Rizs. 6. Regeneratív ciklus, egytengelyes

GTU: 1 - regenerátor; 2 - kompresszor; 3 - égéstér;

4 - turbina; 5 - kompresszor (terhelés)

Nyitott egyszerű ciklusú egytengelyes gázturbinás üzemben (5. ábra) a munkafolyadék (levegő) belép kompresszor 1 az atmoszférából összenyomódik és a 2 égéskamrába kerül, ahol egy bizonyos hőmérsékletre felmelegszik. Ezután a munkafolyadék (levegő) belép turbina 3, ahol kitágul, munkát termel, és a légkörbe kerül. Ennek a ciklusnak az a sajátossága, hogy a kompresszor, a turbina és a centrifugális feltöltő 4 (terhelés) mechanikusan össze van kötve. Az egytengelyes gázturbinás egység által hajtott centrifugális feltöltő csak viszonylag szűk gázáram-tartományban tud működni.

Nyitott ciklusban a munkaközeg (levegő) a légkörből belép a gázturbina egységbe, és kikerül a légkörbe. Zárt ciklusban a munkaközeg (levegő) recirkulációja a légkörrel való kapcsolat nélkül történik.

A regeneratív ciklus egytengelyes gázturbinás egységében (6. ábra) egy regenerátort is használnak - egy hőcserélőt, amely hőt ad át a kipufogógázokból a munkaközegnek (levegőnek), mielőtt az az égéstérbe kerül. Regeneratív ciklus - termodinamikai ciklus, amely az elhasznált munkaközeg hőjét használja fel. A munkafolyadék egymást követő kompressziójából, regeneratív fűtéséből, égéséből, expanziójából és regeneratív hűtéséből áll (hőátadás a kipufogógázból a kompresszor mögötti munkaközegbe). A szabályozási tartomány bővítése és a stabil működés érdekében többtengelyes vagy osztott tengelyű gázturbinás egységet használnak (7. ábra). Egy ilyen gázturbinának legalább két turbinája van, égéstér 2, független tengelyeken működő. Az 1. kompresszort nagynyomású turbina hajtja (TVD) 3, A teljesítményturbina (alacsony nyomású turbina vagy LPT) 4 hajtást biztosít kompresszor 5(terhelés). Az osztott tengelyes gázturbinás beépítés a gázvezeték bármely üzemmódját biztosítja a nyomónyomás csökkentése nélkül, mivel az LPT teljesítménytengely forgási sebességének változtatásával a feltöltő által fogyasztott teljesítményt össze lehet hangolni a feltöltő hasznos teljesítményével. a telepítés.

Az osztott tengelyű regeneratív ciklusú gázturbinában egy további elem jelenik meg - egy regenerátor, amely ugyanazokat a funkciókat látja el, mint az egytengelyes gázturbina regenerátora. (lásd 6. ábra).

A fokozatos sűrítéssel és fokozatos tüzelőanyag-égetéssel rendelkező többtengelyes gázturbinában a munkafolyamat abban különbözik a többi gázturbina munkafolyamatától, hogy a levegőt közbenső hűtéssel sűrítik, és az égés az egyes turbinák előtt elhelyezett két égéskamrában történik. (8. ábra). A közbenső hűtéssel rendelkező berendezésekben azonos termelékenység és kompressziós arány mellett az alacsony- és nagynyomású kompresszorok (LPC és HPC) kompressziós munkaköltségei alacsonyabbak, mint a hűtés nélküli berendezésekben. A fokozatos égés használata a LE enyhe növekedéséhez vezet. installációk. De egy ilyen telepítésnél az üzemanyag- és olajrendszerek bonyolultabbá válnak, kiterjedtebb lég- és gázvezeték-hálózat jön létre, ami növeli a létesítmény méretét és súlyát. Ezért nem találták a KS-ben gyakorlati használat fokozatos égetésű gázturbinás erőművek sémái. Főleg egyszerű regeneratív (például GTK-10) vagy nem regeneratív ciklus (például GTN-16) szerint gyártott gázturbinákat használnak, osztott tengellyel.

Rizs. 7. Egyszerű ciklusú, osztott tengelyű gázturbina külön teljesítményturbinával

Rizs. 8. Ciklus közbenső hűtéssel és közbenső fűtéssel, többtengelyes gázturbinás egység nettó teljesítményfogyasztóval a kisnyomású tengelyen: 1 - égéstér; 2 - közbenső hűtőszekrény; 3 - közbenső fűtési égéskamra; 4 - kompresszor (terhelés)

Hébe-hóba elhangzik a hírekben, hogy például egy ilyen-olyan állami körzeti erőműnél javában zajlik a 400 MW-os CCGT építése, egy másik CHPP-2-nél pedig egy olyan gázturbinás blokk telepítése. sok MW-ot helyeztek üzembe. Az ilyen eseményekről írnak és foglalkoznak, hiszen az ilyen erős és hatékony egységek beépítése nem csak „pipa” a megvalósításban állami program, hanem az erőművek, a regionális energiarendszer, sőt az egységes energiarendszer hatékonyságának valódi növekedése is.

De nem az állami programok vagy előrejelzési mutatók végrehajtására szeretném felhívni a figyelmet, hanem a PSU-ra és a GTU-ra. Nemcsak az átlagember, hanem egy kezdő energetikai mérnök is összezavarhat ebben a két kifejezésben.

Kezdjük azzal, ami egyszerűbb.

A GTU - gázturbina egység - egy gázturbina és egy elektromos generátor egy házban kombinálva. Előnyös a hőerőművekbe történő telepítése. Ez hatékony, és a hőerőművek számos rekonstrukciója éppen ilyen turbinák telepítését célozza.

Íme egy hőközpont egyszerűsített működési ciklusa:

A gáz (tüzelőanyag) belép a kazánba, ahol eléget és hőt ad át a víznek, amely gőzként távozik a kazánból és megpörgeti a gőzturbinát. A gőzturbina pedig forgatja a generátort. Az áramot a generátortól kapjuk, az ipari igényekre (fűtés, fűtés) gőzt szükség esetén a turbinából veszünk.

A gázturbinás beépítésnél pedig a gáz éget és pörget egy gázturbinát, ami áramot termel, a kipufogógázok pedig a vizet gőzzé alakítják egy hulladékhő kazánban, i.e. a gáz kettős haszonnal működik: először elégeti és forgatja a turbinát, majd felmelegíti a vizet a kazánban.

És ha magát a gázturbina telepítését még részletesebben mutatjuk be, akkor ez így fog kinézni:

Ez a videó jól mutatja, milyen folyamatok mennek végbe egy gázturbinás üzemben.

De még nagyobb haszna lesz, ha a keletkező gőzt működőképessé teszik – tedd gőzturbinába, hogy egy másik generátor működjön! Ekkor a gázturbinás egységünk STEAM-GAS UNIT (SPG) lesz.

Ennek eredményeként a PSU tágabb fogalom. Ez a létesítmény egy független erőmű, ahol egyszer használnak tüzelőanyagot, és kétszer termelnek villamos energiát: egy gázturbinás egységben és egy gőzturbinában. Ez a ciklus nagyon hatékony, és körülbelül 57%-os hatásfokkal rendelkezik! Ez egy nagyon jó eredmény, amely lehetővé teszi, hogy jelentősen csökkentse az egy kilowattórára eső üzemanyag-fogyasztást!

Fehéroroszországban az erőművek hatékonyságának növelése érdekében a gázturbinás blokkokat a meglévő hőerőművi konstrukció „felépítményeként”, az állami kerületi erőművekben pedig a kombinált ciklusú gázturbinás blokkokat önálló erőműként építik. Az erőművekben működő gázturbinák nemcsak az „előrejelzett műszaki-gazdasági mutatókat” növelik, hanem javítják a termelésirányítást is, mivel nagy manőverezőképességgel rendelkeznek: az indítási sebesség és az áramtermelés.

Ennyire hasznosak ezek a gázturbinák!

A kompresszorból sűrített légköri levegő belép az égéstérbe, ahol összekeveredik az üzemanyaggal, és a keverék meggyullad. Az égés következtében megnő a gázáramlás hőmérséklete, sebessége és térfogata. Ezután a forró gáz energiája munkává alakul. A turbina fúvóka részébe belépve a forró gázok kitágulnak és hőenergiájuk mozgási energiává alakul. Ezután a turbina forgórészében kinetikus energia gázok hatására a turbina forgórésze forog. A turbina teljesítményének egy része a kompresszor működtetésére szolgál, a maradék pedig hasznos teljesítmény. A gázturbinás motor egy nagy sebességű generátort hajt meg, amely ugyanazon a tengelyen található. Az egység által igénybe vett munka a gázturbinás motor hasznos munkája. A turbinaenergiát repülőgépekben, vonatokban, hajókban és tankokban használják fel.

Sztori

• 60: Alexandriai Heron első gőzturbinája ( eolipile) - évszázadok óta játékszerként kezelték, és nem fedezték fel a benne rejlő lehetőségeket.
• 1500: Leonardo da Vinci rajzain megjelenik egy „füst esernyő”. A tűzből származó forró levegő egy sor pengén keresztül emelkedik fel, amelyek egymással össze vannak kötve, és elforgatják a nyársat a sütéshez.
• 1551: Taghi-al-Din feltalált egy gőzturbinát, amelyet egy önforgó nyárs meghajtására használtak.
• 1629: Egy erős gőzsugár megforgatott egy turbinát, amely aztán egy hajtott szerkezetet forgat, lehetővé téve Giovanni Branca malmának működését.
• 1678: Ferdinand Verbeist megépítette egy gőzgép alapú kocsi modelljét.
• 1791: Az angol John Barber szabadalmat kapott az első igazi gázturbinára. Találmánya a legtöbb modern gázturbinában található elemet tartalmazta. A turbinát egy ló nélküli kocsi meghajtására tervezték.
• 1872: Franz Stolz kifejlesztette az első igazi gázturbinás motort.
• 1894: Sir Charles Parsons szabadalmaztatta a gőzturbinával hajtott hajó ötletét, és megépített egy bemutató hajót (Turbinia). Ezt a vontatási elvet ma is alkalmazzák.
• 1895: Három négytonnás, 100 kW teljesítményű Parsons radiális fluxusgenerátort szereltek fel a cambridge-i erőműben, amelyek a város utcáinak elektromos világítására szolgáltak.
• 1903: Egy norvég, Egidius Elling meg tudta építeni az első gázturbinát, amely több energiát tudott termelni, mint amennyi a működéséhez szükséges, ami jelentős eredménynek számított abban az időben, amikor a termodinamikai ismeretek korlátozottak voltak. Forgó kompresszorokkal és turbinákkal 11 LE teljesítményt produkált (a korához képest jelentős).

Munkáját később Sir Frank Whittle is felhasználta.

• 1913: Nikola Tesla szabadalmaztatta a Tesla turbinát a határréteg-effektus alapján.
• 1918: A General Electric, napjaink egyik vezető turbinagyártója, elindítja gázturbinás részlegét.
• 1920: Dr. Alan Arnold Griffitz a csatornákon keresztüli gázáramlás gyakorlati elméletét a légszárny mentén történő gázáramlás formalizáltabb (és turbinákra alkalmazott) elméletévé fejlesztette.
• 1930: Sir Frank Whittle szabadalmaztat egy sugárhajtású gázturbinát. Ezt a motort először 1937 áprilisában használták sikeresen.
• 1934: Raul Pateras Pescara szabadalmaztatott egy dugattyús motort gázturbina generátoraként.
• 1936: Hans von Ohain és Max Hahn Németországban kifejlesztette saját szabadalmaztatott motorját, ugyanakkor Sir Frank Whittle Angliában fejlesztette azt.

Működéselmélet

A gázturbinákat a Brayton termodinamikai ciklus írja le, amelyben a levegőt először adiabatikusan összenyomják, majd állandó nyomáson elégetik, majd az adiabatikus expanziót visszaállítják a kiindulási nyomásra.

A gyakorlatban a súrlódás és a turbulencia a következőket okozza:

1. Nem adiabatikus kompresszió: Adott általános nyomásviszony mellett a kompresszor kibocsátási hőmérséklete magasabb az ideálisnál.
2. Nem adiabatikus tágulás: Bár a turbina hőmérséklete a működéshez szükséges szintre csökken, a kompresszort ez nem érinti, a nyomásviszony magasabb, ami nem elegendő a táguláshoz a hasznos működés biztosításához.
3. Nyomásveszteség a levegő beömlőben, égéstérben és kimenetben: ennek következtében a tágulás nem elegendő a hasznos működés biztosításához.

Brighton ciklus

A gázturbinák típusai

Repülőgépek és sugárhajtóművek

Gázturbinás sugárhajtómű diagramja

A gázturbinákat gyakran használják számos folyékony tüzelőanyagú rakétában, valamint turbószivattyúk meghajtására is, így könnyű, alacsony nyomású, jelentős száraz tömeget tároló tartályokban is használhatók.

A repülőgép-hajtóműveket gyakran használják elektromos energia előállítására is, mivel gyorsabban tudnak elindulni, leállítani és terhelést váltani, mint az ipari gépek. A tengeri iparban is használják súlycsökkentésre. A GE LM2500 és LM6000 az ilyen típusú gépek két reprezentatív modellje.

Hobbi gázturbinák

Van egy népszerű hobbi - a gázturbinák építése az autók turbófeltöltőiből. Az égéstér különálló részekből van összeállítva, és függőlegesen van beépítve a kompresszor és a turbina közé. Mint sok technológián alapuló hobbi, időről időre gyártássá fejlődik. Számos kis cég gyárt kis turbinákat és alkatrészeket amatőrök számára.

Segédhajtómű

Segéderőegység - egy kis gázturbina, amely az további forrás teljesítmény, például a repülőgépek hajtómotorjainak beindításához. Az APU a fedélzeti rendszereket sűrített levegővel (beleértve a kabin szellőzését is), elektromos árammal látja el, és nyomást hoz létre a repülőgép hidraulikus rendszerében.

Ipari gázturbinák villamos energia előállításához

GE H sorozatú gázturbina: Ennek a 480 megawattos turbinás erőműnek a termikus hatásfoka 60%-os kombinált ciklusú konfigurációkban.

Az ipari gázturbinák és a légiközlekedési turbinák között az a különbség, hogy tömeg- és méretjellemzőik sokkal masszívabb vázzal, csapágyakkal és lapátrendszerrel rendelkeznek. Az ipari turbinák mérete a teherautóra szerelt mobil egységektől a hatalmas komplex rendszerekig terjed. A kombinált ciklusú turbinák hatásfoka akár 60% is lehet, míg a gázturbina kipufogógázából származó hőt egy rekuperatív gőzfejlesztőben használják fel a gőzturbina működtetésére. Kogenerátoros konfigurációkban is működhetnek: a kipufogót fűtésre vagy vízmelegítésre, vagy abszorpciós hűtőszekrényekben használják. Az üzemanyag-hatékonyság kogenerációs üzemmódban meghaladhatja a 90%-ot. A nagy ipari gázturbinák turbinái 3000 vagy 3600 fordulat/perc hálózati szinkron fordulatszámmal működnek. Az egyszerű ciklusú gázturbinák az energiaiparban alacsonyabb tőkeköltséget igényelnek, mint a szén- vagy atomerőművek, és nagy és kis teljesítményű alkalmazásokban is előállíthatók. A teljes telepítési folyamat néhány hét (több hónap) alatt elvégezhető, az alapvető gőzerőművek építéséhez szükséges évekhez képest. Másik fő előnyük, hogy perceken belül be- és kikapcsolhatók, így csúcsterheléskor is többletet biztosítanak. Mivel kevésbé hatékonyak, mint a kombinált ciklusú erőművek, jellemzően csúcserőművekként használják őket, és a régió áramigényétől és termelő kapacitásától függően napi néhány órától évi pár tucat óráig működnek. Az elégtelen alapterhelésű területeken és azokban az erőművekben, ahol a villamos energia ellátása terhelés alapján történik, a gázturbinás erőmű a nap nagy részében, sőt estig is rendszeresen üzemelhet. Egy tipikus nagy, egyszerű ciklusú turbina 100-300 megawatt (MW) teljesítményt tud termelni, termikus hatásfoka pedig 35-40%. A legjobb turbinák hatásfoka eléri a 64%-ot.

Sűrített levegő tároló

A hatékonyságnövelő modern fejlesztések egyike a kompresszor és a turbina sűrítettlevegő-tárolóval történő szétválasztása. Egy hagyományos turbinában a megtermelt teljesítmény akár felét a kompresszor meghajtására fordítják. A sűrített levegős tároló konfigurációban például szélerőműparkból származó vagy alacsony költséggel szabadpiacon vásárolt energiát használják a kompresszor meghajtására, és a sűrített levegőt szükség szerint kiengedik a turbina működtetéséhez.

Turbótengelyes motorok

A mikroturbinában van egy kompresszor, egy egyfokozatú radiális turbina, egy inverter és egy rekuperátor. A füstgázokból származó hő felhasználható víz, levegő felmelegítésére, párátlanítási folyamatokra vagy abszorpciós hűtőgépekben - ABHM-ekben, amelyek elektromos energia helyett szabad hőenergiát használva hideget hoznak létre a légkondicionáló számára.

A tipikus sorozatgyártású mikroturbinák hatásfoka eléri a 35%-ot. A villamos energia és hőenergia kombinált előállítása - kapcsolt energiatermelés - módban magas, 85% feletti tüzelőanyag-felhasználási tényező - FCI - érhető el.

A mikroturbinák előnyei:

Rugalmasság és alkalmazkodóképesség az elektromos terhelés érzékeléséhez 1-100% tartományban a mikroturbina hosszú távú működésének lehetősége rendkívül alacsony teljesítményen - 1%, alacsony károsanyag-kibocsátás, kémények hiánya, motorolaj és kenőanyagok hiánya mikroturbinák, hűtőfolyadékok hiánya, gyors és technológiai csatlakozás üzemanyagvezetékekhez, elektromos kommunikációhoz és fűtési hálózatokhoz, mikroturbina szerviz - 1 nap, 1 alkalommal évente, alacsony zajszint, rendkívül alacsony mikroturbina vibráció, távirányító rendszer, kompakt méretek a mikroturbina, a mikroturbinás erőmű épületek tetejére történő elhelyezésének lehetősége, a megtermelt villamos energia magas minősége az inverter jelenlétének köszönhetően, kombinált villamosenergia- és hőtermelés (kapcsolt energiatermelés).

Külső tüzeléskor szénpor vagy finomra őrölt biomasszát (például fűrészport) használnak tüzelőanyagként. A külső gázégetést közvetlenül és közvetve egyaránt alkalmazzák. Közvetlen rendszerben az égéstermékek áthaladnak a turbinán. Egy közvetett rendszerben hőcserélőt használnak, és tiszta levegő áramlik át egy turbinán. Közvetett külső égésű rendszerben alacsonyabb a hőhatékonyság, de a lapátok nincsenek kitéve égéstermékeknek.

Használata járművekben

Az 1950-es Rover JET1

Egy 1968-as Howmet TX az egyetlen turbina a történelemben, amely autóversenyt nyert.

A gázturbinákat hajókban, mozdonyokban, helikopterekben és harckocsikban használják. Számos kísérletet végeztek gázturbinákkal felszerelt autókon.

1950-ben a tervező F.R. Bell és Maurice Wilkes, a brit Rover Company főmérnöke bejelentette az első gázturbinás motorral hajtott autót. A kétüléses JET1 motorja az ülések mögött helyezkedett el, légbeömlő rácsok az autó mindkét oldalán, kipufogónyílások a farok tetején. A tesztelés során az autó 140 km/h-s maximális sebességet ért el, a turbina 50 000-es fordulatszámmal. Az autó benzinnel, paraffinnal vagy dízelolajjal működött, de az üzemanyag-fogyasztással kapcsolatos problémák megoldhatatlannak bizonyultak az autógyártás számára. Jelenleg Londonban, a Science Museumban látható.

A Rover és a British Racing Motors (BRM) (Formula-1) csapata összefogott, hogy megalkossák a Rover-BRM-et, egy gázturbinás autót, amely az 1963-as Le Mans-i 24 órás versenyen vett részt, Graham Hill és Gitner Ritchie vezetésével. Átlagsebessége 173 km/h, végsebessége 229 km/h volt. A Ray Heppenstall, a Howmet Corporation és a McKee Engineering amerikai cégek 1968-ban összefogtak saját gázturbinás sportautóik fejlesztésére, a Howmet TX több amerikai és európai versenyen vett részt, köztük két győzelmet, és részt vett a

A gázturbinás egységek működési elve

1. ábra. Egytengelyű, egyszerű ciklusú gázturbinás motorral rendelkező gázturbinás egység vázlata

A gázturbinás tápegység kompresszorába (1) tiszta levegő kerül. Nagy nyomás alatt a kompresszor levegője az égéstérbe (2) kerül, ahol a fő tüzelőanyagot, a gázt szállítják. A keverék meggyullad. Amikor egy gáz-levegő keverék ég, az energia forró gázok áramlása formájában keletkezik. Ez az áramlás nagy sebességgel a turbina járókerekére (3) zúdul, és elforgatja azt. A turbina tengelyén áthaladó forgási kinetikus energia hajtja meg a kompresszort és az elektromos generátort (4). Az elektromos generátor kapcsairól a megtermelt villamos energia általában transzformátoron keresztül kerül az elektromos hálózatba, az energiafogyasztókhoz.

A gázturbinákat a Brayton termodinamikai ciklus írja le A Brayton/Joule ciklus egy olyan termodinamikai ciklus, amely leírja a gázturbinás, turbó- és sugárhajtóműves belsőégésű motorok, valamint a gázturbinás külső égésű motorok működési folyamatait. zártláncú gáznemű (egyfázisú) munkafolyadék.

A ciklus George Brayton amerikai mérnökről kapta a nevét, aki feltalált egy dugattyús belső égésű motort, amely ezen a cikluson működött.

Néha ezt a ciklust Joule-ciklusnak is nevezik - James Joule angol fizikus tiszteletére, aki létrehozta a hő mechanikai megfelelőjét.

2. ábra. P,V diagram Brighton ciklus

Az ideális Brayton-ciklus a következő folyamatokból áll:

• 1-2 Izoentropikus kompresszió.
• 2-3 Izobár hőellátás.
• 3-4 Izoentrop expanzió.
• 4-1 Izobár hőelvonás.

Figyelembe véve a valódi adiabatikus tágulási és kompressziós folyamatok közötti különbségeket az izentropikusoktól, egy valós Brayton-ciklust szerkesztünk (1-2p-3-4p-1 a T-S diagramon) (3. ábra).

3. ábra. T-S diagram Brighton ciklus
Tökéletes (1-2-3-4-1)
Real (1-2p-3-4p-1)

Az ideális Brayton-ciklus termikus hatásfoka általában a következő képlettel fejezhető ki:

• ahol P = p2 / p1 a nyomásnövekedés mértéke az izentropikus kompresszió folyamatában (1-2);
• k - adiabatikus index (levegő esetén 1,4)

Külön meg kell jegyezni, hogy a ciklus hatékonyságának ez az általánosan elfogadott módszere elfedi a folyamat lényegét. A termodinamikai ciklus korlátozó hatásfoka a hőmérsékleti arányon keresztül számítható ki a Carnot-képlet segítségével:

• ahol T1 a hűtőszekrény hőmérséklete;
• T2 - a fűtőelem hőmérséklete.

Pontosan ugyanaz a hőmérsékleti arány fejezhető ki a ciklusban alkalmazott nyomásviszonyok nagyságával és az adiabatikus indexszel:

Így a Brayton-ciklus hatékonysága pontosan ugyanúgy függ a ciklus kezdeti és végső hőmérsékletétől, mint a Carnot-ciklus hatékonysága. A (2-3) vonal mentén a munkaközeg végtelenül kicsi hevítésével a folyamat izotermnek tekinthető, és teljesen egyenértékű a Carnot-ciklussal. A T3 munkaközeg izobár folyamat során felmelegedésének mértéke meghatározza a ciklusban felhasznált munkaközeg mennyiségéhez viszonyított munka mennyiségét, de semmilyen módon nem befolyásolja a ciklus termikus hatásfokát. A ciklus gyakorlati megvalósítása során azonban a melegítést általában a lehető legmagasabb értékekre hajtják végre, amit a felhasznált anyagok hőállósága korlátoz, hogy a munkafolyadékot összenyomó és kitágító mechanizmusok mérete minimális legyen.

A gyakorlatban a súrlódás és a turbulencia a következőket okozza:

• Nem adiabatikus kompresszió: Adott általános nyomásviszony mellett a kompresszor kibocsátási hőmérséklete magasabb az ideálisnál.
• Nem adiabatikus tágulás: Bár a turbina hőmérséklete a működéshez szükséges szintre csökken, a kompresszort ez nem érinti, a nyomásviszony magasabb, ami nem elegendő a táguláshoz a hasznos működés biztosításához.
• Nyomásveszteség a levegő beömlőben, égéstérben és kimenetben: ennek következtében a tágulás nem elegendő a hasznos működés biztosításához.

Mint minden ciklikus hőmotornál, minél magasabb az égési hőmérséklet, annál nagyobb a hatásfok. A korlátozó tényező a motort alkotó acél, nikkel, kerámia vagy egyéb anyagok hő- és nyomásálló képessége. Sok mérnöki munka megy a hő eltávolítására a turbina alkatrészeiből. A legtöbb turbina a kipufogógázokból is megpróbálja visszanyerni a hőt, amely egyébként elpazarolna.

A rekuperátorok olyan hőcserélők, amelyek az égés előtt a kipufogógázokból a sűrített levegőbe továbbítják a hőt. A kombinált ciklusban a hő a gőzturbinás rendszerekbe kerül. A kapcsolt hő- és villamosenergia-termelésben (kapcsolt energiatermelés) pedig a hulladékhőt melegvíz előállítására használják fel.

Mechanikailag a gázturbinák lényegesen egyszerűbbek lehetnek, mint a dugattyús belsőégésű motorok. Az egyszerű turbináknak egy mozgó része lehet: a tengely/kompresszor/turbina/alternatív forgórész szerelvény (lásd az alábbi képet), az üzemanyagrendszert nem beleértve.

4. ábra. Ez a gép egyfokozatú radiális kompresszorral rendelkezik,
turbina, rekuperátor és légcsapágyak.

A bonyolultabb turbinák (a modern sugárhajtóművekben használtak) több tengelyt (tekercset), több száz turbinalapátot, mozgó állórészlapátot, valamint összetett csőrendszert, égéstereket és hőcserélőket tartalmazhatnak.

Általános szabály, hogy minél kisebb a motor, annál nagyobb a tengely(ek) fordulatszáma a maximum fenntartásához lineáris sebesség lapockák

A turbinalapátok maximális fordulatszáma határozza meg az elérhető maximális nyomást, ami a motor méretétől függetlenül maximális teljesítményt eredményez. A sugárhajtómű körülbelül 10 000-es fordulatszámmal, a mikroturbina pedig körülbelül 100 000-es fordulatszámmal forog.



A gázturbinák számos folyékony üzemanyagú rakétamodellben, valamint turbószivattyúkban vannak jelen, ami lehetővé teszi az utóbbiak könnyű, alacsony nyomású, jelentős száraz tömeget tartalmazó tartályokban való használatát.

A gázturbinák típusai

Nézzük meg, milyen típusú gázturbinák vannak

Ipari - villamos energia előállítására

Különbségük a légiközlekedésiektől a lényegesen nagyobb méretekben van. Az ipari gázturbinák kerete, csapágyai és lapátrendszere sokkal masszívabb. Az ipari turbinák mérete igen változatos tág határok között- a teherautóra szerelt kompakt mobil egységektől a hatalmas gázturbina-komplexumokig.

• A kombinált ciklusú turbinák hatásfoka akár 60% is lehet - ha a kipufogót rekuperatív gőzfejlesztőben használják. A kogenerátoros üzemelés növeli a hatékonyságot, ha a kipufogót fűtésre vagy hűtőgépeknél hideg előállítására használják. Hőt és hideget is lehet egyszerre termelni – ezt a folyamatot trigenerációnak nevezik.
• Az egyszerű ciklusú gázturbinák különböző teljesítményűek. Csak néhány percet vesz igénybe az üzemmódba lépés, amely lehetővé teszi a használatát csúcsterhelés alatt. A kombinált erőművekhez képest alacsonyabb hatásfok miatt ezt a típusú turbinát ritkán használják - évente több órától több tíz óráig, gyakrabban csúcsterhelésen. Alacsony alapterhelésű területeken, ahol az elektromos teljesítmény a terheléstől függ, egy ilyen gázturbinás üzem a nap nagy részében üzemel.

Mikroturbinák

Sikerük részben az elektronika rohamos elterjedésének köszönhető, amely átvette az emberi funkciók egy részét. A mikroturbinákat a legbonyolultabb autonóm energiaellátó rendszerekben használják. Nézzük meg őket közelebbről.

A mikroturbinák számos paraméterben előnyösebbek a dugattyús autonóm erőművekkel szemben. Tehát megnövelt teljesítményűek, rendkívül alacsony károsanyag-kibocsátásúak, és csak egy vagy néhány mozgó alkatrészük van. Egyes modellek légcsapágyakkal és léghűtőrendszerrel rendelkeznek, amely nem igényel motorolajat vagy hűtőfolyadékokat.

A mikroturbinák másik előnye, hogy a keletkező hő nagy része a kipufogórendszerben koncentrálódik, meglehetősen magas hőmérsékleten, miközben a dugattyús motorok által termelt hő szétoszlik a hűtőrendszer és a kipufogó között.

A mikroturbinák működnek különféle típusok ipari tüzelőanyagok: földgáz, propán, kerozin, gázolaj, kapcsolódó kőolajgáz. Lehetőség van megújuló üzemanyagok használatára: biogáz, biodízel, E85.

A mikroturbina kompresszorból, egyfokozatú radiális csőből, inverterből és rekuperátorból áll. A kipufogó füstgázok hője felmelegíti a vizet és a levegőt; Hűtőgépek légkondicionálására is használják párátlanításra vagy hideg előállítására. Így elektromos energia helyett szabad hőenergiát használnak fel.

A szabványos mikroturbinák hatásfoka eléri a 35%-ot; kogenerációs üzemmódban az üzemanyag-felhasználás eléri a 85%-ot.

Foglaljuk össze a mikroturbinák fő előnyeit:

• Az 1-100% közötti elektromos terhelések ellenálló képessége;
• Hosszú távú működés lehetősége rendkívül alacsony teljesítmény mellett - 1%;
• Alacsony kibocsátás;
• Nincsenek kémények;
• Nem igényel kenő- vagy hűtőfolyadékot;
• Gyors csatlakozási lehetőség elektromos és fűtési hálózatokhoz, üzemanyag vezetékekhez;
• A karbantartás évente 1 napot vesz igénybe;
• Csökkentett zaj- és rezgésszint;
• Távirányító lehetőség;
• Kompaktság - az épületek tetején mikroturbinás erőmű helyezhető el;
• Az inverternek köszönhetően kiváló minőségű elektromos áram keletkezik;
• Kapcsolt energiatermelés – villamos energia és hő együttes előállítása;
• Működési lehetőség extrém éghajlati viszonyok között (az Északi-sarkvidéken, Távol-Északon).

A mikroturbinák jellemzői és előnyei meghatározzák alkalmazási körüket. Ez:

• Bevásárlóközpontok, adatközpontok, építkezések, gyógyszerraktárak, mezőgazdasági ágazati létesítmények energiaellátása;
• Nehéz éghajlati adottságú területek energiaellátása (Távol-Észak);
• Az olaj- és gázszektorban - APG hasznosítás;
• Decentralizált energiaellátás.

Ezek a gázturbinák fő típusai

Hasonló cikkek