Gjenerator i turbinës me gaz. Turbinat me gaz dhe njësitë e turbinave me gaz me fuqi të ulët në tregun rus. Dizajni i turbinës me gaz

"Turbo", "turbojet", "turboprop" - këto terma kanë hyrë fort në leksikun e inxhinierëve të shekullit të 20-të të përfshirë në projektimin dhe mirëmbajtjen e automjeteve dhe instalimeve elektrike të palëvizshme. Ato përdoren edhe në fusha të ngjashme dhe në reklama, kur duan t'i japin emrit të produktit disa aluzion të fuqisë dhe efikasitetit të veçantë. Në aviacion, raketa, anije dhe termocentrale, turbina me gaz përdoret më shpesh. Si organizohet? A funksionon me gaz natyror (siç mund të sugjerojë emri), dhe si janë ato? Si ndryshon një turbinë nga llojet e tjera të motorëve me djegie të brendshme? Cilat janë avantazhet dhe disavantazhet e tij? Një përpjekje për t'iu përgjigjur këtyre pyetjeve sa më plotësisht të jetë e mundur është bërë në këtë artikull.

Udhëheqësi rus i ndërtimit të makinerive UEC

Rusia, ndryshe nga shumë shtete të tjera të pavarura të formuara pas rënies së BRSS, arriti të ruajë në masë të madhe industrinë e ndërtimit të makinerive. Në veçanti, kompania Saturn është e angazhuar në prodhimin e termocentraleve me qëllime të veçanta. Turbinat me gaz të kësaj kompanie përdoren në ndërtimin e anijeve, industrinë e lëndëve të para dhe energjinë. Produktet janë të teknologjisë së lartë, ato kërkojnë një qasje të veçantë gjatë instalimit, korrigjimit dhe funksionimit, si dhe njohuri të veçanta dhe pajisje të shtrenjta për mirëmbajtjen e planifikuar. Të gjitha këto shërbime janë në dispozicion të klientëve të UEC - Turbinat me Gaz, siç quhet sot. Nuk ka aq shumë ndërmarrje të tilla në botë, megjithëse parimi i rregullimit të produkteve kryesore është në shikim të parë i thjeshtë. Përvoja e grumbulluar ka një rëndësi të madhe, gjë që bën të mundur marrjen parasysh të shumë hollësive teknologjike, pa të cilat është e pamundur të arrihet një funksionim i qëndrueshëm dhe i besueshëm i njësisë. Këtu është vetëm një pjesë e gamës së produkteve të UEC: turbinat me gaz, termocentralet, njësitë e pompimit të gazit. Ndër klientët janë "Rosatom", "Gazprom" dhe "balena" të tjera të industrisë kimike dhe energjisë.

Prodhimi i makinerive të tilla komplekse kërkon një qasje individuale në secilin rast. Llogaritja e një turbine me gaz aktualisht është plotësisht e automatizuar, por materialet dhe veçoritë e diagrameve të instalimeve elektrike kanë rëndësi në çdo rast individual.

Dhe gjithçka filloi kaq lehtë ...

Kërkimet dhe çiftet

Eksperimentet e para të shndërrimit të energjisë përkthimore të rrjedhës në forcë rrotulluese u kryen nga njerëzimi në kohët e lashta, duke përdorur një rrotë të zakonshme uji. Gjithçka është jashtëzakonisht e thjeshtë, lëngu rrjedh nga lart poshtë, tehet vendosen në rrjedhën e tij. Rrota, e pajisur me to rreth perimetrit, po rrotullohet. Mulliri me erë punon në të njëjtën mënyrë. Pastaj erdhi epoka e avullit dhe rrota u kthye më shpejt. Nga rruga, i ashtuquajturi "eolipil", i shpikur nga Heroni i lashtë grek rreth 130 vjet para lindjes së Krishtit, ishte një motor me avull që punon pikërisht mbi këtë parim. Në thelb, kjo ishte turbina e parë me gaz e njohur për shkencën historike (në fund të fundit, avulli është një gjendje e gaztë e grumbullimit të ujit). Sot, megjithatë, është zakon të ndajmë këto dy koncepte. Shpikja e Heronit u trajtua më pas në Aleksandri pa shumë entuziazëm, edhe pse me kuriozitet. Pajisjet industriale të tipit turbina u shfaqën vetëm në fund të shekullit të 19-të, pas krijimit të njësisë së parë të energjisë aktive në botë të pajisur me një hundë nga suedezi Gustaf Laval. Përafërsisht në të njëjtin drejtim, inxhinieri Parsons punoi, duke furnizuar makinën e tij me disa hapa të lidhur funksionalisht.

Lindja e turbinave me gaz

Një shekull më parë, një farë John Barber kishte një ide të shkëlqyer. Pse keni nevojë të ngrohni avullin së pari, a nuk është më e lehtë të përdorni drejtpërdrejt gazin e shkarkimit të krijuar gjatë djegies së karburantit dhe në këtë mënyrë të eliminoni ndërmjetësimin e panevojshëm në procesin e konvertimit të energjisë? Kështu lindi turbina e parë e vërtetë me gaz. Patenta e vitit 1791 parashtron idenë bazë të përdorimit në një karrocë pa kuaj, por elementët e saj përdoren sot në motorët modernë të raketave, avionëve, tankeve dhe automobilave. Fillimi i procesit të ndërtimit të motorit reaktiv u dha në vitin 1930 nga Frank Whittle. Ai lindi me idenë e përdorimit të një turbine për të shtyrë një aeroplan. Më vonë, ajo gjeti zhvillim në projekte të shumta turboprop dhe turbojet.

Turbina me gaz Nikola Tesla

Shkencëtari-shpikës i famshëm i është qasur gjithmonë çështjeve në studim në mënyrë jo standarde. Të gjithëve iu duk e qartë se rrotat me lopata ose tehe "kapin" lëvizjen e mediumit më mirë se objektet e sheshta. Tesla, në mënyrën e tij të zakonshme, vërtetoi se nëse montoni një sistem rotori nga disqe të vendosur në seri në bosht, atëherë duke kapur shtresat kufitare me një rrjedhë gazi, ai nuk do të rrotullohet më keq, dhe në disa raste edhe më mirë, sesa një helikë me shumë tehe. Vërtetë, drejtimi i mediumit lëvizës duhet të jetë tangjencial, gjë që nuk është gjithmonë e mundur ose e dëshirueshme në njësitë moderne, por dizajni është thjeshtuar shumë - nuk ka nevojë fare për tehe. Një turbinë me gaz sipas skemës Tesla nuk po ndërtohet ende, por mbase ideja thjesht pret kohën e saj.

diagrami i qarkut

Tani në lidhje me pajisjen themelore të makinës. Është një kombinim i një sistemi rrotullues të montuar në një bosht (rotor) dhe një pjesë fikse (stator). Në bosht ka një disk me tehe pune që formojnë një grilë koncentrike, ato ndikohen nga gazi i furnizuar nën presion përmes grykave speciale. Pastaj gazi i zgjeruar hyn në shtytës, i pajisur gjithashtu me tehe, të quajtur punëtorë. Për hyrjen e përzierjes ajër-karburant dhe daljen (shter), përdoren tuba të veçantë. Kompresori është gjithashtu i përfshirë në skemën e përgjithshme. Mund të bëhet sipas një parimi të ndryshëm, në varësi të presionit të kërkuar të punës. Për funksionimin e tij, një pjesë e energjisë merret nga boshti, i cili përdoret për të kompresuar ajrin. Turbina me gaz funksionon me anë të procesit të djegies së përzierjes ajër-karburant, i shoqëruar me një rritje të konsiderueshme të vëllimit. Boshti rrotullohet, energjia e tij mund të përdoret në mënyrë të dobishme. Një skemë e tillë quhet një qark, por nëse përsëritet, atëherë konsiderohet shumëfazore.

Përparësitë e turbinave të avionëve

Që nga mesi i viteve pesëdhjetë, është shfaqur një gjeneratë e re avionësh, duke përfshirë ato pasagjerë (në BRSS këto janë Il-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124, etj. ), në modelet e të cilave motorët me piston të avionëve u zëvendësuan përfundimisht dhe në mënyrë të pakthyeshme nga ato turbina. Kjo tregon një efikasitet më të madh të këtij lloji të termocentralit. Karakteristikat e turbinës me gaz janë superiore ndaj parametrave të motorëve të karburuar në shumë aspekte, në veçanti, për sa i përket fuqisë / peshës, e cila është me rëndësi të madhe për aviacionin, si dhe tregues po aq të rëndësishëm të besueshmërisë. Konsum më i ulët i karburantit, më pak pjesë lëvizëse, performancë më e mirë mjedisore, zhurmë dhe dridhje të reduktuara. Turbinat janë më pak kritike për cilësinë e karburantit (gjë që nuk mund të thuhet për sistemet e karburantit), ato janë më të lehta për t'u mirëmbajtur, kërkojnë më pak vaj lubrifikues. Në përgjithësi, në pamje të parë duket se ato nuk përbëhen nga metali, por nga virtyte solide. Mjerisht, nuk është.

Ka disavantazhe të motorëve me turbina me gaz

Turbina me gaz nxehet gjatë funksionimit dhe transferon nxehtësinë në elementët strukturorë përreth. Kjo është veçanërisht kritike, përsëri në aviacion, kur përdorni një skemë të paraqitjes së redanit që përfshin larjen e pjesës së poshtme të njësisë së bishtit me një rrymë avion. Dhe vetë strehimi i motorit kërkon izolim të veçantë termik dhe përdorimin e materialeve speciale zjarrduruese që mund t'i rezistojnë temperaturave të larta.

Ftohja e turbinave me gaz është një sfidë komplekse teknike. Nuk është shaka, ata punojnë në mënyrën e një shpërthimi praktikisht të përhershëm që ndodh në trup. Efikasiteti në disa mënyra është më i ulët se ai i motorëve me karburator, megjithatë, kur përdorni një skemë me qark të dyfishtë, kjo pengesë eliminohet, megjithëse dizajni bëhet më i ndërlikuar, si në rastin e përfshirjes së kompresorëve "përforcues" në skemë. Përshpejtimi i turbinave dhe arritja e modalitetit të funksionimit kërkon pak kohë. Sa më shpesh të fillojë dhe të ndalet njësia, aq më shpejt konsumohet.

Aplikimi i saktë

Epo, asnjë sistem nuk është pa të meta. Është e rëndësishme të gjesh një aplikim të tillë të secilit prej tyre, në të cilin avantazhet e tij do të shfaqen më qartë. Për shembull, tanke të tilla si American Abrams, i cili mundësohet nga një turbinë me gaz. Mund të mbushet me çdo gjë që digjet, nga benzina me oktan të lartë deri te uiski, dhe jep shumë energji. Ky mund të mos jetë një shembull shumë i mirë, pasi përvoja në Irak dhe Afganistan ka treguar cenueshmërinë e teheve të kompresorit ndaj rërës. Riparimi i turbinave me gaz duhet të bëhet në SHBA, në fabrikën e prodhimit. Merrni rezervuarin atje, pastaj mbrapa dhe vetë koston e mirëmbajtjes, plus aksesorët ...

Helikopterët, rusë, amerikanë dhe vende të tjera, si dhe skafet e fuqishme, janë më pak të prekur nga bllokimi. Në raketat e lëngshme, ato janë të domosdoshme.

Luftanijet moderne dhe anijet civile kanë gjithashtu motorë me turbina me gaz. Dhe gjithashtu energji.

Termocentralet me tri gjeneratorë

Problemet me të cilat përballen prodhuesit e avionëve nuk janë aq shqetësuese për ata që prodhojnë pajisje industriale për prodhimin e energjisë elektrike. Pesha në këtë rast nuk është më aq e rëndësishme, dhe ju mund të fokusoheni në parametra të tillë si efikasiteti dhe efikasiteti i përgjithshëm. Njësitë e gjeneratorëve të turbinave me gaz kanë një kornizë masive, një kornizë të besueshme dhe tehe më të trasha. Është mjaft e mundur të përdoret nxehtësia e krijuar, duke e përdorur atë për nevoja të ndryshme, nga riciklimi dytësor në vetë sistem, deri te ngrohja e ambienteve shtëpiake dhe furnizimi termik i njësive ftohëse të tipit absorbues. Kjo qasje quhet trigjenerator, dhe efikasiteti në këtë mënyrë i afrohet 90%.

Centralet bërthamore

Për një turbinë me gaz, nuk ka asnjë ndryshim thelbësor se cili është burimi i mjetit të nxehtë që i jep energjinë e tij teheve të saj. Mund të jetë një përzierje ajri-karburant i djegur, ose thjesht avull i mbinxehur (jo domosdoshmërisht ujë), gjëja kryesore është që të sigurojë furnizimin e tij të pandërprerë me energji elektrike. Në thelbin e tij, termocentralet e të gjitha termocentraleve bërthamore, nëndetëseve, aeroplanmbajtësve, akullthyesve dhe disa anijeve ushtarake sipërfaqësore (për shembull, kryqëzori i raketave Pjetri i Madh) bazohen në një turbinë me gaz (GTU) që rrotullohet me avull. Çështjet e sigurisë dhe mjedisit diktojnë një lak primar të mbyllur. Kjo do të thotë që agjenti kryesor i nxehtësisë (në mostrat e para këtë rol e luante plumbi, tani ai është zëvendësuar nga parafina) nuk largohet nga zona afër reaktorit, duke rrjedhur rreth elementëve të karburantit në një rreth. Ngrohja e substancës së punës kryhet në qarqet pasuese, dhe dioksidi i karbonit, heliumi ose azoti i avulluar rrotullohen rrotën e turbinës.

Aplikim i gjerë

Instalimet komplekse dhe të mëdha janë pothuajse gjithmonë unike, prodhimi i tyre kryhet në grupe të vogla ose në përgjithësi bëhen kopje të vetme. Më shpesh, njësitë e prodhuara në sasi të mëdha përdoren në sektorë paqësorë të ekonomisë, për shembull, për pompimin e lëndëve të para hidrokarbure përmes tubacioneve. Janë këto që prodhohen nga kompania UEC nën markën Saturn. Turbinat me gaz të stacioneve të pompimit janë plotësisht në përputhje me emrin e tyre. Ata me të vërtetë pompojnë gaz natyror, duke përdorur energjinë e vet për punën e tyre.

Një turbinë me gaz zakonisht quhet një motor që funksionon vazhdimisht. Tjetra, ne do të flasim se si është rregulluar një turbinë me gaz, cili është parimi i funksionimit të njësisë. Një tipar i një motori të tillë është se brenda tij, energjia prodhohet nga gazi i ngjeshur ose i nxehtë, rezultati i të cilit është puna mekanike në bosht.

Historia e turbinës me gaz

Është interesante se mekanizmat e turbinave janë zhvilluar nga inxhinierët për një kohë shumë të gjatë. Turbina e parë primitive me avull u krijua në shekullin I para Krishtit. e.! Sigurisht, është thelbësore
Ky mekanizëm ka arritur kulmin e tij vetëm tani. Turbinat filluan të zhvillohen në mënyrë aktive në fund të shekullit të 19-të, njëkohësisht me zhvillimin dhe përmirësimin e termodinamikës, inxhinierisë mekanike dhe metalurgjisë.

Parimet e mekanizmave, materialeve, lidhjeve kanë ndryshuar, gjithçka është përmirësuar, dhe tani, sot, njerëzimi njeh më të përsosurën nga të gjitha format ekzistuese të një turbine me gaz, e cila ndahet në lloje të ndryshme. Ka një turbinë me gaz të aviacionit, dhe ka një industriale.

Është zakon të quash një turbinë me gaz një lloj motori nxehtësie, pjesët e tij të punës janë të paracaktuara me vetëm një detyrë - të rrotullohen për shkak të veprimit të një avion gazi.

Është rregulluar në atë mënyrë që pjesa kryesore e turbinës përfaqësohet nga një rrotë në të cilën janë ngjitur grupe tehe. , duke vepruar në tehet e një turbine me gaz, i bën ato të lëvizin dhe të rrotullojnë timonin. Rrota, nga ana tjetër, është e fiksuar fort në bosht. Ky tandem ka një emër të veçantë - rotori i turbinës. Si rezultat i kësaj lëvizjeje që ndodh brenda motorit të një turbine me gaz, fitohet energji mekanike, e cila transmetohet në një gjenerator elektrik, në helikën e një anijeje, në një helikë avioni dhe mekanizma të tjerë pune të një parimi të ngjashëm funksionimi.

Turbina aktive dhe jet

Ndikimi i rrymës së gazit në fletët e turbinës mund të jetë i dyfishtë. Prandaj, turbinat ndahen në klasa: klasa e turbinave aktive dhe reaktive. Turbinat me gaz reaktive dhe aktive ndryshojnë në parimin e pajisjes.

Turbinë impulse

Një turbinë aktive karakterizohet nga fakti se ka një shkallë të lartë të rrjedhjes së gazit në tehet e rotorit. Me ndihmën e një tehu të lakuar, rryma e gazit devijon nga trajektorja e saj. Si rezultat i devijimit, zhvillohet një forcë e madhe centrifugale. Me ndihmën e kësaj force, tehet vihen në lëvizje. Gjatë gjithë rrugës së përshkruar të gazit, një pjesë e energjisë së tij humbet. Një energji e tillë drejtohet në lëvizjen e shtytësit dhe boshtit.

turbinë reaktiv

Në një turbinë reaktiv, gjërat janë disi të ndryshme. Këtu, rrjedha e gazit në tehet e rotorit kryhet me shpejtësi të ulët dhe nën ndikimin e një niveli të lartë presioni. Forma e tehuve është gjithashtu e shkëlqyer, për shkak të së cilës shpejtësia e gazit rritet ndjeshëm. Kështu, rryma e gazit krijon një lloj force reaktive.

Nga mekanizmi i përshkruar më sipër, rrjedh se pajisja e një turbine me gaz është mjaft e ndërlikuar. Në mënyrë që një njësi e tillë të funksionojë pa probleme dhe t'i sjellë fitim dhe përfitim pronarit të saj, duhet t'ia besoni mirëmbajtjen e saj profesionistëve. Kompanitë e profilit të shërbimit ofrojnë shërbime të mirëmbajtjes së instalimeve duke përdorur turbina me gaz, furnizime të komponentëve, të gjitha llojet e pjesëve dhe pjesëve. DMEnergy është një kompani e tillë () që i siguron klientit të saj qetësi dhe besim se ai nuk do të mbetet vetëm me problemet që lindin gjatë funksionimit të një turbine me gaz.

Termocentralet me kapacitet relativisht të vogël mund të përfshijnë motorë me turbina me gaz (GTE) dhe motorë reciprok (RP). Si rezultat, klientët shpesh pyesin cila makinë është më e mirë. Dhe, megjithëse është definitivisht e pamundur t'i përgjigjemi, qëllimi i këtij artikulli është një përpjekje për të kuptuar këtë çështje.

Prezantimi

Zgjedhja e llojit të motorit, si dhe numri i tyre për drejtimin e gjeneratorëve elektrikë në një termocentral të çdo kapaciteti, është një detyrë komplekse teknike dhe ekonomike. Përpjekjet për të krahasuar motorët e pistonit dhe turbinave me gaz si një makinë më së shpeshti bëhen duke përdorur gaz natyror si lëndë djegëse. Përparësitë dhe disavantazhet e tyre themelore janë analizuar në literaturën teknike, në broshurat e prodhuesve të termocentraleve me motorë pistoni, madje edhe në internet.

Si rregull, jepet informacion i përgjithësuar për ndryshimin në konsumin e karburantit, në koston e motorëve, pa marrë parasysh fuqinë dhe kushtet e funksionimit të tyre. Shpesh vërehet se është e preferueshme të formohet përbërja e termocentraleve me një kapacitet 10-12 MW në bazë të motorëve reciprok, dhe fuqi më të lartë - në bazë të turbinave me gaz. Këto rekomandime nuk duhet të merren si aksiomë. Një gjë është e qartë: çdo lloj motori ka avantazhet dhe disavantazhet e tij, dhe kur zgjidhni një makinë, nevojiten disa, të paktën tregues, kritere sasiore për vlerësimin e tyre.

Aktualisht, tregu rus i energjisë ofron një gamë mjaft të gjerë të motorëve me turbina reciproke dhe me gaz. Ndër motorët me piston mbizotërojnë motorët e importuar dhe midis motorëve me turbina me gaz ata vendas.

Informacioni në lidhje me karakteristikat teknike të motorëve të turbinave me gaz dhe termocentraleve të bazuara në to, të propozuara për operim në Rusi, është botuar rregullisht në "Katalogun e pajisjeve të turbinave me gaz" vitet e fundit.

Informacione të ngjashme në lidhje me motorët dhe termocentralet reciproke, pjesë e të cilave ata janë, mund të merren vetëm nga broshurat reklamuese të kompanive ruse dhe të huaja që furnizojnë këtë pajisje. Informacioni në lidhje me koston e motorëve dhe termocentraleve më shpesh nuk publikohet dhe informacioni i publikuar shpesh nuk është i vërtetë.

Krahasimi kokë më kokë i motorëve me turbina reciproke dhe me gaz

Përpunimi i informacionit të disponueshëm bën të mundur formimin e tabelës më poshtë, e cila përmban një vlerësim sasior dhe cilësor të avantazheve dhe disavantazheve të motorëve me turbina reciproke dhe me gaz. Fatkeqësisht, disa nga karakteristikat janë marrë nga materialet promovuese, saktësia e plotë e të cilave është jashtëzakonisht e vështirë ose pothuajse e pamundur të verifikohet. Të dhënat e kërkuara për verifikimin e rezultateve të funksionimit të motorëve individualë dhe termocentraleve, me përjashtime të rralla, nuk publikohen.

Natyrisht, shifrat e dhëna janë të përgjithësuara; për motorë të veçantë, ato do të jenë rreptësisht individuale. Për më tepër, disa prej tyre janë dhënë në përputhje me standardet ISO, dhe kushtet aktuale të funksionimit të motorëve ndryshojnë ndjeshëm nga standardi.

Informacioni i paraqitur jep vetëm një karakteristikë cilësore të motorëve dhe nuk mund të përdoret në zgjedhjen e pajisjeve për një termocentral të caktuar. Mund të jepen disa komente për çdo pozicion të tabelës.

Tregu i energjisë ka një përzgjedhje shumë të madhe motorësh me dallime të konsiderueshme në karakteristikat teknike. Konkurrenca midis motorëve të llojeve të konsideruara është e mundur vetëm në rangun e njësisë së fuqisë elektrike deri në 16 MW. Në fuqitë më të larta, motorët me turbina me gaz zëvendësojnë pothuajse plotësisht motorët me piston.

Duhet të merret parasysh se çdo motor ka karakteristika individuale dhe vetëm këto duhet të përdoren kur zgjidhni një lloj disku. Kjo bën të mundur formimin e përbërjes së pajisjeve kryesore të një termocentrali të një kapaciteti të caktuar në disa versione, duke ndryshuar, para së gjithash, fuqinë elektrike dhe numrin e motorëve të kërkuar. Shkathtësia e bën të vështirë zgjedhjen e llojit të preferuar të motorit.

Mbi efikasitetin e motorëve me pistoni dhe turbina me gaz

Karakteristika më e rëndësishme e çdo motori në termocentrale është efikasiteti i prodhimit të energjisë (KPIe), i cili përcakton vëllimin kryesor, por jo të plotë të konsumit të gazit. Përpunimi i të dhënave statistikore mbi vlerat e efikasitetit bën të mundur që të tregohen qartë fushat e aplikimit në të cilat, sipas këtij treguesi, një lloj motori ka përparësi ndaj një tjetri.

Rregullimi i ndërsjellë dhe konfigurimi i tre të përzgjedhurve në Fig. 1 zona, brenda të cilave ka imazhe me pika të vlerave të efikasitetit elektrik të motorëve të ndryshëm, na lejon të nxjerrim disa përfundime:

• edhe brenda të njëjtit lloj motorësh me të njëjtën fuqi, ka një shpërndarje të konsiderueshme në vlerat e efikasitetit për prodhimin e energjisë elektrike;
• me një fuqi njësi prej më shumë se 16 MW, motorët me turbina me gaz në ciklin e kombinuar ofrojnë një vlerë efikasiteti prej më shumë se 48% dhe monopolizojnë tregun;
• efikasiteti elektrik i motorëve me turbina me gaz deri në 16 MW, që funksionojnë në cikle të thjeshta dhe të kombinuara, është më i ulët (nganjëherë shumë dukshëm) se ai i motorëve me piston;
• Motorët me turbina me gaz me kapacitet njësi deri në 1 MW, të cilët janë shfaqur së fundmi në treg, janë superiorë për nga efikasiteti ndaj motorëve me kapacitet 2-8 MW, të cilët përdoren më shpesh sot në termocentrale;
• natyra e ndryshimit në efikasitetin e motorëve me turbina me gaz ka tre zona: dy me një vlerë relativisht konstante - përkatësisht 27 dhe 36%, dhe një me një variabël - nga 27 në 36%; brenda dy zonave, koeficienti i efikasitetit varet dobët nga fuqia elektrike;
• vlera e rendimentit për prodhimin e energjisë elektrike të motorëve reciprokë është në varësi të vazhdueshme nga fuqia e tyre elektrike.

Megjithatë, këta faktorë nuk janë një arsye për t'i dhënë përparësi motorëve me pistoni. Edhe nëse termocentrali do të prodhojë vetëm energji elektrike, kur krahasohen opsionet e pajisjeve me lloje të ndryshme motorësh, do të jetë e nevojshme të kryhen llogaritjet ekonomike. Është e nevojshme të vërtetohet se kostoja e gazit të kursyer do të paguajë diferencën në koston e motorëve me turbina reciproke dhe me gaz, si dhe pajisje shtesë për ta. Sasia e gazit të kursyer nuk mund të përcaktohet nëse mënyra e funksionimit të stacionit për furnizimin me energji elektrike në dimër dhe verë nuk dihet. Idealisht, nëse dihen ngarkesat e nevojshme elektrike - maksimale (dita e punës së dimrit) dhe minimale (ditë pushimi veror).

Përdorimi i energjisë elektrike dhe termike

Nëse termocentrali duhet të prodhojë jo vetëm energji elektrike, por edhe energji termike, atëherë do të jetë e nevojshme të përcaktohet se nga cilat burime është e mundur të mbulohet konsumi i nxehtësisë. Si rregull, ekzistojnë dy burime të tilla - nxehtësia e përdorur e motorëve dhe/ose shtëpia e bojlerit.

Për motorët me piston, përdoret nxehtësia e vajit ftohës, ajri i kompresuar dhe gazrat e shkarkimit, për motorët me turbina me gaz përdoret vetëm nxehtësia e gazrave të shkarkimit. Sasia kryesore e nxehtësisë merret nga gazrat e shkarkimit me ndihmën e shkëmbyesve të nxehtësisë së mbetur (UHE).

Sasia e nxehtësisë së rikuperuar varet kryesisht nga mënyra e funksionimit të motorit për të prodhuar energji elektrike dhe nga kushtet klimatike. Vlerësimi i gabuar i mënyrave të funksionimit të motorit në dimër do të çojë në gabime në përcaktimin e sasisë së nxehtësisë së shfrytëzuar dhe një zgjedhje të gabuar të kapacitetit të instaluar të kazanit.

Grafikët në Fig. 2 tregojnë mundësinë e furnizimit me nxehtësi të rikuperuar nga motorët me turbina me gaz dhe pistoni për qëllime të furnizimit me nxehtësi. Pikat në kthesa korrespondojnë me të dhënat e prodhuesit për aftësitë e pajisjeve të disponueshme për rikuperimin e nxehtësisë. Në motorin me të njëjtën fuqi elektrike, prodhuesit instalojnë UTO të ndryshme - bazuar në detyra specifike.

Përparësitë e motorëve me turbina me gaz për sa i përket gjenerimit të nxehtësisë janë të pamohueshme. Kjo është veçanërisht e vërtetë për motorët me fuqi elektrike 2-10 MW, gjë që shpjegohet me vlerën relativisht të ulët të efikasitetit të tyre elektrik. Me rritjen e efikasitetit të motorëve me turbina me gaz, sasia e nxehtësisë së shfrytëzuar në mënyrë të pashmangshme duhet të ulet.

Kur zgjidhni një motor pistoni për furnizimin me energji dhe ngrohje të një objekti të caktuar, nevoja për të përdorur një kazan si pjesë e një termocentrali është pothuajse e padyshimtë. Funksionimi i kazanit kërkon një rritje të konsumit të gazit mbi atë që është e nevojshme për të prodhuar energji elektrike. Shtrohet pyetja se si ndryshojnë kostot e gazit për furnizimin me energji të objektit nëse në një rast përdoren vetëm motorë me turbina me gaz me rikuperim të nxehtësisë së shkarkimit, dhe në rastin tjetër motorë pistoni me rikuperim të nxehtësisë dhe një kazan. Kjo pyetje mund të përgjigjet vetëm pas një studimi të plotë të veçorive të konsumit të energjisë elektrike dhe nxehtësisë nga objekti.

Nëse supozojmë se konsumi i vlerësuar i nxehtësisë i një objekti mund të mbulohet plotësisht nga nxehtësia e shfrytëzuar e motorit të turbinës me gaz, dhe mungesa e nxehtësisë kur përdoret një motor pistoni kompensohet nga shtëpia e bojlerit, atëherë është e mundur të identifikohet natyra të ndryshimit të konsumit total të gazit për furnizimin me energji të objektit.

Duke përdorur të dhënat në Fig. 1 dhe 2, është e mundur për pikat karakteristike të zonave të shënuara në Fig. 1, merrni informacion në lidhje me kursimet ose tejkalimet e gazit kur përdorni lloje të ndryshme aktivizuesish. Ato janë paraqitur në tabelë:

Vlerat absolute të kursimeve të gazit janë të vlefshme vetëm për një objekt specifik, karakteristikat e të cilit janë përfshirë në llogaritje, por natyra e përgjithshme e varësisë pasqyrohet saktë, përkatësisht:
me vlera relativisht të afërta të efikasitetit elektrik (diferenca deri në 10%), përdorimi i motorëve me pistoni dhe një dhomë bojleri çon në konsum të tepruar të karburantit;

• me vlera relativisht të afërta të efikasitetit elektrik (diferenca deri në 10%), përdorimi i motorëve me pistoni dhe një dhomë bojleri çon në konsum të tepruar të karburantit;
• me një ndryshim në vlerat e efikasitetit prej më shumë se 10%, funksionimi i motorëve reciprok dhe i kazanit do të kërkojë më pak gaz sesa për motorët me turbina me gaz;
• ekziston një pikë e caktuar me kursime maksimale të gazit kur përdorni motorë reciprok dhe një dhomë kazan, ku diferenca midis vlerave të efikasitetit të motorëve është 13-14%;
• sa më i lartë të jetë efikasiteti i një motori pistoni dhe sa më i ulët të jetë efikasiteti i një turbine me gaz, aq më i madh është kursimi i gazit.

Si suplement

Si rregull, detyra nuk kufizohet në zgjedhjen e llojit të makinës, kërkohet të përcaktohet përbërja e pajisjeve kryesore të termocentralit - lloji i njësive, numri i tyre, pajisjet ndihmëse.

Zgjedhja e motorëve për të prodhuar sasinë e duhur të energjisë elektrike përcakton mundësitë për gjenerimin e nxehtësisë së rikuperuar. Në këtë rast, është e nevojshme të merren parasysh të gjitha tiparet e ndryshimeve në karakteristikat teknike të motorit që lidhen me kushtet klimatike, me natyrën e ngarkesës elektrike dhe të përcaktohet efekti i këtyre ndryshimeve në çlirimin e nxehtësisë së shfrytëzuar.

Duhet mbajtur mend gjithashtu se termocentrali përfshin jo vetëm motorë. Në faqen e tij, zakonisht ka më shumë se një duzinë strukturash ndihmëse, funksionimi i të cilave ndikon gjithashtu në performancën teknike dhe ekonomike të termocentralit.

Siç u përmend tashmë, nga pikëpamja teknike, përbërja e pajisjeve të termocentralit mund të formohet në disa mënyra, kështu që zgjedhja e tij përfundimtare mund të justifikohet vetëm nga pikëpamja ekonomike.

Në të njëjtën kohë, njohja e karakteristikave të motorëve specifikë dhe ndikimi i tyre në performancën ekonomike të një termocentrali të ardhshëm është jashtëzakonisht i rëndësishëm. Gjatë kryerjes së llogaritjeve ekonomike, është e pashmangshme të merret parasysh burimi motorik, mirëmbajtja, koha dhe kostoja e riparimeve të mëdha. Këta tregues janë gjithashtu individualë për secilin motor specifik, pavarësisht nga lloji i tij.

Nuk mund të përjashtohet ndikimi i faktorëve mjedisorë në zgjedhjen e llojit të motorëve për termocentralin. Gjendja e atmosferës në zonën ku do të operohet termocentrali mund të jetë një faktor kryesor në përcaktimin e llojit të motorit (pavarësisht nga ndonjë konsideratë ekonomike).

Siç u përmend tashmë, të dhënat mbi koston e motorëve dhe termocentraleve të bazuara në to nuk janë publikuar. Prodhuesit ose furnizuesit e pajisjeve i referohen ndryshimit të mundshëm në konfigurim, kushtet e dorëzimit dhe arsye të tjera. Çmimet do të paraqiten vetëm pas plotësimit të pyetësorit të korporatës. Prandaj, informacioni në tabelën e parë se kostoja e motorëve reciprokë me fuqi deri në 3,5 MW është më e ulët se kostoja e motorëve me turbina me gaz me të njëjtën fuqi mund të rezultojë e pasaktë.

konkluzioni

Kështu, në klasën e fuqisë së njësisë deri në 16 MW, as motorët me turbina me gaz dhe as motorët me piston nuk mund të kenë përparësi të qartë. Vetëm një analizë e plotë e mënyrave të pritshme të funksionimit të një termocentrali të caktuar për prodhimin e energjisë elektrike dhe nxehtësisë (duke marrë parasysh karakteristikat e motorëve specifikë dhe faktorët e shumtë ekonomikë) do të justifikojë plotësisht zgjedhjen e llojit të motorit. Një kompani e specializuar mund të përcaktojë përbërjen e pajisjeve në një nivel profesional.

Referencat

1. Gabich A. Aplikimi i motorëve të turbinave me gaz me fuqi të ulët në sektorin e energjisë // Teknologjitë e turbinave me gaz. 2003, nr 6. S. 30-31.
2. Burov VD Termocentrale me turbinë me gaz dhe piston me gaz me fuqi të ulët // Revista Minierash. 2004, numër special. fq 87-89,133.
3. Katalogu i pajisjeve të turbinave me gaz // Teknologjitë e turbinave me gaz. 2005. S. 208.
4. Salikhov A. A., Fatkulin R. M., Abrakhmanov R. R., Shchaulov V. Yu. Zhvillimi i mini-CHP duke përdorur motorë pistoni me gaz në Republikën e Bashkortostanit. 2003, nr 11. S. 24-30.

Ky artikull, me ndryshime të vogla, është marrë nga revista "Turbinat dhe Dieselët", Nr. 1 (2) për vitin 2006.
Autori - V.P. Vershinsky, LLC "Gazpromenergoservis".

Një turbinë me gaz është një motor në të cilin, në procesin e funksionimit të vazhdueshëm, organi kryesor i pajisjes (rotori) shndërrohet (në raste të tjera, avulli ose uji) në punë mekanike. Në këtë rast, rryma e substancës punuese vepron në tehet e fiksuara rreth perimetrit të rotorit, duke i vënë ato në lëvizje. Në drejtim të rrjedhës së gazit, turbinat ndahen në boshtore (gazi lëviz paralel me boshtin e turbinës) ose radiale (lëvizje pingule në lidhje me të njëjtin bosht). Ekzistojnë mekanizma të vetëm dhe me shumë faza.

Një turbinë me gaz mund të veprojë në tehe në dy mënyra. Së pari, është një proces aktiv, kur gazi furnizohet në zonën e punës me shpejtësi të lartë. Në këtë rast, rrjedha e gazit tenton të lëvizë në një vijë të drejtë, dhe pjesa e lakuar e tehut që qëndron në rrugën e saj e devijon atë, duke u kthyer vetë. Së dyti, është një proces i tipit reaktiv, kur shkalla e furnizimit me gaz është e ulët, por përdoren presione të larta. lloji në formën e tij të pastër pothuajse nuk gjendet kurrë, sepse në turbinat e tyre është i pranishëm ai i cili vepron në fletë së bashku me forcën e reaksionit.

Ku përdoret sot turbina me gaz? Parimi i funksionimit të pajisjes lejon që ajo të përdoret për ngasjet e gjeneratorëve të rrymës elektrike, kompresorëve, etj. Turbinat e këtij lloji përdoren gjerësisht në transport (instalimet e turbinave me gaz të anijeve). Krahasuar me homologët e avullit, ato kanë një peshë dhe dimensione relativisht të vogla, nuk kërkojnë rregullimin e një dhome kazani, një njësi kondensimi.

Turbina me gaz është gati për funksionim mjaft shpejt pas fillimit, zhvillon fuqinë e plotë në rreth 10 minuta, është e lehtë për t'u mirëmbajtur, kërkon pak ujë për ftohje. Ndryshe nga motorët me djegie të brendshme, ai nuk ka efekte inerciale nga mekanizmi i fiksimit. një herë e gjysmë më i shkurtër se motorët me naftë dhe më shumë se dy herë më i lehtë. Pajisjet kanë aftësinë të funksionojnë me karburant me cilësi të ulët. Cilësitë e mësipërme bëjnë të mundur marrjen në konsideratë të motorëve të këtij lloji me interes të veçantë për anijet në dhe hidrofoils.

Turbina me gaz si përbërësi kryesor i motorit ka një sërë disavantazhesh të rëndësishme. Midis tyre, ata shënojnë zhurmë të lartë, më pak se motorët me naftë, efikasitet, jetë të shkurtër në temperatura të larta (nëse mediumi i gazit i përdorur ka një temperaturë prej rreth 1100 ° C, atëherë turbina mund të përdoret mesatarisht deri në 750 orë).

Efikasiteti i një turbine me gaz varet nga sistemi në të cilin përdoret. Për shembull, pajisjet e përdorura në industrinë e energjisë me një temperaturë fillestare të gazrave mbi 1300 gradë Celsius, nga ajri në kompresor jo më shumë se 23 dhe jo më pak se 17, kanë një koeficient prej rreth 38.5% gjatë operacioneve autonome. Turbina të tilla nuk janë shumë të përhapura dhe përdoren kryesisht për të mbuluar majat e ngarkesës në sistemet elektrike. Sot, rreth 15 turbina me gaz me një kapacitet deri në 30 MW funksionojnë në një numër termocentralesh në Rusi. Në impiantet me shumë faza, arrihet një indeks shumë më i lartë i efikasitetit (rreth 0,93) për shkak të efikasitetit të lartë të elementeve strukturorë.

Parimi i funksionimit të impianteve të turbinave me gaz

Fig.1. Skema e një njësie turbine me gaz me një motor turbinë me gaz me një bosht të një cikli të thjeshtë

Ajri i pastër furnizohet me kompresorin (1) të njësisë së fuqisë së turbinës me gaz. Nën presion të lartë, ajri nga kompresori dërgohet në dhomën e djegies (2), ku furnizohet edhe karburanti kryesor, gazi. Përzierja ndizet. Kur një përzierje gaz-ajër digjet, energjia gjenerohet në formën e një rryme gazesh të nxehtë. Kjo rrjedhë nxiton me shpejtësi të madhe drejt rrotës së turbinës (3) dhe e rrotullon atë. Energjia kinetike rrotulluese përmes boshtit të turbinës drejton kompresorin dhe gjeneratorin elektrik (4). Nga terminalet e gjeneratorit të energjisë, energjia elektrike e prodhuar, zakonisht përmes një transformatori, dërgohet në rrjetin elektrik, tek konsumatorët e energjisë.

Turbinat me gaz përshkruhen nga cikli termodinamik Brayton. Cikli Brayton/Joule është një cikël termodinamik që përshkruan proceset e punës së motorëve me djegie të brendshme me turbina me gaz, turbojet dhe ramjet, si dhe motorët me djegie të jashtme me turbina me gaz me një lak të mbyllur të një gazi. lëng pune (njëfazor).

Cikli është emëruar pas inxhinierit amerikan George Brighton, i cili shpiku motorin me djegie të brendshme reciproke që funksiononte në këtë cikël.

Ndonjëherë ky cikël quhet edhe cikli Joule - për nder të fizikanit anglez James Joule, i cili vendosi ekuivalentin mekanik të nxehtësisë.

Fig.2. Diagrami i ciklit P,V Brayton

Cikli ideal Brayton përbëhet nga proceset:

• 1-2 Kompresimi izentropik.
• 2-3 Hyrja e nxehtësisë izobare.
• 3-4 Zgjerimi isentropik.
• 4-1 Heqja e nxehtësisë izobare.

Duke marrë parasysh ndryshimet midis proceseve reale adiabatike të zgjerimit dhe tkurrjes nga ato isentropike, ndërtohet një cikël i vërtetë Brayton (1-2p-3-4p-1 në diagramin T-S) (Fig. 3)

Fig.3. Diagrami i ciklit T-S Brayton
Ideal (1-2-3-4-1)
Real (1-2p-3-4p-1)

Efikasiteti termik i një cikli ideal Brayton zakonisht shprehet me formulën:

• ku P = p2 / p1 - shkalla e rritjes së presionit në procesin e kompresimit isentropik (1-2);
• k - indeksi adiabatik (për ajrin e barabartë me 1.4)

Duhet të theksohet veçanërisht se kjo mënyrë e pranuar përgjithësisht e llogaritjes së efikasitetit të ciklit errëson thelbin e procesit në vazhdim. Efikasiteti kufizues i ciklit termodinamik llogaritet përmes raportit të temperaturës duke përdorur formulën Carnot:

• ku T1 është temperatura e frigoriferit;
• T2 - temperatura e ngrohësit.

Saktësisht i njëjti raport i temperaturës mund të shprehet në termat e raporteve të presionit të përdorur në cikël dhe indeksit adiabatik:

Kështu, efikasiteti i ciklit Brayton varet nga temperaturat fillestare dhe përfundimtare të ciklit në të njëjtën mënyrë si efikasiteti i ciklit Carnot. Me një ngrohje infiniteminale të lëngut të punës përgjatë vijës (2-3), procesi mund të konsiderohet izotermik dhe plotësisht i barabartë me ciklin Carnot. Sasia e ngrohjes së lëngut të punës T3 në procesin izobarik përcakton sasinë e punës që lidhet me sasinë e lëngut punues të përdorur në cikël, por në asnjë mënyrë nuk ndikon në efikasitetin termik të ciklit. Sidoqoftë, në zbatimin praktik të ciklit, ngrohja kryhet zakonisht në vlerat më të larta të mundshme të kufizuara nga rezistenca ndaj nxehtësisë së materialeve të përdorura në mënyrë që të minimizohet madhësia e mekanizmave që ngjeshin dhe zgjerojnë lëngun e punës.

Në praktikë, fërkimi dhe turbulenca shkaktojnë:

• Kompresimi jo adiabatik: për një raport të caktuar presioni total, temperatura e shkarkimit të kompresorit është më e lartë se idealja.
• Zgjerimi jo adiabatik: megjithëse temperatura e turbinës bie në nivelin e nevojshëm për funksionimin, kompresori nuk ndikohet, raporti i presionit është më i lartë, si rezultat, zgjerimi nuk është i mjaftueshëm për të siguruar punë të dobishme.
• Humbjet e presionit në hyrjen e ajrit, dhomën e djegies dhe daljen: si rezultat, zgjerimi nuk është i mjaftueshëm për të siguruar punë të dobishme.

Ashtu si me të gjithë motorët me nxehtësi ciklike, sa më e lartë të jetë temperatura e djegies, aq më i lartë është efikasiteti. Faktori kufizues është aftësia e çelikut, nikelit, qeramikës ose materialeve të tjera që përbëjnë motorin për t'i bërë ballë nxehtësisë dhe presionit. Pjesa më e madhe e punës inxhinierike është e përqendruar në heqjen e nxehtësisë nga pjesët e turbinës. Shumica e turbinave gjithashtu përpiqen të rikuperojnë nxehtësinë nga gazrat e shkarkimit që përndryshe shpërdorohen.

Rekuperatorët janë shkëmbyes nxehtësie që transferojnë nxehtësinë nga gazrat e shkarkimit në ajrin e kompresuar përpara djegies. Në një cikël të kombinuar, nxehtësia transferohet në sistemet e turbinave me avull. Dhe në nxehtësinë dhe energjinë e kombinuar (CHP), nxehtësia e mbetur përdoret për të prodhuar ujë të nxehtë.

Mekanikisht, turbinat me gaz mund të jenë dukshëm më të thjeshta se motorët me djegie të brendshme reciproke. Turbinat e thjeshta mund të kenë një pjesë lëvizëse: bosht / kompresor / turbinë / montim të rotorit alternativ (shih figurën më poshtë), duke mos përfshirë sistemin e karburantit.

Fig.4. Kjo makinë ka një kompresor radial me një fazë,
turbina, rekuperatori dhe kushinetat e ajrit.

Turbinat më komplekse (ato të përdorura në motorët modernë të avionëve) mund të kenë boshte të shumta (mbështjellje), qindra tehe turbinash, fletë statori lëvizëse dhe një sistem të gjerë tubacionesh komplekse, dhoma me djegie dhe shkëmbyes nxehtësie.

Si rregull i përgjithshëm, sa më i vogël të jetë motori, aq më e lartë është shpejtësia e boshtit(ave) që kërkohet për të ruajtur shpejtësinë maksimale lineare të teheve.

Shpejtësia maksimale e fletëve të turbinës përcakton presionin maksimal që mund të arrihet, duke rezultuar në fuqinë maksimale, pavarësisht nga madhësia e motorit. Motori reaktiv rrotullohet me rreth 10,000 rpm dhe mikroturbina me rreth 100,000 rpm.