Dujų turbinos generatorius. Dujų turbinos ir mažos galios dujų turbinų blokai Rusijos rinkoje. Dujų turbinos dizainas

„Turbo“, „turboreaktyvinis variklis“, „turbosraigtinis“ – šie terminai tvirtai pateko į XX amžiaus inžinierių, projektuojančių ir prižiūrinčių transporto priemones bei stacionarius elektros įrenginius, leksiką. Jie naudojami net susijusiose srityse ir reklamoje, kai norima produkto pavadinimui suteikti kokios nors ypatingos galios ir efektyvumo užuominą. Aviacijoje, raketose, laivuose ir elektrinėse dažniausiai naudojama dujų turbina. Kaip tai organizuojama? Ar jis veikia su gamtinėmis dujomis (kaip rodo pavadinimas), ir kokios jos? Kuo turbina skiriasi nuo kitų vidaus degimo variklių tipų? Kokie jo privalumai ir trūkumai? Šiame straipsnyje bandoma atsakyti į šiuos klausimus kuo išsamiau.

Rusijos mašinų gamybos lyderis UEC

Rusija, skirtingai nei daugelis kitų nepriklausomų valstybių, susikūrusių po SSRS žlugimo, sugebėjo iš esmės išsaugoti mašinų gamybos pramonę. Visų pirma, „Saturn“ įmonė užsiima specialios paskirties elektrinių gamyba. Šios įmonės dujų turbinos naudojamos laivų statyboje, žaliavų pramonėje ir energetikoje. Produktai yra aukštųjų technologijų, jiems reikia specialaus požiūrio montuojant, derinant ir eksploatuojant, taip pat specialių žinių ir brangios įrangos planinei priežiūrai. Visos šios paslaugos yra prieinamos UEC - dujų turbinų, kaip šiandien vadinama, klientams. Tokių įmonių pasaulyje nėra tiek daug, nors pagrindinių produktų išdėstymo principas iš pirmo žvilgsnio yra paprastas. Didelę reikšmę turi sukaupta patirtis, kuri leidžia atsižvelgti į daugybę technologinių subtilybių, be kurių neįmanoma pasiekti patvaraus ir patikimo įrenginio veikimo. Čia tik dalis UEC gaminių asortimento: dujų turbinos, elektrinės, dujų siurbliniai. Tarp klientų – „Rosatom“, „Gazprom“ ir kiti chemijos pramonės bei energetikos „banginiai“.

Tokių sudėtingų mašinų gamyba kiekvienu atveju reikalauja individualaus požiūrio. Dujų turbinos skaičiavimas šiuo metu yra visiškai automatizuotas, tačiau kiekvienu atveju svarbios medžiagos ir laidų schemos.

Ir viskas prasidėjo taip lengvai...

Paieškos ir poros

Pirmuosius eksperimentus srauto transliacinę energiją paversti sukimosi jėga žmonija atliko senovėje, naudodama įprastą vandens ratą. Viskas itin paprasta, skystis teka iš viršaus į apačią, į jo srautą dedami peiliukai. Ratas su jais aplink perimetrą sukasi. Vėjo malūnas veikia taip pat. Tada atėjo garo amžius, ir ratas apsisuko greičiau. Beje, vadinamasis „eolipilis“, kurį išrado senovės graikų garnys likus maždaug 130 metų iki Kristaus gimimo, buvo garo variklis, veikiantis būtent tokiu principu. Iš esmės tai buvo pirmoji istorijos mokslui žinoma dujų turbina (juk garai yra dujinė vandens agregacijos būsena). Tačiau šiandien įprasta šias dvi sąvokas atskirti. Tada su Herono išradimu Aleksandrijoje buvo elgiamasi be didelio entuziazmo, nors ir su smalsumu. Turbininio tipo pramoninė įranga atsirado tik XIX amžiaus pabaigoje, švedui Gustafui Lavaliui sukūrus pirmąjį pasaulyje aktyviosios galios bloką su antgaliu. Maždaug ta pačia kryptimi dirbo inžinierius Parsonsas, aprūpindamas savo mašiną keliais funkcionaliai sujungtais laipteliais.

Dujų turbinų gimimas

Prieš šimtmetį tam tikras Johnas Barberis turėjo puikią idėją. Kodėl pirmiausia reikia pašildyti garą, ar ne paprasčiau tiesiogiai panaudoti degimo metu susidarančias išmetamąsias dujas ir taip pašalinti nereikalingą tarpininkavimą energijos konversijos procese? Taip atsirado pirmoji tikra dujų turbina. 1791 m. patentas išdėsto pagrindinę idėją naudoti bežirgiuose vežimuose, tačiau jo elementai šiandien naudojami šiuolaikiniuose raketų, orlaivių, tankų ir automobilių varikliuose. Reaktyvinių variklių kūrimo proceso pradžią 1930 m. davė Frankas Whittle'as. Jis sugalvojo panaudoti turbiną lėktuvui varyti. Vėliau ji plėtojo daugybę turbosraigtinių ir turboreaktyvinių projektų.

Nikola Tesla dujų turbina

Garsusis mokslininkas išradėjas į nagrinėjamas problemas visada žiūrėjo nestandartiškai. Visiems atrodė akivaizdu, kad ratai su mentėmis ar geležtėmis „pagauna“ terpės judėjimą geriau nei plokšti daiktai. Tesla jam būdingu būdu įrodė, kad jei surenkate rotorių sistemą iš nuosekliai ant ašies išdėstytų diskų, tai dujų srautu paėmus ribinius sluoksnius, ji suksis ne blogiau, o kai kuriais atvejais net geriau nei kelių ašmenų sraigtas. Tiesa, judančios terpės kryptis turėtų būti tangentinė, o tai ne visada įmanoma ar pageidautina šiuolaikiniuose agregatuose, tačiau dizainas gerokai supaprastintas – jai visiškai nereikia ašmenų. Dujų turbina pagal Tesla schemą kol kas nestatoma, bet galbūt idėja tik laukia savo laiko.

grandinės schema

Dabar apie pagrindinį mašinos įrenginį. Tai besisukančios sistemos, sumontuotos ant ašies (rotoriaus) ir fiksuotos dalies (statoriaus) derinys. Ant veleno yra diskas su darbinėmis mentėmis, formuojančiomis koncentrinę gardelę, jas veikia dujos, tiekiamos slėgiu per specialius purkštukus. Tada išsiplėtusios dujos patenka į sparnuotės ratą, taip pat su mentėmis, vadinamus darbininkais. Oro ir kuro mišinio įleidimui ir išmetimui (išmetimui) naudojami specialūs vamzdžiai. Kompresorius taip pat dalyvauja bendroje schemoje. Jis gali būti pagamintas pagal skirtingą principą, priklausomai nuo reikalingo darbinio slėgio. Jo veikimui dalis energijos paimama iš ašies, kuri naudojama orui suspausti. Dujų turbina veikia oro ir kuro mišinio degimo procesu, kartu žymiai padidinant tūrį. Velenas sukasi, jo energiją galima panaudoti naudingai. Tokia schema vadinama vienos grandinės, bet jei ji kartojama, ji laikoma daugiapakope.

Lėktuvų turbinų privalumai

Maždaug nuo šeštojo dešimtmečio vidurio pasirodė naujos kartos orlaiviai, įskaitant keleivinius (SSRS tai yra Il-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124 ir kt. ), kurių konstrukcijose orlaivių stūmoklinius variklius galutinai ir negrįžtamai išstūmė turbininiai. Tai rodo didesnį tokio tipo elektrinių efektyvumą. Dujų turbinos charakteristikos daugeliu atžvilgių yra pranašesnės už karbiuruojamų variklių parametrus, ypač pagal galią / svorį, kuris yra nepaprastai svarbus aviacijai, taip pat ne mažiau svarbių patikimumo rodiklių. Mažesnės degalų sąnaudos, mažiau judančių dalių, geresnis aplinkosauginis veiksmingumas, mažesnis triukšmas ir vibracija. Turbinos mažiau svarbios degalų kokybei (to negalima pasakyti apie kuro sistemas), jas lengviau prižiūrėti, joms reikia mažiau tepalinės alyvos. Apskritai iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad jie susideda ne iš metalo, o iš tvirtų dorybių. Deja, taip nėra.

Dujų turbininiai varikliai turi trūkumų

Dujų turbina eksploatacijos metu įkaista ir perduoda šilumą aplinkiniams konstrukciniams elementams. Tai ypač svarbu, vėlgi aviacijoje, kai naudojama redano išdėstymo schema, apimanti apatinės uodegos dalies plovimą srovės srove. O pačiam variklio korpusui reikia specialios šilumos izoliacijos ir specialių ugniai atsparių medžiagų, kurios gali atlaikyti aukštą temperatūrą.

Dujų turbinų aušinimas yra sudėtingas techninis iššūkis. Tai ne juokas, jie veikia praktiškai nuolatinio sprogimo, vykstančio kūne, režimu. Kai kurių režimų efektyvumas yra mažesnis nei karbiuratoriaus variklių, tačiau naudojant dviejų grandinių schemą šis trūkumas pašalinamas, nors konstrukcija tampa sudėtingesnė, kaip ir įtraukiant į schemą „stiprintuvus“ kompresorius. Turbinų įsibėgėjimas ir darbo režimo pasiekimas reikalauja šiek tiek laiko. Kuo dažniau įrenginys įsijungia ir sustoja, tuo greičiau jis susidėvi.

Teisingas pritaikymas

Na, jokia sistema nėra be trūkumų. Svarbu kiekvienam iš jų rasti tokį pritaikymą, kuriame jo pranašumai būtų aiškiau pasireiškę. Pavyzdžiui, tankai, tokie kaip amerikietiškas „Abrams“, kuris varomas dujų turbina. Jį galima užpildyti bet kuo, kas dega, nuo didelio oktaninio skaičiaus benzino iki viskio, ir jis išskiria daug galios. Galbūt tai nėra labai geras pavyzdys, nes patirtis Irake ir Afganistane parodė kompresoriaus mentelių pažeidžiamumą smėliui. Dujų turbinų remontas turi būti atliktas JAV, gamykloje. Nuneškite baką ten, tada atgal ir pačios priežiūros išlaidas bei priedus ...

Mažiau užsikimšę nukenčia sraigtasparniai, Rusijos, Amerikos ir kitų šalių, taip pat galingi greitaeigiai kateriai. Skystose raketose jie yra būtini.

Šiuolaikiniai karo laivai ir civiliniai laivai taip pat turi dujų turbininius variklius. Ir taip pat energijos.

Trigeneratorinės elektrinės

Problemos, su kuriomis susiduria orlaivių gamintojai, nekelia nerimo tiems, kurie gamina pramoninę elektros energijos gamybos įrangą. Svoris šiuo atveju nebėra toks svarbus, todėl galite sutelkti dėmesį į tokius parametrus kaip efektyvumas ir bendras efektyvumas. Dujų turbinų generatorių blokai turi masyvų rėmą, patikimą rėmą ir storesnes mentes. Pagamintą šilumą visiškai įmanoma panaudoti įvairiems poreikiams, pradedant antriniu perdirbimu pačioje sistemoje, baigiant buitinių patalpų šildymu ir absorbcinio tipo šaldymo agregatų šilumos tiekimu. Šis metodas vadinamas trigeneratoriumi, o efektyvumas šiuo režimu siekia 90%.

Atominės elektrinės

Dujų turbinai nėra esminio skirtumo, kas yra šildomos terpės šaltinis, atiduodantis savo energiją jos menčių. Tai gali būti sudegintas oro ir kuro mišinys arba tiesiog perkaitinti garai (nebūtinai vanduo), svarbiausia, kad jis užtikrintų nepertraukiamą maitinimą. Visų branduolinių elektrinių, povandeninių laivų, lėktuvnešių, ledlaužių ir kai kurių karinių antvandeninių laivų (pavyzdžiui, Petro Didžiojo raketų kreiserio) elektrinės yra pagrįstos garais sukama dujų turbina (GTU). Saugos ir ekologijos klausimai diktuoja uždarą pirminės grandinės ciklą. Tai reiškia, kad pirminis šilumos agentas (pirmuose mėginiuose šį vaidmenį atliko švinas, dabar jį pakeitė parafinas) nepalieka arti reaktoriaus zonos, tekėdamas ratu aplink kuro elementus. Darbinės medžiagos kaitinimas atliekamas vėlesnėse grandinėse, o išgaravęs anglies dioksidas, helis arba azotas sukasi turbinos ratą.

Platus pritaikymas

Sudėtingos ir didelės instaliacijos beveik visada yra unikalios, jų gamyba vykdoma mažomis partijomis arba apskritai daromos pavienės kopijos. Dažniausiai dideliais kiekiais gaminami agregatai naudojami taikiuose ūkio sektoriuose, pavyzdžiui, siurbiant angliavandenilių žaliavas vamzdynais. Būtent juos UEC įmonė gamina su prekės ženklu Saturn. Siurblinių dujų turbinos visiškai atitinka jų pavadinimą. Jie tikrai pumpuoja gamtines dujas, savo darbui naudodami savo energiją.

Dujų turbina paprastai vadinama nuolat veikiančiu varikliu. Toliau kalbėsime apie tai, kaip įrengta dujų turbina, koks įrenginio veikimo principas. Tokio variklio ypatybė yra ta, kad jo viduje energiją gamina suslėgtos arba įkaitintos dujos, kurių transformacija yra mechaninis veleno darbas.

Dujų turbinos istorija

Įdomu tai, kad turbinų mechanizmus inžinieriai kūrė labai seniai. Pirmoji primityvi garo turbina buvo sukurta I amžiuje prieš Kristų. e.! Žinoma, tai būtina
Šis mechanizmas savo klestėjimo laikus pasiekė tik dabar. Turbinos buvo pradėtos aktyviai kurti XIX amžiaus pabaigoje, kartu vystantis ir tobulinant termodinamiką, mechaninę inžineriją ir metalurgiją.

Keitėsi mechanizmų, medžiagų, lydinių principai, viskas patobulinta, o dabar, šiandien, žmonija žino tobuliausią iš visų anksčiau buvusių dujų turbinos formų, kurios skirstomos į įvairius tipus. Yra aviacinė dujų turbina, yra pramoninė.

Dujų turbiną įprasta vadinti savotišku šiluminiu varikliu, jos darbinėms dalims iš anksto nustatyta tik viena užduotis - suktis veikiant dujų srovei.

Jis išdėstytas taip, kad pagrindinė turbinos dalis būtų vaizduojama ratu, ant kurio pritvirtinti menčių rinkiniai. , veikdamas dujų turbinos mentes, priverčia jas judėti ir sukti ratą. Ratas, savo ruožtu, yra tvirtai pritvirtintas prie veleno. Šis tandemas turi ypatingą pavadinimą - turbinos rotorius. Dėl šio judėjimo, vykstančio dujų turbininio variklio viduje, gaunama mechaninė energija, kuri perduodama elektros generatoriui, laivo propeleriui, orlaivio sraigtui ir kitiems panašaus veikimo principo veikimo mechanizmams.

Aktyvios ir reaktyvinės turbinos

Dujų srovės poveikis turbinos mentes gali būti dvigubas. Todėl turbinos skirstomos į klases: aktyviųjų ir reaktyviųjų turbinų klasę. Reaktyviosios ir aktyviosios dujų turbinos skiriasi įrenginio principu.

Impulsinė turbina

Aktyvioji turbina pasižymi tuo, kad yra didelis dujų srautas į rotoriaus mentes. Lenktos geležtės pagalba dujų srovė nukrypsta nuo savo trajektorijos. Dėl deformacijos susidaro didelė išcentrinė jėga. Šios jėgos pagalba ašmenys pajudinami. Per visą aprašytą dujų kelią prarandama dalis jų energijos. Tokia energija nukreipiama į sparnuotės ir veleno judėjimą.

reaktyvinė turbina

Reaktyvinėje turbinoje viskas yra šiek tiek kitaip. Čia dujų srautas į rotoriaus mentes vyksta mažu greičiu ir esant aukštam slėgiui. Taip pat puiki peiliukų forma, dėl kurios žymiai padidėja dujų greitis. Taigi, dujų srovė sukuria savotišką reaktyviąją jėgą.

Iš aukščiau aprašyto mechanizmo matyti, kad dujų turbinos įtaisas yra gana sudėtingas. Kad toks mazgas veiktų sklandžiai ir neštų pelną bei naudą jo savininkui, jo priežiūrą turėtumėte patikėti profesionalams. Serviso specializuotos įmonės teikia instaliacijų, naudojančių dujų turbinas, techninę priežiūrą, tiekia komponentus, visų rūšių dalis ir detales. DMEnergy yra viena iš tokių įmonių (), kuri savo klientui suteikia ramybę ir pasitikėjimą, kad jis neliks vienas su problemomis, kurios iškyla eksploatuojant dujų turbiną.

Santykinai mažos galios jėgainėse gali būti tiek dujų turbinų (GTE), tiek stūmoklinių variklių (RP). Dėl to klientai dažnai klausia kuris diskas geresnis. Ir nors vienareikšmiškai į jį atsakyti neįmanoma, šio straipsnio tikslas – bandymas suprasti šią problemą.

Įvadas

Variklio tipo pasirinkimas, taip pat jų skaičius, norint vairuoti elektros generatorius bet kokio galingumo elektrinėje, yra sudėtinga techninė ir ekonominė užduotis. Stūmoklinius ir dujų turbininius variklius kaip pavarą dažniausiai bandoma palyginti naudojant gamtines dujas kaip kurą. Jų esminiai privalumai ir trūkumai buvo analizuojami techninėje literatūroje, elektrinių su stūmokliniais varikliais gamintojų brošiūrose ir net internete.

Paprastai pateikiama apibendrinta informacija apie degalų sąnaudų skirtumą, variklių savikainą, neatsižvelgiant į jų galią ir veikimo sąlygas. Dažnai pažymima, kad 10-12 MW galios jėgainių sudėtį pageidautina formuoti remiantis stūmokliniais varikliais, o didesnės galios - dujų turbinų pagrindu. Šios rekomendacijos neturėtų būti laikomos aksioma. Akivaizdu viena: kiekvienas variklio tipas turi savų privalumų ir trūkumų, o renkantis pavarą reikia tam tikrų, bent orientacinių, kiekybinių jų vertinimo kriterijų.

Šiuo metu Rusijos energetikos rinka siūlo gana platų tiek stūmoklinių, tiek dujų turbininių variklių asortimentą. Tarp stūmoklinių variklių vyrauja importuoti varikliai, tarp dujų turbinų – vietiniai.

Informacija apie Rusijoje siūlomų eksploatuoti dujų turbinų variklių ir jų pagrindu sukurtų elektrinių technines charakteristikas pastaraisiais metais reguliariai skelbiama „Dujų turbinų įrangos kataloge“.

Panašios informacijos apie stūmoklinius variklius ir jėgaines, kurių dalis jie yra, galima rasti tik iš Rusijos ir užsienio įmonių, tiekiančių šią įrangą, brošiūrų. Informacija apie variklių ir elektrinių savikainą dažniausiai neskelbiama, o skelbiama informacija dažnai yra neteisinga.

Tiesioginis stūmoklinių ir dujų turbininių variklių palyginimas

Apdorojant turimą informaciją galima suformuoti žemiau esančią lentelę, kurioje yra tiek kiekybinis, tiek kokybinis stūmoklinių ir dujų turbininių variklių privalumų ir trūkumų įvertinimas. Deja, kai kurios charakteristikos paimtos iš reklaminės medžiagos, kurios visišką tikslumą patikrinti itin sunku arba beveik neįmanoma. Duomenys, reikalingi atskirų variklių ir elektrinių darbo rezultatams patikrinti, išskyrus retas išimtis, neskelbiami.

Natūralu, kad pateikti skaičiai yra apibendrinti, o konkretiems varikliams jie bus griežtai individualūs. Be to, kai kurie iš jų pateikiami pagal ISO standartus, o realios variklių darbo sąlygos gerokai skiriasi nuo standartinio.

Pateikta informacija pateikia tik kokybinę variklių charakteristiką ir negali būti naudojama renkantis įrangą konkrečiai jėgainei. Kiekvienai lentelės pozicijai galima pateikti keletą pastabų.

Energijos rinkoje yra labai didelis variklių pasirinkimas su dideliais techninių charakteristikų skirtumais. Konkurencija tarp nagrinėjamų tipų variklių galima tik vieneto elektros galios diapazone iki 16 MW. Esant didesnei galiai, dujų turbininiai varikliai beveik visiškai pakeičia stūmoklinius variklius.

Reikia atsižvelgti į tai, kad kiekvienas variklis turi individualias charakteristikas ir tik jomis reikia vadovautis renkantis pavaros tipą. Tai leidžia suformuoti tam tikros galios elektrinės pagrindinės įrangos sudėtį keliomis versijomis, pirmiausia keičiant elektros galią ir reikalingų variklių skaičių. Dėl universalumo sunku pasirinkti pageidaujamą variklio tipą.

Dėl stūmoklinių ir dujų turbininių variklių efektyvumo

Svarbiausia bet kurio variklio charakteristika elektrinėse yra energijos gamybos efektyvumas (KPIe), kuris lemia pagrindinį, bet ne visą dujų suvartojimą. Apdorojant statistinius duomenis apie efektyvumo vertes, galima aiškiai parodyti taikymo sritis, kuriose pagal šį rodiklį vieno tipo varikliai turi pranašumų prieš kitą.

Trijų pasirinktų abipusis išdėstymas ir konfigūracija Fig. 1 zonos, kuriose yra taškiniai įvairių variklių elektrinio naudingumo verčių vaizdai, leidžia padaryti keletą išvadų:

• net ir to paties tipo tos pačios galios varikliuose elektros energijos gamybos efektyvumo vertės labai skiriasi;
• kurių vienetinė galia didesnė nei 16 MW, dujų turbininiai varikliai kombinuotame cikle užtikrina didesnį nei 48 % naudingumo koeficientą ir monopolizuoja rinką;
• dujų turbininių variklių iki 16 MW, veikiančių tiek paprastu, tiek kombinuotu ciklu, elektrinis naudingumo koeficientas yra mažesnis (kartais labai reikšmingas) nei stūmoklinių;
• neseniai rinkoje pasirodę dujų turbininiai varikliai, kurių vieneto galia iki 1 MW, savo efektyvumu lenkia 2-8 MW galios variklius, kurie šiandien dažniausiai naudojami elektrinėse;
• dujų turbininių variklių naudingumo koeficiento pokyčio pobūdis turi tris zonas: dvi su santykinai pastovia verte - atitinkamai 27 ir 36%, viena su kintamąja - nuo 27 iki 36%; dviejose zonose naudingumo koeficientas silpnai priklauso nuo elektros galios;
• stūmoklinių variklių elektros energijos gamybos efektyvumo vertė nuolat priklauso nuo jų elektros galios.

Tačiau šie veiksniai nėra priežastis teikti pirmenybę stūmokliniams varikliams. Net jei elektrinė gamins tik elektros energiją, lyginant įrangos variantus su skirtingų tipų varikliais, teks atlikti ekonominius skaičiavimus. Būtina įrodyti, kad sutaupytų dujų kaina apmokės stūmoklinių ir dujų turbininių variklių bei papildomos įrangos kainos skirtumą. Sutaupytų dujų kiekio nustatyti negalima, jei nežinomas elektros energijos tiekimo stoties darbo režimas žiemą ir vasarą. Idealu, jei žinomos būtinos elektros apkrovos – maksimalios (žiemos darbo diena) ir minimalios (vasaros poilsio diena).

Tiek elektros, tiek šiluminės energijos naudojimas

Jeigu elektrinė turi gaminti ne tik elektros, bet ir šiluminę energiją, tuomet reikės nustatyti, iš kokių šaltinių galima padengti šilumos suvartojimą. Paprastai tokie šaltiniai yra du - variklių ir/ar katilinės panaudota šiluma.

Stūmokliniams varikliams panaudojama aušinimo alyvos, suslėgto oro ir išmetamųjų dujų šiluma, dujų turbininiams varikliams – tik išmetamųjų dujų šiluma. Pagrindinis šilumos kiekis atgaunamas iš išmetamųjų dujų atliekų šilumokaičių (UHE) pagalba.

Atgaunamos šilumos kiekis labai priklauso nuo variklio veikimo būdo elektrai gaminti ir nuo klimato sąlygų. Neteisingai įvertinus variklio darbo režimus žiemą, bus padarytos klaidos nustatant panaudotos šilumos kiekį ir neteisingai parinkta katilinės įrengtoji galia.

2 pav. pateiktose diagramose parodyta galimybė atgauti šilumą iš dujų turbininių ir stūmoklinių variklių šilumos tiekimo tikslais. Kreivių taškai atitinka gamintojo pateiktus duomenis apie turimos įrangos galimybes atgauti šilumą. Tos pačios elektros galios varikliuose gamintojai montuoja įvairius UTO pagal konkrečias užduotis.

Dujų turbininių variklių pranašumai šilumos gamybos požiūriu yra neabejotini. Tai ypač pasakytina apie 2–10 MW elektros galios variklius, o tai paaiškinama palyginti maža jų elektrinio naudingumo verte. Didėjant dujų turbininių variklių efektyvumui, neišvengiamai turi mažėti panaudotos šilumos kiekis.

Renkantis stūmoklinį variklį tam tikro objekto elektros ir šilumos tiekimui, poreikis naudoti katilinę kaip elektrinės dalį beveik nekelia abejonių. Katilinės eksploatacijai reikia padidinti dujų suvartojimą daugiau nei būtina elektros energijai gaminti. Kyla klausimas, kuo skiriasi dujų sąnaudos objekto energijos tiekimui, jei vienu atveju naudojami tik dujų turbininiai varikliai su išmetamosios šilumos rekuperatoriumi, o kitu atveju – stūmokliniai varikliai su šilumos rekuperatoriumi ir katilinė. Tik nuodugniai ištyrus objekto elektros ir šilumos suvartojimo ypatumus, galima atsakyti į šį klausimą.

Jeigu darysime prielaidą, kad numatomas objekto šilumos suvartojimas gali būti visiškai padengtas panaudota dujų turbininio variklio šiluma, o šilumos trūkumą naudojant stūmoklinį variklį kompensuoja katilinė, tuomet galima identifikuoti pobūdį. bendro dujų suvartojimo objekto energijos tiekimui pokyčio.

Naudojant duomenis pav. 1 ir 2, tai įmanoma būdingiems zonų, pažymėtų Fig. 1, gaukite informaciją apie dujų taupymą arba viršijimą naudojant įvairių tipų pavaras. Jie pateikiami lentelėje:

Absoliučios sutaupytų dujų vertės galioja tik konkrečiam objektui, kurio charakteristikos buvo įtrauktos į skaičiavimą, tačiau bendras priklausomybės pobūdis atsispindi teisingai, būtent:
esant santykinai artimoms elektros naudingumo vertėms (skirtumas iki 10%), naudojant stūmoklinius variklius ir katilinę sunaudojama daug kuro;

• esant santykinai artimoms elektros naudingumo vertėms (skirtumas iki 10%), naudojant stūmoklinius variklius ir katilinę sunaudojama daug kuro;
• kai naudingumo vertės skiriasi daugiau nei 10%, stūmokliniams varikliams ir katilinei dirbti reikės mažiau dujų nei dujų turbininiams varikliams;
• naudojant stūmoklinius variklius ir katilinę yra tam tikras taškas su maksimaliu dujų taupymu, kur skirtumas tarp variklių naudingumo verčių yra 13-14%;
• kuo didesnis stūmoklinio variklio ir mažesnis dujų turbinos efektyvumas, tuo daugiau sutaupoma dujų.

Kaip priedas

Paprastai užduotis neapsiriboja pavaros tipo pasirinkimu, reikia nustatyti pagrindinės elektrinės įrangos sudėtį - blokų tipą, jų skaičių, pagalbinę įrangą.

Variklių, gaminančių reikiamą elektros energijos kiekį, pasirinkimas lemia atgaunamos šilumos gamybos galimybes. Tokiu atveju būtina atsižvelgti į visus variklio techninių charakteristikų pokyčių ypatumus, susijusius su klimato sąlygomis, su elektros apkrovos pobūdžiu, ir nustatyti šių pokyčių poveikį panaudotos šilumos tiekimui.

Taip pat reikia atsiminti, kad jėgainėje yra ne tik varikliai. Jo aikštelėje paprastai yra daugiau nei tuzinas pagalbinių statinių, kurių eksploatacija taip pat turi įtakos elektrinės techniniams ir ekonominiams rodikliams.

Kaip jau minėta, techniniu požiūriu elektrinės įrenginių sudėtis gali būti formuojama keliais būdais, todėl galutinis jos pasirinkimas gali būti pagrįstas tik ekonominiu požiūriu.

Tuo pačiu be galo svarbu žinoti konkrečių variklių charakteristikas ir jų įtaką būsimos jėgainės ekonominiams rodikliams. Atliekant ekonominius skaičiavimus, neišvengiamai reikia atsižvelgti į variklio išteklius, techninės priežiūros galimybes, kapitalinio remonto laiką ir kainą. Šie rodikliai taip pat yra individualūs kiekvienam konkrečiam varikliui, nepriklausomai nuo jo tipo.

Neatmetama ir aplinkos veiksnių įtaka renkantis jėgainės variklių tipą. Atmosferos būklė zonoje, kurioje turi veikti jėgainė, gali būti pagrindinis veiksnys nustatant variklio tipą (nepriklausomai nuo ekonominių sumetimų).

Kaip jau minėta, duomenys apie variklių ir jais pagrįstų jėgainių kainą neskelbiami. Įrangos gamintojai ar tiekėjai nurodo galimą konfigūracijos skirtumą, pristatymo sąlygas ir kitas priežastis. Kainos bus pateiktos tik užpildžius įmonės anketą. Todėl pirmoje lentelėje pateikta informacija, kad iki 3,5 MW galios stūmoklinių variklių kaina yra mažesnė nei tokios pat galios dujų turbininių variklių savikaina, gali pasirodyti klaidinga.

Išvada

Taigi agregatų galios klasėje iki 16 MW negalima vienareikšmiškai teikti pirmenybės nei dujų turbininiams, nei stūmokliniams varikliams. Tik nuodugni konkrečios elektrinės numatomų darbo režimų elektrai ir šilumai gaminti analizė (atsižvelgiant į konkrečių variklių charakteristikas ir daugybę ekonominių faktorių) visiškai pateisins variklio tipo pasirinkimą. Specializuota įmonė gali profesionaliai nustatyti įrangos sudėtį.

Nuorodos

1. Gabichas A. Mažos galios dujų turbininių variklių taikymas energetikos sektoriuje // Dujų turbinų technologijos. 2003, Nr.6. S. 30-31.
2. Burovo VD mažos galios dujų turbinos ir dujų stūmoklinės elektrinės // Kasybos žurnalas. 2004, specialus numeris. 87-89133 p.
3. Dujų turbinų įrangos katalogas // Dujų turbinų technologijos. 2005. S. 208.
4. Salikhov A. A., Fatkulin R. M., Abrakhmanov R. R., Shchaulov V. Yu. Mini kogeneracinės elektrinės, naudojant dujinius stūmoklinius variklius, kūrimas Baškirijos Respublikoje. 2003, Nr. 11. S. 24-30.

Šis straipsnis su nedideliais pakeitimais paimtas iš žurnalo „Turbinos ir dyzeliai“, Nr. 1 (2) 2006 m.
Autorius – V.P. Vershinsky, OOO "Gazpromenergoservis".

Dujų turbina – tai variklis, kuriame nepertraukiamo veikimo procese pagrindinis įrenginio organas (rotorius) virsta (kitais atvejais – garais ar vandeniu) į mechaninį darbą. Šiuo atveju darbinės medžiagos čiurkšlė veikia ašmenis, pritvirtintus aplink rotoriaus perimetrą, ir juos pajudina. Dujų srauto kryptimi turbinos skirstomos į ašines (dujos juda lygiagrečiai turbinos ašiai) arba radialines (statmenas judėjimas tos pačios ašies atžvilgiu). Yra ir vieno, ir kelių pakopų mechanizmai.

Dujų turbina mentes gali veikti dviem būdais. Pirma, tai aktyvus procesas, kai į darbo zoną dujos tiekiamos dideliu greičiu. Tokiu atveju dujų srautas linkęs judėti tiesia linija, o jam kelyje stovinti lenkta ašmenų dalis ją nukreipia, pati apsisuka. Antra, tai yra reaktyvaus tipo procesas, kai dujų tiekimo greitis mažas, tačiau naudojamas didelis slėgis. gryno tipo tipas beveik nerastas, nes jų turbinose yra jis, kuris veikia mentes kartu su reakcijos jėga.

Kur šiandien naudojama dujų turbina? Įrenginio veikimo principas leidžia jį naudoti elektros srovės generatorių, kompresorių pavaroms ir kt. Tokio tipo turbinos plačiai naudojamos transporte (laivų dujų turbinų įrenginiuose). Palyginti su garo analogais, jie turi palyginti mažą svorį ir matmenis, jiems nereikia įrengti katilinės, kondensacinio mazgo.

Dujų turbina gana greitai paruošiama darbui po paleidimo, visą galią išvysto apie 10 minučių, yra lengvai prižiūrima, aušinimui reikalingas nedidelis vandens kiekis. Skirtingai nuo vidaus degimo variklių, jis neturi alkūninio mechanizmo inercinio poveikio. pusantro karto trumpesnis už dyzelinius variklius ir daugiau nei du kartus lengvesnis. Prietaisai turi galimybę veikti žemos kokybės kuru. Pirmiau nurodytos savybės leidžia manyti, kad tokio tipo varikliai ypač svarbūs laivams ir povandeniniais sparnais.

Dujų turbina, kaip pagrindinė variklio dalis, turi nemažai reikšmingų trūkumų. Tarp jų jie atkreipia dėmesį į didelį triukšmą, mažesnį nei dyzelinių variklių, efektyvumą, trumpą tarnavimo laiką aukštoje temperatūroje (jei naudojamos dujų terpės temperatūra yra apie 1100 ° C, tada turbina gali būti naudojama vidutiniškai iki 750 valandų).

Dujų turbinos efektyvumas priklauso nuo sistemos, kurioje ji naudojama. Pavyzdžiui, energetikos pramonėje naudojami įrenginiai, kurių pradinė dujų temperatūra viršija 1300 laipsnių Celsijaus, iš oro kompresoriuje ne daugiau 23 ir ne mažiau kaip 17, autonominių operacijų metu koeficientas yra apie 38,5%. Tokios turbinos nėra labai paplitusios ir daugiausia naudojamos elektros sistemų apkrovos smailėms padengti. Šiandien daugelyje Rusijos šiluminių elektrinių veikia apie 15 dujų turbinų, kurių galia iki 30 MW. Daugiapakopėse gamyklose dėl didelio konstrukcinių elementų efektyvumo pasiekiamas daug didesnis efektyvumo indeksas (apie 0,93).

Dujų turbinų elektrinių veikimo principas

1 pav. Dujų turbinos bloko su vieno veleno dujų turbininiu paprasto ciklo varikliu schema

Švarus oras tiekiamas į dujų turbinos jėgos agregato kompresorių (1). Esant aukštam slėgiui, oras iš kompresoriaus nukreipiamas į degimo kamerą (2), kur tiekiamas ir pagrindinis kuras – dujos. Mišinys užsidega. Deginant dujų ir oro mišinį, energija susidaro karštų dujų srauto pavidalu. Šis srautas dideliu greičiu veržiasi į turbinos ratą (3) ir jį sukasi. Sukimosi kinetinė energija per turbinos veleną varo kompresorių ir elektros generatorių (4). Iš elektros generatoriaus gnybtų pagaminta elektros energija, dažniausiai per transformatorių, siunčiama į elektros tinklą, energijos vartotojams.

Dujų turbinos apibūdinamos pagal Breitono termodinaminį ciklą.Braitono/džaulio ciklas – tai termodinaminis ciklas, apibūdinantis dujų turbinų, turboreaktyvinių ir reaktyvinių vidaus degimo variklių, taip pat dujų turbininių išorinio degimo variklių su uždara dujinio kontūro darbo procesus. (vienfazis) darbinis skystis.

Ciklas pavadintas amerikiečių inžinieriaus George'o Brightono vardu, kuris išrado stūmoklinį vidaus degimo variklį, kuris veikė šiuo ciklu.

Kartais šis ciklas dar vadinamas Džaulio ciklu – anglų fiziko Jameso Joule, kuris nustatė mechaninį šilumos atitikmenį, garbei.

2 pav. P,V Braitono ciklo diagrama

Idealus Braitono ciklas susideda iš procesų:

• 1-2 Izentropinis suspaudimas.
• 2-3 Izobarinis šilumos įėjimas.
• 3-4 Izentropinė plėtra.
• 4-1 Izobarinis šilumos šalinimas.

Atsižvelgiant į skirtumus tarp realių adiabatinių plėtimosi ir susitraukimo procesų nuo izentropinių, sukonstruotas tikras Braitono ciklas (1-2p-3-4p-1 T-S diagramoje) (3 pav.)

3 pav. T-S Brayton ciklo diagrama
Idealus (1-2-3-4-1)
Real (1-2p-3-4p-1)

Idealaus Braitono ciklo šiluminis efektyvumas paprastai išreiškiamas formule:

• čia P = p2 / p1 - slėgio padidėjimo laipsnis izentropinio suspaudimo procese (1-2);
• k - adiabatinis indeksas (orui lygus 1,4)

Ypač reikėtų pažymėti, kad toks visuotinai priimtas ciklo efektyvumo skaičiavimo būdas užgožia vykstančio proceso esmę. Termodinaminio ciklo ribinis efektyvumas apskaičiuojamas pagal temperatūros santykį naudojant Carnot formulę:

• kur T1 yra šaldytuvo temperatūra;
• T2 - šildytuvo temperatūra.

Lygiai toks pat temperatūros santykis gali būti išreikštas cikle naudojamais slėgio santykiais ir adiabatiniu indeksu:

Taigi, Braitono ciklo efektyvumas priklauso nuo pradinės ir galutinės ciklo temperatūros lygiai taip pat, kaip ir Carnot ciklo efektyvumas. Esant be galo mažam darbinio skysčio kaitinimui išilgai linijos (2–3), procesas gali būti laikomas izoterminiu ir visiškai lygiaverčiu Carnot ciklu. Darbinio skysčio T3 kaitinimo kiekis izobariniame procese lemia darbo kiekį, susijusį su cikle naudojamo darbinio skysčio kiekiu, tačiau jokiu būdu neįtakoja ciklo šiluminio naudingumo. Tačiau praktiškai įgyvendinant ciklą kaitinimas paprastai atliekamas iki didžiausių įmanomų verčių, kurias riboja naudojamų medžiagų atsparumas karščiui, siekiant sumažinti mechanizmų, kurie suspaudžia ir plečia darbinį skystį, dydį.

Praktiškai trintis ir turbulencija sukelia:

• Neadiabatinis suspaudimas: esant tam tikram bendram slėgio santykiui, kompresoriaus išleidimo temperatūra yra aukštesnė nei ideali.
• Neadiabatinis plėtimasis: nors turbinos temperatūra nukrenta iki būtino darbui lygio, kompresorius nenukenčia, slėgio santykis didesnis, dėl to išsiplėtimo neužtenka naudingam darbui užtikrinti.
• Slėgio nuostoliai oro įleidimo angoje, degimo kameroje ir išleidimo angoje: dėl to išsiplėtimas nėra pakankamas naudingam darbui atlikti.

Kaip ir visų ciklinių šiluminių variklių atveju, kuo aukštesnė degimo temperatūra, tuo didesnis efektyvumas. Ribojantis veiksnys yra plieno, nikelio, keramikos ar kitų medžiagų, sudarančių variklį, gebėjimas atlaikyti šilumą ir slėgį. Didžioji inžinerinių darbų dalis yra skirta šilumos pašalinimui iš turbinos dalių. Dauguma turbinų taip pat bando atgauti šilumą iš išmetamųjų dujų, kurios kitu atveju yra švaistomos.

Rekuperatoriai yra šilumokaičiai, kurie prieš degdami perduoda šilumą iš išmetamųjų dujų į suslėgtą orą. Kombinuotame cikle šiluma perduodama garo turbinų sistemoms. O kombinuotoje šilumos ir elektros energijos gamybos (CHP) atveju panaudota šiluma naudojama karštam vandeniui gaminti.

Mechaniškai dujų turbinos gali būti daug paprastesnės nei stūmokliniai vidaus degimo varikliai. Paprastose turbinose gali būti viena juda dalis: velenas / kompresorius / turbina / alternatyvus rotorius (žr. paveikslėlį žemiau), neįskaitant kuro sistemos.

4 pav. Ši mašina turi vienos pakopos radialinį kompresorių,
turbina, rekuperatorius ir oro guoliai.

Sudėtingesnės turbinos (naudojamos šiuolaikiniuose reaktyviniuose varikliuose) gali turėti kelis velenus (ritinius), šimtus turbinų menčių, judančias statoriaus mentes ir plačią sudėtingų vamzdynų, degimo kamerų ir šilumokaičių sistemą.

Paprastai kuo mažesnis variklis, tuo didesnis veleno (-ių) greitis, reikalingas maksimaliam menčių linijiniam greičiui palaikyti.

Didžiausias turbinos menčių greitis lemia maksimalų pasiekiamą slėgį, dėl kurio gaunama didžiausia galia, nepaisant variklio dydžio. Reaktyvinis variklis sukasi apie 10 000 aps./min., o mikroturbina – apie 100 000 aps./min.