Enerji gtu. gtu'nun çalışma prensibi

Şu anda Rusya'da birkaç bin termik santral ve eyalet bölgesi elektrik santralinin yanı sıra üretilen ısının neredeyse% 80'ini sağlayan 66 binden fazla kazan dairesi var. Bu bağlamda Rusya, bölgesel ısıtma açısından tartışmasız dünya lideridir. Merkezileşme açısından Rusya'nın yalnızca enerji alanında değil, bir dünya lideri olduğuna dikkat edin.
Bununla birlikte uzmanlar, eski ünitelerde gaz kullanımının verimsizliğine ve geleneksel buhar türbinlerinin% 38'i geçmeyen düşük verimlilik seviyesine dikkat çekiyor. Isı, merkezi ağlarda üretilir çoğu kısım için geçmiş nesillerin ekipmanlarında, aşırı ısı havayı "ısıtır".
kullanarak elektrik ve termal enerji üretimi için yerel sistemlerin kullanılması gaz türbini enerji santralleri (GTP) doğal gaz veya propanla çalışan Muhtemel çözümler bu görev.
Bu bağlamda, merkezi olmayan birleşik elektrik ve ısı kaynağı kaynaklarının inşasına yönelik bir eğilim olmuştur (sözde kojenerasyon modu), hem mevcut ısıtma kazan dairelerine hem de yeni inşa edilen ısı kaynaklarına monte edilir. En acili, kojenerasyon sağlayan modern gaz türbinlerinin kullanıldığı yeni küçük tesislere geçiştir.

Gelişmiş ülkelerde kojenerasyon çevrimli küçük ölçekli santrallerin payı artıyor, bu da sosyal ve endüstriyel altyapıdan ısı ve elektrik üretiminin optimize edilmesini ve verimli enerji tasarrufu sağlanmasını mümkün kılıyor. Örneğin, ABD ve Birleşik Krallık'ta küçük ölçekli enerji üretiminde kojenerasyonun payı %80'e, Hollanda'da %70'e, Almanya'da %50'ye ulaşmaktadır. Yurt dışında ise bu süreç devlet tarafından hem yasal düzenleme hem de bütçe finansmanı yoluyla aktif olarak desteklenmektedir.
Gaz türbini kojeneratif enerji santrallerinin ekonomik verimliliğinin temeli, ısı tüketimine (ısıtma, sıcak su temini, üretim ihtiyaçları için ısı temini) yönelik temel çalışma modları nedeniyle elde edilen yüksek elektrik ve termal verimlilikleridir.
Gaz türbini tesisleri artık enerji sektöründe tamamen hakim, güvenilir ekipman olarak tanınmaktadır.
Santrallerdeki gaz türbinlerinin işletme performansı geleneksel türbinlerle aynı seviyededir. güç ekipmanı. Takvim süresinin %90'ı içinde çalışmaya hazır olma, 2-3 yıllık onarım döngüsü, %95-97'lik başlatma güvenilirliği ile karakterize edilirler.
Küçük özgül ağırlık, kompaktlık, taşıma kolaylığı ve kurulum kolaylığı, kullanımları açısından en çekici olan gaz türbini tesislerinin ana avantajları arasındadır.
GTU'nun avantajları ayrıca şunları içerir: kısa zaman inşaat, tüketicilere ısı ve elektrik arzının güvenilirliğinin arttırılması, çevreye minimum zararlı emisyon miktarı, büyük RTS ve CHP'ye bağlı şebekelere göre termal düzenlemenin ataletinin ve ısı şebekelerindeki kayıpların azaltılması.


Tanım gaz türbini teknolojisi .
Bir gaz türbininin temeli, bir güç türbinini çalıştırmak için sıkıştırılmış sıcak yanma ürünleri kaynağı olarak hizmet eden bir gaz jeneratörüdür.
Gaz jeneratörü bir kompresör, bir yanma odası ve bir kompresör tahrik türbininden oluşur. Kompresörde sıkıştırılmış atmosferik hava, yakıtın (genellikle gazın) nozullardan sağlandığı yanma odasına girer, ardından yakıt hava akımında yakılır. Yanma ürünleri kompresör türbinine ve güç türbinine beslenir (tek şaftlı versiyonda, kompresör ve güç türbini birleştirilir).Güç türbini tarafından geliştirilen güç, kompresörün havayı sıkıştırmak için tükettiği gücün yanı sıra, yataklardaki sürtünmenin ve yardımcı birimleri çalıştırmak için harcanan gücün üstesinden gelinmesi. Bu değerler arasındaki fark, gaz türbininin faydalı gücüdür.
Türbin mili üzerinde bir türbin jeneratörü (elektrik jeneratörü) bulunur.
Gaz türbininde egzoz edilen gazlar, egzoz cihazından geçer ve susturucu bacaya gider. Isı enerjisinin buhar ve/veya buhar şeklinde üretildiği atık ısı kazanına egzoz gazları girdiğinde egzoz gazlarının ısısının geri kazanılması mümkündür. sıcak su. Atık ısı kazanından çıkan buhar veya sıcak su doğrudan ısı tüketicisine aktarılabilir.
Modern gaz türbini tesislerinin elektrik verimliliği %33-39'dur. Ancak, güçlü gaz türbini tesislerinde egzoz gazlarının yüksek sıcaklığı dikkate alındığında, gaz ve buhar türbinlerinin kullanımını birleştirmek mümkündür. Böyle bir mühendislik yaklaşımı, yakıt kullanım verimliliğini önemli ölçüde artırmayı ve ünitelerin elektrik verimliliğini %57-59'a kadar artırmayı mümkün kılar.

Gaz türbini santrallerinin avantajları, düşük özgül ağırlık, kompaktlık, taşıma kolaylığı ve kurulum kolaylığıdır. Bir binanın teknik katına veya düşük güçlü gaz türbini ünitelerinin çatı düzenlemesine bir gaz türbini ünitesinin kurulmasına izin verilir. Bu kullanışlı özellik GTP kentsel gelişimde önemli bir faktördür.
Gaz türbini tesislerinin işletilmesi sırasında, egzoz gazlarındaki zararlı NOx ve CO emisyonlarının içeriği minimum düzeydedir. Bu tür mükemmel çevresel nitelikler, gaz türbini tesislerinin insanların evlerinin yakınına sorunsuz bir şekilde yerleştirilmesini mümkün kılar.

Ek olarak, küçük kapasiteli gaz türbinleri genellikle bir veya daha fazla prefabrik ünite olarak tedarik edilir, çok az kurulum işi gerektirir ve nispeten küçük boyutları, sıkışık koşullarda kurulmalarına izin verir. ana plân. Dolayısıyla inşaat ve montaj işlerinin göreli ucuzluğu.
Gaz türbini kurulumları, 65–75 dB aralığında (gürültü seviyesi ölçeğinde 1 metre mesafedeki bir elektrikli süpürgenin sesine karşılık gelir) hafif titreşimlere ve gürültülere sahiptir. Kural olarak, bu tür yüksek teknoloji üretim ekipmanı için özel ses yalıtımı gerekli değildir.
Modern gaz türbini tesisleri oldukça güvenilirdir. Bazı birimlerin birkaç yıl boyunca sürekli çalıştığına dair kanıtlar var. Birçok gaz türbini tedarikçisi, revizyon yerinde ekipman, üreticiye nakliye olmaksızın münferit ünitelerin değiştirilmesi, bu da ünitenin bakım maliyetini önemli ölçüde azaltır.
Çoğu gaz türbini tesisi aşırı yükleme yeteneğine sahiptir, örn. nominal değerin üzerinde güç artışı. Bu, çalışma sıvısının sıcaklığının arttırılmasıyla elde edilir.
Bununla birlikte, üreticiler, bu tür rejimlerin süresine ciddi kısıtlamalar getirerek, birkaç yüz saatten fazla olmayan başlangıç ​​​​sıcaklığının aşılmasıyla çalışmaya izin verir. Bu kısıtlamaların ihlali, tesisatın ömrünü önemli ölçüde azaltır.


  Bir kaşık katran.
Ancak, gaz türbinli enerji santrallerinin devreye girmesiyle ilgili zorluklar var. Bu, her şeyden önce, özellikle küçük gaz türbinleri için enerji üretim maliyetini önemli ölçüde artıran ve bazı durumlarda enerji sektörüne girmelerinin önünde önemli bir engel olan gaz yakıtının ön sıkıştırma ihtiyacıdır. Modern gaz türbinleri için yüksek dereceler hava sıkıştırması, gerekli yakıt gazı basıncı 25-30 kg/cm2'yi geçebilir.
Diğer önemli dezavantaj GTU, yükte bir azalma ile verimlilikte keskin bir düşüştür.
Bir gaz türbininin hizmet ömrü diğer santrallere göre çok daha kısadır ve genellikle 45-125 bin saat aralığındadır.

Tarihsel olarak, gaz türbini teknolojisinin geliştirilmesindeki öncüler, gemiler ve uçaklar için motorların yaratıcılarıydı. Bu nedenle, şu anda bu alanda en fazla deneyimi biriktirmiş ve en kalifiye uzmanlardır.
Rusya'da, gaz türbini elektrik santrallerinin imalatındaki lider konumlar, özellikle güç kullanımı için tasarlanmış uçak gaz türbini motorları ve gaz türbini tesisleri geliştiren ve üreten şirketler tarafından işgal edilmektedir:
   - JSC Lyulka-Satürn(Moskova şehri),
   - OJSC "Rybinsk Motorları"(Ribinsk),
ikisi de dahil NPO Satürn,
   - NPP onları. V.Ya. Klimov(Saint Petersburg),
   - FSUE MMPP Salyut(Moskova şehri),
ve diğerleri

2004-2006'da Moskova'da katılımla OAO Satürn - Gaz Türbinleri RTS "Kuryanovo" ve RTS "Penyagino" da deneysel gaz türbini ünitelerinin (GTP) inşası ve işletilmesi gerçekleştirildi. Gaz türbini santrallerini kullanmanın ana görevi, konut ve toplumsal hizmetlere bağımsız bir elektrik ve ısı temini sağlamaktır. Her iki RTS de ikişer gaz türbini ünitesi ile donatıldı. GTA-6RM 6 MW ünite kapasiteli. GTA-6RM, NPO Saturn'ün ana toprak ürünlerinden biridir.
GTA-6RM gaz türbini üniteleri seri, nispeten ucuz, uçak motorları D-30KU/KP seri üretilen IL-62M, TU-154M ve IL-76 uçaklarında çalışan Rusya'daki en güvenilir motor olduğunu kanıtlamış olan . Bu motorların toplam çalışma süresi 36 milyon saati aştı.
Üniteler blok modüler ve atölye (istasyon) versiyonlarında üretilmekte olup, tek operasyonda veya aynı performans özelliklerine sahip farklı serideki türbin jeneratörleri, sıcak su veya atık ısı buhar kazanları ile kombinasyon halinde çalıştırılabilir.
2005 yılında, GTA-6RM 100 arasındaydı en iyi mallar Rusya'da resmen "Anavatan'ın Gururu" statüsü verildi.

Deney, RTS sisteminde gaz türbinlerinin kullanılmasının, mevcut yaşam destek sistemlerinin çoğaltılması ve fazlalığı yoluyla kentsel ekonomiye ve başkentin konut sektörüne ısı sağlama güvenilirliğini artırmanın yanı sıra artırmayı mümkün kıldığını gösterdi. Kent ekonomisinin enerji güvenliği.

Ve söylemeliyim ki, Moskova hükümeti başkentin enerji kompleksinde gaz türbinlerinin toplu kullanımına ciddi bir şekilde yatırım yaptı.
İşte 29 Aralık 2009 N 1508-PP kararından alıntılar "Moskova şehri için 2020'ye kadar olan Isı Tedarik Şeması hakkında."
  Öncelik yönü 2020 yılına kadar Moskova şehrinde ısı tedarikinin geliştirilmesi, ısıtma kaynağının ek katılımı ile kombine ısı ve elektrik üretimi teknolojisinin uygulanması ve şehirdeki tüketicilerin ısı ve elektrik yüklerinin yeni ile karşılanmasıdır. gaz türbini enerji santralleri.
....................................
Isı tedarik sisteminin daha da geliştirilmesi aşağıdakilere dayanmalıdır:
 .............................................
- otonom üretim kaynaklarının elektrik santrallerinde kurulum ( gaz türbini tesisleri) acil durum modlarında güç sistemi ve pik sıcak su kazanlarının otonom güç kaynağı ile iletişimin kesilmesi durumunda elektrik santralini çalıştırmak.

Şimdiye kadar sadece gaz türbininin kendisinden bahsettik,

* *Ona güç veren gazın nereden geldiğini sormak.

Çalışan buhar, buhar kazanından buhar türbinine girer. Gaz türbinini çalışma gazıyla beslemek için hangi cihazlara ihtiyaç vardır?

Bir gaz türbininin çalışması için, büyük miktarda enerji kaynağına sahip bir gaza ihtiyaç vardır. Bir gazın enerjisi - belirli koşullar altında mekanik iş yapma yeteneği - basınca ve sıcaklığa bağlıdır. Gaz ne kadar sıkıştırılırsa ve sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, genleşmesi sırasında o kadar fazla mekanik iş yapabilir. Bu, türbinlerin çalışması için sıkıştırılmış ve ısıtılmış gazın gerekli olduğu anlamına gelir. Buradan, bir gaz türbini kurulumuna (veya gaz türbini motoruna) hangi cihazların dahil edilmesi gerektiği açıktır. Bu, ilk olarak, havayı sıkıştırmak için bir cihaz ve ikinci olarak, onu ısıtmak için bir cihazdır.

Ve üçüncüsü, sıkıştırılmış ve ısıtılmış gazın iç enerjisini mekanik işe dönüştüren gaz türbininin kendisi.

Havayı sıkıştırmak zor bir iştir. Bunu uygulamak, yanma odasına sıvı yakıt sağlamaktan çok daha zordur. Örneğin, 10 atmosfer basınçtaki bir yanma odasına saniyede bir kilogram kerosen sağlamak için yaklaşık 2 beygir gücü, saniyede bir kilogram havayı 10 atmosfere sıkıştırmak için yaklaşık 400 beygir güç gerekir. Ve gaz türbini fabrikalarında, bir kilogram kerosen yaklaşık 60 kilogram havaya karşılık gelir.

Bu, yanma odasına 10 atmosferlik bir basınçla hava sağlamak için sıvı yakıt sağlamaktan 12 bin kat daha fazla güç harcanması gerektiği anlamına gelir.

Havayı sıkıştırmak için süperşarj veya kompresör adı verilen özel makineler kullanılır. Çalışmaları için gerekli mekanik enerjiyi gaz türbininin kendisinden alırlar. Kompresör ve tur-

Bezhy kompresör.

kompresör.

Kutular bir şaft üzerine monte edilmiştir ve çalışma sırasında türbin gücünün bir kısmını hava kompresörüne verir.

Gaz türbini tesislerinde santrifüjlü ve eksenel olmak üzere iki tip kompresör kullanılmaktadır.

Santrifüjlü kompresör (Şekil 6), adından da anlaşılacağı gibi, havayı sıkıştırmak için merkezkaç kuvveti kullanır. Böyle bir kompresör, harici havanın kompresöre girdiği bir giriş borusundan oluşur; genellikle çark olarak adlandırılan, çalışan bıçaklara sahip bir disk (Şek. 7); çarktan çıkan havanın içine girdiği difüzör ve basınçlı havayı hedefine, örneğin bir gaz türbini tesisinin yanma odasına boşaltan çıkış boruları.

Santrifüjlü kompresöre giren hava, hızla dönen bir çarkın kanatları tarafından alınır ve merkezkaç kuvvetinin etkisi altında merkezden çevreye doğru atılır. Kanatlar arasındaki kanallar boyunca hareket ederek ve diskle birlikte dönerek merkezkaç kuvvetleri tarafından sıkıştırılır. Pervanenin dönüşü ne kadar hızlı olursa, havanın sıkıştırılması o kadar büyük olur. Modern kompresörlerde çarkın çevresel hızı saniyede 500 metreye ulaşır. Bu durumda pervane çıkışındaki hava basıncı yaklaşık 2,5 atmosferdir. Dışında yüksek tansiyon, kanatlar arasından geçen hava, çarkın çevresel hızına yakın büyüklükte, yüksek bir hız kazanır. Daha sonra hava, kademeli olarak genişleyen bir kanal olan bir difüzörden geçirilir. Böyle bir kanaldan geçerken hava hızı düşer ve basınç artar. Difüzörün çıkışında, hava genellikle yaklaşık 5 atmosferlik bir basınca sahiptir.

Santrifüj kompresörlerin tasarımı basittir. Hafiftirler, nispeten verimli çalışabilirler. çeşitli sayılar mil hızı ve hava akışı. Bu nitelikler, teknolojide geniş uygulamalarını sağlamıştır. Bununla birlikte, santrifüj kompresörler yeterince yüksek bir verime sahip değildir - sadece% 70-75. Bu nedenle, hava sıkıştırma için çok fazla enerji harcanan gaz türbini tesislerinde, eksenel tip kompresörler daha sık kullanılır. Verimlilikleri daha yüksektir,% 85-90'a ulaşır. Ancak tasarımında eksenel bir kompresör, santrifüjlü olandan daha karmaşıktır ve daha fazla ağırlığa sahiptir.

Eksenel bir kompresör, bir şaft üzerine sağlam bir şekilde monte edilmiş ve içinden havanın hareket ettiği bir kanala yerleştirilmiş birkaç çarktan oluşur. Her pervane, jant üzerinde kanatları olan bir disktir. Pervane hızla döndüğünde kanatlar kanaldan geçen havayı sıkıştırarak hızını arttırır.

Her pervanenin arkasında bir sıra sabit kanat bulunur - hava basıncını daha da artıran ve jete gerekli yönü söyleyen bir kılavuz kanat.

Arkasında bir dizi sabit kılavuz kanat bulunan çarka kompresör kademesi denir. Eksenel kompresörün bir aşaması, hava basıncını yaklaşık 1,3 kat artırır. Daha fazla basınç elde etmek için birkaç kademeli eksenel kompresörler kullanılır. Eksenel kompresörler yüksek basınç elde etmek için kullanılır.

Pirinç. 8. On beş kademeli eksenel kompresörün rotoru.

14, 16 ve daha fazla adım. Çok kademeli eksenel kompresörlerde, rotor kanatları bazen ayrı disklere değil, tambur adı verilen ortak bir içi boş mil üzerine monte edilir. Kompresörün dönen kısmına (şaft üzerine monte edilmiş kanat sıraları veya çarklara sahip tambur) rotor adı verilir (Şekil 8) ve kompresör kasasına monte edilmiş sabit kılavuz kanatlara stator adı verilir.

Eksenel kompresör, havanın radyal yönde hareket ettiği santrifüj kompresörün aksine, hava kendi ekseni boyunca hareket ettiği için adını almıştır.

Kompresörde yüksek basınca sıkıştırılan hava yanma odasına beslenir. Burada sıvı yakıt, motorlarda olduğu gibi tutuşan püskürtme memelerinden hava akımına enjekte edilir. içten yanma- bir elektrikli mum yardımıyla. Buji sadece motor çalıştırıldığında çalışır. Daha fazla yanma sürekli olarak gerçekleşir. Aynı zamanda öne çıkıyor çok sayıda sıcaklık. Bir kilogram kerosenin yanması 10.500 kalorilik ısı açığa çıkarır.

Yakıtın yanması sırasında açığa çıkan ısı ne kadar fazla olursa, yanma odasının sonundaki gazların sıcaklığı o kadar yüksek olur. 15 kilogram havaya 1 kilogram kerosen uygulanırsa gaz sıcaklığı yaklaşık 2500 °C'ye ulaşacaktır. Bu kadar yüksek bir gaz sıcaklığında bir gaz türbini tesisinin çalışması çok verimli olacaktır. Bununla birlikte, meme aparatının kanatlarının malzemesi ve türbinin çalışan kanatları bu tür bir ısınmaya dayanamaz. Uçak gaz türbini motorlarında kullanılan en iyi modern ısıya dayanıklı alaşımlar, yaklaşık 900 ° C'lik bir gaz sıcaklığında çalışmaya izin verir. uzun vadeli servis ve daha ucuz alaşımlar kullanılırsa, izin verilen gaz sıcaklığı daha da düşüktür. Bu nedenle, gaz türbini tesislerinin yanma odalarında

1 kilogram kerosen veya yağa 50-80 kilogram hava verilir. Bu oran ile yanma odasının sonunda, kanatların gücünün izin verdiği gazların sıcaklığı belirlenir.

Gaz türbini tesisleri için bir yanma odası tasarlamak, karmaşık bir bilimsel ve teknik problemdir. Yanma odasına bir dizi katı gereklilik getirilir, tüm kurulumun performansı bunların yerine getirilmesine bağlıdır. İşte bu gereksinimlerin en önemlileri. İlk olarak, yakıtın tamamen yanmasını sağlamak gerekir. Yakıtın yanma odasında tamamen yanacak zamanı yoksa, enerjisinin bir kısmı boşa harcanacaktır. Gaz türbini santralinin verimi düşecektir. Ayrıca yanma odasında yanmaya vakti olmayan yakıt, türbin kanatları arasında yanmaya başlayacak ve bu da kanatların yanmasına ve kırılmasına, yani bir kazaya yol açacaktır. Gazın tüm kesit boyunca aynı sıcaklığa, örneğin bir yerde, örneğin 600 ° C ve başka bir yerde - 1200 ° olması yerine türbine girmesine izin vermek de imkansızdır. Bu nedenle, hazneden çıkmadan önce gazların iyi bir şekilde karıştırılmasını sağlamak, yüksek sıcaklığa sahip ayrı ayrı gaz "meşalelerinin" türbine girme olasılığını dışlamak gerekir. Son olarak, yanma odasının duvarları, yanmalarını önlemek için iyice soğutulmalıdır.

Tüm bu sorunları çözmek için gaz türbinli motorların yanma odalarındaki hava akışı iki kısma ayrılmıştır (Şekil 9). Akışın daha küçük bir kısmı şuraya yönlendirilir: iç kısım odalar - sözde alev tüpünde. Orada, yakıt yüksek bir sıcaklıkta yanar (yüksek sıcaklık, yeterli

tam yanma). Havanın geri kalanı yanmaya katılmaz. Alev tüpünü dışarıdan yıkar ve soğutur. Daha sonra soğuk hava sıcak gazlarla karıştırılır. Boru duvarlarında daha iyi karışma için, Büyük sayı soğutma havasının küçük porsiyonlar halinde verildiği ve sıcak gazlarla karıştığı küçük delikler. Bu soğutma havası beslemesi nedeniyle, duvarların yakınındaki gazın sıcaklığı alev borusunun merkezindekinden daha düşüktür. Bu aynı zamanda tükenmişlikten korunmasına da katkıda bulunur.

Bir gaz türbini tesisinin yanma odası genellikle kompresör ve türbin arasında bulunur. Bu düzenleme ile gaz akışı doğrudan tesisatın girişinden çıkışına gider. Ancak tesisatın merkezinde türbini kompresöre bağlayan bir mil bulunmaktadır. Bu mil çok ısınmamalıdır, aksi halde mukavemeti azalır. Bu nedenle, yanma odası halka şeklinde veya bir

Ortak oda, şaftın etrafında bir daire içinde yer alan 6-10 ayrı oda ile değiştirilir.

Bir gaz türbini tesisinin üç ana parçasına aşina oldunuz: hava kompresörü, yanma odası ve gaz türbini. Şek. Şekil 10, bir gaz türbin motorunun bir diyagramını göstermektedir. İşte nasıl çalıştığı.

Kompresör atmosferdeki havayı çeker ve sıkıştırır. Basınçlı hava, yakıtın yanması nedeniyle sıcaklığının birkaç yüz derece yükseldiği yanma odasına girer. Gazın basıncı

Yaklaşık olarak sabit kalır. Bu nedenle bu tip motorlara sabit yanma basıncına sahip gaz türbinli motorlar denir. Yanma odasından, yüksek basınç ve sıcaklığa sahip ve dolayısıyla büyük bir enerji kaynağı olan gaz türbine gider. Orada, sıkıştırılmış ve ısıtılmış gazın enerjisini faydalı işe dönüştürme işlemi gerçekleşir.

Gaz, genleşme sırasında, yani basıncı düştüğünde türbinde çalışır. Çoğu gaz türbini tesisinde, gaz basıncı atmosferik basınca düşürülür. Bu, türbinde bir işlem gerçekleştiği anlamına gelir, tersi bu kompresöre gider.

Kompresörün çıkışındaki ve türbinin girişindeki havanın sıcaklığı aynı olsaydı, o zaman türbindeki hava genişlediğinde, kompresörde onu sıkıştırmak için harcanan işin aynısını yapardı - şu şartla ki hava sürtünmesi ve girdabında enerji kaybı olmaz. Ve bu kayıplar dikkate alındığında, hava türbinde kompresörü döndürmek için gereken işten daha az iş yapacaktır. Böyle bir düzenlemenin hiçbir işe yaramayacağı açıktır. Ancak kompresör soğuk havayı sıkıştırır ve türbine çok sıcak bir gaz girer. Bu nedenle, gaz genleşme işi, kompresör için gerekenden 1,5-2 kat daha fazladır. Örneğin, bir gaz türbini 10.000 beygirlik bir güç geliştiriyorsa, buna bağlı kompresörü döndürmek için yaklaşık 6.000 beygir gücü harcanmalıdır.

Güç. Kalan 4.000 beygirlik serbest güç, bir elektrik jeneratörünü, bir gemi pervanesini, bir uçak pervanesini veya başka herhangi bir mekanizmayı döndürmek için kullanılabilir.

Bir gaz türbin motorunun çalışması için bir dizi yardımcı ünite gereklidir: yakıt pompaları, çalışmasını düzenleyen otomatik cihazlar, yağlama ve soğutma sistemi, kontrol sistemi vb.

Bir gaz türbin motorunu çalıştırmak için rotorunu (Şekil 11) dakikada birkaç yüz devire kadar döndürmek gerekir. Marş adı verilen küçük bir yardımcı motor bu amaca hizmet eder. Büyük gaz türbinli motorlar için, marş motoru genellikle 100 beygir gücü ve bazen daha fazla küçük gaz türbini motorlarıdır. Bu başlatıcılar, sırayla, pille çalışan küçük elektrik motorları tarafından döndürülür.

Sıcak gaz akışını kullanma olasılığı fikri - *** mekanik çalışma çağrısı çok uzun zaman önce ortaya çıktı. 450 yıl önce bile, büyük İtalyan bilim adamı Leonardo da Vinci, ocağın üzerindeki bir bacaya yerleştirilmiş kanatları olan bir tekerleğin tanımını yaptı. Gaz akışının etkisi altında, böyle bir tekerlek şişi döndürebilir ve harekete geçirebilir. Leonardo da Vinci'nin tekerleği bir gaz türbininin prototipi olarak kabul edilebilir.

1791'de İngiliz John Barber bir gaz türbini için patent aldı. Patent ekindeki çizime göre, yazara göre tesisin katı veya sıvı yakıtın damıtılmasıyla elde edilen yanıcı gaz üzerinde çalışması gerektiği düşünülebilir. Gaz, ilkel bir kompresör kullanılarak rezervuara pompalandı. Buradan, ikinci kompresör tarafından sağlanan hava ile karıştığı ve tutuştuğu yanma odasına girdi. Yanma ürünleri hazneden türbin çarkına geldi. Bununla birlikte, o zamanki mevcut teknolojik gelişme düzeyi ile bir gaz türbini uygulamak mümkün değildi. İlk gaz türbini ancak 19. yüzyılın sonunda, daha önce de söylediğimiz gibi deniz gemileri için ilk buhar türbinini de inşa eden Rus mucit P. D. Kuzminsky tarafından yaratıldı.

P. D. Kuzminsky'nin projesine göre 1897 yılında inşa edilen gaz türbini motoru, bir hava kompresörü, bir yanma odası ve bir radyal türbinden oluşuyordu (Şekil 12). Kuzminsky, yanma odasının su soğutmasını uyguladı. Su duvarları soğuttu ve ardından odaya girdi. Su temini sıcaklığı düşürdü ve aynı zamanda türbine giren gazların kütlesini arttırdı, bu da tesisatın verimliliğini arttırmalıydı. Ne yazık ki Kuzminsky'nin çalışmaları çarlık hükümetinden herhangi bir destek görmedi.

7 yıl sonra 1904 yılında Alman mühendis Stolz'un projesine göre yurtdışında bir gaz türbini inşa edildi, ancak birçok eksikliği olduğu için pratik uygulama almadı.

1906'da Fransız mühendisler Armango ve Lemal, 25 beygir gücünde bir gaz türbini ve ardından 400 beygir gücünde bir başka gaz türbini inşa ettiler. Bu kurulumun verimliliği sadece %3 idi.

İlk gaz türbini ünitelerinin testleri, verimliliklerini artırmak için kompresör ve türbin verimliliğinde önemli bir artış sağlamanın yanı sıra artırmanın gerekli olduğunu göstermiştir.

Yanma odasındaki gazların sıcaklığı. Bu, birçok mucidi başka gaz türbini tasarımları aramaya sevk etti. Hava sıkıştırma sırasında büyük enerji kayıplarını önlemek için kompresörden kurtulma arzusu vardı. Ancak türbin ancak yanma odasındaki gaz basıncı türbinin arkasındakinden daha yüksek olduğunda çalışabilir. Aksi takdirde gaz hazneden türbine akmaz ve pervanesini çalıştıramaz. Haznede sürekli bir yanma işlemi ile basınçlı hava sağlayan bir kompresörün kullanılması kaçınılmazdır. Ancak, yanma işlemini aralıklı yaparsanız reddedebilirsiniz.

Bir kompresörden veya az miktarda hava veren ve buna bağlı olarak daha az güç tüketen bir kompresör kullanın. Böyle bir titreşimli odaya, içinde yanma olmadığı ve basıncın çok düşük olduğu bir zamanda hava verilir. Hava girip yakıt püskürtüldükten sonra haznenin girişi kapanır, bir flaş meydana gelir. Hazne kapalı olduğundan ve gazlar genleşemediğinden, içindeki basınç keskin bir şekilde yükselir. Gazlar hazneden türbine aktıktan sonra, giriş valfi açılır ve hazneye yeni bir hava kısmı girer. Böylece yanma işlemini sabit bir gaz hacminde, yani kapalı bir odada gerçekleştirerek, kompresör yardımı olmadan basınçlarını artırmak mümkündür.

1908'de Rus mühendis V.V.

Karovodin, böyle bir gaz türbininin deneysel bir modelini yarattı (Şekil 13). Hazne, içindeki yakıtın yanması sırasında özel bir valf yardımıyla kapatılmıştır. Türbin, gazın dört uzun nozuldan çarka geçtiği dört yanma odasına sahipti. Test sırasında, model 1.6 beygir gücü geliştirdi; verimlilik sadece %3 idi. İçin endüstriyel uygulamalar bu türbin de henüz yeterince iyi değildi.

Alman mühendis Holz-wart da uzun süre sabit yanma hacmine sahip gaz türbinlerinin oluşturulması üzerinde çalıştı. Projelerine göre 1914-1920 döneminde
500 ila 2000 beygir gücü kapasiteli birkaç türbin inşa edildi. Ancak hiçbiri uygun değildi. endüstriyel operasyon. Sadece 1930'larda İsviçre şirketi Brown-Boveri, pratik çalışmaya uygun, sabit hacimli yanmaya sahip birkaç türbin yaratmayı başardı. Şu anda, bu tür türbinler üzerindeki çalışmalar neredeyse tamamen durdurulmuştur.

Bilim adamlarımız farklı bir yol izledi. Mühendis

V. Kh. Abiants, “Havacılık Gaz Türbinleri Teorisi” adlı kitabında Sovyet uzmanlarının çalışmaları hakkında şunları yazıyor:

“Sovyet bilim adamlarının temel değerlerinden biri, sabit bir yanma basıncına sahip türbinler geliştirmenin fizibilitesini ve umutlarını kanıtlamış olmalarıdır, oysa yabancı (özellikle Alman) gaz türbini mühendisleri, sabit bir yanma hacmine sahip türbinler alanında çalıştılar. Havacılık da dahil olmak üzere gaz türbinlerinin müteakip tüm geliştirmeleri, Sovyet bilim adamlarının tahminlerini zekice doğruladı, çünkü gaz türbinlerinin geliştirilmesinin ana yolu, sabit yanma basıncına sahip türbinler yaratma yoluydu.

Sovyet bilim adamlarının çalışmaları, yeterince yüksek bir gaz sıcaklığında sabit yanma basıncına sahip gaz türbini tesislerinin yüksek verime sahip olabileceğini kanıtladı.

1939'da Profesör V. M. Makovsky, Kharkov Türbin Jeneratör Fabrikasında sabit yanma basıncına sahip bir gaz türbini inşa etti. Gücü 400 kilovattı. Türbinin şaftı, diski ve içi boş kanatları su ile soğutulmuştur. Makovsky türbini, yer altı gazlaştırma sonucu elde edilen yanıcı gazla çalışacak şekilde tasarlandı. sert kömür. Gorlovka'daki madenlerden birinde kuruldu ve başarıyla test edildi.

Şu anda fabrikalarımız çeşitli yüksek verimli gaz türbinleri üretmektedir.

Gaz türbini tesisi, pistonlu bir içten yanmalı motordan daha basit bir tasarıma sahip olsa da, onu oluşturmak için çok fazla araştırma çalışması gerekti. Bu nedenle, yalnızca bizim zamanımızda, bilim ve teknolojinin modern başarılarına dayanarak, verimli bir gaz türbini motoru yaratmak mümkün oldu.

Bilim adamları, gaz türbini tesisleri yaratmayı mümkün kılmadan önce hangi bilimsel sorunları çözmek zorunda kaldılar?

Bir gaz türbini oluştururken, sürtünme ve girdap oluşumundan kaynaklanan kayıpları en aza indirmek için gaz enerjisinin mümkün olan en iyi şekilde kullanılmasını sağlamaya çalışmak gerekiyordu. Türbin boyunca gaz hareketinin yüksek hızı, küçük bir kurulumdan yüksek güç elde edilmesini mümkün kılar. Ancak aynı zamanda, böyle bir hız, büyük enerji kayıpları tehlikesiyle doludur. Bir sıvı veya gazın hızı ne kadar büyük olursa, daha fazla kayıp sürtünme ve girdap oluşumu için enerji.

Verimliliği yüksek bir gaz türbini tesisi kurmak için kompresör ve türbin parçalarının en avantajlı boyutlarını, şeklini ve göreli konumunu seçmek gerekiyordu. Ve bunun için gazların hareketini incelemek ve etraflarında dolaştıkları katı cisimleri nasıl etkilediklerini bulmak gerekiyordu. Birçok teknoloji dalının gelişmesi için gaz hareketinin incelenmesi gerekliydi.

Bilim adamlarının bu alandaki ilk görevi, gazın pratikte sıkıştırılmadığında nispeten düşük hızlardaki hareketini incelemekti. Sıkıştırılamaz bir gazın hareketi, bir sıvının hareketi ile aynı yasalara uyduğundan, bu bilim dalına hidrodinamik denir (“hid”, Yunanca su anlamına gelir).

Aynı zamanda, bir gazın moleküler yapısının, basınç ve sıcaklığın etkisi altında hal değiştirme işlemlerinin bilimi gelişiyordu. Buna termodinamik denir (Latince "termo" - ısı kelimesinden).

Hidrodinamik geliştirme sürecinde, dikkate alınması gerekli hale geldi. özellikler sıvıdan ayıran gazdır. Ve hidrodinamik temelinde, aerodinamik ortaya çıktı - hava akışı yasalarının bilimi ve vücutların etrafındaki hava akışı. Aynı zamanda, buhar türbinlerinin ortaya çıkışı, termodinamik bilim adamlarını nozüllerden gaz ve buhar akışı gibi konuları araştırmaya sevk etti.

Gelişim sürecinde, hidrodinamik ve termodinamik, incelenen konuların kapsamını genişleterek, özüne daha derine ve daha derine nüfuz eder. fiziksel olaylar birbirlerine yaklaşıyorlardı. Böylece, başka bir yeni bilim dalı ortaya çıktı - yüksek hızlarda gaz hareketi yasalarını ve bir gaz akışında meydana gelen termal süreçleri inceleyen gaz dinamiği.

Bu bilim, gaz türbini motorlarının geliştirilmesi için teorik bir temel oluşturdu. Gaz türbinleri teorisi üzerine ilk temel çalışma, seçkin Çek bilim adamı Stodola, Sovyet profesörleri V. M. Makovsky, V. V. Uvarov ve bir dizi başka bilim adamı tarafından gerçekleştirildi.

Gaz türbini teknolojisinin teorik temellerinin geliştirilmesi ve bu alanda dünyanın birçok ülkesinde başlayan deneysel çalışmalar, bu tür motorların geliştirilmesindeki en önemli görevin akış yollarının, yani bu elemanların iyileştirilmesi olduğunu göstermiştir. içinden gazın aktığı motorun yapısı: hava girişi, kompresör, yanma odası, türbinler ve memeler. Her şeyden önce, genellikle aynı "kanatlı makineler" terimiyle anılan kompresörler ve türbinler teorisinin gelişimi hakkında bir soru vardı. Sovyet bilim adamlarının ele aldığı şey tam da bu temel sorunun çözümüydü. Euler, Bernoulli, Zhukovsky, Chaplygin'in parlak eserlerine dayanan Sovyet bilim adamları, gaz türbini motorları teorisini yarattılar.

Gaz türbini motorları teorisine son derece değerli bir katkı Akademisyen B. S. Stechkin tarafından yapılmıştır. Emekleri, kanatlı makineler hakkında tutarlı bir teori yarattı. Eksenel ve santrifüj kompresörleri hesaplamak için yöntemler geliştirdi. Modern havacılıkta en yaygın gaz türbinli jet motorları teorisinin yaratıcısıdır.

Profesörler K. A. Ushakov, V. N. Dmitrievsky, K. V. Kholshchevnikov, P. K. Kazandzhan ve bir dizi başka bilim adamı, kompresörler üzerinde derin teorik araştırmalar ve verimli deneysel çalışmalar gerçekleştirdi. Kanatlı makineler teorisine önemli bir katkı, Ukraynalı akademisyen G. F. Proskur'un 1934'te yayınlanan "Bir turbomakinenin hidrodinamiği" adlı çalışmasıydı.

Gaz türbinleri ve gaz türbin motorları teorisi bir bütün olarak profesörler G.S. Zhi'nin çalışmalarına ayrıldı -

Ridkoy, A. V. Kvasnikov, P. I. Kirillov, Ya. I. Shnee, G. P. Zotikov ve diğerleri.

Türbin kanatlarının en avantajlı biçimini oluşturmak için bilim adamları tarafından birçok çalışma yapılmıştır. Bir türbin kanadının çalışması, bir uçak kanadının çalışmasıyla pek çok ortak noktaya sahiptir. Bununla birlikte, aralarında önemli farklılıklar da vardır. Kanat tek başına çalışır ve türbin kanadı diğer kanatların yakınında çalışır. İkinci durumda, dedikleri gibi, bir "profil kafesi" ortaya çıkıyor. Komşu kanatların etkisi, kanat profili etrafındaki gaz akışının modelini büyük ölçüde değiştirir. Ayrıca kanat, uçakla buluşmadan önce tüm kanat açıklığı boyunca aynı hıza sahip bir hava akımı tarafından üflenir. Ve türbin kanadına göre gazın hızı, uzunluğu boyunca aynı değildir. Kanatların çevre hızına bağlıdır. Kanatlar oldukça uzun yapıldığından, kanadın kökündeki çevresel hız, ucuna göre çok daha azdır. Bu, kanadın kökündeki göreli gaz hızının pervanenin dış çevresinden farklı olacağı anlamına gelir. Bu nedenle, kanat profili, kanat tüm uzunluğu boyunca en yüksek verimlilikle çalışacak şekilde olmalıdır. Bu tür bıçakları yaratma görevi, Profesör VV Uvarov ve diğer bilim adamlarının çalışmaları ile çözüldü.

Ekonomik gaz türbinli motorların yaratılmasının çözümüne bağlı olan en önemli sorun, ısıya dayanıklı malzeme sorunuydu. Bir gaz türbini tesisinin verimi artan gaz sıcaklığı ile artar. Ancak türbinin yüksek sıcaklıklarda güvenilir bir şekilde çalışabilmesi için, kanatlarının ve diskinin, yüksek ısıtmada bile mukavemeti korunan bu tür alaşımlardan üretilmesi gerekir. Bu nedenle, gaz türbini teknolojisinin geliştirilmesi için gerekliydi. yüksek seviye metalurjinin gelişimi. Şu anda, metalürjistler yüksek sıcaklıklara dayanabilen alaşımlar yarattılar. Bu tür alaşımlardan yapılan türbin kanatları, türbine giren gazların 900°C'ye varan sıcaklıklarında özel bir soğutma olmaksızın çalışabilir.

Alaşımlara ek olarak, özel seramikler gibi ısıya dayanıklı başka malzemeler de vardır. Ancak seramikler oldukça kırılgandır ve bu da gaz türbinlerinde kullanılmalarını engeller. Bununla birlikte, ısıya dayanıklı seramiklerin geliştirilmesine yönelik daha fazla çalışma, gaz türbinlerinin geliştirilmesi üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir.

Gaz türbini tasarımcıları da yapay olarak soğutulmuş kanatlar geliştiriyorlar. Kanatların içinde hava veya sıvının geçtiği kanallar yapılır. Türbin diski genellikle hava ile üflenir.

Gaz türbini tesislerinde yakıt yakma koşulları, buhar kazanlarının fırınlarındaki veya pistonlu motorların silindirlerindeki koşullardan önemli ölçüde farklıdır. Bir gaz türbini motoru, küçük bir boyutta çok büyük miktarda iş üretebilir. Ancak bunun için, küçük bir hazne hacminde büyük miktarda yakıt yakmak gerekir. Bu ancak çok yüksek bir yanma hızında elde edilebilir. Yakıt parçacıkları, bir gaz türbin motorunun yanma odasında saniyenin yüzde birinden daha kısa bir süre boyunca kalır. Bu kadar kısa sürede yakıtın hava ile iyi karışması, buharlaşması ve tam yanması gerçekleşmelidir.

Sorunu başarılı bir şekilde çözmek için yanma fiziğini incelemek gerekir. Zamanımızda büyük bilim adamlarından oluşan ekipler bunun üzerinde çalışıyor.

Bilim adamları, gaz türbini tesislerinde yakıtın yanması sırasında açığa çıkan ısının kullanımının en üst düzeye çıkarılması konusunu da ayrıntılı olarak incelediler. Gazlar türbin çarkını yüksek bir sıcaklıkta terk eder ve bu nedenle büyük miktarda içsel enerji. Egzoz gazlarının ısısını kullanmak için doğal bir istek vardı. Bunun için aşağıdaki kurulum şeması önerildi. Pervaneden çıkan gazlar, atmosfere salınmadan önce, ısılarının bir kısmını kompresörden çıkan basınçlı havaya aktardıkları bir ısı eşanjöründen geçer. Isı eşanjöründe ısıtılan hava, herhangi bir miktarda yakıt tüketmeden enerjisini arttırır. Isı eşanjöründen hava, sıcaklığının daha da yükseldiği yanma odasına yönlendirilir. Bu tür ısı eşanjörlerinin cihazı, gaz ısıtması için yakıt tüketimini önemli ölçüde azaltabilir ve böylece tesisatın verimliliğini artırabilir. Isı eşanjörü, içinden sıcak gazların aktığı bir kanaldır. Kanalın içine, gaz akışı boyunca veya ona dik olarak yerleştirilmiş bir çelik boru demeti yerleştirilir. Hava bu borulardan akar. Gaz, boruların duvarlarını ve içlerinden akan havayı ısıtır. Egzoz gazlarından gelen ısının bir kısmı çalışma havasına geri verilir. Bu işleme ısı geri kazanım işlemi denir. Ve ısı eşanjörlerine genellikle rejeneratörler denir.

Isı geri kazanımlı gaz türbinleri, geleneksel türbinlerden önemli ölçüde daha ekonomiktir. Ne yazık ki, ısı eşanjörleri boyut olarak çok hantaldır ve bu da bazı nakliye kurulumlarında kullanılmalarını zorlaştırır.

Gaz türbini teknolojisinin gelişiminin altında yatan bilimsel problemler arasında, yapıların dayanıklılığına da dikkat edilmelidir. Güçlü yanma odaları inşa etmek için ince cidarlı kabukları hesaplama yöntemlerini bilmek gerekir. Bu, malzemelerin mukavemeti biliminin yeni dallarından biridir. Zor bir görev, türbin kanatlarının gücünü sağlamaktır. Türbin rotoru çok büyük sayıda devir yapar (dakikada 5000-10.000 devir ve bazı tasarımlarda daha da fazla) ve kanatlara büyük merkezkaç kuvvetleri etki eder (her kanat için birkaç ton).

Burada sadece en önemlilerini ele aldık. bilimsel problemlerçözümü gaz türbini teknolojisinin geliştirilmesi için gerekli olan. Bilim adamları ve mühendisler, gaz türbini motorlarını geliştirmek için çalışmaya devam ediyor. Hâlâ birçok çözülmemiş soruyla, birçok ilginç ve önemli sorunla karşı karşıyalar.

Örneğin, münhasıran büyük önem yakıt olarak kömür kullanılarak gaz türbinlerinin oluşturulması konusunda çalışmaları var. Petrolden daha fazla kömür çıkarıldığı ve ondan daha ucuz olduğu bilinmektedir. Bir gaz türbininin yanma odasında kömürün yanması zor bir iştir. Ezilmesi, kömür tozuna dönüştürülmesi gerekiyor. Yanma odasından çıkan gazlar külden arındırılmalıdır. Gaz, 0,03-0,05 mm boyutunda bile kül parçacıkları içeriyorsa, türbin kanatları çökmeye başlayacak ve türbin arızalanacaktır.

Gaz temizleyicileri inşa etmek zor bir iştir. Ancak bir gaz türbini motoru için böyle bir sorunu çözmek mümkündür. İçten yanmalı motorlarda, havanın sıkıştırılması, gazın yanması ve genleşmesi tek bir yerde - silindirde gerçekleşir. Silindire herhangi bir temizleyici takmak imkansızdı. Bu nedenle şimdiye kadar içten yanmalı motorların silindirlerinde kömür yakma girişimleri hiçbir şeye yol açmadı. Bir gaz türbini tesisinde sıkıştırma, yanma ve genleşme, farklı yerler. Hava bir kompresörde sıkıştırılır, bir haznede ısıtılır ve bir türbinde genleştirilir. Temizleyici hazne ve türbin arasına yerleştirilebilir. Sadece içinden geçen gazların basıncını çok fazla düşürmemesi ve boyutunun çok büyük olmaması gereklidir.

Günümüzde, nükleer gaz türbini motorları oluşturmak için araştırmalar da devam etmektedir. Bu motorlarda hava, yakıt yakılarak değil, nükleer kazanda açığa çıkan ısı ile ısıtılır. Bilim adamlarının yol boyunca üstesinden gelmeleri gereken birçok zorluk var. Ancak hiç şüphe yok ki nükleer gaz türbin motorlarının büyük bir geleceği var.

Ara sıra haberlerde, örneğin, şu veya bu eyalet bölgesi elektrik santralinde, 400 MW'lık bir CCGT ünitesinin inşasının tüm hızıyla devam ettiğini ve başka bir CHPP-2'de, bir GTP kurulumunun yapıldığını söylüyorlar. birçok MW işletmeye açıldı. Bu tür olaylar hakkında yazılır, ele alınır, çünkü bu kadar güçlü ve verimli birimlerin dahil edilmesi uygulamada sadece bir "tik" değildir. devlet programı, aynı zamanda enerji santrallerinin, bölgesel enerji sisteminin ve hatta birleşik enerji sisteminin verimliliğinde gerçek bir artış.

Ancak devlet programlarının veya tahmin göstergelerinin uygulanmasına değil, CCGT ve GTU'ya dikkatinizi çekmek istiyorum. Bu iki terimde, sadece meslekten olmayanların değil, aynı zamanda acemi güç mühendislerinin de kafası karışabilir.

Daha kolay olanla başlayalım.

GTU - gaz türbini tesisi - tek bir binada birleştirilmiş bir gaz türbini ve bir elektrik jeneratörüdür. Bir termik santralde kurulması avantajlıdır. Bu etkilidir ve birçok CHP rekonstrüksiyonu tam da bu tür türbinleri kurmayı amaçlamaktadır.

İşte bir termik santralin basitleştirilmiş bir çalışma döngüsü:

Gaz (yakıt), kazana girer, burada yanar ve ısıyı suya aktarır, bu da kazanı buhar şeklinde terk eder ve buhar türbinini döndürür. Buhar türbini jeneratörü döndürür. Elektriği jeneratörden alıyoruz, endüstriyel ihtiyaçlar için (ısıtma, ısıtma) buharı gerekirse türbinden alıyoruz.

Ve bir gaz türbini tesisinde, gaz yanarak elektrik üreten gaz türbinini döndürür ve çıkan gazlar, atık ısı kazanında suyu buhara dönüştürür, yani. gaz çifte fayda ile çalışır: önce türbini yakar ve döndürür, ardından kazandaki suyu ısıtır.

Ve gaz türbini tesisinin kendisi daha ayrıntılı gösterilirse, şöyle görünecektir:

Bu video, bir gaz türbini tesisinde hangi süreçlerin gerçekleştiğini açıkça göstermektedir.

Ancak ortaya çıkan buharın çalıştırılması daha da yararlı olacaktır - başka bir jeneratörün çalışması için onu bir buhar türbinine koyun! O zaman GTU'muz bir BUHAR-GAZ ÜNİTESİ (CCGT) olacak.

Sonuç olarak, PSU daha geniş bir kavramdır. Bu tesis, yakıtın bir kez kullanıldığı ve elektriğin iki kez üretildiği bağımsız bir güç ünitesidir: bir gaz türbini tesisinde ve bir buhar türbininde. Bu döngü çok verimli ve yaklaşık %57'lik bir verimliliğe sahip! Bu, bir kilovat-saat elektrik elde etmek için yakıt tüketimini önemli ölçüde azaltmanıza izin veren çok iyi bir sonuçtur!

Beyaz Rusya'da, enerji santrallerinin verimliliğini artırmak için, gaz türbinleri mevcut CHP planına bir “üst yapı” olarak kullanılıyor ve CCGT'ler eyalet bölgesi elektrik santrallerinde bağımsız güç üniteleri olarak inşa ediliyor. Enerji santrallerinde çalışan bu gaz türbinleri, yalnızca "öngörülen teknik ve ekonomik göstergeleri" artırmakla kalmaz, aynı zamanda yüksek manevra kabiliyetine sahip oldukları için üretim yönetimini de iyileştirir: başlatma hızı ve güç kazancı.

Bu gaz türbinleri işte bu kadar kullanışlı!

GAZ TÜRBİN TESİSLERİ (GTU)

GTU iş akışı. Modern gaz türbinlerinde, p = sabitte bir yanma çevrimi kullanılır (Şekil 6.5).

GTP genellikle bir yanma odası, bir gaz türbini, bir hava kompresörü, çeşitli amaçlar için ısı eşanjörleri (hava soğutucuları, yağlama sisteminin yağ soğutucuları, rejeneratif ısı eşanjörleri) ve yardımcı cihazları (yağ pompaları, su besleme elemanları, vb.) .

Gaz türbininin çalışma gövdesi, doğal gaz, iyi saflaştırılmış yapay gazlar (yüksek fırın, kok fırını, jeneratör) ve özel gaz türbini sıvı yakıtı (işlenmiş dizel motor ve güneş yağı) olarak kullanılan yakıtın yanma ürünleridir. .

Çalışma karışımı yanma odasında hazırlanır. Odanın yangın hacmi (Şekil 20.9), yakıtın yaklaşık 2000 ° C sıcaklıkta yakıldığı bir yanma bölgesine ve sıcaklıklarını 750 ° C'ye düşürmek için yanma ürünleriyle havanın karıştırıldığı bir karıştırma bölgesine bölünmüştür. Sabit türbinlerde -1090 °C ve havacılık türbinlerinde 1400 °С'ye kadar.

Gaz ve buhar türbinlerinin çalışma prensibi aynıdır ancak gaz türbinlerinin akış yolunun tasarımı çok daha basittir. Nispeten küçük bir mevcut ısı damlasıyla çalışırlar ve bu nedenle az sayıda adıma sahiptirler.

Yanma ürünlerinin yüksek sıcaklığı nedeniyle türbinlerin akış yolunun detayları (nozullar, rotor kanatları, diskler, miller) alaşımlı yüksek kaliteli çeliklerden yapılmıştır. Güvenilir çalışma için çoğu türbin, kasanın ve rotorun en yüklü parçalarının yoğun bir şekilde soğutulmasını sağlar.

Gerçek koşullarda, GTP'deki tüm süreçler, türbin ve kompresördeki iş kayıplarının yanı sıra GTP kanalındaki aerodinamik sürükleme ile ilişkili dengesizdir. Şek. 20.10'da, kompresördeki gerçek sıkıştırma işlemi satır 1-2 ile gösterilir ve türbindeki genleşme işlemi satır 3-4 ile gösterilir. 2a ve 4a noktaları, denge adyabatik sıkıştırma ve genleşmenin sonunda, sırasıyla çalışma sıvısının durumunu işaretler, O noktası - parametreler çevre. Kompresör emiş yolundaki (hat 01) basınç kayıpları nedeniyle, sıkıştırma işlemi 1 noktasından başlar.

Böylece gerçek bir çevrimde havayı sıkıştırmak için çok iş harcanır ve bir türbinde gaz genleştirilirken ideal bir çevrime kıyasla daha az iş elde edilir. Çevrim verimliliği daha düşüktür. π basınç artışı derecesi ne kadar büyükse (yani, p 2 o kadar yüksek), daha fazla miktar faydalı işe kıyasla bu kayıplar. Belirli bir π değerinde (ne kadar yüksekse, türbin ve kompresörün Tg ve iç bağıl verimliliği o kadar yüksektir, yani içlerindeki kayıp o kadar az), türbinin çalışması harcanan işe eşit olabilir. kompresör sürücüsü ve faydalı iş- sıfır.

Bu nedenle, gerçek döngünün en büyük verimliliği, ideal olanın aksine, belirli (optimal) bir basınç artışında elde edilir ve her Tz değerinin kendi π opt'u vardır (Şekil 20.11). En basit gaz türbinlerinin verimliliği% 14-18'i geçmez ve bunu artırmak için, gaz türbinleri birkaç aşamalı ısı beslemesi ve basınçlı havanın ara soğutmasının yanı sıra egzoz yoluyla basınçlı havanın rejeneratif ısıtılmasıyla gerçekleştirilir. türbinden sonra gazlar, böylece gerçek çevrimi Carnot çevrimine yaklaştırır.

Atık ısı geri kazanımlı GTP. Gaz türbininden çıkan gazların ısısı, geleneksel ısı eşanjörlerinde buhar ve sıcak su üretmek için kullanılabilir. Bu nedenle GT-25-700 LMZ üniteleri, ısıtma sistemindeki suyu 150-160 °C'ye kadar ısıtan ısıtıcılarla donatılmıştır.

Aynı zamanda, gaz türbinindeki hava fazlalık faktörünün nispeten yüksek bir seviyesi, yanma ürünleri ortamında yeterince büyük miktarda ek yakıtın yakılmasını mümkün kılar. Sonuç olarak, yeterince yüksek sıcaklığa sahip gazlar, bu amaç için özel olarak kurulmuş bir buhar jeneratöründe enerji parametrelerinin buharını elde etmeye uygun, gaz türbininden sonraki ek yanma odasından çıkar. Karmanovskaya GRES'te, bu şemaya göre 500 MW elektrik gücüne sahip bir ünite için bir kazan inşa ediliyor.

GTU'nun uygulanması. Son yıllarda, gaz türbinleri çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır: ulaşımda, enerji sektöründe, sabit tesislerin çalıştırılmasında vb.

Güç gaz türbinleri. Bir gaz türbini, bir buhar türbininden daha küçük ve daha hafiftir, bu nedenle başlatma sırasında çalışma sıcaklıklarına çok daha hızlı ısınır. Yanma odası, düzensiz termal uzamalar, özellikle büyük bir tambur nedeniyle bir kazayı önlemek için yavaş uzun süreli (saatlerce ve hatta onlarca saat) ısıtma gerektiren bir buhar kazanının aksine, neredeyse anında devreye girer. 1,5 m çapında, 15 m uzunluğa kadar m, duvar kalınlığı 100 mm'den fazla olan.

Bu nedenle, gaz türbinleri öncelikle pik yükleri karşılamak için ve ünitenin çok hızlı bir şekilde devreye alınması gerektiğinde, büyük güç sistemlerinin kendi ihtiyaçları için acil durum rezervi olarak kullanılır. Gaz türbininin veriminin PSU'ya göre daha düşük olması, üniteler kısa süre çalıştığı için bu durumda bir rol oynamaz. Bu tür gaz türbinleri, nispeten az sayıda kullanım saati (yılda 100 ila 1500 saat) ile sık çalıştırma (yılda 1000'e kadar) ile karakterize edilir. Bu tür gaz türbinlerinin birim kapasite aralığı 1 ila 100 MW arasındadır.

Gaz türbinleri ayrıca bir elektrik jeneratörünü çalıştırmak ve mobil kurulumlarda (örneğin gemilerde) elektrik üretmek için kullanılır. Bu tür gaz türbinleri genellikle nominal yükün %30-110'u aralığında, sık sık kalkış ve duruşlarla çalışır. Bu tür gaz türbinlerinin birim gücü onlarca kilovattan 10 MW'a kadar değişmektedir. Örneğin helyumla soğutulan reaktörlere sahip nükleer santrallerin hızlı gelişimi, kapalı bir döngüde çalışan tek döngülü GTU'ların kullanılması ihtimalini açar (çalışma sıvısı tesisi terk etmez).

Belirli bir güç gaz türbini ünitesi grubu, kimya, petrol arıtma, metalurji ve diğer tesislerin (enerji teknolojisi) teknolojik şemalarında çalışan kurulumlardan oluşur. Temel yük modunda çalışırlar ve çoğunlukla, sürecin bir sonucu olarak üretilen gazların genleşme enerjisinden dolayı, prosese basınçlı hava veya gaz sağlayan bir kompresörü çalıştırmak üzere tasarlanırlar.

Tahrik gazı türbinleri, ana boru hatlarının kompresör istasyonlarındaki doğal gaz santrifüj üfleyicilerini ve ayrıca kombine çevrim tesislerinde petrol ve petrol ürünlerini ve üfleyicileri taşımak için pompaları tahrik etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür gaz türbinlerinin faydalı gücü 2 ila 30 MW arasında değişmektedir.



Nakliye gaz türbinleri, uçakların (turbojet ve turboprop) ve donanma gemilerinin ana ve art yakıcı motorları olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu, özgül güç açısından rekor rakamlar elde etme olasılığından kaynaklanmaktadır ve Genel boyutları biraz daha yüksek yakıt tüketimine rağmen diğer motor türlerine kıyasla. Gaz türbinleri, küçük boyutlarının ve su gereksinimlerinin olmamasının özellikle değerli olduğu lokomotif motorları olarak çok umut vericidir. Nakliye gaz türbinleri çok çeşitli yüklerde çalışır ve kısa süreli zorlamalar için uygundur.

Gaz türbininin birim gücü henüz 100 MW'ı geçmemekte olup, santralin verimi %27-37'dir. Başlangıç ​​gaz sıcaklığının 1200 °C'ye çıkarılmasıyla birlikte gaz türbininin kapasitesi 200 MW'a çıkarılacak ve santralin verimi %38-40'a ulaşacak.

İÇİNDE son yıllar(yaklaşık olarak geçen yüzyılın 50'li yıllarından itibaren), gaz türbinleri termik santrallerde elektrik jeneratörlerini çalıştırmak için yaygın olarak kullanılmaya başlandı.

Gaz türbini üniteleri (GTP), sabit basınçta (Şekil 6.1) ve sabit hacimde (Şekil 6.2) yakıt yanmasıyla çalışabilir. Karşılık gelen ideal çevrimler, proseste sabit basınç ve sabit hacimde ısı girişi olan çevrimlere ayrılır.

Pirinç. 6.1. Sabit basınçta yakıt yanmasıyla GTU şeması: 1 - turboşarj; 2 - gaz türbini; 3 - benzin pompası; 4 - yanma odası; 5 - yakıt enjektörü;

6 - yanma odasının aktif bölgesi

Şekil 6.2. Sabit bir hacimde yakıt yanması olan bir GTU şeması: 5B, 7 - sırasıyla yakıt, hava ve gaz valfleri; 8 - ateşleme cihazı; 9 - alıcı; Tanımların geri kalanı, Şekil 1'deki ile aynıdır. 6.1

Uygulamada, sabit basınçta yakıt yanmasıyla (çalışma sıvısına ısı beslemesi ile) açık (açık) çevrimli gaz türbini üniteleri ve ardından yanma ürünleri karışımının türbin akış yolunda hava ile genleşmesi (Brayton döngüsü) haline geldi. yaygın (bkz. Şekil 6.6).

Sabit basınçta yakıt yanması olan gaz türbinlerinde, yanma süreci süreklidir (bkz. Bölüm 6.2) ve sabit hacimde yakıt yanması olan gaz türbinlerinde, yanma süreci periyodiktir (atımlı). Bir kompresörde sıkıştırılmış 1 alıcıya hava verilir (bkz. şekil 6.2) 9 (yüksek kapasiteli basınç dengeleme kabı), hava valfinin içinden geçtiği yerden 6 yanma odasına girer 4. Ayrıca yakıt pompası 3 yakıt valfi aracılığıyla 5 yakıt verilir. Yanma işlemi kapalı yakıt, hava ve gaz valfleri ile gerçekleştirilir. 5, 6, 7. Hava-yakıt karışımının ateşlenmesi bir cihaz tarafından gerçekleştirilir. 8 (elektrik kıvılcımı). Odadaki basınç artışının bir sonucu olarak yakıtın yanmasından sonra 4 gaz vanası 7 açılır Nozül cihazlarından (Şekil 6.2'de gösterilmemiştir) geçen yanma ürünleri rotor kanatlarına girer ve gaz türbini rotorunu çalıştırır 2.

Hava ile karıştırılmış organik yakıtın yanmasından kaynaklanan gazlı ürünler, gaz türbininin çalışma sıvısı olarak işlev görür. Kullanılan yakıt, doğal gaz, yüksek düzeyde saflaştırılmış suni gazlar ve özel gaz türbini fuel-oil'dir (işlenmiş dizel motor ve güneş yağı).

Gaz türbininin çalışmasının bir özelliği, kompresör tarafından sağlanan havanın yalnızca bir kısmının (% 20-40) yanma odasının aktif bölgesine girmesi ve yaklaşık bir sıcaklıkta yakıt yakma işlemine katılmasıdır. 1500-1600 °C. Havanın geri kalanı (% 60-80), kanat aparatının güvenilirlik ve dayanıklılık koşullarına göre türbin önündeki gazların sıcaklığını 1000-1300 ° C'ye (sabit bir gaz türbini için) düşürmek üzere tasarlanmıştır, bu, türbinin önünde ve GTU için gazlarda ve d'de artan hava fazlalığı ile ilişkilidir. ve r, gaz türbini önündeki çalışma akışkanının başlangıç ​​sıcaklığındaki artışla azalır ve çeşitli kurulumlarda 2,5-5'tir. GTP verimliliği, güç tüketimi gaz türbini gücünün %40-50'si kadar olan bir hava kompresörünün varlığından kaynaklanan buhar döngüsündeki STP verimliliğinden önemli ölçüde düşüktür.

Bir gaz türbini, bir buhar türbininden daha küçük ve daha hafiftir, bu nedenle, çalıştırıldığında, yavaş ısınma (onlarca saat) gerektiren bir buhar kazanı ile donatılmış bir buhar türbini tesisinin aksine, çalışma sıcaklıklarına çok daha hızlı ısınır. özellikle büyük bir tambur olmak üzere eşit olmayan termal uzamalardan kaynaklanan bir kazayı önlemek için.

Büyük manevra kabiliyeti (hızlı başlatma ve yükleme) nedeniyle, gaz türbinleri enerji endüstrisinde, öncelikle pik yükleri karşılamak ve büyük güç sistemlerinin kendi ihtiyaçları için acil durum rezervi olarak kullanılır. Bu durumda buhar santraline (SPU) kıyasla gaz türbininin daha düşük verimliliği önemsiz bir rol oynar. Bu tür gaz türbinleri, nispeten az sayıda kullanım saatiyle (yılda 100-1500 saat) sık çalıştırma (yılda 1000'e kadar) ile karakterize edilir.

Çeşitli gaz türbinleri, gaz türbinlerinde olduğu gibi yakıt olarak doğal gazın veya yüksek kaliteli sıvı yakıtın kullanıldığı, içten yanmalı bir motordan (dizel enerji santralleri) bir elektrik jeneratörü tarafından tahrik edilen tesislerdir. Ancak Ortadoğu ülkelerinde yaygınlaşmaya başlayan dizel santraller, verim faktörü daha yüksek olmasına rağmen birim kapasite olarak gaz türbinlerine göre daha geridedir.

50-60'larda en basit güç gaz türbinlerinin (Şekil 6.3) verimliliği. 20. yüzyıl %14-18 idi. Şu anda, gaz türbinlerinin verimliliğini artırmak için, birkaç kademeli ısı beslemesi ve basınçlı havanın ara soğutulması ile ve ayrıca türbinde egzoz edilen gazlar tarafından kompresörde sıkıştırılan havanın rejeneratif ısıtılması ile gerçekleştirilmektedir. gerçek çevrimi Carnot çevrimine yaklaştırır ve gaz türbinlerinin verimi %27-37'ye kadar çıkar.

Gaz türbini ünitelerinin verimliliği, çalışma sıvısının başlangıç ​​sıcaklığı (5. nesil GTU için 1100-1300 °C ve daha yüksek) ve kompresör tahriki de dahil olmak üzere kendi ihtiyaçları için artan enerji tüketimi nedeniyle ünite gücü ile sınırlıdır. İlk sınırlamanın şu anda ortadan kaldırılması zordur. İkinci sınırlama, aynı başlangıç ​​sıcaklığında düşük entalpili bir madde (yanma ürünlerinin hava ile karışımı) yerine türbine yüksek entalpili bir çalışma maddesi beslenirse ortadan kaldırılabilir. Daha sıklıkla, yanma ürünlerine su buharı eklenir. Su ve gaz buharlarının karışımlarından oluşan çalışma akışkanlarıyla çalışan veya ısıl devrede gaz ve buharı ayrı ayrı kullanan gaz türbinlerine gaz türbinleri denir. kombine çevrim tesisleri (PGU) ve döngüleri - buhar-gaz.İlk CCGT'ler denir monarşi, ve ikinci - ikili .

Ayrı çalışma gövdelerine sahip kurulumların geliştirilmesi sırasında, birkaç termal şema test edildi. En etkili olanı, buhar döngüsünün gaz döngüsüne göre tamamen kullanılabilir olduğu şemaydı. Bu tür tesisler denir geri dönüşüm PGU veya PGU-U. Kullanım CCGT'de, tesisin buhar kısmı ek yakıt tüketimi olmadan çalışır. Çevrimin yüksek başlangıç ​​sıcaklığından dolayı (1000-1300 °C'den fazla), böyle bir CCGT, geleneksel bir buhar türbini tesisi ve ayrı bir GTP'den önemli ölçüde daha yüksek olan %60'ın üzerinde bir verimliliğe sahip olabilir. en önemli faktör CCGT'nin verimliliğini artırmak, yakıt yanma ürünlerinin alanda çalışma sıvısı olarak kullanılmasıdır. yüksek sıcaklıklar(gaz türbininde) ve düşük sıcaklıklarda su buharı (buhar türbininde).

Açık tip gaz türbinleri, birim güç açısından buhar türbini tesislerinden daha düşüktür, daha düşük verime sahiptir, operasyonda daha az dayanıklıdır ve yakıt kaliteleri konusunda daha talepkardır. Gaz türbinlerinin daha da geliştirilmesi, esas olarak ısıya dayanıklı malzemelerin oluşturulmasındaki ilerleme ve geliştirme ile belirlenen birim güçlerini, verimliliklerini, güvenilirliklerini ve dayanıklılıklarını artırmayı amaçlamaktadır. etkili yollar gaz türbinlerinin akış kısmının soğutulması.

 

Şunları okumak faydalı olabilir: