Fəsil 11 GTU-nun işə salınmasının xüsusiyyətləri
Statik tezlik çeviricisi (SFC)
Ümumi məlumat
Statik tezlik çeviricisi (SFC) generatoru dəyişən tezlik, azaldılmış gərginlik və azaldılmış həyəcan gücü ilə təmin edərək qaz turbininin şaftını fırlatmaq üçün istifadə olunur.
Qaz turbininin işə salınması proseduru tam avtomatikdir. Generator "motor" rejimində istifadə olunur və başlanğıc dövrü zamanı şaftı nominal sürətin müəyyən bir faizinə qədər sürətləndirir.
Nominal sürətin bu müəyyən faizinə çatdıqdan sonra CFC söndürülür və qaz turbininin özü nominal sürətin 100%-nə qədər sürətlənir.
100% nominal sürətdə generator nominal gərginlik istehsal edir və elektrik şəbəkəsinin sinxronizasiya ardıcıllığına hazırdır.
Başlanğıc funksiyasına əlavə olaraq, CFC, yuyulma dövrü ərzində cihazı müəyyən bir sürətə qədər sürətləndirmək üçün də istifadə olunur.
Sistem avadanlıqlarını işə salın
Başlanğıc sisteminin avadanlığı adətən generator bölməsinə bitişik olan bir korpusda yerləşdirilir. Korpus müəyyən edilmiş ərazinin iqlim şəraitində açıq havada quraşdırma üçün uyğundur. Şassinin içərisində yerləşdirilmiş avadanlığı qorumaq üçün istilik, kondisioner, işıqlandırma və köməkçi elektrik çıxışları təmin edilmişdir.
Bu sistemin əsas komponentləri aşağıda verilmişdir:
Bir (1) nəzarət və nəzarət bölməsi
Bir (1) DC əlaqə reaktoru
Bölmə tərəfində bir (1) əsasdan kənar açar
Ölçmə və mühafizə cihazları (VT gərginlik transformatorları və cərəyan transformatorları CT)
Bir (1) transformatorun yan elektrik açarı
Əsas iş prinsipi
Başlanğıc statik gərginlik çeviricisi gərginliyə çevrilmə transformatoru ilə təchiz edilir.
Başlanğıc FFC təbii kommutasiya çeviricisi kimi işləyən dolayı tezlik çeviricisidir, üç əsas komponentdən ibarətdir:
· Bir (1) tiristor rektifikator körpüsü (şəbəkə körpüsü) gərginliyə çevrilmə transformatoru ilə təchiz edilmişdir.
· Bir (1) tiristor çevirici körpü (vahid körpüsü) ayırıcı açar vasitəsilə generatora qoşulur.
· Bir (1) aralıq DC keçid dövrəsi, onun reaktoru elektrik şəbəkəsi və blok körpüləri arasında birləşməni təmin edir.
Təklif olunan sistemə işə salmaq üçün nəbz generatoru daxildir. Asinxron idarəetmə tamamilə gərginlik transformatorlarından istifadə edərək sinxron başlanğıc mühərrikindən alınan siqnalları emal etməklə həyata keçirilir.
Mühərrik rejimində işləyərkən generatorun rotor sarımına birbaşa cərəyan daxil olan bir sistemdən verilir:
Generatorun işləməsi üçün istifadə olunan tiristor körpüsü
· Sürüşmə halqaları və fırçalar vasitəsilə rotorun həyəcanlandırma sarımına birbaşa cərəyan verən avtomatik sistem. Fırçalar başlanğıc ardıcıllığının və ya yuma dövrünün əvvəlində üzüklərə sıxılır və ardıcıllığın və ya dövrün sonunda üzüklərin üzərinə qalxır.
Funksiyalar
Başlanğıc HRC aşağıdakı funksiyaları yerinə yetirmək üçün nəzərdə tutulmuşdur:
· Turbinin işə salınması: Dönmə qurğusu mil oxunda ilkin dönmə momentini yaradır; sonra HRC qaz turbininin şaftını özüyeriyən sürətə qədər sürətləndirir.
· Flush (kompressorun sökülməsi ilə): Bu ardıcıllıq zamanı CFC qaz turbinini aşağı sabit sürətlə fırlanır.
Təsvir və dizayn elementləri
Avadanlıqların tam dəsti açıq havada quraşdırma üçün uyğun olan kondisionerli şkafın (şkafın) içərisində quraşdırılır.
Şkafın içərisində iki fərqli avadanlıq qrupu şərti olaraq fərqləndirilə bilər:
Güc avadanlığı
Köməkçi və nəzarət avadanlığı
Gücavadanlıq
DC keçidinin hamarlaşdırıcı reaktoru və güc tiristoru modulu SFS-nin "güc" vahidləridir.
Şəbəkə/vahid güc tiristoru moduluna körpünün tiristor qolları, onların qoruyucu sistemləri, birləşmələri və ölçmə cihazları (cərəyan transformatorları, gərginlik transformatorları) daxildir.
Düzləşdirici DC keçid reaktoru adətən maksimum temperatur sensoru ilə təchiz edilmiş hava ilə soyudulmuş dəmir nüvə ilə istehsal olunur. Reaktor aralıq fasiləsiz cərəyan dövrəsində cərəyan dalğalarının məhdudlaşdırılması funksiyasını yerinə yetirir.
FSC dövrəsini və generator statorunu birləşdirmək üçün üç qütblü, motorla idarə olunan ayırıcı açar var. Ayırıcı HRC tərəfində torpaqlama cihazı ilə təchiz edilmişdir.
FSC dövrəsini FSC transformatoruna birləşdirmək üçün avadanlıq şkafının içərisində bir üç qütblü elektrik açarı quraşdırılmışdır.
Köməkçi və nəzarət avadanlığı
HFS-nin idarəetmə və mühafizə funksiyaları bölmədə nəzərdə tutulmuş bütün lazımi əmrlər, siqnallar, siqnallar, cihazlar və köməkçi sxemlərdən istifadə etməklə həyata keçirilir. Köməkçi sxemlər çeviricilərdən, nərdivan məntiqindən, PLC sxemlərindən və interfeys lövhələrindən yığılır.
Nəzarət sistemi aşağıdakı əsas funksiyaları yerinə yetirir:
Şəbəkə tərəfində sabit tezlik çeviricisi faza dəyişdiricisi
Vahid tərəfi dəyişən tezlik çeviricisi faza dəyişdiricisi (iki iş rejimində: nəbz rejimi və təbii kommutasiya rejimi)
Daxili cərəyan tənzimləyici dövrə ilə sürət tənzimləyicisi
・Dəyişən Tezlik çeviricisi Başlanğıc Bucağına Nəzarət
Əməliyyat məntiqi (PLC)
Konverter interfeysi (tiristorun açılması impuls generatoru, gərginlik və cərəyan transformatorlarından sorğu siqnalları)
Həyəcan sarğı interfeysi
· Diaqnostika və istifadəçi interfeysi.
HFS texniki xüsusiyyətləri - ümumi parametrlər
Tətbiq olunan standartlar: IEC, IEEE
Nominal başlanğıc gücü: 2250 kVt
Düzləşdirici:
Miqdar: 1
Boş vəziyyətdə giriş gərginliyi: 1550 Volt
İnverter:
Miqdar: 1
Çıxış gərginliyi: 0 - 1450 V
Hamarlaşdırıcı reaktor
Miqdar: 1
Növ: Dəmir nüvəli quru reaktor
İdarəetmə növü: Mikroprosessor
Quraşdırma növü: konteynerdə
İxtira enerji sahəsinə, xüsusən də qaz kompressor qurğularının işə salınması və təchizatı üsullarına aiddir və istənilən qaz turbin qurğularının işə salınması zamanı istifadə edilə bilər. Qaz turbinli elektrik stansiyasının işə salınma üsulu üç mərhələdən ibarətdir. Birinci və ikinci mərhələlərdə sərt şəkildə bağlanmış turbomühərrik rotorları xarici başlanğıc cihazı, məsələn, turbomühərrikin şaftına avtomatik mufta vasitəsilə sərt şəkildə bağlanmış genişləndirici ilə açılır. Turbokompressorda kompressor, turbin və yanacaq tənzimləyici klapan ilə təchiz edilmiş yanma kamerası var, başlanğıcın birinci mərhələsində qapalı, ikinci mərhələdə isə aralanır. Kompressorun və turbinin sərt birləşdirilmiş rotorlarının layihə sürətinə çatdıqda onların işəsalma qurğusundan sonradan ayrılması və yanacaq qazının axınının və təzyiqinin artırılması ilə üçüncü mərhələdə iş sürətinə gətirilməsi. Eksenel kompressorun çıxışında yanma kamerasının girişinə qoşulmuş bir relyef klapan quraşdırılmışdır. Birinci və ikinci mərhələdə qaz turbin qurğusunun işə salınması relyef klapan açıq vəziyyətdə həyata keçirilir və işəsalma qurğusunu ayırmadan əvvəl relyef klapan bağlanır. İxtira qaz turbin qurğusunun işə salınması zamanı işəsalma qurğusunun söndürüldüyü anda turbin rotorunun sürətinin sıradan çıxması və onun qarşısında temperaturun sıçraması nəticəsində yaranan güc balanssızlığını azaltmağa yönəlib. 2 xəstə.
İxtira enerji sahəsinə, daha dəqiq desək, qaz yanacaqda qaz turbin qurğularının (GTP) işə salınması və təchizatı üsullarına aiddir.
Qaz turbininin işə salınması kompressor stansiyasının işinin təşkilində ən mühüm mərhələdir. Qaz turbininin rotorlarını işə salma prosesində dinamik yüklər artmağa başlayır, qaz turbininin istiləşməsindən qovşaqlarda və hissələrdə istilik gərginlikləri yaranır. Temperaturun artması bıçaqların, disklərin xətti ölçülərinin dəyişməsinə, axın yolunda boşluqların dəyişməsinə və boru kəmərlərinin istilik genişlənməsinə səbəb olur. Rotoru ilk anda işə saldıqda, yağlama sistemində sabit bir hidravlik paz təmin edilmir. Rotorların işçi yastıqlardan quraşdırma yastıqlarına keçməsi prosesi var. Qaz turbinli kompressor gərginlik zonasında işləməyə yaxındır. Supercharger aşağı sıxılma nisbətində böyük qaz axını həyata keçirir, bu, xüsusilə resirkulyasiya boru kəmərlərində yüksək sürətə gətirib çıxarır, bu da onların titrəməsinə səbəb olur. İşə başlama prosesində, "boş qaz" rejiminə keçməzdən əvvəl, bəzi növ qaz turbinlərinin şaft xətləri təbii vibrasiya tezliyi ilə üst-üstə düşən inqilablardan keçir, yəni. rezonanslı dönüşlər vasitəsilə.
GTU-nun işə salınması başlanğıc qurğuların köməyi ilə həyata keçirilir. Qaz nasos qurğuları (GCU) üçün, əsasən təbii qazın təzyiq düşməsi ilə işləyən, ilkin olaraq təmizlənmiş və lazımi təzyiqə endirilən turbogenişləndiricilər istifadə olunur. Turbo genişləndiricilər əksər stasionar və bəzi təyyarə GPU-larında quraşdırılır. Bəzən sıxılmış hava işçi maye kimi istifadə olunur.
Turbo-genişləndiriciyə əlavə olaraq, gəmi GPU-larında istifadə olunan elektrik başlanğıcları geniş tətbiq tapdı. Bir sıra qurğular hidravlik işə salma sistemi ilə təchiz edilmişdir. Başlanğıc cihazlarının gücü GPU-nun növündən asılı olaraq GPU gücünün 0,3-3,0% -ni təşkil edir - aviasiya və ya stasionar.
Stasionar GPU-nun avtomatik işə salınması üçün tipik bir alqoritmi nəzərdən keçirək. GPU-nun işə salınması zamanı üç mərhələni ayırd etmək olar. Birinci mərhələdə eksenel kompressorun və yüksək təzyiqli turbinin rotorunun fırlanması yalnız başlanğıc qurğunun işləməsi səbəbindən baş verir.
İkinci mərhələdə turbomühərrikin rotoru turbogenişləndirici və turbin tərəfindən birgə fırlanır. 400-1000 rpm qarışığı alovlandırmaq üçün kifayət qədər turbomühərrikin sürətinə çatdıqda, alovlanma sistemi işə salınır və pilot burnerə qaz verilir. Sensor - fotorelay normal alışma siqnalı verir. Temperatur təxminən 150-200 ° C-ə çatdıqdan təxminən 1-2 dəqiqə sonra isitmənin birinci mərhələsi başa çatır, nəzarət klapan təxminən 5% açılır və 10 dəqiqə davam edən ikinci isitmə mərhələsi başlayır. Sonra qaz tənzimləyici klapanın açılması səbəbindən yüksək təzyiqli turbinin sürətində tədricən artım var. Sürət nominal dəyərin təxminən 50% -ə çatdıqda, turbin "özüyeriyən" rejimə keçir. Turboekspander debriyajı ayrıldıqda rotorun fırlanmasının ikinci mərhələsi başa çatır. Bu anda, turboşarj rotorunun sürətində nasazlığın qarşısını almaq üçün yanacaq tənzimləyici klapan 2-3% kəskin şəkildə açılır.
Üçüncü mərhələdə, turboşarj rotorunun daha da sürətlənməsi yanma kamerasına qaz tədarükünü tədricən artırmaqla baş verir. Eyni zamanda, eksenel kompressorun dalğalanma əleyhinə klapanları bağlanır, turbin qurğusu işəsalma nasoslarından aqreqatın rotorları tərəfindən idarə olunan əsas nasoslara işə keçir. (A.N. Kozaçenko. Magistral qaz kəmərlərinin kompressor stansiyalarının istismarı. - M.: Neft-qaz nəşriyyatı, 1999, s. 459).
Məlum texniki həllin çatışmazlıqları işə salınmanın ikinci mərhələsinin sonunda turbindəki yanma məhsullarının temperaturunda sıçrayışdır. Bu, turbin aqreqatlarında əhəmiyyətli istilik gərginliyinə, rotor qanadlarının radial boşluqların möhürləyici elementlərinə sürtülməsinə və nəticədə enerji resursunun və qaz turbininin səmərəliliyinin azalmasına səbəb olur.
Xarici işəsalma mühərriklərinin (elektrik mühərrikləri, buxar turbinləri, pnevmostarterlər, qaz turbin aqreqatları) köməyi ilə qaz turbininin turbokompressorunun rotorunu fırlatmaqla sərbəst güc turbinli qaz turbinini işə salmağın məlum üsulları. (Stasionar qaz turbin qurğuları: Təlimat kitabçası. / L.V.Arseniev və V.Q.Tırışkinin redaktorluğu ilə. - L.: Mashinostroyeniye, 1989, s. 376-377).
Təklif olunan ixtiraya ən yaxın texniki həll RF patenti № 2186224-ə uyğun olaraq elektrik stansiyasını işə salmaq və təchiz etmək üsuludur ki, bura turbomühərrikin və yanacaq qazı gücləndirici kompressorun sərt birləşdirilmiş rotorlarının xarici işəsalma mühərriki ilə fırlanması daxildir (birinci mərhələ). ).
Gücləndirici kompressorun və turbomühərrikin əlaqəli rotorları başlanğıc sürətinə çatdıqdan sonra yanacaq qazını idarə edən klapan açılır, yanacaq qazı yanma kamerasına verilir və alovlandırıcı ilə alovlanır. Yanma məhsulları yuxarıda qeyd olunan əlaqəli rotorları döndərərək GTU qaz turbinindən keçir. Birləşdirilmiş rotorlar fırlandıqca, "özüyeriyən" adlanan rejimə çatdıqda, turbomühərrikin və yanacaq qazı gücləndiricisinin kompressorunun sərt birləşdirilmiş rotorları dizayn sürətinə çatdıqda başlanğıc mühərrikdən ayrılır (ikinci mərhələ) , və yanacaq qaz nəzarət klapanının açılma dərəcəsi artır, bu da rotorların turboşarjının sürətini artırır. İşləmə sürətinə əlavə çıxış yanacaq qazının axını və təzyiqini artırmaqla əldə edilir (üçüncü mərhələ).
Bu texniki həll, həmçinin başlanğıc qurğusu ayrıldıqda temperaturun sıçraması ilə bağlı yuxarıda təsvir edilən çatışmazlıqlara malikdir.
İxtiranın texniki məqsədi qaz turbininin işə salınması zamanı yanacaq sərfiyyatının artması hesabına deyil, işəsalma qurğusu söndürüldükdə güc balanssızlığını azaltmağa imkan verən qaz turbin qurğusunun işə salınması metodunun işlənib hazırlanmasıdır. Bu güc balanssızlığı, qarşısında eyni vaxtda əhəmiyyətli bir temperatur sıçrayışı ilə turbin şaftının sürətinin uğursuzluğunda özünü göstərir.
Texniki nəticə ona görə əldə edilir ki, xarici işəsalma qurğusu (turbo genişletici) olan məlum cihazda avtomatik mufta vasitəsilə turbokompressorun, o cümlədən kompressorun, turbin və yanma kamerasının şaftına möhkəm bağlanır. işə salınmanın birinci mərhələsində bağlanan, ikincisində isə bir az açılan yanacaq tənzimləyici klapan, işə salınmanın üçüncü mərhələsində açılma dərəcəsinin artması ilə, alqoritmi dəyişdirmək üçün dəyişikliklər edildi. qaz turbininin işə salınması, yəni;
Eksenel kompressorun çıxışında yanma kamerasının girişinə qoşulmuş bir relyef klapan quraşdırılmışdır:
Birinci və ikinci mərhələdə qaz turbininin işə salınması relyef klapan açıq vəziyyətdə həyata keçirilir;
"Özüyeriyən" rejiminə çatdıqda, genişləndiricini söndürməzdən əvvəl relyef klapan bağlanır.
Bu vəziyyətdə görünən turbin vasitəsilə əlavə hava axını nəticəsində, genişləndirici söndürüldükdə meydana gələn güc balanssızlığı azalır, yanacaq tənzimləyici klapan (FRC) üfürüldükdə yanma kamerasından hava axınının artması. yuxarı turbo mühərrikin qarşısında temperatur sıçrayışının əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına səbəb olur.
Şəkil 1-də qaz turbininin işə salınmasının təklif olunan üsulunu həyata keçirən diaqram, Şəkil 2-də isə prototip və təklif olunan ixtiraya uyğun olaraq qaz turbininin işə salınması qrafiki göstərilir.
Dövrənin əsas elementləri bunlardır: 1 - xarici başlanğıc mühərriki (genişləndirici); 2 - debriyajın açılması; 3 - eksenel kompressor; 4 - yanacaq qazına nəzarət klapan; 5 - qaz turbinini idarə etmək; 6 - relyef klapan; 7 - yanma kamerası; 8 - güc qaz turbin; 9 - yük; 10 - avtomatik idarəetmə sistemi (ACS).
Qaz turbininin işə salınmasının təklif olunan üsulu avtomatik olaraq ACS əmrləri ilə aşağıdakı kimi həyata keçirilir. Xarici işəsalma mühərriki 1 oxlu kompressorun 3 və idarəedici qaz turbininin 5 möhkəm birləşdirilmiş vallarını ayırıcı muftadan 2 fırladır. Yanacaq qazının tənzimləyici klapan 4 bağlıdır və relyef klapan 6 açıqdır. Yanma yerindən keçən hava kamera 7 qaz genişlənməsi səbəbindən yuxarıda qeyd olunan birləşdirilmiş valları döndərərək, sürücü turbininə daxil olur. Əlaqədar rotorlar başlanğıc sürətinə çatdıqda, yanacaq tənzimləyici klapan 4 bir qədər açılır və "özüyeriyən" rejimə çatdıqda, relyef klapan bağlanır, sökmə muftası 2 başlanğıc mühərrikin 1 rotorunu avtomatik olaraq ayırır. eksenel kompressorun 3 və sürücü qaz turbininin 5 əlaqəli rotorlarından və açılma dərəcəsi yanacaq nəzarət klapanını artırır.
Nəzərdə tutulan başlanğıc metodu başlanğıc turbogenişləndiricinin istifadə edildiyi istənilən qaz turbininə tətbiq oluna bilər.
Şəkil 2-də GTK-10 qaz turbin qurğusunun işəsalma alqoritmi ilə prototipə (məlum olan) və təklif olunan alqoritmə uyğun olaraq başlanğıc xarakteristikaları göstərilir.
Şəkil 2-dəki qrafiklərin təhlilindən belə bir nəticəyə gələ bilərik ki, başlanğıc turboekspanderi söndürdükdən sonra (2600-2800 rpm sürətlə - "özüyeriyən" rejim) turbomühərrikin rotor sürətinin nasazlığı 300 rpm-dən azaldı. 50 rpm-ə qədər, yəni. 6 dəfə və yanma məhsullarının temperaturunda sıçrayış 50 ° C azaldı, yəni. iki dəfə.
Beləliklə, təklif olunan GTU işəsalma alqoritmi turbomühərrik şaftının sürətinin düşməsini və turbindəki yanma məhsullarının temperatur sıçrayışını əhəmiyyətli dərəcədə azaltmağa imkan verir ki, bu da öz növbəsində GTU resursunun artımını və yanacaq sərfiyyatının azalmasını təmin edir.
Qaz turbininin işə salınması üçün təklif olunan alqoritmin tətbiqi 2007-ci ilin iyul ayında GTNR-16 qaz kompressor qurğusunda (QCU) həyata keçirilmiş və GTK-10 qaz kompressor qurğusunda tətbiqi planlaşdırılır.
Üç mərhələdən ibarət qaz turbinli elektrik stansiyasının işə salınması üçün bir üsul, burada birinci və ikinci mərhələdə turbomühərrikin sərt birləşdirilmiş rotorları xarici başlanğıc cihazı, məsələn, avtomatik mufta vasitəsilə möhkəm birləşdirilmiş genişləndirici tərəfindən fırlanır. kompressor, turbin və yanacaqla təchiz edilmiş yanma kamerası daxil olan turbomühərrik şaftına - başlanğıcın birinci mərhələsində bağlanan və ikinci mərhələdə kompressorun və turbinin möhkəm birləşdirilmiş rotorlarını başlanğıcdan ayıran idarəetmə klapan dizayn sürətinə çatdıqda və yanacaq qazının axınının və təzyiqinin artması səbəbindən üçüncü mərhələdə onları işləmə sürətinə çatdıran cihaz, eksenel kompressorun çıxışında bir relyef klapanının quraşdırılması ilə xarakterizə olunur yanma kamerasının girişinə və birinci və ikinci mərhələdə qaz turbin qurğusunun işə salınması relyef klapan açıq vəziyyətdə həyata keçirilir və başlanğıc qurğusunu ayırmadan əvvəl relyef klapan bağlanır.
Qaz turbin qurğuları (GTP) güc turbininin və generatorun cüt-cüt işlədiyi vahid, nisbətən yığcam qurğudur. Sistem kiçik miqyaslı elektrik sənayesində geniş yayılmışdır. Böyük müəssisələrin, ucqar yaşayış məntəqələrinin və digər istehlakçıların elektrik və istilik təchizatı üçün əladır. Bir qayda olaraq, qaz turbinləri maye yanacaq və ya qazla işləyir.
Tərəqqinin qabaqcıl kənarında
Elektrik stansiyalarının enerji tutumunun artırılmasında aparıcı rol qaz turbin aqreqatlarına və onların sonrakı təkamülünə - kombinə edilmiş dövrəli stansiyalara (CCGT) verilir. Belə ki, ABŞ-ın elektrik stansiyalarında 1990-cı illərin əvvəllərindən istismara verilmiş və modernləşdirilmiş güclərin 60%-dən çoxu artıq qaz turbinləri və kombinə edilmiş dövrə qurğuları olub, bəzi ölkələrdə isə onların payı bəzi illərdə 90%-ə çatıb.
Sadə GTU-lar da çoxlu sayda tikilir. Qaz turbin qurğusu - mobil, işləmək üçün qənaətcil və asan təmir - pik yükləri əhatə etmək üçün optimal həll olduğunu sübut etdi. Əsrin əvvəlində (1999-2000-ci illər) qaz turbin stansiyalarının ümumi gücü 120.000 MVt-a çatdı. Müqayisə üçün: 1980-ci illərdə bu tip sistemlərin ümumi gücü 8000-10000 MVt idi. Qaz turbinlərinin əhəmiyyətli bir hissəsi (60% -dən çoxu) orta gücü təxminən 350 MVt olan böyük ikili birləşdirilmiş dövrəli stansiyaların bir hissəsi kimi istismar üçün nəzərdə tutulmuşdur.
Tarixi istinad
Ölkəmizdə 60-cı illərin əvvəllərində kombinə edilmiş dövriyyə texnologiyalarından istifadənin nəzəri əsasları kifayət qədər ətraflı öyrənilmişdir. Artıq o dövrdə aydın oldu ki, istilik energetikasının inkişafının ümumi yolu birləşmiş dövr texnologiyaları ilə dəqiq bağlıdır. Lakin onların uğurla həyata keçirilməsi üçün etibarlı və yüksək səmərəli qaz turbin qurğuları tələb olunurdu.
İstilik energetikasında müasir keyfiyyət sıçrayışını şərtləndirən qaz turbinlərinin tikintisində mühüm irəliləyişdir. Komanda iqtisadiyyatında yerli aparıcı təşkilatların ən az perspektivli buxar turbin texnologiyalarını (STP) təşviq etdiyi bir vaxtda bir sıra xarici firmalar səmərəli stasionar qaz turbinlərinin yaradılması problemini uğurla həll etdilər.
Əgər 60-cı illərdə qaz turbin qurğuları 24-32% səviyyəsində idisə, 80-ci illərin sonlarında ən yaxşı stasionar qaz turbinli elektrik stansiyalarında artıq 36-37% səmərəlilik əmsalı (muxtar istifadədə) var idi. Bu, onların əsasında səmərəliliyi 50% -ə çatan CCGT-lər yaratmağa imkan verdi. Yeni əsrin əvvəllərində bu göstərici 40%, birləşmiş dövrəli qurğularla birlikdə - hətta 60% -ə bərabər idi.
Buxar turbinləri və kombinə edilmiş dövrəli qurğuların müqayisəsi
Qaz turbinlərinə əsaslanan birləşmiş dövrəli qurğularda 65% və ya daha çox səmərəlilik əldə etmək dərhal və real perspektiv idi. Eyni zamanda, buxar turbin qurğuları üçün (SSRİ-də hazırlanmışdır) yalnız superkritik buxarın yaradılması və istifadəsi ilə bağlı bir sıra mürəkkəb elmi problemlər uğurla həll olunarsa, 46-dan çox olmayan səmərəliliyə ümid etmək olar. 49%. Beləliklə, səmərəlilik baxımından buxar turbin sistemləri birləşmiş dövrə sistemlərindən ümidsiz dərəcədə aşağıdır.
Buxar turbinli elektrik stansiyaları da dəyəri və tikinti müddəti baxımından əhəmiyyətli dərəcədə aşağıdır. 2005-ci ildə dünya enerji bazarında gücü 200 MVt və ya daha çox olan CCGT qurğusunun 1 kVt-ın qiyməti 500-600 dollar/kVt təşkil edirdi. Daha kiçik gücə malik CCGT-lər üçün qiymət 600-900 dollar/kVt arasında idi. Güclü qaz turbin qurğuları 200-250 $/kVt dəyərlərinə uyğundur. Vahid gücünün azalması ilə onların qiyməti artır, lakin adətən 500 dollar / kVt-dan çox deyil. Bu dəyərlər buxar turbin sistemlərində bir kilovat elektrik enerjisinin qiymətindən bir neçə dəfə azdır. Məsələn, kondensasiya buxar turbin elektrik stansiyaları üçün quraşdırılmış kilovatın qiyməti 2000-3000 $/kVt arasında dəyişir.
Quraşdırma üç əsas blokdan ibarətdir: yanma kamerası və hava kompressoru. Üstəlik, bütün bölmələr prefabrik tək binada yerləşir. Kompressor və turbin rotorları bir-birinə möhkəm bağlanır, rulmanlarla dəstəklənir.
Yanma kameraları (məsələn, 14 ədəd) kompressorun ətrafında yerləşdirilir, hər biri öz ayrı korpusundadır. Giriş borusu hava kompressoruna daxil olmaq üçün istifadə olunur və hava qaz turbinini egzoz borusu vasitəsilə tərk edir. Qaz turbininin gövdəsi simmetrik olaraq bir çərçivəyə yerləşdirilmiş güclü dayaqlara əsaslanır.
Əməliyyat prinsipi
Əksər qaz turbin qurğuları davamlı yanma və ya açıq dövr prinsipindən istifadə edir:
- Birincisi, işçi maye (hava) müvafiq kompressor tərəfindən atmosfer təzyiqində vurulur.
- Sonra, hava daha yüksək bir təzyiqə sıxılır və yanma kamerasına göndərilir.
- Sabit bir təzyiqdə yanan, daimi istilik təchizatı təmin edən yanacaqla təmin edilir. Yanacağın yanması səbəbindən işçi mayenin temperaturu artır.
- Bundan əlavə, işçi maye (indi artıq hava və yanma məhsullarının qarışığı olan bir qazdır) qaz turbininə daxil olur, burada atmosfer təzyiqinə qədər genişlənərək faydalı işlər görür (elektrik istehsal edən turbini çevirir).
- Turbindən sonra qazlar atmosferə axıdılır, bunun vasitəsilə iş dövrü bağlanır.
- Turbin və kompressorun işləməsi arasındakı fərq, turbin və kompressor ilə ümumi bir şaftda yerləşən elektrik generatoru tərəfindən qəbul edilir.
Fasiləli yanma qurğuları
Əvvəlki dizayndan fərqli olaraq, aralıq yanma qurğuları bir əvəzinə iki klapan istifadə edir.
- Kompressor, ikinci klapan bağlı olduğu halda birinci klapan vasitəsilə havanı yanma kamerasına daxil edir.
- Yanma kamerasındakı təzyiq yüksəldikdə, birinci klapan bağlanır. Nəticədə kameranın həcmi bağlanır.
- Vanalar bağlandıqda, yanacaq kamerada yandırılır, təbii olaraq onun yanması sabit bir həcmdə baş verir. Nəticədə işçi mayenin təzyiqi daha da artır.
- Sonra ikinci klapan açılır və işçi maye qaz turbininə daxil olur. Bu zaman turbinin qarşısında təzyiq tədricən azalacaq. Atmosferə yaxınlaşdıqda, ikinci klapan bağlanmalı, birincisi açılmalı və hərəkətlərin ardıcıllığı təkrarlanmalıdır.
Bu və ya digər termodinamik dövrün praktiki həyata keçirilməsinə müraciət edərək, dizaynerlər bir çox keçilməz texniki maneələrlə üzləşməli olurlar. Ən xarakterik nümunə: buxarın rütubəti 8-12% -dən çox olduqda, axın yolunda itkilər kəskin şəkildə artır, dinamik yüklər artır və eroziya baş verir. Bu, son nəticədə turbinin axın yolunun məhvinə gətirib çıxarır.
Enerji sektorunda (iş əldə etmək üçün) bu məhdudiyyətlər nəticəsində indiyə qədər yalnız iki əsas termodinamik Rankine dövrü və Brayton dövrü geniş istifadə olunur. Əksər elektrik stansiyaları bu dövrlərin elementlərinin kombinasiyası əsasında qurulur.
Rankine dövrü, dövrün həyata keçirilməsi prosesində buxar elektrik stansiyalarını belə bir dövrədə yerinə yetirən işçi mayelər üçün istifadə olunur. Real şəraitdə qatılaşdırıla bilməyən və qazlar dediyimiz işçi mayelər üçün Brayton dövrü istifadə olunur. Qaz turbin qurğuları və daxili yanma mühərrikləri bu dövrəyə uyğun işləyir.
İstifadə olunan yanacaq
Qaz turbinlərinin böyük əksəriyyəti təbii qazla işləmək üçün nəzərdə tutulub. Bəzən maye yanacaq aşağı güc sistemlərində istifadə olunur (daha az - orta, çox nadir hallarda - yüksək güc). Yeni bir tendensiya kompakt qaz turbin sistemlərinin bərk yanan materialların (kömür, daha az torf və ağac) istifadəsinə keçməsidir. Bu tendensiyalar qazın kimya sənayesi üçün qiymətli texnoloji xammal olması ilə əlaqədardır, burada ondan istifadə enerji sektorundan çox vaxt daha sərfəlidir. Bərk yanacaqla səmərəli işləməyə qadir olan qaz turbin qurğularının istehsalı fəal surətdə sürətlənir.
Daxili yanma mühərriki ilə qaz turbininin fərqi
Qaz turbin kompleksləri arasındakı əsas fərq aşağıdakı kimidir. Daxili yanma mühərrikində havanın sıxılması, yanacağın yanması və yanma məhsullarının genişlənməsi prosesləri mühərrik silindri adlanan vahid struktur elementi daxilində baş verir. Qaz turbinlərində bu proseslər ayrı-ayrı struktur bölmələrə ayrılır:
- sıxılma kompressorda aparılır;
- xüsusi kamerada müvafiq olaraq yanacağın yanması;
- genişləndirilməsi qaz turbinində həyata keçirilir.
Nəticədə, struktur olaraq, qaz turbinləri və daxili yanma mühərrikləri oxşar termodinamik dövrlərə uyğun fəaliyyət göstərsələr də, az oxşarlığa malikdirlər.
Nəticə
Kiçik həcmli elektrik istehsalının inkişafı və onun səmərəliliyinin artması ilə GTP və STP sistemləri dünyanın ümumi enerji sistemində artan paya malikdir. Müvafiq olaraq, qaz turbin qurğularının operatoru getdikcə daha çox tələb olunur. Qərb tərəfdaşlarının ardınca bir sıra rus istehsalçıları sərfəli qaz turbin aqreqatlarının istehsalını mənimsəmişlər. Rusiya Federasiyasında ilk yeni nəsil kombinə edilmiş elektrik stansiyası Sankt-Peterburqdakı Severo-Zapadnaya İES oldu.
Müstəqil işə başlamaq üçün GTU turbomühərrikinə müəyyən bir fırlanma sürəti verilməlidir. Bu, turbomühərrikin rotorunu sürətləndirən bir növ başlanğıc mühərrikdən istifadə etməklə əldə edilir. 2700-2900 rpm-dən başlayan prosesdə yanacaq tədarükü açılır və yanacaq 2900-3200 rpm-də alovlanır. Yanacağın alovlanmasından sonra alov söndürülür və kameralarda yanma davamlı olaraq saxlanılır. Qazın temperaturu yüksəldikcə və dövrələrin sayı artdıqca turbinin yaratdığı güc artır və müvafiq olaraq başlanğıc mühərrikin gücü azalır. Təxminən 5600 rpm-ə çatdıqdan sonra başlanğıc söndürülür və turbomühərrik müstəqil işləyir, burada turbin gücü kompressorun istehlak etdiyi gücü tam təmin edir.
Asinxron üç fazalı AC mühərrikləri sürətdən asılı olaraq fırlanma momentinin dəyişməsinin əlverişsiz xarakteristikasına malikdir, buna görə də onların quraşdırılmış gücü işə salınma dövründə turbomühərrikin istehlak etdiyi gücdən yüksək olmalıdır. Faza halqaları olan AC mühərrikləri ən yaxşı başlanğıc xüsusiyyətlərinə malikdir. İnduksiya mühərrikinin gücünün azaldılması mühərrik və turbomühərrik arasında davamlı dəyişən ötürücüdən istifadə etməklə əldə edilə bilər. Davamlı dəyişən ötürücü hidravlik və ya müsbət yerdəyişmə nasosları və hidravlik mühərrikləri və ya maye muftaları və hidrodinamik transformatorları ilə ola bilər.
Ağır rotorlu çox böyük qaz turbinlərində AC başlanğıc mühərriklərinin gücü və ölçüləri qəbuledilməz dəyərlərə çatır, bunun nəticəsində işə salmaq üçün daha əlverişli xüsusiyyətlərə malik DC mühərriklərindən istifadə etmək lazımdır. Bir qayda olaraq, stansiyalarda yüksək güclü birbaşa cərəyan mənbələri yoxdur, buna görə də belə hallarda işəsalma sisteminə alternativ cərəyanı birbaşa cərəyana çevirən ayrıca generator-motor bloku daxildir. Belə bir sistemin əlavə üstünlüyü, elektrik sisteminin icazə verilən gücü daxilində istənilən sürətlə turbomühərriklərin uzun müddət işləmə ehtimalıdır ki, bu da quraşdırmanın prototipini tənzimləyərkən və təmirdən sonra turbosetləri dinləyərkən çox qiymətlidir.
Başlanğıc mühərriklərinin ölçüsünü azaltmaq üçün adətən onların əhəmiyyətli dərəcədə yüklənməsini təmin edirlər. Buna görə, başlanğıc mühərriklərin qəbuledilməz həddindən artıq istiləşməsinin qarşısını almaq üçün, uğursuz başlanğıclar halında ardıcıl başlanğıcların sayı adətən üç ilə məhdudlaşır; sonra işə başlamazdan əvvəl onları 20-30 dəqiqə sərinləmək lazımdır.
Başlanğıc mühərrikinin işləmə sürəti, GTP-nin müstəqil işləməyə başladığı anda kompressor şaftının dövrələrinin sayına uyğundur, buna görə də başlanğıc mühərrikinin sürətinin qəbuledilməz dərəcədə çoxalmasının qarşısını almaq üçün, kompressor şaftının dövrələrinin sayına uyğundur, buna görə də başlanğıc mühərrikinin sürətinin yolverilməz bir şəkildə həddindən artıq olmasının qarşısını almaq üçün kompressor tipli ayırıcı debriyajlar quraşdırılmışdır. o və GTU.
Elektrik başlanğıcı AC 380 V, 50 Hz ilə işləyir. Sabit sürətə malik asinxron mühərrik və ya BDPT-1966 sinxron mühərriki istifadə olunur.
GPU-nun işə salınması kompressor stansiyasının işinin təşkilində ən vacib mərhələdir. Bunun səbəbi, GPU-nun işə salınması zamanı həm qurğunun özünün, həm də kompressor stansiyasının köməkçi sistemlərinin çox sayda sistemlərinin eyni vaxtda istifadəyə verilməsidir, hazırlanması və düzgün qurulması bu işə salınmanın nə qədər etibarlı olduğunu müəyyən edir. həyata keçirilir.
GTP rotorlarının işə salınması prosesində dinamik yüklər böyüməyə başlayır, GTP-nin həddindən artıq istiləşməsindən qovşaqlarda və hissələrdə termal gərginliklər yaranır. İstilik vəziyyətinin artması bıçaqların, disklərin xətti ölçülərinin dəyişməsinə, axın yolundakı boşluqların dəyişməsinə və boru kəmərlərinin istilik genişlənməsinə səbəb olur. Rotoru ilk anda işə saldıqda, yağlama sistemində sabit bir hidravlik paz təmin edilmir. Rotorların işçi yastıqlardan quraşdırma yastıqlarına keçməsi prosesi var. GPU kompressoru gərginlik zonasında işləməyə yaxındır. Üfləyici aşağı sıxılma nisbətində böyük bir qaz axını həyata keçirir, bu, xüsusilə resirkulyasiya boru kəmərləri üçün yüksək sürətə gətirib çıxarır və onların titrəməsinə səbəb olur.
GPU başlanğıc cihazlardan istifadə etməyə başladı. Əsas qurğular kimi turbo-genişləndiricilərdən istifadə olunur, onlar əsasən təbii qazın təzyiqi hesabına işləyir, ilkin olaraq təmizlənir və lazımi təzyiqə endirilir.
Başlanğıc qurğusunun və yanacaq qazının bağlanması sxemi Şəkil 6.9-da göstərilmişdir
.
düyü. 6.9 Yanacaq və başlanğıc qaz sisteminin sxematik diaqramı:
TG - yanacaq qazı; PG - başlanğıc qaz; VZK - hava qəbulu kamerası;
TD - turbo genişləndirici; OK - eksenel kompressor; CS - yanma kamerası;
HPT - yüksək təzyiqli turbin; LPT - aşağı təzyiqli turbin;
H - kompressor; REG - regenerator; RK - idarəetmə klapan
GPU-nun işə salınması bir neçə mərhələni əhatə edir.
Birinci mərhələ- hazırlıq, xarici obyektləri istisna etmək üçün avadanlıqların xarici müayinəsi aparıldıqda, vibrasiyaya məruz qalan avadanlığın bərkidilməsi yoxlanılır, klapanların vəziyyəti yoxlanılır: klapanlar 1, 2, 4, 6 bağlıdır, klapan 5 açıq, turbogenişləndiricinin başlanğıc qaz təchizatı xətlərindəki klapanlar bağlanır və yanacaq qazı yanma kamerasına daxil olur.
İkinci mərhələ- imitasiya ilə qaz kompressor qurğusunun mühafizəsi və siqnalizasiyası yoxlanılır. Bu halda qorumalar iki qrupa bölünür: ÇNL-nin mühafizəsi və GPU-nun mühafizəsi.
ÇNL mühafizəsi- bu, sexin qazla çirklənmədən, yanğından, stansiyanın çıxışında təzyiqdən mühafizəsi, marşrutda fövqəladə hallardan mühafizə, MQP-nin girişində qazın temperaturunun mühafizəsi və s.
GPU qorunması- bu, yağ sistemlərində yağ təzyiqinin qorunmasıdır (ən azı
0,2 kq/sm2), yanma kamerasında alov söndürmə mühafizəsi, genişləndirici şaftın həddindən artıq sürətindən qorunma, HPT, LPT, podşipniklərin temperaturunun qorunması, vibrasiyadan qorunma və s.
Üçüncü mərhələ– GPU-nun birbaşa işə salınması.
Tam təzyiqli super yükləyici ilə stasionar GPU-nun işə salınması üçün tipik bir alqoritmi nəzərdən keçirin. Birinci mərhələdə eksenel kompressorun və yüksək təzyiqli turbinin rotorunun fırlanması yalnız başlanğıc qurğunun işləməsi səbəbindən baş verir və alqoritmin özü aşağıdakı kimi davam edir. "Başlat" düyməsini basdıqdan sonra başlanğıc yağ-sürtgü nasosu və yağ möhürləyici nasos işə salınır. 4 nömrəli klapan açılır və 5 nömrəli klapan açıq olduqda üfleyici dövrə 15-20 saniyə ərzində təmizlənir. 5 nömrəli klapan bağlandıqdan və kompressordakı təzyiq 0,1 MPa diferensial qədər yüksəldikdən sonra 1 nömrəli klapanda 1 nömrəli klapan açılır, 4 nömrəli klapan bağlanır və 6 nömrəli məcmu klapan açılır. Bu halda, kompressor dövrəsi doldurulur və belə bir başlanğıc doldurulmuş kontur ilə GPU-nun işə salınması adlanır.
Bundan sonra, maneə qurğusu işə salınır, turbogenişləndiricinin dişlisi işə salınır, 13 nömrəli hidravlik klapan açılır.Sonra 11 nömrəli klapan açılır, 10 nömrəli klapan bağlanır və maneə qurğusu söndürülür. Bölmə turbo genişləndiricidən fırlanmağa başlayır.
Təşviqin birinci mərhələsi 12 nömrəli kranın açılması və 9 nömrəli kranın bağlanması ilə başa çatır.
İkinci mərhələdə rotorların fırlanması turbogenişləndirici və turbinlə birlikdə həyata keçirilir. Turbomühərrikin sürəti 400÷1000 rpm-ə çatdıqda alışma sistemi işə salınır və klapan açılır, yanma kamerasının alışma qurğusuna qaz verilir. Alovlandıqdan sonra 2-3 saniyədən sonra 14 nömrəli klapan açılır və qaz pilot burnerə verilir. 1-3 dəqiqədən sonra. temperatur ~ 150-200 °C-ə çatdıqdan sonra isitmənin birinci mərhələsi başa çatır, nəzarət klapan RK 1,5-2 mm açılır və ~ 40 s davam edən ikinci istilik mərhələsi başlayır. Sonra RK tənzimləyici klapanın açılması hesabına yüksək təzyiqli turbinin sürətinin tədricən artması müşahidə olunur. Sürət nominal dəyərin ~ 40÷45%-ə çatdıqda turbin rejimə keçir. 13 və 11 nömrəli klapanlar bağlıdır, 10 nömrəli klapan açılır.Turbogenişləndirici muftası ayrıldıqda rotorun fırlanmasının ikinci mərhələsi başa çatır.
Üçüncü mərhələdə, turboşarj rotorunun daha da sürətlənməsi yanma kamerasına qaz tədarükünü tədricən artırmaqla baş verir. Eyni zamanda, eksenel kompressorun dalğalanma əleyhinə klapanları bağlanır, turbin qurğusu işə salınan yağ nasoslarından artıq qurğunun rotorları tərəfindən idarə olunan əsas nasoslara keçir.
Sürət emalatxananın digər kompressorlarının sürətinə bərabər olan dəyərə yüksəldikdə 2 nömrəli klapan açılır və 6 nömrəli aqreqat klapan bağlandıqda “Aqreqat işləyir” displeyini açılır.
Vahid işə salınmamalıdır:
GPU-da hər hansı, ən azı bir qorunma nasazlığı halında;
Qurğunun natamam yığılmış hissələri və boru kəmərləri ilə;
Filtrlər arasında artan yağ düşməsi, pis yağ keyfiyyəti, yağlama yağı və sızdırmazlıq yağının sızması ilə;
Qaz kompressor qurğusunda aşkar edilmiş nasazlıqlar təmirə çıxarılmazdan əvvəl aradan qaldırılmadıqda;
Məcburi və qəzalı dayanmalarda dayanmanın səbəbi aradan qaldırılana qədər;
Yanğınsöndürmə sisteminin nasazlığı və qazın çirklənməsinə nəzarət, habelə qaz kanallarının və hava kanallarının yağlanmış sahələri aşkar edildikdə.