Gázturbina része. Gázturbina. Eszköz és működési elv. Ipari berendezések. Gázturbinák használata
Gritsyna V.P.
Az oroszországi villamosenergia-tarifák többszörös emelése miatt sok vállalkozás fontolgatja saját kis teljesítményű erőművek építését. Számos régióban kis vagy mini hőerőművek építésére irányuló programokat dolgoznak ki, különösen az elavult kazánházak helyettesítésére. Egy új kisüzemi hőerőműben, ahol a tüzelőanyag-felhasználás eléri a 90%-ot a termelésben és fűtésben a test teljes kihasználásával, az átvett villamos energia költsége lényegesen alacsonyabb lehet, mint a hálózatról átvett villamos energia költsége.
A kis hőerőművek építésére irányuló projektek mérlegelésekor az energetikusokat és a vállalati szakembereket a nagy energiaszektorban elért mutatók vezérlik. A nagyüzemi energiatermelésben használható gázturbinák (GTU) folyamatos fejlesztése lehetővé tette hatásfokuk 36%-ra vagy még magasabbra emelését, a kombinált gőz-gáz ciklus (CCG) alkalmazása pedig növelte a villamosenergia-hatékonyságot. hőerőművek 54%-57%-ra.
A kisüzemi villamosenergia-termelésben azonban nem célszerű figyelembe venni a CCGT egységek kombinált ciklusának összetett sémáit villamosenergia-termelésre. Ezenkívül a gázturbinák a gázmotorokhoz képest, mint az elektromos generátorok hajtásai jelentősen veszítenek hatásfok- és teljesítményjellemzőikben, különösen alacsony (10 MW-nál kisebb) teljesítményen. Mivel hazánkban sem a gázturbinák, sem a gázdugattyús motorok még nem terjedtek el a kisméretű, helyhez kötött áramtermelésben, jelentős problémát jelent a konkrét műszaki megoldás kiválasztása.
Ez a probléma a nagyüzemi energia esetében is aktuális, pl. villamosenergia-rendszerekhez. Modernben gazdasági feltételek, forrás hiányában elavult projekteket használó nagy erőművek építésére, amelyek között szerepel az 5 éve tervezett hazai 325 MW-os CCGT projekt is. Az oroszországi energiarendszereknek és a RAO UES-nek kiemelt figyelmet kell fordítania a kisüzemi energia fejlesztésére, amelynek létesítményeiben új technológiákat lehet kipróbálni, amelyek lehetővé teszik a hazai turbina- és gépgyártó üzemek felélesztésének megkezdését és a nagyobb kapacitásokra való átállást. a jövőben.
Az elmúlt évtizedben külföldön 100-200 MW teljesítményű nagy dízel- vagy gázüzemű hőerőművek épültek. A dízel- vagy gázmotoros erőművek (DTEPS) elektromos hatásfoka eléri a 47%-ot, ami meghaladja a gázturbinás erőművek mutatóit (36%-37%), de elmarad a CCGT erőművek mutatóitól (51%-57%). A CCGT erőművek nagy választékot tartalmaznak a berendezésekből: gázturbina, hulladékhő kazán, gőzturbina, kondenzátor, vízkezelő rendszer (plusz nyomásfokozó kompresszor, ha alacsony vagy közepes nyomású földgázt égetnek el. A dízelgenerátorok nehéz tüzelőanyaggal működhetnek, ami 2-szer olcsóbb, mint a gázturbinás tüzelőanyag, és alacsony nyomású gázzal üzemelhet nyomásfokozó kompresszorok használata nélkül. Az S.E.M.T. PIELSTICK szerint a 20 MW teljesítményű dízel erőforrás 15 év alatti üzemeltetésének teljes költsége kétszer annyi, mint a azonos teljesítményű gázturbinás hőerőmű, ha mindkét erőmű folyékony tüzelőanyagot használ.
Biztató Orosz gyártó a 22 MW-ig terjedő dízelmotoros egységek a Brjanszki Gépgyár, amely akár 50%-ig megnövelt hatásfokú erőforrásokat kínál az ügyfeleknek akár 700 cSt viszkozitású, 50 C-on legfeljebb 700 cSt viszkozitású és legfeljebb 50 %-os kéntartalmú nehéz tüzelőanyaggal történő üzemeltetéshez. 5%-ra és gáznemű tüzelőanyaggal történő üzemeltetésre.
A nagy dízel hőerőmű választása előnyösebb lehet a gázturbinás erőművel szemben.
A 10 MW-nál kisebb egységteljesítményű kisüzemi áramtermelésben a modern dízelgenerátorok előnyei még hangsúlyosabbak.
Tekintsünk három lehetőséget a gázturbinás egységekkel és gázdugattyús motorokkal rendelkező hőerőművekre.
Az első két (különböző villamos hatásfokú) erőművi lehetőség tüzelőanyag-felhasználási tényezője a hőszolgáltatás miatt elérheti a 80%-94%-ot mind gázturbinás, mind motoros hajtás esetén.
Az összes erőművi lehetőség hatékonysága elsősorban az „első szakasz” - az elektromos generátor meghajtásának - megbízhatóságától és hatékonyságától függ.
A kis gázturbinák kedvelői a nagyobb teljesítménysűrűségre hivatkozva kampányolnak széleskörű használatuk mellett. Például az [1]-ben arról számolnak be, hogy az Elliot Energy Systems (1998-1999-ben) 240 forgalmazóból álló elosztóhálózatot hoz létre Észak-Amerikában, mérnöki és szerviztámogatást nyújtva a „mikro” gázturbinák értékesítéséhez. A villamosenergia-rendszer egy 45 kW-os turbina gyártását rendelte meg, amelyet 1998 augusztusában kellett volna átadni. Megállapította továbbá, hogy a turbina elektromos hatásfoka eléri a 17%-ot, és megjegyezte, hogy a gázturbinák megbízhatósága magasabb, mint a dízel generátorok.
Ez az állítás pont az ellenkezője!
Ha ránéz az asztalra. 1. akkor látni fogjuk, hogy ilyen széles tartományban több száz kW-tól több tíz MW-ig a motorhajtás hatásfoka 13% -17%-kal magasabb. A "Vyartsilya" cég motorhajtásának jelzett erőforrása garantált erőforrást jelent a teljes erejéig nagyjavítás. Az új gázturbinák élettartama kiszámított erőforrás, amelyet tesztek igazolnak, de nem a valós működési statisztikák. Számos forrás szerint a gázturbinák erőforrása 30-60 ezer óra, ami a teljesítmény csökkenésével csökken. A külföldi gyártású dízelmotorok élettartama 40-100 ezer óra vagy több.
Asztal 1
Az elektromos generátor hajtások főbb műszaki paraméterei
G-gázturbinás erőmű, D-gázdugattyús generátor üzem Vyartsilyában.
D - gázolaj a Gazprom katalógusból
*Minimális szükséges tüzelőanyag nyomás = 48 ata!!
Teljesítmény jellemzők
Elektromos hatásfok (és teljesítmény) A Vyartsilya cég szerint ha a terhelést 100%-ról 50%-ra csökkentik, a gázmotorral hajtott elektromos generátor hatásfoka alig változik.
A gázmotor hatásfoka 25 °C-ig gyakorlatilag változatlan marad.
A gázturbina teljesítménye egyenletesen csökken -30 °C-ról +30 °C-ra.
40 °C feletti hőmérsékleten a gázturbina teljesítményének csökkenése (a névleges értékről) 20%.
Kezdési idő gázmotor 0-tól 100%-os terhelésig kevesebb, mint egy perc és vészhelyzet 20 másodperc alatt. A gázturbina elindítása körülbelül 9 percet vesz igénybe.
Gázellátási nyomás gázturbinánál 16-20 bar legyen.
A hálózati gáznyomás gázmotornál 4 bar (abs), 175 SG motornál akár 1,15 bar is lehet.
Tőkeberuházások egy körülbelül 1 MW teljesítményű hőerőműnél a Vyartsilya szakemberei szerint 1400 dollár/kW gázturbinás erőműnél és 900 dollár/kW gázdugattyús erőműnél.
Kombinált ciklusú alkalmazás kis hőerőműveknél egy további gőzturbina beépítése nem praktikus, mivel megduplázza a termomechanikus berendezések mennyiségét, a turbinacsarnok területét és a kiszolgáló személyzet számát, miközben a teljesítményt csak másfélszeresére növeli.
Amikor a CCGT blokk teljesítményét 325 MW-ról 22 MW-ra csökkentik, a Mashproekt atomerőmű (Ukrajna, Nikolaev) adatai szerint az erőmű ceremoniális hatásfoka 51,5%-ról 43,6%-ra csökken.
A 20-10 MW teljesítményű (gázüzemanyagot használó) dízel erőforrás hatásfoka 43,3%. Vegye figyelembe, hogy nyáron a dízelegységgel rendelkező CHP-erőművekben a melegvíz-ellátás a motor hűtőrendszeréből biztosítható.
A gázmotoros erőművek versenyképességére vonatkozó számítások azt mutatták, hogy a kiserőművek (1-1,5 MW) villamos energia költsége hozzávetőlegesen 4,5 cent / kWh, nagyban pedig 32-40 MW gázmotoros 3, 8 US cent/kWh.
Hasonló számítási módszer szerint a kondenzációs atomerőműből származó áram körülbelül 5,5 US cent/kWh. , a szén IES pedig körülbelül 5,9 cent. US/kWh A széntüzelésű CPP-hez képest egy gázmotoros állomás 30%-kal olcsóbban termel áramot.
A mikroturbinákkal előállított villamos energia költsége más források szerint 0,06 és 0,10 USD/kWh között mozog.
Egy komplett 75 kW-os gázturbinás generátor (USA) várható ára 40 000 dollár, ami megfelel a nagyobb (több mint 1000 kW-os) erőművek egységköltségének. A gázturbinás erőművek nagy előnye a kisebb méretek és a 3-szor kisebb tömeg.
Vegyük észre, hogy az orosz gyártmányú, 50-150 kW teljesítményű autómotorokra épülő elektromos generátoregységek fajlagos költsége többszöröse lehet az említett turbóegységeknek (USA), figyelembe véve a motorok sorozatgyártását és a alacsonyabb anyagköltség.
Íme a dán szakértők véleménye a kiserőművek megvalósításában szerzett tapasztalataikról.
"Egy 0,5-40 MW kapacitású, elkészült, kulcsrakész földgázerőműbe történő beruházás 6,5-4,5 millió DKK/1 MW (1 korona körülbelül 1 rubelnek felelt meg 1998 nyarán). Kombinált ciklusú CHP erőmű 50 MW alatti teljesítmény eléri a 40-44%-os elektromos hatásfokot.
A kenőolajok működési költségei, Karbantartásés a hőerőművek személyzeti fenntartása eléri a 0,02 koronát 1 kWh-nként gázturbinák. A gázmotoros CHP-erőművek esetében az üzemeltetési költségek körülbelül 0,06 dátum. CZK/1 kWh A jelenlegi dán áramárak mellett a gázmotorok nagy teljesítménye bőven kompenzálja magasabb működési költségeiket.
Dán szakértők úgy vélik, hogy a 10 MW alatti hőerőművek többségét a következő években gázmotorral szerelik fel."
következtetéseket
Úgy tűnik, hogy a fenti becslések egyértelműen bemutatják a motorhajtás előnyeit az alacsony teljesítményű erőművekben.
Jelenleg azonban a javasolt orosz gyártású földgázmotoros hajtás teljesítménye nem haladja meg a 800 kW-1500 kW teljesítményt (RUMO üzem, N-novgorodi és kolomnai gépgyár), és több üzem ennél magasabbat is kínálhat. teljesítményű turbóhajtások.
Két üzem Oroszországban: növény a nevét. A Klimova (Szentpétervár) és a Perm Motors készen áll arra, hogy hulladékhő-kazánokkal ellátott komplett mini-CHP erőműveket szállítson.
Területi szervezés esetén szolgáltatóközpont a kisturbinás turbinák karbantartási és javítási kérdései megoldhatók a turbina 2-4 órán belüli tartalék cseréjével és további javításával a műszaki központ gyári körülményei között.
A gázturbinák hatásfoka jelenleg 20-30%-kal növelhető gőz teljesítménybefecskendezésével egy gázturbinába (STIG ciklus vagy kombinált ciklusú gázciklus egy turbinában). A korábbi években ezt a műszaki megoldást a Nikolaevben (Ukrajna) található Aquarius erőmű teljes körű terepi tesztjein tesztelték az Atomerőmű Mashproekt és a PA Zarya, ami lehetővé tette a turbinaegység teljesítményének 16-ról 25 MW-ra való növelését, ill. a hatásfok 32 ,8%-ról 41,8%-ra nőtt.
Semmi sem akadályoz meg bennünket abban, hogy ezt a tapasztalatot kisebb kapacitásokba ültessük át, és így sorozatban szállított CCGT egységeket hozzunk létre. Ebben az esetben az elektromos hatásfok a dízelmotorokéhoz hasonlítható, a teljesítménysűrűség pedig annyira megnő, hogy a tőkeköltségek 50%-kal alacsonyabbak lehetnek, mint a gázüzemű CHP-erőművekben, ami nagyon vonzó.
Ezt a felülvizsgálatot annak bemutatására végezték el, hogy az oroszországi erőművek építésének lehetőségeinek mérlegelésekor, és még inkább az erőművek építési programjának létrehozására vonatkozó irányvonalak mérlegelésekor nem az egyedi lehetőségeket kell figyelembe venni szervezetek kínálhatnak, de a kérdések széles skáláját, figyelembe véve a hazai és regionális gyártók lehetőségeit és érdekeit a berendezések.
Irodalom
1. Power Value, Vol.2, No.4, 1998. július/augusztus, USA, Ventura, CA.
A kis turbina piactér
Stan Price, Northwest Energy Efficiency Council, Seattle, Washington és Portland, Oregon
2. Új energiatermelési irányok Finnországban
ASKO VUORINEN, Assoc. Prof. tech. Tudományok, JSC Vyartsila NSD Corporation, "ENERGETIK" -1997.11. 22. o
3. Központi hőellátás. Technológiai kutatás és fejlesztés Dániában. Energiaügyi Minisztérium. Energiaügyi Igazgatóság, 1993
4. DÍZEL ERŐMŰVEK. S.E.M.T. PIELSTICK. POWERTEK 2000 Exhibition Prospect, 2000. március 14-17.
5. Az OAO GAZPROM üzemeiben használatra javasolt erőművek és elektromos blokkok. KATALÓGUS. Moszkva 1999
6. Dízel erőmű. A „Brjanszki Gépgyártó Üzem” JSC kilátása. 1999 Kiállítási tájékoztató POWERTEK 2000/
7. NK-900E Blokk-moduláris hőerőmű. JSC Samara Tudományos és Műszaki Komplexum névadója. N.D. Kuznyecova. POWERTEK 2000 kiállítási prospektus
A hagyományos modern gázturbinás egység (GTU) egy légkompresszor, egy égéstér és egy gázturbina, valamint a működését biztosító segédrendszerek kombinációja. A gázturbinás egység és egy elektromos generátor kombinációját gázturbinás egységnek nevezzük.
Hangsúlyozni kell egy fontos különbséget a GTU és a PTU között. A PTU nem tartalmaz kazánt, pontosabban a kazán külön hőforrásnak minősül; ezzel a megfontolással a kazán egy „fekete doboz”: a tápvíz $t_(p.v)$ hőmérsékleten lép be, a gőz pedig a $р_0$, $t_0$ paraméterekkel távozik. Egy gőzturbinás üzem nem tud működni kazán, mint fizikai tárgy nélkül. A gázturbinás egységben az égéstér a szerves eleme. Ebben az értelemben a GTU önellátó.
A gázturbinás üzemek rendkívül változatosak, talán még a gőzturbináknál is változatosabbak. Az alábbiakban megvizsgáljuk az energiaszektor legígéretesebb és leggyakrabban használt egyszerű ciklusú gázturbinás üzemeit.
Sematikus ábrájaábrán egy ilyen gázturbinás egység látható. A légkörből származó levegő egy légkompresszor bemenetén lép be, amely egy forgó turbógép, amelynek áramlási útvonala forgó és álló rácsokból áll. Nyomásarány a kompresszor után p b az előtte lévő nyomásra p a légkompresszor sűrítési arányának nevezik, és általában pk-ként jelölik (pk = p b/p a). A kompresszor forgórészét egy gázturbina hajtja. Egy, két vagy több égéskamrába sűrített levegő áramot vezetnek. A legtöbb esetben a kompresszorból érkező légáram két áramra oszlik. Az első áramlást az égőberendezések felé irányítják, ahol az üzemanyagot (gázt vagy folyékony tüzelőanyagot) is szállítják. Az üzemanyag elégetésekor magas hőmérsékletű tüzelőanyag égéstermékek keletkeznek. A második áramból viszonylag hideg levegőt kevernek hozzájuk, hogy a gázturbina részei számára elfogadható hőmérsékletű gázokat (általában munkagázoknak neveznek) kapjanak.
Munkagázok nyomással r s (r s < p b az égéstér hidraulikus ellenállása miatt) egy gázturbina áramlási részébe táplálják, amelynek működési elve nem különbözik a gőzturbina működési elvétől (az egyetlen különbség, hogy a gázturbina tüzelőanyag égéstermékei, és nem gőzön). A gázturbinában a munkagázok csaknem atmoszférikus nyomásra tágulnak p d, lépjen be a 14 kimeneti diffúzorba, és onnan - vagy közvetlenül a kéménybe, vagy először valamilyen hőcserélőbe, amely a gázturbina üzem kipufogógázainak hőjét használja fel.
A gázturbinában a gázok tágulása miatt ez utóbbi termel áramot. Ennek igen jelentős részét (kb. felét) a kompresszor hajtására, a fennmaradó részt pedig az elektromos generátor hajtására fordítják. Ez a gázturbina egység hasznos teljesítménye, amelyet a címkézéskor jeleznek.
A gázturbina áramkörök ábrázolásához használja a szimbólumok, hasonlóan a szakiskoláknál használtakhoz.
A gázturbina nem lehet egyszerűbb, mivel tartalmaz egy minimális szükséges komponenst, amely biztosítja a munkafolyadék egymás utáni kompressziós, melegítési és expanziós folyamatait: egy kompresszort, egy vagy több azonos körülmények között működő égésteret és egy gázturbinát. Az egyszerű ciklusú gázturbinák mellett léteznek összetett ciklusú gázturbinás üzemek is, amelyek több kompresszort, turbinát és égésteret tartalmazhatnak. Az ilyen típusú gázturbinák közé tartozik a GT-100-750, amelyet a 70-es években a Szovjetunióban építettek.
Két tengelyből áll. A nagynyomású kompresszor egy tengelyen található KVDés az azt hajtó nagynyomású turbina hadműveleti színház; ennek a tengelynek a forgási sebessége változtatható. Az alacsony nyomású turbina a második tengelyen található TND, hajtja az alacsony nyomású kompresszort KNDés elektromos generátor PÉLDÁUL; ezért ennek a tengelynek állandó forgási sebessége 50 s -1. A légkörből 447 kg/s levegő érkezik KNDés benne körülbelül 430 kPa (4,3 at) nyomásra összenyomják, majd betáplálják a léghűtőbe BAN BEN, ahol vízzel hűtik 176-ról 35 °C-ra. Ez csökkenti a levegő sűrítéséhez szükséges munkát a nagynyomású kompresszorban KVD(p k = 6,3 tömörítési arány). Ebből a levegő a nagynyomású égéstérbe jut KSWDés a 750 °C hőmérsékletű égéstermékeket továbbítják hadműveleti színház. Tól től hadműveleti színház jelentős mennyiségű oxigént tartalmazó gázok jutnak az alacsony nyomású égéstérbe KSND, amelyben további üzemanyagot égetnek el, és abból be TND. A 390 °C-os kipufogógázok vagy a kéménybe, vagy egy hőcserélőbe távoznak a füstgázok hőjének hasznosítására.
A gázturbinák nem túl gazdaságosak a kipufogógázok magas hőmérséklete miatt. A rendszer összetettségének növelése lehetővé teszi a hatékonyság növelését, ugyanakkor fokozott tőkebefektetést igényel, és bonyolítja a működést.
Az ábrán a Siemens V94.3 gázturbinás egység készüléke látható. Az integrált légtisztító berendezés (ACP) légköri levegője belép a bányába 4 , és abból - az áramlási részhez 16 légkompresszor. A kompresszor levegőt sűrít. A sűrítési arány a tipikus kompresszorokban pc = 13-17, így a gázturbinás egységben a nyomás nem haladja meg az 1,3-1,7 MPa (13-17 at) értéket. Ez egy másik komoly különbség a gázturbina és a gőzturbina között, amelyben a gőznyomás 10-15-ször nagyobb, mint a gázturbina gáznyomása. Alacsony nyomás munkakörnyezet meghatározza a házak falának kis vastagságát és a fűtés egyszerűségét. Ez teszi a gázturbinát nagyon manőverezhetővé, i.e. gyors indításra és leállításra képes. Ha egy gőzturbina beindítása a kezdeti hőmérsékleti állapottól függően 1 órától több óráig tart, akkor egy gázturbinás egység 10-15 perc alatt üzembe helyezhető.
Kompresszorban összenyomva a levegő felmelegszik. Ez a fűtés egy egyszerű közelítő összefüggés segítségével becsülhető meg:
$$T_a/T_b = \pi_к^(0,25)$$
amiben T bÉs T a- abszolút levegő hőmérséklet a kompresszor mögött és előtt. Ha pl. T a= 300 K, azaz a környezeti levegő hőmérséklete 27 °C, és p k = 16, akkor T b= 600 K, és ezért a levegő felmelegszik
$$\Delta t = (600-273)-(300-273) = 300°C.$$
Így a kompresszor mögött a levegő hőmérséklete 300-350 °C. A lángcső falai és az égéstértest között lévő levegő az égőberendezésbe kerül, amelybe fűtőgázt vezetnek. Mivel a tüzelőanyagnak az égéstérbe kell jutnia, ahol a nyomás 1,3-1,7 MPa, a gáznyomásnak magasnak kell lennie. Az égéstérbe való áramlás szabályozásához a gáznyomás körülbelül kétszerese a kamrában uralkodó nyomásnak. Ha ilyen nyomás van a betápláló gázvezetékben, akkor a gáz közvetlenül a gázelosztási pontról (GDP) kerül az égéstérbe. Ha a gáznyomás elégtelen, akkor a hidraulikus rétegrepesztő egység és a kamra közé nyomásfokozó gázkompresszort kell beépíteni.
A tüzelőanyag-felhasználás a kompresszorból érkező levegőfogyasztásnak csak körülbelül 1-1,5%-a, így egy rendkívül gazdaságos gázfokozó kompresszor létrehozása bizonyos technikai nehézségeket jelent.
A lángcső belsejében 10 magas hőmérsékletű égéstermékek keletkeznek. A másodlagos levegő összekeverése után az égéstér kilépésénél némileg csökken, de ennek ellenére a tipikus modern gázturbinákban eléri az 1350-1400 °C-ot.
Az égéstérből forró gázok jutnak az áramlási részbe 7 gázturbina. Ebben a gázok szinte atmoszférikus nyomásra tágulnak, mivel a gázturbina mögötti tér vagy kéménnyel vagy hőcserélővel kommunikál, amelynek hidraulikus ellenállása kicsi.
Amikor a gázok kitágulnak egy gázturbinában, a tengelyén áram keletkezik. Ezt a teljesítményt részben a légkompresszor meghajtására, a feleslegét pedig a forgórész meghajtására használják fel 1 elektromos generátor. Az egyik jellegzetes vonásait A gázturbinás rendszer abból áll, hogy a kompresszor a gázturbina által termelt teljesítmény körülbelül felét igényli. Például egy Oroszországban létesítendő 180 MW teljesítményű gázturbinás blokkban (ez a hasznos teljesítmény) a kompresszor teljesítménye 196 MW. Ez az egyik alapvető különbség a gázturbina és a gőzturbina között: az utóbbiban a betáplált víz 23,5 MPa (240 at) nyomásra történő sűrítésére használt teljesítmény csak néhány százaléka a gőz teljesítményének. turbina. Ez annak köszönhető, hogy a víz rosszul összenyomható folyadék, és a levegő összenyomásához sok energiára van szükség.
Egy első, meglehetősen durva közelítésben a turbina mögötti gázok hőmérséklete egy egyszerű összefüggés segítségével becsülhető meg, ehhez hasonló:
$$T_c/T_d = \pi_к^(0,25).$$
Ezért ha $\pi_к = 16$, és a hőmérséklet a turbina előtt T s= 1400 °C = 1673 K, akkor a mögötte lévő hőmérséklet körülbelül K:
$$T_d=T_c/\pi_к^(0,25) = 1673/16^(0,25) = 836.$$
Így a gázturbinás üzem mögött elég magas a gázok hőmérséklete, és a tüzelőanyag elégetésével nyert jelentős hőmennyiség szó szerint a kéménybe kerül. Ezért amikor egy gázturbina önállóan működik, akkor a hatásfoka alacsony: a tipikus gázturbináknál 35-36%, azaz. lényegesen kisebb, mint a PTU hatékonysága. A helyzet azonban gyökeresen megváltozik, ha hőcserélőt (hálózati fűtőtest vagy kombinált ciklusú hulladékhő-kazán) szerelnek fel a gázturbina egység „farára”.
A gázturbina mögé diffúzor van felszerelve - egy simán táguló csatorna, amely során a gázok nagy sebességű nyomása részben nyomássá alakul. Ez lehetővé teszi, hogy a gázturbina mögött atmoszférikusnál kisebb nyomás legyen, ami növeli a turbinában lévő 1 kg gáz hatásfokát, és ezáltal növeli a teljesítményét.
Légkompresszor készülék. Amint már jeleztük, a légkompresszor egy turbógép, amelynek tengelyét egy gázturbina táplálja; ez a teljesítmény átadódik a kompresszor áramlási útján átáramló levegőnek, aminek következtében a légnyomás az égéstérben uralkodó nyomásig növekszik.
Az ábrán egy tartócsapágyakba helyezett gázturbina rotor látható; A kompresszor forgórésze és az állórész elemei jól láthatóak az előtérben.
A bányából 4 levegő jut a forgó lapátok által kialakított csatornákba 2 nem forgó bemeneti vezetőlapát (VNA). A VNA fő feladata az, hogy az axiális (vagy radiális-axiális) áramlást forgó mozgást adjon. A VNA csatornák alapvetően nem különböznek a gőzturbina fúvókacsatornáitól: zavarosak (kúposak), és az áramlás bennük felgyorsul, egyúttal kerületi sebességkomponenst is felvesz.
A modern gázturbinákban a bemeneti vezetőlapát forgó. A forgó VNA szükségességét a hatásfok csökkenésének megakadályozása okozza, amikor a gázturbina üzem terhelése csökken. A lényeg az, hogy a kompresszor és az elektromos generátor tengelyeinek forgási frekvenciája azonos, megegyezik a hálózati frekvenciával. Ezért ha nem VNA-t használ, akkor a kompresszor által az égéstérbe szállított levegő mennyisége állandó, és nem függ a turbina terhelésétől. A gázturbina teljesítménye pedig csak az égéstérbe jutó üzemanyag-áramlás megváltoztatásával változtatható. Ezért az üzemanyag-fogyasztás csökkenésével és a kompresszor által szállított állandó levegőmennyiséggel a munkagázok hőmérséklete mind a gázturbina előtt, mind mögötte csökken. Ez a gázturbinás egység hatásfokának igen jelentős csökkenéséhez vezet. A pengék forgása, amikor a tengely körüli terhelés csökken 1 25 - 30°-kal lehetővé teszi a VNA csatornák áramlási szakaszainak szűkítését és az égéstérbe jutó levegő áramlás csökkentését, a levegő és az üzemanyag áramlás közötti állandó arány fenntartásával. A bemeneti vezetőlapát beépítése lehetővé teszi a gázturbina előtti és mögötti gázok hőmérsékletének állandó szinten tartását körülbelül 100-80%-os teljesítménytartományban.
Az ábra a VNA pengék meghajtását mutatja. Mindegyik penge tengelyéhez egy forgó kar van rögzítve 2 amely a karon keresztül 4 csatlakozik a forgógyűrűhöz 1 . Ha szükséges a légáramlás megváltoztatása, a gyűrű 1 rudakkal és sebességváltóval ellátott villanymotorral forog; ebben az esetben minden kar egyszerre forog 2 és ennek megfelelően a VNA pengék 5 .
A VHA segítségével örvénylő levegő a légkompresszor 1. fokozatába jut, amely két rácsból áll: forgó és álló. Mindkét rács a turbina rácsokkal ellentétben táguló (diffúzor) csatornákkal rendelkezik, pl. légáteresztő terület a bemenetnél F 1-gyel kevesebb, mint F 2 a kimeneten.
Amikor a levegő egy ilyen csatornában mozog, a sebessége csökken ( w 2 < w 1), és a nyomás nő ( R 2 > R 1). Sajnos a diffúzorrács gazdaságossá tétele, i.e. hogy az áramlási sebesség w 1 maximális mértékben nyomássá alakulna át, hővé nem, csak kis fokú összenyomással lehetséges R 2 /R 1 (általában 1,2 - 1,3), ami nagyszámú kompresszorfokozathoz vezet (14 - 16, a kompresszor kompressziós aránya p k = 13 - 16).
Az ábra a légáramlást mutatja a kompresszor fokozatban. A levegő a bemeneti (rögzített) forgófúvókás berendezésből nagy sebességgel távozik c 1 (lásd a sebességek felső háromszögét), a szükséges kerületi csavarással (a 1< 90°). Если расположенная за ВНА вращающаяся (рабочая) решетка имеет скорость u 1, akkor a belépés relatív sebessége w 1 egyenlő lesz a vektorkülönbséggel c 1 és u 1, és ez a különbség nagyobb lesz, mint c 1 azaz w 1 > c 1 . A csatornában való mozgáskor a levegő sebessége az értékre csökken w 2, és b2 szögben jön ki, amelyet a profilok dőlése határoz meg. A forgás és a levegőnek a forgórészlapátokról történő energiaellátása miatt azonban a sebessége Val vel 2 abszolút mozgásban nagyobb lesz, mint c 1 . A rögzített rács lapátjai úgy vannak felszerelve, hogy a levegő bejutása a csatornába ütésmentes legyen. Mivel ennek a rácsnak a csatornái tágulnak, a sebessége csökken az értékre c"1, és a nyomás nő R 1-től R 2. A rács úgy van kialakítva c" 1 = c 1, a a " 1 = a 1. Ezért a második szakaszban és az azt követő szakaszokban a kompressziós folyamat hasonló módon fog lezajlani, ráadásul a rácsok magassága a kompresszió következtében megnövekedett levegősűrűségnek megfelelően csökken.
Néha a kompresszor első néhány fokozatának vezetőlapátjai ugyanúgy forgathatók, mint a VNA lapátok. Ez lehetővé teszi a gázturbinás blokk teljesítménytartományának bővítését, amelynél a gázturbina előtti és mögötti gázok hőmérséklete változatlan marad. Ennek megfelelően a hatékonyság növekszik. A több forgó vezetőlapát használata lehetővé teszi a gazdaságos munkavégzést a 100-50%-os teljesítmény tartományban.
A kompresszor utolsó fokozata az előzőekhez hasonló kialakítású, azzal a különbséggel, hogy az utolsó vezetőlapát feladata a 1 Nem csak a nyomás növelése, hanem a légáramlás axiális kiáramlásának biztosítása is. A levegő belép a gyűrű alakú kimeneti diffúzorba 23 , ahol a nyomás a maximális értékre emelkedik. Ezzel a nyomással a levegő belép az égési zónába 9 .
A légkompresszor házából levegőt vesznek a gázturbina elemek hűtésére. Ebből a célból gyűrű alakú kamrák vannak a testében, amelyek kommunikálnak a megfelelő lépcső mögötti térrel. A levegőt csővezetékek segítségével távolítják el a kamrákból.
Ezenkívül a kompresszor úgynevezett túlfeszültség-gátló szelepekkel és bypass csövekkel rendelkezik 6 , amely a kompresszor közbülső fokozataiból a levegőt a gázturbina kilépő diffúzorába vezeti, amikor az elindul és megáll. Ez kiküszöböli a kompresszor instabil működését alacsony légáramlási sebesség mellett (ezt a jelenséget hullámzásnak nevezik), ami az egész gép intenzív vibrációjában fejeződik ki.
A nagy hatékonyságú légkompresszorok létrehozása rendkívül összetett feladat, amely a turbinákkal ellentétben nem csak számítással és tervezéssel oldható meg. Mivel a kompresszor teljesítménye megközelítőleg megegyezik a gázturbina-egység teljesítményével, a kompresszor hatásfokának 1%-os romlása a teljes gázturbina-egység hatékonyságának 2-2,5%-os csökkenéséhez vezet. Ezért a jó kompresszor létrehozása az egyik legfontosabb probléma a gázturbinás egység létrehozásában. A kompresszorokat jellemzően szimulációval (skálázással) hozzák létre, hosszas kísérleti fejlesztéssel létrehozott modellkompresszor segítségével.
A gázturbinás üzemek égésterei igen változatosak. A fenti képen egy gázturbinás egység látható két távoli kamrával. Az ábrán az ABB egy 140 MW-os, 13E típusú, egy távoli égésterű gázturbinás egysége látható, melynek kialakítása hasonló az ábrán látható kamrához. A kompresszor levegője a gyűrűs diffúzorból belép a kamratest és a lángcső közötti térbe, majd gázégetésre és a lángcső hűtésére szolgál.
A távoli égésterek fő hátránya a nagy méreteik, amelyek jól láthatóak az ábrán. A kamrától jobbra egy gázturbina, balra pedig egy kompresszor található. A ház tetején három lyuk látható a túlfeszültség-gátló szelepek, majd a VNA meghajtó elhelyezésére. A modern gázturbinás erőművek főként beépített égéstereket használnak: gyűrűs és csőgyűrűs.
Az ábrán egy integrált gyűrű alakú égéstér látható. A gyűrű alakú égésteret a belső 17 és kültéri 11 lángcsövek. A csövek belseje speciális betétekkel van bélelve 13 És 16 hőzáró bevonattal a láng felőli oldalon; a szemközti oldalon a betétek bordái vannak, amelyek a lángcső belsejében a betétek közötti gyűrű alakú réseken át beáramló levegő által javítják a hűtést. Így az égési zónában 750-800 °C lángcső hőmérséklet érhető el. A kamra elülső mikrofáklyás égőberendezése több száz égőből áll 10 , amelyhez négy kollektorról szállítják a gázt 5 -8 . A kollektorok egyenkénti kikapcsolásával módosíthatja a gázturbina egység teljesítményét.
Az égő szerkezete az ábrán látható. A gáz az elosztóból a rúdba fúráson keresztül jut be 3 a pengék belső üregébe 6 örvénylő. Ez utóbbi egy üreges sugárirányú egyenes lapát, amely az égéstérből érkező levegőt csavarásra és forgásra kényszeríti a rúd tengelye körül. Ebbe a forgó légörvénybe a földgáz az örvénylapátok belső üregéből lép be 6 kis lyukakon keresztül 7 . Ebben az esetben homogén üzemanyag-levegő keverék képződik, amely örvénylő sugár formájában jön ki a zónából. 5 . A gyűrű alakú forgó örvény biztosítja a stabil gázégést.
Az ábra a GTE-180 csőgyűrűs égésterét mutatja. A gyűrű alakú térbe 24 a légkompresszor kimenete és a gázturbina bemenete között perforált kúpok segítségével 3 helyezzen el 12 lángcsövet 10 . A lángcső számos 1 mm átmérőjű lyukat tartalmaz, amelyek gyűrű alakú sorokban helyezkednek el, köztük 6 mm távolsággal; a furatsorok közötti távolság 23 mm. Ezeken a lyukakon kívülről „hideg” levegő jut be, amely konvektív filmhűtést és 850 °C-nál nem magasabb lángcső hőmérsékletet biztosít. A lángcső belső felületére 0,4 mm vastag hőzáró bevonat kerül.
Az előlapon 8 lángcső, égőberendezés van felszerelve, amely egy központi vezérlőégőből áll 6 az üzemanyag meggyújtása indításkor gyújtógyertya segítségével 5 , és öt fő modul, amelyek közül az egyik az ábrán látható. A modul lehetővé teszi a gáz és a dízel üzemanyag elégetését. Gáz a szerelvényen keresztül 1 a szűrő után 6 belép a gyűrű alakú tüzelőanyag-elosztóba 5 , és abból kis lyukakat tartalmazó üregekbe (átmérő 0,7 mm, osztás 8 mm). Ezeken a lyukakon keresztül a gáz a gyűrű alakú térbe jut. A modul falaiban hat érintőleges horony van kialakítva 9 , amelyen keresztül a légkompresszorból az égéshez szállított fő levegőmennyiség belép. A tangenciális barázdákban a levegő örvénylik, és így az üreg belsejében 8 forgó örvény keletkezik, amely az égőkészülék kilépése felé halad. A lyukakon keresztül az örvény perifériájára 3 gáz belép, levegővel keveredik, és a keletkező homogén keverék elhagyja az égőt, ahol meggyullad és ég. Az égéstermékek belépnek a gázturbina 1. fokozatának fúvóka berendezésébe.
A gázturbina a gázturbina legösszetettebb eleme, ami elsősorban az áramlási részén átáramló munkagázok nagyon magas hőmérsékletének köszönhető: a turbina előtti 1350 °C-os gázhőmérséklet jelenleg „szabványnak” számít. , és a vezető cégek, elsősorban a General Electric, az 1500 °C-os kezdeti hőmérséklet elsajátításán dolgoznak. Emlékezzünk vissza, hogy a gőzturbinák „standard” kezdeti hőmérséklete 540 ° C, és a jövőben - 600-620 ° C.
A kezdeti hőmérséklet növelésének vágya mindenekelőtt a hatékonyság növeléséhez kapcsolódik. Ez jól látszik a gázturbina-építés elért szintjét összefoglaló ábrán: a kezdeti hőmérséklet 1100-ról 1450 °C-ra emelése az abszolút hatásfok 32-ről 40%-ra való növekedését eredményezi, i.e. 25%-os üzemanyag-megtakarítást eredményez. Ennek a megtakarításnak egy része természetesen nemcsak a hőmérséklet-emelkedéssel jár, hanem a gázturbinás üzem egyéb elemeinek fejlesztésével is, és továbbra is a kezdeti hőmérséklet a meghatározó.
A gázturbina hosszú távú működésének biztosítása érdekében két eszköz kombinációját alkalmazzák. Az első megoldás a hőálló anyagok használata a leginkább terhelt alkatrészekhez, amelyek ellenállnak a nagy mechanikai terhelésnek és hőmérsékletnek (elsősorban a fúvókáknál és a munkalapátoknál). Ha 12-13% krómtartalmú acélokat (azaz vasalapú ötvözeteket) használnak a gőzturbina lapátjaihoz és néhány más elemhez, akkor a gázturbina lapátjaihoz nikkel alapú ötvözeteket (nimonikat) használnak, amelyek képesek hordani. tényleges mechanikai terhelések.és a szükséges élettartam 800-850 °C-os hőmérsékletnek is ellenáll. Ezért az elsővel együtt egy második eszközt használnak - a legforróbb részek hűtését.
A legtöbb modern gázturbina hűtéséhez levegőt vesznek a légkompresszor különböző fokozataiból. Már működnek olyan gázturbinák, amelyekben vízgőzt használnak hűtésre, ami jobb hűtőközeg, mint a levegő. A hűtőlevegő a hűtött részben felmelegedés után a gázturbina áramlási útjába kerül. Ezt a hűtőrendszert nyitottnak nevezik. Léteznek zárt hűtőrendszerek, amelyekben az alkatrészben felmelegített hűtőfolyadékot hűtőszekrénybe küldik, majd ismét visszavezetik az alkatrész hűtésére. Egy ilyen rendszer nemcsak nagyon összetett, hanem a hűtőszekrényben összegyűjtött hő visszanyerését is igényli.
A gázturbina hűtőrendszere a gázturbinás üzem legösszetettebb rendszere, amely meghatározza annak élettartamát. Nemcsak a munka- és fúvókalapátok megengedett szintjének tartásáról gondoskodik, hanem a házelemekről, a munkalapátokat tartó tárcsákról, a csapágytömítések reteszelését az olaj keringési helyén stb. Ez a rendszer rendkívül elágazó, és úgy van megszervezve, hogy minden hűtött elem az optimális hőmérséklet fenntartásához szükséges paramétereknek megfelelő hűtőlevegőt kapjon. Az alkatrészek túlzott hűtése éppúgy káros, mint az elégtelen hűtés, mivel a hűtőlevegő költségnövekedéséhez vezet, melynek kompresszorban való összenyomása turbina teljesítményt igényel. Ezenkívül a hűtéshez szükséges megnövekedett légáramlás a turbina mögötti gázok hőmérsékletének csökkenéséhez vezet, ami nagyon jelentősen befolyásolja a gázturbina egység mögé telepített berendezések (például gőz részeként működő gőzturbina egység) működését. turbinás egység). Végül a hűtőrendszernek nemcsak az alkatrészek megkívánt hőmérsékleti szintjét kell biztosítania, hanem azok egyenletes felmelegedését is, kiküszöbölve a veszélyes hőmérsékleti feszültségek előfordulását, amelyek ciklikus hatása repedések megjelenéséhez vezet.
Az ábrán egy tipikus gázturbina hűtőkörének példája látható. A gázhőmérséklet értékei téglalap alakú keretekben jelennek meg. Az 1. fokozatú fúvókakészülék előtt 1 eléri az 1350 °C-ot. Mögötte, i.e. az 1. fokozatú munkarács előtt 1130 °C. Még az utolsó fokozat munkalapátja előtt is 600 °C-on van. Az ilyen hőmérsékletű gázok mossák a fúvókát és a munkalapátokat, és ha nem hűtnék, akkor a hőmérsékletük megegyezne a gázok hőmérsékletével, élettartamuk pedig több órára korlátozódna.
A gázturbina elemeinek hűtéséhez levegőt használnak, amelyet a kompresszorból vesznek abban a szakaszban, ahol annak nyomása valamivel magasabb, mint a munkagázok nyomása a gázturbina azon zónájában, amelybe levegőt vezetnek. Például az 1. fokozat fúvókalapátjainak hűtésére a kompresszor bemeneténél a levegőáram 4,5%-ának megfelelő hűtőlevegőt vesznek el a kompresszor kimeneti befúvójából, az utolsó fokozat és a szomszédos fúvókalapátok hűtésére. a ház szakasza - a kompresszor 5. fokozatától. Néha a gázturbina legforróbb elemeinek hűtésére a kompresszor kimeneti befúvójából vett levegőt először egy léghűtőbe küldik, ahol lehűtik (általában vízzel) 180-200 ° C-ra, majd hűtésre küldik. Ilyenkor kevesebb levegő szükséges a hűtéshez, ugyanakkor költségek merülnek fel a léghűtővel kapcsolatban, bonyolultabbá válik a gázturbina, és a hűtővíz által kivont hő egy része elvész.
Egy gázturbinának általában 3-4 fokozata van, pl. 6-8 sor rács van, és leggyakrabban az összes sor lapátja hűtött, kivéve az utolsó szakasz munkalapátjait. A fúvókalapátok hűtésére szolgáló levegőt a végeiken keresztül vezetik be, és a profil megfelelő zónáiban található számos (600-700 0,5-0,6 mm átmérőjű lyukon) ürítik ki. A hűtőlevegő a forgórészlapátokhoz a szárak végein kialakított lyukakon keresztül jut.
A hűtött pengék tervezésének megértéséhez legalább általánosságban figyelembe kell venni a gyártási technológiát. A rendkívüli nehézségek miatt megmunkálás A nikkelötvözetek gyártásához a precíziós öntvényt elsősorban pengék gyártására használják. Ennek megvalósításához először kerámia alapú anyagokból öntőrudakat készítenek speciális formázási és hőkezelési technológiával. Az öntvénymag a leendő penge belsejében lévő üreg pontos mása, amelybe a hűtőlevegő áramlik és a kívánt irányba áramlik. Az öntőmagot egy öntőformába helyezzük, amelynek belső ürege teljesen megfelel a beszerezni kívánt pengének. A rúd és a forma fala közötti szabad teret felmelegített, alacsony olvadáspontú masszával (például műanyaggal) töltik ki, amely megkeményedik. A rúd a penge külső alakját megismétlő, megszilárduló, beborító masszával együtt viaszveszteség-modell. Öntőformába helyezik, amelybe a nimonos olvadékot táplálják. Ez utóbbi megolvasztja a műanyagot, átveszi a helyét, és ennek eredményeként egy öntött penge jelenik meg egy rúddal kitöltött belső üreggel. A rudat speciális vegyi oldatokkal való maratással távolítják el. Az így kapott fúvókalapátok gyakorlatilag nem igényelnek további mechanikai feldolgozást (kivéve a hűtőlevegő kilépésére szolgáló számos lyuk gyártását). Az öntött pengéknél a szárat speciális csiszolószerszámmal kell feldolgozni.
A röviden ismertetett technológia a repüléstechnikából származik, ahol az elért hőmérsékletek sokkal magasabbak, mint az álló gőzturbinákban. E technológiák elsajátításának nehézségei a helyhez kötött gázturbinás erőművek jóval nagyobb méretű lapátjaival függnek össze, amelyek a gáz áramlási sebességével arányosan nőnek, pl. GTU teljesítmény.
Nagyon ígéretesnek tűnik az úgynevezett monokristályos pengék alkalmazása, amelyek egykristályból készülnek. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a szemcsehatárok jelenléte a magas hőmérsékletnek való hosszan tartó kitettség során a fém tulajdonságainak romlásához vezet.
A gázturbina forgórésze egyedülálló előregyártott szerkezet. Összeszerelés előtt egyedi tárcsák 5 kompresszor és lemez 7 gázturbina lapátos és kiegyensúlyozott, végrészei készülnek 1 És 8 , távtartó rész 11 és központi rögzítőcsavar 6 . Mindegyik korongnak két gyűrű alakú gallérja van, amelyeken hirt készítenek (a feltalálóról nevezték el - Hirth), - szigorúan háromszög alakú profilú sugárirányú fogak. A szomszédos darabok pontosan ugyanolyan gallérral rendelkeznek, pontosan ugyanolyan markolattal. Nál nél jó minőségű A Hirth csatlakozás gyártása biztosítja a szomszédos tárcsák abszolút beállítását (ez biztosítja a Hirth-ek sugarát) és a rotor szétszerelése után megismételhető összeszerelést.
A rotor egy speciális állványra van összeszerelve, amely egy felvonó egy gyűrűs platformmal a szerelőszemélyzet számára, amelyen belül az összeszerelést végzik. Először a forgórész végét szerelik fel a menetre 1 és kötőrúd 6 . A rudat függőlegesen a gyűrűs platform belsejébe helyezzük, és daru segítségével ráeresztjük a kompresszor 1. fokozatának tárcsáját. A tárcsa és a végrész központosítása hirekkel történik. Egy speciális liften felfelé haladva a szerelőkar tárcsánként [először a kompresszor, majd a távtartó rész, majd a turbina és a jobb oldali végrész 8 ] összeszereli a teljes rotort. A jobb végére egy anyát csavarnak 9 , és a hajtórúd menetes részének fennmaradó részére egy hidraulikus eszközt szerelnek fel, amely összenyomja a tárcsákat és kihúzza a hajtórudat. A rúd kihúzása után az anyát 9 ütközésig becsavarva és a hidraulikus berendezést eltávolítva. A kifeszített rúd megbízhatóan összehúzza a tárcsákat, és a rotort egyetlen merev szerkezetté alakítja. Az összeszerelt rotort eltávolítják a szerelőállványról, és készen áll a beépítésre a gázturbinás egységbe.
A gázturbina fő előnye a tömörsége. Valóban, először is a gázturbinás üzemben nincs gőzkazán, olyan szerkezet, amely eléri a nagy magasságot, és külön helyiséget igényel a telepítéshez. Ez a körülmény elsősorban az égéstérben uralkodó magas nyomással (1,2-2 MPa) kapcsolódik; a kazánban az égés atmoszférikus nyomáson történik, és ennek megfelelően a keletkező forró gázok térfogata 12-20-szor nagyobb. Továbbá egy gázturbinás egységben a gáztágulás folyamata egy mindössze 3-5 fokozatból álló gázturbinában megy végbe, míg az azonos teljesítményű gőzturbina 3-4 hengerből áll, amelyek 25-30 fokozatot tartalmaznak. A 150 MW teljesítményű gázturbinás egység hossza az égésteret és a légkompresszort is figyelembe véve is 8-12 m, az azonos teljesítményű, háromhengeres kivitelű gőzturbina hossza pedig kb. 1,5-szer hosszabb. Ugyanakkor egy gőzturbinához a kazán mellett gondoskodni kell egy kondenzátor beépítéséről cirkulációs és kondenzátumszivattyúkkal, 7-9 fűtőtestből álló regenerációs rendszerrel, betápláló turbószivattyúkkal (egytől háromig) és légtelenítőt. Ebből adódóan a gázturbinás blokk a turbinatér nulla szintjén beton alapra szerelhető, a gőzturbinás egység pedig 9-16 m magas keretes alapozást igényel, a gőzturbinát a felső alaplapra, ill. segédeszközök- kondenzációs helyiségben.
A gázturbina tömörsége lehetővé teszi, hogy egy turbinagyárban összeszereljék, és vasúton vagy közúton szállítsák a turbina helyiségébe egyszerű alapra történő felszerelés céljából. Így különösen a beépített égésterű gázturbinás egységeket szállítják. Távoli kamrákkal ellátott gázturbinás egységek szállításakor az utóbbiakat külön szállítják, de könnyen és gyorsan csatlakoztathatók a kompresszor-gázturbina modulhoz karimák segítségével. A gőzturbinát számos egységgel és alkatrészrel szállítjuk, mind önmagának, mind számos segédberendezésnek és a köztük lévő bekötésnek a telepítése többszöröse a gázturbinás egységnek.
A gázturbinás egység nem igényel hűtővizet. Ennek eredményeként a gázturbinás egységből hiányzik a kondenzátor és a rendszer műszaki vízellátás szivattyúegységgel és hűtőtoronnyal (újrahasznosított vízellátással). Mindez azt eredményezi, hogy a gázturbinás erőmű 1 kW beépített kapacitásának költsége lényegesen alacsonyabb. Ugyanakkor maga a gázturbina (kompresszor + égéstér + gázturbina) költsége összetettsége miatt 3-4-szer magasabb, mint egy azonos teljesítményű gőzturbina költsége.
A gázturbina fontos előnye a nagy manőverezőképesség, amelyet az alacsony nyomásszint (a gőzturbina nyomásához képest) határoz meg, és ezáltal a könnyű fűtés és hűtés veszélyes hőmérsékleti feszültségek és deformációk fellépése nélkül.
A gázturbinás erőműveknek azonban vannak jelentős hátrányai is, amelyek közül mindenekelőtt a gőzerőműnél alacsonyabb hatásfokukat kell megjegyezni. A meglehetősen jó gázturbinás blokkok átlagos hatásfoka 37-38%, a gőzturbinás erőműveké 42-43%. A nagy teljesítményű gázturbinák felső határa, amint az jelenleg látható, 41-42% (és talán magasabb is, figyelembe véve a kezdeti hőmérséklet növelésére szolgáló nagy tartalékokat). A gázturbinák alacsonyabb hatásfoka a kipufogógázok magas hőmérsékletével függ össze.
A gázturbinás erőművek másik hátránya, hogy – legalábbis jelenleg – nem lehet bennük alacsony minőségű tüzelőanyagot használni. Csak gázzal vagy jó folyékony üzemanyaggal, például gázolajjal működik jól. A gőzerőművek bármilyen üzemanyaggal működhetnek, beleértve a legalacsonyabb minőségű üzemanyagot is.
A gázturbinás hőerőművek alacsony kezdeti költsége, valamint a felhasznált tüzelőanyag viszonylag alacsony hatásfoka és magas költsége, valamint a manőverezhetőség határozza meg a gázturbinák egyedi felhasználásának fő területét: az energiarendszerekben csúcs- vagy tartalék áramforrásként használják, napi több órán keresztül.
Ugyanakkor gyökeresen megváltozik a helyzet, ha a gázturbinás üzemek kipufogógázaiból származó hőt fűtőművekben, vagy kombinált (gőz-gáz) ciklusban hasznosítják.
Folyamatos hőturbina, amelyben a sűrített és felmelegített gáz (általában égéstermékek) hőenergiáját egy tengelyen mechanikus forgómunkává alakítják át; gázturbinás motor szerkezeti eleme.
A sűrített gáz felmelegítése általában az égéstérben történik. Lehetőség van fűtésre atomreaktorban stb. is. A gázturbinák először a 19. század végén jelentek meg. gázturbinás motorként és kialakításukban közel álltak a gőzturbinához. A gázturbina szerkezetileg a fúvóka berendezés rendezetten elhelyezett álló lapátperemeinek és a járókerék forgó peremeinek sorozata, amelyek ennek eredményeként az áramlási részt alkotják. A turbinafokozat egy járókerékkel kombinált fúvókaberendezés. A színpad áll egy állórészből, amely álló részeket (ház, fúvókalapátok, kötszergyűrűk) tartalmaz, és egy forgórészből, amely forgó alkatrészek halmaza (például forgó lapátok, tárcsák, tengely).
A gázturbina besorolása számos tervezési jellemző szerint történik: a gázáramlás iránya, a fokozatok száma, a hőkülönbség felhasználási módja és a járókerék gázellátásának módja. A gázáramlás iránya alapján a gázturbinák megkülönböztethetők axiális (leggyakoribb) és radiális, valamint átlós és érintőleges. Axiális gázturbinákban a meridionális szakaszban az áramlást főleg a turbina teljes tengelye mentén szállítják; a radiális turbináknál éppen ellenkezőleg, merőleges a tengelyre. A radiális turbinákat centripetálisra és centrifugálisra osztják. Az átlós turbinában a gáz egy bizonyos szögben áramlik a turbina forgástengelyéhez képest. A tangenciális turbina járókereke nem rendelkezik lapátokkal, az ilyen turbinákat nagyon alacsony gázáramlásra használják, általában mérőműszerekben. A gázturbinák egy-, két- és többfokozatúak.
A fokozatok számát számos tényező határozza meg: a turbina rendeltetése, kialakítása, az egy fokozat által kifejlesztett összteljesítmény, valamint a kiváltott nyomásesés. A rendelkezésre álló hőkülönbség felhasználási módja szerint megkülönböztetünk olyan fordulatszámú turbinákat, amelyeknél csak az áramlás fordul a járókerékben, nyomásváltozás nélkül (aktív turbinák), illetve a nyomásfokozatos turbinákat, amelyekben a nyomás csökken mind a fúvóka berendezésben, mind a forgórészlapátokon (sugárturbinák). Részleges gázturbináknál a gázt a járókerékhez a fúvóka berendezés kerületének egy részén vagy teljes kerülete mentén táplálják.
Egy többfokozatú turbinában az energiaátalakítási folyamat több egymást követő folyamatból áll, az egyes szakaszokban. A sűrített és felmelegített gáz a fúvóka berendezés lapátközi csatornáiba kerül kezdeti sebességgel, ahol a tágulási folyamat során a rendelkezésre álló hőkülönbség egy része a kiáramló sugár mozgási energiájává alakul. A gáz további expanziója és a hőátadás hasznos munkává való átalakítása a járókerék lapátközi csatornáiban történik. A forgórészlapátokra ható gázáram nyomatékot hoz létre a turbina főtengelyén. Ebben az esetben az abszolút gázsebesség csökken. Minél kisebb ez a fordulatszám, annál több gázenergiát alakítanak át mechanikai munkává a turbina tengelyén.
A hatásfok a gázturbinák hatásfokát jellemzi, amely az aknából eltávolított munka és a turbina előtt rendelkezésre álló gázenergia aránya. A modern többfokozatú turbinák effektív hatásfoka meglehetősen magas és eléri a 92-94%-ot.
A gázturbina működési elve a következő: a gázt kompresszor szivattyúzza az égéstérbe, levegővel keveredik, tüzelőanyag-keveréket képez és meggyújtják. A keletkező magas hőmérsékletű (900-1200 °C) égéstermékek több soron áthaladnak a turbina tengelyére szerelt lapátokon, és a turbina forgásához vezetnek. A tengely így keletkező mechanikai energiáját egy sebességváltón keresztül egy generátorhoz továbbítják, amely villamos energiát termel.
Hőenergia A turbinát elhagyó gázok belépnek a hőcserélőbe. Emellett a turbina mechanikai energiáját villamosenergia-termelés helyett különféle szivattyúk, kompresszorok stb. működtetésére lehet felhasználni. A gázturbinák leggyakrabban használt tüzelőanyaga a földgáz, bár ez nem zárja ki más gáznemű tüzelőanyag felhasználásának lehetőségét sem. Ugyanakkor a gázturbinák nagyon szeszélyesek, és fokozott követelményeket támasztanak az előkészítés minőségével szemben (bizonyos mechanikai zárványok és páratartalom szükséges).
A turbinából kiáramló gázok hőmérséklete 450-550 °C. A hőenergia és az elektromos energia mennyiségi aránya a gázturbináknál 1,5: 1 és 2,5: 1 között van, ami lehetővé teszi a hűtőfolyadék típusában eltérő kapcsolt energiatermelési rendszerek építését:
1) forró kipufogógázok közvetlen (közvetlen) felhasználása;
2) alacsony vagy közepes nyomású gőz (8-18 kg/cm2) előállítása külső kazánban;
3) melegvíz előállítása (jobb, ha a szükséges hőmérséklet meghaladja a 140 °C-ot);
4) nagynyomású gőztermelés.
A szovjet tudósok B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov és mások nagymértékben hozzájárultak a gázturbinák fejlesztéséhez. A helyhez kötött és mobil gázturbina-egységekhez való gázturbinák létrehozását külföldi cégek érték el ( A svájci Brown-Boveri, ahol a híres szlovák tudós, A. Stodola dolgozott, és Sulzer, az amerikai General Electric stb.).
BAN BEN további fejlődés gázturbinák a turbina előtti gázhőmérséklet növelésének lehetőségétől függ. Ez annak köszönhető, hogy új hőálló anyagokat és megbízható hűtőrendszereket hoztak létre a munkalapátok számára, jelentős fejlesztésekkel az áramlási részben stb.
Köszönhetően az 1990-es évek széleskörű átmenetének. A gázturbinák jelentős piaci szegmenst foglalnak el a földgáznak az elektromos energiatermelés fő tüzelőanyagaként való felhasználásában. Annak ellenére, hogy a berendezések maximális hatásfoka 5 MW és annál nagyobb teljesítményen érhető el (300 MW-ig), egyes gyártók 1-5 MW tartományban gyártanak modelleket.
A gázturbinákat a légi közlekedésben és az erőművekben használják.
- Előző: GÁZELEMZŐ
- Következő: GÁZMOTOR
A turbina olyan motor, amelyben a lapát berendezés helyzeti energia A sűrített folyadék mozgási energiává alakul, az utóbbi pedig a járókerekekben egy folyamatosan forgó tengelyre továbbított mechanikai munkává alakul.
Kialakításuk szerint a gőzturbinák állandóan üzemelő hőgépek. Üzem közben túlhevített vagy telített vízgőz lép be az áramlási részbe, és tágulása miatt forgásra kényszeríti a forgórészt. A forgás a gőz áramlásának eredményeként következik be a pengeberendezésen.
A gőzturbina egy gőzturbina szerkezet része, amelyet energia előállítására terveztek. Vannak olyan berendezések is, amelyek az elektromosság mellett hőenergia előállítására is képesek - a gőzlapátokon áthaladó gőzt a hálózati vízmelegítőkhöz juttatják. Ezt a típusú turbinát ipari fűtési vagy távfűtési típusú turbinának nevezik. Az első esetben a turbinában a gőzelszívást ipari célokra biztosítják. A generátorral kiegészített gőzturbina turbinaegység.
A gőzturbinák típusai
A turbinákat a gőz mozgási irányától függően radiális és axiális turbinákra osztják. A radiális turbinák gőzáramát a tengelyre merőlegesen irányítják. A gőzturbinák lehetnek egy-, két- és háromházasak. A gőzturbina különféle műszaki eszközökkel van felszerelve, amelyek megakadályozzák a környezeti levegő bejutását a házba. Ezek különféle tömítések, amelyekbe kis mennyiségű vízgőz kerül.
A tengely elülső részén egy biztonsági szabályozó található, amely a gőzellátás leállítására szolgál, ha a turbina fordulatszáma nő.
A főbb paraméterek jellemzői névleges értékek
· A turbina névleges teljesítménye- az a maximális teljesítmény, amelyet a turbinának hosszú ideig ki kell fejlesztenie az elektromos generátor kapcsain, a fő paraméterek normál értékeivel, vagy amikor azok az ipar által meghatározott határokon belül változnak, és állami szabványok. A szabályozott gőzelszívású turbina névleges értéke feletti teljesítményt tud kifejleszteni, ha ez megfelel alkatrészeinek szilárdsági feltételeinek.
· Gazdaságos turbina teljesítmény- az a teljesítmény, amelyen a turbina a leghatékonyabban működik. A névleges teljesítmény a friss gőz paramétereitől és a turbina rendeltetésétől függően 10-25%-kal lehet egyenlő vagy nagyobb a gazdaságos teljesítménynél.
· A regeneratív tápvíz fűtés névleges hőmérséklete- a tápvíz hőmérséklete az utolsó fűtőtest mögött a vízáramlás mentén.
· Névleges hűtővíz hőmérséklet- a hűtővíz hőmérséklete a kondenzátor bejáratánál.
Gázturbina(Francia turbina a latin turbóból örvény, forgás) egy folyamatos hőgép, amelynek lapátos berendezésében a sűrített és felmelegített gáz energiája mechanikai munkává alakul a tengelyen. Egy rotorból (tárcsákra szerelt munkalapátok) és egy állórészből (a házba rögzített vezetőlapátok) áll.
A magas hőmérsékletű és nyomású gáz a turbina fúvókán keresztül bejut a fúvóka mögötti alacsony nyomású területre, egyszerre tágulva és gyorsulva. Ezután a gázáram eléri a turbinalapátokat, kinetikus energiájának egy részét átadva nekik, és nyomatékot adva a lapátokhoz. A forgórészlapátok a forgatónyomatékot a turbina tárcsáin keresztül a tengelyre továbbítják. Jótékony tulajdonságok gázturbina: a gázturbina például egy vele egy tengelyen elhelyezett generátort forgat, ami a gázturbina hasznos munkája.
A gázturbinákat gázturbinás motorok (szállításra használt) és gázturbinás egységek (hőerőművekben helyhez kötött gázturbinás egységek, kombinált ciklusú gázturbina egységek részeként) részeként használják. A gázturbinákat a Brayton termodinamikai ciklus írja le, amely magában foglalja a levegő adiabatikus összenyomását, állandó nyomáson történő égést, majd az adiabatikus expanziót a kiindulási nyomásig.
A gázturbinák típusai
- Repülési és sugárhajtóművek
- Kiegészítő tápegység
- Ipari gázturbinák villamosenergia-termeléshez
- Turbótengelyes motorok
- Radiális gázturbinák
- Mikroturbinák
Mechanikailag a gázturbinák lényegesen egyszerűbbek lehetnek, mint a dugattyús belsőégésű motorok. Az egyszerű turbináknak egy mozgó része lehet: a tengely/kompresszor/turbina/alternatív forgórész szerelvény (lásd a fenti képet), az üzemanyagrendszert nem beleértve.
A bonyolultabb turbinák (a modern sugárhajtóművekben használtak) több tengelyt (tekercset), több száz turbinalapátot, mozgó állórészlapátot, valamint összetett csővezetékeket, égéstereket és hőcserélőket tartalmazhatnak.
Általában minél kisebb a motor, annál nagyobb a tengely(ek) fordulatszáma a lapátok maximális lineáris sebességének fenntartásához. Maximális sebesség A turbinalapátok meghatározzák az elérhető maximális nyomást, ami a maximális teljesítményt eredményezi, függetlenül a motor méretétől. A sugárhajtómű körülbelül 10 000, a mikroturbina pedig körülbelül 100 000 fordulat / perc fordulatszámmal forog.
Folyamatos hőturbina, amelyben a sűrített és felmelegített gáz (általában égéstermékek) hőenergiáját egy tengelyen mechanikus forgómunkává alakítják át; gázturbinás motor szerkezeti eleme.
A sűrített gáz felmelegítése általában az égéstérben történik. Lehetőség van fűtésre atomreaktorban stb. is. A gázturbinák először a 19. század végén jelentek meg. gázturbinás motorként és kialakításukban közel álltak a gőzturbinához. A gázturbina szerkezetileg a fúvóka berendezés rendezetten elhelyezett álló lapátperemeinek és a járókerék forgó peremeinek sorozata, amelyek ennek eredményeként az áramlási részt alkotják. A turbinafokozat egy járókerékkel kombinált fúvókaberendezés. A színpad áll egy állórészből, amely álló részeket (ház, fúvókalapátok, kötszergyűrűk) tartalmaz, és egy forgórészből, amely forgó alkatrészek halmaza (például forgó lapátok, tárcsák, tengely).
A gázturbina besorolása számos tervezési jellemző szerint történik: a gázáramlás iránya, a fokozatok száma, a hőkülönbség felhasználási módja és a járókerék gázellátásának módja. A gázáramlás iránya alapján a gázturbinák megkülönböztethetők axiális (leggyakoribb) és radiális, valamint átlós és érintőleges. Axiális gázturbinákban a meridionális szakaszban az áramlást főleg a turbina teljes tengelye mentén szállítják; a radiális turbináknál éppen ellenkezőleg, merőleges a tengelyre. A radiális turbinákat centripetálisra és centrifugálisra osztják. Az átlós turbinában a gáz egy bizonyos szögben áramlik a turbina forgástengelyéhez képest. A tangenciális turbina járókereke nem rendelkezik lapátokkal, az ilyen turbinákat nagyon alacsony gázáramlásra használják, általában mérőműszerekben. A gázturbinák egy-, két- és többfokozatúak.
A fokozatok számát számos tényező határozza meg: a turbina rendeltetése, kialakítása, az egy fokozat által kifejlesztett összteljesítmény, valamint a kiváltott nyomásesés. A rendelkezésre álló hőkülönbség felhasználási módja szerint megkülönböztetünk olyan fordulatszámú turbinákat, amelyeknél csak az áramlás fordul a járókerékben, nyomásváltozás nélkül (aktív turbinák), illetve a nyomásfokozatos turbinákat, amelyekben a nyomás csökken mind a fúvóka berendezésben, mind a forgórészlapátokon (sugárturbinák). Részleges gázturbináknál a gázt a járókerékhez a fúvóka berendezés kerületének egy részén vagy teljes kerülete mentén táplálják.
Egy többfokozatú turbinában az energiaátalakítási folyamat több egymást követő folyamatból áll, az egyes szakaszokban. A sűrített és felmelegített gáz a fúvóka berendezés lapátközi csatornáiba kerül kezdeti sebességgel, ahol a tágulási folyamat során a rendelkezésre álló hőkülönbség egy része a kiáramló sugár mozgási energiájává alakul. A gáz további expanziója és a hőátadás hasznos munkává való átalakítása a járókerék lapátközi csatornáiban történik. A forgórészlapátokra ható gázáram nyomatékot hoz létre a turbina főtengelyén. Ebben az esetben az abszolút gázsebesség csökken. Minél kisebb ez a fordulatszám, annál több gázenergiát alakítanak át mechanikai munkává a turbina tengelyén.
A hatásfok a gázturbinák hatásfokát jellemzi, amely az aknából eltávolított munka és a turbina előtt rendelkezésre álló gázenergia aránya. A modern többfokozatú turbinák effektív hatásfoka meglehetősen magas és eléri a 92-94%-ot.
A gázturbina működési elve a következő: a gázt kompresszor szivattyúzza az égéstérbe, levegővel keveredik, tüzelőanyag-keveréket képez és meggyújtják. A keletkező magas hőmérsékletű (900-1200 °C) égéstermékek több soron áthaladnak a turbina tengelyére szerelt lapátokon, és a turbina forgásához vezetnek. A tengely így keletkező mechanikai energiáját egy sebességváltón keresztül egy generátorhoz továbbítják, amely villamos energiát termel.
Hőenergia A turbinát elhagyó gázok belépnek a hőcserélőbe. Emellett a turbina mechanikai energiáját villamosenergia-termelés helyett különféle szivattyúk, kompresszorok stb. működtetésére lehet felhasználni. A gázturbinák leggyakrabban használt tüzelőanyaga a földgáz, bár ez nem zárja ki más gáznemű tüzelőanyag felhasználásának lehetőségét sem. Ugyanakkor a gázturbinák nagyon szeszélyesek, és fokozott követelményeket támasztanak az előkészítés minőségével szemben (bizonyos mechanikai zárványok és páratartalom szükséges).
A turbinából kiáramló gázok hőmérséklete 450-550 °C. A hőenergia és az elektromos energia mennyiségi aránya a gázturbináknál 1,5: 1 és 2,5: 1 között van, ami lehetővé teszi a hűtőfolyadék típusában eltérő kapcsolt energiatermelési rendszerek építését:
1) forró kipufogógázok közvetlen (közvetlen) felhasználása;
2) alacsony vagy közepes nyomású gőz (8-18 kg/cm2) előállítása külső kazánban;
3) melegvíz előállítása (jobb, ha a szükséges hőmérséklet meghaladja a 140 °C-ot);
4) nagynyomású gőztermelés.
A szovjet tudósok B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov és mások nagymértékben hozzájárultak a gázturbinák fejlesztéséhez. A helyhez kötött és mobil gázturbina-egységekhez való gázturbinák létrehozását külföldi cégek érték el ( A svájci Brown-Boveri, ahol a híres szlovák tudós, A. Stodola dolgozott, és Sulzer, az amerikai General Electric stb.).
A gázturbinák további fejlesztése a turbina előtti gáz hőmérsékletének növelésének lehetőségétől függ. Ez annak köszönhető, hogy új hőálló anyagokat és megbízható hűtőrendszereket hoztak létre a munkalapátok számára, jelentős fejlesztésekkel az áramlási részben stb.
Köszönhetően az 1990-es évek széleskörű átmenetének. A gázturbinák jelentős piaci szegmenst foglalnak el a földgáznak az elektromos energiatermelés fő tüzelőanyagaként való felhasználásában. Annak ellenére, hogy a berendezések maximális hatásfoka 5 MW és annál nagyobb teljesítményen érhető el (300 MW-ig), egyes gyártók 1-5 MW tartományban gyártanak modelleket.
A gázturbinákat a légi közlekedésben és az erőművekben használják.
- Előző: GÁZELEMZŐ
- Következő: GÁZMOTOR