Ներկայումս Ռուսաստանում գործում են մի քանի հազար ջերմաէլեկտրակայաններ և պետական ​​շրջանային էլեկտրակայաններ, ինչպես նաև ավելի քան 66 հազար կաթսայատներ, որոնք ապահովում են արտադրվող ջերմության գրեթե 80%-ը։ Այս առումով Ռուսաստանն անվիճելի առաջատարն է համաշխարհային ջեռուցմամբ։ Նկատենք, որ կենտրոնացման առումով Ռուսաստանը համաշխարհային առաջատար է ոչ միայն էներգետիկայի ոլորտում։
Այնուամենայնիվ, փորձագետները նշում են հնացած ագրեգատներում գազի օգտագործման անարդյունավետությունը, ինչպես նաև ավանդական շոգետուրբինների արդյունավետության ցածր մակարդակը, որը չի գերազանցում 38%-ը։ Կենտրոնացված ցանցերում ջերմությունն արտադրվում է հիմնականում անցյալ սերունդների սարքավորումների վրա, մինչդեռ ավելորդ ջերմությունը «տաքացնում է» օդը։
Էլեկտրական և ջերմային էներգիայի արտադրության համար տեղական համակարգերի օգտագործումը գազատուրբինային էլեկտրակայաններ (GTP)Բնական գազով կամ պրոպանով աշխատելը այս խնդրի հնարավոր լուծումներից մեկն է:
Այս առումով միտում է նկատվել էլեկտրաէներգիայի և ջերմամատակարարման ապակենտրոնացված համակցված աղբյուրների (այս. համակցված արտադրության ռեժիմ), տեղադրված է ինչպես գործող ջեռուցման կաթսայատներում, այնպես էլ նորակառույց ջերմային աղբյուրների վրա։ Ամենահրատապը նոր փոքր օբյեկտների անցումն է` օգտագործելով ժամանակակից գազատուրբիններ, որոնք ապահովում են համակցված արտադրություն:

Զարգացած երկրներում մեծանում է համակցված ցիկլով փոքր էլեկտրակայանների տեսակարար կշիռը, ինչը հնարավորություն է տալիս օպտիմալացնել սոցիալական և արդյունաբերական ենթակառուցվածքների ջերմության և էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը, ինչպես նաև ապահովել արդյունավետ էներգախնայողություն: Օրինակ՝ ԱՄՆ-ում և Մեծ Բրիտանիայում փոքրածավալ էլեկտրաէներգիայի արտադրության մեջ համակցված էներգիայի տեսակարար կշիռը հասնում է 80%-ի, Նիդեռլանդներում՝ 70%-ի, Գերմանիայում՝ 50%-ի։ Արտերկրում այս գործընթացին պետությունն ակտիվորեն աջակցում է ինչպես օրենսդրական կարգավորման, այնպես էլ բյուջետային ֆինանսավորման միջոցով։
Գազատուրբինային կոգեներատիվ էլեկտրակայանների տնտեսական արդյունավետության հիմքը նրանց բարձր էլեկտրական և ջերմային արդյունավետությունն է, որը ձեռք է բերվել ջերմային սպառման վրա դրանց շահագործման հիմնական ռեժիմի շնորհիվ (ջեռուցում, տաք ջրամատակարարում, արտադրության կարիքների համար ջերմամատակարարում):
Գազի տուրբինային կայաններն այժմ ճանաչում են ստացել էներգետիկ ոլորտում՝ որպես լիովին տիրապետված, հուսալի սարքավորումներ:
Էլեկտրակայաններում գազատուրբինների աշխատանքը նույն մակարդակի վրա է, ինչ սովորական էներգատեխնիկան: Դրանք բնութագրվում են օրացուցային ժամանակի 90%-ի ընթացքում շահագործման պատրաստակամությամբ, վերանորոգման 2-3 տարվա ցիկլով, գործարկման հուսալիությամբ 95-97%:
Փոքր տեսակարար կշիռը, կոմպակտությունը, փոխադրման հեշտությունը և տեղադրման հեշտությունը գազատուրբինային կայանների հիմնական առավելություններից են, որոնք առավել գրավիչն են դրանց օգտագործման տեսանկյունից:
Գազի տուրբինների առավելությունները ներառում են նաև շինարարության կարճ ժամկետները, սպառողներին ջերմության և էլեկտրաէներգիայի մատակարարման հուսալիության բարձրացումը, շրջակա միջավայր վնասակար արտանետումների նվազագույն քանակությունը, ջերմային հսկողության իներցիան և կորուստները ջերմային ցանցերում՝ համեմատած խոշոր RTS-ի և CHPP-ների հետ միացված ցանցերի հետ:

Նկարագրություն գազատուրբինային տեխնոլոգիա .
Գազի տուրբինի հիմքը գազի գեներատորն է, որը ծառայում է որպես սեղմված տաք այրման արտադրանքի աղբյուր՝ էլեկտրական տուրբին վարելու համար:
Գազի գեներատորը բաղկացած է կոմպրեսորից, այրման պալատից և կոմպրեսորային շարժիչ տուրբինից։ Կոմպրեսորը սեղմում է մթնոլորտային օդը, որը մտնում է այրման խցիկ, որտեղ վառելիքը (սովորաբար գազ) մատակարարվում է նրան վարդակների միջոցով, այնուհետև վառելիքն այրվում է օդի հոսքում։ Այրման արտադրանքը մատակարարվում է կոմպրեսորային տուրբինին և ուժային տուրբինին (մեկ լիսեռ տարբերակով կոմպրեսորը և ուժային տուրբինը համակցված են): Էլեկտրական տուրբինի կողմից մշակված հզորությունը զգալիորեն գերազանցում է կոմպրեսորի կողմից օդը սեղմելու համար սպառված հզորությունը, ինչպես նաև. հաղթահարելով առանցքակալների շփումը և օժանդակ ագրեգատները վարելու համար ծախսվող հզորությունը: Այս արժեքների միջև տարբերությունը գազատուրբինի օգտակար հզորությունն է:
Տուրբինի լիսեռի վրա տեղադրված է տուրբինային գեներատոր (էլեկտրական գեներատոր):
Գազատուրբինում սպառված գազերը քշում են արտանետվող սարքի միջով և խլացուցիչը մտնում են ծխնելույզ: Հնարավոր է վերականգնել արտանետվող գազերի ջերմությունը, երբ արտանետվող գազերը մտնում են թափոնների ջերմության կաթսա, որտեղ ջերմային էներգիան առաջանում է գոլորշու և/կամ տաք ջրի տեսքով: Թափոնների ջերմության կաթսայից գոլորշին կամ տաք ջուրը կարող են ուղղակիորեն փոխանցվել ջերմային սպառողին:
Ժամանակակից գազատուրբինային կայանների էլեկտրական արդյունավետությունը կազմում է 33–39%: Այնուամենայնիվ, հաշվի առնելով արտանետվող գազերի բարձր ջերմաստիճանը հզոր գազատուրբինային կայաններում, հնարավոր է համատեղել գազի և գոլորշու տուրբինների օգտագործումը: Նման ինժեներական մոտեցումը հնարավորություն է տալիս զգալիորեն բարձրացնել վառելիքի օգտագործման արդյունավետությունը և բարձրացնել ագրեգատների էլեկտրական արդյունավետությունը մինչև 57–59%:

Գազատուրբինային կայանների առավելություններն են ցածր տեսակարար կշիռը, կոմպակտությունը, տեղափոխման հեշտությունը և տեղադրման հեշտությունը: Թույլատրվում է գազի տուրբինային ագրեգատ տեղադրել շենքի տեխնիկական հատակին կամ ցածր էներգիայի գազատուրբինային ագրեգատների տանիքի դասավորությանը: Գազային տուրբինների այս օգտակար հատկությունը քաղաքաշինության կարևոր գործոն է։
Գազատուրբինային կայանների շահագործման ընթացքում արտանետվող գազերում NOx-ի և CO-ի վնասակար արտանետումների պարունակությունը նվազագույն է: Նման հիանալի բնապահպանական հատկությունները հնարավորություն են տալիս առանց որևէ խնդրի գազատուրբինային կայաններ տեղադրել մարդկանց տների անմիջական հարևանությամբ:

Բացի այդ, ավելի փոքր գազատուրբինները սովորաբար մատակարարվում են որպես մեկ կամ մի քանի հավաքովի ագրեգատներ, պահանջում են քիչ տեղադրման աշխատանքներ, և դրանց համեմատաբար փոքր չափերը թույլ են տալիս դրանք տեղադրվել խիստ գլխավոր հատակագծում: Այստեղից էլ շինմոնտաժային աշխատանքների հարաբերական էժանությունը։
Գազի տուրբինային տեղակայանքները ունեն թեթև թրթռումներ և աղմուկներ 65–75 դԲ միջակայքում (որը համապատասխանում է աղմուկի մակարդակի սանդղակի վրա 1 մետր հեռավորության վրա գտնվող փոշեկուլի ձայնին): Որպես կանոն, նման բարձր տեխնոլոգիական արտադրող սարքավորումների համար հատուկ ձայնամեկուսացում անհրաժեշտ չէ:
Ժամանակակից գազատուրբինային կայանները շատ հուսալի են: Որոշ ագրեգատների մի քանի տարի շարունակ շարունակական շահագործման մասին վկայություններ կան։ Գազատուրբինների շատ մատակարարներ տեղում հիմնանորոգում են կատարում՝ փոխարինելով առանձին բաղադրիչներ՝ առանց դրանք գործարան տեղափոխելու, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է ագրեգատի պահպանման ծախսերը:
Գազատուրբինային կայանների մեծամասնությունն ունեն ծանրաբեռնվածության ունակություն, այսինքն. հզորության բարձրացում անվանականից բարձր: Դա ձեռք է բերվում աշխատանքային հեղուկի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ:
Այնուամենայնիվ, արտադրողները խիստ սահմանափակումներ են դնում նման ռեժիմների տևողության վրա, ինչը թույլ է տալիս գործարկել սկզբնական ջերմաստիճանի գերազանցումով ոչ ավելի, քան մի քանի հարյուր ժամ: Այս սահմանափակումների խախտումը զգալիորեն նվազեցնում է տեղադրման ժամկետը:

  Մի գդալ խեժ.
Այնուամենայնիվ, դժվարություններ կան գազատուրբինային էլեկտրակայանների ներդրման հետ կապված։ Սա, առաջին հերթին, գազային վառելիքի նախնական սեղմման անհրաժեշտությունն է, որը նկատելիորեն բարձրացնում է էներգիայի արտադրության արժեքը, հատկապես փոքր գազատուրբինների համար, և որոշ դեպքերում էական խոչընդոտ է հանդիսանում դրանց ներդրմանը էներգետիկայի ոլորտում։ Օդի սեղմման բարձր գործակիցներով ժամանակակից գազատուրբինների համար վառելիքի գազի պահանջվող ճնշումը կարող է գերազանցել 25-30 կգ/սմ 2:
Գազի տուրբինների մեկ այլ զգալի թերությունը արդյունավետության կտրուկ անկումն է բեռի նվազմամբ:
Գազի տուրբինի ծառայության ժամկետը շատ ավելի կարճ է, քան մյուս էլեկտրակայանները և սովորաբար տատանվում է 45-125 հազար ժամի սահմաններում։

Պատմականորեն գազատուրբինային տեխնոլոգիայի զարգացման առաջամարտիկները նավերի և ինքնաթիռների համար շարժիչներ ստեղծողներն էին: Ուստի ներկայումս նրանք ամենաշատ փորձն են կուտակել այս ոլորտում և ամենաորակյալ մասնագետներն են։
Ռուսաստանում գազատուրբինային էլեկտրակայանների արտադրության առաջատար դիրքերը զբաղեցնում են ընկերությունները, որոնք մշակում և արտադրում են օդանավերի գազատուրբինային շարժիչներ և գազատուրբինային կայաններ, որոնք նախատեսված են հատուկ էներգիայի օգտագործման համար.
   - ԲԲԸ Լյուլկա-Սատուրն(Մոսկվա քաղաք),
   - «Ռիբինսկ Մոթորս» ԲԲԸ(Ռիբինսկ),
երկուսն էլ ներառված են NPO Սատուրն,
   - ԱԷԿ դրանք։ Վ.Յա. Կլիմովը(Սանկտ Պետերբուրգ),
   - FSUE MMPP Salyut(Մոսկվա քաղաք),
եւ ուրիշներ

2004-2006 թթ. Մոսկվայում մասնակցությամբ OAO Saturn - գազային տուրբիններԻրականացվել է փորձարարական գազատուրբինային բլոկների (GTP) շինարարություն և շահագործում RTS «Kuryanovo» և RTS «Penyagino»-ում: Գազատուրբինային կայանների օգտագործման հիմնական խնդիրն է ապահովել բնակարանային և կոմունալ ծառայությունների էլեկտրաէներգիայի և ջերմության անկախ մատակարարումը: Երկու RTS-ն էլ հագեցած էին երկու գազատուրբինային ագրեգատներով: GTA-6RM 6 ՄՎտ միավոր հզորությամբ։ GTA-6RM-ը NPO Saturn-ի հողային արտադրանքի հիմնական տեսակներից է:
GTA-6RM գազատուրբինային ագրեգատները հավաքվում են սերիական, համեմատաբար էժան, ինքնաթիռի շարժիչներ D-30KU/KP, որոնք ապացուցել են իրենց որպես ամենահուսալի շարժիչը Ռուսաստանում, որը շահագործվում է զանգվածային արտադրության ԻԼ-62Մ, ՏՈՒ-154Մ և ԻԼ-76 ինքնաթիռներով: Այս շարժիչների ընդհանուր աշխատանքային ժամանակը գերազանցել է 36 միլիոն ժամը։
Ագրեգատները արտադրվում են բլոկ-մոդուլային և սեմինարային (կայանային) տարբերակներով և կարող են շահագործվել մեկ աշխատանքային ռեժիմով կամ համակցված տարբեր սերիայի տուրբինային գեներատորների հետ, որոնք ունեն աշխատանքի նույնական բնութագրեր, տաք ջրի կամ թափոնների ջերմային գոլորշու կաթսաներ:
2005 թվականին GTA-6RM-ն ընդգրկվել է Ռուսաստանի լավագույն 100 ապրանքների մեջ, նրան պաշտոնապես շնորհվել է «Հայրենիքի հպարտության» կարգավիճակ։

Փորձը ցույց տվեց, որ RTS համակարգում գազատուրբինների օգտագործումը հնարավորություն է տալիս բարձրացնել քաղաքային տնտեսությանը և մայրաքաղաքի բնակելի հատվածին ջերմություն ապահովելու հուսալիությունը՝ գոյություն ունեցող կենսաապահովման համակարգերի կրկնօրինակման և ավելորդության միջոցով, ինչպես նաև բարձրացնել քաղաքային տնտեսության էներգետիկ անվտանգությունը.

Եվ պետք է ասեմ, որ Մոսկվայի կառավարությունը լրջորեն շահագրգռված է մայրաքաղաքի էներգետիկ համալիրում գազատուրբինների զանգվածային օգտագործման վրա։
Ներկայացնում ենք հատվածներ 2009 թվականի դեկտեմբերի 29-ի N 1508-ՊՓ որոշումից. «Մոսկվա քաղաքի ջերմամատակարարման սխեմայի մասին մինչև 2020 թվականն ընկած ժամանակահատվածում»:
Մինչև 2020 թվականը Մոսկվա քաղաքում ջերմամատակարարման զարգացման առաջնահերթ ուղղությունը ջերմության և էլեկտրաէներգիայի համակցված արտադրության տեխնոլոգիայի ներդրումն է ջեռուցման ռեսուրսի լրացուցիչ ներգրավմամբ և սպառողների ջերմային և էլեկտրական բեռների ծածկմամբ: քաղաքը նոր գազատուրբինային էլեկտրակայաններ.
....................................
Ջերմամատակարարման համակարգի հետագա զարգացումը պետք է հիմնված լինի.
 .............................................
- Ինքնավար արտադրության աղբյուրների էլեկտրակայաններում տեղադրում ( գազատուրբինային կայաններ) գործարկել էլեկտրակայանը էներգահամակարգի հետ կապի կորստի և գագաթնակետային տաք ջրի կաթսաների ինքնավար սնուցման դեպքում վթարային ռեժիմներում.

Մինչ այժմ մենք խոսել ենք միայն բուն գազատուրբինի մասին, ոչ

* * հարցնում է, թե որտեղից է գալիս այն գազը, որը սնուցում է:

Աշխատանքային գոլորշին գոլորշու տուրբին է մտնում գոլորշու կաթսայից։ Ի՞նչ սարքեր են անհրաժեշտ գազատուրբինն աշխատող գազով սնելու համար:

Գազային տուրբինի շահագործման համար անհրաժեշտ է էներգիայի մեծ պաշար ունեցող գազ։ Գազի էներգիան՝ որոշակի պայմաններում մեխանիկական աշխատանք կատարելու նրա ունակությունը, կախված է ճնշումից և ջերմաստիճանից։ Որքան սեղմված լինի գազը և որքան բարձր լինի նրա ջերմաստիճանը, այնքան ավելի շատ մեխանիկական աշխատանք է այն կարող կատարել իր ընդարձակման ժամանակ։ Սա նշանակում է, որ սեղմված և տաքացվող գազն անհրաժեշտ է տուրբինների աշխատանքի համար։ Այստեղից պարզ է դառնում, թե որ սարքերը պետք է ներառվեն գազատուրբինային տեղակայման մեջ (կամ գազատուրբինային շարժիչ): Սա առաջին հերթին օդը սեղմող սարք է, երկրորդը՝ այն տաքացնելու սարք։

Եվ, երրորդ, բուն գազատուրբինը, որը սեղմված և տաքացվող գազի ներքին էներգիան վերածում է մեխանիկական աշխատանքի։

Օդը սեղմելը բարդ խնդիր է։ Շատ ավելի դժվար է այն իրականացնել, քան հեղուկ վառելիք մատակարարել այրման պալատին: Օրինակ՝ մեկ կիլոգրամ կերոսին վայրկյանում 10 մթնոլորտ ճնշմամբ այրման խցիկ մատակարարելու համար անհրաժեշտ է ծախսել մոտ 2 ձիաուժ, իսկ վայրկյանում մեկ կիլոգրամ օդը 10 մթնոլորտ սեղմելու համար՝ մոտ 400 ձիաուժ։ Իսկ գազատուրբինային կայաններում մեկ կիլոգրամ կերոսին կազմում է մոտավորապես 60 կիլոգրամ օդ:

Սա նշանակում է, որ 10 մթնոլորտ ճնշմամբ այրման պալատ օդ մատակարարելու վրա պետք է ծախսվի 12 հազար անգամ ավելի շատ էներգիա, քան հեղուկ վառելիք մատակարարելու վրա։

Օդը սեղմելու համար օգտագործվում են հատուկ մեքենաներ, որոնք կոչվում են սուպերլիցքավորիչներ կամ կոմպրեսորներ։ Նրանք իրենց աշխատանքի համար անհրաժեշտ մեխանիկական էներգիան ստանում են հենց գազատուրբինից։ Կոմպրեսոր և տուր-

Bezhy կոմպրեսոր.

կոմպրեսոր.

Աղբամանները տեղադրվում են մեկ լիսեռի վրա, իսկ տուրբինը շահագործման ընթացքում իր հզորության մի մասը տալիս է օդային կոմպրեսորին:

Գազատուրբինային կայաններում օգտագործվում են երկու տեսակի կոմպրեսորներ՝ կենտրոնախույս և առանցքային:

Կենտրոնախույս կոմպրեսորը (Նկար 6), ինչպես ցույց է տալիս իր անունը, օգտագործում է կենտրոնախույս ուժ՝ օդը սեղմելու համար: Նման կոմպրեսորը բաղկացած է մուտքային խողովակից, որի միջոցով արտաքին օդը մտնում է կոմպրեսոր. աշխատանքային շեղբերով սկավառակ, որը հաճախ կոչվում է շարժիչ (նկ. 7); այսպես կոչված դիֆուզորը, որի մեջ մտնում է շարժիչից դուրս եկող օդը, և ելքի խողովակները, որոնք սեղմված օդը արտահոսում են դեպի իր նպատակակետը, օրինակ՝ գազատուրբինային կայանի այրման պալատ։

Կենտրոնախույս կոմպրեսոր մտնող օդը վերցվում է արագ պտտվող շարժիչի շեղբերով և կենտրոնախույս ուժի ազդեցության տակ նետվում է կենտրոնից դեպի շրջագիծ: Շեղբերների միջև ալիքներով շարժվելով և սկավառակի հետ պտտվելով՝ այն սեղմվում է կենտրոնախույս ուժերով։ Որքան արագ է պտույտի պտույտը, այնքան մեծ է օդի սեղմումը: Ժամանակակից կոմպրեսորներում շարժիչի շրջագծային արագությունը հասնում է վայրկյանում 500 մետրի: Այս դեպքում օդային ճնշումը շարժիչի ելքի վրա կազմում է մոտավորապես 2,5 մթնոլորտ: Բացի ավելացված ճնշումից, օդը, անցնելով շեղբերների միջև, ձեռք է բերում բարձր արագություն՝ մեծությամբ մոտ շարժիչի շրջագծային արագությանը։ Այնուհետև օդն անցնում է դիֆուզորով` աստիճանաբար ընդլայնվող ալիքով: Նման ալիքով շարժվելիս օդի արագությունը նվազում է, իսկ ճնշումը մեծանում է։ Դիֆուզերի ելքի մոտ օդը սովորաբար ունենում է մոտ 5 մթնոլորտի ճնշում:

Կենտրոնախույս կոմպրեսորները դիզայնով պարզ են: Նրանք թեթև են և կարող են համեմատաբար արդյունավետ աշխատել լիսեռի տարբեր արագությունների և օդի հոսքի արագության դեպքում: Այս որակներն ապահովեցին դրանց լայն կիրառումը տեխնոլոգիայի մեջ։ Այնուամենայնիվ, կենտրոնախույս կոմպրեսորները բավականաչափ բարձր արդյունավետություն չունեն՝ ընդամենը 70-75%: Ուստի գազատուրբինային կայաններում, որտեղ մեծ էներգիա է ծախսվում օդի սեղմման վրա, ավելի հաճախ օգտագործվում են առանցքային տիպի կոմպրեսորներ։ Դրանց արդյունավետությունն ավելի բարձր է՝ հասնում է 85-90%-ի։ Բայց իր դիզայնով առանցքային կոմպրեսորը ավելի բարդ է, քան կենտրոնախույսը և ունի ավելի մեծ քաշ:

Առանցքային կոմպրեսորը բաղկացած է մի քանի շարժիչներից, որոնք կոշտ ամրացված են լիսեռի վրա և տեղադրված են ալիքում, որով շարժվում է օդը: Յուրաքանչյուր շարժիչ սկավառակ է եզրագծի վրա սայրերով: Երբ շարժիչը արագ պտտվում է, սայրերը սեղմում են ալիքով անցնող օդը և մեծացնում դրա արագությունը:

Յուրաքանչյուր շարժիչի հետևում տեղադրված է մեկ շարք ֆիքսված շեղբեր՝ ուղեցույց, որն էլ ավելի է մեծացնում օդի ճնշումը և շիթին հայտնում է անհրաժեշտ ուղղությունը:

Շարժիչը, որի հետևում ամրացված ուղեցույցների շարան կա, կոչվում է կոմպրեսորային փուլ: Առանցքային կոմպրեսորի մեկ փուլը բարձրացնում է օդի ճնշումը մոտ 1,3 անգամ: Ավելի մեծ ճնշում ստանալու համար օգտագործվում են մի քանի փուլով առանցքային կոմպրեսորներ։ Բարձր ճնշումներ ստանալու համար օգտագործվում են առանցքային կոմպրեսորներ:

Բրինձ. 8. Տասնհինգ աստիճանի առանցքային կոմպրեսորի ռոտոր:

14, 16 և ավելի քայլեր: Բազմաստիճան առանցքային կոմպրեսորներում ռոտորային շեղբերները երբեմն տեղադրվում են ոչ թե առանձին սկավառակների, այլ ընդհանուր խոռոչի լիսեռի վրա, այսպես կոչված, թմբուկի վրա: Կոմպրեսորի պտտվող հատվածը (թմբուկը՝ լիսեռի վրա ամրացված շեղբերներով կամ շարժիչներով շարքերով) կոչվում է ռոտոր (նկ. 8), իսկ կոմպրեսորի պատյանում տեղադրված ֆիքսված ուղեցույցները՝ նրա ստատոր։

Առանցքային կոմպրեսորը ստացել է իր անունը, քանի որ օդը շարժվում է իր առանցքի երկայնքով, ի տարբերություն կենտրոնախույս կոմպրեսորի, որի մեջ օդը շարժվում է ճառագայթային ուղղությամբ:

Կոմպրեսորում սեղմված օդը բարձր ճնշման տակ սնվում է այրման պալատ: Այստեղ հեղուկ վառելիքը սրսկիչ վարդակների միջոցով ներարկվում է օդի հոսք, որը բոցավառվում է այնպես, ինչպես դա արվում է ներքին այրման շարժիչներում՝ էլեկտրական մոմի օգնությամբ։ Մոմը աշխատում է միայն այն ժամանակ, երբ շարժիչը միացված է: Հետագա այրումը տեղի է ունենում շարունակաբար: Սա մեծ քանակությամբ ջերմություն է թողնում: Մեկ կիլոգրամ կերոսինի այրումից ազատվում է 10500 կալորիա ջերմություն։

Որքան շատ ջերմություն է թողարկվել վառելիքի այրման ժամանակ, այնքան բարձր է գազերի ջերմաստիճանը այրման խցիկի վերջում: Եթե ​​1 կիլոգրամ կերոսին կիրառվի 15 կիլոգրամ օդի վրա, ապա գազերի ջերմաստիճանը կհասնի մոտավորապես 2500 ° C: Գազերի նման բարձր ջերմաստիճանի դեպքում գազատուրբինային կայանի շահագործումը շատ արդյունավետ կլինի: Այնուամենայնիվ, վարդակային ապարատի շեղբերների և տուրբինի աշխատանքային շեղբերների նյութը չի կարող դիմակայել նման տաքացմանը: Օդանավերի գազատուրբինային շարժիչներում օգտագործվող լավագույն ժամանակակից ջերմակայուն համաձուլվածքները թույլ են տալիս աշխատել 900 ° C-ի սահմաններում գազի ջերմաստիճանում: Էլեկտրակայաններում գործող տուրբիններում, որտեղ պահանջվում է ավելի երկար սպասարկման ժամկետ և օգտագործվում են ավելի էժան համաձուլվածքներ, թույլատրելի գազը: ջերմաստիճանը նույնիսկ ավելի ցածր է. Հետեւաբար, գազատուրբինային կայանների այրման պալատներում ժամը

1 կիլոգրամ կերոսին կամ ձեթ մատակարարվում է 50-80 կիլոգրամ օդով։ Այս հարաբերակցությամբ այրման խցիկի վերջում սահմանվում է գազերի ջերմաստիճանը, որը թույլ է տալիս շեղբերների ամրությունը։

Գազատուրբինային կայանների համար այրման պալատի նախագծումը բարդ գիտատեխնիկական խնդիր է: Այրման պալատի վրա դրված են մի շարք խիստ պահանջներ, որոնց կատարումից է կախված ամբողջ տեղադրման կատարումը։ Ահա այս պահանջներից ամենակարեւորները. Նախ, անհրաժեշտ է ապահովել վառելիքի ամբողջական այրումը: Եթե ​​վառելիքը ժամանակ չունի այրման խցիկում ամբողջությամբ այրվելու համար, ապա դրա էներգիայի մի մասը ապարդյուն կվնասվի: Գազատուրբինային կայանի արդյունավետությունը կնվազի. Ավելին, վառելիքը, որը չի հասցրել այրվել այրման պալատում, կսկսի այրվել տուրբինի շեղբերների միջև, ինչը կհանգեցնի շեղբերների այրման և կոտրման, այսինքն՝ վթարի: Անհնար է նաև թույլ տալ, որ գազը ներթափանցի տուրբին, այլ ոչ թե ամբողջ խաչմերուկում նույն ջերմաստիճանը լինի, մի տեղ, օրինակ՝ 600 ° C, իսկ մյուսում՝ 1200 °: Ուստի խցիկից դուրս գալուց առաջ անհրաժեշտ է ապահովել գազերի լավ խառնումը, բացառել բարձր ջերմաստիճանով գազի առանձին «ջահերի» հնարավորությունը տուրբին ներթափանցելու համար։ Ի վերջո, այրման պալատի պատերը պետք է լավ սառչեն, որպեսզի պաշտպանեն դրանք այրվելուց:

Այս բոլոր խնդիրները լուծելու համար գազատուրբինային շարժիչների այրման պալատներում օդի հոսքը բաժանվում է երկու մասի (նկ. 9): Հոսքի ավելի փոքր մասն ուղղվում է խցիկի ներքին մասի մեջ՝ այսպես կոչված բոցի խողովակի մեջ։ Այնտեղ վառելիքը այրվում է բարձր ջերմաստիճանում (բարձր ջերմաստիճանը թույլ է տալիս բավարար

ամբողջական այրում): Մնացած օդը չի մասնակցում այրմանը: Այն լվանում է բոցի խողովակը դրսից և սառչում: Այնուհետեւ սառը օդը խառնվում է տաք գազերի հետ։ Ավելի լավ խառնելու համար խողովակի պատերին մեծ թվով փոքր անցքեր են արվում, որոնց միջով փոքր մասերում հովացման օդը ներմուծվում է և խառնվում տաք գազերի հետ։ Սառեցման օդի այս մատակարարման շնորհիվ պատերի մոտ գազի ջերմաստիճանը ավելի ցածր է, քան բոցի խողովակի կենտրոնում: Սա նաև նպաստում է դրա պաշտպանվածությանը այրվելուց:

Գազատուրբինային կայանի այրման պալատը սովորաբար գտնվում է կոմպրեսորի և տուրբինի միջև: Այս դասավորությամբ գազերի հոսքը անմիջապես տեղակայման մուտքից դեպի ելք է անցնում: Բայց տեղադրման կենտրոնում կա տուրբինը կոմպրեսորին միացնող լիսեռ։ Այս լիսեռը չպետք է շատ տաքանա, հակառակ դեպքում նրա ամրությունը կնվազի: Հետեւաբար, այրման պալատը պատրաստվում է օղակաձեւ կամ մեկ

Ընդհանուր խցիկը փոխարինվում է 6-10 առանձին խցիկներով, որոնք գտնվում են լիսեռի շուրջը շրջանագծի մեջ։

Դուք ծանոթացել եք գազատուրբինային կայանի երեք հիմնական մասերին՝ օդային կոմպրեսոր, այրման պալատ և գազատուրբին: Նկ. 10-ը ցույց է տալիս գազատուրբինային շարժիչի դիագրամը: Ահա թե ինչպես է այն աշխատում:

Կոմպրեսորը օդ է հանում մթնոլորտից և սեղմում այն։ Սեղմված օդը մտնում է այրման խցիկ, որտեղ վառելիքի այրման պատճառով նրա ջերմաստիճանը բարձրանում է մի քանի հարյուր աստիճանով։ Գազի ճնշումը

Մնում է մոտավորապես հաստատուն։ Հետևաբար, այս տիպի շարժիչները կոչվում են գազատուրբինային շարժիչներ՝ մշտական ​​այրման ճնշմամբ։ Այրման պալատից տուրբին է գնում գազը բարձր ճնշմամբ և ջերմաստիճանով, հետևաբար՝ էներգիայի մեծ մատակարարմամբ։ Այնտեղ տեղի է ունենում սեղմված և տաքացվող գազի էներգիան օգտակար աշխատանքի վերածելու գործընթացը։

Գազը տուրբինում իսկապես աշխատում է ընդարձակման ժամանակ, այսինքն, երբ նրա ճնշումը նվազում է: Գազատուրբինային կայանների մեծ մասում գազի ճնշումը կրճատվում է մինչև մթնոլորտային ճնշում: Սա նշանակում է, որ տուրբինում կա կոմպրեսորում տեղի ունեցող գործընթացին հակառակ գործընթաց:

Եթե ​​օդի ջերմաստիճանը կոմպրեսորի ելքի և տուրբինի մուտքի մոտ նույնը լիներ, ապա երբ տուրբինում օդը ընդլայնվում է, այն կկատարի նույն աշխատանքը, որը ծախսվել էր այն կոմպրեսորում սեղմելու վրա, պայմանով, որ օդի շփման և դրա պտույտի վրա էներգիայի կորուստ չի լինի: Եվ այս կորուստները հաշվի առնելով՝ օդը տուրբինում ավելի քիչ աշխատանք կկատարի, քան կոմպրեսորը պտտելու համար պահանջվող աշխատանքը։ Հասկանալի է, որ նման պայմանավորվածությունը ոչ մի օգուտ չի ունենա։ Բայց կոմպրեսորը սեղմում է սառը օդը, և շատ տաք գազ է մտնում տուրբին։ Հետեւաբար, գազի ընդլայնման աշխատանքը 1,5-2 անգամ ավելի մեծ է, քան կոմպրեսորի համար պահանջվողը: Օրինակ, եթե գազատուրբինը զարգացնում է 10000 ձիաուժ հզորություն, ապա մոտավորապես 6000 ձիաուժ պետք է ծախսվի դրան միացված կոմպրեսորը պտտելու վրա։

Ուժ. Մնացած 4000 ձիաուժ հզորությունը կարող է օգտագործվել էլեկտրական գեներատորի, նավի պտուտակի, օդանավի պտուտակի կամ ցանկացած այլ մեխանիզմի պտտման համար:

Գազատուրբինային շարժիչի շահագործման համար անհրաժեշտ են մի շարք օժանդակ ագրեգատներ՝ վառելիքի պոմպեր, դրա շահագործումը կարգավորող ավտոմատ սարքեր, քսման և հովացման համակարգ, կառավարման համակարգ և այլն։

Գազատուրբինային շարժիչը գործարկելու համար անհրաժեշտ է նրա ռոտորը (նկ. 11) պտտել րոպեում մինչև մի քանի հարյուր պտույտ։ Այս նպատակին է ծառայում փոքրիկ օժանդակ շարժիչը, որը կոչվում է մեկնարկիչ: Խոշոր գազատուրբինային շարժիչների համար մեկնարկիչը հաճախ 100 ձիաուժի կարգի, իսկ երբեմն էլ ավելի շատ փոքր գազատուրբինային շարժիչներն են: Այս մեկնարկիչները իրենց հերթին պտտվում են փոքր էլեկտրական շարժիչներով, որոնք սնվում են մարտկոցից:

Տաք գազերի հոսքն օգտագործելու հնարավորության գաղափարը - մեխանիկական աշխատանքի *** կոչը ծագել է շատ վաղուց: Նույնիսկ 450 տարի առաջ մեծ իտալացի գիտնական Լեոնարդո դա Վինչին նկարագրել է անիվի նկարագրությունը, որի շեղբերները տեղադրված են օջախի վերևում գտնվող ծխնելույզում: Գազի հոսքի ազդեցության տակ նման անիվը կարող էր պտտվել և ակտիվացնել թքելը: Լեոնարդո դա Վինչիի անիվը կարելի է համարել գազատուրբինի նախատիպը։

1791 թվականին անգլիացի Ջոն Բարբերը արտոնագիր արեց գազային տուրբինի համար։ Ըստ արտոնագրին կցված գծագրի՝ կարելի էր պատկերացնել, որ մոնտաժը, ըստ հեղինակի, պետք է աշխատեր պինդ կամ հեղուկ վառելիքի թորման արդյունքում ստացված այրվող գազի վրա։ Գազը մղվել է ջրամբար՝ օգտագործելով պարզունակ կոմպրեսոր: Դրանից նա մտել է այրման խցիկ, որտեղ խառնվել է երկրորդ կոմպրեսորի մատակարարած օդին և բռնկվել։ Այրման արտադրանքները գալիս էին խցիկից մինչև տուրբինի անիվը: Սակայն այն ժամանակվա տեխնոլոգիական զարգացման մակարդակով հնարավոր չէր գազատուրբին իրականացնել։ Առաջին գազային տուրբինը ստեղծվել է միայն 19-րդ դարի վերջին ռուս գյուտարար Պ.

Պ.Դ.Կուզմինսկու նախագծով 1897 թվականին կառուցված գազատուրբինային շարժիչը բաղկացած էր օդային կոմպրեսորից, այրման պալատից և շառավղային տուրբինից (նկ. 12)։ Կուզմինսկին կիրառել է այրման պալատի ջրային սառեցում: Ջուրը սառեցրել է պատերը, այնուհետև մտել խցիկ։ Ջրի մատակարարումը նվազեցրեց ջերմաստիճանը և միևնույն ժամանակ ավելացրեց տուրբին ներթափանցող գազերի զանգվածը, ինչը պետք է բարձրացներ տեղադրման արդյունավետությունը։ Ցավոք, Կուզմինսկու աշխատանքը չհանդիպեց ցարական կառավարության ոչ մի աջակցության։

7 տարի անց՝ 1904 թվականին, գերմանացի ինժեներ Ստոլցի նախագծով արտասահմանում գազատուրբին է կառուցվել, որը սակայն գործնական կիրառություն չի ստացել, քանի որ ուներ բազմաթիվ թերություններ։

1906 թվականին ֆրանսիացի ինժեներներ Արմանգոն և Լեմալը կառուցեցին 25 ձիաուժ հզորությամբ գազատուրբին, իսկ հետո՝ 400 ձիաուժ հզորությամբ մեկ ուրիշը։ Այս տեղադրման արդյունավետությունը կազմել է ընդամենը 3%:

Առաջին գազատուրբինային ագրեգատների փորձարկումները ցույց են տվել, որ դրանց արդյունավետությունը բարձրացնելու համար անհրաժեշտ է հասնել կոմպրեսորի և տուրբինի արդյունավետության զգալի բարձրացման, ինչպես նաև բարձրացնել.

Այրման պալատում գազերի ջերմաստիճանը. Սա շատ գյուտարարների դրդեց փնտրել գազատուրբինների այլ նախագծեր: Ցանկություն կար ազատվել կոմպրեսորից՝ օդի սեղմման ժամանակ էներգիայի մեծ կորուստներից խուսափելու համար։ Բայց տուրբինը կարող է աշխատել միայն այն դեպքում, երբ այրման պալատում գազի ճնշումը ավելի բարձր է, քան տուրբինի հետևում: Հակառակ դեպքում գազը խցիկից չի հոսի դեպի տուրբին և չի քշի իր շարժիչը: Խցիկում շարունակական այրման գործընթացի դեպքում սեղմված օդը մատակարարող կոմպրեսորի օգտագործումն անխուսափելի է: Այնուամենայնիվ, եթե դուք այրման գործընթացը դարձնում եք ընդհատումներով, ապա կարող եք հրաժարվել

Կոմպրեսորից կամ օգտագործեք կոմպրեսոր, որը փոքր քանակությամբ օդ է տալիս և, համապատասխանաբար, ավելի քիչ էներգիա է սպառում: Նման պուլսացիոն խցիկին օդը մատակարարվում է այն ժամանակ, երբ դրա մեջ այրում չկա, և ճնշումը շատ ցածր է: Օդը ներթափանցելուց և վառելիքը ներարկվելուց հետո խցիկի մուտքը փակվում է, տեղի է ունենում բռնկում: Քանի որ խցիկը փակ է, և գազերը չեն կարող ընդլայնվել, դրա մեջ ճնշումը կտրուկ բարձրանում է: Այն բանից հետո, երբ գազերը դուրս են հոսում խցիկից դեպի տուրբին, մուտքի փականը բացվում է և օդի նոր մասը մտնում է խցիկ: Այսպիսով, այրման գործընթացը գազերի մշտական ​​ծավալով, այսինքն՝ փակ խցիկում իրականացնելով, հնարավոր է առանց կոմպրեսորի օգնության բարձրացնել դրանց ճնշումը։

1908 թվականին ռուս ինժեներ Վ.Վ.

Կարովոդինը ստեղծել է նման գազատուրբինի փորձնական մոդելը (նկ. 13): Խցիկը փակվել է դրանում վառելիքի այրման ժամանակ հատուկ փականի օգնությամբ։ Տուրբինն ուներ չորս այրման խցիկներ, որոնցից գազը չորս երկար վարդակների միջով անցնում էր դեպի շարժիչը: Փորձարկման ընթացքում մոդելը զարգացրեց 1,6 ձիաուժ հզորություն; արդյունավետությունը կազմել է ընդամենը 3%։ Այս տուրբինը նույնպես դեռ պիտանի չէր արդյունաբերական օգտագործման համար։

Գերմանացի ինժեներ Հոլց-վարտը նույնպես երկար ժամանակ աշխատել է մշտական ​​այրման ծավալով գազատուրբինների ստեղծման վրա։ Նրա նախագծերի համաձայն՝ 1914-1920 թթ
կառուցվել են մի քանի տուրբիններ՝ 500-ից 2000 ձիաուժ հզորությամբ։ Սակայն դրանցից ոչ մեկը պիտանի չէր արդյունաբերական շահագործման համար։ Միայն 1930-ական թվականներին շվեյցարական Brown-Boveri ընկերությանը հաջողվեց ստեղծել մի քանի տուրբիններ՝ այրման մշտական ​​ծավալով, որը հարմար է գործնական շահագործման համար: Ներկայումս նման տուրբինների վրա աշխատանքները գրեթե ամբողջությամբ դադարեցված են։

Մեր գիտնականները գնացին այլ ճանապարհով. Ինժեներ

Վ.Խ.Աբյանցն իր «Ավիացիոն գազային տուրբինների տեսություն» գրքում խորհրդային մասնագետների աշխատությունների մասին գրում է.

«Խորհրդային գիտնականների հիմնական արժանիքներից մեկն այն է, որ նրանք հիմնավորեցին այրման մշտական ​​ճնշմամբ տուրբինների մշակման իրագործելիությունն ու հեռանկարները, մինչդեռ արտասահմանյան (մասնավորապես, գերմանացի) գազատուրբինային ինժեներները աշխատում էին մշտական ​​այրման ծավալով տուրբինների ոլորտում: Գազի տուրբինների բոլոր հետագա զարգացումները, ներառյալ ավիացիոն, փայլուն կերպով հաստատեցին խորհրդային գիտնականների կանխատեսումները, քանի որ գազի տուրբինների զարգացման հիմնական ճանապարհը պարզվեց, որ անընդհատ այրման ճնշմամբ տուրբիններ ստեղծելու ուղին է:

Խորհրդային գիտնականների աշխատանքներն ապացուցեցին, որ գազի բավական բարձր ջերմաստիճանում մշտական ​​այրման ճնշում ունեցող գազատուրբինային կայանները կարող են ունենալ բարձր արդյունավետություն։

1939 թվականին պրոֆեսոր Վ. Նրա հզորությունը 400 կիլովատ էր։ Տուրբինի լիսեռը, սկավառակը և սնամեջ շեղբերը սառչել են ջրով։ Մակովսկու տուրբինը նախատեսված էր ստորգետնյա ածխի գազիֆիկացման արդյունքում ստացված այրվող գազով աշխատելու համար։ Այն տեղադրվել և հաջողությամբ փորձարկվել է Գորլովկայի հանքերից մեկում։

Ներկայումս մեր գործարանները արտադրում են տարբեր տեսակի բարձր արդյունավետության գազատուրբիններ։

Չնայած գազատուրբինային կայանը դիզայնով ավելի պարզ է, քան մխոցային ներքին այրման շարժիչը, սակայն դրա ստեղծման համար պահանջվել է մեծ հետազոտական ​​աշխատանք: Այդ իսկ պատճառով միայն մեր ժամանակներում, գիտության և տեխնիկայի ժամանակակից նվաճումների հիման վրա, հնարավոր եղավ ստեղծել արդյունավետ գազատուրբինային շարժիչ։

Գիտական ​​ի՞նչ խնդիրներ պետք է լուծեին գիտնականները՝ նախքան գազատուրբինային կայանների ստեղծումը հնարավոր դարձնելը։

Գազային տուրբին ստեղծելիս անհրաժեշտ էր ձգտել ապահովել գազի էներգիայի առավելագույն հնարավոր օգտագործումը, նվազագույնի հասցնել դրա կորուստները շփման և հորձանուտի առաջացման պատճառով: Տուրբինի միջով գազի շարժման բարձր արագությունը հնարավորություն է տալիս փոքր տեղակայումից բարձր հզորություն ստանալ։ Բայց միևնույն ժամանակ նման արագությունը հղի է էներգիայի մեծ կորուստների վտանգով։ Որքան մեծ է հեղուկի կամ գազի շարժման արագությունը, այնքան մեծ է էներգիայի կորուստը շփման և հորձանուտների առաջացման հետևանքով։

Բարձր արդյունավետությամբ գազատուրբինային կայան կառուցելու համար անհրաժեշտ էր ընտրել կոմպրեսորի և տուրբինի մասերի առավել շահավետ չափերը, ձևը և հարաբերական դիրքը։ Եվ դրա համար անհրաժեշտ էր ուսումնասիրել գազերի շարժումը և պարզել, թե ինչպես են դրանք ազդում պինդ մարմինների վրա, որոնց շուրջ հոսում են։ Գազի շարժման ուսումնասիրությունը պահանջվում էր տեխնոլոգիայի բազմաթիվ ճյուղերի զարգացման համար։

Այս ոլորտի գիտնականների առաջին խնդիրն էր ուսումնասիրել գազի շարժումը համեմատաբար ցածր արագություններով, երբ այն գործնականում սեղմված չէ։ Քանի որ չսեղմվող գազի շարժումը ենթարկվում է նույն օրենքներին, ինչ հեղուկի շարժումը, գիտության այս ճյուղը կոչվում է հիդրոդինամիկա («հիդր» հունարեն նշանակում է ջուր):

Միաժամանակ զարգանում էր գազի մոլեկուլային կառուցվածքի, ճնշման և ջերմաստիճանի ազդեցության տակ նրա վիճակի փոփոխման գործընթացների գիտությունը։ Այն կոչվում է թերմոդինամիկա (լատիներեն «թերմո» բառից՝ ջերմություն)։

Հիդրոդինամիկայի զարգացման ընթացքում անհրաժեշտություն առաջացավ հաշվի առնել գազի բնորոշ հատկանիշները, որոնք այն տարբերում են հեղուկից։ Եվ հիդրոդինամիկայի հիման վրա առաջացել է աերոդինամիկան՝ օդի հոսքի և մարմինների շուրջ օդի հոսքի օրենքների գիտությունը։ Միևնույն ժամանակ, գոլորշու տուրբինների հայտնվելը թերմոդինամիկական գիտնականներին դրդեց ուսումնասիրել այնպիսի հարցեր, ինչպիսիք են վարդակներից գազերի և գոլորշիների հոսքը:

Իրենց զարգացման գործընթացում հիդրոդինամիկան և թերմոդինամիկան, ընդլայնելով ուսումնասիրված հարցերի շրջանակը, ավելի ու ավելի խորը ներթափանցելով ֆիզիկական երևույթների էության մեջ, մոտեցան միմյանց։ Այսպիսով, առաջացավ գիտության ևս մեկ նոր ճյուղ՝ գազի դինամիկան, որն ուսումնասիրում է գազի շարժման օրենքները բարձր արագությամբ և գազային հոսքում տեղի ունեցող ջերմային գործընթացները։

Այս գիտությունը ծառայեց որպես տեսական հիմք գազատուրբինային շարժիչների մշակման համար։ Գազային տուրբինների տեսության վերաբերյալ առաջին հիմնարար աշխատանքները կատարել են չեխ ականավոր գիտնական Ստոդոլան, սովետական ​​պրոֆեսորներ Վ.Մ.Մակովսկին, Վ.Վ.Ուվարովը և մի շարք այլ գիտնականներ։

Գազատուրբինային տեխնոլոգիայի տեսական հիմքերի զարգացումը և այս ոլորտում աշխարհի շատ երկրներում սկսված փորձարարական աշխատանքները ցույց տվեցին, որ այս տիպի շարժիչների մշակման ամենակարևոր խնդիրը դրանց հոսքի ուղու, այսինքն՝ այդ տարրերի բարելավումն էր։ շարժիչի, որի միջոցով գազը հոսում է. օդի ընդունման, կոմպրեսորների, խցիկի այրման, տուրբինների և վարդակների: Նախ և առաջ հարց կար կոմպրեսորների և տուրբինների տեսության զարգացման մասին, որոնք հաճախ անվանում են նույն «թևավոր մեքենաներ» տերմինով։ Հենց այս հիմնարար խնդրի լուծումն էր, որ ձեռնամուխ եղան խորհրդային գիտնականներին։ Էյլերի, Բեռնուլիի, Ժուկովսկու, Չապլիգինի փայլուն աշխատանքների հիման վրա խորհրդային գիտնականները ստեղծեցին գազատուրբինային շարժիչների տեսությունը։

Բացառիկ արժեքավոր ներդրում գազատուրբինային շարժիչների տեսության մեջ կատարեց ակադեմիկոս Բ. Ս. Ստեխկինը: Նրա աշխատանքները ստեղծեցին շեղբեր մեքենաների համահունչ տեսություն: Մշակել է առանցքային և կենտրոնախույս կոմպրեսորների հաշվարկման մեթոդներ։ Նա ժամանակակից ավիացիայի մեջ ամենատարածված գազատուրբինային ռեակտիվ շարժիչների տեսության ստեղծողն է։

Խորը տեսական ուսումնասիրություններ և բեղմնավոր փորձարարական աշխատանքներ կոմպրեսորների վրա իրականացվել են պրոֆեսորներ Կ.Ա.Ուշակովի, Վ.Ն.Դմիտրիևսկու, Կ.Վ.Խոլշչևնիկովի, Պ.Կ.Կազանջանի և մի շարք այլ գիտնականների կողմից։ Շեղբեր մեքենաների տեսության մեջ նշանակալի ներդրում ունեցավ ուկրաինացի ակադեմիկոս Գ.

Գազի տուրբինների և գազատուրբինային շարժիչների տեսությունը, որպես ամբողջություն, նվիրված էր պրոֆեսորներ G.S. Zhi -

Ռիդկոյ, Ա.Վ.Կվասնիկով, Պ.Ի.Կիրիլլով, Յա.Ի.Շնե, Գ.Պ.Զոտիկով և շատ ուրիշներ:

Գիտնականների կողմից մեծ աշխատանք է կատարվել տուրբինի շեղբերների առավել շահավետ ձևը ստեղծելու համար: Տուրբինի սայրի շահագործումը շատ ընդհանրություններ ունի օդանավի թևի աշխատանքի հետ: Այնուամենայնիվ, նրանց միջև կան նաև էական տարբերություններ. Թևն աշխատում է մեկուսացված, իսկ տուրբինի սայրն աշխատում է այլ շեղբերների մոտակայքում։ Վերջին դեպքում ստացվում է, ինչպես ասում են, «պրոֆիլների վանդակ»։ Հարևան շեղբերների ազդեցությունը մեծապես փոխում է գազի հոսքի ձևը սայրի պրոֆիլի շուրջ: Բացի այդ, թևը փչում է օդային հոսքով, որն ունի նույն արագությունը թևի ողջ բացվածքով մինչև ինքնաթիռի հետ հանդիպելը: Իսկ տուրբինի սայրի նկատմամբ գազի արագությունը իր երկարությամբ նույնը չէ։ Դա կախված է շեղբերների ծայրամասային արագությունից: Քանի որ շեղբերները պատրաստված են բավականին երկար, ծայրամասային արագությունը սայրի արմատում շատ ավելի քիչ է, քան դրա վերջում: Սա նշանակում է, որ գազի արագությունը՝ կապված սայրի արմատի վրա, տարբեր կլինի շարժիչի արտաքին շրջագծից: Հետեւաբար, սայրի պրոֆիլը պետք է լինի այնպիսին, որ սայրն իր ողջ երկարությամբ աշխատի առավելագույն արդյունավետությամբ: Նման շեղբեր ստեղծելու խնդիրը լուծվել է պրոֆեսոր Վ.Վ. Ուվարովի և այլ գիտնականների աշխատանքներով։

Ամենակարևոր խնդիրը, որի լուծումից կախված էր տնտեսող գազատուրբինային շարժիչների ստեղծումը, ջերմակայուն նյութերի խնդիրն էր։ Գազատուրբինային կայանի արդյունավետությունը մեծանում է գազի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ: Բայց որպեսզի տուրբինը կարողանա հուսալիորեն աշխատել բարձր ջերմաստիճաններում, անհրաժեշտ է արտադրել դրա շեղբերն ու սկավառակը այնպիսի համաձուլվածքներից, որոնց ուժը պահպանվում է նույնիսկ բարձր տաքացման դեպքում։ Ուստի գազատուրբինային տեխնոլոգիայի զարգացումը պահանջում էր մետալուրգիայի զարգացման բարձր մակարդակ։ Ներկայումս մետաղագործները ստեղծել են համաձուլվածքներ, որոնք կարող են դիմակայել բարձր ջերմաստիճաններին։ Նման համաձուլվածքներից պատրաստված տուրբինի շեղբերները կարող են աշխատել առանց հատուկ սառեցման տուրբին ներթափանցող գազերի մինչև 900°C ջերմաստիճանի դեպքում:

Բացի համաձուլվածքներից, կան նաև այլ ջերմակայուն նյութեր, ինչպիսիք են հատուկ կերամիկա: Բայց կերամիկան բավականին փխրուն է, ինչը բացառում է դրանց օգտագործումը գազատուրբիններում: Ջերմակայուն կերամիկայի կատարելագործման հետագա աշխատանքը, այնուամենայնիվ, կարող է էական ազդեցություն ունենալ գազատուրբինների զարգացման վրա:

Գազի տուրբինի նախագծողները մշակում են նաև արհեստականորեն սառեցված շեղբեր: Շեղբերների ներսում պատրաստվում են ալիքներ, որոնց միջով անցնում է օդը կամ հեղուկը: Տուրբինային սկավառակը սովորաբար փչում է օդով:

Գազատուրբինային կայաններում վառելիքի այրման պայմանները զգալիորեն տարբերվում են գոլորշու կաթսաների վառարանների կամ մխոցային շարժիչների բալոնների պայմաններից: Գազի տուրբինային շարժիչն ի վիճակի է փոքր չափերով հսկայական աշխատանք արտադրել: Բայց դրա համար անհրաժեշտ է մեծ քանակությամբ վառելիք այրել խցիկի փոքր ծավալով։ Դրան կարելի է հասնել միայն այրման շատ բարձր արագությամբ: Վառելիքի մասնիկները գտնվում են գազատուրբինային շարժիչի այրման պալատում վայրկյանի հարյուրերորդից պակաս ժամանակով: Այսքան կարճ ժամանակում պետք է տեղի ունենա վառելիքի լավ խառնում օդի հետ, գոլորշիացում և ամբողջական այրում։

Խնդիրը հաջողությամբ լուծելու համար անհրաժեշտ է ուսումնասիրել այրման ֆիզիկան։ Մեր ժամանակներում այս ուղղությամբ աշխատում են գիտնականների մեծ թիմեր։

Գիտնականները մանրամասն ուսումնասիրել են նաև գազատուրբինային կայաններում վառելիքի այրման ժամանակ արտանետվող ջերմության առավելագույն օգտագործման հարցը։ Գազերը բարձր ջերմաստիճանում թողնում են տուրբինի անիվը և, հետևաբար, իրենց հետ մթնոլորտ են տանում մեծ քանակությամբ ներքին էներգիա: Արտանետվող գազերի ջերմությունն օգտագործելու բնական ցանկություն կար։ Դրա համար առաջարկվել է տեղադրման հետևյալ սխեման. Մթնոլորտից առաջացած գազերը, նախքան մթնոլորտ դուրս գալը, անցնում են ջերմափոխանակիչով, որտեղ ջերմության մի մասը փոխանցում են սեղմված օդին, որը դուրս է եկել կոմպրեսորից: Ջերմափոխանակիչում ջեռուցվող օդը մեծացնում է իր էներգիան առանց որևէ քանակությամբ վառելիքի սպառման: Ջերմափոխանակիչից օդն ուղղվում է դեպի այրման պալատ, որտեղ նրա ջերմաստիճանն էլ ավելի է բարձրանում։ Նման ջերմափոխանակիչների սարքը կարող է զգալիորեն նվազեցնել գազի ջեռուցման համար վառելիքի սպառումը և դրանով իսկ բարձրացնել տեղադրման արդյունավետությունը: Ջերմափոխանակիչը մի ալիք է, որով հոսում են տաք գազեր: Կապուղու ներսում տեղադրված է պողպատե խողովակների փաթեթ, որը գտնվում է գազի հոսքի երկայնքով կամ դրան ուղղահայաց: Օդը հոսում է այդ խողովակներով: Գազը տաքացնում է խողովակների պատերը և դրանց ներսում հոսող օդը։ Արտանետվող գազերից ջերմության մի մասը վերադարձվում է աշխատանքային օդ: Այս գործընթացը կոչվում է ջերմության վերականգնման գործընթաց: Իսկ ջերմափոխանակիչները հաճախ կոչվում են ռեգեներատորներ:

Ջերմության վերականգնման գազային տուրբինները զգալիորեն ավելի խնայող են, քան սովորական տուրբինները: Ցավոք սրտի, ջերմափոխանակիչները չափսերով շատ մեծ են, ինչը դժվարացնում է դրանց օգտագործումը որոշ տրանսպորտային կայանքներում:

Գազատուրբինային տեխնոլոգիայի զարգացման հիմքում ընկած գիտական ​​խնդիրների շարքում պետք է նշել նաև կառուցվածքների ամրությունը։ Ուժեղ այրման խցիկներ կառուցելու համար անհրաժեշտ է իմանալ բարակ պատերով պատյանների հաշվարկման մեթոդները։ Սա նյութերի ամրության գիտության նոր ճյուղերից մեկն է։ Բարդ խնդիր է ապահովել տուրբինի շեղբերների ամրությունը: Տուրբինի ռոտորը կատարում է շատ մեծ թվով պտույտներ (րոպեում 5000-10000 պտույտ, իսկ որոշ նախագծում նույնիսկ ավելին), և մեծ կենտրոնախույս ուժեր գործում են շեղբերների վրա (մի քանի տոննա յուրաքանչյուր սայրի համար):

Մենք այստեղ պատմել ենք միայն գիտական ​​ամենակարեւոր խնդիրների մասին, որոնց լուծումը պահանջվում էր գազատուրբինային տեխնոլոգիայի զարգացման համար։ Գիտնականներն ու ինժեներները շարունակում են աշխատել գազատուրբինային շարժիչների կատարելագործման ուղղությամբ։ Նրանք դեռ բախվում են բազմաթիվ չլուծված հարցերի, շատ հետաքրքիր ու կարեւոր խնդիրների։

Օրինակ, ածուխը որպես վառելիք օգտագործող գազատուրբինների ստեղծման աշխատանքները բացառիկ մեծ նշանակություն ունեն։ Հայտնի է, որ ավելի շատ ածուխ է արդյունահանվում, քան նավթ, և այն ավելի էժան է, քան։ Գազի տուրբինի այրման պալատում ածուխի այրումը բարդ խնդիր է։ Այն պետք է տրորել, վերածել ածուխի փոշու։ Այրման պալատից դուրս եկող գազերը պետք է մաքրվեն մոխիրից։ Եթե ​​գազը պարունակում է նույնիսկ 0,03-0,05 մմ չափի մոխրի մասնիկներ, տուրբինի շեղբերները կսկսեն փլուզվել, և տուրբինը կխափանվի:

Գազի մաքրման սարքեր կառուցելը բարդ բիզնես է: Բայց գազատուրբինային շարժիչի համար նման խնդիր հնարավոր է լուծել։ Ներքին այրման շարժիչներում օդի սեղմումը, այրումը և գազի ընդլայնումը տեղի են ունենում մեկ տեղում՝ բալոնում: Մխոցում անհնար էր որևէ մաքրող միջոց տեղադրել։ Ուստի, մինչ այժմ ներքին այրման շարժիչների բալոններում ածուխ այրելու փորձերը ոչնչի չեն հանգեցրել։ Գազատուրբինային կայանում սեղմումը, այրումը և ընդլայնումը տեղի են ունենում տարբեր վայրերում։ Օդը սեղմվում է կոմպրեսորում, տաքացվում է խցիկում և ընդլայնվում տուրբինում։ Մաքրիչը կարող է տեղադրվել խցիկի և տուրբինի միջև: Միայն անհրաժեշտ է, որ այն մեծապես չնվազեցնի իր միջով անցնող գազերի ճնշումը և չափսերով չափազանց մեծ չլինի։

Մեր օրերում հետազոտություններ են տարվում նաև միջուկային գազատուրբինային շարժիչներ ստեղծելու ուղղությամբ։ Այս շարժիչներում օդը տաքացվում է ոչ թե վառելիքի այրման, այլ միջուկային կաթսայում արտանետվող ջերմության միջոցով։ Գիտնականները բազմաթիվ դժվարություններ ունեն հաղթահարելու ճանապարհին։ Սակայն կասկած չկա, որ միջուկային գազատուրբինային շարժիչները մեծ ապագա ունեն։

Նրանք ունեն քսան կիլովատ (միկրոտուրբիններ) միավոր էլեկտրական հզորություն և մինչև մի քանի տասնյակ մեգավատ. սրանք դասական գազային տուրբիններ են:

Էլեկտրական արդյունավետություն ժամանակակից գազատուրբինային կայաններկազմում է 33–39%: Գազատուրբինային կայանների արդյունավետությունը հիմնականում ավելի ցածր է, քան գազամխոցային էներգաբլոկները: Բայց գազատուրբինային կայանների դեպքում բարձր էլեկտրակայան ձեռք բերելու խնդիրը մեծապես պարզեցված է: Երբ իրացվում է գազատուրբինների ողջ ջերմային ներուժը, սպառողների համար էլեկտրաէներգիայի բարձր արդյունավետության կարևորությունը դառնում է ավելի քիչ կարևոր: Հաշվի առնելով հզոր արտանետվող գազերի բարձր ջերմաստիճանը գազատուրբինային կայաններկա գազի և գոլորշու տուրբինների համակցված օգտագործման հնարավորություն։ Նման ինժեներական մոտեցումը հնարավորություն է տալիս զգալիորեն բարձրացնել վառելիքի օգտագործման արդյունավետությունը և բարձրացնել ագրեգատների էլեկտրական արդյունավետությունը մինչև 57–59%: Այս մեթոդը լավ է, բայց հանգեցնում է նախագծի արժեքի և բարդության բարձրացման:

Արտադրված էլեկտրական էներգիայի և ջերմային էներգիայի y հարաբերակցությունը ~ 1:2 է: Այսինքն՝ 10 ՄՎտ էլեկտրական հզորությամբ գազատուրբինային կայանը կարող է մատակարարել ~ 20 ՄՎտ ջերմային էներգիա։ ՄՎտ Gcal-ի փոխարկելու համար օգտագործվում է 1,163 գործակից ( 1,163 ՄՎտ = 1163 կՎտ = 1 Գկալ).

Կախված կարիքներից՝ դրանք լրացուցիչ հագեցված են գոլորշու կամ տաք ջրի կաթսաներով, ինչը հնարավորություն է տալիս արտադրական կարիքների համար ունենալ տարբեր ճնշման գոլորշու կամ ստանդարտ ջերմաստիճաններով տաք ջուր (DHW): Երկու տեսակի էներգիայի համակցված օգտագործման դեպքում գազատուրբինային ջերմաէլեկտրակայանի վառելիքի օգտագործման գործակիցը (FUTC) աճում է մինչև 90%:

Էլեկտրակայանի շահագործման եղանակը, օգտագործելով հարակից ջերմային էներգիան, ունի իր տեխնիկական տերմինը՝ համակցված արտադրություն:

-ից ստանալու ունակություն գազատուրբինային կայաններմեծ քանակությամբ ազատ ջերմային էներգիա նշանակում է ավելի արագ վերադարձ:

Դիմում գազատուրբինային կայաններՈրպես հզոր ջերմային էլեկտրակայանների և մինի-ՋԷԿ-երի էլեկտրակայաններ, այն տնտեսապես արդարացված է, քանի որ այսօր գազով աշխատող էլեկտրակայաններն ունեն սպառողի համար շինարարության ամենագրավիչ միավորի արժեքը, իսկ հետագա շահագործման ընթացքում ցածր ծախսերը:

Ազատ ջերմային էներգիայի ավելցուկը տարվա ցանկացած ժամանակ հնարավորություն է տալիս, ABHM-ի չիլերների միջոցով, առանց էլեկտրաէներգիայի ծախսերի, ստեղծել լիարժեք օդորակիչ ցանկացած նշանակության տարածքների համար: Այս կերպ սառեցված հովացուցիչ նյութը կարող է օգտագործվել արդյունաբերական նպատակներով, տարբեր արտադրական ցիկլերում: Այս տեխնոլոգիան կոչվում է trigeneration:

Օգտագործման արդյունավետություն գազատուրբինային կայաններապահովված է էլեկտրական բեռների լայն տիրույթում՝ նվազագույնը 1–3% մինչև առավելագույնը 110–115%։

Դրական օգտագործման գործոն գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUուղղակիորեն այն վայրերում, որտեղ մարդիկ ապրում են, այն է, որ դրանց վնասակար արտանետումների պարունակությունը նվազագույն է և 9-25 պրոմիլ/րոպե մակարդակի վրա: Նման հիանալի բնապահպանական հատկությունները թույլ են տալիս տեղադրել առանց խնդիրների գազատուրբինային կայաններմարդկանց գտնվելու վայրին մոտ:

Այս չափանիշը գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUաննշանորեն ավելի լավ է, քան գազային տուրբինների ամենամոտ մրցակիցները՝ փոխադարձ էլեկտրակայանները:

Գազատուրբինային կայաններ օգտագործելիս սպառողը դրամական խնայողություններ է ստանում կատալիզատորների և ծխնելույզների կառուցման վրա:

Լուսանկարում պատկերված է գազատուրբինային կայանSIEMENS SGT-70029 ՄՎտ հզորությամբ։

Գազի տուրբինային կայաններունեն թեթև թրթռումներ և աղմուկներ 65-75 դԲ միջակայքում (որը համապատասխանում է աղմուկի մակարդակի սանդղակի վրա 1 մետր հեռավորության վրա գտնվող փոշեկուլի ձայնին): Որպես կանոն, նման բարձր տեխնոլոգիական արտադրող սարքավորումների համար հատուկ ձայնամեկուսացում անհրաժեշտ չէ:

Գազի տուրբինային կայաններունեն համեմատաբար կոմպակտ չափ և ցածր տեսակարար կշիռ: Տեղադրումը թույլատրվում է GTUշենքի տեխնիկական հարկում կամ ցածր հզորության տանիքի դիրքում գազատուրբինային կայաններ.Սա օգտակար հատկություն է GTUՔաղաքաշինության մեջ կարևոր ֆինանսական գործոն է, քանի որ այն խնայում է թանկարժեք սակավ քառակուսի մետրերը և շատ իրավիճակներում ինժեներներին ավելի շատ տեխնիկական տարածք է տալիս ինքնավար էլեկտրակայանի տեղադրման խնդիրը լուծելու համար:

Գազատուրբինային կայաններ - GTUառանձնանում են բարձր հուսալիությամբ և ոչ հավակնոտությամբ։ Կան հաստատված գործարանային տվյալներ գազատուրբինային որոշ ագրեգատների անդադար աշխատանքի վերաբերյալ - GTU 5–7 տարի.

Ժամանակակից գազատուրբինների որոշ արտադրողներ իրականացնում են բաղադրիչների վերանորոգում առանց արտադրողի գործարան տեղափոխելու, իսկ մյուս արտադրողները նախօրոք բերում են փոխարինող տուրբին կամ այրման պալատ, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է կապիտալ վերանորոգման ժամանակը մինչև 4-6 աշխատանքային օր: Այս միջոցները նվազեցնում են կայանքների պահպանման ծախսերը:

առավելություն գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUերկար սպասարկման ժամկետ է (լրիվ մինչև 200000 ժամ, մինչև հիմնանորոգումը 30000–60000 ժամ): Շարժիչի յուղը չի օգտագործվում գազատուրբինային ագրեգատների աշխատանքային ցիկլում: Կա մի փոքր քանակությամբ փոխանցման յուղ, որի հաճախականությունը հազվադեպ է փոխվում:

Ջրի հովացման բացակայությունը տարբերում է գազատուրբինային կայանները մխոցային էլեկտրակայաններից: Գազի տուրբինների շատ ապրանքանիշեր հուսալիորեն աշխատում են տարբեր տեսակի գազային վառելիքի վրա, ներառյալ հարակից նավթային գազը (APG): Սակայն, ինչպես մյուս տեսակի էլեկտրակայանների դեպքում, ջրածնի սուլֆիդ պարունակող գազը հատուկ նախապատրաստություն է պահանջում: Առանց ժամանակակից տեղադրման՝ գազամշակման կայանի, ցանկացած տեսակի էլեկտրակայանի կյանքի ցիկլը կրճատվում է 4-5 անգամ։ GPES-ի կամ GTP-ի շահագործման հետևանքները առանց APG-ի բուժման կայանների հաճախ պարզապես մահացու են:

Գազի տուրբինային կայաններպատրաստ է շահագործման տարբեր կլիմայական պայմաններում. Շինարարություն գազատուրբինային կայաններհեռավոր վայրերում թույլ է տալիս գումար խնայել՝ վերացնելով էլեկտրահաղորդման գծերի (TL) ծախսատար շինարարությունը: Ավելի զարգացած ենթակառուցվածքներ ունեցող վայրերում գազատուրբինային կայաններբարձրացնել էլեկտրական և ջերմային մատակարարման հուսալիությունը.

Հավելվածներից մեկը գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUբլոկ-մոդուլային համակարգերի (կլաստերի) հասկացությունն է։ Մոդուլային գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUբաղկացած է միասնական էներգաբլոկներից և ընդհանուր կառավարման համակարգերից, ինչը թույլ է տալիս կարճ ժամանակում ավելացնել էլեկտրաէներգիան՝ նվազագույն ֆինանսական և ժամանակային ծախսերով:

Արգելափակման տատանումները գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUապահովել գործարանային պատրաստվածության բարձր մակարդակ: Մոդուլի չափերը գազատուրբինային միավորներ - GTU,սովորաբար ստանդարտ: Կան շարժական GTU-ներ, որոնք կարելի է արագ տեղափոխել մի էլեկտրամատակարարման օբյեկտից մյուսը, սակայն նման կայանքները, որպես կանոն, չունեն ջերմային էներգիա արտադրելու հնարավորություն։

Գազատուրբինային էլեկտրակայանի կառավարման ավտոմատացված համակարգերը հնարավորություն են տալիս հրաժարվել սպասարկող անձնակազմի անմիջական ներկայությունից: Աշխատանքի մոնիտորինգ գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUկարող է իրականացվել հեռակա կարգով՝ հեռահաղորդակցության տարբեր ուղիներով: Արտակարգ իրավիճակների դեպքում տրամադրվում են ավտոմատ պաշտպանության և հրդեհաշիջման համալիր համակարգեր։

Գազի տուրբինային կայաններ - GTU - շահագործման սկզբունք

IN գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUԲազմաստիճան կոմպրեսորը սեղմում է մթնոլորտային օդը և այն բարձր ճնշման տակ հասցնում այրման պալատ: Այրման պալատի մեջ գազատուրբինային ագրեգատներ - GTUմատակարարվում է որոշակի քանակությամբ վառելիք. Մեծ արագությամբ բախվելիս վառելիքն ու օդը բռնկվում են։ Օդ-վառելիքի խառնուրդն այրվում է՝ ազատելով մեծ քանակությամբ էներգիա։ Այնուհետև այրման գազային արտադրանքների էներգիան վերածվում է մեխանիկական աշխատանքի՝ տաք գազի շիթերով տուրբինի շեղբերների պտույտի շնորհիվ։

Էլեկտրակայանների գազատուրբինային կայանքների սխեմաներ և ցուցիչներ

ԽՍՀՄ-ում գազատուրբինային էլեկտրակայանները որպես անկախ էլեկտրակայաններ ստացել են սահմանափակ բաշխում։ Սերիական գազատուրբինային ագրեգատները (GTUs) այնքան էլ արդյունավետ չեն և սպառում են, որպես կանոն, բարձրորակ վառելիք (հեղուկ կամ գազային): Շինարարության համար ցածր կապիտալ ծախսերով դրանք բնութագրվում են բարձր մանևրելու հնարավորություններով, հետևաբար որոշ երկրներում, օրինակ, ԱՄՆ-ում, դրանք օգտագործվում են որպես գագաթնակետային էլեկտրակայաններ: Գոլորշի տուրբինների համեմատությամբ՝ գազատուրբիններն ունեն աղմուկի բարձր բնութագրիչներ՝ պահանջելով շարժիչի սենյակի և օդի ընդունիչների լրացուցիչ ձայնամեկուսացում: Օդային կոմպրեսորը սպառում է գազատուրբինի ներքին հզորության զգալի մասը (50-60%): Կոմպրեսորի և գազատուրբինի հզորությունների հատուկ հարաբերակցության պատճառով գազատուրբինի էլեկտրական բեռի փոփոխությունների շրջանակը փոքր է:

Տեղադրված գազատուրբինների միավորի հզորությունը չի գերազանցում 100-150 ՄՎտ-ը, ինչը շատ ավելի քիչ է, քան խոշոր էներգաբլոկների պահանջվող միավոր հզորությունը:

Ժամանակակից գազատուրբինների մեծ մասը գործում է վառելիքի շարունակական այրման սխեմայի համաձայն և իրականացվում է բաց (բաց) կամ փակ (փակ) ցիկլով, կախված այրվող վառելիքի տեսակից:

IN Բաց ցիկլով գազատուրբինօգտագործվող վառելիքը հեղուկ ցածր ծծմբի գազատուրբինային վառելիքն է կամ բնական գազը, որոնք սնվում են այրման պալատ (նկ. 9.1): Վառելիքի այրման համար անհրաժեշտ օդը մաքրվում է օդի մաքրման բարդ սարքում (ֆիլտրում) և սեղմվում կոմպրեսորում մինչև ՄՊա ճնշում: Գազատուրբինի դիմաց գազի տվյալ ջերմաստիճան ստանալու համար °C այրման խցիկում պահպանվում է պահանջվող ավելցուկային օդը (2,5-5,0)՝ հաշվի առնելով վառելիքի այրման տեսական ջերմաստիճանը, վառելիքի տեսակը, այրման եղանակը և այլն։ Տաք գազերը աշխատանքային հեղուկ են։ գազատուրբին, որտեղ նրանք ընդլայնվում են, իսկ հետո ջերմաստիճանը °C գցում են ծխնելույզը։

Բրինձ. 9.1. Բաց ցիկլով գազատուրբինի սխեմատիկ դիագրամ.

TO- օդային կոմպրեսոր; ԳՏ- գազային տուրբին; Գ -էլեկտրական գեներատոր; PU- մեկնարկային սարք; Զ-օդի զտիչ; Կ.Ս- վառելիքի այրման պալատ

Փակ ցիկլով գազատուրբին(նկ. 9.2) թույլ են տալիս օգտագործել ինչպես պինդ, այնպես էլ բարձր ծծմբի հեղուկ վառելիքը (մազութը), որն այրվել է այրման խցիկում, որտեղ տեղադրված է աշխատող հեղուկ տաքացուցիչը, սովորաբար օդը: Օդային հովացուցիչի ընդգրկումը միացումում նվազեցնում է սեղմման աշխատանքը կոմպրեսորում, իսկ ռեգեներատորը մեծացնում է գազատուրբինի արդյունավետությունը: Մինչ այժմ չեն օգտագործվել փակ ցիկլով գազատուրբիններ՝ աշխատող այլ հեղուկներով (հելիում և այլն)։

Էներգահամակարգի համար գազատուրբինների հիմնական առավելությունները նրանց շարժունակությունն են։ Կախված տեղադրման տեսակից, դրա գործարկման և բեռնման ժամանակը 5-20 րոպե է: GTU-ները բնութագրվում են միավորի ավելի ցածր արժեքով (50-80% ավելի քիչ, քան հիմնական էներգաբլոկները), գործարկման համար պատրաստվածության բարձր աստիճան, հովացման ջրի կարիք չկա, փոքր չափսերով ՋԷԿ-երի արագ կառուցման հնարավորությունը: էլեկտրակայան և շրջակա միջավայրի փոքր աղտոտում: Միևնույն ժամանակ, գազատուրբիններն ունեն էլեկտրաէներգիայի արտադրության ցածր արդյունավետություն (28-30%), դրանց գործարանային արտադրությունն ավելի բարդ է, քան շոգետուրբինները, կարիք ունեն թանկարժեք և սակավ վառելիքի։ Այս հանգամանքները նաև որոշեցին էներգահամակարգում գազատուրբինները որպես գագաթնակետային և սովորաբար ինքնավար գործարկվող բլոկներ օգտագործելու առավել ռացիոնալ տարածքը՝ 500–1000 ժամ/տարի դրված հզորությամբ: Նման կայանքների համար նախընտրելի է նախագծային սխեման՝ պարզ ցիկլի միակողմանի GTP-ի տեսքով՝ առանց ռեգեներացիայի կամ ծխատար գազի ջերմային ռեգեներատորով (նկ. 9.3, ա, բ): Նման սխեման բնութագրվում է տեղադրման մեծ պարզությամբ և կոմպակտությամբ, որը հիմնականում արտադրվում և հավաքվում է գործարանում: Էլեկտրական գազային տուրբինները, որոնց շահագործումը նախատեսվում է էլեկտրական բեռնվածքի գրաֆիկի կիսահիմնական մասում, տնտեսապես հիմնավորված է իրականացնել ավելի բարդ նախագծային սխեմայի համաձայն (նկ. 9.3, գ):

Բրինձ. 9.2. Փակ ցիկլի գազատուրբինային միավորի սխեմատիկ դիագրամ.

VP- օդային ջեռուցիչ; ԳՏ- գազային տուրբին; Ռ- ռեգեներատոր; VC- օդային կոմպրեսոր; Գ- էլեկտրական գեներատոր; PU- մեկնարկային սարք

Բրինձ. 9.3. Տարբեր տեսակի գազատուրբինների կառուցվածքային դիագրամներ.

բայց- պարզ ցիկլի GTU առանց վերականգնման. բ - պարզ ցիկլի GTP արտանետվող գազերի ջերմային ռեգեներատորով. մեջ- երկու լիսեռ GTU երկաստիճան վառելիքի ջերմամատակարարմամբ. Տ- վառելիքի մատակարարում; KVD. արդյունավետությունը- բարձր և ցածր ճնշման օդային կոմպրեսորներ; GTVD, GTND -բարձր և ցածր ճնշման գազային տուրբիններ

Խորհրդային Միությունում գազատուրբինային էլեկտրակայանները գործում են GT-25-700, GT-45-3, GT-100-750-2 և այլ տիպի գազատուրբիններով, որոնց գազի սկզբնական ջերմաստիճանը 700 գազատուրբին է: -950 ° C: Leningrad Metal Works-ը մշակել է նախագծեր նոր շարք գազատուրբինների համար, որոնց հզորությունը կազմում է 125-200 ՄՎտ, համապատասխանաբար 950, 1100 և 1250 °C սկզբնական գազի ջերմաստիճանում: Դրանք պատրաստվում են պարզ սխեմայի համաձայն՝ շահագործման բաց ցիկլով, մեկ լիսեռով, առանց ռեգեներատորի (Աղյուսակ 9.1): GT-100-750-2 LMZ գազատուրբինային կայանի ջերմային դիագրամը ներկայացված է նկ. 9.4, ա, իսկ նման տուրբիններով էլեկտրակայանի դասավորությունը ներկայացված է նկ. 9.4բ. Այս գազատուրբինները շահագործվում են Կրասնոդարի ՋԷԿ-ում, GRES im-ում: Klasson Mosenergo, Հունգարիայի Ժողովրդական Հանրապետության Ինոտ քաղաքի պիկ ՋԷԿ-ում և այլն։

Աղյուսակ 9.1

	Գազի տուրբինային ցուցիչներ
Գազի տուրբինային կայան	Էլեկտրական հզորություն, ՄՎտ	Օդի սպառումը կոմպրեսորի միջոցով, կգ/վ	Սեղմման հարաբերակցությունը կոմպրեսորում	Գազերի սկզբնական ջերմաստիճանը, o C	Էլեկտրական արդյունավետություն,%
GT-25-700*		194,5	4,7/9,7
GT-35-770			6,7		27,5
GTE-45-2**	54,3(52,9)		7,7		28(27,6)
GT-100-750-2M*			4,5/6,4	750/750
GTE-150
GTE-200			15,6
M9 7001 General Electric			9,6		30,7

* Տուրբինային և երկլիսեռ կոմպրեսոր; լիսեռը տուրբինով և բարձր ճնշման կոմպրեսորով ունի բարձրացված արագություն:

** Բնական գազով աշխատելիս (հեղուկ գազատուրբինային վառելիք):

Բրինձ. 9.4. Գազի տուրբինային գործարան GT-100-750-2 LMZ:

բայց- ջերմային սխեման. 1-8 - GTU առանցքակալներ; / - օդը մթնոլորտից; II- սառեցնող ջուր; III- վառելիք (բնական գազ); / V - արտանետվող գազեր; V - գոլորշի դեպի մեկնարկային տուրբին (p=1,2 ՄՊա, t=235°C); GSH-աղմուկի խլացուցիչ; KND - ցածր ճնշման կոմպրեսոր; IN- օդային հովացուցիչներ; KVD- բարձր ճնշման կոմպրեսոր; KSVD -բարձր ճնշման այրման պալատ; TVD- բարձր ճնշման տուրբին; KSND -ցածր ճնշման այրման պալատ; TND- ցածր ճնշման տուրբին; VP- ներքին կրող; IN- պաթոգեն; Ուրբ- մեկնարկային տուրբին; APK - LPC-ի ետևում գտնվող հակահաճախակի փականներ; բ - դասավորություն (խաչաձեւ հատված) / - KND; 2-VO; 3 - HPC; 4 - KSVD; 5 - TVD; 6 - KSND; 7-TND; 8 - PT; 9 - ծխնելույզ; 10 - հակահաճախակի փական (APC); L-էլեկտրական գեներատոր (G); 12- վերին կռունկ; 13- զտիչներ օդի մաքրման համար; 14 - աղմուկի ճնշիչներ; 15 - կառավարման համակարգի նավթային պոմպեր; 16- ջեռուցման ջեռուցիչներ; /7 - դարպասի փականներ արտանետվող գազի խողովակների վրա; 18 - յուղի հովացուցիչներ

Կենցաղային գազատուրբինների համար օգտագործվող հեղուկ գազատուրբինային վառելիքը էլեկտրակայանում ենթարկվում է զտման և լվացման ալկալային մետաղների աղերից: Այնուհետև վառելիքին ավելացվում է մագնեզիումի հավելում՝ վանադիումի կոռոզիայից կանխելու համար: Ըստ շահագործման տվյալների՝ վառելիքի նման պատրաստումը նպաստում է գազատուրբինների երկարաժամկետ աշխատանքին՝ առանց հոսքի ուղու աղտոտման և կոռոզիայի:

ATEP-ի Ռոստովի մասնաճյուղը մշակել է GTU GTE-150-1100 գագաթնակետային գազատուրբինային էլեկտրակայանի ստանդարտ նախագիծ: Նկ. 9.5-ը ցույց է տալիս նման գազատուրբինի սխեմատիկ ջերմային դիագրամը, որը նախատեսված է հեղուկ գազատուրբինային վառելիք կամ բնական գազ այրելու համար: Գազի տուրբինը պատրաստված է պարզ բաց սխեմայի համաձայն, գազատուրբինն ու կոմպրեսորային ռոտորները տեղակայված են մեկ տեղափոխվող բնակարանում, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է տեղադրման ժամանակը և աշխատուժի ծախսերը: Գազատուրբինային ագրեգատները տեղադրվում են էլեկտրակայանի շարժիչի սենյակում լայնակի՝ 36 բացվածքով և 24 մ բլոկային բջիջով: Ծխատար գազերը թափվում են 120 մ բարձրությամբ ծխնելույզ՝ երեք մետաղական գազի արտանետման լիսեռներով:

Բրինձ. 9.5. LMZ GTE-150-1100 գազատուրբինային կայանի սխեմատիկ դիագրամ.

VC- օժանդակ կոմպրեսոր վառելիքի օդաճնշական ատոմացման համար. Ուրբ- գոլորշու տուրբին; Ռ- արագացնող սարքի բլոկի կրճատիչ; ED -օժանդակ կոմպրեսորային շարժիչ ԳՏ- գազային տուրբին; Տ- հեղուկ վառելիքի մատակարարում, որը համապատասխանում է ԳՕՍՏ 10743-75 = 42,32 ՄՋ/կգ (10 110 կկալ/կգ) ԴՏ- ծխնելույզ; APK- հակահաճախակի փական

Գազատուրբինային կայանների կարևոր հատկանիշը դրանց կատարողականի կախվածությունն է արտաքին օդի պարամետրերից և, առաջին հերթին, դրա ջերմաստիճանից: Նրա ազդեցությամբ փոխվում է կոմպրեսորի միջով օդի հոսքը, կոմպրեսորի և գազատուրբինի ներքին հզորությունների հարաբերակցությունը և արդյունքում՝ գազատուրբինի էլեկտրական հզորությունը և դրա արդյունավետությունը։ MPEI-ը կատարել է GTE-150-ի աշխատանքի բազմատեսակ հաշվարկներ հեղուկ գազատուրբինային վառելիքի և Տյումենի բնական գազի վրա՝ կախված արտաքին օդի ջերմաստիճանից և ճնշումից (նկ. 9.6, 9.7): Ստացված արդյունքները հաստատում են գազատուրբինի ջերմային արդյունավետության բարձրացումը գազատուրբինի դիմաց գազի ջերմաստիճանի բարձրացմամբ և արտաքին օդի ջերմաստիճանի նվազմամբ։ Ջերմաստիճանի բարձրացումը =800°C-ից մինչև =1100°C բարձրացնում է GTP-ի էլեկտրական արդյունավետությունը 3%-ով =-40°C-ում և 19%-ով =40°C-ում: Դրսի օդի ջերմաստիճանի +40-ից -40°C իջեցումը հանգեցնում է գազատուրբինի էլեկտրական հզորության զգալի աճի։ Տարբեր սկզբնական ջերմաստիճանների դեպքում այս աճը կազմում է 140-160%: Արտաքին օդի ջերմաստիճանի նվազմամբ GTU-ի հզորության աճը սահմանափակելու համար և հաշվի առնելով էլեկտրական գեներատորի ծանրաբեռնվածության հնարավորությունը (TGV-200 տիպի դիտարկման դեպքում), անհրաժեշտ է ազդել կամ. գազատուրբինի դիմաց գտնվող գազերի ջերմաստիճանը, նվազեցնելով վառելիքի սպառումը (կորեր 4 նկ. 9.6 և 9.7), կամ արտաքին օդի ջերմաստիճանի վրա՝ փոքր քանակությամբ արտանետվող գազեր (2-4%) խառնելով կոմպրեսորի կողմից ներծծվող օդի հետ։ Օդի մշտական ​​հոսքը 100-80% բեռնվածքի միջակայքում կարող է պահպանվել նաև GTU կոմպրեսորի մուտքի ուղեցույցը (VNA) ծածկելով:

Բրինձ. 9.6. Գազի տուրբինի էլեկտրական հզորության կախվածությունը արտաքին ջերմաստիճանից.

1- =1100°C; 2- = 950°С; 3 - = 800 °С; 4- = ; - GTP-ի աշխատանքը բնական գազի վրա. գազային տուրբինի շահագործում հեղուկ վառելիքի վրա

Բրինձ. 9.7. Գազատուրբինային ագրեգատի էլեկտրական արդյունավետության կախվածությունը արտաքին օդի ջերմաստիճանից (տե՛ս Նկար 9.6-ի նշանները)

Էլեկտրական արդյունավետության փոփոխությունը դրա նվազման ուղղությամբ հատկապես զգալի է 5-10 ° C-ից բարձր արտաքին ջերմաստիճանում (նկ. 9.7): Դրսի օդի ջերմաստիճանի +15-ից +40 C բարձրացման դեպքում այդ արդյունավետությունը նվազում է 13-27%-ով, կախված գազատուրբինի դիմաց գտնվող գազերի ջերմաստիճանից և այրված վառելիքի տեսակից։

Արտաքին օդի ջերմաստիճանի բարձրացումը մեծացնում է գազատուրբինի հետևում գտնվող ավելցուկային օդի հարաբերակցությունը և արտանետվող գազերի ջերմաստիճանը, ինչը նպաստում է գազատուրբինի էներգետիկ արդյունավետության վատթարացմանը:

Հոդվածի մասին, որում մանրամասն և պարզ բառերով նկարագրված է CCGT-450 ցիկլը։ Հոդվածն իսկապես շատ հեշտ է մարսվում։ Ես ուզում եմ խոսել տեսության մասին: Կարճ, բայց կարևոր:

Ես նյութը վերցրել եմ ձեռնարկից «Ներածություն ջերմային էներգիայի ճարտարագիտությանը». Այս ուղեցույցի հեղինակներն են I. Z. Poleshchuk, N. M. Tsirelman.Ձեռնարկն առաջարկվում է Ուֆայի պետական ​​ավիացիոն տեխնիկական համալսարանի (Ուֆայի պետական ​​ավիացիոն տեխնիկական համալսարան) ուսանողներին՝ համանուն առարկան ուսումնասիրելու համար:

Գազի տուրբինային կայանը (GTU) ջերմային շարժիչ է, որտեղ վառելիքի քիմիական էներգիան վերածվում է սկզբում ջերմության, այնուհետև մեխանիկական էներգիայի՝ պտտվող լիսեռի վրա։

Ամենապարզ GTU-ն բաղկացած է կոմպրեսորից, որում սեղմված է մթնոլորտային օդը, այրման խցիկից, որտեղ վառելիքն այրվում է այս օդում, և տուրբինից, որտեղ այրման արտադրանքներն ընդարձակվում են: Քանի որ ընդլայնման ժամանակ գազերի միջին ջերմաստիճանը զգալիորեն ավելի բարձր է, քան օդը սեղմման ժամանակ, տուրբինի կողմից մշակված հզորությունը ավելի մեծ է, քան կոմպրեսորը պտտելու համար պահանջվող հզորությունը: Նրանց տարբերությունը գազատուրբինի օգտակար հզորությունն է։

Նկ. 1-ը ցույց է տալիս նման տեղադրման սխեման, թերմոդինամիկական ցիկլը և ջերմային հավասարակշռությունը: Այս կերպ աշխատող գազատուրբինի պրոցեսը (ցիկլը) կոչվում է բաց կամ բաց։ Աշխատանքային հեղուկը (օդը, այրման արտադրանքները) անընդհատ թարմացվում են՝ այն վերցվում է մթնոլորտից և թափվում դրա մեջ։ Գազի տուրբինի արդյունավետությունը, ինչպես ցանկացած ջերմային շարժիչի, գազատուրբինի զուտ հզորության N-ի հարաբերակցությունն է վառելիքի այրման արդյունքում ստացվող ջերմության սպառմանը.

η GTU = N GTU / Q T.

Էներգետիկ հաշվեկշռից հետևում է, որ N GTP = Q T - ΣQ P, որտեղ ΣQ P-ն GTP ցիկլից հեռացված ջերմության ընդհանուր քանակն է, որը հավասար է արտաքին կորուստների գումարին:

Պարզ ցիկլի գազատուրբինային միավորի ջերմության կորստի հիմնական մասը արտանետվող գազերի կորուստն է.

ΔQuh ≈ Quh - Qv; ΔQex — Qv ≈ 65…80%.

Այլ կորուստների բաժինը շատ ավելի քիչ է.

ա) կորուստները այրման խցիկում թերայրումից ΔQks / Qt ≤ 3%;

բ) աշխատանքային հեղուկի արտահոսքի պատճառով կորուստները. ΔQut / Qt ≤ 2%;

գ) մեխանիկական կորուստներ (համարժեք ջերմությունը հանվում է ցիկլից առանցքակալները հովացնող յուղով) ΔNmech / Qt ≤ 1%;

դ) կորուստներ էլեկտրական գեներատորում ΔNeg / Qt ≤ 1…2%;

ե) ջերմության կորուստ կոնվեկցիայի կամ ճառագայթման միջոցով շրջակա միջավայր ΔQenv / Qt ≤ 3%

Ջերմությունը, որը հեռացվում է GTU ցիկլից արտանետվող գազերով, կարող է մասնակիորեն օգտագործվել GTU ցիկլից դուրս, մասնավորապես, գոլորշու էներգիայի ցիկլում:

Տարբեր տեսակների համակցված ցիկլով բույսերի սխեմատիկ դիագրամները ներկայացված են նկ. 2.

Ընդհանուր դեպքում, CCGT արդյունավետությունը.

Այստեղ - Qgtu-ն գազատուրբինի աշխատանքային հեղուկին մատակարարվող ջերմության քանակն է.

Qpsu - ջերմության քանակությունը, որը մատակարարվում է գոլորշու միջավայրին կաթսայում:

Բրինձ. 1. Ամենապարզ գազատուրբինի շահագործման սկզբունքը

ա - սխեմատիկ դիագրամ `1 - կոմպրեսոր; 2 - այրման պալատ; 3 - տուրբին; 4 - էլեկտրական գեներատոր;
բ — GTP թերմոդինամիկական ցիկլը TS-դիագրամում;
գ - էներգետիկ հաշվեկշիռ.

Ամենապարզ երկուական համակցված ցիկլի կայանում՝ ըստ Նկարում ներկայացված սխեմայի: 2ա, ամբողջ գոլորշին արտադրվում է թափոնների ջերմության կաթսայում՝ η UPG = 0,6 ... 0,8 (կախված հիմնականում ծխատար գազի ջերմաստիճանից):

T G = 1400 ... 1500 K η GTP ≈ 0,35, իսկ հետո երկուական CCGT-ի արդյունավետությունը կարող է հասնել 50-55%:

GTU տուրբինում սպառված գազերի ջերմաստիճանը բարձր է (400-450 ° C), հետևաբար, արտանետվող գազերով ջերմային կորուստները բարձր են, իսկ գազատուրբինային էլեկտրակայանների արդյունավետությունը 38%, այսինքն գրեթե նույնն է, ինչ արդյունավետությունը: ժամանակակից շոգետուրբինային էլեկտրակայաններ։

Գազատուրբինային կայանները աշխատում են գազային վառելիքով, որը զգալիորեն ավելի էժան է, քան մազութը։ Ժամանակակից գազատուրբինների միավորի հզորությունը հասնում է 250 ՄՎտ-ի, ինչը մոտ է շոգետուրբինային կայանների հզորությանը։ Գազի տուրբինների առավելությունները գոլորշու տուրբինների համեմատ ներառում են.

1. հովացման ջրի ցածր կարիք;
2. պակաս քաշ և ավելի ցածր կապիտալ ծախսեր մեկ միավոր հզորության համար.
3. արագ սկսելու և բեռը բարձրացնելու ունակությունը.

Բրինձ. 2. Տարբեր համակցված ցիկլով կայանների սխեմատիկ դիագրամներ.

ա - CCGT օգտագործման տիպի գոլորշու գեներատորով;
բ - CCGT գազի արտանետմամբ կաթսայատան վառարան (BPG);
գ - CCGT գազ-գոլորշի խառնուրդի վրա;
1 - օդը մթնոլորտից; 2 - վառելիք; 3 - արտանետվող գազեր տուրբինում; 4 - ելքային գազեր; 5 - ջուրը ցանցից հովացման համար; 6 - հովացման ջրի ելք; 7 - թարմ գոլորշի; 8 - կերակրման ջուր; 9 - գոլորշու միջանկյալ գերտաքացում; 10 - վերականգնողական թափոնների գոլորշի; 11 - տուրբինից հետո այրման պալատ մտնող գոլորշի:
K - կոմպրեսոր; T - տուրբին; PT - գոլորշու տուրբին;
GV, GN - բարձր և ցածր ճնշման գազի ջրատաքացուցիչներ;
PVD, HDPE - բարձր և ցածր ճնշման վերականգնողական սնուցող ջրատաքացուցիչներ; NPG, UPG - ցածր ճնշման, օգտագործման գոլորշու գեներատորներ; CS - այրման պալատ:

Շոգետուրբինային և գազատուրբինային կայանները ընդհանուր տեխնոլոգիական ցիկլի հետ համատեղելով՝ ստացվում է համակցված ցիկլի կայան (CCGT), որի արդյունավետությունը զգալիորեն գերազանցում է առանձին շոգետուրբինային կայանների արդյունավետությունը։

Համակցված ցիկլով էլեկտրակայանի արդյունավետությունը 17-20%-ով ավելի է, քան սովորական շոգետուրբինային էլեկտրակայանը: Արտանետվող գազերի ջերմության օգտագործմամբ ամենապարզ գազատուրբինային ագրեգատի տարբերակում վառելիքի ջերմության օգտագործման գործակիցը հասնում է 82-85%-ի: