Gaz turbinasi - bu dvigatel bo'lib, unda doimiy ishlash jarayonida qurilmaning asosiy organi (rotor) (boshqa hollarda bug 'yoki suv) mexanik ishga aylanadi. Bunday holda, ishlaydigan moddaning oqimi rotorning atrofi bo'ylab o'rnatilgan pichoqlarga ta'sir qiladi va ularni harakatga keltiradi. Gaz oqimining yo'nalishi bo'yicha turbinalar eksenel (gaz turbinaning o'qiga parallel ravishda harakat qiladi) yoki radial (bir xil o'qga nisbatan perpendikulyar harakat) ga bo'linadi. Yagona va ko'p bosqichli mexanizmlar mavjud.
Gaz turbinasi pichoqlarga ikki xil tarzda ta'sir qilishi mumkin. Birinchidan, bu faol jarayon bo'lib, ish joyiga gaz yuqori tezlikda etkazib beriladi. Bunday holda, gaz oqimi to'g'ri chiziq bo'ylab harakatlanishga intiladi va uning yo'lida turgan kavisli pichoq qismi uni chetga surib, o'zini aylantiradi. Ikkinchidan, bu reaktiv turdagi jarayon bo'lib, gaz ta'minoti tezligi past bo'lsa, lekin yuqori bosimlardan foydalaniladi. turi sof shaklda deyarli topilmaydi, chunki ularning turbinalarida reaktsiya kuchi bilan birga pichoqlarga ta'sir qiluvchi u mavjud.
Bugungi kunda gaz turbinasi qayerda ishlatiladi? Qurilmaning ishlash printsipi uni elektr toki generatorlari, kompressorlar va boshqalarning haydovchilari uchun ishlatishga imkon beradi. Ushbu turdagi turbinalar transportda (kema gaz turbinasi qurilmalari) keng qo'llaniladi. Bug 'hamkasblari bilan solishtirganda, ular nisbatan kichik vazn va o'lchamlarga ega, ular qozonxonani, kondensatsiya blokini tashkil qilishni talab qilmaydi.
Gaz turbinasi ishga tushirilgandan so'ng tezda ishlashga tayyor, taxminan 10 daqiqada to'liq quvvatni ishlab chiqaradi, parvarish qilish oson, sovutish uchun ozgina suv kerak. Ichki yonish dvigatellaridan farqli o'laroq, u krank mexanizmidan inertial ta'sirga ega emas. dizel dvigatellaridan bir yarim baravar qisqaroq va ikki baravar engilroq. Qurilmalar past sifatli yoqilg'ida ishlash imkoniyatiga ega. Yuqoridagi fazilatlar kemalar va gidrofilmlar uchun ushbu turdagi dvigatellarni alohida e'tiborga olish imkonini beradi.
Dvigatelning asosiy komponenti sifatida gaz turbinasi bir qator muhim kamchiliklarga ega. Ular orasida ular yuqori shovqin, dizel dvigatellariga qaraganda kamroq, samaradorlik, yuqori haroratlarda qisqa umr ko'rishadi (agar ishlatiladigan gaz muhiti taxminan 1100 ° C haroratga ega bo'lsa, u holda turbinani o'rtacha 750 soatgacha ishlatish mumkin).
Gaz turbinasi samaradorligi u ishlatiladigan tizimga bog'liq. Masalan, kompressordagi havodan 23 dan ko'p bo'lmagan va 17 dan kam bo'lmagan gazlarning dastlabki harorati 1300 darajadan yuqori bo'lgan energetika sanoatida ishlatiladigan qurilmalar avtonom operatsiyalar paytida taxminan 38,5% koeffitsientga ega. Bunday turbinalar juda keng tarqalgan emas va asosan elektr tizimlarida yuk cho'qqilarini qoplash uchun ishlatiladi. Bugungi kunda Rossiyaning bir qator issiqlik elektr stansiyalarida quvvati 30 MVt gacha bo'lgan 15 ga yaqin gaz turbinasi ishlaydi. Ko'p bosqichli zavodlarda strukturaviy elementlarning yuqori samaradorligi tufayli ancha yuqori samaradorlik indeksiga (taxminan 0,93) erishiladi.
Siqilgan va isitiladigan gazning issiqlik energiyasi (odatda yoqilg'i yonish mahsulotlari) mildagi mexanik aylanish ishiga aylantiriladigan doimiy ta'sirli termal turbinalar; gaz turbinali dvigatelning konstruktiv elementi hisoblanadi.
Siqilgan gazni isitish, qoida tariqasida, yonish kamerasida sodir bo'ladi. Yadro reaktorida isitishni ham amalga oshirish mumkin va hokazo Gaz turbinalari birinchi marta 19-asr oxirida paydo bo'lgan. gaz turbinali dvigatel sifatida va dizayn jihatidan ular bug 'turbinasiga yaqinlashdilar. Strukturaviy ravishda, gaz turbinasi - bu ko'krak apparati va pervanelning aylanadigan jantlarining bir qator tartibli joylashtirilgan statsionar pichoqlari bo'lib, ular natijada oqim qismini tashkil qiladi. Turbina bosqichi - pervanel bilan birlashtirilgan nozul apparati. Bosqich statordan iborat bo'lib, u statsionar qismlarni (korpus, nozul pichoqlari, parda halqalari) va aylanadigan qismlar to'plami (rotor pichoqlari, disklar, mil kabi) bo'lgan rotordan iborat.
Gaz turbinasi tasnifi ko'plab dizayn xususiyatlariga ko'ra amalga oshiriladi: gaz oqimining yo'nalishi bo'yicha, bosqichlar soni, issiqlik farqidan foydalanish usuli va pervanelga gaz etkazib berish usuli. Gaz oqimi yo'nalishi bo'yicha gaz turbinalari eksenel (eng keng tarqalgan) va radial, shuningdek diagonal va tangensial bo'lishi mumkin. Eksenel gaz turbinalarida meridional kesimdagi oqim asosan turbinaning butun o'qi bo'ylab tashiladi; radial turbinalarda, aksincha, o'qga perpendikulyar. Radial turbinalar markazdan qochma va markazdan qochma turbinaga bo'linadi. Diagonal turbinada gaz turbinaning aylanish o'qiga qandaydir burchak ostida oqadi. Tangensial turbinaning pervanida qanotlari yo'q, bunday turbinalar juda past gaz oqimi tezligida, odatda o'lchash asboblarida qo'llaniladi. Gaz turbinalari bir, ikki va ko'p bosqichli.
Bosqichlar soni ko'plab omillar bilan belgilanadi: turbinaning maqsadi, uning dizayn sxemasi, umumiy quvvat va bir bosqichda ishlab chiqilgan, shuningdek, ishga tushirilgan bosimning pasayishi. Mavjud issiqlik farqidan foydalanish usuliga ko'ra, tezlik bosqichlari bo'lgan turbinalar farqlanadi, ularda faqat oqim pervanelda bosim o'zgarmasdan aylanadi (faol turbinalar) va bosim bosqichlari bo'lgan turbinalar, bunda bosim ikkala turbinada ham kamayadi. nozul apparatida va rotor pichoqlarida (jet turbinalari). Qisman gaz turbinalarida gaz pervanelga ko'krak apparati aylanasining bir qismi bo'ylab yoki uning to'liq aylanasi bo'ylab beriladi.
Ko'p bosqichli turbinada energiyani aylantirish jarayoni alohida bosqichlarda bir qator ketma-ket jarayonlardan iborat. Siqilgan va isitiladigan gaz nozul apparatining interblade kanallariga dastlabki tezlikda etkazib beriladi, bu erda kengayish jarayonida mavjud bo'lgan issiqlik tushishining bir qismi chiqish oqimining kinetik energiyasiga aylanadi. Gazning yanada kengayishi va issiqlik tushishining foydali ishga aylanishi pervanelning pichoqlararo kanallarida sodir bo'ladi. Rotor pichoqlariga ta'sir qiluvchi gaz oqimi turbinaning asosiy milida moment hosil qiladi. Bunda gazning mutlaq tezligi pasayadi. Bu tezlik qanchalik past bo'lsa, gaz energiyasining ko'p qismi turbina milida mexanik ishga aylanadi.
Samaradorlik gaz turbinalari samaradorligini tavsiflaydi, ya'ni valdan chiqarilgan ishning turbinaning oldidagi mavjud gaz energiyasiga nisbati. Zamonaviy ko'p bosqichli turbinalarning samarali samaradorligi ancha yuqori va 92-94% ga etadi.
Gaz turbinasining ishlash printsipi quyidagicha: gaz yonish kamerasiga kompressor orqali yuboriladi, havo bilan aralashtiriladi, yoqilg'i aralashmasini hosil qiladi va yondiriladi. Olingan yonish mahsulotlari yuqori haroratli (900-1200 ° S) turbina miliga o'rnatilgan bir necha qator pichoqlar orqali o'tadi va turbinaning aylanishiga olib keladi. Olingan milning mexanik energiyasi vites qutisi orqali elektr energiyasini ishlab chiqaruvchi generatorga uzatiladi.
Issiqlik energiyasi turbinadan chiqadigan gazlar issiqlik almashtirgichga kiradi. Shuningdek, elektr energiyasi ishlab chiqarish o'rniga turbinaning mexanik energiyasi turli nasoslar, kompressorlar va boshqalarni ishlatish uchun ishlatilishi mumkin. Gaz turbinalari uchun eng ko'p ishlatiladigan yoqilg'i tabiiy gazdir, ammo bu boshqa turdagi gaz yoqilg'ilaridan foydalanish imkoniyatini istisno qila olmaydi. . Shu bilan birga, gaz turbinalari juda injiq va uni tayyorlash sifatiga yuqori talablar qo'yadi (ma'lum mexanik qo'shimchalar, namlik kerak).
Turbinadan chiqadigan gazlarning harorati 450-550 ° S ni tashkil qiladi. Gaz turbinalaridagi issiqlik energiyasining elektr energiyasiga miqdoriy nisbati 1,5: 1 dan 2,5: 1 gacha, bu sovutish suvi turida farq qiluvchi kogeneratsiya tizimlarini qurishga imkon beradi:
1) chiqindi issiq gazlarni to'g'ridan-to'g'ri (to'g'ridan-to'g'ri) ishlatish;
2) tashqi qozonda past yoki o'rta bosimli bug 'ishlab chiqarish (8-18 kg / sm2);
3) issiq suv ishlab chiqarish (kerakli harorat 140 ° C dan oshganda yaxshiroq);
4) yuqori bosimli bug 'ishlab chiqarish.
Gaz turbinalari rivojiga sovet olimlari B. S. Stechkin, G. S. Jiritskiy, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Xolshchevikov, I. I. Kirillov va boshqalar katta hissa qo'shdilar, statsionar va ko'chma gaz turbinali stansiyalari uchun gaz turbinalari yaratishga xorijiy davlatlar erishdilar. kompaniyalari (mashhur slovak olimi A. Stodola ishlagan Shveytsariya Braun-Boveri va Sulzer, Amerikaning General Electric va boshqalar).
Kelajakda gaz turbinalarining rivojlanishi turbinaning oldidagi gaz haroratini oshirish imkoniyatiga bog'liq. Bu yangi issiqlikka bardoshli materiallar va oqim yo'lini sezilarli darajada yaxshilagan rotor pichoqlari uchun ishonchli sovutish tizimlarini yaratish va boshqalar bilan bog'liq.
1990-yillarda keng tarqalgan o'tish tufayli. tabiiy gaz energiya ishlab chiqarish uchun asosiy yoqilg'i sifatida, gaz turbinalari bozorning muhim segmentini egalladi. Uskunaning maksimal samaradorligi 5 MVt va undan yuqori quvvatlarda (300 MVtgacha) erishilganiga qaramay, ba'zi ishlab chiqaruvchilar 1-5 MVt diapazonda modellarni ishlab chiqaradilar.
Gaz turbinalari aviatsiya va elektrostantsiyalarda qo'llaniladi.
- Oldingi: GAZ ANALIZER
- Quyidagi: GAZ Dvigatel
Bug 'turbinasi. 19-asrning o'rtalariga qadar bug 'dvigatellari bilan raqobatlasha oladigan bug' turbinasini loyihalashga urinishlar. Bu muvaffaqiyatsiz bo'ldi, chunki bug 'jetining kinetik energiyasining faqat kichik bir qismini turbinaning aylanish mexanik energiyasiga aylantirish mumkin edi. Gap shundaki, ixtirochilar
turbina samaradorligining bug 'tezligi va turbina pichoqlarining chiziqli tezligi nisbatiga bog'liqligini hisobga olmadik.
Gaz oqimining kinetik energiyasining turbinaning qanotiga eng to'liq o'tishi gaz oqimi tezligi va turbinaning chiziqli tezligining qanday nisbatida sodir bo'lishini aniqlaymiz (36-rasm). Bug'ning kinetik energiyasi turbina pichog'iga to'liq o'tkazilganda, Yerga nisbatan jet tezligi nolga teng bo'lishi kerak, ya'ni.
Tezlik bilan harakatlanuvchi sanoq sistemasida reaktivning tezligi: .
Ushbu mos yozuvlar ramkasida pichoq reaktiv bilan o'zaro ta'sir qilish paytida harakatsiz bo'lganligi sababli, elastik ko'zgudan keyin oqim tezligi mutlaq qiymatda o'zgarmaydi, lekin yo'nalishini aksincha o'zgartiradi:
Yana Yer bilan bog'langan mos yozuvlar tizimiga o'tsak, biz ko'zgudan keyin reaktivning tezligini olamiz:
O'shandan beri
Biz aniqladikki, reaktivning kinetik energiyasini turbinaga to‘liq o‘tkazish turbina qanotlarining chiziqli tezligi reaktiv tezligining yarmiga teng bo‘lgan taqdirda sodir bo‘ladi.Amalda qo‘llanilgan birinchi bug‘ turbinasi ishlab chiqarilgan. Shved muhandisi Gustav Laval 1889 yilda rpm
Guruch. 36. Bug‘ oqimining kinetik energiyasini turbinaning qanotiga o‘tkazish
Taxminan 1200 m / s bo'lgan o'rtacha bosim pasayishida ham yuqori gaz chiqishi tezligi turbinaning samarali ishlashi uchun uning pichoqlariga taxminan 600 m / s chiziqli tezlikni berishni talab qiladi. Shuning uchun yuqori samaradorlik qiymatlariga erishish uchun turbinaning yuqori tezlikda ishlashi kerak. 600 m/s pichoq tezligida, radiusi 1 m bo'lgan rotor romida joylashgan massasi 1 kg turbinaning qanotiga ta'sir etuvchi inersiya kuchini hisoblash oson:
Asosiy qarama-qarshilik paydo bo'ladi: turbinaning tejamkor ishlashi uchun rotorning tovushdan tez tezligi talab qilinadi, ammo bunday tezliklarda turbina inertsiya kuchlari tomonidan yo'q qilinadi. Ushbu qarama-qarshilikni bartaraf etish uchun optimaldan past tezlikda aylanadigan turbinalarni loyihalash kerak, lekin bug 'jetining kinetik energiyasidan to'liq foydalanish uchun, diametri ortib borayotgan bir nechta rotorlarni umumiy milga o'rnatish orqali ularni ko'p bosqichli qilish kerak. Turbinaning aylanish tezligi etarlicha yuqori bo'lmaganligi sababli, bug 'kinetik energiyasining faqat bir qismini kichikroq diametrli rotorga beradi. Keyin birinchi bosqichda chiqarilgan bug' kattaroq diametrli ikkinchi rotorga yuboriladi va uning pichoqlari qolgan kinetik energiyaning bir qismini beradi va hokazo. Chiqarilgan bug 'sovutgich-kondensatorda kondensatsiyalanadi va issiq suv bug'iga yuboriladi. qozon.
Bug 'turbinasi qurilmasining koordinatalarda aylanishi 37-rasmda ko'rsatilgan. Qozonda ishchi suyuqlik issiqlik miqdorini oladi, doimiy bosimda qiziydi va kengayadi (AB izobar). Turbinada bug 'adiabatik ravishda kengayadi (BC adiabat), rotorni aylantirish uchun ishlarni bajaradi. Kondensator-sovutgichda, masalan, daryo suvi bilan yuvilgan, bug 'suvga issiqlik miqdorini beradi va doimiy bosim ostida kondensatsiyalanadi. Bu jarayon izobarga mos keladi. Kondensatordan iliq suv qozonga pompalanadi. Bu jarayon izoxoraga to`g`ri keladi.Ko`rinib turganidek, bug` turbinasi qurilmasining sikli yopiq. Bir tsiklda bug'ning bajargan ishi son jihatdan ABCD rasmining maydoniga teng.
Zamonaviy bug 'turbinalari kinetikning yuqori konversiya samaradorligiga ega
Guruch. 37. Bug 'turbinasi qurilmasining ish siklining diagrammasi
bug 'jeti energiyasini mexanik energiyaga aylantiradi, 90% dan biroz oshadi. Shu sababli, butun ishlab chiqarilgan elektr energiyasining 80% dan ortig'ini ta'minlaydigan dunyodagi deyarli barcha issiqlik va atom elektr stansiyalarining elektr generatorlari bug 'turbinalari tomonidan boshqariladi.
Zamonaviy bug 'turbinasi zavodlarida ishlatiladigan bug'ning harorati 580 C dan oshmaganligi sababli (isitgich harorati) va turbinaning chiqishidagi bug' harorati odatda 30 ° C dan past bo'lmaganligi sababli (sovuq harorat), a bug'ning maksimal samaradorligi. Issiqlik dvigateli sifatida bug 'turbinasi quyidagilarga teng:
va bug 'turbinali kondensatsiya elektr stantsiyalari samaradorligining real qiymatlari atigi 40% ga etadi.
Zamonaviy quvvat bloklari qozon - turbin - generatorning quvvati kVt ga etadi. 10-besh yillik rejadagi navbatdagi navbatda quvvati kVtgacha bo'lgan energiya bloklari qurilishi.
Bug 'turbinali dvigatellar suv transportida keng qo'llaniladi. Biroq, ulardan quruqlikdagi transportda va undan ham ko'proq aviatsiyada foydalanishga bug 'hosil qilish uchun pech va qozon, shuningdek, ishchi suyuqlik sifatida foydalanish uchun ko'p miqdorda suv bo'lishi kerakligi to'sqinlik qiladi.
gaz turbinalari. Yoqilg'i yonish joyini ishchi suyuqlikka o'tkazish orqali turbinali issiqlik dvigatelidagi pech va qozonni yo'q qilish g'oyasi dizaynerlarni uzoq vaqtdan beri egallab kelgan. Ammo ishchi suyuqlik bug 'emas, balki isitish natijasida kengayadigan havo bo'lgan bunday ichki yonish turbinalarining rivojlanishi yuqori haroratlarda va yuqori mexanik yuklarda uzoq vaqt ishlashga qodir bo'lgan materiallarning etishmasligi bilan cheklandi.
Gaz turbinali qurilma havo kompressoridan 1, yonish kameralaridan 2 va gaz turbinasidan 3 iborat (38-rasm). Kompressor turbina bilan bir xil o'qga o'rnatilgan rotor va qo'zg'almas yo'naltiruvchi qanotdan iborat.
Turbina ishlayotganda kompressor rotori aylanadi. Rotor pichoqlari shunday tuzilganki, ular aylanayotganda kompressor oldidagi bosim pasayadi, keyin esa ortadi. Havo kompressorga so'riladi va uning rotor pichoqlarining birinchi qatori orqasidagi bosimi ortadi. Rotor pichoqlarining birinchi qatori orqasida statsionar kompressor yo'naltiruvchi qanotining bir qator pichoqlari joylashgan bo'lib, ular yordamida havo harakati yo'nalishi o'zgartiriladi va uni rotorning ikkinchi pog'onasi pichoqlari yordamida yanada siqish mumkin. , va hokazo. Kompressor pichoqlarining bir necha bosqichlari havo bosimining 5-7 barobar oshishini ta'minlaydi.
Siqish jarayoni adiabatik tarzda davom etadi, shuning uchun havo harorati sezilarli darajada ko'tarilib, 200 ° C yoki undan ko'proqqa etadi.
Guruch. 38. Gaz turbinali qurilma qurilmasi
Siqilgan havo yonish kamerasiga kiradi (39-rasm). Shu bilan birga, suyuq yoqilg'i - kerosin, mazut - nozul orqali yuqori bosim ostida unga AOK qilinadi.
Yoqilg'i yoqilganda, ishlaydigan suyuqlik vazifasini bajaradigan havo ma'lum miqdordagi issiqlikni oladi va 1500-2200 ° S haroratgacha qiziydi. Havoni isitish doimiy bosim ostida sodir bo'ladi, shuning uchun havo kengayadi va uning tezligi oshadi.
Yuqori tezlikda harakatlanadigan havo va yonish mahsulotlari turbinaga yuboriladi. Bosqichdan bosqichga o'tib, ular o'zlarining kinetik energiyasini turbina pichoqlariga beradilar. Turbina tomonidan olingan energiyaning bir qismi kompressorni aylantirish uchun sarflanadi, qolgan qismi, masalan, samolyot pervanelini yoki elektr generatorining rotorini aylantirish uchun ishlatiladi.
Turbina pichoqlarini yonish kamerasiga issiq va yuqori tezlikda gaz oqimining halokatli ta'siridan himoya qilish uchun
Guruch. 39. Yonish kamerasi
kompressor tomonidan yoqilg'ining to'liq yonishi uchun zarur bo'lganidan sezilarli darajada ko'proq havo pompalanadi. Yonilg'i yonish zonasi orqasida yonish kamerasiga kiradigan havo (38-rasm) turbinaning pichoqlariga yo'naltirilgan gaz oqimining haroratini pasaytiradi. Turbinada gaz haroratini pasaytirish samaradorlikning pasayishiga olib keladi, shuning uchun olimlar va konstruktorlar gaz turbinasidagi ish haroratining yuqori chegarasini oshirish yo'llarini qidirmoqdalar. Ba'zi zamonaviy samolyotlarning gaz turbinali dvigatellarida turbinaning oldidagi gaz harorati 1330 ° S ga etadi.
Egzoz havosi yonish mahsulotlari bilan birga atmosferaga yaqin bosimda va 500 ° C dan yuqori haroratda 500 m / s dan yuqori tezlikda odatda atmosferaga chiqariladi yoki samaradorlikni oshirish uchun issiqlikka yuboriladi. almashtirgich, bu erda u yonish kamerasiga kiradigan havoni isitish uchun issiqlikning bir qismini beradi.
Gaz turbinali qurilmaning ishlash sikli diagrammada 40-rasmda ko'rsatilgan.Kompressorda havoni siqish jarayoni adiabati AB ga, yonish kamerasida isitish va kengayish jarayoni BC izobariga to'g'ri keladi. Turbinada issiq gazning kengayishining adiabatik jarayoni CD bo'limida, sovutish va ishchi suyuqlik hajmini kamaytirish jarayoni DA izobarida ifodalanadi.
Gaz turbinali qurilmalarning samaradorligi 25-30% ga etadi. Gaz turbinali dvigatellarda bug 'dvigatellari va bug' turbinalari kabi katta hajmli bug' qozonlari yo'q, bug 'dvigatellari va ichki yonuv dvigatellari kabi o'zaro harakatni aylanish harakatiga aylantiruvchi pistonlar va mexanizmlar mavjud emas. Shuning uchun gaz turbinali dvigatel bir xil quvvatdagi dizel dvigatelga qaraganda uch baravar kam joy egallaydi va uning solishtirma og'irligi (og'irlik va quvvat nisbati) samolyot pistonli ichki yonuv dvigatelidan 6-9 baravar kam. Kompaktlik va tezlik, massa birligiga yuqori quvvat bilan birgalikda gaz turbinali dvigatellarni qo'llashning birinchi amaliy muhim sohasini - aviatsiyani aniqladi.
Gaz turbinali dvigatelning miliga o'rnatilgan pervaneli samolyot 1944 yilda paydo bo'ldi. AN-24, TU-114, IL-18, AN-22 - "Antey" kabi mashhur samolyotlar turbovintli dvigatellarga ega.
Anteyning uchish paytida maksimal massasi 250 tonna, yuk ko'tarish qobiliyati 80 tonna yoki 720 yo'lovchi,
Guruch. 40. Gaz turbinali qurilmaning ish siklining diagrammasi
tezligi 740 km/soat, to'rt dvigatelning har birining quvvati kVt.
Gaz turbinali dvigatellar suv transportida, ayniqsa dengiz floti kemalarida bug 'turbinali dvigatellarni almashtira boshlaydi. Dizel dvigatellardan gaz turbinasiga o'tish gidrofoillarning yuk ko'tarish qobiliyatini to'rt marta, 50 dan 200 tonnagacha oshirish imkonini berdi.
Og'ir avtomashinalarga 220-440 kVt quvvatga ega gaz turbinali dvigatellar o'rnatiladi. Gaz turbinali dvigatelli 120 tonnalik BelAZ-549V tog‘-kon sanoatida sinovdan o‘tkazilmoqda.
Siqilgan va isitiladigan gazning issiqlik energiyasi (odatda yoqilg'i yonish mahsulotlari) mildagi mexanik aylanish ishiga aylantiriladigan doimiy ta'sirli termal turbinalar; gaz turbinali dvigatelning konstruktiv elementi hisoblanadi.
Siqilgan gazni isitish, qoida tariqasida, yonish kamerasida sodir bo'ladi. Yadro reaktorida isitishni ham amalga oshirish mumkin va hokazo Gaz turbinalari birinchi marta 19-asr oxirida paydo bo'lgan. gaz turbinali dvigatel sifatida va dizayn jihatidan ular bug 'turbinasiga yaqinlashdilar. Strukturaviy ravishda, gaz turbinasi - bu ko'krak apparati va pervanelning aylanadigan jantlarining bir qator tartibli joylashtirilgan statsionar pichoqlari bo'lib, ular natijada oqim qismini tashkil qiladi. Turbina bosqichi - pervanel bilan birlashtirilgan nozul apparati. Bosqich statordan iborat bo'lib, u statsionar qismlarni (korpus, nozul pichoqlari, parda halqalari) va aylanadigan qismlar to'plami (rotor pichoqlari, disklar, mil kabi) bo'lgan rotordan iborat.
Gaz turbinasi tasnifi ko'plab dizayn xususiyatlariga ko'ra amalga oshiriladi: gaz oqimining yo'nalishi bo'yicha, bosqichlar soni, issiqlik farqidan foydalanish usuli va pervanelga gaz etkazib berish usuli. Gaz oqimi yo'nalishi bo'yicha gaz turbinalari eksenel (eng keng tarqalgan) va radial, shuningdek diagonal va tangensial bo'lishi mumkin. Eksenel gaz turbinalarida meridional kesimdagi oqim asosan turbinaning butun o'qi bo'ylab tashiladi; radial turbinalarda, aksincha, o'qga perpendikulyar. Radial turbinalar markazdan qochma va markazdan qochma turbinaga bo'linadi. Diagonal turbinada gaz turbinaning aylanish o'qiga qandaydir burchak ostida oqadi. Tangensial turbinaning pervanida qanotlari yo'q, bunday turbinalar juda past gaz oqimi tezligida, odatda o'lchash asboblarida qo'llaniladi. Gaz turbinalari bir, ikki va ko'p bosqichli.
Bosqichlar soni ko'plab omillar bilan belgilanadi: turbinaning maqsadi, uning dizayn sxemasi, umumiy quvvat va bir bosqichda ishlab chiqilgan, shuningdek, ishga tushirilgan bosimning pasayishi. Mavjud issiqlik farqidan foydalanish usuliga ko'ra, tezlik bosqichlari bo'lgan turbinalar farqlanadi, ularda faqat oqim pervanelda bosim o'zgarmasdan aylanadi (faol turbinalar) va bosim bosqichlari bo'lgan turbinalar, bunda bosim ikkala turbinada ham kamayadi. nozul apparatida va rotor pichoqlarida (jet turbinalari). Qisman gaz turbinalarida gaz pervanelga ko'krak apparati aylanasining bir qismi bo'ylab yoki uning to'liq aylanasi bo'ylab beriladi.
Ko'p bosqichli turbinada energiyani aylantirish jarayoni alohida bosqichlarda bir qator ketma-ket jarayonlardan iborat. Siqilgan va isitiladigan gaz nozul apparatining interblade kanallariga dastlabki tezlikda etkazib beriladi, bu erda kengayish jarayonida mavjud bo'lgan issiqlik tushishining bir qismi chiqish oqimining kinetik energiyasiga aylanadi. Gazning yanada kengayishi va issiqlik tushishining foydali ishga aylanishi pervanelning pichoqlararo kanallarida sodir bo'ladi. Rotor pichoqlariga ta'sir qiluvchi gaz oqimi turbinaning asosiy milida moment hosil qiladi. Bunda gazning mutlaq tezligi pasayadi. Bu tezlik qanchalik past bo'lsa, gaz energiyasining ko'p qismi turbina milida mexanik ishga aylanadi.
Samaradorlik gaz turbinalari samaradorligini tavsiflaydi, ya'ni valdan chiqarilgan ishning turbinaning oldidagi mavjud gaz energiyasiga nisbati. Zamonaviy ko'p bosqichli turbinalarning samarali samaradorligi ancha yuqori va 92-94% ga etadi.
Gaz turbinasining ishlash printsipi quyidagicha: gaz yonish kamerasiga kompressor orqali yuboriladi, havo bilan aralashtiriladi, yoqilg'i aralashmasini hosil qiladi va yondiriladi. Olingan yonish mahsulotlari yuqori haroratli (900-1200 ° S) turbina miliga o'rnatilgan bir necha qator pichoqlar orqali o'tadi va turbinaning aylanishiga olib keladi. Olingan milning mexanik energiyasi vites qutisi orqali elektr energiyasini ishlab chiqaruvchi generatorga uzatiladi.
Issiqlik energiyasi turbinadan chiqadigan gazlar issiqlik almashtirgichga kiradi. Shuningdek, elektr energiyasi ishlab chiqarish o'rniga turbinaning mexanik energiyasi turli nasoslar, kompressorlar va boshqalarni ishlatish uchun ishlatilishi mumkin. Gaz turbinalari uchun eng ko'p ishlatiladigan yoqilg'i tabiiy gazdir, ammo bu boshqa turdagi gaz yoqilg'ilaridan foydalanish imkoniyatini istisno qila olmaydi. . Shu bilan birga, gaz turbinalari juda injiq va uni tayyorlash sifatiga yuqori talablar qo'yadi (ma'lum mexanik qo'shimchalar, namlik kerak).
Turbinadan chiqadigan gazlarning harorati 450-550 ° S ni tashkil qiladi. Gaz turbinalaridagi issiqlik energiyasining elektr energiyasiga miqdoriy nisbati 1,5: 1 dan 2,5: 1 gacha, bu sovutish suvi turida farq qiluvchi kogeneratsiya tizimlarini qurishga imkon beradi:
1) chiqindi issiq gazlarni to'g'ridan-to'g'ri (to'g'ridan-to'g'ri) ishlatish;
2) tashqi qozonda past yoki o'rta bosimli bug 'ishlab chiqarish (8-18 kg / sm2);
3) issiq suv ishlab chiqarish (kerakli harorat 140 ° C dan oshganda yaxshiroq);
4) yuqori bosimli bug 'ishlab chiqarish.
Gaz turbinalari rivojiga sovet olimlari B. S. Stechkin, G. S. Jiritskiy, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Xolshchevikov, I. I. Kirillov va boshqalar katta hissa qo'shdilar, statsionar va ko'chma gaz turbinali stansiyalari uchun gaz turbinalari yaratishga xorijiy davlatlar erishdilar. kompaniyalari (mashhur slovak olimi A. Stodola ishlagan Shveytsariya Braun-Boveri va Sulzer, Amerikaning General Electric va boshqalar).
Kelajakda gaz turbinalarining rivojlanishi turbinaning oldidagi gaz haroratini oshirish imkoniyatiga bog'liq. Bu yangi issiqlikka bardoshli materiallar va oqim yo'lini sezilarli darajada yaxshilagan rotor pichoqlari uchun ishonchli sovutish tizimlarini yaratish va boshqalar bilan bog'liq.
1990-yillarda keng tarqalgan o'tish tufayli. tabiiy gaz energiya ishlab chiqarish uchun asosiy yoqilg'i sifatida, gaz turbinalari bozorning muhim segmentini egalladi. Uskunaning maksimal samaradorligi 5 MVt va undan yuqori quvvatlarda (300 MVtgacha) erishilganiga qaramay, ba'zi ishlab chiqaruvchilar 1-5 MVt diapazonda modellarni ishlab chiqaradilar.
Gaz turbinalari aviatsiya va elektrostantsiyalarda qo'llaniladi.
- Oldingi: GAZ ANALIZER
- Quyidagi: GAZ Dvigatel
Gaz turbinali qurilmalarning ishlash printsipi
1-rasm. Oddiy sikldagi bitta valli gaz turbinali dvigatelli gaz turbinali blokining sxemasi
Gaz turbinasi quvvat blokining kompressoriga (1) toza havo etkazib beriladi. Yuqori bosim ostida kompressordan havo yonish kamerasiga (2) yuboriladi, u erda asosiy yoqilg'i, gaz ham etkazib beriladi. Aralash yonib ketadi. Gaz-havo aralashmasi yoqilganda, energiya issiq gazlar oqimi shaklida hosil bo'ladi. Bu oqim turbina g'ildiragiga (3) yuqori tezlikda yuguradi va uni aylantiradi. Turbina mili orqali aylanma kinetik energiya kompressor va elektr generatorini (4) harakatga keltiradi. Elektr generatorining terminallaridan ishlab chiqarilgan elektr energiyasi, odatda transformator orqali elektr tarmog'iga, energiya iste'molchilariga yuboriladi.
Gaz turbinalari Brayton termodinamik sikli bilan tavsiflanadi.Breyton/Joule sikli gaz turbinali, turbojetli va ramjetli ichki yonuv dvigatellari hamda gazsimon turbinali tashqi yonuv dvigatellarining ish jarayonlarini tavsiflovchi termodinamik sikldir. (bir fazali) ishlaydigan suyuqlik.
Tsikl shu siklda ishlaydigan pistonli ichki yonuv dvigatelini ixtiro qilgan amerikalik muhandis Jorj Brayton sharafiga nomlangan.
Ba'zan bu tsiklni Joule tsikli deb ham atashadi - issiqlikning mexanik ekvivalentini o'rnatgan ingliz fizigi Jeyms Joul sharafiga.
2-rasm. P, V Brayton sikl diagrammasi
Ideal Brayton tsikli quyidagi jarayonlardan iborat:
- 1-2 Izentropik siqish.
- 2-3 Izobarik issiqlik kiritish.
- 3-4 Izentropik kengayish.
- 4-1 Izobarik issiqlikni olib tashlash.
Haqiqiy adiabatik kengayish va qisqarish jarayonlarining izentropik jarayonlardan farqini hisobga olgan holda haqiqiy Brayton sikli quriladi (TS diagrammasida 1-2p-3-4p-1) (3-rasm).
3-rasm. T-S Brayton sikl diagrammasi
Ideal (1-2-3-4-1)
Haqiqiy (1-2p-3-4p-1)
Ideal Brayton siklining issiqlik samaradorligi odatda quyidagi formula bilan ifodalanadi:
- bu erda P = p2 / p1 - izentropik siqilish jarayonida bosimning oshishi darajasi (1-2);
- k - adiabatik indeks (1,4 ga teng havo uchun)
Shuni alohida ta'kidlash kerakki, tsikl samaradorligini hisoblashning ushbu umume'tirof etilgan usuli davom etayotgan jarayonning mohiyatini yashiradi. Termodinamik siklning cheklovchi samaradorligi Karno formulasi yordamida harorat nisbati orqali hisoblanadi:
- bu erda T1 - muzlatgich harorati;
- T2 - isitgich harorati.
Aynan bir xil harorat nisbati tsiklda ishlatiladigan bosim nisbati va adiabatik indeks bilan ifodalanishi mumkin:
Shunday qilib, Brayton siklining samaradorligi xuddi Karno siklining samaradorligi bilan bir xil tarzda tsiklning boshlang'ich va oxirgi haroratiga bog'liq. Chiziq (2-3) bo'ylab ishchi suyuqlikning cheksiz qizishi bilan jarayonni izotermik va Karno davriga to'liq ekvivalent deb hisoblash mumkin. Izobarik jarayonda ishlaydigan suyuqlik T3 ni isitish miqdori tsiklda ishlatiladigan ishchi suyuqlik miqdori bilan bog'liq bo'lgan ish hajmini aniqlaydi, lekin hech qanday tarzda tsiklning termal samaradorligiga ta'sir qilmaydi. Biroq, tsiklni amaliy amalga oshirishda isitish odatda ishlaydigan suyuqlikni siqib chiqaradigan va kengaytiradigan mexanizmlarning hajmini minimallashtirish uchun ishlatiladigan materiallarning issiqlikka chidamliligi bilan chegaralangan mumkin bo'lgan eng yuqori qiymatlarga qadar amalga oshiriladi.
Amalda ishqalanish va turbulentlik quyidagilarga olib keladi:
- Adiyabatik bo'lmagan siqilish: ma'lum bir umumiy bosim nisbati uchun kompressor tushirish harorati idealdan yuqori.
- Adiyabatik bo'lmagan kengayish: turbinaning harorati ishlash uchun zarur bo'lgan darajaga tushib qolsa ham, kompressorga ta'sir qilmaydi, bosim nisbati yuqori bo'ladi, natijada kengayish foydali ishni ta'minlash uchun etarli emas.
- Havo qabul qilish, yonish kamerasi va chiqishdagi bosim yo'qotishlari: natijada kengayish foydali ishni ta'minlash uchun etarli emas.
Barcha tsiklik issiqlik dvigatellarida bo'lgani kabi, yonish harorati qanchalik yuqori bo'lsa, samaradorlik ham shunchalik yuqori bo'ladi. Cheklovchi omil - bu dvigatelni tashkil etuvchi po'lat, nikel, keramika yoki boshqa materiallarning issiqlik va bosimga bardosh berish qobiliyati. Muhandislik ishlarining katta qismi turbinaning qismlaridan issiqlikni olib tashlashga qaratilgan. Aksariyat turbinalar, shuningdek, isrof qilingan chiqindi gazlardan issiqlikni qayta tiklashga harakat qilishadi.
Rekuperatorlar issiqlik almashtirgichlar bo'lib, ular yonishdan oldin chiqindi gazlardan siqilgan havoga issiqlik o'tkazadilar. Kombinatsiyalangan tsiklda issiqlik bug 'turbinasi tizimlariga o'tkaziladi. Va kombinatsiyalangan issiqlik va quvvatda (CHP) chiqindi issiqlik issiq suv ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Mexanik jihatdan gaz turbinalari pistonli ichki yonuv dvigatellariga qaraganda ancha sodda bo'lishi mumkin. Oddiy turbinalar bitta harakatlanuvchi qismga ega bo'lishi mumkin: mil / kompressor / turbin / muqobil rotor yig'ilishi (quyidagi rasmga qarang), yonilg'i tizimini o'z ichiga olmaydi.
4-rasm. Ushbu mashinada bir bosqichli radial kompressor mavjud,
turbina, rekuperator va havo podshipniklari.
Keyinchalik murakkab turbinalar (zamonaviy reaktiv dvigatellarda qo'llaniladiganlar) bir nechta vallar (bobinlar), yuzlab turbina pichoqlari, harakatlanuvchi stator pichoqlari va murakkab quvurlar, yonish kameralari va issiqlik almashinuvchilarining keng tizimiga ega bo'lishi mumkin.
Umumiy qoida sifatida, vosita qanchalik kichik bo'lsa, pichoqlarning maksimal chiziqli tezligini ta'minlash uchun zarur bo'lgan mil (lar) ning tezligi qanchalik baland bo'lsa.
Turbina pichoqlarining maksimal tezligi erishish mumkin bo'lgan maksimal bosimni aniqlaydi, natijada vosita hajmidan qat'i nazar, maksimal quvvat olinadi. Reaktiv dvigatel taxminan 10 000 rpm, mikro turbin esa taxminan 100 000 aylanish tezligida aylanadi.