GAS TURBINE UNITS (GTU)
Proseso ng trabaho sa GTU. Ang mga modernong planta ng gas turbine ay gumagamit ng cycle na may pagkasunog sa p = const (Larawan 6.5).
Ang yunit ng gas turbine ay karaniwang may kasamang combustion chamber, isang gas turbine, isang air compressor, at mga heat exchanger. para sa iba't ibang layunin(air cooler, oil cooler ng lubrication system, regenerative heat exchanger) at auxiliary device (oil pump, water supply elements, atbp.).
Ang gumaganang likido ng gas turbine ay ang mga produkto ng pagkasunog ng gasolina, na ginagamit bilang natural na gas, mahusay na nalinis na mga artipisyal na gas (blast furnace, coke, generator) at espesyal na gas turbine likidong gasolina(ginagamot na diesel engine at solar oil).
Ang pinaghalong nagtatrabaho ay inihanda sa silid ng pagkasunog. Ang dami ng apoy ng kamara (Larawan 20.9) ay nahahati sa isang combustion zone, kung saan ang fuel combustion ay nangyayari sa temperatura na humigit-kumulang 2000 ° C, at isang mixing zone, kung saan ang hangin ay halo-halong mga produkto ng combustion upang mabawasan ang kanilang temperatura sa 750 -1090 ° C sa mga nakatigil na turbine at hanggang 1400 °C - sa mga turbine ng sasakyang panghimpapawid.
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng gas at steam turbines ay pareho, ngunit ang disenyo ng daloy ng landas ng gas turbines ay mas simple. Gumagana sila sa isang medyo maliit na magagamit na pagbaba ng init at samakatuwid ay may isang maliit na bilang ng mga yugto.
Dahil sa mataas na temperatura ng mga produkto ng pagkasunog, ang mga bahagi ng daloy ng turbine (mga nozzle, rotor blades, disk, shaft) ay ginawa mula sa mataas na kalidad na mga bakal na haluang metal. Para sa maaasahang operasyon, karamihan sa mga turbine ay binibigyan ng masinsinang paglamig ng pinakamaraming load na bahagi ng housing at rotor.
SA tunay na kondisyon lahat ng mga proseso sa isang planta ng gas turbine ay nonequilibrium, na nauugnay sa mga pagkalugi sa trabaho sa turbine at compressor, pati na rin sa aerodynamic resistance sa landas ng planta ng gas turbine. Sa Fig. 20.10, ang aktwal na proseso ng compression sa compressor ay inilalarawan ng linya 1-2, at ang proseso ng pagpapalawak sa turbine sa linya 3-4. Ang mga puntos 2a at 4a ay minarkahan ang estado ng gumaganang likido, ayon sa pagkakabanggit, sa dulo ng equilibrium adiabatic compression at pagpapalawak, punto O - mga parameter ng kapaligiran. Dahil sa pagkawala ng presyon sa compressor suction path (linya 01), ang proseso ng compression ay magsisimula sa punto 1.
Kaya, maraming trabaho ang ginugol sa pag-compress ng hangin sa isang tunay na cycle, at kapag nagpapalawak ng gas sa isang turbine, mas kaunting trabaho ang nakukuha kumpara sa isang perpektong cycle. Ang kahusayan ng ikot ay mas mababa. Kung mas malaki ang antas ng pagtaas ng presyon π (ibig sabihin, mas mataas ang p 2), mas malaki ang kabuuan ng mga pagkalugi na ito kumpara sa kapaki-pakinabang na gawain. Sa isang tiyak na halaga ng π (mas mataas ito, mas malaki ang T 3 at ang panloob na kamag-anak na kahusayan ng turbine at compressor, ibig sabihin, mas mababa ang mga pagkalugi sa kanila), ang gawain ng turbine ay maaaring maging katumbas ng trabaho na ginugol sa pagmamaneho ng compressor, at kapaki-pakinabang na gawain- zero.
Samakatuwid, ang pinakadakilang kahusayan ng isang tunay na cycle, sa kaibahan sa isang perpektong isa, ay nakakamit sa isang tiyak (pinakamainam) na antas ng pagtaas ng presyon, at ang bawat halaga ng Tz ay may sariling π opt (Larawan 20.11). Ang kahusayan ng pinakasimpleng gas turbines ay hindi lalampas sa 14-18%, at upang madagdagan ito, ang mga gas turbine ay ginawa na may ilang mga yugto ng supply ng init at intermediate na paglamig ng naka-compress na hangin, pati na rin sa regenerative na pag-init ng naka-compress na hangin. sa pamamagitan ng mga tambutso na gas pagkatapos ng turbine, sa gayon ay inilalapit ang totoong cycle sa Carnot cycle.
GTU na may pagbawi ng init mula sa mga flue gas. Ang init ng mga gas na umaalis sa gas turbine unit ay maaaring gamitin upang makagawa ng singaw at mainit na tubig sa mga maginoo na heat exchanger. Kaya, ang mga pag-install ng GT-25-700 LMZ ay nilagyan ng mga heater na nagpapainit ng tubig sa sistema ng pag-init sa 150-160 °C.
At the same time, comparatively mataas na lebel Ang koepisyent ng labis na hangin sa gas turbine ay nagbibigay-daan sa sapat na pagsunog malaking bilang ng karagdagang gasolina sa kapaligiran ng mga produkto ng pagkasunog. Bilang resulta, ang mga gas na may sapat na mataas na temperatura ay lumalabas sa karagdagang combustion chamber pagkatapos ng gas turbine, na angkop para sa paggawa ng singaw na may mga parameter ng enerhiya sa isang steam generator na espesyal na naka-install para sa layuning ito. Sa Karmanovskaya State District Power Plant, isang boiler para sa isang yunit na may de-koryenteng kapasidad na 500 MW ay itinatayo ayon sa pamamaraang ito.
Application ng mga yunit ng gas turbine. Sa mga nagdaang taon, ang mga yunit ng gas turbine ay malawakang ginagamit sa iba't ibang larangan: sa transportasyon, sa sektor ng enerhiya, para sa pagmamaneho ng mga nakatigil na pag-install, atbp.
Mga yunit ng power gas turbine. Ang isang gas turbine ay mas maliit at mas magaan kaysa sa isang steam turbine, kaya sa pagsisimula ay mas mabilis itong uminit sa operating temperature. Ang silid ng pagkasunog ay pinaandar halos kaagad, hindi tulad ng isang steam boiler, na nangangailangan ng mabagal na pangmatagalang (maraming oras o kahit sampu-sampung oras) na pag-init upang maiwasan ang isang aksidente dahil sa hindi pantay na pagpapalawak ng thermal, lalo na ang isang napakalaking drum na may isang diameter ng hanggang sa 1.5 m, isang haba ng hanggang sa 15 m, na may kapal ng pader sa itaas 100 mm.
Samakatuwid, ang mga yunit ng gas turbine ay pangunahing ginagamit upang masakop ang mga peak load at bilang isang emergency na reserba para sa sariling mga pangangailangan ng malalaking sistema ng kuryente, kapag ang yunit ay kailangang maisagawa nang napakabilis. Ang mas mababang kahusayan ng yunit ng gas turbine kumpara sa PSU ay hindi gumaganap ng isang papel sa kasong ito, dahil ang mga pag-install ay nagpapatakbo para sa maikling panahon. Ang nasabing mga planta ng gas turbine ay nailalarawan sa pamamagitan ng madalas na pagsisimula (hanggang sa 1000 bawat taon) na may medyo maliit na bilang ng mga oras ng paggamit (mula 100 hanggang 1500 na oras/taon). Ang saklaw ng mga kapasidad ng yunit ng naturang mga gas turbine ay mula 1 hanggang 100 MW.
Ginagamit din ang mga gas turbine upang magmaneho ng electric generator at makabuo ng kuryente sa mga mobile installation (halimbawa, sa mga sasakyang-dagat). Ang ganitong mga gas turbine ay karaniwang gumagana sa hanay ng load na 30-110% ng rated load, na may madalas na pagsisimula at paghinto. Ang mga kapasidad ng yunit ng naturang mga gas turbine ay mula sa sampu-sampung kilowatts hanggang 10 MW. Mabilis na pag-unlad Ang mga nuclear power plant na may mga reactor na pinalamig, halimbawa, sa pamamagitan ng helium, ay nagbubukas ng posibilidad na gumamit ng single-circuit gas turbine unit na tumatakbo sa kanila saradong loop(ang gumaganang likido ay hindi umaalis sa pag-install).
Ang isang partikular na grupo ng mga power gas turbines ay binubuo ng mga instalasyon na nagpapatakbo sa mga teknolohikal na pamamaraan ng kemikal, pagdadalisay ng langis, metalurhiko at iba pang mga halaman (teknolohiya ng enerhiya). Gumagana ang mga ito sa basic load mode at kadalasang idinisenyo upang magmaneho ng compressor na nagbibigay ng teknolohikal na proseso ng naka-compress na hangin o gas gamit ang expansion energy ng mga gas na nabuo bilang resulta ng mismong proseso. teknolohikal na proseso.
Ang mga drive gas turbine ay malawakang ginagamit upang magmaneho ng mga centrifugal natural gas supercharger sa mga istasyon ng compressor ng mga pangunahing pipeline, pati na rin ang mga bomba para sa pagdadala ng mga produktong langis at petrolyo at mga blower sa pinagsamang cycle na mga halaman. Ang kapaki-pakinabang na kapangyarihan ng naturang mga gas turbine ay mula 2 hanggang 30 MW.
Ang mga transport gas turbine ay malawakang ginagamit bilang pangunahing at afterburner na makina para sa mga sasakyang panghimpapawid (turbojet at turboprop) at mga sasakyang pandagat. Ito ay dahil sa posibilidad na makamit ang pagganap ng record sa mga tuntunin ng tiyak na kapangyarihan at pangkalahatang mga sukat kumpara sa iba pang mga uri ng mga makina, sa kabila ng bahagyang mas mataas na pagkonsumo ng gasolina. Ang mga gas turbine ay napaka-promising bilang mga makina ng lokomotibo, kung saan ang kanilang maliliit na sukat at kakulangan ng pangangailangan ng tubig ay lalong mahalaga. Ang mga transport gas turbine ay gumagana sa malawak na hanay ng mga load at angkop para sa panandaliang pagpapalakas.
Ang kapangyarihan ng yunit ng isang gas turbine unit ay hindi pa lalampas sa 100 MW, at ang kahusayan ng pag-install ay 27-37%. Sa pagtaas ng paunang temperatura ng gas sa 1200 °C, ang kapangyarihan ng gas turbine unit ay tataas sa 200 MW at ang kahusayan ng pag-install ay tataas sa 38-40%.
Gas turbine ay isang makina na pinagsasama ang mga pakinabang ng isang steam turbine at isang panloob na combustion engine. Hindi tulad ng isang steam turbine, ang gumaganang likido dito ay hindi singaw mula sa mga boiler, ngunit ang mga gas na nabuo sa panahon ng pagkasunog ng gasolina sa mga espesyal na silid. Hindi tulad ng isang panloob na engine ng pagkasunog, ang enerhiya ng gumaganang likido ay na-convert sa mekanikal na enerhiya ng pag-ikot ng baras hindi bilang isang resulta ng reciprocating paggalaw ng piston sa silindro, ngunit sa pamamagitan ng pag-ikot ng turbine wheel sa ilalim ng pagkilos ng isang mataas na- bilis ng daloy ng mga gas na dumadaloy mula sa nozzle.
Ang isang gas turbine, tulad ng isang steam turbine, ay isang hindi nababaligtad na mekanismo; samakatuwid, para sa baligtad sa mga pag-install ng gas turbine, kinakailangan na magbigay ng isang reverse turbine o ilang iba pang aparato, halimbawa isang controlled pitch propeller (CPG).
planta ng gas turbine(GTU) ay binubuo ng mga sumusunod na pangunahing bahagi: gas turbine, kung saan thermal energy ang mga mainit na gas ay na-convert sa mekanikal; air compressor, pagsuso at pag-compress ng hangin na kinakailangan para sa pagsunog ng gasolina; mga silid ng pagkasunog(gas generator), kung saan ang atomized liquid fuel ay halo-halong hangin at sinunog, na bumubuo ng gumaganang likido - mainit na gas; mga pipeline para sa pagbibigay ng hangin sa generator ng gas, pagbibigay ng mga gas mula sa generator patungo sa gas turbine at paglabas ng mga maubos na gas sa kapaligiran; mga kagamitan sa pag-recycle, tinitiyak ang paggamit ng init mula sa mga maubos na gas.
kanin. 124. Pangkalahatang anyo(a) at diagram ng isang gas turbine unit na may combustion chamber (b) (power 4040 kW).
1 - tagapiga mababang presyon; 2 - pampainit ng hangin; 3 - teatro; 4 - mataas na presyon ng tagapiga; 5 - panimulang turbine; 6 - silid ng pagkasunog; 7 - nguso ng gripo; 8 - TND;
9 - palamig ng hangin; 10 - gearbox
Bilang karagdagan, kasama sa GTU sistema ng gasolina at langis, pagbibigay ng gasolina sa combustion chamber at langis sa turbine bearings at paghahatid ng gear, pati na rin ang isang small-power starting steam turbine na gumagamit ng steam mula sa auxiliary boiler.
Ang disenyo ng isang gas turbine ay katulad ng isang steam turbine. Ngunit ang isang gas turbine ay nakakaranas ng mas mataas na pag-load ng temperatura: ang gumaganang mga blades nito ay nagpapatakbo sa temperatura ng mga mainit na gas (650-850°), habang ang temperatura ng gumaganang singaw ay 400-500°. Ito ay makabuluhang binabawasan ang buhay ng serbisyo ng gas turbine. Depende sa pinagtibay na paraan ng air compression at pagbuo ng mga mainit na gas, ang pagkakaiba ay ginawa sa pagitan ng mga gas turbine na may combustion chamber at gas turbines na may free-piston gas generators (SPGG).
Sa isang gas turbine unit na may combustion chamber (Fig. 124), ang hangin sa labas ay sinisipsip ng isang low-pressure centrifugal compressor at ibinibigay sa pamamagitan ng air cooler sa high-load compressor: pressure, at mula doon sa pamamagitan ng air heater papunta sa ang silid ng pagkasunog.
Kasabay nito, ang gasolina ay iniksyon sa silid ng pagkasunog sa pamamagitan ng nozzle. Ang pagkasunog ay nangyayari at ang mga mainit na gas ay nabuo, na sunud-sunod na pumapasok sa mataas at mababang presyon ng mga turbine ng gas at inilabas sa kapaligiran sa pamamagitan ng pipeline ng tambutso. Ang isang air heater at isang recovery boiler ay naka-install sa kahabaan ng landas ng mga maubos na gas, ang singaw mula sa kung saan ay maaaring gamitin para sa isang turbogenerator o para sa isang auxiliary turbine na tumatakbo sa propeller shaft. Ang mga low at high pressure centrifugal compressor ay hinihimok ng mga low at high pressure turbines ayon sa pagkakabanggit. Tanging ang low pressure turbine ang nagtutulak sa propeller sa pamamagitan ng gearbox.
kanin. 125. Pangkalahatang view (a) at diagram ng SPGG (b).
1 - compressor inlet valves; 2 - compressor exhaust valves;
3 - piston ng tagapiga; 4 - silindro ng compressor;
5 - mga bintana ng pumapasok; 6 - mga bintana ng tambutso; 7 - nguso ng gripo; 8 - gumaganang silindro; 9 - buffer cylinder; 10 - buffer piston; 11 - purge air receiver; 12 - gumaganang piston; 13 - mekanismo ng pag-synchronize ng piston
Ang isang gas turbine unit na may free-piston gas generators (SPGG) (Fig. 125) ay naiiba sa isang gas turbine unit na may combustion chamber dahil ang mga mainit na gas ay nabuo sa isang espesyal na gas generator na tumatakbo sa prinsipyo ng isang internal combustion engine na may malayang diverging pistons. Ang SGNG ay isang simetriko unit na binubuo ng isang two-stroke single-cylinder engine na may magkasalungat na piston, isang single-stage single-acting compressor at dalawang buffer cylinders. Ang silindro ay naglalaman ng dalawang gumaganang piston na konektado sa mga compressor at buffer piston.
kanin. 126. Layout ng isang planta ng kuryente ng gas turbine na may LNG.
1 - SPGG; 3 - gas turbine; 3 - gearbox; 4 - generator ng diesel
Ang gumaganang (divergent) stroke ng mga pangkat ng piston ay isinasagawa sa ilalim ng impluwensya ng pagpapalawak ng gas sa gumaganang silindro. Sa kasong ito, ang hangin sa mga silindro ng compressor ay unang na-compress at pagkatapos ay dumadaloy sa mga balbula ng tambutso patungo sa tatanggap ng purge air. Kasabay ng pag-compress ng hangin sa mga cylinder ng compressor, ang hangin sa mga buffer cylinder ay naka-compress, pagkatapos nito ang enerhiya ay ginugol sa pag-reverse ng mga gumaganang piston at pag-compress ng hangin sa gumaganang silindro.
Sa dulo ng piston stroke, unang bumukas ang mga exhaust window, at pagkatapos ay ang intake window. Sa pamamagitan ng mga exhaust port, ang mga maubos na gas ay pumapasok sa gas turbine, at sa pamamagitan ng mga intake port, ang naka-compress na purge na hangin mula sa receiver ay pumupuno sa gumaganang silindro.
Ang sobrang scavenging air ay hinahalo sa mainit na mga gas na tambutso at ibinibigay din sa gas turbine.
Sa panahon ng reverse stroke ng mga gumaganang piston, sa ilalim ng impluwensya ng naka-compress na hangin sa mga buffer cylinder, ang mga bintana ng pumapasok ay nagsasara, pagkatapos ay ang mga bintana ng labasan, at sa parehong oras ang hangin ay sinipsip sa mga cylinder ng compressor sa pamamagitan ng mga balbula. Sa sandaling ang mga piston ay lumalapit sa isa't isa, ang gasolina ay iniksyon sa gumaganang silindro sa pamamagitan ng nozzle, at ang proseso ay paulit-ulit.
Ang mga gas turbine at LPGG ay compact, may medyo mababang timbang na 16-24 kg/kW at mababang fuel consumption na 260 g/(kWh). Ang kalamangan ay ang kakayahang mag-compose planta ng kuryente mula sa ilang mga SPGG, na nagbibigay-daan para sa isang mas makatwirang paggamit ng dami ng MCO (Larawan 126). Bilang karagdagan sa mga nasa itaas na uri ng mga gas turbine, ang magaan na aviation-type na gas turbines (1.5-4.0 kg/kW) ay malawakang ginagamit sa maliliit na high-speed vessel, lalo na sa mga hydrofoil. Ngunit mayroon silang maikling buhay ng serbisyo at tumaas na pagkonsumo ng gasolina (340-380 g/kWh).
Ang kawalan ng lahat ng uri ng mga gas turbine, bilang karagdagan sa pagtaas ng pagkonsumo ng gasolina at maikling buhay ng serbisyo, ay ang mataas na antas ng ingay sa MKO, upang mabawasan kung saan kinakailangan na gumamit ng mga espesyal na hakbang.
Ang isang gas turbine unit (GTU) ay binubuo ng dalawang pangunahing bahagi - isang power turbine at isang generator, na nakalagay sa isang pabahay. Daloy ng gas mataas na temperatura kumikilos sa mga blades ng power turbine (lumilikha ng metalikang kuwintas).
Ang pagbawi ng init sa pamamagitan ng isang heat exchanger o waste heat boiler ay nagpapataas sa pangkalahatang kahusayan ng pag-install. Ang gas turbine unit ay maaaring gumana sa parehong likido at gas na panggatong. Sa normal na operating mode ito ay tumatakbo sa gas, at sa reserve (emergency) mode ito ay awtomatikong lumipat sa diesel fuel.
Ang pinakamainam na operating mode ng isang gas turbine unit ay ang pinagsamang henerasyon ng thermal at electrical energy. Ang gas turbine unit ay maaaring gumana pareho sa basic mode at para masakop ang mga peak load.
Ang isang schematic diagram ng isang simpleng planta ng gas turbine ay ipinapakita sa Figure 1.
Figure 1. Schematic diagram ng isang gas turbine unit: 1 - compressor; 2 - silid ng pagkasunog; 3 - gas turbine; 4 - electric generator
Ang Compressor 1 ay sumisipsip ng hangin mula sa atmospera, pinipiga ito sa isang tiyak na presyon at ibinibigay ito sa combustion chamber 2. Ang likido o gas na gasolina ay patuloy ding ibinibigay dito. Ang pagkasunog ng gasolina sa scheme na ito ay nangyayari nang tuluy-tuloy, na may patuloy na presyon Samakatuwid, ang naturang mga halaman ng gas turbine ay tinatawag na tuluy-tuloy na pagkasunog ng mga halaman ng gas turbine o mga halaman ng gas turbine na may pagkasunog sa pare-pareho ang presyon.
Ang mga mainit na gas na nabuo sa combustion chamber bilang resulta ng fuel combustion ay pumapasok sa turbine 3. Sa turbine, ang gas ay lumalawak at panloob na enerhiya na-convert sa gawaing mekanikal. Ang mga maubos na gas ay lumalabas sa turbine kapaligiran(sa kapaligiran).
Ang bahagi ng kapangyarihan na binuo ng gas turbine ay ginugol sa pag-ikot ng compressor, at ang natitirang bahagi (net power) ay ibinibigay sa consumer. Ang kapangyarihan na natupok ng compressor ay medyo mataas at mga simpleng circuit sa isang katamtamang temperatura ng kapaligiran sa pagtatrabaho maaari itong maging 2-3 beses na mas mataas kaysa sa kapaki-pakinabang na kapangyarihan ng yunit ng turbine ng gas. Nangangahulugan ito na ang kabuuang kapangyarihan ng gas turbine mismo ay matagal nang mas malaki kapaki-pakinabang na kapangyarihan GTU.
Dahil ang isang gas turbine ay maaari lamang gumana sa pagkakaroon ng naka-compress na hangin, na nakuha lamang mula sa isang compressor na hinimok ng turbine, malinaw na ang gas turbine ay dapat magsimula mula sa isang panlabas na mapagkukunan ng enerhiya (nagsisimulang motor), sa tulong ng kung saan ang umiikot ang compressor hanggang sa umalis ito sa chamber. Hindi magsisimula ang combustion na magbigay ng gas ng ilang mga parameter at sa dami na sapat upang simulan ang operasyon ng gas turbine. .
Mula sa paglalarawan sa itaas ay malinaw na ang pag-install ng gas turbine ay binubuo ng tatlong pangunahing elemento: isang gas turbine, isang compressor at isang combustion chamber. Isaalang-alang natin ang prinsipyo ng pagpapatakbo at istraktura ng mga elementong ito.
Turbine. Ang Figure 2 ay nagpapakita ng isang diagram ng isang simpleng single-stage turbine.
Ang mga pangunahing bahagi nito ay; housing (silindro) ng turbine 1, kung saan ang mga guide vanes 2 at working blades 3 ay naka-mount, na naka-mount sa paligid ng buong circumference sa rim ng disk 4, na naka-mount sa shaft 5. Ang turbine shaft ay umiikot sa mga bearings 6.
Sa mga punto kung saan lumalabas ang baras sa pabahay, naka-install ang mga end seal 7, na nililimitahan ang pagtagas ng mga mainit na gas mula sa pabahay ng turbine. Ang lahat ng umiikot na bahagi, turbine (blades, disk, shaft) ay bumubuo sa rotor nito. Ang pabahay na may mga fixed guide vanes at seal ang bumubuo sa turbine stator. Ang disk na may mga blades ay bumubuo ng impeller.
Figure 2. Diagram ng isang single-stage turbine
Ang kumbinasyon ng isang bilang ng mga gabay at rotor blades ay tinatawag na yugto ng turbine. Ang Figure 3 sa itaas ay nagpapakita ng isang diagram ng naturang yugto ng turbine at sa ibaba ay nagpapakita ng isang cross-section ng gabay at gumaganang blades ng isang cylindrical ibabaw a-a, pagkatapos ay pinalawak sa drawing plane.
Figure 3. Diagram ng yugto ng turbine
Ang guide vanes 1 ay bumubuo ng mga tapering channel sa cross-section, na tinatawag na mga nozzle. Ang mga channel na nabuo ng gumaganang blades 2 ay kadalasang may tapered na hugis.
Mainit na gas sa altapresyon pumapasok sa mga nozzle ng turbine, kung saan ito lumalawak at nangyayari ang kaukulang pagtaas ng bilis. Kasabay nito, ang presyon at temperatura ng gas ay bumaba.
Kaya, ang potensyal na enerhiya ng gas ay na-convert sa kinetic energy sa mga turbine nozzle. Pagkatapos umalis sa mga nozzle, ang gas ay pumapasok sa mga inter-blade channel ng mga gumaganang blades, kung saan binabago nito ang direksyon nito.
Kapag ang gas ay dumadaloy sa paligid ng mga rotor blades, ang presyon sa kanilang malukong ibabaw ay lumalabas na mas malaki kaysa sa matambok na ibabaw, at sa ilalim ng impluwensya ng pagkakaiba ng presyon na ito ang impeller ay umiikot (ang direksyon ng pag-ikot sa Figure 3 ay ipinapakita ng arrow u) .
Kaya, ang bahagi ng kinetic energy ng gas ay na-convert sa mekanikal na enerhiya sa mga gumaganang blades, na hindi katanggap-tanggap para sa mga kadahilanan ng lakas ng gumaganang blades o turbine disk. Sa ganitong mga kaso, ang mga turbine ay multistage.
Ang diagram ng isang multi-stage turbine ay ipinapakita sa Figure 4.
Figure 4. Diagram ng isang multi-stage turbine: 1-bearings; 2-end na mga seal; 3-inlet pipe; 4-katawan; 5-guide vanes; 6-gumana blades; 7-rotor; 8-outlet na turbine pipe
Ang turbine ay binubuo ng isang bilang ng mga indibidwal na yugto na nakaayos sa serye, kung saan ang gas ay unti-unting lumalawak. Ang pagbaba ng presyon sa bawat yugto, at, dahil dito, ang bilis ng c1 sa bawat yugto ng naturang turbine, ay mas mababa kaysa sa isang single-stage na turbine. Ang bilang ng mga yugto ay maaaring mapili na sa isang naibigay na peripheral na bilis ay nakuha ang nais na ratio.
Compressor. Ang diagram ng isang multi-stage axial compressor ay ipinapakita sa Figure 5.
Figure 5. Diagram ng isang multi-stage axial compressor: 1-inlet pipe; 2-end na mga seal; 3-bearing; 4-input guide vane; 5-gumana blades; 6-guide vanes; 7-katawan 8-straightening apparatus; 9-diffuser; 10-outlet pipe; 11-rotor.
Kanyang pangunahing mga bahagi ay: isang rotor 2 na may mga gumaganang blades 5 na nakakabit dito, isang housing 7 (silindro), kung saan nakakabit ang mga guide vane 6 at end seal 2, at mga bearings 3.
Ang kumbinasyon ng isang hilera ng umiikot na umiikot na mga blades at isang hilera ng mga nakatigil na guide vanes na matatagpuan sa likod ng mga ito ay tinatawag na yugto ng compressor.
Ang hangin na sinipsip ng compressor ay sunud-sunod na dumadaan sa mga sumusunod na elemento ng compressor, na ipinapakita sa Figure 5: inlet pipe 1, inlet guide vane 4, grupo ng mga stage 5, 6, straightener 8, diffuser 9 at outlet pipe 10.
Isaalang-alang natin ang layunin ng mga elementong ito. Ang inlet pipe ay idinisenyo upang pantay na magbigay ng hangin mula sa atmospera patungo sa inlet guide vane, na dapat magbigay ng kinakailangang direksyon sa daloy bago pumasok sa unang yugto.
Sa mga yugto, ang hangin ay na-compress sa pamamagitan ng paglilipat ng mekanikal na enerhiya sa daloy ng hangin mula sa mga umiikot na blades. Mula sa huling yugto, ang hangin ay pumapasok sa straightening apparatus, na idinisenyo upang bigyan ang daloy ng isang direksyon ng ehe bago pumasok sa diffuser. Ang compression ng gas ay nagpapatuloy sa diffuser dahil sa pagbaba ng kinetic energy nito.
Ang outlet pipe ay idinisenyo upang magbigay ng hangin mula sa diffuser patungo sa bypass pipeline. Ang mga compressor blades 1 (Figure 6) ay bumubuo ng isang serye ng mga lumalawak na channel (diffusers).
Kapag umiikot ang rotor, pumapasok ang hangin sa mga inter-blade channel sa isang mataas na bilis ng relatibong (ang bilis ng paggalaw ng hangin na sinusunod mula sa gumagalaw na mga blades). Habang gumagalaw ang hangin sa mga channel na ito, tumataas ang presyon nito bilang resulta ng pagbaba ng relatibong bilis.
Sa lumalawak na mga channel na nabuo ng mga nakapirming gabay na vanes 2, ang isang karagdagang pagtaas sa presyon ng hangin ay nangyayari, na sinamahan ng isang kaukulang pagbaba sa kinetic energy nito.
Kaya, ang conversion ng enerhiya sa yugto ng compressor ay nangyayari sa kabaligtaran na direksyon kumpara sa yugto ng turbine.
Figure 6. Axial compressor stage diagram
Ang silid ng pagkasunog. Ang layunin ng combustion chamber ay upang mapataas ang temperatura ng working fluid dahil sa pagkasunog ng gasolina sa isang compressed air environment.
Ang diagram ng combustion chamber ay ipinapakita sa Figure 7.
Figure 7. Combustion chamber
Ang pagkasunog ng gasolina na na-injected sa pamamagitan ng nozzle 1 ay nangyayari sa combustion zone ng chamber, na limitado ng flame tube 2. Tanging ang dami ng hangin na kinakailangan para sa kumpleto at masinsinang pagkasunog ng gasolina ang pumapasok sa zone na ito (ang hangin na ito ay tinatawag na pangunahing hangin) .
Ang hangin na pumapasok sa combustion zone ay dumadaan sa swirler 3, na nagtataguyod ng mahusay na paghahalo ng gasolina sa hangin. Sa combustion zone, ang temperatura ng gas ay umabot sa 1300... 2000°C. Ayon sa mga kondisyon ng lakas ng mga blades ng gas turbine, ang naturang temperatura ay hindi katanggap-tanggap. Samakatuwid, ang mga mainit na gas na ginawa sa combustion zone ng kamara ay natunaw ng malamig na hangin, na tinatawag na pangalawa. Ang pangalawang hangin ay dumadaloy sa annular space sa pagitan ng flame tube 2 at ng housing 4. Ang bahagi ng hangin na ito ay pumapasok sa mga produkto ng combustion sa pamamagitan ng mga bintana 5, at ang iba ay nahahalo sa mainit na mga mata pagkatapos ng flame tube. Kaya, ang compressor ay dapat magbigay ng maraming beses na mas maraming hangin sa silid ng pagkasunog kaysa sa kinakailangan upang masunog ang gasolina, at ang mga produkto ng pagkasunog na pumapasok sa turbine ay lubos na natunaw ng hangin at pinalamig.
Simple intermittent combustion gas turbine plant
Ang diagram ng intermittent combustion installation (na may combustion sa isang pare-parehong volume) ay kapareho ng para sa isang installation na may isobaric heat supply, at ipinapakita sa Figure 1. Ang planta ng gas turbine na ito ay naiiba sa tuluy-tuloy na combustion installation sa disenyo ng silid ng pagkasunog (Larawan 8).
Figure 8. Pasulput-sulpot na combustion chamber: 1-air valve; 2-fuel valve; 3-spark plug; 4-nozzle (gas) na balbula.
Ang silid ng pagkasunog ng isang intermittent combustion gas turbine ay may mga balbula 1, 2 at 4, na kinokontrol ng isang espesyal na mekanismo ng pamamahagi. Isipin natin na sa isang punto sa oras ang lahat ng mga balbula ay sarado at ang silid ay puno ng pinaghalong hangin at gasolina. Sa tulong ng spark plug 3, ang halo ay nag-aapoy at ang presyon sa silid ay tumataas, dahil ang pagkasunog ay nangyayari sa isang pare-parehong dami.
Kapag naabot ang isang tiyak na presyon, bubukas ang balbula 4 at dumadaloy ang mga produkto ng pagkasunog sa mga nozzle ng turbine, kung saan nangyayari ang pagpapalawak ng gas. Bumababa ang pressure sa combustion chamber. Matapos bumaba ang presyon sa silid sa isang tiyak na halaga, ang balbula ng hangin 1 ay awtomatikong bubukas at ang silid ay nililinis. sariwang hangin. Ang hangin na ito ay dumadaan din sa turbine at pinapalamig ang blade apparatus nito.
Sa dulo ng paglilinis, ang balbula ng nozzle 4 ay magsasara at ang silid ng pagkasunog ay puno ng naka-compress na hangin mula sa tagapiga. Kapag nagpapatakbo sa gaseous na gasolina, ang nasusunog na gas ay ibinibigay sa parehong oras sa pamamagitan ng balbula 2. Ang prosesong ito ay tinatawag na pag-charge sa camera. Sa pagtatapos ng pag-charge, ang lahat ng mga balbula ay nagsasara at isang flash ang nangyayari. Pagkatapos ay umuulit ang cycle.
Ang proseso ng pagbabago ng presyon sa silid sa paglipas ng panahon sa buong cycle ay ipinapakita sa Figure 9.
Figure 9. Pagbabago sa pressure laban sa oras sa combustion chamber
Narito ang AB ay isang flash; BC - pagpapalawak; SD - purging at YES - charging. Ayon kay Holzwarth, ang buong cycle ay nakumpleto sa humigit-kumulang 1.5 s. Sa mga eksperimentong ito, ang presyon sa simula ng flash (point A) ay katumbas ng (3...4) × 105 Pa, at sa dulo ng flash (point B) tumaas ito sa humigit-kumulang 15 × 105 Pa.
Mga paraan upang mapataas ang kahusayan ng mga planta ng gas turbine:
Mayroong ilang mga paraan upang mapataas ang kahusayan ng mga gas turbine:
- 1) sa pamamagitan ng paggamit ng heat regeneration ng mga gas na naubos sa turbine;
- 2) sa pamamagitan ng stepwise compression ng hangin na may intermediate cooling;
- 3) sa pamamagitan ng paggamit ng stepwise expansion na may intermediate heating ng working gas;
- 4) sa pamamagitan ng paglikha ng mga kumplikado at multi-shaft na pag-install, na ginagawang posible upang madagdagan ang kahusayan ng mga turbine ng gas, lalo na kapag nagpapatakbo sa bahagyang naglo-load;
- 5) sa pamamagitan ng paglikha ng pinagsamang mga pag-install na tumatakbo sa isang steam-gas cycle na may piston combustion chamber;
Mayroon silang isang yunit na de-koryenteng kapangyarihan mula dalawampung kilowatts (microturbines) hanggang ilang sampu-sampung megawatts - ito ay mga klasikong gas turbine.
Electrical na kahusayan ng modernong mga yunit ng gas turbine ay 33–39%. Ang kahusayan ng mga yunit ng gas turbine ay karaniwang mas mababa kaysa sa mga yunit ng kapangyarihan ng gas piston. Ngunit sa mga yunit ng gas turbine, ang gawain ng pagkuha ng mataas na kapangyarihan mula sa isang planta ng kuryente ay lubos na pinasimple. Kapag ang buong potensyal ng thermal ng mga gas turbine ay natanto, ang kahalagahan ng mataas na kahusayan ng kuryente para sa mga mamimili ay nagiging hindi gaanong nauugnay. Isinasaalang-alang ang mataas na temperatura ng mga maubos na gas sa malakas mga yunit ng gas turbine may posibilidad ng pinagsamang paggamit ng gas at steam turbines. Ang diskarte sa engineering na ito ay maaaring makabuluhang mapabuti ang kahusayan ng gasolina at pinapataas ang kahusayan ng elektrikal ng mga pag-install sa 57-59%. Ang pamamaraang ito ay mabuti, ngunit ito ay humahantong sa pagtaas ng gastos at pagiging kumplikado ng proyekto.
Ang ratio ng ginawang elektrikal na enerhiya sa thermal energy ay ~ 1:2. Iyon ay, ang isang gas turbine unit na may de-koryenteng kapangyarihan na 10 MW ay may kakayahang maghatid ng ~ 20 MW ng thermal energy. Upang i-convert ang MW sa Gcal, isang coefficient na 1.163 ang ginagamit ( 1.163 MW = 1163 kW = 1 Gcal).
Depende sa mga pangangailangan, ang mga ito ay karagdagang nilagyan ng mga steam o hot water boiler, na ginagawang posible na magkaroon ng singaw ng iba't ibang mga presyon para sa mga pangangailangan sa produksyon, o mainit na tubig na may mga karaniwang temperatura (DHW). Sa pinagsamang paggamit ng dalawang uri ng enerhiya, ang fuel utilization factor (FUI) ng isang gas turbine thermal power plant ay tumataas sa 90%.
Ang mode ng pagpapatakbo ng isang planta ng kuryente gamit ang kasamang thermal energy ay may sariling teknikal na termino - cogeneration.
Posibilidad ng pagtanggap mula sa mga yunit ng gas turbine malalaking dami Ang libreng thermal energy ay nagpapahiwatig ng mas mabilis na pagbabalik.
Aplikasyon mga yunit ng gas turbine bilang power equipment para sa makapangyarihang thermal power plants at mini-CHPs, ito ay makatwiran sa ekonomiya, dahil ngayon ang mga power plant na nagpapatakbo sa gas fuel ay may pinakakaakit-akit na unit cost para sa konstruksyon para sa consumer at mababang gastos para sa kasunod na operasyon.
Ang sobrang libreng thermal energy sa anumang oras ng taon ay ginagawang posible, sa pamamagitan ng mga chiller - ABHM, nang walang gastos sa kuryente, na magtatag ng buong air conditioning para sa mga lugar ng anumang layunin. Ang coolant na pinalamig sa ganitong paraan ay maaaring gamitin para sa mga layuning pang-industriya, sa iba't ibang mga siklo ng produksyon. Ang teknolohiyang ito ay tinatawag na trigeneration.
Kahusayan ng paggamit mga yunit ng gas turbine ibinibigay sa malawak na hanay ng mga kargang elektrikal mula sa pinakamababang 1–3% hanggang sa pinakamataas na 110–115%.
Positibong kadahilanan ng paggamit gas turbine units - gas turbine units direkta sa mga lugar kung saan nakatira ang mga tao ay ang nilalaman ng mga mapaminsalang emisyon ay minimal at nasa antas na 9–25 ppm. Ang gayong mahusay na mga katangian sa kapaligiran ay nagpapahintulot sa iyo na maglagay nang walang mga problema mga yunit ng gas turbine sa malapit sa mga lokasyon ng mga tao.
Ang pamantayang ito gas turbine units - gas turbine units bahagyang mas mahusay kaysa sa pinakamalapit na kakumpitensya ng mga turbine ng gas - mga piston power plant.
Kapag gumagamit ng mga yunit ng gas turbine, ang mamimili ay tumatanggap ng mga matitipid Pera sa mga catalyst at sa pagtatayo ng mga chimney.
Ang larawan ay nagpapakita ng isang gas turbine unitSIEMENS SGT-700na may kapasidad na 29 MW.
Mga yunit ng gas turbine may maliliit na vibrations at ingay sa hanay na 65–75 dB (na tumutugma sa antas ng antas ng ingay sa tunog ng vacuum cleaner sa layo na 1 metro). Bilang isang patakaran, ang espesyal na pagkakabukod ng tunog ay hindi kailangan para sa naturang high-tech na kagamitan sa pagbuo.
Mga yunit ng gas turbine may mga medyo compact na sukat at mababang tiyak na timbang. Pinapayagan ang pag-install GTU sa teknikal na palapag ng isang gusali o lokasyon ng bubong na may mababang kapangyarihan mga yunit ng gas turbine. Ito kapaki-pakinabang na ari-arianGTU ay isang mahalagang salik sa pananalapi sa pag-unlad ng lunsod dahil nakakatipid ito ng mahal, kakaunting square meters at, sa maraming sitwasyon, nagbibigay ng mas teknikal na espasyo sa mga inhinyero upang malutas ang problema sa paghahanap ng isang autonomous power plant.
Mga yunit ng gas turbine - mga yunit ng gas turbine Ang mga ito ay nakikilala sa pamamagitan ng mataas na pagiging maaasahan at hindi mapagpanggap. Mayroong kumpirmadong data ng pabrika sa walang tigil na operasyon ng ilang mga yunit ng gas turbine - GTU sa loob ng 5–7 taon.
Ang ilang mga tagagawa ng mga modernong gas turbine ay nagsasagawa ng pag-aayos ng mga bahagi nang hindi dinadala ang mga ito sa tagagawa, habang ang ibang mga tagagawa ay naghahatid ng isang kapalit na turbine o silid ng pagkasunog nang maaga, na makabuluhang binabawasan ang oras na kinakailangan para sa mga pangunahing pag-aayos sa 4-6 na araw ng trabaho. Binabawasan ng mga hakbang na ito ang mga gastos sa pagpapanatili ng halaman.
Advantage gas turbine units - gas turbine units ay isang mahabang mapagkukunan (puno hanggang 200,000 oras, bago ang malaking pag-aayos ng 30,000–60,000 oras). Ang langis ng motor ay hindi ginagamit sa operating cycle ng mga yunit ng gas turbine. Mayroong isang maliit na halaga ng langis ng gear na magagamit, ang dalas ng pagpapalit nito ay bihira.
Ang kawalan ng paglamig ng tubig ay nagpapakilala sa mga planta ng gas turbine mula sa mga planta ng kapangyarihan ng piston. Maraming tatak ng mga unit ng gas turbine ang gumagana nang maaasahan sa iba't ibang uri ng gas fuel, kabilang ang nauugnay na petroleum gas (APG). Ngunit, tulad ng para sa iba pang mga uri ng power plant, ang nauugnay na gas na naglalaman ng hydrogen sulfide ay nangangailangan espesyal na pagsasanay. Nang walang modernong pag-install - isang gas treatment station ikot ng buhay Ang mga power plant ng anumang uri ay nababawasan ng 4-5 beses. Ang mga kahihinatnan ng pagpapatakbo ng isang GPPP o GTU na walang mga istasyon ng paggamot sa APG ay kadalasang nakamamatay lamang.
Mga yunit ng gas turbine inihanda para sa paggamit sa iba't ibang klimatiko na kondisyon. Konstruksyon mga yunit ng gas turbine V liblib na lugar nagbibigay-daan sa iyo upang makatipid ng pera Pinagkukuhanan ng salapi sa pamamagitan ng pag-aalis sa magastos na pagtatayo ng mga power transmission lines (PTL). Sa mga lugar na may mas maunlad na imprastraktura mga yunit ng gas turbine dagdagan ang pagiging maaasahan ng mga suplay ng kuryente at init.
Isa sa mga opsyon sa application gas turbine units - gas turbine units ay ang konsepto ng block-modular system (clusters). Modular gas turbine units - gas turbine units binubuo ng pinag-isang mga yunit ng kuryente at karaniwang mga sistema ng kontrol, na ginagawang posible upang madagdagan ang kuryente sa maikling panahon na may pinakamababang gastos sa pananalapi at oras.
Mga Pagkakaiba-iba ng Block gas turbine units - gas turbine units magbigay ng mataas na antas ng kahandaan sa pabrika. Mga laki ng module mga yunit ng gas turbine - mga yunit ng gas turbine, karaniwang pamantayan. Mayroong mga mobile gas turbine unit na maaaring mabilis na ilipat mula sa isang pasilidad ng supply ng enerhiya patungo sa isa pa, ngunit ang mga naturang pag-install, bilang panuntunan, ay walang kakayahang gumawa ng thermal energy.
Ginagawang posible ng mga awtomatikong control system para sa mga planta ng kuryente ng gas turbine na alisin ang direktang presensya ng mga tauhan ng operating. Pagsubaybay sa trabaho gas turbine units - gas turbine units maaaring isagawa nang malayuan sa pamamagitan ng iba't ibang mga channel ng telekomunikasyon. Sa kaso ng mga emergency na sitwasyon, ang mga probisyon ay ginawa kumplikadong mga sistema awtomatikong proteksyon at pamatay ng apoy.
Mga yunit ng turbine ng gas - mga yunit ng turbine ng gas - prinsipyo ng pagpapatakbo
SA gas turbine units - gas turbine units ang isang multi-stage na compressor ay nag-compress ng hangin sa atmospera at naghahatid nito sa ilalim mataas na presyon sa silid ng pagkasunog. Sa silid ng pagkasunog gas turbine units - gas turbine units ang isang tiyak na halaga ng gasolina ay ibinibigay din. Sa isang high-speed na banggaan, ang gasolina at hangin ay nag-aapoy. Ang pinaghalong gasolina-hangin ay nasusunog, na naglalabas ng malaking halaga ng enerhiya. Pagkatapos, ang enerhiya ng mga produktong gaseous combustion ay na-convert sa mekanikal na trabaho dahil sa pag-ikot ng mga blades ng turbine sa pamamagitan ng mga jet ng mainit na gas.
Ipadala ang iyong mabuting gawa sa base ng kaalaman ay simple. Gamitin ang form sa ibaba
Ang mga mag-aaral, nagtapos na mga estudyante, mga batang siyentipiko na gumagamit ng base ng kaalaman sa kanilang pag-aaral at trabaho ay lubos na magpapasalamat sa iyo.
Mga katulad na dokumento
Paglalarawan teknolohikal na pamamaraan mga instalasyon para sa pag-recycle ng init mula sa mga basurang gas ng isang process furnace. Pagkalkula ng proseso ng pagkasunog, komposisyon ng gasolina at average tiyak na mga kapasidad ng init mga gas Pagkalkula balanse ng init pugon at ang kahusayan nito. Waste heat boiler equipment.
course work, idinagdag noong 10/07/2010
Pagpapasiya ng nasusunog na masa at init ng pagkasunog ng mga hydrocarbon fuels. Pagkalkula ng teoretikal at aktwal na dami ng hangin na kinakailangan para sa pagkasunog. Komposisyon, dami, masa ng mga produkto ng pagkasunog. Pagpapasiya ng enthalpy ng mga produkto ng pagkasunog para sa langis at gas.
praktikal na gawain, idinagdag 12/16/2013
Layunin, disenyo, mga bahagi at prinsipyo ng pagpapatakbo ng "Methane" complex bilang isang independiyenteng proteksyon ng gas para sa minahan. Sinusuri ang pag-andar ng kagamitan. Pagsukat ng methane sa atmospera at pag-trigger ng mga kagamitan kapag nalampasan ang konsentrasyon ng methane.
gawaing laboratoryo, idinagdag noong 10/15/2009
Catalytic combustion ng methane. Maghanap ng mga paraan upang bawasan ang konsentrasyon ng mga nitrogen oxide. Mga kundisyon sa paghahanda at pag-aaral ng mga katangiang physicochemical ng palladium at oxide catalysts na idineposito sa isang cellular-frame metal na suporta.
thesis, idinagdag noong 12/19/2011
Konstruksyon ng waste heat boiler P-83. Ang pamamaraan para sa pagtukoy ng mga entalpies ng gas at koepisyent ng paggamit ng init. Mga tampok ng pagkalkula ng mga steam superheater, evaporator at high at low pressure economizer, pati na rin ang mga karagdagang at kumukulong economizer.
pagsubok, idinagdag noong 06/25/2010
Pagsusuri ng pamamahala ng enerhiya ng pagawaan ng supply ng init at gas ng Ural Steel OJSC. Ang muling pagtatayo ng waste heat boiler KST-80 para sa layunin ng pag-install ng condensing turbine. Automation at mekanisasyon ng mga proseso ng produksyon. Kaligtasan sa trabaho at pagkamagiliw sa kapaligiran.
thesis, idinagdag noong 02/17/2009
Teknolohiya para sa paggawa ng sulfuric acid at mga produkto batay dito. Pag-unlad ng disenyo ng mga bahagi ng waste heat boiler. Mekanisasyon ng pagpapanatili at kumpunihin seksyon ng waste heat boiler. Pag-unlad ng isang teknolohikal na proseso para sa paggawa ng isang "rope drum".
thesis, idinagdag noong 11/09/2016