Plynová turbína Zařízení a princip činnosti. Průmyslová zařízení

20. 2. 2019

"Turbocharging", "turbojet", "turboprop", - tyto pojmy jsou pevně zahrnuty v lexikonu inženýrů XX. Století, zabývajícím se konstrukcí a údržbou vozidel a stacionárních elektrických instalací. Používají se i v souvisejících oblastech a reklamě, když chtějí dát názvem produktu nějaký nádech speciálního výkonu a efektivity. V letectví, raketách, lodích a elektrárnách jsou nejčastěji používány plynové turbíny. Jak je uspořádáno? Pracuje na zemním plynu (jak naznačuje název) a jaký plyn to je? Co dělá turbínu odlišnou od jiných typů spalovacích motorů? Jaké jsou jeho výhody a nevýhody? Pokus o co nejpodrobnější odpověď na tyto otázky je uveden v tomto článku.

plynová turbína

Ruský strojní vedoucí

Rusko, na rozdíl od mnoha jiných nezávislých států, které vznikly po zhroucení SSSR, se podařilo z velké části udržet strojírenský průmysl. Zejména společnost "Saturn" se zabývá výrobou speciálních elektráren. Plynové turbíny této společnosti se používají v odvětví stavby lodí, surovin a energie. Vysoce technologické produkty vyžadují při instalaci, ladění a obsluze speciální přístup, stejně jako speciální znalosti a nákladné vybavení pro plánovanou údržbu. Všechny tyto služby jsou k dispozici zákazníkům společnosti "ODK - Plynové turbíny", takže dnes se říká. Na světě není tolik takových podniků, i když na první pohled je princip uspořádání hlavních produktů jednoduchý. Kumulovaná zkušenost je velmi důležitá, což umožňuje zohlednit mnoho technologických detailů, bez kterých není možné dosáhnout dlouhodobého a spolehlivého provozu jednotky. Zde je pouze část sortimentu UEC: plynové turbíny, elektrárny, jednotky pro přenos plynu. Mezi zákazníky patří Rosatom, Gazprom a další "velryby" chemického průmyslu a energie.

Výroba takových komplexních strojů vyžaduje individuální přístup. Výpočet plynové turbíny je v současné době plně automatizován, ale materiály a charakteristiky schémat zapojení v každém jednotlivém případě.

Všechno začalo tak jednoduše ...

plynové turbíny

Vyhledávání a páry

První pokusy o transformaci translační energie proudu na rotační sílu prováděly lidstvo v dávných dobách s použitím konvenčního vodního kola. Vše je velmi jednoduché, tekutina proudí shora dolů, lopatky jsou umístěny do toku. Kolečko, které je vybaveno kolem obvodu, se točí. Pracuje také větrný mlýn. Pak přišla věk páry a otáčení kola se zrychlilo. Mimochodem, takzvaný "eolipil", který vynalezl starověký řecký volavce asi 130 let před Kristem, byl parní stroj pracovat přesně na tomto principu. V podstatě to byla první plynová turbína známá historické vědě (koneckonců, pára je plynný agregátní stav vody). Dnes je stále obvyklé tyto dvě koncepty oddělovat. Vynález Heronu pak v Alexandrii reagoval bez velkého nadšení, i když se zvědavostí. Průmyslové zařízení s turbínovou technikou se objevilo až na konci 19. století, po vytvoření švédštiny od Gustaf Laval, první aktivní energetické jednotky na světě vybavené tryskou. Přibližně ve stejném směru pracoval inženýr Parsons a dodal vozu několik funkčně spojených schodů.

Vznik plynových turbín

O sto let dříve došlo k určitému skvělému nápadu určitému Johnu Barberovi. Proč potřebujeme nejprve zahřívat páru, není snadnější používat výfukové plyny vznikající při spalování paliva přímo a tím eliminovat zbytečné zprostředkování v procesu přeměny energie? Tak se ukázala první skutečná plynová turbína. Patent 1791 uvádí základní myšlenku jeho použití v kočáře bez koní, ale jeho prvky se nyní používají v moderních raketových, leteckých a automobilových motorech. Počátek procesu budování proudových motorů byl dán v roce 1930 Frank Whittle. Získal myšlenku použít turbínu k pohonu letadla. Později byl vyvinut v řadě turbovrtulových a turbojetových projektů.

saturnové plynové turbíny

Plynová turbína Nikola Tesla

Slavný vědecký vynálezce se vždy zaměřil na problematiku, která je předmětem studia mimo krabici. Zdálo se jim, že kola s lopatkami nebo noži "zachycují" pohyb média lépe než ploché předměty. Tesla svým obvyklým způsobem dokázal, že jestliže rotorový systém je sestaven z disků uspořádaných na sérii v sérii, pak kvůli zachycení hraničních vrstev průtokem plynu se nebude otáčet ani horším a v některých případech dokonce lépe než vrtule s více lopatkami. Je pravda, že orientace mobilního prostředí musí být tangenciální, což není vždy možné ani žádoucí v moderních jednotkách, ale design je výrazně zjednodušen - vůbec není třeba ostří. Plynová turbína podle Teslovy schématu dosud nebyla postavena, ale možná nápad jen čeká na svůj čas.

Schematický diagram

Nyní o základním zařízení stroje. Jedná se o soustavu rotačního systému, namontovaného na ose (rotor) a pevné části (statoru). Na hřídel je umístěn disk s pracovními lopatkami tvořícími soustřednou mřížku, které jsou ovlivněny plynem dodávaným pod tlakem přes speciální trysky. Poté expandující plyn vstupuje do oběžného kola, který je rovněž vybaven lopatkami nazývanými pracovníci. Pro nasávání směsi vzduch-palivo a odsávání (výfuk) jsou speciální přípojky. Také v obecném schématu se jednalo o kompresor. Může být provedeno podle jiného principu, v závislosti na požadovaném pracovním tlaku. Pro jeho práci z osy energie je přijata, bude komprimovat vzduch. Plynová turbína funguje v důsledku spalovacího procesu směsi paliva a vzduchu spolu s výrazným zvýšením objemu. Hřídel se otáčí a jeho energie může být užitečná. Tato schéma se nazývá jednokruh, ale pokud se to opakuje, je považováno za vícestupňové.

průmyslové vybavení

Výhody leteckých turbín

Kolem poloviny padesátých let se objevila nová generace letadel včetně osobních cestujících (v SSSR to je IL-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124, atd.), Jejichž konstrukce byla v konečném a neodvolatelném případě nahrazena turbínovými motory. To naznačuje vyšší účinnost tohoto typu elektrárny. Charakteristiky plynové turbíny překračují parametry karburátorových motorů v mnoha ohledech, zejména pokud jde o výkon / hmotnost, což má pro letectví zásadní význam, stejně jako neméně důležité ukazatele spolehlivosti. Nižší spotřeba paliva, méně pohyblivých částí, lepší environmentální parametry, snížení hluku a vibrací. Turbíny jsou méně důležité pro kvalitu paliva (což není u palivových systémů), jsou snadnější k údržbě, nevyžadují mnoho mazacích olejů. Obecně se na první pohled zdá, že nespočívají z kovu, ale z pevných ctností. Bohužel, není.

lopatky plynové turbíny

Existují motory s plynovou turbínou a nevýhody

Během provozu se plynová turbína zahřívá a přenáší teplo na okolní konstrukční prvky. To je obzvláště kritické, opět v letectví, když používáme přepracované uspořádání zahrnující tryskové mytí spodní části ocasní sestavy. Ano, samotný kryt motoru vyžaduje speciální izolaci a použití speciálních žáruvzdorných materiálů, které odolávají vysokým teplotám.

Chladicí plynové turbíny jsou obtížnou technickou výzvou. Není to žádný vtip, pracují v režimu prakticky trvalého výbuchu, který se vyskytuje v trupu. Efektivita v některých režimech je nižší než u karburátorových motorů, avšak při použití dvojitého schématu je tato nevýhoda vyloučena, ačkoli návrh je komplikovaný, jako v případě zahrnutí kompresorů "zesilujících" do obvodu. Zrychlení a provozní režim turbíny trvá určitou dobu. Čím častěji se jednotka spouští a zastavuje, tím rychleji se vyčerpá.

výpočet plynové turbíny

Správná aplikace

No žádný systém není bez vad. Je důležité najít takovou žádost pro každou z nich, v níž se její zásluhy projeví jasněji. Například, nádrže, jako je americký "Abrams", základem elektrárny, která - plynové turbíny. Může být doplněno o vše, co hoří, od vysoko oktanového benzínu až po whisky, a přináší větší výkon. Příklad nemusí být příliš úspěšný, protože zkušenosti v Iráku a Afghánistánu ukázaly zranitelnost lopatek kompresoru k písku. Oprava plynových turbín musí být provedena ve Spojených státech. Vezměte tam zásobník, pak zpět a náklady na službu samotnou plus komponenty ...

Vrtulníky, ruské, americké a další země, stejně jako silné čluny, jsou méně postiženy dřevami. V kapalině se rakety nemohou bez nich.

Moderní válečné lodě a civilní lodě mají také motory s plynovou turbínou. A energie.

charakteristiky plynové turbíny

Elektrárny trigenerátoru

Problémy, s nimiž se potýkají výrobci letadel, nemají tak obavy z těch, kteří vyrábějí průmyslová zařízení na výrobu elektřiny. Hmotnost v tomto případě není tak důležitá a můžete se zaměřit na parametry, jako je účinnost a celková účinnost. Generátory plynových turbín mají masivní rám, spolehlivý rám a hrubší čepele. Je zcela možné vypustit vyrobené teplo za použití různých potřeb - od sekundární recyklace v samotném systému až po vytápění obytných prostor a tepelné dodávky chladicích jednotek absorpčního typu. Tento přístup se nazývá trigenerátor a účinnost v tomto režimu se blíží 90%.

Jaderné elektrárny

U plynové turbíny není podstatným rozdílem to, co zdroj ohřátého média dodává energii svým čepelům. Může to být směs spáleného vzduchu a paliva nebo jen přehřátá pára (ne nutně voda), pokud poskytuje nepřerušený výkon. Ve svých jádrech jsou elektrárny všech jaderných elektráren, ponorek, letadlových lodí, ledoborců a některých vojenských povrchových lodí (např. Stíhací křižník Petra Velkého) založeny na plynové turbíně (GTU) otáčené párou. Bezpečnostní a environmentální otázky diktují uzavřenou smyčku primárního okruhu. To znamená, že primární tepelné činidlo (v prvních vzorcích, olovo hrálo tuto roli, nyní bylo nahrazeno parafínem), neopouští zónu blízkého reaktoru a proudí kolem palivových článků v kruhu. Pracovní látka se zahřívá v následujících obvodech a odpaří se oxid uhličitý helium nebo dusík otáčí turbínové kolo.

chlazení plynovou turbínou

Široké použití

Komplexní a rozsáhlé instalace jsou téměř vždy jedinečné, jejich výroba se provádí v malých dávkách nebo se provádí pouze jednotlivé vzorky. Nejčastěji se jednotky vyráběné ve velkém množství používají v klidných odvětvích ekonomiky, například pro čerpání uhlovodíků potrubím. Jedná se o výrobky vyrobené společností ODK pod značkou "Saturn". Plynové turbíny čerpacích stanic Plně v souladu s zamýšleným názvem. Opravdu pumpují zemní plyn a využívají vlastní energii pro svoji práci.