Plinska turbina Naprava in princip delovanja. Industrijska oprema

»Turbopolnilnik«, »turboreaktivni motor«, »turbopropel«, - ti izrazi so trdno vključeni v leksikon inženirjev XX stoletja, ki se ukvarjajo z načrtovanjem in vzdrževanjem vozil in stacionarnih električnih instalacij. Uporabljajo se tudi na sorodnih področjih in oglaševanju, če želijo izdelku dati nekaj namigov za posebno moč in učinkovitost. V letalstvu, raketah, ladjah in elektrarnah se najpogosteje uporabljajo plinske turbine. Kako je urejeno? Ali se ukvarja z zemeljskim plinom (kot že ime pove) in kakšno vrsto plina? Zakaj se turbina razlikuje od drugih tipov motorjev z notranjim zgorevanjem? Katere so njegove prednosti in slabosti? V tem članku je skušan čim bolj natančno odgovoriti na ta vprašanja.

Ruski inženirski vodja

Rusija je, za razliko od mnogih drugih neodvisnih držav, ki so nastale po razpadu ZSSR, uspela v veliki meri ohraniti inženirsko industrijo. Še posebej, podjetje "Saturn" se ukvarja s proizvodnjo posebnih namenskih elektrarn. Plinske turbine te družbe se uporabljajo v ladjedelništvu, surovinah in energiji. Visokotehnološki izdelki zahtevajo poseben pristop pri namestitvi, odpravljanju napak in obratovanju, kot tudi posebno znanje in drago opremo za načrtovano vzdrževanje. Vse te storitve so na voljo strankam podjetja "ODK - Plinske turbine", tako da se danes imenuje. Takih podjetij na svetu ni veliko, čeprav je na prvi pogled načelo organiziranja glavnih proizvodov preprosto. Zbrane izkušnje so zelo pomembne, kar omogoča upoštevanje številnih tehnoloških podrobnosti, brez katerih ni mogoče doseči dolgotrajnega in zanesljivega delovanja enote. Tukaj je le del palete izdelkov UEC: plinske turbine, elektrarne, enote za prenos plina. Med kupci so Rosatom, Gazprom in drugi "kitovi" kemijske industrije in energetike.

Proizvodnja takšnih kompleksnih strojev zahteva v vsakem primeru individualen pristop. Izračun plinske turbine je trenutno popolnoma avtomatiziran, vendar so pomembni materiali in značilnosti veznih načrtov v vsakem posameznem primeru.

Vse se je začelo tako preprosto ...

Iskanja in pari

Prvi poskusi pretvorbe translacijske energije toka v rotacijsko silo je človeštvo izvajalo v starih časih z uporabo običajnega vodnega kolesa. Vse je zelo preprosto, tekočina teče od zgoraj navzdol, rezila so postavljena v njen tok. Kolo, opremljeno z njimi po obodu, se vrti. Deluje tudi mlin na veter. Nato je nastopila doba pare in vrtenje kolesa se je pospešilo. Mimogrede, tako imenovani "eolipil", ki ga je izumila starodavna grška čaplja približno 130 let pred Kristusom, je bil parni stroj delovati točno na tem načelu. V bistvu je bila to prva plinska turbina, znana zgodovinski znanosti (navsezadnje je pare plinasto agregatno stanje vode). Danes je še vedno običajno ločevati ta dva pojma. Izum Herona potem v Aleksandriji je reagiral brez veliko navdušenja, čeprav z radovednostjo. Industrijska oprema turbinskega tipa se je pojavila šele konec XIX. Stoletja, po nastanku Šveda Gustaf Laval, prvega aktivnega agregata na svetu, opremljenega s šobo. Približno v isto smer je delal inženir Parsons, ki je svojemu vozilu dobavljal več funkcionalno povezanih stopnic.

Rojstvo plinskih turbin

Stoletje prej se je pojavila neka briljantna zamisel za določenega Johna Barberja. Zakaj moramo najprej segrevati paro, ali ni lažje uporabljati izpušnih plinov, ki nastanejo pri zgorevanju goriva, in s tem odpraviti nepotrebno posredovanje v procesu pretvorbe energije? Tako se je izkazala prva prava plinska turbina. Patent iz leta 1791 navaja osnovno zamisel o uporabi v vozičku brez konja, vendar se njegovi elementi zdaj uporabljajo v sodobnih raketnih, tankerjih in avtomobilskih motorjih. Začetek procesa izgradnje reaktivnih motorjev je leta 1930 dal Frank Whittle. Zamisel je uporabiti turbino za poganjanje letala. Kasneje je bil razvit v številnih turbopropelerskih in turboreaktivnih projektih.

Plinska turbina Nikola Tesla

Slavni znanstvenik-izumitelj se je vedno lotil vprašanj, ki se proučujejo zunaj polja. Zdelo se je očitno vsem, da kolesa z rezili ali rezili »ujamejo« gibanje medija bolje kot ploski predmeti. Tesla je na svoj običajen način dokazal, da če je rotorski sistem sestavljen iz diskov, ki so razporejeni na osi v seriji, potem se bo zaradi zajemanja mejnih plasti s pretokom plina vrtel nič slabše in v nekaterih primerih celo boljši od večletnega propelerja. Res je, da mora biti usmerjenost mobilnega okolja tangencialna, kar v sodobnih enotah ni vedno možno ali zaželeno, vendar je dizajn bistveno poenostavljen - ne potrebuje rezil. Plinska turbina po Teslini shemi še ni bila zgrajena, morda pa ideja samo čaka na svoj čas.

Shematski diagram

Zdaj o osnovni napravi stroja. Gre za vrsto rotacijskega sistema, nameščenega na osi (rotor) in fiksnem delu (stator). Na gred je nameščen disk z delovnimi noži, ki tvorijo koncentrično mrežo, na njih vpliva plin, ki se pod tlakom dovaja skozi posebne šobe. Nato razširjeni plin vstopi v pogonsko kolo, opremljen pa je tudi z rezili, imenovanimi delavci. Za dovod mešanice zraka in goriva in izpušnih plinov (izpušnih plinov) so priključeni posebni priključki. V splošni shemi je vključen tudi kompresor. Lahko se izvaja po drugačnem principu, odvisno od zahtevanega delovnega tlaka. Za njegovo delo od osi energije je sprejeta, bo stiskanje zraka. Plinska turbina deluje zaradi procesa zgorevanja mešanice zrak-gorivo, ki ga spremlja znatno povečanje prostornine. Gred se vrti, njena energija je lahko uporabna. Ta shema se imenuje enokrožna, če pa se ponovi, se šteje za večstopenjsko.

Prednosti letalskih turbin

Približno sredi petdesetih let se je pojavila nova generacija letal, vključno s potniškimi (v ZSSR je to IL-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124 itd.), Pri načrtovanju katerih so bili batni motorji zrakoplovov končno in nepreklicno nadomeščeni z turbinskimi motorji. To kaže na večjo učinkovitost te vrste elektrarn. Značilnosti plinske turbine presegajo parametre uplinjačevih motorjev v mnogih pogledih, zlasti v smislu moči / teže, ki je za letalstvo izrednega pomena, in tudi manj pomembni kazalci zanesljivosti. Manjša poraba goriva, manj gibljivih delov, boljši okoljski parametri, manjši hrup in vibracije. Turbine so manj kritične do kakovosti goriva (kar ne velja za sisteme za gorivo), lažje jih je vzdrževati, ne potrebujejo veliko mazalnega olja. Na splošno se na prvi pogled zdi, da ne sestojijo iz kovine, ampak iz trdnih vrlin. Žal, ni.

Obstajajo plinski turbinski motorji in slabosti

Med delovanjem se plinska turbina segreje in prenese toploto na okoliške gradbene elemente. To je še posebej kritično pri letalstvu, kadar se uporablja premišljena postavitev, ki vključuje brizganje spodnjega dela repnega sklopa. Da, in ohišje motorja zahteva posebno izolacijo in uporabo posebnih ognjevzdržnih materialov, ki lahko prenesejo visoke temperature.

Hlajenje plinskih turbin je težak tehnični izziv. To ni šala, delajo v načinu skoraj trajne eksplozije, ki se pojavlja v trupu. Učinkovitost v nekaterih načinih je nižja kot pri motorjih s uplinjačem, vendar pa se pri uporabi sheme z dvojnim krogom ta pomanjkljivost odpravi, čeprav je zasnova zapletena, kot v primeru vključitve "ojačevalnih" kompresorjev v vezje. Turbinski pospešek in način obratovanja traja nekaj časa. Pogosteje se enota začne in ustavlja, hitreje se izloči.

Pravilna uporaba

No, noben sistem ni brez napak. Pomembno je najti takšno prijavo za vsakega od njih, v kateri bodo njene prednosti bolj očitne. Na primer, cisterne, kot so ameriški "Abrams", osnova elektrarne, ki - plinske turbine. Lahko ga polnite z vsem, kar gori, od visoko oktanskega bencina do viskija, in daje več moči. Ta primer morda ni zelo uspešen, saj so izkušnje v Iraku in Afganistanu pokazale, da so lopatice kompresorja obremenjene. Popravilo plinskih turbin je treba izdelati v ZDA, v tovarni. Vzemite rezervoar, nato nazaj in stroške same storitve, skupaj s komponentami ...

Helikopterji, ruske, ameriške in druge države, pa tudi močni motorni čolni, so manj prizadeti zaradi zamaškov. V tekočih raketah ne morejo brez njih.

Sodobne vojne ladje in civilne ladje imajo tudi plinske turbine. In energija.

Trigeneratorske elektrarne

Težave, s katerimi se soočajo proizvajalci letal, niso tako zaskrbljeni zaradi tistih, ki proizvajajo industrijsko opremo za proizvodnjo električne energije. Teža v tem primeru ni tako pomembna in lahko se osredotočite na parametre, kot sta učinkovitost in splošna učinkovitost. Generatorske plinske turbinske enote imajo masivni okvir, zanesljiv okvir in debelejše rezila. Povsem možno je odstraniti proizvedeno toploto z različnimi potrebami - od sekundarnega recikliranja v samem sistemu, do ogrevanja stanovanjskih prostorov in toplotnega napajanja absorpcijskih hladilnih enot. Ta pristop se imenuje trigenerator, učinkovitost v tem načinu pa se približuje 90%.

Jedrske elektrarne

Za plinsko turbino ni bistveno razlikovati, kaj vir ogrevanega medija daje energiji svojim rezilom. To je lahko zgorela mešanica zrak-gorivo ali pa samo pregreta para (ne nujno voda), če zagotavlja neprekinjeno napajanje. V jedru elektrarn vseh jedrskih elektrarn, podmornic, letalskih nosilcev, ledolomilcev in nekaterih vojaških površinskih ladij (na primer raketna križarka Peter Great) temeljijo na plinski turbini (GTU), ki se vrti s paro. Varnostni in okoljski problemi narekujejo zaprto zanko primarnega kroga. To pomeni, da primarni toplotni agent (v prvih vzorcih, svinca je igral to vlogo, zdaj je bil nadomeščen s parafinom), ne zapusti skoraj reaktorskega območja, ki teče okoli gorivnih elementov v krogu. Delovna snov se segreje v naslednjih krogih in upari ogljikov dioksid helij ali dušik vrti kolo turbine.

Široka uporaba

Kompleksne in velike naprave so skoraj vedno edinstvene, njihova proizvodnja poteka v majhnih serijah ali pa se izdelujejo posamezni vzorci. Najpogosteje se enote, proizvedene v velikih količinah, uporabljajo v miroljubnih gospodarskih sektorjih, na primer za črpanje ogljikovodikov prek cevovodov. To so izdelki proizvajalca ODK pod blagovno znamko Saturn. Plinske turbine črpalne postaje Popolnoma skladen s predvidenim imenom. Dejansko črpajo zemeljski plin, pri čemer uporabljajo lastno energijo za svoje delo.