ენერგეტიკული გაზის ტურბინის ბლოკები. სტუ-ს მუშაობის პრინციპი

ამჟამად რუსეთში არის რამდენიმე ათასი თბოელექტროსადგური და სახელმწიფო უბნის ელექტროსადგური, ასევე 66 ათასზე მეტი ქვაბის სახლი, რომლებიც უზრუნველყოფენ გამომუშავებული სითბოს თითქმის 80%-ს. ამ მხრივ, რუსეთი არის უდავო მსოფლიო ლიდერი ცენტრალიზებული სითბოს მიწოდების მოცულობებით. შეგახსენებთ, რომ ცენტრალიზაციის თვალსაზრისით, რუსეთი მსოფლიო ლიდერია არა მხოლოდ ენერგეტიკის სფეროში.
ამასთან, ექსპერტები აღნიშნავენ მოძველებულ აგრეგატებზე გაზის გამოყენების არაეფექტურობას, ასევე ტრადიციული ორთქლის ტურბინების ეფექტურობის დაბალ დონეს, რომელიც არ აღემატება 38%-ს. სითბო იწარმოება ცენტრალიზებულ ქსელებში უმეტესწილადწინა თაობების აღჭურვილობაზე ჭარბი სიცხე „ათბობს“ ჰაერს.
ადგილობრივი სისტემების გამოყენება ელექტრო და თერმული ენერგიის გამოყენებით გაზის ტურბინის ელექტროსადგურები (GTU)იკვებება ბუნებრივი აირით ან პროპანით ერთ-ერთი შესაძლო გადაწყვეტილებებიამ ამოცანის.
ამ კუთხით გამოიკვეთა ტენდენცია ელექტროენერგიისა და სითბოს მიწოდების დეცენტრალიზებული კომბინირებული წყაროების (ე.წ. კოგენერაციის რეჟიმი), დამონტაჟებულია როგორც არსებულ გათბობის ქვაბის სახლებში, ასევე ახლად აშენებულ სითბოს წყაროებზე. ყველაზე აქტუალურია ახალ მცირე ობიექტებზე გადასვლა თანამედროვე გაზის ტურბინების გამოყენებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ კოგენერაციას.

განვითარებულ ქვეყნებში იზრდება მცირე მასშტაბის ენერგეტიკული დანადგარების წილი კოგენერაციის ციკლით, რაც საშუალებას აძლევს ოპტიმიზაციას გაუწიოს სითბოს და ელექტროენერგიას სოციალურ და სამრეწველო ინფრასტრუქტურაში, ასევე უზრუნველყოს ენერგიის ეფექტური დაზოგვა. მაგალითად, აშშ-სა და დიდ ბრიტანეთში კოგენერაციის წილი მცირე ენერგეტიკაში 80%-ს აღწევს, ნიდერლანდებში - 70%-ს, გერმანიაში - 50%-ს. საზღვარგარეთ ამ პროცესს სახელმწიფო აქტიურად უჭერს მხარს როგორც საკანონმდებლო რეგულირებით, ასევე საბიუჯეტო დაფინანსებით.
გაზის ტურბინის კოგენერაციის ელექტროსადგურების ეკონომიკური ეფექტურობის საფუძველია მათი მაღალი ელექტრო და თერმული ეფექტურობა, რომელიც მიიღწევა მათი მუშაობის ძირითადი რეჟიმით თერმომოხმარებაზე (გათბობა, ცხელი წყლით მომარაგება, სითბოს მიწოდება წარმოების საჭიროებისთვის).
გაზის ტურბინის ერთეულებმა აღიარება მიიღეს ენერგეტიკულ სექტორში, როგორც სრულად განვითარებული, საიმედო მოწყობილობა.
ელექტროსადგურებში გაზის ტურბინის ერთეულების მუშაობის ინდიკატორები იმავე დონეზეა, როგორც ტრადიციული დენის აღჭურვილობა. მათ ახასიათებთ მუშაობისთვის მზადყოფნა კალენდარული დროის 90%-ში, 2-3 წლიანი სარემონტო ციკლი და უპრობლემოდ გაშვების მაჩვენებელი 95-97%.
დაბალი სპეციფიკური წონა, კომპაქტურობა, ტრანსპორტირების სიმარტივე და ინსტალაციის სიმარტივე გაზის ტურბინის ერთეულების ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობაა, ყველაზე მიმზიდველი მათი გამოყენების თვალსაზრისით.
გაზის ტურბინების უპირატესობებში ასევე შედის მოკლე დრომშენებლობა, მომხმარებელთა სითბოს და ელექტროენერგიის მიწოდების საიმედოობის გაზრდა, გარემოში მავნე გამონაბოლქვის მინიმალური მოცულობები, თბორეგულირების ინერციის შემცირება და გათბობის ქსელებში დანაკარგები დიდ RTS და CHPP-ებთან დაკავშირებულ ქსელებთან შედარებით.


აღწერა გაზის ტურბინის ტექნოლოგია .
გაზის ტურბინის საფუძველია გაზის გენერატორი, რომელიც ემსახურება როგორც შეკუმშული ცხელი წვის პროდუქტების წყაროს ელექტრო ტურბინის მართვისთვის.
გაზის გენერატორი შედგება კომპრესორის, წვის კამერისა და კომპრესორის მამოძრავებელი ტურბინისგან. კომპრესები კომპრესორში ატმოსფერული ჰაერი, რომელიც შედის წვის კამერაში, სადაც მას საქშენების საშუალებით მიეწოდება საწვავი (ჩვეულებრივ გაზი), შემდეგ საწვავი იწვება ჰაერის ნაკადში. წვის პროდუქტები მიეწოდება კომპრესორის ტურბინას და დენის ტურბინას (ერთ ლილვის ვერსიაში კომპრესორი და დენის ტურბინა შერწყმულია) დენის ტურბინის მიერ შემუშავებული სიმძლავრე მნიშვნელოვნად აღემატება კომპრესორის მიერ ჰაერის შეკუმშვისთვის მოხმარებულ სიმძლავრეს, ასევე. საკისრებში ხახუნის დაძლევა და დამხმარე დანადგარების მართვაზე დახარჯული სიმძლავრე. ამ მნიშვნელობებს შორის განსხვავება წარმოადგენს გაზის ტურბინის ერთეულის სასარგებლო სიმძლავრეს.
ტურბინის ლილვზე განთავსებულია ტურბოგენერატორი (ელექტროგენერატორი).
გაზის ტურბინის დრაივში გამოწურული აირები გამონაბოლქვი მოწყობილობით და მაყუჩით გადის საკვამურში. გამონაბოლქვი აირებიდან სითბოს აღდგენა შესაძლებელია, როდესაც გამონაბოლქვი აირები შედის ნარჩენი სითბოს ქვაბში, რომელშიც თერმული ენერგია წარმოიქმნება ორთქლის და/ან სახით. ცხელი წყალი. ნარჩენი სითბოს ქვაბიდან ორთქლი ან ცხელი წყალი შეიძლება გადაეცეს პირდაპირ სითბოს მომხმარებელს.
თანამედროვე გაზის ტურბინის ქარხნების ელექტროეფექტურობა არის 33-39%. თუმცა, მძლავრი გაზის ტურბინის ქარხნებში გამონაბოლქვი აირების მაღალი ტემპერატურის გათვალისწინებით, შესაძლებელია გაზისა და ორთქლის ტურბინების გაერთიანება. ამ საინჟინრო მიდგომას შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს საწვავის ეფექტურობა და გაზარდოს დანადგარების ელექტროეფექტურობა 57-59%-მდე.

გაზის ტურბინის ერთეულების უპირატესობებია დაბალი სპეციფიკური წონა, კომპაქტურობა, ტრანსპორტირების სიმარტივე და ინსტალაციის სიმარტივე. ნებადართულია შენობის ტექნიკურ სართულზე გაზის ტურბინული აგრეგატების დაყენება ან სახურავზე დაბალი სიმძლავრის გაზის ტურბინების განთავსება. ეს სასარგებლო თვისებასტუ ურბანული განვითარების მნიშვნელოვანი ფაქტორია.
გაზის ტურბინის ერთეულების მუშაობისას, მავნე NOx და CO გამონაბოლქვის შემცველობა მათ გამონაბოლქვი აირებში მინიმალურია. ასეთი შესანიშნავი გარემოსდაცვითი თვისებები შესაძლებელს ხდის ადვილად განთავსდეს გაზის ტურბინის ერთეულები ადამიანის საცხოვრებელთან ახლოს.

გარდა ამისა, მცირე სიმძლავრის გაზის ტურბინის ერთეულები, როგორც წესი, მიეწოდება ერთი ან რამდენიმე სრულად ასაწყობი ერთეულის სახით, რომლებიც საჭიროებენ მცირე სამონტაჟო სამუშაოებს და მათი შედარებით მცირე ზომები საშუალებას აძლევს მათ დამონტაჟდეს ვიწრო პირობებში. მთავარი სამოქმედო გეგმა. აქედან გამომდინარე, სამშენებლო და სამონტაჟო სამუშაოების შედარებით იაფია.
გაზის ტურბინის ერთეულებს აქვთ მცირე ვიბრაციები და ხმაური 65-75 დბ დიაპაზონში (რაც ხმაურის დონის სკალაზე შეესაბამება მტვერსასრუტის ხმას 1 მეტრის მანძილზე). როგორც წესი, ასეთი მაღალტექნოლოგიური წარმომქმნელი მოწყობილობებისთვის სპეციალური ხმის იზოლაცია არ არის საჭირო.
თანამედროვე გაზის ტურბინის ქარხნები ძალიან საიმედოა. არსებობს მტკიცებულება ზოგიერთი ერთეულის უწყვეტი მუშაობის შესახებ რამდენიმე წლის განმავლობაში. გაზის ტურბინების მრავალი მიმწოდებელი აწარმოებს ძირითადი რემონტიაღჭურვილობა ადგილზე, ინდივიდუალური კომპონენტების შეცვლა მწარმოებლთან ტრანსპორტირების გარეშე, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს განყოფილების მომსახურების ღირებულებას.
გაზის ტურბინების უმეტესობას აქვს გადატვირთვის უნარი, ე.ი. მზარდი სიმძლავრე რეიტინგის ზემოთ. ეს მიიღწევა სამუშაო სითხის ტემპერატურის გაზრდით.
თუმცა, მწარმოებლები აწესებენ მკაცრ შეზღუდვებს ასეთი რეჟიმების ხანგრძლივობაზე, რაც საშუალებას აძლევს მუშაობას საწყის ტემპერატურაზე არა უმეტეს რამდენიმე ასეული საათის განმავლობაში. ამ შეზღუდვების დარღვევა მნიშვნელოვნად ამცირებს ინსტალაციის რესურსს.


  კოვზი tar.
თუმცა, არსებობს სირთულეები ელექტროენერგიის გაზის ტურბინის ერთეულების დანერგვისას. ეს არის, უპირველეს ყოვლისა, გაზის საწვავის წინასწარი შეკუმშვის აუცილებლობა, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის ენერგიის წარმოების ღირებულებას, განსაკუთრებით მცირე გაზის ტურბინებისთვის და ზოგიერთ შემთხვევაში წარმოადგენს მნიშვნელოვან დაბრკოლებას ენერგეტიკულ სექტორში მათი განხორციელებისთვის. თანამედროვე გაზის ტურბინის ბლოკებისთვის მაღალი გრადუსიჰაერის შეკუმშვა, საწვავის გაზის საჭირო წნევა შეიძლება აღემატებოდეს 25-30 კგ/სმ2-ს.
Სხვებთან მნიშვნელოვანი ნაკლი GTU ხასიათდება ეფექტურობის მკვეთრი ვარდნით, როდესაც დატვირთვა მცირდება.
გაზის ტურბინის ერთეულების მომსახურების ვადა მნიშვნელოვნად უფრო მოკლეა, ვიდრე სხვა ელექტროსადგურების და ჩვეულებრივ 45-125 ათასი საათის ფარგლებშია.

ისტორიულად, გაზის ტურბინების ტექნოლოგიის განვითარების პიონერები იყვნენ გემებისა და თვითმფრინავების ძრავების შემქმნელები. ამიტომ, დღეისათვის მათ აქვთ დაგროვილი უდიდესი გამოცდილება ამ სფეროში და არიან ყველაზე კვალიფიციური სპეციალისტები.
რუსეთში, გაზის ტურბინის ელექტროსადგურების წარმოებაში წამყვან პოზიციებს იკავებენ კომპანიები, რომლებიც ავითარებენ და აწარმოებენ საავიაციო გაზის ტურბინის ძრავებს და გაზის ტურბინის ერთეულებს, რომლებიც შექმნილია სპეციალურად ენერგიის გამოყენებისთვის:
   - სს "ლიულკა-სატურნი"(ქალაქი მოსკოვი),
   - OJSC "Rybinsk Motors"(რიბინსკი),
ორივე შედის NPO "სატურნი",
   - NPP im. V.Ya. კლიმოვა(სანქტ-პეტერბურგი),
   - FSUE MMPP "Salut"(ქალაქი მოსკოვი),
და სხვა

2004-2006 წლებში მოსკოვში მონაწილეობით OJSC "სატურნი - გაზის ტურბინები"ექსპერიმენტული გაზის ტურბინის აგრეგატების (GTU) მშენებლობა და ექსპლუატაცია განხორციელდა Kuryanovo RTS-სა და Penyagino RTS-ში. გაზის ტურბინების გამოყენების მთავარი ამოცანაა უზრუნველყოს ელექტროენერგიით და სითბოს დამოუკიდებელი მიწოდება საბინაო და კომუნალურ მომსახურებაზე. ორივე RTS-ში დამონტაჟდა ორი გაზის ტურბინის აგრეგატი GTA-6RMერთეულის სიმძლავრით 6 მგვტ. GTA-6RM არის NPO Saturn-ის მიწისზედა პროდუქტების ერთ-ერთი მთავარი სახეობა.
გაზის ტურბინის აგრეგატები GTA-6RM აწყობილია სერიულ საფუძველზე, შედარებით იაფი, თვითმფრინავის ძრავები D-30KU/KP, რომლებმაც დაიმკვიდრეს თავი რუსეთში ყველაზე საიმედო ძრავად, რომელიც გამოიყენება მასობრივი წარმოების IL-62M, TU-154M და IL-76 თვითმფრინავებზე. ამ ძრავების საერთო მუშაობის დრო 36 მილიონ საათს გადააჭარბა.
დანადგარები იწარმოება ბლოკ-მოდულური და საამქრო (სადგურის) ვერსიებში და შეიძლება მუშაობდეს ერთჯერადად ან სხვადასხვა სერიის ტურბოგენერატორებთან ერთად, რომლებსაც აქვთ იდენტური ოპერაციული მახასიათებლები, ცხელი წყლის ან ორთქლის აღდგენის ქვაბები.
2005 წელს GTA-6RM 100-ს შორის იყო საუკეთესო პროდუქტებირუსეთში, მას ოფიციალურად მიენიჭა "სამშობლოს სიამაყის" სტატუსი.

ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ გაზის ტურბინის ერთეულების გამოყენება RTS სისტემაში შესაძლებელს ხდის გაზარდოს მუნიციპალური ეკონომიკისა და დედაქალაქის საცხოვრებელი სექტორის სითბოს მიწოდების საიმედოობა არსებული სიცოცხლის მხარდაჭერის სისტემების დუბლირებისა და სიჭარბის გამო, აგრეთვე. გაზარდოს ქალაქის ეკონომიკის ენერგეტიკული უსაფრთხოება.

და უნდა ითქვას, რომ მოსკოვის მთავრობამ სერიოზულად დადო ფსონი დედაქალაქის ენერგეტიკულ კომპლექსში გაზის ტურბინების მასიურ გამოყენებაზე.
გთავაზობთ ამონარიდებს 2009 წლის 29 დეკემბრის N 1508-PP დადგენილებიდან. "ქალაქ მოსკოვის სითბოს მიწოდების სქემის შესახებ 2020 წლამდე."
  პრიორიტეტული მიმართულებამოსკოვის ქალაქ მოსკოვის თბომომარაგების განვითარება 2020 წლამდე არის სითბოს და ელექტროენერგიის კომბინირებული წარმოების ტექნოლოგიის დანერგვა გათბობის რესურსების დამატებითი მოზიდვით და ქალაქის მომხმარებლების სითბოს და ელექტრული დატვირთვების დაფარვით ახლით. გაზის ტურბინის ელექტროსადგურები.
....................................
თბომომარაგების სისტემის შემდგომი განვითარება უნდა ეფუძნებოდეს:
 .............................................
- ელექტროსადგურებში ავტონომიური გამომუშავების წყაროების დაყენება ( გაზის ტურბინის ბლოკები) ელექტროსადგურის გასაშვებად ენერგოსისტემასთან კავშირის დაკარგვის შემთხვევაში და ავტონომიური ელექტროენერგიის მიწოდება პიკური წყლის გათბობის ქვაბებისთვის საგანგებო რეჟიმებში.

ჯერჯერობით მხოლოდ თავად გაზის ტურბინაზე ვისაუბრეთ, არა

* * კითხვა, საიდან მოდის გაზი, რომელიც მას კვებავს.

სამუშაო ორთქლი ორთქლის ქვაბიდან ორთქლის ტურბინაში შედის. რა მოწყობილობებია საჭირო გაზის ტურბინის სამუშაო გაზით მოსამარაგებლად?

გაზის ტურბინის მუშაობისთვის საჭიროა გაზი ენერგიის დიდი მარაგით. გაზის ენერგია - მისი უნარი შეასრულოს მექანიკური სამუშაოები გარკვეულ პირობებში - დამოკიდებულია წნევაზე და ტემპერატურაზე. რაც უფრო შეკუმშულია გაზი და რაც უფრო მაღალია მისი ტემპერატურა, მით მეტი მექანიკური სამუშაოს შესრულება შეუძლია მას გაფართოების დროს. ეს ნიშნავს, რომ ტურბინებს მუშაობისთვის სჭირდება შეკუმშული და გაცხელებული გაზი. აქედან ნათელია, თუ რომელი მოწყობილობები უნდა იყოს ჩართული გაზის ტურბინის ინსტალაციაში (ან გაზის ტურბინის ძრავაში). ეს, პირველ რიგში, ჰაერის შეკუმშვის მოწყობილობაა და მეორეც, მისი გასათბობი მოწყობილობა

და მესამე, თავად გაზის ტურბინა, რომელიც შეკუმშული და გაცხელებული გაზის შიდა ენერგიას მექანიკურ სამუშაოდ გარდაქმნის.

ჰაერის შეკუმშვა რთული ამოცანაა. ამის განხორციელება ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე თხევადი საწვავის წვის პალატაში შეყვანა. მაგალითად, წვის პალატაში 10 ატმოსფერო წნევით წამში ერთი კილოგრამი ნავთის მიწოდებისთვის საჭიროა დაახლოებით 2 ცხენის ძალა დახარჯოთ, ხოლო ერთი კილოგრამი ჰაერი წამში 10 ატმოსფერომდე შეკუმშვისთვის საჭიროა დაახლოებით 400 ცხენის ძალა. ხოლო გაზის ტურბინის ქარხნებში დაახლოებით 60 კილოგრამი ჰაერია თითო კილოგრამ ნავთი.

ეს ნიშნავს, რომ 10 ატმოსფეროს წნევით წვის კამერაში ჰაერის მიწოდებისთვის საჭიროა 12 ათასჯერ მეტი ენერგიის დახარჯვა, ვიდრე თხევადი საწვავის მიწოდებისთვის.

ჰაერის შეკუმშვისთვის გამოიყენება სპეციალური მანქანები, რომლებსაც ჰქვია აფეთქება ან კომპრესორი. მათი მუშაობისთვის საჭირო მექანიკურ ენერგიას ისინი თავად გაზის ტურბინიდან იღებენ. კომპრესორი და ტური-

მოძრავი კომპრესორი.

კომპრესორი.

ურნები დამონტაჟებულია ერთ ლილვზე და ტურბინა თავისი სიმძლავრის ნაწილს ექსპლუატაციის დროს გადასცემს ჰაერის კომპრესორს.

გაზის ტურბინის დანადგარები იყენებენ ორი ტიპის კომპრესორს: ცენტრიდანული და ღერძული.

ცენტრიდანული კომპრესორი (ნახ. 6), როგორც მისი სახელი მიუთითებს, იყენებს ცენტრიდანულ ძალას ჰაერის შეკუმშვისთვის. ასეთი კომპრესორი შედგება შესასვლელი მილისგან, რომლის მეშვეობითაც გარე ჰაერი შედის კომპრესორში; დისკი სამუშაო პირებით, რომელსაც ხშირად უწოდებენ იმპულსს (ნახ. 7); ეგრეთ წოდებული დიფუზორი, რომელშიც შედის იმპულსიდან გამომავალი ჰაერი და გამოსასვლელი მილები, რომლებიც შეკუმშულ ჰაერს დანიშნულების ადგილამდე ატარებენ, მაგალითად, გაზის ტურბინის ერთეულის წვის კამერაში.

ცენტრიდანული კომპრესორში შემავალი ჰაერი იკვრება სწრაფად მბრუნავი იმპერატორის პირებით და ცენტრიდანული ძალის გავლენით ისვრის ცენტრიდან გარშემოწერილობისკენ. არხებს შორის მოძრაობს და დისკთან ერთად ბრუნავს, ის შეკუმშულია ცენტრიდანული ძალებით. რაც უფრო სწრაფად ბრუნავს იმპულარი, მით მეტია ჰაერის შეკუმშვა. თანამედროვე კომპრესორებში იმპულსის პერიფერიული სიჩქარე წამში 500 მეტრს აღწევს. ამ შემთხვევაში, ჰაერის წნევა იმპულსის გამოსასვლელში არის დაახლოებით 2,5 ატმოსფერო. გარდა ამისა სისხლის მაღალი წნევაპირებს შორის გამავალი ჰაერი იძენს მაღალ სიჩქარეს, მნიშვნელობით ახლოს იმპულსის პერიფერიულ სიჩქარესთან. შემდეგ ჰაერი გადის დიფუზორით - თანდათანობით გაფართოებული არხით. ასეთ არხზე გადაადგილებისას ჰაერის სიჩქარე იკლებს და წნევა იზრდება. დიფუზორის გამოსასვლელში ჰაერს ჩვეულებრივ აქვს დაახლოებით 5 ატმოსფეროს წნევა.

ცენტრიდანული კომპრესორების დიზაინი მარტივია. ისინი მსუბუქი წონაა და შეუძლიათ შედარებით ეფექტურად იმუშაონ სხვადასხვა ნომრებილილვის ბრუნვები და ჰაერის ნაკადის სიჩქარე. ამ თვისებებმა უზრუნველყო მათი ფართო გამოყენება ტექნოლოგიაში. თუმცა, ცენტრიდანულ კომპრესორებს არ აქვთ საკმარისად მაღალი ეფექტურობა - მხოლოდ 70-75%. ამიტომ, გაზის ტურბინების დანადგარებში, სადაც დიდი ენერგია იხარჯება ჰაერის შეკუმშვაზე, უფრო ხშირად გამოიყენება ღერძული ტიპის კომპრესორები. მათი ეფექტურობა უფრო მაღალია და 85-90%-ს აღწევს. მაგრამ მისი დიზაინის თვალსაზრისით, ღერძული კომპრესორი უფრო რთულია ვიდრე ცენტრიდანული და აქვს მეტი წონა.

ღერძული კომპრესორი შედგება რამდენიმე იმპულსისგან, რომლებიც მყარად არის დამონტაჟებული ლილვზე და მოთავსებულია არხში, რომლის მეშვეობითაც ჰაერი მოძრაობს. თითოეული იმპულსი არის დისკი, რომელსაც აქვს პირები რგოლზე. როდესაც იმპულარი სწრაფად ბრუნავს, პირები იკუმშება არხზე გამავალი ჰაერი და ზრდის მის სიჩქარეს.

ყოველი იმპერატორის უკან დგას ფიქსირებული პირების ერთი რიგი - მიმძღვანელი ფანქარი, რომელიც კიდევ უფრო ზრდის ჰაერის წნევას და აძლევს ჭავლს საჭირო მიმართულებას.

იმპულს, რომელსაც მის უკან მდებარე ფიქსირებული მიმავალი ფრთები აქვს, კომპრესორის საფეხურს უწოდებენ. ღერძული კომპრესორის ერთი ეტაპი ზრდის ჰაერის წნევას დაახლოებით 1,3-ჯერ. უფრო მაღალი წნევის მისაღებად გამოიყენება რამდენიმე საფეხურიანი ღერძული კომპრესორები. მაღალი წნევის მისაღებად, ღერძული კომპრესორებით

ბრინჯი. 8. თხუთმეტსაფეხურიანი ღერძული კომპრესორის როტორი.

14, 16 და მეტი ნაბიჯი. მრავალსაფეხურიან ღერძულ კომპრესორებში როტორის პირები ზოგჯერ დამონტაჟებულია არა ცალკეულ დისკებზე, არამედ საერთო ღრუ ლილვზე, ე.წ. კომპრესორის მბრუნავ ნაწილს (ბარაბანი, ლილვზე დამაგრებული პირების რიგებით ან იმპულერებით) ეწოდება როტორი (ნახ. 8), ხოლო კომპრესორის გარსაცმზე დამაგრებულ სტაციონალურ სახელმძღვანელო ფურცლებს ეწოდება მისი სტატორი.

ღერძულმა კომპრესორმა მიიღო თავისი სახელი, რადგან ჰაერი მოძრაობს მისი ღერძის გასწვრივ, განსხვავებით ცენტრიდანული კომპრესორისგან, რომელშიც ჰაერი მოძრაობს რადიალური მიმართულებით.

კომპრესორში მაღალ წნევამდე შეკუმშული ჰაერი მიეწოდება წვის კამერას. აქ თხევადი საწვავი შეჰყავთ ჰაერის ნაკადში სპრეის საქშენების მეშვეობით, რომელიც აალდება ისევე, როგორც ძრავებში. შიგაწვის- ელექტრო სანთლის გამოყენებით. ელექტრული სანთელი მუშაობს მხოლოდ ძრავის ჩართვისას. შემდგომი წვა მუდმივად ხდება. ამავე დროს, ის გამოირჩევა დიდი რიცხვისითბო. ერთი კილოგრამი ნავთის წვისას 10500 კალორია სითბო გამოიყოფა.

რაც უფრო მეტი სითბო გამოიყოფა საწვავის წვის დროს, მით უფრო მაღალია გაზების ტემპერატურა წვის კამერის ბოლოს. თუ 1 კილოგრამი ნავთი მიეწოდება 15 კილოგრამ ჰაერს, გაზის ტემპერატურა მიაღწევს დაახლოებით 2500°C-ს. აირის ასეთ მაღალ ტემპერატურაზე გაზის ტურბინის ბლოკის მუშაობა ძალიან ეფექტური იქნება. თუმცა, საქშენების და ტურბინის პირების მასალა ვერ უძლებს ასეთ სიცხეს. საუკეთესო თანამედროვე სითბოს მდგრადი შენადნობები, რომლებიც გამოიყენება საავიაციო გაზის ტურბინის ძრავებში, საშუალებას იძლევა მუშაობა გაზის ტემპერატურაზე დაახლოებით 900°C. ელექტროსადგურებში მომუშავე ტურბინებში, სადაც აღემატება გრძელვადიანიგამოიყენება მომსახურება და ნაკლებად ძვირი შენადნობები, გაზის დასაშვები ტემპერატურა კიდევ უფრო დაბალია. ამიტომ, გაზის ტურბინის ერთეულების წვის კამერებში ზე

1 კილოგრამი ნავთი ან ზეთი მიეწოდება 50-80 კილოგრამ ჰაერს. ამ თანაფარდობით წვის კამერის ბოლოს დგინდება აირების ტემპერატურა, რაც დაშვებულია პირების სიძლიერით.

გაზის ტურბინის სადგურებისთვის წვის კამერის დაპროექტება რთული სამეცნიერო და ტექნიკური პრობლემაა. წვის პალატა ექვემდებარება მთელ რიგ მკაცრ მოთხოვნებს, რომელთა შესრულება განსაზღვრავს მთლიანი ინსტალაციის მუშაობას. აქ არის ამ მოთხოვნებიდან ყველაზე მნიშვნელოვანი. პირველ რიგში, აუცილებელია საწვავის სრული წვის უზრუნველყოფა. თუ საწვავს არ აქვს დრო, რომ მთლიანად დაიწვას წვის პალატაში, მაშინ მისი ენერგიის ნაწილი დაიხარჯება. შემცირდება გაზის ტურბინის ქარხნის ეფექტურობა. უფრო მეტიც, საწვავი, რომელსაც წვის პალატაში დაწვის დრო არ ჰქონდა, დაიწყებს წვას ტურბინის პირებს შორის, რაც გამოიწვევს პირების დამწვრობას და გაფუჭებას, ანუ ავარიას. ასევე არ უნდა იყოს დაშვებული, რომ ტურბინაში შემავალი გაზი, ნაცვლად იმისა, რომ იგივე ტემპერატურა ჰქონდეს მთელ კვეთაზე, იყოს, მაგალითად, 600°C ერთ ადგილას, ხოლო მეორეში 1200°C. აქედან გამომდინარე, აუცილებელია კამერიდან გასვლამდე გაზების კარგი შერევა, რათა გამოირიცხოს ტურბინაში მომატებული ტემპერატურის მქონე აირის ცალკეული „აფრქვევების“ შესაძლებლობა. დაბოლოს, აუცილებელია წვის კამერის კედლები კარგად გაცივდეს, რათა დაიცვათ დამწვრობისგან.

ყველა ამ პრობლემის გადასაჭრელად ჰაერის ნაკადი გაზის ტურბინის ძრავების წვის კამერებში იყოფა ორ ნაწილად (ნახ. 9). ნაკადის უფრო მცირე ნაწილი მიმართულია შიდა ნაწილიკამერები - ე.წ. ფლეიმის მილში. იქ საწვავი იწვის მაღალ ტემპერატურაზე (მაღალი ტემპერატურა საშუალებას იძლევა მიაღწიოს საკმარისს

სრული წვა). დანარჩენი ჰაერი არ მონაწილეობს წვის პროცესში. ის გარედან რეცხავს ფლეიმის მილს და აცივებს. შემდეგ ცივი ჰაერი ერევა ცხელ გაზებს. უკეთესი შერევისთვის, იგი კეთდება მილის კედლებში დიდი რიცხვიპატარა ხვრელები, რომლებშიც გამაგრილებელი ჰაერი შემოდის მცირე ნაწილებში და შერეულია ცხელ გაზებთან. გამაგრილებელი ჰაერის ამ მიწოდების წყალობით, კედლებთან გაზის ტემპერატურა უფრო დაბალია, ვიდრე ალი მილის ცენტრში. ეს ასევე ხელს უწყობს მის დაცვას დამწვრობისგან.

გაზის ტურბინის ერთეულის წვის პალატა ჩვეულებრივ მდებარეობს კომპრესორსა და ტურბინას შორის. ამ მოწყობილობით, გაზის ნაკადი პირდაპირ მიდის სამონტაჟო შესასვლელიდან მის გასასვლელში. მაგრამ ინსტალაციის ცენტრში არის ლილვი, რომელიც აკავშირებს ტურბინას კომპრესორთან. ეს ლილვი ძალიან არ უნდა გაცხელდეს, წინააღმდეგ შემთხვევაში მისი სიმტკიცე შემცირდება. ამიტომ, წვის პალატა მზადდება რგოლური ან ერთი

საერთო კამერა იცვლება 6-10 ცალკეული კამერით, რომლებიც განლაგებულია ლილვის გარშემო წრეში.

თქვენ გაეცანით გაზის ტურბინის ქარხნის სამ ძირითად ნაწილს: ჰაერის კომპრესორი, წვის კამერა და გაზის ტურბინა. ნახ. სურათი 10 გვიჩვენებს გაზის ტურბინის ძრავის დიაგრამას. აი, როგორ მუშაობს.

კომპრესორი ამოიღებს ჰაერს ატმოსფეროდან და შეკუმშავს მას. შეკუმშული ჰაერი შედის წვის კამერაში, სადაც საწვავის წვის გამო მისი ტემპერატურა რამდენიმე ასეული გრადუსით იზრდება. გაზის წნევა

რჩება დაახლოებით მუდმივი. ამიტომ, ამ ტიპის ძრავებს უწოდებენ გაზის ტურბინის ძრავებს მუდმივი წვის წნევით. წვის კამერიდან გაზი მაღალი წნევით და ტემპერატურით და შესაბამისად ენერგიის დიდი მარაგით მიდის ტურბინაში. იქ ხდება შეკუმშული და გაცხელებული გაზის ენერგიის სასარგებლო სამუშაოდ გადაქცევის პროცესი.

გაზი მუშაობს ტურბინაში გაფართოების პროცესში, ანუ როდესაც მისი წნევა მცირდება. გაზის ტურბინების უმეტეს ქარხნებში გაზის წნევა მცირდება ატმოსფერულ წნევამდე. ეს ნიშნავს, რომ პროცესი ხდება ტურბინაში, ამის საპირისპირო, რომელიც გადადის კომპრესორში.

თუ ჰაერის ტემპერატურა კომპრესორის გამოსასვლელში და ტურბინის შესასვლელში ერთნაირი იქნებოდა, მაშინ როდესაც ჰაერი ტურბინაში გაფართოვდა, ის იმავე სამუშაოს შეასრულებდა, რაც დახარჯული იყო მის შეკუმშვაზე კომპრესორში - იმ პირობით, რომ არ იქნება ენერგიის დანაკარგები ჰაერის ხახუნისა და ტურბულენტობის დროს. და ამ დანაკარგების გათვალისწინებით, ჰაერი უფრო ნაკლებ სამუშაოს შეასრულებს ტურბინაში, ვიდრე კომპრესორის ბრუნვისთვის საჭირო სამუშაო. ნათელია, რომ ასეთი ინსტალაცია არ მოიტანს სარგებელს. მაგრამ კომპრესორი შეკუმშავს ცივ ჰაერს და ძალიან გაცხელებული გაზი შედის ტურბინაში. ამრიგად, გაზის გაფართოების სამუშაო გამოდის 1,5-2-ჯერ მეტი ვიდრე კომპრესორისთვის საჭირო. მაგალითად, თუ გაზის ტურბინას აქვს 10000 ცხენის ძალა, მაშინ დაახლოებით 6000 ცხენის ძალა უნდა დაიხარჯოს მასთან დაკავშირებული კომპრესორის როტაციისთვის.

სიძლიერე დარჩენილი თავისუფალი სიმძლავრე 4000 ცხენის ძალა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრო გენერატორის, გემის პროპელერის, თვითმფრინავის პროპელერის ან სხვა მექანიზმების როტაციისთვის.

გაზის ტურბინის ძრავის მუშაობისთვის საჭიროა მთელი რიგი დამხმარე ერთეული: საწვავის ტუმბოები, ავტომატური მოწყობილობები, რომლებიც არეგულირებენ მის მუშაობას, შეზეთვისა და გაგრილების სისტემა, კონტროლის სისტემა და ა.შ.

გაზის ტურბინის ძრავის დასაწყებად, თქვენ უნდა დაატრიალოთ მისი როტორი (ნახ. 11) წუთში რამდენიმე ასეულ ბრუნამდე. ამ მიზანს ემსახურება პატარა დამხმარე ძრავა, რომელსაც სტარტერი ეწოდება. დიდი გაზის ტურბინის ძრავებისთვის, დამწყები ხშირად არის პატარა გაზის ტურბინის ძრავები, რომელთა სიმძლავრე დაახლოებით 100 ცხენის ძალაა, ზოგჯერ კი მეტი. ეს დამწყები თავის მხრივ ტრიალებს პატარა ელექტროძრავებით, რომლებიც იკვებება ბატარეით.

მექანიკური სამუშაოს მისაღებად ცხელი აირების ნაკადის გამოყენების შესაძლებლობის იდეა ძალიან დიდი ხნის წინ გაჩნდა. ჯერ კიდევ 450 წლის წინ, დიდმა იტალიელმა მეცნიერმა ლეონარდო და ვინჩიმ აღწერა ბორბალი, რომლის პირები იყო დამონტაჟებული ბუხრის ზემოთ კერაში. გაზის ნაკადის გავლენის ქვეშ, ასეთ ბორბალს შეუძლია ბრუნა და ააფეთქოს. ლეონარდო და ვინჩის ბორბალი შეიძლება ჩაითვალოს გაზის ტურბინის პროტოტიპად.

1791 წელს ინგლისელმა ჯონ ბარბერმა აიღო პატენტი გაზის ტურბინის ქარხანაზე. პატენტზე დართული ნახატიდან შეიძლება წარმოვიდგინოთ, რომ ინსტალაცია, ავტორის თქმით, უნდა ემუშავა მყარი ან თხევადი საწვავის დისტილაციით მიღებულ აალებადი გაზზე. ავზში გაზი პრიმიტიული კომპრესორის გამოყენებით შედიოდა. მისგან შედიოდა წვის პალატაში, სადაც აირია მეორე კომპრესორის მიერ მოწოდებულ ჰაერში და აალდა. წვის პროდუქტები კამერიდან მიედინებოდა ტურბინის ბორბალზე. თუმცა იმ დროს არსებული ტექნოლოგიური განვითარების დონის გათვალისწინებით, გაზის ტურბინის დანერგვა შეუძლებელი იყო. პირველი გაზის ტურბინა შეიქმნა მხოლოდ მე -19 საუკუნის ბოლოს რუსმა გამომგონებელმა P.D. Kuzminsky-მ, რომელმაც, როგორც უკვე ვთქვით, ასევე ააშენა პირველი ორთქლის ტურბინა ზღვის გემებისთვის.

გაზის ტურბინის ძრავა, რომელიც აშენდა 1897 წელს P. D. Kuzminsky-ის დიზაინის მიხედვით, შედგებოდა ჰაერის კომპრესორის, წვის კამერისა და რადიალური ტურბინისგან (ნახ. 12). კუზმინსკი იყენებდა წვის კამერის წყლის გაგრილებას. წყალმა კედლები გააგრილა და შემდეგ კამერაში შევიდა. წყლის მიწოდებამ შეამცირა ტემპერატურა და ამავდროულად გაზარდა ტურბინაში შემავალი გაზების მასა, რასაც უნდა გაზრდილიყო ინსტალაციის ეფექტურობა. სამწუხაროდ, კუზმინსკის შემოქმედებას ცარისტული ხელისუფლების მხარდაჭერა არ მოჰყოლია.

7 წლის შემდეგ, 1904 წელს, გერმანელი ინჟინერ შტოლცის დიზაინით აშენდა გაზის ტურბინა საზღვარგარეთ, მაგრამ მას პრაქტიკული გამოყენება არ მიუღია, რადგან მას ბევრი ხარვეზი ჰქონდა.

1906 წელს ფრანგმა ინჟინერებმა არმანგომ და ლემალმა ააშენეს გაზის ტურბინა 25 ცხენის ძალის სიმძლავრის, შემდეგ კი მეორე 400 ცხენის ძალის სიმძლავრის. ამ ინსტალაციის ეფექტურობა იყო მხოლოდ 3%.

პირველი გაზის ტურბინის ერთეულების ტესტებმა აჩვენა, რომ მათი ეფექტურობის გასაზრდელად აუცილებელია კომპრესორისა და ტურბინის ეფექტურობის მნიშვნელოვანი მატება, ასევე ამაღლება

გაზების ტემპერატურა წვის პალატაში. ამან აიძულა ბევრი გამომგონებელი ეძია სხვა გაზის ტურბინის დიზაინი. გაჩნდა კომპრესორის მოშორების სურვილი, რათა თავიდან ავიცილოთ დიდი ენერგიის დანაკარგები ჰაერის შეკუმშვისას. მაგრამ ტურბინას შეუძლია იმუშაოს მხოლოდ მაშინ, როდესაც წვის პალატაში გაზის წნევა უფრო მაღალია, ვიდრე ტურბინის უკან. წინააღმდეგ შემთხვევაში, გაზი არ შემოვა კამერიდან ტურბინაში და არ ამოძრავებს მის იმპულსს. პალატაში უწყვეტი წვის პროცესით, კომპრესორის გამოყენება შეკუმშული ჰაერის მომწოდებელი გარდაუვალია. თუმცა, თუ წვის პროცესს წყვეტთ, შეგიძლიათ უარი თქვათ

კომპრესორიდან ან გამოიყენეთ კომპრესორი, რომელიც უზრუნველყოფს მცირე ჰაერის შეკუმშვას და, შესაბამისად, ნაკლებ ენერგიას მოიხმარს. ასეთ პულსირებულ კამერას ჰაერი მიეწოდება იმ დროს, როცა მასში წვა არ არის და წნევა ძალიან დაბალია. ჰაერის შემოსვლისა და საწვავის შეფრქვევის შემდეგ, კამერის შესასვლელი იხურება და ჩნდება ციმციმი. ვინაიდან კამერა დახურულია და გაზები ვერ გაფართოვდებიან, მასში წნევა მკვეთრად იზრდება. მას შემდეგ, რაც აირები კამერიდან გადის ტურბინაში, შესასვლელი სარქველი იხსნება და ჰაერის ახალი ნაწილი შედის კამერაში. ამრიგად, აირების მუდმივი მოცულობით, ანუ დახურულ პალატაში წვის პროცესის განხორციელებით შესაძლებელია მათი წნევის გაზრდა კომპრესორის დახმარების გარეშე.

1908 წელს რუსი ინჟინერი ვ.ვ.

კაროვოდინმა შექმნა ასეთი გაზის ტურბინის მოდელის პროტოტიპი (სურ. 13). კამერა დაიხურა საწვავის წვის დროს სპეციალური სარქვლის გამოყენებით. ტურბინას ჰქონდა ოთხი წვის კამერა, საიდანაც გაზი მიედინებოდა ოთხი გრძელი საქშენით იმპულსში. ტესტირების დროს მოდელმა შეიმუშავა 1,6 ცხენის ძალა; ეფექტურობა იყო მხოლოდ 3%. ამისთვის სამრეწველო აპლიკაციებიეს ტურბინაც ჯერ არ იყო შესაფერისი.

გერმანელი ინჟინერი ჰოლც-ვარტი ასევე დიდი ხნის განმავლობაში მუშაობდა გაზის ტურბინების შექმნაზე მუდმივი წვის მოცულობით. მისი პროექტების მიხედვით 1914-1920 წლებში იყო
აშენდა რამდენიმე ტურბინა სიმძლავრით 500-დან 2000 ცხენის ძალამდე. თუმცა არცერთი მათგანი არ იყო შესაფერისი სამრეწველო ოპერაცია. მხოლოდ 1930-იან წლებში მოახერხა შვეიცარიულმა კომპანია Brown-Boveri-მ შექმნა რამდენიმე მუდმივი მოცულობის წვის ტურბინები, რომლებიც შესაფერისია პრაქტიკული გამოყენებისთვის. ამჟამად ასეთ ტურბინებზე მუშაობა თითქმის მთლიანად შეჩერებულია.

ჩვენმა მეცნიერებმა სხვა გზა აიღეს. ინჟინერი

V. X. Abians თავის წიგნში "საავიაციო გაზის ტურბინების თეორია" საბჭოთა სპეციალისტების ნამუშევრებზე წერს:

საბჭოთა მეცნიერების ერთ-ერთი მთავარი დამსახურებაა ის, რომ მათ დაასაბუთეს მუდმივი წვის წნევით ტურბინების განვითარების შესაძლებლობა და პერსპექტივები, ხოლო უცხოელი (კერძოდ, გერმანელი) გაზის ტურბინის ინჟინრები მუშაობდნენ მუდმივი წვის მოცულობის ტურბინების სფეროში. გაზის ტურბინების ყველა შემდგომი განვითარება, მათ შორის საავიაციო, ბრწყინვალედ ადასტურებდა საბჭოთა მეცნიერების პროგნოზებს, რადგან გაზის ტურბინების განვითარების მთავარი გზა აღმოჩნდა ტურბინების შექმნა მუდმივი წვის წნევით.

საბჭოთა მეცნიერთა ნაშრომებმა დაამტკიცა, რომ გაზის ტურბინის ერთეულებს მუდმივი წვის წნევით გაზის საკმარისად მაღალ ტემპერატურაზე შეიძლება ჰქონდეთ მაღალი ეფექტურობა.

1939 წელს პროფესორმა ვ.მ.მაკოვსკიმ ხარკოვის ტურბინის გენერატორის ქარხანაში ააგო გაზის ტურბინა მუდმივი წვის წნევით. მისი სიმძლავრე იყო 400 კილოვატი. ლილვი, დისკი და ღრუ ტურბინის პირები გაცივდა წყლით. მაკოვსკის ტურბინა გამიზნული იყო მიწისქვეშა გაზიფიკაციის შედეგად მიღებულ აალებადი გაზზე მუშაობისთვის. ქვანახშირი. ის დამონტაჟდა და წარმატებით გამოსცადა გორლოვკას ერთ-ერთ მაღაროში.

ჩვენი ქარხნები ამჟამად აწარმოებენ სხვადასხვა ტიპის მაღალეფექტურ გაზის ტურბინებს.

მიუხედავად იმისა, რომ გაზის ტურბინის აგრეგატი დიზაინით უფრო მარტივია, ვიდრე დგუშიანი შიდა წვის ძრავა, მის შექმნას დიდი კვლევითი სამუშაოები დასჭირდა. სწორედ ამიტომ, მხოლოდ ჩვენს დროში, მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების თანამედროვე მიღწევებზე დაყრდნობით, შესაძლებელი გახდა ეფექტური გაზის ტურბინის ძრავის შექმნა.

რა მეცნიერული პრობლემების გადაჭრა სჭირდებოდათ მეცნიერებს, სანამ გაზის ტურბინის ქარხნების შექმნას შეძლებდნენ?

გაზის ტურბინის შექმნისას საჭირო იყო სწრაფვა, რომ მაქსიმალურად სრულად გამოეყენებინათ გაზის ენერგია და უკიდურესად შემცირებულიყო მისი დანაკარგები ხახუნისა და მორევის წარმოქმნის გამო. გაზის გადაადგილების მაღალი სიჩქარე ტურბინაში შესაძლებელს ხდის უფრო დიდი სიმძლავრის მიღებას მცირე ინსტალაციისგან. მაგრამ ამავე დროს, ასეთი სიჩქარე თან ახლავს დიდი ენერგიის დანაკარგების საფრთხეს. რაც უფრო დიდია სითხის ან აირის მოძრაობის სიჩქარე, მით მეტი დანაკარგიენერგია ხახუნისა და მორევის წარმოქმნისთვის.

მაღალი ეფექტურობის მქონე გაზის ტურბინის ქარხნის ასაშენებლად საჭირო იყო კომპრესორისა და ტურბინის ნაწილების ყველაზე ხელსაყრელი ზომები, ფორმა და შედარებითი პოზიცია. ამისთვის კი საჭირო იყო აირების მოძრაობის შესწავლა და იმის გარკვევა, თუ როგორ მოქმედებენ ისინი მათ ირგვლივ მომდინარე მყარ სხეულებზე. გაზის მოძრაობის შესწავლა საჭირო იყო ტექნოლოგიის მრავალი დარგის განვითარებისთვის.

ამ დარგის მეცნიერთა პირველი ამოცანა იყო გაზის მოძრაობის შესწავლა შედარებით დაბალი სიჩქარით, როდესაც ის პრაქტიკულად არ არის შეკუმშული. ვინაიდან შეკუმშვადი აირის მოძრაობა ექვემდებარება იგივე კანონებს, როგორც სითხის მოძრაობა, მეცნიერების ამ დარგს ჰიდროდინამიკა ეწოდება (ბერძნულად „ჰიდრ“ - წყალი).

ამავდროულად ვითარდებოდა მეცნიერება გაზის მოლეკულური სტრუქტურისა და წნევისა და ტემპერატურის გავლენის ქვეშ მისი მდგომარეობის შეცვლის პროცესების შესახებ. მას უწოდებენ თერმოდინამიკას (ლათინური სიტყვიდან "თერმო" - სითბო).

ჰიდროდინამიკის განვითარების პროცესში საჭირო გახდა გათვალისწინება მახასიათებლებიგაზი, განასხვავებს მას თხევადისაგან. ასე რომ, ჰიდროდინამიკის საფუძველზე წარმოიშვა აეროდინამიკა - მეცნიერება ჰაერის ნაკადისა და ჰაერის ნაკადის კანონების შესახებ სხეულების გარშემო. ამავდროულად, ორთქლის ტურბინების გამოჩენამ აიძულა თერმოდინამიკური მეცნიერები შეესწავლათ ისეთი საკითხები, როგორიცაა გაზების და ორთქლის გადინება საქშენებიდან.

მისი განვითარების პროცესში ჰიდროდინამიკა და თერმოდინამიკა აფართოებს შესწავლილ საკითხთა სპექტრს, უფრო და უფრო ღრმად აღწევს არსში. ფიზიკური მოვლენები, მიუახლოვდნენ ერთმანეთს. ასე გაჩნდა მეცნიერების კიდევ ერთი ახალი ფილიალი - გაზის დინამიკა, რომელიც სწავლობს გაზის მოძრაობის კანონებს მაღალი სიჩქარით და გაზის ნაკადში მიმდინარე თერმულ პროცესებს.

ეს მეცნიერება იყო თეორიული საფუძველი გაზის ტურბინის ძრავების განვითარებისთვის. პირველი ფუნდამენტური სამუშაო გაზის ტურბინების თეორიაზე ჩაატარეს გამოჩენილმა ჩეხმა მეცნიერმა სტოდოლამ, საბჭოთა პროფესორებმა ვ.მ.მაკოვსკიმ, ვ.ვ.უვაროვმა და სხვა მეცნიერებმა.

გაზის ტურბინების ტექნოლოგიის თეორიული საფუძვლების შემუშავებამ და ამ სფეროში მსოფლიოს მრავალ ქვეყანაში დაწყებულმა ექსპერიმენტულმა სამუშაოებმა აჩვენა, რომ ამ ტიპის ძრავების შემუშავების ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანა იყო მათი ნაკადის გზის გაუმჯობესება, ე.ი. ელემენტები, რომლებშიც გაზი მიედინება: ჰაერის მიღება, კომპრესორი, კამერის წვა, ტურბინები და საქშენები. უპირველეს ყოვლისა, კითხვა ეხებოდა კომპრესორებისა და ტურბინების თეორიის შემუშავებას, რომლებსაც ხშირად ერთი და იგივე ტერმინით უწოდებენ "ფრთიანი მანქანები". სწორედ ამ ფუნდამენტური პრობლემის გადაჭრას შეუდგა საბჭოთა მეცნიერები. ეილერის, ბერნულის, ჟუკოვსკის, ჩაპლიგინის ბრწყინვალე ნამუშევრებზე დაყრდნობით საბჭოთა მეცნიერებმა შექმნეს გაზის ტურბინის ძრავების თეორია.

აკადემიკოსმა B.S. Stechkin-მა განსაკუთრებული წვლილი შეიტანა გაზის ტურბინის ძრავების თეორიაში. მისმა ნამუშევრებმა შექმნეს დანის მანქანების თანმიმდევრული თეორია. მან შეიმუშავა ღერძული და ცენტრიდანული კომპრესორების გამოთვლის მეთოდები. ის არის თანამედროვე ავიაციაში ყველაზე გავრცელებული გაზის ტურბინის ჰაერის ამოსუნთქვის ძრავების თეორიის შემქმნელი.

სიღრმისეული თეორიული კვლევები და ნაყოფიერი ექსპერიმენტული სამუშაოები კომპრესორებზე ჩაატარეს პროფესორებმა კ. დანის მანქანების თეორიაში მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა უკრაინელი აკადემიკოსის G.F. Proskur-ის ნაშრომი "ტურბომანქანის ჰიდროდინამიკა", რომელიც გამოქვეყნდა ჯერ კიდევ 1934 წელს.

გაზის ტურბინების და ზოგადად გაზის ტურბინის ძრავების თეორიები მიეძღვნა პროფესორ გ.ს.ჟის მუშაობას -

რიდკოი, A.V. Kvasnikov, P.I. Kirillov, Ya.I. Shnee, G.P. ზოტიკოვი და მრავალი სხვა.

ბევრი სამუშაო გაკეთდა მეცნიერების მიერ ტურბინის პირების ყველაზე ხელსაყრელი ფორმის შესაქმნელად. ტურბინის პირების მუშაობას ბევრი რამ აქვს საერთო თვითმფრინავის ფრთის მუშაობასთან. თუმცა, მათ შორის მნიშვნელოვანი განსხვავებებია. ფრთა მუშაობს იზოლირებულად, ხოლო ტურბინის დანა მუშაობს სხვა პირებთან სიახლოვეს. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, რასაც ვიღებთ, არის, როგორც ამბობენ, "პროფილების ბადე". მეზობელი პირების გავლენა მნიშვნელოვნად ცვლის გაზის ნაკადის ნიმუშს დანის პროფილის გარშემო. გარდა ამისა, ფრთას უბერავს ჰაერის ნაკადი, რომელსაც თვითმფრინავთან შეხვედრამდე იგივე სიჩქარე აქვს ფრთის მთელ სიგრძეზე. და გაზის სიჩქარე ტურბინის პირთან შედარებით არ არის იგივე მის სიგრძეზე. ეს დამოკიდებულია პირების პერიფერიულ სიჩქარეზე. იმის გამო, რომ პირები საკმაოდ გრძელია, პერიფერიული სიჩქარე დანის ფესვზე მნიშვნელოვნად ნაკლებია, ვიდრე მის ბოლოში. ეს ნიშნავს, რომ გაზის სიჩქარე მის ფესვთან დალთან შედარებით განსხვავებული იქნება, ვიდრე იმპულსის გარე წრეში. ამიტომ, დანის პროფილი უნდა იყოს ისეთი, რომ დანა მთელ სიგრძეზე მუშაობდეს უდიდესი ეფექტურობით. ასეთი პირების შექმნის პრობლემა მოგვარდა პროფესორ ვ.ვ.უვაროვისა და სხვა მეცნიერების ნაშრომებით.

ყველაზე მნიშვნელოვანი პრობლემა, რომლის გადაწყვეტაზეც იყო დამოკიდებული ეკონომიური გაზის ტურბინული ძრავების შექმნა, იყო თბოგამძლე მასალების პრობლემა. გაზის ტურბინის ინსტალაციის ეფექტურობა იზრდება გაზის ტემპერატურის მატებასთან ერთად. მაგრამ იმისთვის, რომ ტურბინამ საიმედოდ იმუშაოს მაღალ ტემპერატურაზე, აუცილებელია მისი პირები და დისკი დამზადდეს შენადნობებისგან, რომელთა სიძლიერე შენარჩუნებულია მაღალ ტემპერატურაზეც კი. ამიტომ, გაზის ტურბინის ტექნოლოგიის განვითარებისთვის საჭირო იყო მაღალი დონემეტალურგიის განვითარება. ამჟამად მეტალურგებმა შექმნეს შენადნობები, რომლებიც უძლებენ მაღალ ტემპერატურას. ასეთი შენადნობებისგან დამზადებული ტურბინის პირები შეიძლება მუშაობდნენ სპეციალური გაგრილების გარეშე ტურბინაში შემავალი გაზების ტემპერატურაზე 900°C-მდე.

შენადნობების გარდა, არსებობს სხვა სითბოს მდგრადი მასალები, როგორიცაა სპეციალური კერამიკა. მაგრამ კერამიკა საკმაოდ მყიფეა, რაც ხელს უშლის მათ გამოყენებას გაზის ტურბინებში. თუმცა, შემდგომმა მუშაობამ სითბოს მდგრადი კერამიკის გაუმჯობესებაზე შეიძლება მნიშვნელოვანი გავლენა იქონიოს გაზის ტურბინების განვითარებაზე.

გაზის ტურბინების დიზაინერები ასევე ავითარებენ პირებს ხელოვნური გაგრილებით. არხები მზადდება პირების შიგნით, რომლებშიც ჰაერი ან სითხე გადის. ტურბინის დისკი ჩვეულებრივ აფეთქებულია ჰაერით.

საწვავის წვის პირობები გაზის ტურბინის ერთეულებში მნიშვნელოვნად განსხვავდება ორთქლის ქვაბების ღუმელში ან დგუშის ძრავების ცილინდრებში არსებული პირობებისგან. გაზის ტურბინის ძრავას შეუძლია შეასრულოს უზარმაზარი სამუშაო მცირე ზომით. მაგრამ ამისთვის საჭიროა დიდი რაოდენობით საწვავის დაწვა მცირე კამერის მოცულობაში. ამის მიღწევა შესაძლებელია მხოლოდ ძალიან მაღალი წვის სიჩქარით. საწვავის ნაწილაკები იმყოფება გაზის ტურბინის ძრავის წვის პალატაში წამის მეასედზე ნაკლებ ხანს. ასეთ მოკლე დროში უნდა მოხდეს საწვავის კარგი შერევა ჰაერთან, მისი აორთქლება და სრული წვა.

პრობლემის წარმატებით გადასაჭრელად აუცილებელია წვის ფიზიკის შესწავლა. ჩვენს დროში ამაზე მეცნიერთა დიდი გუნდი მუშაობს.

მეცნიერებმა ასევე დეტალურად შეისწავლეს გაზის ტურბინის აგრეგატებში საწვავის წვის დროს წარმოქმნილი სითბოს მაქსიმალური გამოყენების საკითხი. აირები ტოვებენ ტურბინის იმპულს მაღალ ტემპერატურაზე და, შესაბამისად, თან ატარებენ დიდ რაოდენობას ატმოსფეროში. შინაგანი ენერგია. გაჩნდა ბუნებრივი სურვილი, გამოეყენებინათ ნარჩენი აირების სითბო. ამ მიზნით, შემოთავაზებული იყო შემდეგი ინსტალაციის სქემა. ატმოსფეროში გაშვებამდე, გაზები იმპულსიდან გადის სითბოს გადამცვლელში, სადაც ისინი სითბოს ნაწილს გადასცემენ კომპრესორიდან გამომავალ შეკუმშულ ჰაერს. ჰაერი, რომელიც თბება სითბოს გადამცვლელში, ზრდის მის ენერგიას საწვავის ყოველგვარი მოხმარების გარეშე. სითბოს გადამცვლელიდან ჰაერი მიმართულია წვის პალატაში, სადაც მისი ტემპერატურა კიდევ უფრო იზრდება. ასეთი სითბოს გადამცვლელების დაყენებით, შესაძლებელია მნიშვნელოვნად შემცირდეს საწვავის მოხმარება გაზის გასათბობად და ამით გაზარდოს ინსტალაციის ეფექტურობა. სითბოს გადამცვლელი არის არხი, რომლის მეშვეობითაც ცხელი აირები მიედინება. ფოლადის მილების შეკვრა მოთავსებულია არხის შიგნით, რომელიც მდებარეობს გაზის ნაკადის გასწვრივ ან მასზე პერპენდიკულარულად. ჰაერი მიედინება ამ მილების შიგნით. გაზი ათბობს მილების კედლებს და მათში გამავალ ჰაერს. გრიპის აირებიდან მიღებული სითბოს ნაწილი უბრუნდება სამუშაო ჰაერს. ამ პროცესს სითბოს აღდგენის პროცესს უწოდებენ. და სითბოს გადამცვლელებს ხშირად რეგენერატორებს უწოდებენ.

გაზის ტურბინები სითბოს აღდგენით მნიშვნელოვნად უფრო ეკონომიურია, ვიდრე ჩვეულებრივი ტურბინები. სამწუხაროდ, სითბოს გადამცვლელები ძალიან დიდი ზომისაა, რაც ართულებს მათ გამოყენებას ზოგიერთ სატრანსპორტო დანადგარში.

გაზის ტურბინის ტექნოლოგიის განვითარების საფუძველში არსებულ მეცნიერულ პრობლემებს შორის ასევე უნდა აღინიშნოს სტრუქტურების სიძლიერე. გამძლე წვის კამერების ასაშენებლად, თქვენ უნდა იცოდეთ თხელკედლიანი ჭურვების გამოთვლის მეთოდები. ეს არის მასალების სიმტკიცის მეცნიერების ერთ-ერთი ახალი ფილიალი. რთული ამოცანაა ტურბინის პირების სიმტკიცის უზრუნველყოფა. ტურბინის როტორი აკეთებს რევოლუციების ძალიან დიდ რაოდენობას (5000-10000 ბრუნი წუთში და ზოგიერთ დიზაინში უფრო მეტს), ხოლო დიდი ცენტრიდანული ძალები მოქმედებს პირებზე (რამდენიმე ტონა თითო დანა).

აქ მხოლოდ ყველაზე მნიშვნელოვანზე ვისაუბრეთ მეცნიერული პრობლემები, რომლის გადაწყვეტა საჭირო იყო გაზის ტურბინის ტექნოლოგიის განვითარებისთვის. მეცნიერები და ინჟინრები აგრძელებენ მუშაობას გაზის ტურბინის ძრავების გასაუმჯობესებლად. მათ ჯერ კიდევ ბევრი გადაუჭრელი კითხვა, ბევრი საინტერესო და მნიშვნელოვანი პრობლემა აწყდებათ.

მაგალითად, ექსკლუზიურად დიდი მნიშვნელობამუშაობენ გაზის ტურბინების შექმნაზე ნახშირის საწვავად გამოყენებით. ცნობილია, რომ ნავთობზე მეტი ნახშირი იწარმოება და მასზე იაფია. ნახშირის წვა გაზის ტურბინის წვის პალატაში რთული ამოცანაა. ის უნდა გაანადგუროს და ქვანახშირის მტვერად იქცეს. წვის კამერიდან გამომავალი აირები უნდა გაიწმინდოს ნაცარისაგან. თუ გაზი შეიცავს ფერფლის ნაწილაკებს თუნდაც 0,03-0,05 მილიმეტრის ზომის, მაშინ ტურბინის პირები დაიწყებენ ნგრევას და ტურბინა გაფუჭდება.

გაზის გამწმენდების შექმნა რთული საკითხია. მაგრამ ასეთი პრობლემის გადაჭრა შესაძლებელია გაზის ტურბინის ძრავისთვის. შიდა წვის ძრავებში ჰაერის შეკუმშვა, წვა და გაზის გაფართოება ხდება ერთ ადგილას - ცილინდრში. ცილინდრში რაიმე სახის გამწმენდის დაყენება შეუძლებელი აღმოჩნდა. ამიტომ, აქამდე, შიდა წვის ძრავების ცილინდრებში ქვანახშირის დაწვის მცდელობებს არაფერი მოჰყოლია. გაზის ტურბინის ინსტალაციაში ხდება შეკუმშვა, წვა და გაფართოება განსხვავებული ადგილები. ჰაერი შეკუმშულია კომპრესორში, თბება პალატაში და ფართოვდება ტურბინაში. გამწმენდი შეიძლება განთავსდეს კამერასა და ტურბინას შორის. საჭიროა მხოლოდ, რომ მან მნიშვნელოვნად არ შეამციროს მასში გამავალი აირების წნევა და არ იყოს ძალიან დიდი ზომის.

ამჟამად მიმდინარეობს კვლევები ბირთვული გაზის ტურბინის ძრავების შესაქმნელად. ამ ძრავებში ჰაერი თბება არა საწვავის წვით, არამედ ბირთვულ ქვაბში წარმოქმნილი სითბოთი. ამ გზაზე მეცნიერებს ბევრი სირთულის გადალახვა უწევთ. მაგრამ ეჭვგარეშეა, რომ ბირთვული გაზის ტურბინის ძრავებს წინ დიდი მომავალი აქვთ.

დროდადრო ახალ ამბებში ამბობენ, რომ მაგალითად, ამა თუ იმ სახელმწიფო რაიონულ ელექტროსადგურზე 400 მგვტ სიმძლავრის CCGT-ის მშენებლობა მიმდინარეობს, მეორე CHPP-2-ზე კი აირტურბინული აგრეგატის დამონტაჟება. ექსპლუატაციაში შევიდა მრავალი მეგავატი. ასეთი მოვლენების შესახებ იწერება და შუქდება, რადგან ასეთი მძლავრი და ეფექტური ერთეულების ჩართვა არ არის მხოლოდ "ტკიპი" განხორციელებაში. სახელმწიფო პროგრამა, არამედ ელექტროსადგურების, რეგიონული ენერგოსისტემის და თუნდაც ერთიანი ენერგოსისტემის ეფექტურობის რეალური ზრდა.

მაგრამ მინდა თქვენი ყურადღება გავამახვილო არა სახელმწიფო პროგრამების ან საპროგნოზო ინდიკატორების განხორციელებაზე, არამედ PSU-სა და GTU-ზე. არა მხოლოდ საშუალო ადამიანი, არამედ დამწყები ენერგეტიკის ინჟინერიც შეიძლება დაბნეული იყოს ამ ორ ტერმინში.

დავიწყოთ იმით, რაც უფრო მარტივია.

GTU - გაზის ტურბინის ერთეული - არის გაზის ტურბინა და ელექტრო გენერატორი გაერთიანებული ერთ კორპუსში. მომგებიანია მისი დაყენება თბოელექტროსადგურებზე. ეს ეფექტურია და თბოელექტროსადგურების მრავალი რეკონსტრუქცია სწორედ ასეთი ტურბინების დაყენებას ისახავს მიზნად.

აქ მოცემულია თბოსადგურის მუშაობის გამარტივებული ციკლი:

გაზი (საწვავი) შედის ქვაბში, სადაც იწვის და სითბოს გადასცემს წყალს, რომელიც გამოდის ქვაბიდან ორთქლის სახით და ტრიალებს ორთქლის ტურბინას. და ორთქლის ტურბინა აქცევს გენერატორს. ელექტროენერგიას ვიღებთ გენერატორიდან, ხოლო საჭიროების შემთხვევაში ვიღებთ ორთქლს სამრეწველო საჭიროებისთვის (გათბობა, გათბობა) ტურბინიდან.

ხოლო გაზის ტურბინის ინსტალაციაში გაზი წვავს და ტრიალებს გაზის ტურბინას, რომელიც გამოიმუშავებს ელექტროენერგიას და გამონაბოლქვი აირები აქცევს წყალს ორთქლად ნარჩენ სითბოს ქვაბში, ე.ი. გაზი მუშაობს ორმაგი სარგებლით: ჯერ იწვის და ატრიალებს ტურბინას, შემდეგ აცხელებს ქვაბში არსებულ წყალს.

და თუ თავად გაზის ტურბინის ინსტალაცია კიდევ უფრო დეტალურად არის ნაჩვენები, ის ასე გამოიყურება:

ეს ვიდეო ნათლად აჩვენებს, თუ რა პროცესები ხდება გაზის ტურბინის ქარხანაში.

მაგრამ კიდევ უფრო მეტი სარგებელი იქნება, თუ მიღებული ორთქლი ამუშავდება - ჩადეთ ორთქლის ტურბინაში ისე, რომ სხვა გენერატორი მუშაობდეს! მაშინ ჩვენი გაზის ტურბინის აგრეგატი გახდება ორთქლის-გაზის ერთეული (SGU).

შედეგად, PSU უფრო ფართო კონცეფციაა. ეს დანადგარი არის დამოუკიდებელი ელექტროსადგური, სადაც საწვავი გამოიყენება ერთხელ და ელექტროენერგია გამოიმუშავებს ორჯერ: გაზის ტურბინის ბლოკში და ორთქლის ტურბინაში. ეს ციკლი არის ძალიან ეფექტური და აქვს ეფექტურობა დაახლოებით 57%! ეს არის ძალიან კარგი შედეგი, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მნიშვნელოვნად შეამციროთ საწვავის მოხმარება თითო კილოვატ/საათ ელექტროენერგიაზე!

ბელორუსიაში, ელექტროსადგურების ეფექტურობის გასაზრდელად, გაზის ტურბინის აგრეგატები გამოიყენება როგორც „ზედამშენებლობა“ არსებული თბოელექტროსადგურის სქემისთვის, ხოლო კომბინირებული ციკლის გაზის ტურბინის ბლოკები შენდება სახელმწიფო რაიონულ ელექტროსადგურებში, როგორც დამოუკიდებელი ელექტროსადგურები. ელექტროსადგურებზე მოქმედი ეს გაზის ტურბინები არა მხოლოდ ზრდის „პროგნოზის ტექნიკურ და ეკონომიკურ მაჩვენებლებს“, არამედ აუმჯობესებს გენერაციის მენეჯმენტს, რადგან მათ აქვთ მაღალი მანევრირება: გაშვების სიჩქარე და ელექტროენერგიის გამომუშავება.

აი რა სასარგებლოა ეს გაზის ტურბინები!

გაზის ტურბინის ერთეულები (GTU)

სტუ-ს მუშაობის პროცესი. თანამედროვე გაზის ტურბინის ქარხნები იყენებენ წვის ციკლს p = const (ნახ. 6.5).

გაზის ტურბინის ერთეული, როგორც წესი, მოიცავს წვის კამერას, გაზის ტურბინას, ჰაერის კომპრესორს, სითბოს გადამცვლელებს სხვადასხვა მიზნებისთვის (ჰაერის გამაგრილებელი, ზეთის გამაგრილებელი საპოხი სისტემისთვის, რეგენერაციული სითბოს გადამცვლელები) და დამხმარე მოწყობილობებს (ზეთის ტუმბოები, წყალმომარაგების ელემენტები და ა. .).

გაზის ტურბინის სამუშაო სითხე არის საწვავის წვის პროდუქტები, რომლებიც არის ბუნებრივი აირი, კარგად გაწმენდილი ხელოვნური აირები (აფეთქების ღუმელი, კოქსის ღუმელი, გენერატორი) და სპეციალური გაზის ტურბინის თხევადი საწვავი (დამუშავებული დიზელის ძრავის ზეთი და მზის ზეთი).

სამუშაო ნარევი მზადდება წვის პალატაში. კამერის ცეცხლის მოცულობა (ნახ. 20.9) იყოფა წვის ზონად, სადაც საწვავის წვა ხდება დაახლოებით 2000 ° C ტემპერატურაზე და შერევის ზონად, სადაც ჰაერი შერეულია წვის პროდუქტებთან მათი ტემპერატურის შესამცირებლად 750-მდე. -1090 °C სტაციონარული ტურბინებში და 1400 °C - თვითმფრინავის ტურბინებში.

გაზისა და ორთქლის ტურბინების მუშაობის პრინციპი იგივეა, მაგრამ გაზის ტურბინების ნაკადის ბილიკის დიზაინი გაცილებით მარტივია. ისინი მუშაობენ შედარებით მცირე ხელმისაწვდომი სითბოს ვარდნით და, შესაბამისად, აქვთ მცირე რაოდენობის ეტაპები.

წვის პროდუქტების მაღალი ტემპერატურის გამო, ტურბინის ნაკადის ნაწილები (საქშენები, როტორის პირები, დისკები, ლილვები) მზადდება მაღალი ხარისხის შენადნობის ფოლადებისგან. საიმედო მუშაობისთვის, ტურბინების უმეტესობას უზრუნველყოფილია კორპუსის და როტორის ყველაზე დატვირთული ნაწილების ინტენსიური გაგრილება.

რეალურ პირობებში, გაზის ტურბინის ქარხნებში ყველა პროცესი არათანაბარია, რაც დაკავშირებულია ტურბინაში და კომპრესორში მუშაობის დანაკარგებთან, ასევე აეროდინამიკურ წინააღმდეგობასთან გაზის ტურბინის ქარხნის გზაზე. ნახ. 20.10, კომპრესორში შეკუმშვის პროცესი გამოსახულია 1-2 ხაზით, ხოლო გაფართოების პროცესი ტურბინაში 3-4 ხაზით. 2a და 4a წერტილები აღნიშნავენ სამუშაო სითხის მდგომარეობას, შესაბამისად, წონასწორული ადიაბატური შეკუმშვისა და გაფართოების ბოლოს, წერტილი O - პარამეტრები გარემო. კომპრესორის შეწოვის გზაზე წნევის დაკარგვის გამო (ხაზი 01), შეკუმშვის პროცესი იწყება 1 წერტილიდან.

ამრიგად, დიდი სამუშაო იხარჯება ჰაერის შეკუმშვაზე რეალურ ციკლში, ხოლო ტურბინაში გაზის გაფართოებისას, იდეალურ ციკლთან შედარებით ნაკლები სამუშაო მიიღება. ციკლის ეფექტურობა უფრო დაბალია. რაც უფრო დიდია π წნევის გაზრდის ხარისხი (ანუ რაც უფრო მაღალია p 2), მით მეტი თანხაეს დანაკარგები სასარგებლო სამუშაოსთან შედარებით. π-ის გარკვეული მნიშვნელობისას (რაც უფრო მაღალია, მით მეტია T 3 და ტურბინისა და კომპრესორის შიდა ფარდობითი ეფექტურობა, ანუ რაც უფრო დაბალია დანაკარგები მათში), ტურბინის მუშაობა შეიძლება გახდეს ტოლი დახარჯული სამუშაოს. კომპრესორის მართვა და სასარგებლო სამუშაო- ნული.

მაშასადამე, რეალური ციკლის უდიდესი ეფექტურობა, იდეალურისგან განსხვავებით, მიიღწევა წნევის ზრდის გარკვეული (ოპტიმალური) ხარისხით და Tz-ის თითოეულ მნიშვნელობას აქვს საკუთარი π opt (ნახ. 20.11). უმარტივესი გაზის ტურბინების ეფექტურობა არ აღემატება 14-18% -ს და მისი გაზრდის მიზნით, გაზის ტურბინები მზადდება თბომომარაგების რამდენიმე ეტაპით და შეკუმშული ჰაერის შუალედური გაგრილებით, აგრეთვე შეკუმშული ჰაერის რეგენერაციული გათბობით. ტურბინის შემდეგ გამონაბოლქვი აირების საშუალებით, რითაც რეალური ციკლი კარნოს ციკლს უახლოვდება.

GTU გრიპის აირებისგან სითბოს აღდგენით. გაზის ტურბინიდან გამომავალი აირების სითბო შეიძლება გამოყენებულ იქნას ორთქლისა და ცხელი წყლის წარმოებისთვის ჩვეულებრივ სითბოს გადამცვლელებში. ამრიგად, GT-25-700 LMZ დანადგარები აღჭურვილია გამათბობლებით, რომლებიც ათბობენ წყალს გათბობის სისტემაში 150-160 °C-მდე.

ამავდროულად, გაზის ტურბინის ერთეულში ჭარბი ჰაერის კოეფიციენტის შედარებით მაღალი დონე იძლევა საკმარისად დიდი რაოდენობით დამატებითი საწვავის წვის საშუალებას წვის პროდუქტების გარემოში. შედეგად, საკმარისად მაღალი ტემპერატურის მქონე აირები გამოდის დამატებითი წვის კამერიდან გაზის ტურბინის შემდეგ, რომელიც შესაფერისია ენერგეტიკული პარამეტრებით ორთქლის წარმოებისთვის სპეციალურად ამ მიზნით დაყენებულ ორთქლის გენერატორში. კარმანოვსკაიას სახელმწიფო უბნის ელექტროსადგურზე, ამ სქემის მიხედვით შენდება 500 მეგავატი სიმძლავრის ბლოკის ქვაბი.

გაზის ტურბინის აგრეგატების გამოყენება. ბოლო წლებში გაზის ტურბინის ბლოკები ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა სფეროში: ტრანსპორტში, ენერგეტიკულ სექტორში, სტაციონარული დანადგარების მართვისთვის და ა.შ.

ელექტრო გაზის ტურბინის ერთეულები. გაზის ტურბინა უფრო პატარა და მსუბუქია, ვიდრე ორთქლის ტურბინა, ამიტომ გაშვებისთანავე იგი ათბობს სამუშაო ტემპერატურამდე ბევრად უფრო სწრაფად. წვის კამერა ექსპლუატაციაში შედის თითქმის მყისიერად, განსხვავებით ორთქლის ქვაბისგან, რომელიც მოითხოვს ნელი გრძელვადიანი (მრავალი საათის ან თუნდაც ათობით საათის) დათბობას, რათა თავიდან იქნას აცილებული ავარია არათანაბარი თერმული გაფართოების გამო, განსაკუთრებით მასიური ბარაბანი. დიამეტრით 1,5 მ-მდე, სიგრძე 15 მ-მდე, კედლის სისქით 100 მმ-ზე მეტი.

აქედან გამომდინარე, გაზის ტურბინის ბლოკები ძირითადად გამოიყენება პიკური დატვირთვების დასაფარად და როგორც საგანგებო რეზერვი დიდი ენერგეტიკული სისტემების საკუთარი საჭიროებებისთვის, როდესაც ბლოკი ძალიან სწრაფად უნდა ამოქმედდეს. გაზის ტურბინის ერთეულის დაბალი ეფექტურობა PSU-სთან შედარებით ამ შემთხვევაში არ თამაშობს როლს, რადგან დანადგარები მუშაობენ მოკლე დროში. ასეთი გაზის ტურბინის ქარხნები ხასიათდება ხშირი გაშვებით (წელიწადში 1000-მდე) გამოყენების საათების შედარებით მცირე რაოდენობით (100-დან 1500 საათამდე/წელიწადში). ასეთი გაზის ტურბინების ერთეული სიმძლავრის დიაპაზონი 1-დან 100 მგვტ-მდეა.

გაზის ტურბინები ასევე გამოიყენება ელექტრო გენერატორის სამართავად და ელექტროენერგიის წარმოებისთვის მობილურ დანადგარებში (მაგალითად, საზღვაო გემებზე). ასეთი გაზის ტურბინები ჩვეულებრივ მუშაობენ დატვირთვის დიაპაზონში ნომინალური დატვირთვის 30-110%-ის ფარგლებში, ხშირი გაშვებით და გაჩერებით. ასეთი გაზის ტურბინების ერთეული სიმძლავრე მერყეობს ათობით კილოვატიდან 10 მეგავატამდე. ატომური ელექტროსადგურების სწრაფი განვითარება რეაქტორებით გაცივებული, მაგალითად, ჰელიუმით, ხსნის დახურულ ციკლში მომუშავე ერთი წრიული გაზის ტურბინის სადგურების გამოყენების პერსპექტივას (სამუშაო სითხე არ ტოვებს ქარხანას).

ენერგეტიკული გაზის ტურბინების სპეციფიკური ჯგუფი შედგება დანადგარებისაგან, რომლებიც მოქმედებენ ქიმიური, ნავთობგადამამუშავებელი, მეტალურგიული და სხვა ქარხნების ტექნოლოგიურ სქემებში (ენერგეტიკული ტექნოლოგია). ისინი მუშაობენ ძირითადი დატვირთვის რეჟიმში და ყველაზე ხშირად შექმნილია კომპრესორის მართვისთვის, რომელიც ამარაგებს ტექნოლოგიურ პროცესს შეკუმშული ჰაერით ან გაზით, თავად ტექნოლოგიური პროცესის შედეგად წარმოქმნილი აირების გაფართოების ენერგიის გამოყენებით.

წამყვანი გაზის ტურბინები ფართოდ გამოიყენება ცენტრიდანული ბუნებრივი აირის სუპერჩამტენების მართვისთვის მაგისტრალური მილსადენების კომპრესორულ სადგურებზე, ასევე ტუმბოებს ნავთობისა და ნავთობპროდუქტების ტრანსპორტირებისთვის და აფეთქებისთვის კომბინირებული ციკლის ქარხნებში. ასეთი გაზის ტურბინების სასარგებლო სიმძლავრე 2-დან 30 მგვტ-მდე მერყეობს.



სატრანსპორტო გაზის ტურბინები ფართოდ გამოიყენება, როგორც მთავარი და დამწვრობის შემდგომი ძრავები თვითმფრინავებისთვის (ტურბორეაქტიული და ტურბოპროპი) და საზღვაო გემებისთვის. ეს გამოწვეულია კონკრეტული სიმძლავრის რეკორდული მაჩვენებლების მიღების შესაძლებლობით და საერთო ზომებისხვა ტიპის ძრავებთან შედარებით, საწვავის ოდნავ მაღალი ხარჯების მიუხედავად. გაზის ტურბინები ძალიან პერსპექტიულია, როგორც ლოკომოტივის ძრავები, სადაც განსაკუთრებით ღირებულია მათი მცირე ზომები და წყლის ნაკლებობა. სატრანსპორტო გაზის ტურბინები ფუნქციონირებს დატვირთვების ფართო სპექტრში და შესაფერისია მოკლევადიანი გაძლიერებისთვის.

გაზის ტურბინის აგრეგატის ერთეულის სიმძლავრე ჯერ არ აღემატება 100 მგვტ-ს, ხოლო მონტაჟის ეფექტურობა 27-37%-ს შეადგენს. გაზის საწყისი ტემპერატურის 1200 °C-მდე მატებით, გაზის ტურბინის ბლოკის სიმძლავრე გაიზრდება 200 მგვტ-მდე და ინსტალაციის ეფექტურობა 38-40%-მდე გაიზრდება.

IN ბოლო წლები(დაახლოებით გასული საუკუნის 50-იანი წლებიდან) გაზის ტურბინების ფართო გამოყენება დაიწყო თბოელექტროსადგურებში ელექტრო გენერატორების მართვით.

გაზის ტურბინის ერთეულებს (GTU) შეუძლიათ მუშაობა საწვავის წვით მუდმივი წნევით (ნახ. 6.1) და მუდმივი მოცულობით (ნახ. 6.2). მათი შესაბამისი იდეალური ციკლები იყოფა ციკლებად, სადაც სითბო მიეწოდება პროცესს მუდმივი წნევით და მუდმივი მოცულობით.

ბრინჯი. 6.1. გაზის ტურბინის ერთეულის სქემა საწვავის წვით მუდმივი წნევით: 1 - ტურბო დამტენი; 2 - გაზის ტურბინა; 3 - საწვავის ტუმბო; 4 - წვის პალატა; 5 - საწვავის ინჟექტორი;

6 - წვის პალატის აქტიური ზონა

სურ.6.2. გაზის ტურბინის ერთეულის სქემა საწვავის წვით მუდმივი მოცულობით: 5 B, 7 - საწვავის, ჰაერის და გაზის სარქველები, შესაბამისად; 8 - აალების მოწყობილობა; 9 - მიმღები; სხვა აღნიშვნები იგივეა, რაც ნახ. 6.1

პრაქტიკაში, გაზის ტურბინის აგრეგატები ღია (ღია) ციკლით საწვავის წვით (სითბოს მიწოდებით სამუშაო სითხეზე) მუდმივი წნევით, რასაც მოჰყვება წვის პროდუქტების ჰაერით ნარევის გაფართოება ტურბინის ნაკადის ნაწილში (ბრეიტონის ციკლი). ) ფართოდ გავრცელდა (იხ. სურ. 6.6).

გაზის ტურბინის ქარხანაში საწვავის წვის დროს მუდმივი წნევით წვის პროცესი მიმდინარეობს უწყვეტად (იხ. პუნქტი 6.2), ხოლო გაზის ტურბინის ქარხანაში საწვავის წვის მუდმივი მოცულობით, წვის პროცესი პერიოდულია (პულსირებადი). შეკუმშული კომპრესორით 1 ჰაერი (იხ. სურ. 6.2) მიეწოდება მიმღებს 9 (დიდი ტევადობის ჭურჭელი წნევის გასათანაბრებლად), საიდანაც ჰაერის სარქველის გავლით 6 შედის წვის პალატაში 4. აი საწვავის ტუმბო 3 საწვავის სარქვლის მეშვეობით 5 საწვავი მიეწოდება. წვის პროცესი ხორციელდება საწვავის, ჰაერისა და გაზის სარქველების დახურვით 5, 6, 7. ჰაერ-საწვავის ნარევის აალება ხდება აპარატით 8 (ელექტრო ნაპერწკალი). საწვავის წვის შემდეგ პალატაში გაზრდილი წნევის შედეგად 4 იხსნება გაზის სარქველი 7. წვის პროდუქტები, რომლებიც გადის საქშენების მოწყობილობებში (არ არის ნაჩვენები ნახ. 6.2-ზე), შედიან სამუშაო პირებში და ატრიალებენ გაზის ტურბინის როტორს. 2.

გაზის ტურბინის სამუშაო სითხე ძირითადად არის ჰაერით შერეული ორგანული საწვავის აირისებრი წვის პროდუქტები. გამოყენებული საწვავი არის ბუნებრივი აირი, კარგად გაწმენდილი ხელოვნური აირები და სპეციალური გაზის ტურბინის თხევადი საწვავი (დამუშავებული დიზელის ძრავა და დიზელის ზეთი).

გაზის ტურბინის მუშაობის თავისებურება ის არის, რომ კომპრესორის მიერ მიწოდებული ჰაერის მხოლოდ ნაწილი (20-40%) შედის წვის კამერის აქტიურ ზონაში და მონაწილეობს საწვავის წვის პროცესში დაახლოებით 1500 ტემპერატურაზე. -1600 °C. დანარჩენი ჰაერი (60-80%) გამიზნულია ტურბინის წინ არსებული გაზების ტემპერატურის შესამცირებლად 1000-1300 ° C-მდე (სტაციონარული გაზის ტურბინისთვის) საიმედოობისა და მუშაობის გამძლეობის პირობების შესაბამისად. მისი პირის აპარატი, რომელიც დაკავშირებულია ტურბინის წინ და GTU გაზებში ჰაერის გაზრდილ ჭარბთან. და g მცირდება სამუშაო სითხის საწყისი ტემპერატურის მატებასთან ერთად გაზის ტურბინის წინ და სხვადასხვა დანადგარებში არის 2,5-5. გაზის ტურბინის აგრეგატის ეფექტურობა მნიშვნელოვნად დაბალია ორთქლის ტურბინის ეფექტურობაზე ორთქლის ციკლში, რაც განპირობებულია ჰაერის კომპრესორის არსებობით, რომლის ენერგიის მოხმარება არის გაზის ტურბინის სიმძლავრის 40-50%.

გაზის ტურბინა უფრო მცირე და მსუბუქია ვიდრე ორთქლის ტურბინა, ამიტომ ამუშავებისას ის თბება სამუშაო ტემპერატურამდე ბევრად უფრო სწრაფად, განსხვავებით ორთქლის ქვაბით აღჭურვილი ორთქლის ტურბინის ერთეულისგან, რომელიც მოითხოვს ნელ გათბობას (ათობით საათი) თავიდან აიცილოთ ავარია არათანაბარი თერმული გაფართოების გამო, განსაკუთრებით მასიური ბარაბანი.

მათი დიდი მანევრირების გამო (სწრაფი გაშვება და დატვირთვა), გაზის ტურბინის ერთეულები გამოიყენება ენერგეტიკულ სექტორში, ძირითადად პიკური დატვირთვების დასაფარად და როგორც საგანგებო რეზერვი დიდი ენერგოსისტემების საკუთარი საჭიროებისთვის. გაზის ტურბინის დაბალი ეფექტურობა ორთქლის ელექტროსადგურთან (SPU) შედარებით ამ შემთხვევაში უმნიშვნელო როლს ასრულებს. ასეთი გაზის ტურბინებისთვის დამახასიათებელია ხშირი გაშვება (წელიწადში 1000-მდე) შედარებით მცირე რაოდენობის გამოყენების საათებით (100-1500 საათი/წელიწადში).

მრავალფეროვანი გაზის ტურბინები არის დანადგარები, რომლებიც ამოძრავებს ელექტრული გენერატორით შიდა წვის ძრავიდან (დიზელის ელექტროსადგურები), სადაც, როგორც გაზის ტურბინებში, ბუნებრივი აირი ან მაღალი ხარისხის თხევადი საწვავი გამოიყენება საწვავად. ამასთან, დიზელის ელექტროსადგურები, რომლებიც ფართოდ გავრცელდა შუა აღმოსავლეთის ქვეყნებში, ერთეულის სიმძლავრით ჩამორჩებიან გაზის ტურბინის აგრეგატებს, თუმცა მათ აქვთ უფრო მაღალი ეფექტურობა.

უმარტივესი სიმძლავრის გაზის ტურბინების ეფექტურობა (სურ. 6.3) 50-60-იან წლებში. XX საუკუნე იყო 14-18%. ამჟამად, გაზის ტურბინების ეფექტურობის გაზრდის მიზნით, ისინი მზადდება თბომომარაგების რამდენიმე ეტაპით და შეკუმშული ჰაერის შუალედური გაგრილებით, აგრეთვე კომპრესორში შეკუმშული ჰაერის რეგენერაციული გათბობით ტურბინაში გამოწურული გაზებით. რითაც რეალური ციკლი უახლოვდება კარნოს ციკლს და გაზის ტურბინის ქარხნის ეფექტურობა 27-37%-მდეა.

გაზის ტურბინის ერთეულების ეფექტურობა შემოიფარგლება სამუშაო სითხის საწყისი ტემპერატურით (1100-1300 °C და უფრო მაღალი მე-5 თაობის გაზის ტურბინის ერთეულებისთვის) და ერთეულის სიმძლავრით საკუთარი საჭიროებისთვის ენერგიის ხარჯების გაზრდის გამო, კომპრესორის დისკის ჩათვლით. პირველი შეზღუდვის აღმოფხვრა ამჟამად რთულია. მეორე შეზღუდვა შეიძლება აღმოიფხვრას, თუ დაბალი ენთალპიური აგენტის ნაცვლად (წვის პროდუქტების ჰაერთან ნარევი), ტურბინას მიეწოდება მაღალი ენთალპიის სამუშაო აგენტი იმავე საწყის ტემპერატურაზე. უფრო ხშირად წყლის ორთქლი ემატება წვის პროდუქტებს. გაზის ტურბინები, რომლებიც მუშაობენ სამუშაო სითხეებით, რომლებიც შედგება წყლის ორთქლისა და აირების ნარევებისგან ან თერმულ წრეში ცალკე გაზებისა და ორთქლის გამოყენებით, ე.წ. კომბინირებული ციკლის გაზის სადგურები (PGU) და მათი ციკლები - ორთქლი-გაზი.პირველი PSU-ები ე.წ მონარული,და მეორე - ორობითი .

ცალკეული სამუშაო სითხეებით ინსტალაციების შემუშავებისას შემოწმდა რამდენიმე თერმული სქემა. ყველაზე ეფექტური აღმოჩნდა სქემა, რომელშიც ორთქლის ციკლი მთლიანად გადამუშავებულია გაზის ციკლთან მიმართებაში. ასეთ ინსტალაციას ე.წ გადამუშავება PGU ან PGU-U. გადამუშავების CCGT განყოფილებაში, ინსტალაციის ორთქლის ნაწილი მუშაობს საწვავის დამატებითი მოხმარების გარეშე. ციკლის მაღალი საწყისი ტემპერატურის გამო (1000-1300 °C-ზე მეტი), ასეთ CCGT-ს შეიძლება ჰქონდეს 60%-ზე მეტი ეფექტურობა, რაც მნიშვნელოვნად აღემატება ჩვეულებრივი ორთქლის ტურბინის ქარხნისა და ცალკე გაზის ტურბინის ერთეულს. . ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი CCGT ქარხნის ეფექტურობის გაზრდა არის საწვავის წვის პროდუქტების გამოყენება, როგორც სამუშაო სითხე რეგიონში. მაღალი ტემპერატურა(გაზის ტურბინაში) და წყლის ორთქლი დაბალი ტემპერატურის რეგიონში (ორთქლის ტურბინაში).

ღია ტიპის გაზის ტურბინების აგრეგატები ჩამორჩება ორთქლის ტურბინის ერთეულებს ერთეულის სიმძლავრის მიხედვით, აქვთ დაბალი ეფექტურობა, ნაკლებად გამძლეა ექსპლუატაციაში და უფრო მოთხოვნადია საწვავის კლასის თვალსაზრისით. გაზის ტურბინის სადგურების შემდგომი განვითარება მიზნად ისახავს მათი ერთეულის სიმძლავრის, ეფექტურობის, საიმედოობისა და გამძლეობის გაზრდას, რაც ძირითადად განპირობებულია თბოგამძლე მასალების შექმნისა და განვითარების სფეროში პროგრესით. ეფექტური გზებიგაზის ტურბინების დინების ბილიკის გაგრილება.



 

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა: