kemalarni quvvatlantirish uchun kompressorlar sifatida ishlatiladi va eng yuqori talab davrida qo'shimcha energiya generatorlari sifatida ishlatiladi. Gaz turbinali generatorlar tezda yoqilib, eng zarur bo'lganda energiya bilan ta'minlaydi.

Shakl 3. Eng oddiy, bir bosqichli, quruqlikdagi gaz turbinasi. Masalan, energiyada. 1 - kompressor, 2 - yonish kamerasi, 3 - turbina.

Gaz turbinasining eng muhim afzalliklari:

Nisbatan kichik o'lcham va vazn bilan juda ko'p quvvat ishlab chiqarishga qodir.

Doimiy o'zgaruvchan yuklar bilan ishlaydigan pistonli dvigatellardan farqli o'laroq, gaz turbinasi doimiy aylanish rejimida ishlaydi. Shuning uchun turbinalar uzoq vaqt xizmat qiladi va nisbatan kam texnik xizmat ko'rsatishni talab qiladi.
Gaz turbinasi elektr dvigatellari yoki boshqa gaz turbinasi kabi yordamchi uskunalar yordamida ishga tushirilsa-da, ishga tushirish bir necha daqiqa davom etadi. Taqqoslash uchun bug 'turbinasi ishga tushirish vaqti soatlarda o'lchanadi.
Gaz turbinasi turli xil yoqilg'idan foydalanishi mumkin. Katta quruqlikdagi turbinalar odatda ishlatiladi Tabiiy gaz, aviatsiyada esa asosan engil distillatlar (kerosin). Dizel yoqilg'isi yoki maxsus ishlov berilgan yoqilg'i moyi ham ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, piroliz, gazlashtirish va neftni qayta ishlash jarayonidagi yonuvchi gazlardan, shuningdek, biogazdan foydalanish mumkin.
Odatda gaz turbinalari ishchi suyuqlik sifatida atmosfera havosidan foydalanadi. Elektr energiyasini ishlab chiqarishda gaz turbinasiga sovutish suvi (masalan, suv) kerak emas.
Ilgari gaz turbinalarining asosiy kamchiliklaridan biri ularning boshqa ichki yonuv dvigatellari yoki elektr stansiyalardagi bug 'turbinalari bilan solishtirganda past samaradorligi edi. Biroq, so'nggi 50 yil ichida ularning dizaynidagi yaxshilanishlar Neuchatel gaz turbinasida 1939 yildagi 18% dan issiqlik samaradorligini oddiy tsiklda 40% va kombinatsiyalangan tsiklda taxminan 55% gacha oshirdi (quyida batafsilroq). . Kelajakda gaz turbinalari samaradorligi yanada oshadi, oddiy siklda samaradorlik 45-47% gacha, qo'shma siklda esa 60% gacha ko'tarilishi kutilmoqda. Ushbu kutilgan samaradorlik bug 'turbinalari kabi boshqa keng tarqalgan dvigatellarga qaraganda ancha yuqori.

Gaz turbinasi aylanishlari

Tartib diagrammasi havo kirganda, gaz yo'lidan o'tib, gaz turbinasidan chiqqanda nima sodir bo'lishini ko'rsatadi. Odatda siklogramma havo hajmi va tizim bosimi o'rtasidagi munosabatni ko'rsatadi. Shaklda. 4a da Brayton sikli ko'rsatilgan bo'lib, u gaz turbinasidan o'tadigan qat'iy havo hajmining uning ishlashi paytida uning xususiyatlarining o'zgarishini ko'rsatadi. Ushbu siklogrammaning asosiy yo'nalishlari gaz turbinasining sxematik ko'rinishida ham ko'rsatilgan. 4b.

4a-rasm. Ish (Vt) va issiqlik (Q) oqimlarini ko'rsatadigan ishchi suyuqlik uchun P-V koordinatalarida Brayton

Brayton tsikli diagrammasidan nuqtalarni ko'rsatadigan gaz turbinasi sxemasi.

Havo 1-nuqtadan 2-nuqtagacha siqiladi. Gaz hajmi pasayganda gaz bosimi ortadi. Keyin havo 2-banddan 3-gachasi doimiy bosim ostida isitiladi. Bu issiqlik yonish kamerasiga kiritilgan yoqilg'i va doimiy yonish natijasida hosil bo'ladi.

3 nuqtadan issiq siqilgan havo 3 va 4 nuqtalar orasida kengayishni boshlaydi. Bu oraliqdagi bosim va harorat pasayadi va gaz hajmi ortadi. Shakldagi dvigatelda. 4b, bu 3-banddan turbina orqali 4-bandga qadar gaz oqimi bilan ifodalanadi. Bu keyinchalik ishlatilishi mumkin bo'lgan energiya ishlab chiqaradi. Shaklda. 1a, oqim chiqish ko'krak orqali 3" nuqtadan 4 nuqtaga yo'naltiriladi va surish hosil qiladi. 4a-rasmdagi "Foydali ish" 3'-4 egri chiziq bilan ko'rsatilgan. yer turbinasi yoki samolyot dvigateli uchun kuch yaratish.Brayton tsikli 4-rasmda tugaydi, bu jarayonda havoning hajmi va harorati atmosferaga issiqlik chiqarilishi bilan kamayadi.

Shakl 5. Yopiq aylanish tizimi.

Ko'pgina gaz turbinalari ochiq aylanish rejimida ishlaydi. Ochiq konturda havo atmosferadan olinadi (4a va 4b-rasmlardagi 1-band) va 4-bandda atmosferaga qayta chiqariladi, shuning uchun issiq gaz dvigateldan chiqarilgandan so'ng atmosferada sovutiladi. Yopiq siklda ishlaydigan gaz turbinasida ishlaydigan suyuqlik (suyuqlik yoki gaz) doimiy ravishda issiqlik almashtirgichdagi chiqindi gazlarni (4-nuqtada) sovutish uchun ishlatiladi (5-rasmda sxematik ko'rsatilgan) va kompressorning kirish qismiga yuboriladi. . Cheklangan miqdordagi gaz bilan yopiq hajm ishlatilganligi sababli, yopiq tsiklli turbinalar ichki yonish dvigateli emas. Yopiq sikl tizimida yonish barqaror bo'lishi mumkin emas va an'anaviy yonish kamerasi turbinaga kirishdan oldin siqilgan havoni isitadigan ikkilamchi issiqlik almashtirgich bilan almashtiriladi. Issiqlik tashqi manba, masalan, yadroviy reaktor, ko'mir bilan ishlaydigan suyuq qatlamli pech yoki boshqa issiqlik manbasi tomonidan ta'minlanadi. Marsga parvozlar va boshqa uzoq muddatli kosmik parvozlarda yopiq tsiklli gaz turbinalaridan foydalanish taklif qilindi.

Brayson sikliga muvofiq loyihalashtirilgan va boshqariladigan gaz turbinasi (4-rasm) oddiy tsiklli gaz turbinasi deyiladi. Samolyotdagi gaz turbinalarining ko'pchiligi dvigatelning og'irligi va old o'lchamini iloji boricha kichikroq saqlash uchun oddiy tsiklda ishlaydi. Biroq, quruqlik yoki dengizda foydalanish uchun qo'shish mumkin bo'ladi ixtiyoriy uskunalar dvigatelning samaradorligini va / yoki kuchini oshirish uchun oddiy tsiklli turbinaga. Uch turdagi modifikatsiya qo'llaniladi: regeneratsiya, oraliq sovutish va ikki marta isitish.

Regeneratsiya chiqindi gazlar yo'lida issiqlik almashtirgichni (rekuperator) o'rnatishni nazarda tutadi (4b-rasmdagi 4-band). Shaklning 2-bandidan siqilgan havo. 4b yonish kamerasiga kirishdan oldin chiqindi gazlar bilan issiqlik almashtirgichda oldindan isitiladi (6a-rasm).

Agar regeneratsiya yaxshi amalga oshirilsa, ya'ni issiqlik almashtirgichning samaradorligi yuqori bo'lsa va undagi bosimning pasayishi kichik bo'lsa, samaradorlik oddiy turbina aylanishiga qaraganda kattaroq bo'ladi. Shu bilan birga, regeneratorning narxini ham hisobga olish kerak. Regeneratorlar Abrams M1 tanklaridagi gaz turbinali dvigatellarda - "Cho'l bo'roni" operatsiyasining asosiy jangovar tankida va transport vositalarining eksperimental gaz turbinali dvigatellarida ishlatilgan. Regeneratsiyali gaz turbinalari samaradorlikni 5-6% ga oshiradi va qisman yuk ostida ishlaganda ularning samaradorligi yanada yuqori bo'ladi.

Intercooling issiqlik almashtirgichlardan foydalanishni ham o'z ichiga oladi. Intercooler (intercooler) gazni siqish paytida sovutadi. Misol uchun, agar kompressor yuqori va past bosimli ikkita moduldan iborat bo'lsa, ular orasiga gaz oqimini sovutish va yuqori bosimli kompressorda siqish uchun zarur bo'lgan ish hajmini kamaytirish uchun intercooler o'rnatilishi kerak (6b-rasm). Sovutish agenti atmosfera havosi (havo sovutgichlari deb ataladigan) yoki suv (masalan, kema turbinasidagi dengiz suvi) bo'lishi mumkin. Yaxshi ishlab chiqilgan intercoolerli gaz turbinasi quvvati oshishini ko'rsatish oson.