Plinska turbina Uređaj i načelo rada. Industrijska oprema

"Turbokompresija", "turbojet", "turboprop", - ovi izrazi čvrsto su uključeni u leksikon inženjera XX. Stoljeća, koji se bave projektiranjem i održavanjem vozila i stacionarnih električnih instalacija. Koriste se čak iu srodnim područjima i oglašavanju, kada žele dati naziv proizvoda neki trag posebne moći i učinkovitosti. U zrakoplovstvu, raketama, brodovima i elektranama najčešće se koriste plinske turbine. Kako je dogovoreno? Radi li na prirodnom plinu (kao što ime sugerira) i kakav je to plin? Što čini turbinu drugačijom od ostalih tipova motora s unutarnjim izgaranjem? Koje su njegove prednosti i nedostaci? U ovom članku se u najvećoj mogućoj mjeri pokušava odgovoriti na ova pitanja.

Ruski inženjerski voditelj

Rusija je, za razliku od mnogih drugih nezavisnih država koje su nastale nakon raspada SSSR-a, uspjela u velikoj mjeri zadržati inženjersku industriju. Konkretno, tvrtka "Saturn" se bavi proizvodnjom elektrana za posebne namjene. Plinske turbine ove tvrtke koriste se u brodogradnji, sirovinama i energiji. Visokotehnološki proizvodi zahtijevaju poseban pristup tijekom instalacije, otklanjanja grešaka i rada, kao i posebna znanja i skupu opremu za planirano održavanje. Sve ove usluge dostupne su kupcima tvrtke "ODK - Plinske turbine", tako da se danas zove. Takvih poduzeća u svijetu nema toliko, iako je na prvi pogled načelo organiziranja glavnih proizvoda jednostavno. Akumulirano iskustvo je od velike važnosti, što omogućuje uvažavanje mnogih tehnoloških detalja, bez kojih je nemoguće postići dugotrajan i pouzdan rad jedinice. Ovdje su samo dio proizvodnog programa UEC-a: plinske turbine, elektrane, jedinice za prijenos plina. Među kupcima su Rosatom, Gazprom i drugi "kitovi" kemijske industrije i energetike.

Proizvodnja takvih složenih strojeva u svakom slučaju zahtijeva individualni pristup. Izračun plinske turbine je trenutno potpuno automatiziran, ali su važni materijali i značajke električnih dijagrama u svakom pojedinom slučaju.

Sve je počelo tako jednostavno ...

Pretraživanja i parovi

Prvi eksperimenti pretvaranja translacijske energije potoka u rotacijsku silu proveli su čovječanstvo u antičko doba, koristeći konvencionalni vodeni kotač. Sve je vrlo jednostavno, tekućina teče od vrha prema dolje, lopatice se nalaze u njenom toku. Kotač, opremljen s njima oko perimetra, vrti se. Također radi vjetrenjača. Tada je došlo doba pare, a rotacija kotača se ubrzala. Usput, takozvani "eolipil", koji je izumila starogrčka čaplja oko 130 godina prije Krista, bio je parni stroj radi upravo na tom principu. U biti, to je bila prva plinska turbina poznata povijesnoj znanosti (naposljetku, para je plinovito agregatno stanje vode). Danas je još uvijek uobičajeno razdvojiti ta dva pojma. Izum Herona zatim u Aleksandriji reagirao je bez puno entuzijazma, iako s radoznalošću. Industrijska oprema turbinskog tipa pojavila se tek krajem XIX stoljeća, nakon što je Šveđanin stvorio Gustaf Laval, prvi aktivni agregat na svijetu opremljen sapnicom. Približno u istom smjeru, inženjer Parsons je radio, opskrbljujući svoj automobil s nekoliko funkcionalno povezanih koraka.

Rođenje plinskih turbina

Stoljeće ranije, izvjesna je sjajna ideja došla do izvjesnog Johna Barbera. Zašto prvo trebamo zagrijavati paru, nije li lakše koristiti ispušni plin koji nastaje tijekom izgaranja goriva i time eliminirati nepotrebno posredovanje u procesu pretvorbe energije? Tako je ispala prva prava plinska turbina. Patent iz 1791. navodi osnovnu ideju o korištenju u kočiji bez konja, ali njezini se elementi sada koriste u suvremenim raketama, spremnicima zrakoplova i automobilskim motorima. Početak procesa izgradnje mlaznih motora dao je Frank Whittle 1930. godine. Dobio je ideju da pomoću turbine pokrene zrakoplov. Kasnije je razvijen u brojnim turboprop i turbojet projektima.

Plinska turbina Nikola Tesla

Poznati znanstvenik-izumitelj uvijek se bavio pitanjima koja se proučavaju izvan okvira. Činilo se očiglednim svima da kotači s oštricama ili oštricama "uhvate" kretanje medija bolje od ravnih predmeta. Tesla je, na svoj uobičajeni način, dokazao da, ako je rotorski sustav sastavljen od diskova, raspoređenih na osi u nizu, a zatim zbog hvatanja graničnih slojeva s protokom plina, on će se okretati ne gori, au nekim slučajevima i bolji od višestrukog propelera. Istina, orijentacija mobilnog okruženja mora biti tangencijalna, što nije uvijek moguće ili poželjno u modernim jedinicama, ali dizajn je znatno pojednostavljen - ne treba uopće oštrice. Plinska turbina prema Teslinoj shemi još nije izgrađena, ali možda je ideja samo čekala svoje vrijeme.

Shematski prikaz

Sada o osnovnom uređaju stroja. To je skup rotirajućeg sustava, montiran na osi (rotor) i fiksnom dijelu (stator). Na osovini se postavlja disk s radnim noževima koji tvore koncentrične rešetke, a na njih djeluje plin pod tlakom kroz posebne mlaznice. Zatim ekspandirani plin ulazi u rotor, također opremljen lopaticama koje se nazivaju radnici. Za usisavanje smjese zrak-gorivo i ispušni plinovi (ispušni plinovi) su posebne veze. Također u općem sustavu uključen je kompresor. Može se izvesti prema drugačijem načelu, ovisno o potrebnom radnom tlaku. Za njegov rad od osi energije se uzima, idući u stisnuti zrak. Plinska turbina radi zbog procesa izgaranja smjese zrak-gorivo, uz značajan porast volumena. Osovina se okreće, njezina se energija može koristiti korisno. Ova se shema naziva jednostruki, ali ako se ponavlja, tada se smatra višestupanjskom.

Prednosti zrakoplovnih turbina

Sredinom pedesetih godina pojavila se nova generacija zrakoplova, uključujući i putničke (u SSSR-u, to je IL-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124, itd.), U izradi kojih su klipni motori zrakoplova konačno i neopozivo zamijenjeni turbinskim motorima. To ukazuje na veću učinkovitost ove vrste elektrana. Karakteristike plinske turbine nadilaze parametre karburatorskih motora u mnogim aspektima, posebno u pogledu snage / težine, što je od najveće važnosti za zrakoplovstvo, kao i ne manje važni pokazatelji pouzdanosti. Manja potrošnja goriva, manje pokretnih dijelova, bolji parametri okoliša, smanjena buka i vibracije. Turbine su manje kritične za kvalitetu goriva (što nije slučaj kod sustava za gorivo), lakše ih je održavati, ne zahtijevaju mnogo ulja za podmazivanje. Općenito, na prvi pogled čini se da se ne sastoje od metala, već od čvrstih vrlina. Jao, nije.

Postoje plinski turbinski motori i nedostaci

Tijekom rada, plinska turbina zagrijava i prenosi toplinu na okolne građevinske elemente. To je posebno kritično, opet, u zrakoplovstvu, kada se koristi crtani izgled koji uključuje pranje mlazom donjeg dijela repnog sklopa. Da, i samo kućište motora zahtijeva posebnu izolaciju i korištenje posebnih vatrostalnih materijala koji mogu izdržati visoke temperature.

Hlađenje plinskih turbina je težak tehnički izazov. To nije šala, oni rade u načinu gotovo trajne eksplozije koja se događa u trupu. Učinkovitost je u nekim načinima niža nego kod karburatorskih motora, međutim, kada se koristi dvostruka shema, ovaj nedostatak se eliminira, iako je dizajn kompliciran, kao u slučaju uključivanja "pojačavajućih" kompresora u krug. Za ubrzanje turbine i način rada potrebno je neko vrijeme. Što se jedinica češće pokreće i zaustavlja, brže se troši.

Ispravna primjena

Nijedan sustav nije bez mana. Važno je pronaći takvu prijavu za svaku od njih, u kojoj će se njezine zasluge jasnije očitovati. Na primjer, tenkovi, kao što su američki "Abrams", temelj elektrane koja - plinska turbina. Može se puniti gorivom od svega što gori, od visokooktanskog benzina do viskija, i daje više snage. Primjer možda nije vrlo uspješan, budući da je iskustvo u Iraku i Afganistanu pokazalo ranjivost lopatica kompresora na pijesak. Popravak plinskih turbina mora biti u Sjedinjenim Državama, u tvornici. Uzmite spremnik tamo, a zatim natrag, a cijenu same usluge, plus komponente ...

Helikopteri, ruske, američke i druge zemlje, kao i snažni gliser, manje su pogođeni klompe. U tekućini rakete ne mogu bez njih.

Moderni ratni brodovi i civilni brodovi također imaju i plinske turbine. I energija.

Trigeneratorske elektrane

Problemi s kojima se suočavaju proizvođači zrakoplova, nisu toliko zabrinuti zbog onih koji proizvode industrijsku opremu za proizvodnju električne energije. Težina u ovom slučaju nije toliko važna i možete se usredotočiti na parametre kao što su učinkovitost i ukupna učinkovitost. Generatorske plinske turbine imaju masivan okvir, pouzdan okvir i deblje noževe. Sasvim je moguće zbrinuti proizvedenu toplinsku energiju, koristeći za različite potrebe - od sekundarne reciklaže u samom sustavu, do grijanja stambenih prostora i opskrbe toplinskom energijom apsorpcijskih rashladnih uređaja. Ovaj se pristup naziva trigenerator, a učinkovitost u ovom načinu rada doseže 90%.

Nuklearne elektrane

Za plinsku turbinu, ne čini se bitnom razlikom što izvor zagrijanog medija daje svoju energiju svojim noževima. To može biti izgorjela mješavina zrak-gorivo, ili samo pregrijana para (ne nužno voda), sve dok osigurava neprekidnu snagu. U svojoj srži, elektrane svih nuklearnih elektrana, podmornica, nosača zrakoplova, ledolomaca i nekih vojnih nadzemnih brodova (primjerice raketna krstarica Petra Velikog) temelje se na plinskoj turbini (GTU) koju rotira para. Problemi sigurnosti i zaštite okoliša diktiraju zatvorenu petlju primarnog kruga. To znači da primarni termalni agens (u prvim uzorcima, olovo je igralo tu ulogu, sada je zamijenjeno parafinom), ne napušta skoro reaktorsku zonu, teče oko gorivnih elemenata u krugu. Radna tvar se zagrijava u sljedećim krugovima i isparava ugljični dioksid helij ili dušik rotiraju kotač turbine.

Široko rasprostranjena uporaba

Kompleksna i velika postrojenja su gotovo uvijek jedinstvena, njihova proizvodnja se odvija u malim serijama ili se pojedinačni uzorci uopće izrađuju. Najčešće, jedinice proizvedene u velikim količinama koriste se u mirnim sektorima gospodarstva, na primjer, za pumpanje ugljikovodika kroz cjevovode. To su oni koje proizvodi ODK pod nazivom "Saturn". Plinske turbine crpne stanice Potpuno u skladu s namjeravanim imenom. Oni stvarno crpe prirodni plin, koristeći vlastitu energiju za svoj rad.