Гасна турбина Уређај и принцип рада. Индустријска опрема

"Турбокомпресија", "турбојет", "турбопроп", - ови термини су чврсто укључени у лексикон инжењера КСКС века, који се баве пројектовањем и одржавањем возила и стационарних електричних инсталација. Користе се чак иу сродним областима и оглашавању, када желе дати назив производа неки наговештај посебне моћи и ефикасности. У авијацији, ракетама, бродовима и електранама најчешће се користе гасне турбине. Како је договорено? Да ли ради на природном гасу (као што име сугерише) и какав је то гас? Шта чини турбину различитом од других типова мотора са унутрашњим сагоревањем? Које су његове предности и недостаци? У овом чланку је учињен покушај да се на ова питања одговори што је могуће више.

Руссиан Енгинееринг Леадер

Русија је, за разлику од многих других независних држава које су настале након распада СССР-а, успјела у великој мјери задржати инжењерску индустрију. Конкретно, предузеће "Сатурн" се бави производњом специјалних електрана. Плинске турбине ове компаније користе се у бродоградњи, сировинама и енергији. Високотехнолошки производи, захтијевају посебан приступ приликом инсталације, отклањања грешака и рада, као и посебно знање и скупу опрему за планирано одржавање. Све ове услуге су доступне купцима компаније "ОДК - Гас Турбинес", тако да се данас назива. Не постоји толико таквих предузећа у свету, иако је на први поглед принцип организовања главних производа једноставан. Акумулирано искуство је од великог значаја, што омогућава да се узму у обзир многи технолошки детаљи, без којих је немогуће постићи дуготрајан и поуздан рад јединице. Овде су само део производног програма УЕЦ-а: гасне турбине, електране, јединице за пренос гаса. Међу купцима су Росатом, Газпром и други "китови" хемијске индустрије и енергетике.

Производња тако сложених машина захтева у сваком случају индивидуални приступ. Прорачун гасне турбине је тренутно потпуно аутоматизован, али су материјали и карактеристике дијаграма ожичења важни за сваки појединачни случај.

Све је почело тако једноставно ...

Претраживања и парови

Први експерименти трансформисања транслационе енергије потока у ротациону силу спровели су човечанство у древна времена, користећи конвенционални водени точак. Све је врло једноставно, течност тече одозго према доле, лопатице се налазе у њеном току. Точак, опремљен са њима око периметра, врти се. Такође ради виндмилл. Тада је наступило доба паре, а ротација точка се убрзала. Иначе, такозвани "еолипил", који је изумила античка грчка чапља око 130 година пре Христа, био је стеам енгине управо на овом принципу. У суштини, то је била прва гасна турбина позната историјској науци (на крају крајева, пара је гасовито агрегатно стање воде). Данас је и даље уобичајено раздвојити ова два појма. Изум Херона, тада у Александрији, реаговао је без много ентузијазма, иако са радозналошћу. Индустријска опрема турбинског типа појавила се тек крајем КСИКС века, након што је Швеђанин створио Густаф Лавал, први активни агрегат на свету опремљен млазницом. Приближно у истом правцу, инжењер Парсонс је радио, снабдевајући свој аутомобил са неколико функционално повезаних корака.

Рођење гасних турбина

Сто година раније, извесна бриљантна идеја је дошла до извесног Џона Барбера. Зашто прво морамо загрејати пару, није ли лакше користити испушни гас који настаје приликом сагоревања горива и тиме елиминисати непотребно посредовање у процесу конверзије енергије? Тако је испала прва права гасна турбина. Патент из 1791. године наводи основну идеју о коришћењу у колима без коња, али њени елементи се сада користе у савременим ракетним, авионским и аутомобилским моторима. Почетак процеса изградње млазних мотора дао је Франк Вхиттле 1930. године. Добио је идеју да користи турбину за погон авиона. Касније је развијен у бројним турбопроп и турбојет пројектима.

Гасна турбина Никола Тесла

Чувени научник-проналазач је увек прилазио питањима која се проучавају изван оквира. Свима је изгледало очигледно да точкови са лопатицама или оштрицама „ухвате“ кретање медија боље од равних предмета. Тесла је, на свој уобичајени начин, доказао да ако је роторски систем састављен од дискова, распоређених на оси у низу, онда ће због захваћања граничних слојева са протоком гаса, он ротирати не гори, ау неким случајевима чак и бољи од мулти-лопатастог пропелера. Истина, правац мобилног окружења мора бити тангенцијалан, што у савременим агрегатима није увек могуће или пожељно, али дизајн је знатно поједностављен - уопште му нису потребне лопатице. Гасна турбина према Теслиној схеми још није изграђена, али можда је идеја само чекала своје вријеме.

Шематски дијаграм

Сада о основном уређају машине. То је комплет ротационог система, монтиран на оси (ротор) и фиксном делу (статор). На осовину се поставља диск са радним лопатицама које формирају концентричну решетку, а на њих утиче гас под притиском преко специјалних млазница. Затим експандирани гас улази у импелер, такође опремљен лопатицама које се називају радници. За усисавање мешавине ваздуха и горива и издувних гасова (издувних гасова) спадају специјални прикључци. У општој шеми је такође укључен компресор. Може се изводити по другом принципу, у зависности од потребног радног притиска. За његов рад од осовине енергије се узима, иде на компресију ваздуха. Гасна турбина ради због процеса сагоревања мешавине ваздух-гориво, праћеног значајним повећањем запремине. Осовина се окреће, њена енергија може бити корисна. Ова шема се назива једно-коло, али ако се понавља, онда се сматра вишестепеном.

Предности авионских турбина

Средином педесетих година појавила се нова генерација авиона, укључујући и путничке (у СССР-у, то је ИЛ-18, Ан-24, Ан-10, Ту-104, Ту-114, Ту-124, итд.), У дизајну којих су клипни мотори на авионима коначно и неопозиво замењени турбинским моторима. Ово указује на већу ефикасност овог типа електране. Карактеристике гасне турбине превазилазе параметре карбураторских мотора у многим аспектима, посебно у погледу снаге / тежине, што је од највеће важности за авијацију, као и не мање важни показатељи поузданости. Мања потрошња горива, мање покретних дијелова, бољи еколошки параметри, смањена бука и вибрације. Турбине су мање критичне за квалитет горива (што није случај код система за гориво), лакше их је одржавати, не захтијевају много уља за подмазивање. Генерално, на први поглед изгледа да се не састоје од метала, већ од чврстих врлина. Авај, није.

Постоје плински турбински мотори и недостаци

Током рада, гасна турбина загрева и преноси топлоту на околне грађевинске елементе. Ово је посебно критично, опет, у авијацији, када се користи цртани распоред који укључује испирање млаза доњег дела репног склопа. Да, и сам кућиште мотора захтева посебну изолацију и употребу специјалних ватросталних материјала који могу издржати високе температуре.

Хлађење плинских турбина је тежак технички изазов. То није шала, они раде у режиму готово трајне експлозије која се дешава у трупу. Ефикасност у неким режимима је мања него код карбураторских мотора, међутим, када се користи двострука шема, овај недостатак се елиминише, иако је дизајн компликован, као у случају укључивања "појачавајућих" компресора у коло. За убрзање турбине и радни режим потребно је неко време. Што се јединица чешће креће и зауставља, брже се троши.

Исправна примена

Ниједан систем није без мана. Важно је наћи такву апликацију за сваку од њих, у којој ће се њене заслуге јасније манифестовати. На пример, тенкови, као што су амерички "Абрамс", основа је електране која - гасна турбина. Може се пунити горивом од свега што гори, од високооктанског бензина до вискија, и даје већу снагу. Овај примјер можда није врло успјешан, јер су искуства у Ираку и Афганистану показала рањивост компресорских лопатица на пијесак. Поправак гасних турбина мора бити у Сједињеним Државама, у фабрици. Узми тенк тамо, па назад, и цену саме услуге, плус компоненте ...

Хеликоптери, руске, америчке и друге земље, као и моћни глисери, мање су погођени кломпе. У течним ракетама не могу без њих.

Модерни ратни бродови и цивилни бродови имају и гасне турбине. И енергија.

Тригенераторске електране

Проблеми са којима се суочавају произвођачи авиона, нису толико забринути онима који производе индустријску опрему за производњу електричне енергије. Тежина у овом случају није толико важна и можете се фокусирати на параметре као што су ефикасност и укупна ефикасност. Генераторске турбинске јединице имају масиван оквир, поуздан оквир и дебље ножеве. Потпуно је могуће одложити произведену топлоту, користећи за различите потребе - од секундарне рециклаже у самом систему, до грејања стамбених простора и снабдевања топлотном енергијом апсорпционих расхладних уређаја. Овај приступ се назива тригенератор, а ефикасност у овом режиму се приближава 90%.

Нуклеарне електране

За гасну турбину није битно разликовати шта извор загрејаног медија даје своју енергију својим ножевима. То може бити спаљена мешавина ваздуха-горива, или само прегрејана пара (не нужно вода), све док обезбеђује непрекидну снагу. У својој сржи, електране свих нуклеарних електрана, подморница, носача авиона, ледоломаца и неких војних површинских бродова (нпр. Ракетни крсташ Петра Великог), темеље се на гасној турбини (ГТУ) која се ротира помоћу паре. Питања сигурности и заштите животне средине диктирају затворену петљу примарног круга. То значи да примарни термални агенс (у првим узорцима, олово је одиграо ову улогу, сада је замењен парафином), не напушта скоро реакторску зону, тече око горивних елемената у кругу. Радна супстанца се загрева у наредним круговима и испарава угљен диоксид хелијум или азот ротирају котач турбине.

Широка употреба

Комплексна и велика постројења су скоро увек јединствена, њихова производња се одвија у малим серијама или се појединачни узорци уопште праве. Најчешће, јединице произведене у великим количинама користе се у мирним секторима привреде, на пример, за пумпање угљоводоника кроз цевоводе. То су они произведени од стране ОДК-а под називом "Сатурн". Гас турбине пумпне станице Потпуно је у складу са називом. Они заиста пумпају природни гас, користећи сопствену енергију за свој рад.