Princíp činnosti plynovej turbíny. O plynových turbínach pre neinžinierov. Výhody leteckých turbín

Pohonné jednotky - pohony elektrických generátorov pre autonómne malé tepelné elektrárne môžu byť dieselové, plynové piestové, mikroturbínové a plynové turbínové motory.

O výhodách určitých elektrární a technológií bolo napísaných veľké množstvo diskusných a polemických článkov. Spravidla pri sporoch v koterci zostáva buď jeden, alebo druhý často v hanbe. Skúsme prísť na to prečo.

Definujúce kritériá pre výber energetických jednotiek na výstavbu autonómne elektrárne sú otázky spotreby paliva, výšky prevádzkových nákladov, ako aj doby návratnosti zariadení elektrárne.

Dôležitými faktormi pri výbere pohonných jednotiek sú jednoduchosť obsluhy, úroveň Údržba a oprava, ako aj miesto opravy pohonných jednotiek. Tieto otázky súvisia predovšetkým s nákladmi a problémami, ktoré následne môže mať majiteľ autonómnej elektrárne.

V tomto článku autor nemá sebecký cieľ uprednostňovať piestové alebo turbínové technológie. Typy elektrární elektrární sú správnejšie, najlepšie je vyberať priamo na projekt, na základe individuálnych podmienok a technických špecifikácií zákazníka.

Pri výbere energetického zariadenia na výstavbu autonómnej plynovej kogeneračnej jednotky je vhodné poradiť sa s nezávislými odborníkmi z inžinierskych spoločností, ktoré už stavajú elektrárne na kľúč. Strojárska firma musí mať dokončené projekty ktoré môžete vidieť a navštíviť s prehliadkou. Je potrebné vziať do úvahy aj taký faktor, ako je slabosť a nedostatočný rozvoj trhu s výrobnými zariadeniami v Rusku, kde sú skutočné objemy predaja v porovnaní s rozvinutými krajinami malé a zanechávajú veľa želaní - to je predovšetkým sa odráža v objeme a kvalite ponúk.

Plynové piestové zariadenia vs. motory s plynovou turbínou – prevádzkové náklady

Je pravda, že prevádzkové náklady minikogeneračnej jednotky s piestovými strojmi sú nižšie ako prevádzkové náklady elektrárne s plynovými turbínami?

Náklady na generálnu opravu plynového piestového motora môžu byť 30 - 350% počiatočných nákladov na samotnú pohonnú jednotku, a nie na celú elektráreň - počas generálnej opravy sa skupina piestov vymení. Plynové piestové jednotky je možné opraviť na mieste bez zložitých diagnostických zariadení raz za 7-8 rokov.

Náklady na opravu zariadenia s plynovou turbínou sú 30–50 %. počiatočné investície. Ako vidíte, náklady sú približne rovnaké. Podobné sú aj reálne, poctivé ceny plynových turbín a piestových jednotiek porovnateľného výkonu a kvality.

Kapitálové opravy závodu s plynovou turbínou z dôvodu jeho zložitosti sa nevykonávajú na mieste. Dodávateľ musí odviezť opotrebovaný blok a priniesť náhradný agregát s plynovou turbínou. Starú jednotku je možné obnoviť iba do stavu z výroby.

Vždy by ste mali brať do úvahy dodržiavanie plánu údržby, charakter záťaže a prevádzkové režimy elektrárne bez ohľadu na typ inštalovaných energetických jednotiek.

Často zveličená otázka o náročnosti turbíny na prevádzkové podmienky sa spája so zastaranými informáciami spred štyridsiatich rokov. Potom sa „na zemi“ v pohone elektrární uplatnili letecké turbíny „odstránené z krídla“ lietadla. Takéto turbíny s minimálnymi zmenami prispôsobené na prácu ako hlavné energetické jednotky pre elektrárne.

Moderné autonómne elektrárne dnes využívajú turbíny priemyselného, ​​priemyselného dizajnu, určené na nepretržitú prevádzku s rôznym zaťažením.

Spodná hranica minimálneho elektrického zaťaženia, oficiálne deklarovaná výrobcami pre priemyselné turbíny, je 3–5 %, ale v tomto režime sa spotreba paliva zvyšuje o 40 %. Maximálne zaťaženie zariadenia s plynovou turbínou môže v obmedzených časových intervaloch dosiahnuť 110-120%.

Moderné plynové piestové inštalácie majú fenomenálnu účinnosť založenú na vysokej úrovni elektrickej účinnosti. „Problémy“ spojené s prevádzkou plynových piestových jednotiek pri nízkom zaťažení sú pozitívne vyriešené už v štádiu projektovania. Dizajn musí byť vysoko kvalitný.

Dodržiavanie prevádzkového režimu odporúčaného výrobcom predĺži životnosť častí motora, čím ušetrí peniaze majiteľovi autonómnej elektrárne. Niekedy, aby sa plynové piestové stroje dostali do nominálneho režimu pri čiastočnom zaťažení, je do projektu tepelnej schémy stanice zahrnutý jeden alebo dva elektrické kotly, ktoré umožňujú poskytnúť požadované 50% zaťaženie.

Pri elektrárňach na báze plynových piestových jednotiek a plynových turbín je dôležité dodržať pravidlo N + 1 - počet prevádzkových jednotiek plus jedna pre rezervu. „N + 1“ je pohodlný, racionálny počet inštalácií pre obsluhujúci personál. Je to spôsobené tým, že pre elektrárne všetkých typov a typov je potrebné vykonávať rutinné a opravárenské práce.

Spoločnosť pripojená k sieti môže inštalovať iba jednu jednotku a využívať vlastnú elektrinu za cenu a počas údržby byť napájaná z verejnej elektrickej siete, pričom platí podľa merača. Je to lacnejšie ako „+1“, ale bohužiaľ to nie je vždy možné. Je to spravidla spôsobené nedostatkom elektrickej siete vo všeobecnosti alebo neuveriteľne vysokými nákladmi. technické údaje pre samotné pripojenie.

Bezohľadní predajcovia plynových piestových jednotiek a plynových turbín pred predajom zariadenia kupujúcemu spravidla poskytujú iba prospekty - komerčnú literatúru všeobecného plánu a veľmi zriedkavo presné informácie o úplných prevádzkových nákladoch a vyrobených technických predpisoch.

Na výkonných plynových piestových jednotkách nie je potrebné meniť olej. O trvalé zamestnanie jednoducho sa vyrába, nestihne zostarnúť. Olej na takýchto zariadeniach sa neustále dopĺňa. Takéto prevádzkové režimy sú zabezpečené špeciálnou konštrukciou výkonných plynových piestových motorov a sú odporúčané výrobcom.

Odpad motorového oleja je 0,25-0,45 gramov na kilowatt vyrobený za hodinu. Strata je vždy vyššia, keď sa zníži zaťaženie. Súprava plynového piestového motora spravidla obsahuje špeciálnu nádrž na priebežné dopĺňanie oleja a minilaboratórium na kontrolu jeho kvality a určenie doby výmeny.

V súlade s tým musia byť vymenené olejové filtre alebo kazety v nich.

Pretože motorový olej stále horí, piestové jednotky majú o niečo vyššiu úroveň škodlivých emisií do atmosféry ako jednotky s plynovou turbínou. Ale keďže plyn úplne horí a je jedným z najčistejších druhov paliva, hovoriť o vážnom znečistení ovzdušia je len „hlúpa kontrola“. Oveľa vážnejšie škody na životnom prostredí spôsobuje pár starých maďarských autobusov Ikarus. Pre splnenie environmentálnych požiadaviek je pri použití piestových strojov potrebné vybudovať vyššie komíny s prihliadnutím na už existujúcu úroveň MPC v prostredí.

Odpadový olej z plynových piestových jednotiek nie je možné len tak vyliať na zem – vyžaduje likvidáciu – to je pre majiteľov elektrárne „náklad“. Ale môžete na tom zarobiť peniaze - špecializované organizácie nakupujú použitý motorový olej.

Mnohí z nás používajú motorový olej vo svojich piestových motoroch. Ak je motor prevádzkyschopný, správne prevádzkovaný a natankovaný bežným palivom, nenastávajú žiadne finančné kataklizmy spojené s jeho spotrebou.

To isté platí aj pri piestových elektrárňach: - spotreby motorového oleja sa netreba báť, nezruinuje vás, pri bežnej prevádzke moderných kvalitných montáží plynových piestov sú náklady na tento článok len 2- 3 (!) kopejky za 1 kW vyrobenej elektriny.

V moderných inštaláciách plynových turbín sa olej používa iba v prevodovke. Jeho objem možno považovať za nevýznamný. Výmena prevodového oleja v plynových turbínach sa vykonáva v priemere raz za 3-5 rokov a nie je potrebné jeho dopĺňanie.

Na úplné vykonanie služby musí byť v súprave výkonnej inštalácie plynového piestu zahrnutý nosníkový žeriav. Pomocou nosníkového žeriavu sa odstraňujú ťažké časti piestových motorov. Použitie nosníkového žeriavu si vyžaduje vysoké stropy v strojovniach piestovej elektrárne. Na opravu plynových piestov s malým a stredným výkonom je možné upustiť od jednoduchších zdvíhacích mechanizmov.

Plynové piestové elektrárne pri dodaní môžu byť vybavené rôznymi opravárskymi nástrojmi a zariadeniami. Jeho prítomnosť znamená, že aj všetky kritické operácie môže vykonávať kvalifikovaný personál na mieste. Prakticky všetky opravy plynových turbín je možné vykonávať buď vo výrobnom závode, alebo s priamou pomocou továrenských špecialistov.

Raz za 3-4 mesiace je potrebné vymeniť zapaľovacie sviečky. Výmena sviečok je len 1-2 (!) Kopejky v nákladoch na 1 kW / h vlastnej elektriny.

Piestové jednotky, na rozdiel od jednotiek plynových turbín, sú chladené kvapalinou, takže personál autonómnej elektrárne musí neustále monitorovať hladinu chladiacej kvapaliny a vykonávať pravidelnú výmenu, a ak ide o vodu, je potrebné vykonať jej chemickú úpravu. príprava.

Vyššie uvedené vlastnosti prevádzky piestových jednotiek v zariadeniach s plynovou turbínou chýbajú. Elektrárne s plynovou turbínou nepoužívajú taký spotrebný materiál a komponenty ako:

• motorový olej,
• zapaľovacia sviečka,
• olejové filtre,
• chladiaca kvapalina,
• sady vysokonapäťových vodičov.

Ale plynové turbíny sa nedajú opraviť na mieste a oveľa vyššia spotreba plynu sa nedá porovnať s nákladmi na prevádzku a spotrebný materiál piestových jednotiek.

Čo si vybrať? Inštalácie plynových piestov alebo plynových turbín?

Ako koreluje výkon pohonných jednotiek elektrární a teplota okolia?

S výrazným zvýšením teploty životné prostredie výkon plynovej turbíny sa zníži. Ale s poklesom teploty sa elektrický výkon plynovej turbíny naopak zvyšuje. Parametre elektrického výkonu, podľa existujúce normy ISO, merané pri t +15 °C.

Niekedy dôležitý bod je tiež skutočnosť, že zariadenie s plynovou turbínou je schopné dodať 1,5-krát viac voľnej tepelnej energie ako piestová jednotka podobného výkonu. Pri použití výkonnej (od 50 MW) autonómnej KVET napríklad vo verejných službách to môže mať rozhodujúci význam pri výbere typu pohonných jednotiek, najmä pri veľkej a rovnomernej spotrebe tepelnej energie.

Naopak tam, kde teplo nie je potrebné vo veľkých množstvách, ale je potrebný dôraz na výrobu elektrickej energie, bude ekonomicky výhodnejšie použiť zariadenia s plynovými piestami.

Vysoká teplota na výstupe zo zariadení s plynovou turbínou umožňuje použiť parnú turbínu ako súčasť elektrárne. Toto zariadenie je žiadané, ak spotrebiteľ potrebuje získať maximálne množstvo elektrickej energie pri rovnakom objeme spotrebovaného plynového paliva a tým dosiahnuť vysokú elektrickú účinnosť - až 59%. Energetický komplex tejto konfigurácie je náročnejší na prevádzku a stojí o 30 – 40 % viac ako zvyčajne.

Elektrárne s parnými turbínami vo svojej štruktúre sú spravidla navrhnuté na pomerne veľký výkon - od 50 MW a viac.

Povedzme si to najdôležitejšie: plynové piestové jednotky verzus pohonné jednotky plynových turbín – účinnosť

Účinnosť elektrárne je viac ako relevantná – ovplyvňuje totiž spotrebu paliva. Priemerná špecifická spotreba plynové palivo na 1 vyrobenú kW/h je oveľa menej pre zariadenie s plynovými piestami a pri akomkoľvek režime zaťaženia (hoci nepretržité zaťaženie menšie ako 25% je kontraindikované pre piestové motory).

Elektrická účinnosť piestových strojov je 40 – 44 % a plynových turbín 23 – 33 % (v paroplynovom cykle je turbína schopná dodať účinnosť až 59 %).

Paroplynový cyklus sa používa pri vysokých elektrárňach - od 50-70 MW.

Ak potrebujete vyrobiť lokomotívu, lietadlo alebo námornú loď, potom jedným z určujúcich ukazovateľov je faktor účinnosti (COP) elektrárne. Teplo, ktoré sa získa pri prevádzke motora lokomotívy, lietadla (alebo plavidla), sa nevyužíva a uvoľňuje sa do atmosféry.

Ale nestaviame lokomotívu, ale elektráreň a pri výbere typu pohonných jednotiek pre autonómnu elektráreň je prístup trochu iný - tu je potrebné hovoriť o úplnosti použitia horľavého paliva - faktor využitia paliva (FU).

Spaľovanie, palivo vykonáva hlavnú prácu - otáča generátor elektrárne. Zvyšok energie spaľovania paliva je teplo, ktoré môže a malo by sa použiť. V tomto prípade bude takzvaná "celková účinnosť" alebo skôr faktor využitia paliva (FUE) elektrárne asi 80-90%.

Ak spotrebiteľ očakáva plné využitie tepelnej energie autonómnej elektrárne, čo je zvyčajne nepravdepodobné, potom koeficient výkonu (COP) autonómnej elektrárne nemá praktický význam.

Keď sa zaťaženie zníži na 50 %, elektrická účinnosť plynovej turbíny sa zníži.

Turbíny navyše vyžadujú vysoký vstupný tlak plynu, a preto sú nevyhnutne inštalované kompresory (piesty), ktoré tiež zvyšujú spotrebu paliva.
Porovnanie zariadení s plynovou turbínou a plynových piestových motorov ako súčasti mini-CHP ukazuje, že inštalácia plynových turbín je účelná v zariadeniach, ktoré majú jednotné elektrické a tepelné potreby s výkonom nad 30-40 MW.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že elektrická účinnosť pohonných jednotiek rôznych typov má priamy vplyv na spotrebu paliva.

Plynové piestové jednotky spotrebujú o štvrtinu alebo dokonca tretinu menej paliva ako jednotky s plynovou turbínou – to je hlavná nákladová položka!

V súlade s tým, s podobnými alebo rovnakými nákladmi na samotné zariadenie, lacnejšie Elektrická energia vyrábané v plynových turbínach. Plyn je hlavnou nákladovou položkou pri prevádzke autonómnej elektrárne!

Plynové piestové jednotky vs. motory s plynovou turbínou - vstupný tlak plynu

Je vždy potrebné mať pri použití plynových turbín vysokotlakové plynovodné potrubie?

Pre všetky typy moderných energetických jednotiek elektrární nemá tlak dodávaného plynu praktický význam, pretože jednotka plynovej turbíny vždy obsahuje plynový kompresor, ktorý je zahrnutý v cene energetického komplexu.

Kompresor zabezpečuje požadovaný tlakový výkon plynného paliva. Moderné kompresory sú mimoriadne spoľahlivé a nenáročné na údržbu. Vo svete moderné technológie, pre plynové piestové motory aj plynové turbíny je dôležité mať len správne množstvo plynového paliva, aby sa zabezpečilo normálna operácia autonómna elektráreň.

Na to by sa však nemalo zabúdať pomocný kompresor tiež vyžaduje značnú energiu, Zásoby a servis. Paradoxne, piestové kompresory sa často používajú pre výkonné turbíny.

Plynové piestové motory vs. jednotky s plynovou turbínou - dvojpalivové inštalácie

Často sa píše a hovorí, že dvojpalivové inštalácie môžu byť iba piestové. Je to pravda?

To nie je pravda. Všetci známi výrobcovia plynových turbín majú vo svojom sortimente dvojpalivové jednotky. Hlavnou črtou dvojpalivovej inštalácie je jej schopnosť pracovať na zemnom plyne aj na naftu. Vďaka použitiu dvoch druhov paliva v dvojpalivovom zariadení možno v porovnaní s jednopalivovými zariadeniami zaznamenať množstvo jeho výhod:

• pri absencii zemného plynu sa jednotka automaticky prepne na motorovú naftu;
• pri prechodných dejoch sa agregát automaticky prepne do dieselovej prevádzky.

Pri vstupe do prevádzkového režimu, spätný proces prechod na prácu so zemným plynom a motorovou naftou;
Nezabudnite na skutočnosť, že prvé turbíny boli pôvodne navrhnuté na prevádzku na kvapalné palivo - kerozín.

Dvojpalivové inštalácie majú stále obmedzené využitie a nie sú potrebné pre väčšinu autonómnych kogeneračných jednotiek – existujú na to jednoduchšie technické riešenia.

Jednotky s plynovými piestami vs. jednotky s plynovou turbínou - počet štartov

Aký môže byť počet štartov plynových piestových jednotiek?

Počet štartov: plynový piestový motor sa môže naštartovať a zastaviť neobmedzený počet krát, čo neovplyvňuje jeho životnosť. Ale časté štarty a zastavenia jednotiek s plynovým piestom so stratou pomocného výkonu môžu viesť k opotrebovaniu najviac zaťažovaných jednotiek (ložiská turbodúchadla, ventily atď.).

Vzhľadom na prudké zmeny tepelného namáhania, ktoré sa vyskytujú v najkritickejších komponentoch a častiach horúceho potrubia plynovej turbíny počas rýchlych štartov bloku zo studeného stavu, je výhodné použiť zariadenie s plynovou turbínou na nepretržitú, nepretržitú prevádzku.

Plynové piestové motory elektrární proti elektrárňam s plynovou turbínou - zdroj pred generálnou opravou

Aký môže byť zdroj inštalácie pred generálnou opravou?

Zdroj pred generálnou opravou je 40 000 – 60 000 pracovných hodín pre plynovú turbínu. Pri správnej prevádzke a včasnej údržbe plynového piestového motora sa toto číslo rovná aj 40 000 – 60 000 prevádzkovým hodinám. Existujú však aj iné situácie, keď generálna oprava nastane oveľa skôr.

Plynové piestové jednotky vs. motory s plynovou turbínou - kapitálové investície a ceny

Aké kapitálové investície (investície) si vyžiada výstavba elektrárne? Aké sú náklady na vybudovanie komplexu autonómnej energetiky na kľúč?

Výpočty ukazujú, že investície (dolár/kW) do výstavby tepelnej elektrárne s plynovými piestovými motormi sa približne rovnajú elektrárňam s plynovou turbínou. fínsky tepelná elektráreň WARTSILA s výkonom 9 MW vyjde zákazníka na približne 14 miliónov eur. Podobná tepelná elektráreň s plynovou turbínou založená na prvotriednych jednotkách bude stáť 15,3 milióna dolárov.

Plynové piestové motory proti plynovým turbínam - ekológia

Ako sú splnené environmentálne požiadavky?

Treba poznamenať, že jednotky s plynovými piestami sú z hľadiska emisií NOx horšie ako jednotky s plynovou turbínou. Keďže motorový olej horí, piestové jednotky majú o niečo vyššiu úroveň škodlivých emisií do atmosféry ako jednotky s plynovou turbínou.

Ale to nie je kritické: SES žiada o úroveň pozadia podľa MPC v mieste mini-CHP.Potom sa vypočíta rozptyl tak, aby sa „aditívum“ škodlivých látok z mini-CHP pridalo do pozadia nevedie k prekročeniu MPC. Prostredníctvom niekoľkých iterácií sa vyberie minimálna výška komína, pri ktorej sú dodržané požiadavky SanPiN. Prírastok zo závodu 16 MW z hľadiska emisií NO x nie je taký významný: pri výške komína 30 m - 0,2 MPC, pri 50 m - 0,1 MPC.

Úroveň škodlivých emisií z väčšiny moderných zariadení s plynovou turbínou nepresahuje 20 – 30 ppm av niektorých projektoch môže mať určitú hodnotu.

Piestové inštalácie majú počas prevádzky vibrácie a nízkofrekvenčný hluk. Uvedenie hluku na štandardné hodnoty je možné, jednoducho sú potrebné vhodné technické riešenia. Okrem výpočtu rozptylu pri vývoji sekcie projektovej dokumentácie„Ochrana životného prostredia“ sa robí akustický výpočet a kontroluje sa, či zvolené konštrukčné riešenia a použité materiály spĺňajú požiadavky SanPiN z hľadiska hluku.

Akékoľvek zariadenie vydáva hluk v určitom frekvenčnom spektre. Elektrárne s plynovou turbínou neprešli týmto pohárom.

Plynové piestové jednotky vs. motory s plynovou turbínou - závery

Pri lineárnom zaťažení a dodržiavaní pravidla N + 1 je možné použitie plynových piestových motorov ako hlavného zdroja napájania. V rámci takejto elektrárne sú potrebné záložné jednotky a nádrže na uskladnenie druhého druhu paliva – nafty.

Vo výkonovom rozsahu do 40-50 MW sa použitie piestových motorov na mini-CHP považuje za absolútne opodstatnené.

V prípade použitia plynových piestových jednotiek sa spotrebiteľ môže úplne vzdialiť od externého napájania, ale iba s premysleným a vyváženým prístupom.

Piestové inštalácie možno použiť aj ako záložné alebo núdzové zdroje elektrickej energie.

Určitou alternatívou k piestovým inštaláciám sú plynové mikroturbíny. Je pravda, že ceny za mikroturbíny veľa „hryzú“ a dosahujú ~ 2 500 - 4 000 $ za 1 kW inštalovaného výkonu!

Porovnanie zariadení s plynovou turbínou a plynových piestových motorov ako súčasti mini-CHP ukazuje, že inštalácia plynových turbín je možná na všetkých zariadeniach, ktoré majú elektrické zaťaženie viac ako 14-15 MW, ale vzhľadom na vysokú spotrebu plynu sú turbíny sa odporúčajú pre elektrárne s oveľa väčšou kapacitou - 50-70 MW.

Pre mnoho moderných elektrární nie je 200 000 hodín prevádzky kritickou hodnotou a podlieha plánovanej údržbe a postupnej výmene častí turbíny podliehajúcich opotrebovaniu: ložiská, vstrekovače, rôzne pomocné zariadenia (čerpadlá, ventilátory), ďalšia prevádzka zariadenie s plynovou turbínou zostáva ekonomicky realizovateľné. Kvalitné plynové piestové jednotky dnes úspešne prekonávajú aj 200 000 hodín prevádzky.

Potvrdzuje to moderná prax prevádzky zariadení s plynovou turbínou / plynovými piestami po celom svete.

Pri výbere pohonných jednotiek autonómnej elektrárne je potrebná odborná rada!

Odborné poradenstvo a dozor sú potrebné aj pri výstavbe autonómnych elektrární. Na vyriešenie problému potrebujeme inžiniersku firmu so skúsenosťami a zrealizovanými projektmi.

Inžinierstvo vám umožňuje kompetentne, nestranne a objektívne určiť výber hlavného a pomocného zariadenia pre výber optimálnej konfigurácie - konfigurácie vašej budúcej elektrárne.

Kvalifikovaný inžiniering výrazne šetrí hotovosť zákazníka, a to je 10 – 40 %. celková suma náklady. Technika od profesionálov v energetickom priemysle sa vyhýba nákladným chybám pri projektovaní a výbere dodávateľov zariadení.

Tepelná turbína konštantnej činnosti, v ktorej termálna energia stlačený a ohriaty plyn (zvyčajne produkty spaľovania paliva) sa premieňa na mechanickú rotačnú prácu na hriadeli; je konštrukčným prvkom motora s plynovou turbínou.

Ohrievanie stlačeného plynu sa spravidla uskutočňuje v spaľovacej komore. Je tiež možné vykonávať ohrev v jadrovom reaktore atď. Plynové turbíny sa prvýkrát objavili na konci 19. storočia. ako motor s plynovou turbínou a z hľadiska konštrukcie sa priblížil parná turbína. Konštrukčne je plynová turbína radom usporiadane usporiadaných stacionárnych lopatiek dýzového zariadenia a rotujúcich ráfikov obežného kolesa, ktoré v dôsledku toho tvoria prietokovú časť. Stupeň turbíny je dýzové zariadenie kombinované s obežným kolesom. Stupeň pozostáva zo statora, ktorý obsahuje stacionárne časti (puzdro, lopatky dýzy, ochranné krúžky), a rotor, ktorý je súborom rotujúcich častí (ako sú lopatky rotora, disky, hriadeľ).

Klasifikácia plynovej turbíny sa vykonáva podľa mnohých konštrukčných prvkov: v smere toku plynu, počtu stupňov, spôsobu využitia tepelného rozdielu a spôsobu dodávania plynu do obežného kolesa. V smere prúdenia plynu možno rozlíšiť plynové turbíny axiálne (najbežnejšie) a radiálne, ako aj diagonálne a tangenciálne. V axiálnom plynové turbíny prúdenie v meridionálnom úseku je transportované prevažne pozdĺž celej osi turbíny; u radiálnych turbín je naopak kolmá na os. Radiálne turbíny sa delia na dostredivé a odstredivé. V diagonálnej turbíne plyn prúdi pod určitým uhlom k osi rotácie turbíny. Obežné koleso tangenciálnej turbíny nemá lopatky; takéto turbíny sa používajú pri veľmi nízkych prietokoch plynu, zvyčajne v meracie prístroje. Plynové turbíny sú jedno, dvoj a viacstupňové.

Počet stupňov je určený mnohými faktormi: účelom turbíny, jej konštrukčnou schémou, celkovým výkonom a vyvinutým jedným stupňom, ako aj ovládaným poklesom tlaku. Podľa spôsobu využitia disponibilného rozdielu tepla sa rozlišujú turbíny s rýchlostnými stupňami, pri ktorých sa v obežnom kolese točí len prietok, bez zmeny tlaku (aktívne turbíny), a turbíny s tlakovými stupňami, v ktorých sa tlak zmenšuje. v tryskovom zariadení a na lopatkách rotora (prúdové turbíny). V parciálnych plynových turbínach sa plyn privádza k obežnému kolesu po časti obvodu dýzového zariadenia alebo po jeho celom obvode.

Vo viacstupňovej turbíne proces premeny energie pozostáva z množstva po sebe nasledujúcich procesov v jednotlivých stupňoch. Stlačený a ohriaty plyn sa privádza do medzilopatkových kanálov dýzového zariadenia počiatočnou rýchlosťou, kde sa v procese expanzie časť dostupnej tepelnej kvapky premieňa na kinetickú energiu výstupného prúdu. K ďalšej expanzii plynu a premene tepelnej kvapky na užitočnú prácu dochádza v medzilopatkových kanáloch obežného kolesa. Prúd plynu, pôsobiaci na lopatky rotora, vytvára krútiaci moment na hlavnom hriadeli turbíny. V tomto prípade absolútna rýchlosť plynu klesá. Čím je táto rýchlosť nižšia, tým väčšia časť energie plynu sa premení na mechanickú prácu na hriadeli turbíny.

Účinnosť charakterizuje účinnosť plynových turbín, čo je pomer práce odobratej z hriadeľa k dostupnej energii plynu pred turbínou. Efektívna účinnosť moderných viacstupňových turbín je pomerne vysoká a dosahuje 92-94%.

Princíp činnosti plynovej turbíny je nasledovný: plyn sa vstrekuje do spaľovacej komory kompresorom, zmieša sa so vzduchom, vytvorí palivovú zmes a zapáli sa. Výsledné produkty spaľovania s vysokou teplotou (900-1200 °C) prechádzajú cez niekoľko radov lopatiek namontovaných na hriadeli turbíny a spôsobujú rotáciu turbíny. Výsledná mechanická energia hriadeľa sa prenáša cez prevodovku do generátora, ktorý vyrába elektrinu.

Termálna energia plyny opúšťajúce turbínu vstupujú do výmenníka tepla. Taktiež namiesto výroby elektriny možno mechanickú energiu turbíny využiť na prevádzku rôznych čerpadiel, kompresorov a pod. Najbežnejšie používaným palivom pre plynové turbíny je zemný plyn, aj keď to nemôže vylúčiť možnosť použitia iných druhov plynných palív . Zároveň sú však plynové turbíny veľmi rozmarné a kladú vysoké nároky na kvalitu ich prípravy (sú potrebné určité mechanické inklúzie, vlhkosť).

Teplota plynov opúšťajúcich turbínu je 450-550 °C. Kvantitatívny pomer tepelnej energie k elektrickej energii v plynových turbínach sa pohybuje od 1,5 : 1 do 2,5 : 1, čo umožňuje budovať kogeneračné systémy, ktoré sa líšia typom chladiva:

1) priame (priame) použitie výfukových horúcich plynov;
2) výroba nízko alebo strednotlakovej pary (8-18 kg/cm2) v externom kotli;
3) výroba horúca voda(lepšie, keď požadovaná teplota presiahne 140 ° C);
4) výroba vysokotlakovej pary.

Veľký prínos k vývoju plynových turbín mali sovietski vedci B. S. Stechkin, G. S. Žiritskij, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov a ďalší. vytvorenie plynových turbín pre stacionárne a mobilné zariadenia s plynovými turbínami dosiahli zahraniční firmy (švajčiarsky Brown-Boveri, v ktorom pôsobil známy slovenský vedec A. Stodola, a Sulzer, americký General Electric atď.).

IN ďalší vývoj plynových turbín závisí od možnosti zvýšenia teploty plynu pred turbínou. Je to spôsobené vytvorením nových tepelne odolných materiálov a spoľahlivých chladiacich systémov pre listy rotora s výrazným zlepšením dráhy prúdenia atď.

Vďaka rozsiahlemu prechodu v 90. rokoch 20. storočia. zemný plyn ako hlavné palivo na výrobu energie obsadili plynové turbíny významný segment trhu. Napriek tomu, že maximálna účinnosť zariadení sa dosahuje pri výkonoch od 5 MW a vyšších (do 300 MW), niektorí výrobcovia vyrábajú modely v rozsahu 1-5 MW.

Plynové turbíny sa používajú v letectve a elektrárňach.

• Predchádzajúci: ANALYZÁTOR PLYNU
• Nasledujúce: PLYNOVÝ MOTOR

Turbína je motor, v ktorom sa potenciálna energia stlačiteľnej tekutiny premieňa v lopatkovom zariadení na kinetickú energiu a tá v obežných kolesách na mechanickú prácu prenášanú na kontinuálne sa otáčajúci hriadeľ.

Parné turbíny svojou konštrukciou predstavujú tepelný stroj, ktorý je neustále v prevádzke. Počas prevádzky sa prehriata alebo nasýtená vodná para dostáva do dráhy prúdenia a v dôsledku svojej expanzie núti rotor sa otáčať. K rotácii dochádza v dôsledku prúdu pary pôsobiaceho na lopatkové zariadenie.

Parná turbína je súčasťou konštrukcie parnej turbíny, ktorá je určená na výrobu energie. Existujú aj inštalácie, ktoré okrem elektriny dokážu generovať aj tepelnú energiu – para, ktorá prešla parnými lopatkami, vstupuje do sieťových ohrievačov vody. podobný pohľad turbín sa označuje ako priemyselno-kogeneračný alebo kogeneračný typ turbín. V prvom prípade je odsávanie pary zabezpečené na priemyselné účely v turbíne. Kompletná s generátorom je parná turbína turbínovou jednotkou.

Typy parných turbín

Turbíny sa delia v závislosti od smeru pohybu pary na turbíny radiálne a axiálne. Prúd pary v radiálnych turbínach smeruje kolmo na os. Parné turbíny môžu byť jedno-, dvoj- a trojplášťové. Parná turbína je vybavená rôznymi technickými zariadeniami, ktoré zabraňujú vnikaniu okolitého vzduchu do plášťa. Ide o rôzne tesnenia, ktoré sú zásobované vodnou parou v malom množstve.

Na prednej časti hriadeľa je umiestnený bezpečnostný regulátor, ktorý pri zvýšení otáčok turbíny vypne prívod pary.

Charakteristika hlavných parametrov nominálne hodnoty

· Menovitý výkon turbíny- maximálny výkon, ktorý musí turbína vyvinúť po dlhú dobu na svorkách elektrického generátora, pri normálnych hodnotách hlavných parametrov alebo keď sa menia v rámci limitov určených priemyslom a štátne normy. Turbína s riadeným odberom pary môže vyvinúť výkon nad svoj nominálny výkon, ak je to v súlade s pevnostnými podmienkami jej častí.

· Ekonomická sila turbíny- výkon, pri ktorom turbína pracuje s najväčšou účinnosťou. V závislosti od parametrov ostrej pary a účelu turbíny sa menovitý výkon môže rovnať ekonomickému výkonu alebo viac o 10-25%.

· Nominálna teplota regeneračného ohrevu napájacej vody- teplota napájacej vody za posledným ohrievačom v smere vody.

· Menovitá teplota chladiacej vody- teplota chladiacej vody na vstupe do kondenzátora.

plynová turbína(fr. turbína z lat. turbo vírenie, otáčanie) je kontinuálny tepelný motor, v lopatkovom ústrojenstve sa energia stlačeného a ohriateho plynu premieňa na mechanickú prácu na hriadeli. Skladá sa z rotora (lopatky upevnené na diskoch) a statora (rozvádzacie lopatky upevnené v kryte).

Plyn s vysokou teplotou a tlakom vstupuje cez dýzové zariadenie turbíny do nízkotlakovej oblasti za dýzovou časťou, pričom súčasne expanduje a zrýchľuje. Ďalej prúd plynu vstupuje do lopatiek turbíny, pričom im dáva časť svojej kinetickej energie a prenáša krútiaci moment na lopatky. Lopatky rotora prenášajú krútiaci moment cez kotúče turbíny na hriadeľ. Užitočné vlastnosti plynová turbína: plynová turbína napríklad poháňa generátor umiestnený na rovnakom hriadeli s ňou, čo je užitočná práca plynovej turbíny.

Plynové turbíny sa používajú ako súčasť motorov s plynovou turbínou (používajú sa na dopravu) a agregátov plynových turbín (používajú sa v tepelných elektrárňach ako súčasť stacionárnych GTU, CCGT). Plynové turbíny sú opísané Braytonovým termodynamickým cyklom, v ktorom je vzduch najprv adiabaticky stlačený, potom spálený pri konštantnom tlaku a potom adiabaticky expandovaný späť na počiatočný tlak.

Typy plynových turbín

- Letecké a prúdové motory

- Pomocná pohonná jednotka

- Priemyselné plynové turbíny na výrobu elektriny

- Turbohriadeľové motory

- Radiálne plynové turbíny

- Mikroturbíny

Mechanicky môžu byť plynové turbíny podstatne jednoduchšie ako piestové spaľovacie motory. Jednoduché turbíny môžu mať jednu pohyblivú časť: zostavu hriadeľ/kompresor/turbína/alternatívny rotor (pozri obrázok vyššie), bez palivového systému.

Zložitejšie turbíny (tie používané v moderných prúdových motoroch) môžu mať viacero hriadeľov (cievok), stovky lopatiek turbíny, pohyblivé statorové lopatky a rozsiahly systém zložitých potrubí, spaľovacích komôr a výmenníkov tepla.

Vo všeobecnosti platí, že čím menší je motor, tým vyššia je rýchlosť hriadeľa (hriadeľov) potrebná na udržanie maximálnej lineárnej rýchlosti lopatiek. maximálna rýchlosť lopatky turbíny určujú maximálny dosiahnuteľný tlak, výsledkom čoho je maximálny výkon bez ohľadu na veľkosť motora. Prúdový motor točí sa frekvenciou asi 10 000 otáčok za minútu a mikroturbína - s frekvenciou asi 100 000 ot./min.

Tepelná turbína konštantnej činnosti, v ktorej sa tepelná energia stlačeného a ohriateho plynu (zvyčajne produktov spaľovania paliva) premieňa na mechanickú rotačnú prácu na hriadeli; je konštrukčným prvkom motora s plynovou turbínou.

Ohrievanie stlačeného plynu sa spravidla uskutočňuje v spaľovacej komore. Je tiež možné vykonávať ohrev v jadrovom reaktore atď. Plynové turbíny sa prvýkrát objavili na konci 19. storočia. ako motor s plynovou turbínou a konštrukčne sa priblížili k parnej turbíne. Konštrukčne je plynová turbína radom usporiadane usporiadaných stacionárnych lopatiek dýzového zariadenia a rotujúcich ráfikov obežného kolesa, ktoré v dôsledku toho tvoria prietokovú časť. Stupeň turbíny je dýzové zariadenie kombinované s obežným kolesom. Stupeň pozostáva zo statora, ktorý obsahuje stacionárne časti (puzdro, lopatky dýzy, ochranné krúžky), a rotor, ktorý je súborom rotujúcich častí (ako sú lopatky rotora, disky, hriadeľ).

Klasifikácia plynovej turbíny sa vykonáva podľa mnohých konštrukčných prvkov: v smere toku plynu, počtu stupňov, spôsobu využitia tepelného rozdielu a spôsobu dodávania plynu do obežného kolesa. V smere prúdenia plynu možno rozlíšiť plynové turbíny axiálne (najbežnejšie) a radiálne, ako aj diagonálne a tangenciálne. V axiálnych plynových turbínach je prúdenie v meridionálnej časti transportované prevažne pozdĺž celej osi turbíny; u radiálnych turbín je naopak kolmá na os. Radiálne turbíny sa delia na dostredivé a odstredivé. V diagonálnej turbíne plyn prúdi pod určitým uhlom k osi rotácie turbíny. Obežné koleso tangenciálnej turbíny nemá lopatky, takéto turbíny sa používajú pri veľmi nízkych prietokoch plynu, zvyčajne v meracích prístrojoch. Plynové turbíny sú jedno, dvoj a viacstupňové.

Počet stupňov je určený mnohými faktormi: účelom turbíny, jej konštrukčnou schémou, celkovým výkonom a vyvinutým jedným stupňom, ako aj ovládaným poklesom tlaku. Podľa spôsobu využitia disponibilného rozdielu tepla sa rozlišujú turbíny s rýchlostnými stupňami, pri ktorých sa v obežnom kolese točí len prietok, bez zmeny tlaku (aktívne turbíny), a turbíny s tlakovými stupňami, v ktorých sa tlak zmenšuje. v tryskovom zariadení a na lopatkách rotora (prúdové turbíny). V parciálnych plynových turbínach sa plyn privádza k obežnému kolesu po časti obvodu dýzového zariadenia alebo po jeho celom obvode.

Vo viacstupňovej turbíne proces premeny energie pozostáva z množstva po sebe nasledujúcich procesov v jednotlivých stupňoch. Stlačený a ohriaty plyn sa privádza do medzilopatkových kanálov dýzového zariadenia počiatočnou rýchlosťou, kde sa v procese expanzie časť dostupnej tepelnej kvapky premieňa na kinetickú energiu výstupného prúdu. K ďalšej expanzii plynu a premene tepelnej kvapky na užitočnú prácu dochádza v medzilopatkových kanáloch obežného kolesa. Prúd plynu, pôsobiaci na lopatky rotora, vytvára krútiaci moment na hlavnom hriadeli turbíny. V tomto prípade absolútna rýchlosť plynu klesá. Čím je táto rýchlosť nižšia, tým väčšia časť energie plynu sa premení na mechanickú prácu na hriadeli turbíny.

Účinnosť charakterizuje účinnosť plynových turbín, čo je pomer práce odobratej z hriadeľa k dostupnej energii plynu pred turbínou. Efektívna účinnosť moderných viacstupňových turbín je pomerne vysoká a dosahuje 92-94%.

Princíp činnosti plynovej turbíny je nasledovný: plyn sa vstrekuje do spaľovacej komory kompresorom, zmieša sa so vzduchom, vytvorí palivovú zmes a zapáli sa. Výsledné produkty spaľovania s vysokou teplotou (900-1200 °C) prechádzajú cez niekoľko radov lopatiek namontovaných na hriadeli turbíny a spôsobujú rotáciu turbíny. Výsledná mechanická energia hriadeľa sa prenáša cez prevodovku do generátora, ktorý vyrába elektrinu.

Termálna energia plyny opúšťajúce turbínu vstupujú do výmenníka tepla. Taktiež namiesto výroby elektriny možno mechanickú energiu turbíny využiť na prevádzku rôznych čerpadiel, kompresorov a pod. Najbežnejšie používaným palivom pre plynové turbíny je zemný plyn, aj keď to nemôže vylúčiť možnosť použitia iných druhov plynných palív . Zároveň sú však plynové turbíny veľmi rozmarné a kladú vysoké nároky na kvalitu ich prípravy (sú potrebné určité mechanické inklúzie, vlhkosť).

Teplota plynov opúšťajúcich turbínu je 450-550 °C. Kvantitatívny pomer tepelnej energie k elektrickej energii v plynových turbínach sa pohybuje od 1,5 : 1 do 2,5 : 1, čo umožňuje budovať kogeneračné systémy, ktoré sa líšia typom chladiva:

1) priame (priame) použitie výfukových horúcich plynov;
2) výroba nízko alebo strednotlakovej pary (8-18 kg/cm2) v externom kotli;
3) príprava teplej vody (lepšie, keď požadovaná teplota presiahne 140 °C);
4) výroba vysokotlakovej pary.

Veľký prínos k vývoju plynových turbín mali sovietski vedci B. S. Stechkin, G. S. Žiritskij, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov a ďalší. vytvorenie plynových turbín pre stacionárne a mobilné zariadenia s plynovými turbínami dosiahli zahraniční firmy (švajčiarsky Brown-Boveri, v ktorom pôsobil známy slovenský vedec A. Stodola, a Sulzer, americký General Electric atď.).

V budúcnosti je vývoj plynových turbín závislý od možnosti zvýšenia teploty plynu pred turbínou. Je to spôsobené vytvorením nových tepelne odolných materiálov a spoľahlivých chladiacich systémov pre listy rotora s výrazným zlepšením dráhy prúdenia atď.

Vďaka rozsiahlemu prechodu v 90. rokoch 20. storočia. zemný plyn ako hlavné palivo na výrobu energie obsadili plynové turbíny významný segment trhu. Napriek tomu, že maximálna účinnosť zariadení sa dosahuje pri výkonoch od 5 MW a vyšších (do 300 MW), niektorí výrobcovia vyrábajú modely v rozsahu 1-5 MW.

Plynové turbíny sa používajú v letectve a elektrárňach.

• Predchádzajúci: ANALYZÁTOR PLYNU
• Nasledujúce: PLYNOVÝ MOTOR

Plynová turbína je motor, v ktorom sa v procese nepretržitej prevádzky hlavný orgán zariadenia (rotor) premieňa (v iných prípadoch para alebo voda) na mechanickú prácu. V tomto prípade prúd pracovnej látky pôsobí na lopatky upevnené po obvode rotora a uvádza ich do pohybu. V smere prúdenia plynu sa turbíny delia na axiálne (plyn sa pohybuje rovnobežne s osou turbíny) alebo radiálne (kolmý pohyb vzhľadom na rovnakú os). Existujú jednostupňové aj viacstupňové mechanizmy.

Plynová turbína môže pôsobiť na lopatky dvoma spôsobmi. Po prvé, ide o aktívny proces, keď sa plyn dodáva do pracovnej oblasti vysoké rýchlosti. V tomto prípade má prúd plynu tendenciu pohybovať sa v priamom smere a zakrivená časť čepele, ktorá mu stojí v ceste, ho vychyľuje a otáča sa. Po druhé, ide o proces reaktívneho typu, keď je rýchlosť dodávky plynu nízka, ale používajú sa vysoké tlaky. zadajte čistej forme sa takmer nikdy nevyskytuje, pretože v ich turbínach je to, čo pôsobí na lopatky spolu s reakčnou silou.

Kde sa dnes používa plynová turbína? Princíp činnosti zariadenia umožňuje jeho použitie pre pohony generátorov elektrického prúdu, kompresorov a pod. Turbíny tohto typu sú široko používané v doprave (inštalácie lodných plynových turbín). V porovnaní s parnými náprotivkami majú relatívne malú hmotnosť a rozmery, nevyžadujú usporiadanie kotolne, kondenzačnej jednotky.

Plynová turbína je po naštartovaní pomerne rýchlo pripravená na prevádzku, plný výkon vyvinie asi za 10 minút, je nenáročná na údržbu, vyžaduje málo vody na chladenie. Na rozdiel od spaľovacích motorov nemá zotrvačné účinky od kľukového mechanizmu. jeden a pol krát kratší ako dieselové motory a viac ako dvakrát ľahší. Zariadenia majú schopnosť pracovať na palive nízkej kvality. Vyššie uvedené vlastnosti umožňujú považovať motory tohto druhu za mimoriadne zaujímavé pre lode a krídlové krídla.

Plynová turbína ako hlavná súčasť motora má množstvo významných nevýhod. Medzi nimi je zaznamenaná vysoká hlučnosť, nižšia ako u dieselových motorov, účinnosť, krátka životnosť pri vysokých teplotách (ak má použité plynné médium teplotu asi 1100 ° C, potom môže byť turbína používaná v priemere až 750 hodín).

Účinnosť plynovej turbíny závisí od systému, v ktorom sa používa. Napríklad zariadenia používané v energetike s počiatočnou teplotou plynov nad 1300 stupňov Celzia, zo vzduchu v kompresore nie viac ako 23 a nie menej ako 17, majú počas autonómnej prevádzky koeficient asi 38,5 %. Takéto turbíny nie sú veľmi rozšírené a používajú sa najmä na pokrytie špičiek zaťaženia v elektrických systémoch. Dnes v mnohých tepelných elektrárňach v Rusku pracuje asi 15 plynových turbín s výkonom do 30 MW. Vo viacstupňových zariadeniach sa dosahuje oveľa vyšší index účinnosti (asi 0,93) vďaka vysokej účinnosti konštrukčných prvkov.