مبدأ تشغيل GTU معلومات عامة عن محطات توربينات الغاز

مصنع توربينات الغازهو جهاز معياري عالمي يجمع بين: مولد كهربائي وعلبة تروس وتوربينات غازية ووحدة تحكم. أيضا هناك معدات اختياريه، مثل: الضاغط، جهاز البدء، جهاز التبادل الحراري.

وحدة توربينات الغاز قادرة على العمل ليس فقط في وضع توليد الكهرباء، ولكن أيضًا في الإنتاج المشترك طاقة كهربائيةمع الحرارية

بناءً على ما يريده العميل، يمكن إنتاج وحدات توربينات الغاز بنظام عالمي متى عوادم المرورتستخدم لإنتاج البخار أو الماء الساخن.

مخطط تركيب توربينات الغاز

تحتوي هذه المعدات على كتلتين رئيسيتين: توربين من نوع الطاقة ومولد. وهي تقع في كتلة واحدة.

تصميم تركيب توربينات الغاز بسيط للغاية: يبدأ الغاز المتكون بعد احتراق الوقود في المساهمة في دوران شفرات التوربين نفسه.

وبالتالي، يتم إنشاء عزم الدوران. وينتج عن ذلك توليد الطاقة الكهربائية. تقوم غازات العادم بتحويل الماء إلى بخار في غلاية الاسترداد. الغاز في في هذه الحالةيعمل بمنفعة مضاعفة.

دورات التوربينات الغازية

يمكن تصنيع هذه المعدات باستخدام دورات مختلفةعمل.

محطة توربينات الغاز ذات الدورة المغلقةيقصد بها ما يلي: يتم إمداد الغاز من خلال الضاغط إلى السخان (المبادل الحراري)، حيث يتم إمداد الحرارة من مصادر خارجية. ومن ثم يتم تغذيته في توربينات الغاز حيث يتم توسيعه. وهذا يؤدي إلى انخفاض ضغط الغاز.

بعد ذلك تدخل الغازات إلى غرفة التبريد. تتم إزالة الحرارة من هناك إلى البيئة الخارجية. ثم يتم إرسال الغاز إلى الضاغط. ثم تبدأ الدورة مرة أخرى. اليوم، لا يتم استخدام معدات مماثلة تقريبًا في قطاع الطاقة.

ويتم إنتاج وحدات توربينات الغاز من هذا النوع في أحجام كبيرة. كما أن هناك خسائر وكفاءة منخفضة تعتمد بشكل مباشر على درجة حرارة الغاز نفسه أمام التوربين.

محطة توربينات الغاز ذات الدورة المفتوحةيتم استخدامها في كثير من الأحيان. في هذا الجهاز، يقوم الضاغط بتزويد الهواء من البيئة، والذي يدخل عند الضغط العالي إلى غرفة احتراق مصممة خصيصًا. هذا هو المكان الذي يحدث فيه احتراق الوقود.

تصل درجة حرارة الوقود العضوي إلى 2000 درجة. فقد يؤدي ذلك إلى إتلاف المعدن الموجود بالكاميرا نفسها. لمنع ذلك، يتم توفير المزيد من الهواء فيه أكثر من اللازم (حوالي 5 مرات). وهذا يقلل بشكل كبير من درجة حرارة الغاز نفسه ويحمي المعدن.

رسم تخطيطي لمحطة توربينات الغاز ذات الدورة المفتوحة

الرسم التخطيطي لتركيب توربينات الغاز ذات الدورة المفتوحة هو كما يلي: يتم توفير الوقود لموقد الغاز (الفوهات) الموجود داخل أنبوب مقاوم للحرارة. يتم أيضًا حقن الهواء هناك، وبعد ذلك تتم عملية احتراق الوقود.

هناك العديد من هذه الأنابيب وتقع بشكل متحد المركز. يدخل الهواء إلى الفجوات بينهما، مما يخلق حاجزًا وقائيًا ويمنع الإرهاق.

بفضل الأنابيب وتدفق الهواء، تكون الكاميرا محمية بشكل موثوق من الحرارة الزائدة. وفي الوقت نفسه، تكون درجة حرارة خروج الغازات أقل من درجة حرارة الوقود نفسه.

يمكن للمعدن أن يتحمل درجات حرارة تتراوح بين 1000 – 1300 درجة مئوية. إن مؤشرات درجة حرارة غازات الغرفة هي بالتحديد الموجودة في أجهزة توربينات الغاز الحديثة.

الاختلافات بين محطات توربينات الغاز المغلقة والمفتوحة

يعتمد الفرق الرئيسي بين وحدات توربينات الغاز المغلقة والمفتوحة على حقيقة أنه في الحالة الأولى لا توجد غرفة احتراق، ولكن يتم استخدام سخان. هنا يتم تسخين الهواء، لكنه لا يشارك في عملية تكوين الحرارة نفسها.

يتم تنفيذ هذه المعدات حصريًا بالاحتراق وبضغط ثابت. يتم استخدام الوقود العضوي أو النووي هنا.

الوحدات النووية لا تستخدم الهواء، بل الهيليوم وثاني أكسيد الكربون أو النيتروجين. تشمل مزايا هذه المعدات القدرة على استخدام حرارة الاضمحلال الذري التي يتم إطلاقها في المفاعلات النووية.

بفضل التركيز العالي لـ "سائل العمل" أصبح من الممكن تحقيقه قراءات عاليةمعامل انتقال الحرارة داخل المجدد نفسه. وهذا يساعد أيضًا على زيادة مستوى التجديد بحجم صغير. ومع ذلك، فإن هذه المعدات لم تستخدم بعد على نطاق واسع.

محطات توربينات الطاقة الغازية

تُسمى محطات توربينات غاز الطاقة أيضًا "محطات توليد الطاقة الصغيرة لتوربينات الغاز". يتم استخدامها كمصادر إمداد دائمة أو طارئة أو احتياطية للمدن والمناطق التي يصعب الوصول إليها.

تستخدم وحدات توربينات الغاز في العديد من الصناعات:

• تكرير النفط؛
• إنتاج الغاز
• تشغيل المعادن؛
• الغابات والنجارة.
• المعدنية.
• زراعة؛
• التخلص من النفايات، الخ.

أنواع الوقود المستخدم في محطات التوربينات الغازية؟

يمكن تشغيل هذه المعدات أنواع مختلفةوقود.

يتم استخدام أنواع الوقود التالية في محطات توربينات الغاز:

• غاز طبيعي;
• الكيروسين.
• الغاز الحيوي؛
• ديزل؛
• الغاز النفطي المصاحب؛
• فحم الكوك والخشب وغاز المناجم وأنواع أخرى.

العديد من هذه التوربينات قادرة على العمل بوقود منخفض السعرات الحرارية، والذي يحتوي على كمية صغيرة من الميثان (حوالي 3 بالمائة).

مميزات أخرى لمحطات التوربينات الغازية

السمات المميزة لمحطات التوربينات الغازية:

• أضرار بيئية طفيفة. هذا هو انخفاض استهلاك النفط. القدرة على العمل على مخلفات الإنتاج نفسه. انبعاث المواد الضارة في الغلاف الجوي هو 25 جزء في المليون.
• أبعاد ووزن صغير. وهذا يسمح بوضع هذه المعدات في مناطق صغيرة، مما يوفر المال.
• مستويات منخفضة من الضوضاء والاهتزاز. هذا المؤشر في حدود 80 - 85 ديسيبل.
• إن قدرة معدات توربينات الغاز على العمل بأنواع مختلفة من الوقود تسمح باستخدامها في أي إنتاج تقريبًا. وفي الوقت نفسه، ستتمكن المؤسسة من اختيار نوع الوقود الأكثر فعالية من حيث التكلفة، بناءً على تفاصيل أنشطتها.
• التشغيل المستمر مع الحد الأدنى من الحمل. وهذا ينطبق أيضًا على وضع الخمول.
• لمدة دقيقة واحدة، يمكن لهذا الجهاز أن يتحمل 150 بالمائة من التيار المقنن. وفي غضون ساعتين – 110%.
• مع دائرة قصر متناظرة ثلاثية الطور، فإن نظام المولد قادر على تحمل حوالي 300 بالمائة من التيار المستمر المقدر لمدة 10 ثوانٍ.
• لا يوجد تبريد بالماء.
• موثوقية تشغيلية عالية.
• عمر خدمة طويل (حوالي 200,000 ساعة).
• استخدام المعدات في أي الظروف المناخية.
• سعر بناء معتدل وتكاليف منخفضة أثناء العمل نفسه والإصلاحات والصيانة.

تتراوح الطاقة الكهربائية لمعدات توربينات الغاز من عشرات كيلووات إلى عدة ميجاوات. يتم تحقيق أعلى كفاءة إذا كانت وحدة التوربينات الغازية تعمل في وضع الإنتاج المتزامن للطاقة الحرارية والكهربائية (التوليد المشترك).

وبفضل الحصول على هذه الطاقة غير المكلفة، يصبح من الممكن الدفع بسرعة مقابل هذا النوع من المعدات. تساهم محطة توليد الكهرباء والغلاية - استعادة غاز العادم في المزيد الاستخدام الفعالوقود.

مع آلات توربينات الغاز، تم تبسيط مهمة الحصول على طاقة عالية بشكل كبير. وعندما يتم استيفاء جميع الخصائص الحرارية للتوربينات الغازية، فإن قيمة الكفاءة الكهربائية العالية تتلاشى في الخلفية. إذا أخذنا في الاعتبار ارتفاع درجة حرارة غازات العادم لمعدات توربينات الغاز، فمن الممكن تنفيذ مزيج من استخدام توربينات الغاز والبخار.

يساعد هذا الحل الهندسي المؤسسات على زيادة الإنتاجية بشكل كبير من استخدام الوقود وزيادة الكفاءة الكهربائية إلى 57 - 59 بالمائة. هذه الطريقة جيدة جدًا، ولكنها تؤدي إلى تكاليف مالية وتعقيد في تصميم المعدات. ولذلك، غالبا ما يتم استخدامه فقط من قبل الصناعات الكبيرة.

إن نسبة الطاقة الكهربائية المنتجة إلى الطاقة الحرارية في منشأة توربينة غازية هي 1 إلى 2. وبالتالي، على سبيل المثال، إذا كانت قدرة منشأة توربينة غازية 10 ميجاوات، فهي قادرة على توليد 20 ميجاوات من الطاقة الحرارية. لتحويل ميجاوات إلى جيجا سعرات حرارية، يجب عليك استخدام معامل خاص يساوي 1.163.

اعتمادا على ما يحتاجه العميل بالضبط، يمكن تجهيز معدات توربينات الغاز بالإضافة إلى ذلك بتسخين المياه وغلايات البخار. يتيح لك هذا إنتاج البخار بضغوط مختلفة، والذي سيتم استخدامه لحل مشاكل الإنتاج المختلفة. وهذا يسمح لك أيضًا بالحصول على الماء الساخن، والتي سيكون لها درجة حرارة قياسية.

أثناء التشغيل المشترك لنوعين من الطاقة، من الممكن زيادة عامل استخدام الوقود (FUI) لمحطة الطاقة الحرارية لتوربينات الغاز بنسبة تصل إلى 90 بالمائة.

عند استخدام وحدات توربينات الغاز في شكل معدات من نوع الطاقة لمحطات الطاقة الحرارية القوية، وكذلك محطات الطاقة الحرارية الصغيرة، سوف تحصل على حل اقتصادي مبرر. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن جميع محطات الطاقة تقريبًا تعمل بالغاز اليوم. لديهم تكلفة وحدة منخفضة جدًا بالنسبة للمستهلك من حيث البناء وتكاليف منخفضة أثناء الاستخدام اللاحق.

إضافية، وحتى مجانية، طاقة حراريةيسمح لك بإعداد التهوية (تكييف الهواء) لمباني الإنتاج دون أي تكاليف للطاقة. ويمكن القيام بذلك في أي وقت من السنة. يمكن استخدام المبرد المبرد بهذه الطريقة لتلبية الاحتياجات الصناعية المختلفة. ويسمى هذا النوع من التكنولوجيا "الجيل الثلاثي".

وحدات توربينات الغاز في المعرض

يعد المجمع المركزي لأرض المعارض Expocentre موقعًا مريحًا للغاية، حيث يقع في موسكو، بالقرب من محطتي مترو Vystavochnaya وDelovoy Tsentr.

بفضل الاحترافية العالية لموظفي هذا المجمع وشركاتهم، يتم ضمان الخدمات اللوجستية المثالية لإنشاء المعارض والمعالجة السريعة للمستندات الجمركية وأعمال التحميل والتفريغ والتركيب. كما يتم توفير الدعم للتشغيل المستمر للمنشآت أثناء عرضها.

تحتوي منطقة جناح المعارض في Expocentre Fairgrounds على جميع المعدات اللازمة لاستضافة مثل هذه الأحداث واسعة النطاق. بفضل المنطقة المفتوحة، يمكنك بسهولة تقديم معداتك المبتكرة أو كثيفة الاستهلاك للطاقة والتي تعمل في الوقت الفعلي.

يعد المعرض الدولي السنوي "Electro" حدثًا واسع النطاق في روسيا ورابطة الدول المستقلة. وسيعرض المعدات الكهربائية للطاقة، والهندسة الكهربائية، وتكنولوجيا الإضاءة الصناعية، بالإضافة إلى أتمتة المؤسسات.

في المعرض الكهربائي، ستتمكن من رؤية اتجاهات الصناعة الحالية، بدءًا من توليد الطاقة الكهربائية وحتى استخدامها النهائي. شكرا ل التقنيات المبتكرةومعدات عالية الجودة، يمكن لشركتك أن تحصل على "نسمة من الهواء النقي" وتولد من جديد.

مثل هذا التحديث للإنتاج لا يمكن أن يمر دون أن يلاحظه أحد من قبل مستهلكي خدماتك وبضائعك. هذه المعدات يمكن أن تقلل بشكل كبير من تكلفة وتكلفة الطاقة الكهربائية.

يحضر هذا الحدث كل عام مصنعون من أكثر من عشرين دولة. يمكنك زيارتها أيضًا. للقيام بذلك، يجب عليك ملء الطلب المناسب على موقعنا أو الاتصال بنا. ستتمكن في معرضنا من تقديم عينات من منتجاتك الجديدة ونماذج المنفعة والاختراعات والمنتجات الأصلية الجديدة وغير ذلك الكثير مما يتعلق بالطاقة والمعدات الكهربائية.

شروط المشاركة في المعرض بأرض المعارض Expocentre شفافة للغاية. أي صاحب حقوق الطبع والنشر، إذا اكتشف انتهاكات مختلفة لحقوقه في الملكية الفكرية، يمكن ضمانه للاعتماد على المساعدة القانونية. وهذا يجعل من الممكن زيادة مسؤولية وتقدير كل عارض أثناء عرض منتجاته.

في السنوات الأخيرة (تقريبًا منذ الخمسينيات من القرن الماضي)، أصبحت توربينات الغاز تستخدم على نطاق واسع في محطات الطاقة الحرارية لتشغيل المولدات الكهربائية.

يمكن أن تعمل وحدات توربينات الغاز (GTU) باحتراق الوقود عند ضغط ثابت (الشكل 6.1) وبحجم ثابت (الشكل 6.2). وتنقسم الدورات المثالية المقابلة لها إلى دورات يتم توفير الحرارة للعملية عند ضغط ثابت وحجم ثابت.

أرز. 6.1. مخطط وحدة توربينات الغاز مع احتراق الوقود عند ضغط ثابت: 1 - شاحن توربيني 2 - توربينات الغاز. 3 - مضخه وقود؛ 4 - غرفة الاحتراق؛ 5 - حاقن الوقود.

6 - المنطقة النشطة بغرفة الاحتراق

الشكل 6.2. مخطط وحدة توربينات الغاز مع احتراق الوقود بحجم ثابت: 5 ب، 7 - صمامات الوقود والهواء والغاز على التوالي؛ 8 - جهاز الإشعال 9 - المتلقي؛ التسميات الأخرى هي نفسها كما في الشكل. 6.1

عمليًا، وحدات توربينات الغاز ذات دورة مفتوحة (مفتوحة) مع احتراق الوقود (مع توفير الحرارة لسائل التشغيل) عند ضغط ثابت، يليه تمدد خليط نواتج الاحتراق مع الهواء في جزء التدفق من التوربين (دورة برايتون) ) أصبحت واسعة الانتشار (انظر الشكل 6.6).

في محطة توربينات الغاز مع احتراق الوقود عند ضغط ثابت، تتم عملية الاحتراق بشكل مستمر (انظر الفقرة 6.2)، وفي محطة توربينات الغاز مع احتراق الوقود بحجم ثابت، تكون عملية الاحتراق دورية (نابضة). مضغوط بواسطة ضاغط 1 يتم توفير الهواء (انظر الشكل 6.2) إلى جهاز الاستقبال 9 (وعاء ذو ​​سعة كبيرة لمعادلة الضغط)، من حيث من خلال صمام الهواء 6 يدخل غرفة الاحتراق 4. ها هي مضخة الوقود 3 من خلال صمام الوقود 5 يتم توفير الوقود. تتم عملية الاحتراق مع إغلاق صمامات الوقود والهواء والغاز 5, 6, 7. يتم إشعال خليط الهواء والوقود بواسطة الجهاز 8 (شرارة كهربائية). بعد احتراق الوقود نتيجة زيادة الضغط في الحجرة 4 يفتح صمام الغاز 7. تدخل منتجات الاحتراق، التي تمر عبر أجهزة الفوهة (غير موضحة في الشكل 6.2)، إلى شفرات العمل وتقوم بتدوير دوار توربين الغاز 2.

إن سائل العمل في التوربينات الغازية هو بشكل أساسي منتجات الاحتراق الغازي للوقود العضوي الممزوج بالهواء. الوقود المستخدم هو الغاز الطبيعي والغازات الصناعية النقية والوقود السائل الخاص بتوربينات الغاز (محرك الديزل المعالج وزيت الديزل).

من خصوصيات تشغيل التوربينات الغازية أن جزءًا فقط (20-40٪) من الهواء الذي يوفره الضاغط يتم إدخاله إلى المنطقة النشطة بغرفة الاحتراق ويشارك في عملية احتراق الوقود عند درجة حرارة حوالي 1500 درجة مئوية. -1600 درجة مئوية. أما باقي الهواء (60-80%) مخصص لخفض درجة حرارة الغازات الموجودة أمام التوربين إلى 1000-1300 درجة مئوية (بالنسبة لتوربينة غازية ثابتة) حسب شروط الموثوقية ومتانة التشغيل. جهاز الشفرات الخاص به، والذي يرتبط بزيادة الهواء الزائد في الغازات الموجودة أمام التوربين وGTU. ويتناقص g مع زيادة درجة الحرارة الأولية لسائل العمل أمام التوربينات الغازية وفي المنشآت المختلفة بمقدار 2.5-5. كفاءة الوحدة التوربينية الغازية أقل بكثير من كفاءة الوحدة التوربينية البخارية في الدورة البخارية، ويعود ذلك إلى وجود ضاغط الهواء الذي يصل استهلاكه للطاقة إلى 40-50% من طاقة التوربينة الغازية.

التوربينات الغازية أصغر حجمًا وأخف وزنًا من التوربينات البخارية، لذلك عند بدء التشغيل، ترتفع درجة حرارتها إلى درجات حرارة التشغيل بشكل أسرع بكثير، على عكس وحدة التوربينات البخارية المجهزة بغلاية بخارية، والتي تتطلب تسخينًا بطيئًا (عشرات الساعات) من أجل لتجنب وقوع حادث نتيجة للتمددات الحرارية غير المتساوية، وخاصة الأسطوانة الضخمة.

نظرًا لقدرتها الكبيرة على المناورة (البدء والتحميل السريع)، تُستخدم وحدات توربينات الغاز في قطاع الطاقة، بشكل أساسي لتغطية الأحمال القصوى وكاحتياطي للطوارئ للاحتياجات الخاصة لأنظمة الطاقة الكبيرة. تلعب الكفاءة المنخفضة لتوربينات الغاز مقارنة بمحطة الطاقة البخارية (SPU) في هذه الحالة دورًا ثانويًا. وتتميز هذه التوربينات الغازية ببدء التشغيل المتكرر (ما يصل إلى 1000 ساعة في السنة) مع عدد قليل نسبيا من ساعات الاستخدام (100-1500 ساعة في السنة).

مجموعة متنوعة من توربينات الغاز هي منشآت يقودها مولد كهربائي من محرك احتراق داخلي (محطات توليد الطاقة بالديزل)، حيث، كما هو الحال في توربينات الغاز، يتم استخدام الغاز الطبيعي أو الوقود السائل عالي الجودة كوقود. إلا أن محطات توليد الطاقة التي تعمل بالديزل، والتي أصبحت منتشرة على نطاق واسع في دول الشرق الأوسط، تعتبر أقل جودة من وحدات الطاقة التوربينية الغازية، على الرغم من أنها تتمتع بكفاءة أعلى.

كفاءة أبسط وحدات توربينات الغاز الطاقة(الشكل 6.3) في الخمسينيات والستينيات. القرن العشرين كان 14-18٪. حاليًا، ومن أجل زيادة كفاءة محطات توربينات الغاز، يتم تصنيعها بعدة مراحل من الإمداد الحراري والتبريد المتوسط ​​للهواء المضغوط، وكذلك مع التسخين المتجدد للهواء المضغوط في الضاغط بواسطة الغازات المنبعثة في التوربين، وبذلك تقترب الدورة الحقيقية من دورة كارنو، وتصل كفاءة محطة التوربينات الغازية إلى 27 – 37%.

كفاءة وحدات توربينات الغاز محدودة بدرجة الحرارة الأولية لسائل العمل (1100-1300 درجة مئوية وأعلى لوحدات توربينات الغاز من الجيل الخامس) وطاقة الوحدة بسبب زيادة تكاليف الطاقة للاحتياجات الخاصة، بما في ذلك محرك الضاغط. من الصعب حاليًا إزالة القيد الأول. يمكن التخلص من القيد الثاني إذا تم توفير عامل عمل عالي المحتوى الحراري للتوربين عند نفس درجة الحرارة الأولية بدلاً من عامل منخفض المحتوى الحراري (خليط من منتجات الاحتراق مع الهواء). في كثير من الأحيان، يضاف بخار الماء إلى منتجات الاحتراق. تسمى التوربينات الغازية التي تعمل بموائع عمل مكونة من خليط من بخار الماء والغازات أو تستخدم الغازات والبخار بشكل منفصل في الدائرة الحرارية محطات الغاز ذات الدورة المركبة(PGU)، ودوراتها - غاز البخار.يتم استدعاء وحدات PSU الأولى موناري,والثانية - الثنائية .

أثناء تطوير المنشآت ذات سوائل العمل المنفصلة، ​​تم اختبار العديد من المخططات الحرارية. تبين أن الأكثر فعالية هو المخطط الذي يتم فيه إعادة تدوير دورة البخار بالكامل فيما يتعلق بدورة الغاز. تسمى هذه المنشآت إعادة التدوير PGU أو PGU-U. في وحدة إعادة التدوير CCGT، يعمل الجزء البخاري من التركيب دون استهلاك إضافي للوقود. نظرًا لارتفاع درجة الحرارة الأولية للدورة (أكثر من 1000-1300 درجة مئوية)، يمكن أن يكون لـ CCGT كفاءة تزيد عن 60%، وهي أعلى بكثير من محطة التوربينات البخارية التقليدية ووحدة توربينات الغاز المنفصلة. . إن العامل الأكثر أهمية في زيادة كفاءة محطة CCGT هو استخدام منتجات احتراق الوقود كمائع عمل في نطاق درجات الحرارة المرتفعة (في توربينات الغاز) وبخار الماء في التوربينات الغازية. درجات الحرارة المنخفضة(في التوربينات البخارية).

تعتبر وحدات التوربينات الغازية من النوع المفتوح أدنى من وحدات التوربينات البخارية من حيث قوة الوحدة، ولها كفاءة أقل، وأقل متانة في التشغيل، وأكثر تطلبًا من حيث درجات الوقود. مزيد من التطويرتهدف وحدات GTU إلى زيادة قوة وحدتها وكفاءتها وموثوقيتها ومتانتها، وهو ما يتم تحديده بشكل أساسي من خلال التقدم في مجال إنشاء مواد مقاومة للحرارة وتطويرها. طرق فعالةتبريد مسار تدفق توربينات الغاز.

تتكون وحدة توربينات الغاز (GTU) من جزأين رئيسيين - توربينات طاقة ومولد، موجودان في مسكن واحد. تدفق الغاز درجة حرارة عاليةيعمل على شفرات توربينات الطاقة (يولد عزم الدوران).

يؤدي استرداد الحرارة من خلال مبادل حراري أو غلاية حرارة النفايات إلى زيادة الكفاءة الإجمالية للتركيب. يمكن لوحدة التوربينات الغازية أن تعمل بالوقود السائل والغازي. في وضع التشغيل العادي، يعمل بالغاز، وفي الوضع الاحتياطي (الطوارئ) يتحول تلقائيًا إلى وقود الديزل.

إن وضع التشغيل الأمثل لوحدة توربينات الغاز هو التوليد المشترك للطاقة الحرارية والكهربائية. يمكن لوحدة توربينات الغاز أن تعمل في الوضع الأساسي ولتغطية الأحمال القصوى.

يظهر الشكل 1 رسمًا تخطيطيًا لمحطة توربينات غازية بسيطة.

الشكل 1. رسم تخطيطي لوحدة توربينات الغاز: 1 - الضاغط. 2 - غرفة الاحتراق. 3 - توربينات الغاز. 4- مولد كهربائي

يمتص الضاغط 1 الهواء من الغلاف الجوي، ويضغطه إلى ضغط معين ويزوده بغرفة الاحتراق 2. كما يتم توفير الوقود السائل أو الغازي هنا بشكل مستمر. يحدث احتراق الوقود في هذا المخطط بشكل مستمر، عند ضغط ثابت، لذلك تسمى محطات توربينات الغاز هذه بوحدات توربينات الغاز ذات الاحتراق المستمر أو محطات توربينات الغاز ذات الاحتراق عند ضغط ثابت.

تدخل الغازات الساخنة المتكونة في غرفة الاحتراق نتيجة احتراق الوقود إلى التوربين 3. في التوربين يتمدد الغاز وتتحول طاقته الداخلية إلى عمل ميكانيكي. تخرج غازات العادم من التوربين إلى البيئة (الغلاف الجوي).

يتم إنفاق جزء من الطاقة التي تنتجها توربينات الغاز على تدوير الضاغط، ويتم إعطاء الجزء المتبقي (صافي الطاقة) للمستهلك. الطاقة التي يستهلكها الضاغط عالية نسبيًا و دوائر بسيطةعند درجة حرارة معتدلة لبيئة العمل يمكن أن تكون أعلى بمقدار 2-3 مرات من الطاقة المفيدة لوحدة التوربينات الغازية. وهذا يعني أن الطاقة الإجمالية لتوربينات الغاز نفسها ستكون لفترة طويلة أكبر بكثير من الطاقة المفيدة لوحدة توربينات الغاز.

نظرًا لأن التوربينات الغازية لا يمكن أن تعمل إلا في وجود الهواء المضغوط، الذي يتم الحصول عليه فقط من الضاغط الذي يحركه التوربين، فمن الواضح أنه يجب تشغيل التوربينات الغازية من مصدر طاقة خارجي (محرك التشغيل)، والذي يتم بمساعدته تشغيل التوربينات الغازية. يدور الضاغط حتى يغادر الغرفة، ولن يبدأ الاحتراق في إمداد الغاز بمعايير معينة وبكميات كافية لبدء تشغيل توربين الغاز. .

يتضح من الوصف أعلاه أن تركيب توربين الغاز يتكون من ثلاثة عناصر رئيسية: توربين غاز وضاغط وغرفة احتراق. دعونا ننظر في مبدأ التشغيل وهيكل هذه العناصر.

عنفة. يوضح الشكل 2 رسمًا تخطيطيًا لتوربينة بسيطة أحادية المرحلة.

أجزائه الرئيسية هي؛ غلاف (اسطوانة) التوربين 1، حيث يتم تركيب دوارات التوجيه 2 وشفرات العمل 3، مثبتة حول المحيط بالكامل على حافة القرص 4، مثبتة على العمود 5. يدور عمود التوربين في محامل 6.

في النقاط التي يخرج فيها العمود من المبيت، يتم تركيب موانع تسرب طرفية 7، مما يحد من تسرب الغازات الساخنة من مبيت التوربين. جميع الأجزاء الدوارة والتوربينات (الشفرات، القرص، العمود) تشكل الدوار. يشكل الغلاف ذو دوارات التوجيه الثابتة والأختام الجزء الثابت للتوربين. يشكل القرص ذو الشفرات المكره.

الشكل 2. رسم تخطيطي لتوربينة أحادية المرحلة

يسمى الجمع بين عدد من الشفرات الدليلية والدوارة بمرحلة التوربين. يوضح الشكل 3 أعلاه رسمًا تخطيطيًا لهذه المرحلة التوربينية ويبين أدناه مقطعًا عرضيًا للدليل وشفرات العمل الأسطوانية الأسطح أ-أ، ثم تم توسيعه على مستوى الرسم.

الشكل 3. مخطط مرحلة التوربينات

تشكل دوارات التوجيه 1 قنوات مستدقة في المقطع العرضي، تسمى الفوهات. عادةً ما يكون للقنوات التي تتكون من شفرات العمل 2 شكل مدبب.

يدخل الغاز الساخن عند الضغط المتزايد إلى فوهات التوربينات، حيث يتوسع وتحدث زيادة مقابلة في السرعة. وفي الوقت نفسه، ينخفض ​​ضغط الغاز ودرجة حرارته.

وبالتالي، يتم تحويل الطاقة الكامنة للغاز إلى طاقة حركية في فوهات التوربينات. بعد مغادرة الفوهات، يدخل الغاز إلى القنوات البينية للشفرات العاملة، حيث يغير اتجاهه.

عندما يتدفق الغاز حول ريش الدوار، فإن الضغط على سطحها المقعر يكون أكبر منه على السطح المحدب، وتحت تأثير فرق الضغط هذا، تدور المكره (يظهر اتجاه الدوران في الشكل 3 بالسهم u) .

وبالتالي، يتم تحويل جزء من الطاقة الحركية للغاز إلى طاقة ميكانيكية على الشفرات العاملة، وهو أمر غير مقبول لأسباب تتعلق بقوة الشفرات العاملة أو قرص التوربين. في مثل هذه الحالات، تكون التوربينات متعددة المراحل.

يظهر الرسم التخطيطي للتوربين متعدد المراحل في الشكل 4.

الشكل 4. رسم تخطيطي لتوربين متعدد المراحل: 1-المحامل؛ أختام ذات طرفين؛ أنبوب مدخل 3 4-الجسم؛ 5-دوارات توجيهية؛ 6-شفرات العمل؛ 7-الدوار. أنبوب توربيني ذو 8 مخارج

يتكون التوربين من عدد من المراحل الفردية مرتبة على التوالي، حيث يتوسع الغاز تدريجياً. انخفاض الضغط في كل مرحلة، وبالتالي، السرعة c1 في كل مرحلة من هذه التوربينات، أقل مما كانت عليه في التوربينات ذات المرحلة الواحدة. يمكن اختيار عدد المراحل بحيث يتم الحصول على النسبة المطلوبة عند سرعة محيطية معينة.

ضاغط. يظهر الرسم التخطيطي للضاغط المحوري متعدد المراحل في الشكل 5.

الشكل 5. رسم تخطيطي للضاغط المحوري متعدد المراحل: أنبوب مدخل واحد؛ أختام ذات طرفين؛ 3-محامل. ريشة توجيه ذات 4 مدخلات؛ 5-شفرات العمل؛ 6-دوارات توجيهية؛ 7- أجهزة تقويم الجسم 8-؛ 9- ناشر؛ أنبوب 10 مخرج؛ 11- الدوار.

مكوناته الرئيسية هي: دوار 2 مع شفرات عمل 5 ملحقة به، مبيت 7 (أسطوانة)، يتم توصيل ريش التوجيه 6 والأختام الطرفية 2 بها، ومحامل 3.

يسمى الجمع بين صف واحد من الشفرات الدوارة وصف واحد من دوارات التوجيه الثابتة الموجودة خلفها بمرحلة الضاغط.

يمر الهواء الذي يتم امتصاصه بواسطة الضاغط بشكل تسلسلي عبر العناصر التالية للضاغط، كما هو موضح في الشكل 5: أنبوب الإدخال 1، ريشة توجيه المدخل 4، مجموعة المراحل 5، 6، جهاز التمليس 8، الناشر 9 وأنبوب المخرج 10.

دعونا نفكر في الغرض من هذه العناصر. تم تصميم أنبوب الإدخال لتزويد الهواء بشكل موحد من الغلاف الجوي إلى ريشة توجيه المدخل، والتي يجب أن تعطي الاتجاه اللازم للتدفق قبل الدخول في المرحلة الأولى.

في المراحل، يتم ضغط الهواء عن طريق نقل الطاقة الميكانيكية إلى تدفق الهواء من الشفرات الدوارة. ومن المرحلة الأخيرة، يدخل الهواء إلى جهاز الاستقامة، المصمم لإعطاء التدفق اتجاهاً محورياً قبل دخوله إلى الناشر. يستمر ضغط الغاز في الناشر بسبب انخفاض طاقته الحركية.

تم تصميم أنبوب المخرج لتزويد الهواء من الناشر إلى خط الأنابيب الالتفافي. تشكل شفرات الضاغط 1 (الشكل 6) سلسلة من القنوات المتوسعة (الناشرات).

عندما يدور الدوار، يدخل الهواء إلى قنوات الشفرات البينية بسرعة نسبية عالية (سرعة حركة الهواء التي يتم ملاحظتها من الشفرات المتحركة). ومع تحرك الهواء عبر هذه القنوات، يزداد ضغطه نتيجة لانخفاض سرعته النسبية.

في القنوات المتوسعة التي تشكلها دوارات التوجيه الثابتة 2، تحدث زيادة أخرى في ضغط الهواء، مصحوبة بانخفاض مماثل في طاقتها الحركية.

وبالتالي فإن تحويل الطاقة في مرحلة الضاغط يحدث في الاتجاه المعاكس مقارنة بمرحلة التوربين.

الشكل 6. مخطط مرحلة الضاغط المحوري

غرفة الاحتراق. الغرض من غرفة الاحتراق هو زيادة درجة حرارة سائل العمل بسبب احتراق الوقود في بيئة الهواء المضغوط.

يظهر مخطط غرفة الاحتراق في الشكل 7.

الشكل 7. غرفة الاحتراق

يحدث احتراق الوقود المحقون من خلال الفوهة 1 في منطقة الاحتراق بالغرفة، ويحدها أنبوب اللهب 2. فقط كمية الهواء اللازمة للاحتراق الكامل والمكثف للوقود تدخل إلى هذه المنطقة (يسمى هذا الهواء الهواء الأولي) .

يمر الهواء الذي يدخل منطقة الاحتراق عبر الدوامة 3، مما يعزز الخلط الجيد للوقود مع الهواء. وفي منطقة الاحتراق تصل درجة حرارة الغاز إلى 1300...2000 درجة مئوية. وفقا لظروف قوة شفرات التوربينات الغازية، فإن درجة الحرارة هذه غير مقبولة. ولذلك يتم تخفيف الغازات الساخنة المنتجة في منطقة الاحتراق بالغرفة بالهواء البارد، وهو ما يسمى بالثانوي. يتدفق الهواء الثانوي عبر الحيز الحلقي بين أنبوب اللهب 2 والمبيت 4. ويدخل جزء من هذا الهواء إلى منتجات الاحتراق من خلال النوافذ 5، ويتم خلط الباقي بالعيون الساخنة بعد أنبوب اللهب. وبالتالي، يجب أن يزود الضاغط غرفة الاحتراق بالهواء عدة مرات أكثر مما هو ضروري لحرق الوقود، ويتم تخفيف منتجات الاحتراق التي تدخل التوربينات بقوة بالهواء وتبريدها.

محطة توربينات غازية بسيطة تعمل بالاحتراق المتقطع

الرسم التخطيطي لتركيب الاحتراق المتقطع (مع الاحتراق بحجم ثابت) هو نفسه كما هو الحال في التثبيت مع مصدر حرارة متساوي الضغط، وهو موضح في الشكل 1. تختلف محطة توربينات الغاز هذه عن تركيب الاحتراق المستمر في تصميم غرفة الاحتراق (الشكل 8).

الشكل 8. غرفة الاحتراق المتقطعة: 1-صمام الهواء؛ 2- صمام الوقود؛ 3-شمعة الإشعال 4- صمام فوهة (غاز).

تحتوي غرفة الاحتراق في توربينات الغاز ذات الاحتراق المتقطع على الصمامات 1 و2 و4، والتي يتم التحكم فيها بواسطة آلية توزيع خاصة. دعونا نتخيل أنه في وقت ما، يتم إغلاق جميع الصمامات وتمتلاء الحجرة بخليط من الهواء والوقود. بمساعدة شمعة الإشعال 3، يتم إشعال الخليط ويزداد الضغط في الغرفة، حيث يحدث الاحتراق بحجم ثابت.

عند الوصول إلى ضغط معين، يفتح الصمام رقم 4 وتتدفق منتجات الاحتراق إلى فوهات التوربينات، حيث يحدث تمدد الغاز. ينخفض ​​​​الضغط في غرفة الاحتراق. بعد انخفاض الضغط في الحجرة إلى قيمة معينة، يتم فتح صمام الهواء 1 تلقائيًا ويتم تطهير الحجرة هواء نقي. يمر هذا الهواء أيضًا عبر التوربين ويبرد جهاز شفرته.

في نهاية عملية التطهير، يُغلق صمام الفوهة 4 وتمتلئ غرفة الاحتراق بالهواء المضغوط من الضاغط. عند التشغيل بالوقود الغازي، يتم توفير الغاز القابل للاحتراق في نفس الوقت من خلال الصمام 2. تسمى هذه العملية شحن الكاميرا. في نهاية الشحن، تغلق جميع الصمامات ويحدث وميض. ثم تتكرر الدورة.

تظهر عملية تغيير الضغط في الغرفة بمرور الوقت خلال الدورة بأكملها في الشكل 9.

الشكل 9. التغير في الضغط مقابل الوقت في غرفة الاحتراق

هنا AB هو وميض؛ قبل الميلاد - التوسع. SD - التطهير ونعم - الشحن. وفقًا لهولزوارث، تكتمل الدورة بأكملها خلال 1.5 ثانية تقريبًا. وفي هذه التجارب كان الضغط عند بداية الوميض (النقطة أ) يساوي (3...4) × 105 باسكال، وفي نهاية الوميض (النقطة ب) ارتفع إلى حوالي 15 × 105 باسكال.

طرق زيادة كفاءة محطات التوربينات الغازية:

هناك عدة طرق لزيادة كفاءة محطات توربينات الغاز:

• 1) من خلال استخدام تجديد حرارة الغازات المنضب في التوربينات؛
• 2) عن طريق ضغط الهواء تدريجيًا مع التبريد المتوسط؛
• 3) باستخدام التوسع التدريجي مع التسخين المتوسط ​​للغاز العامل؛
• 4) من خلال إنشاء منشآت معقدة ومتعددة الأعمدة، مما يجعل من الممكن زيادة كفاءة توربينات الغاز، خاصة عند التشغيل بأحمال جزئية؛
• 5) عن طريق إنشاء منشآت مشتركة تعمل في دورة البخار والغاز مع غرف الاحتراق المكبس؛

لقد تحدثنا حتى الآن فقط عن توربين الغاز نفسه، وليس

* *يسأل من أين يأتي الغاز الذي يمدها بالطاقة.

يدخل البخار العامل إلى التوربين البخاري من الغلاية البخارية. ما هي الأجهزة اللازمة لتزويد توربين الغاز بالغاز العامل؟

لتشغيل توربينات الغاز، يلزم وجود غاز يحتوي على كمية كبيرة من الطاقة. تعتمد طاقة الغاز - أي قدرته على أداء عمل ميكانيكي تحت ظروف معينة - على الضغط ودرجة الحرارة. كلما زاد ضغط الغاز وارتفعت درجة حرارته، زاد العمل الميكانيكي الذي يمكن أن يقوم به أثناء تمدده. وهذا يعني أن التوربينات تحتاج إلى غاز مضغوط ومسخن لتشغيلها. من هنا يتضح ما هي الأجهزة التي يجب تضمينها في تركيب توربينات الغاز (أو محرك توربينات الغاز). هذا أولاً جهاز لضغط الهواء وثانيًا جهاز لتسخينه

وثالثا التوربين الغازي نفسه الذي يحول الطاقة الداخلية للغاز المضغوط والمسخن إلى عمل ميكانيكي.

ضغط الهواء مهمة صعبة. يعد تنفيذ ذلك أصعب بكثير من إدخال الوقود السائل إلى غرفة الاحتراق. على سبيل المثال، لتزويد كيلوغرام واحد من الكيروسين في الثانية إلى غرفة احتراق بضغط 10 ضغط جوي، من الضروري استهلاك حوالي 2 قوة حصانولضغط كيلوغرام واحد من الهواء في الثانية إلى 10 أجواء، يلزم ما يقرب من 400 حصان. وفي محطات توربينات الغاز يوجد ما يقرب من 60 كيلوجرامًا من الهواء لكل كيلوجرام من الكيروسين.

وهذا يعني أنه من الضروري إنفاق طاقة أكبر بمقدار 12 ألف مرة لتزويد غرفة الاحتراق بالهواء بضغط 10 أجواء مقارنة لتزويد الوقود السائل.

وتستخدم آلات خاصة تسمى المنافيخ أو الضواغط لضغط الهواء. يتلقون الطاقة الميكانيكية اللازمة لتشغيلهم من التوربينات الغازية نفسها. ضاغط وجولة-

تشغيل الضاغط.

ضاغط.

يتم تركيب الصناديق على عمود واحد، ويقوم التوربين بنقل جزء من قوته إلى ضاغط الهواء أثناء التشغيل.

تستخدم وحدات التوربينات الغازية نوعين من الضواغط: الطرد المركزي والمحوري.

يستخدم ضاغط الطرد المركزي (الشكل 6)، كما يشير اسمه، قوة الطرد المركزي لضغط الهواء. يتكون هذا الضاغط من أنبوب مدخل يدخل من خلاله الهواء الخارجي إلى الضاغط؛ قرص ذو شفرات عاملة، يُطلق عليه غالبًا المكره (الشكل 7) ؛ ما يسمى الناشر، الذي يدخل فيه الهواء الخارج من المكره، وأنابيب المخرج، التي تقوم بتصريف الهواء المضغوط إلى وجهته، على سبيل المثال، إلى غرفة الاحتراق لوحدة توربينات الغاز.

يتم التقاط الهواء الداخل إلى ضاغط الطرد المركزي بواسطة شفرات المكره التي تدور بسرعة، وتحت تأثير قوة الطرد المركزي، يتم دفعه من المركز إلى المحيط. يتحرك على طول القنوات بين الشفرات ويدور مع القرص، ويتم ضغطه بواسطة قوى الطرد المركزي. كلما زادت سرعة دوران المكره، زاد ضغط الهواء. في الضواغط الحديثة، تصل السرعة الطرفية للمكره إلى 500 متر في الثانية. في هذه الحالة، يبلغ ضغط الهواء عند مخرج المكره حوالي 2.5 أجواء. بالإضافة إلى الضغط المتزايد، يكتسب الهواء الذي يمر بين الشفرات سرعة عالية، قريبة من السرعة الطرفية للمكره. يتم بعد ذلك تمرير الهواء عبر ناشر - وهو قناة تتوسع تدريجيًا. عند التحرك عبر مثل هذه القناة، تنخفض سرعة الهواء ويزداد الضغط. عند مخرج الناشر، عادة ما يكون ضغط الهواء حوالي 5 أجواء.

تتميز ضواغط الطرد المركزي بالبساطة في التصميم. إنها خفيفة الوزن ويمكن أن تعمل بكفاءة نسبيًا بسرعات عمود مختلفة ومعدلات تدفق الهواء. وقد ضمنت هذه الصفات استخدامها على نطاق واسع في التكنولوجيا. ومع ذلك، فإن ضواغط الطرد المركزي لا تتمتع بكفاءة عالية بما يكفي - فقط 70-75%. لذلك، في منشآت توربينات الغاز، حيث يتم إنفاق الكثير من الطاقة على ضغط الهواء، يتم استخدام الضواغط المحورية في كثير من الأحيان. كفاءتها أعلى تصل إلى 85-90٪. ولكن من حيث التصميم، فإن الضاغط المحوري أكثر تعقيدًا من ضاغط الطرد المركزي وله وزن أكبر.

يتكون الضاغط المحوري من عدة دافعات مثبتة بشكل صارم على عمود ويتم وضعها في قناة يتحرك الهواء من خلالها. كل دافعة عبارة عن قرص به شفرات على الحافة. عندما تدور المكره بسرعة، تقوم الشفرات بضغط الهواء الذي يمر عبر القناة وتزيد من سرعته.

يوجد خلف كل دافعة صف واحد من الشفرات الثابتة - ريشة توجيه، مما يزيد من ضغط الهواء ويعطي الطائرة الاتجاه المطلوب.

تسمى المكره مع صف من دوارات التوجيه الثابتة الموجودة خلفها بمرحلة الضاغط. تعمل إحدى مراحل الضاغط المحوري على زيادة ضغط الهواء بحوالي 1.3 مرة. وللحصول على ضغط أعلى تستخدم الضواغط المحورية ذات المراحل المتعددة. للحصول على ضغوط عالية، الضواغط المحورية مع

أرز. 8. دوار الضاغط المحوري ذو الخمسة عشر مرحلة.

14 و 16 و عدد كبيرخطوات. في الضواغط المحورية متعددة المراحل، يتم أحيانًا تثبيت الشفرات الدوارة ليس على أقراص فردية، ولكن على عمود مجوف مشترك، يسمى الأسطوانة. يُطلق على الجزء الدوار من الضاغط (أسطوانة بها صفوف من الشفرات أو الدفاعات المثبتة على عمود) اسم الدوار (الشكل 8)، وتسمى دوارات التوجيه الثابتة المثبتة على غلاف الضاغط بالجزء الثابت.

يحصل الضاغط المحوري على اسمه لأن الهواء يتحرك على طول محوره، على عكس ضاغط الطرد المركزي، حيث يتحرك الهواء في اتجاه شعاعي.

يتم إمداد الهواء المضغوط إلى ضغط مرتفع في الضاغط إلى غرفة الاحتراق. هنا، يتم حقن الوقود السائل في تدفق الهواء من خلال فوهات الرش، والتي يتم إشعالها بنفس الطريقة كما هو الحال في محركات الاحتراق الداخلي - بمساعدة شمعة كهربائية. تعمل شمعة الإشعال الكهربائية فقط عند بدء تشغيل المحرك. مزيد من الاحتراق يحدث بشكل مستمر. هذا يطلق كمية كبيرة من الحرارة. عند حرق كيلوغرام واحد من الكيروسين، يتم إطلاق 10500 سعرة حرارية من الحرارة.

كلما زادت الحرارة المنبعثة أثناء احتراق الوقود، ارتفعت درجة حرارة الغازات في نهاية غرفة الاحتراق. إذا تم إمداد 1 كيلوجرام من الكيروسين إلى 15 كيلوجرام من الهواء، فإن درجة حرارة الغاز ستصل إلى حوالي 2500 درجة مئوية. عند درجة حرارة الغاز المرتفعة هذه، سيكون تشغيل وحدة توربينات الغاز فعالاً للغاية. ومع ذلك، فإن مادة شفرات الفوهة وشفرات التوربينات لا يمكنها تحمل مثل هذه الحرارة. أفضل السبائك الحديثة المقاومة للحرارة المستخدمة في محركات توربينات غاز الطيران تسمح بالتشغيل عند درجات حرارة غاز تبلغ حوالي 900 درجة مئوية. وفي التوربينات العاملة في محطات توليد الطاقة، حيث يتطلب عمر خدمة أطول ويتم استخدام سبائك أقل تكلفة، درجة الحرارة المسموح بهاالغازات أقل. لذلك، في غرف الاحتراق لوحدات التوربينات الغازية في

يتم توفير 1 كيلوجرام من الكيروسين أو الزيت إلى 50-80 كيلوجرامًا من الهواء. بهذه النسبة، في نهاية غرفة الاحتراق، يتم تحديد درجة حرارة الغازات، والتي تسمح بها قوة الشفرات.

يعد تصميم غرفة الاحتراق لمحطات توربينات الغاز مشكلة علمية وتقنية معقدة. تخضع غرفة الاحتراق لعدد من المتطلبات الصارمة، التي يحدد الوفاء بها أداء التثبيت بأكمله. وإليكم أهم هذه المتطلبات. أولا، من الضروري ضمان الاحتراق الكامل للوقود. إذا لم يكن للوقود وقت ليحترق بالكامل في غرفة الاحتراق، فسيتم إهدار جزء من طاقته. ستنخفض كفاءة محطة توربينات الغاز. علاوة على ذلك، فإن الوقود الذي لم يتح له الوقت للحرق في غرفة الاحتراق سيبدأ في الاحتراق بين شفرات التوربينات، الأمر الذي سيؤدي إلى احتراق الشفرات وكسرها، أي وقوع حادث. ولا ينبغي أيضًا السماح للغاز الذي يدخل التوربين، بدلاً من أن يكون له نفس درجة الحرارة على كامل المقطع العرضي، على سبيل المثال، بـ 600 درجة مئوية في مكان واحد و 1200 درجة مئوية في مكان آخر. لذلك، من الضروري التأكد من الخلط الجيد للغازات قبل الخروج من الغرفة، لاستبعاد إمكانية حدوث "مشاعل" فردية للغاز مع درجات حرارة مرتفعة تدخل إلى التوربين. وأخيرًا، من الضروري تبريد جدران غرفة الاحتراق جيدًا لحمايتها من الاحتراق.

لحل كل هذه المشاكل، يتم تقسيم تدفق الهواء في غرف الاحتراق لمحركات التوربينات الغازية إلى قسمين (الشكل 9). يتم توجيه جزء أصغر من التدفق إلى داخل الغرفة - إلى ما يسمى بأنبوب اللهب. هناك يحترق الوقود عند درجة حرارة عالية (درجة الحرارة المرتفعة تسمح للمرء بتحقيق ما يكفي

الاحتراق الكامل). أما بقية الهواء فلا يشارك في عملية الاحتراق. تغتسل بها الخارجأنبوب اللهب ويبرده. ثم يمتزج الهواء البارد بالغازات الساخنة. للحصول على خلط أفضل، يتم ذلك في جدران الأنابيب رقم ضخمفتحات صغيرة يتم من خلالها إدخال الهواء البارد بأجزاء صغيرة وخلطه بالغازات الساخنة. وبفضل هذا الإمداد بهواء التبريد، تكون درجة حرارة الغاز بالقرب من الجدران أقل منها في وسط أنبوب اللهب. وهذا يساعد أيضًا على حمايته من الاحتراق.

تقع غرفة الاحتراق لوحدة التوربينات الغازية عادةً بين الضاغط والتوربين. مع هذا الترتيب، ينتقل تدفق الغاز مباشرة من مدخل التثبيت إلى مخرجه. ولكن يوجد في وسط التثبيت عمود يربط التوربين بالضاغط. لا ينبغي أن يصبح هذا العمود ساخنًا جدًا، وإلا ستنخفض قوته. ولذلك، فإن غرفة الاحتراق تكون حلقية أو واحدة

يتم استبدال الغرفة المشتركة بـ 6-10 غرف منفصلة تقع في دائرة حول العمود.

لقد أصبحت على دراية بالأجزاء الثلاثة الرئيسية لمحطة توربينات الغاز: ضاغط الهواء، وغرفة الاحتراق، وتوربين الغاز. في التين. يوضح الشكل 10 رسمًا تخطيطيًا لمحرك توربيني يعمل بالغاز. وإليك كيف يعمل.

يقوم الضاغط بسحب الهواء من الغلاف الجوي وضغطه. يدخل الهواء المضغوط إلى غرفة الاحتراق، حيث ترتفع درجة حرارته بسبب احتراق الوقود بعدة مئات من الدرجات. ضغط الغاز

يبقى ثابتًا تقريبًا. لذلك تسمى المحركات من هذا النوع بمحركات توربينية غازية ذات ضغط احتراق ثابت. من غرفة الاحتراق، يذهب الغاز ذو الضغط العالي ودرجة الحرارة، وبالتالي كمية كبيرة من الطاقة، إلى التوربين. هناك تحدث عملية تحويل طاقة الغاز المضغوط والمسخن إلى عمل مفيد.

يبذل الغاز جهدًا في التوربين أثناء عملية التمدد، أي عندما ينخفض ​​ضغطه. في معظم محطات توربينات الغاز، ينخفض ​​ضغط الغاز إلى الضغط الجوي. وهذا يعني أن عملية تحدث في التوربين عكس ما يحدث في الضاغط.

إذا كانت درجة حرارة الهواء عند مخرج الضاغط وعند مدخل التوربين واحدة، فإنه عندما يتمدد الهواء في التوربين يقوم بنفس العمل الذي بذل على ضغطه في الضاغط - بشرط أن لن يكون هناك فقدان للطاقة في احتكاك الهواء والاضطراب. ومع أخذ هذه الخسائر في الاعتبار، فإن الهواء يبذل شغلًا أقل في التوربين من الشغل المطلوب لتدوير الضاغط. من الواضح أنه لن تكون هناك فائدة من مثل هذا التثبيت. لكن الضاغط يضغط الهواء البارد، ويدخل الغاز الساخن للغاية إلى التوربين. لذلك، فإن عمل تمدد الغاز أكبر بمقدار 1.5-2 مرات من المطلوب للضاغط. على سبيل المثال، إذا طور توربين الغاز قوة قدرها 10000 حصان، فيجب إنفاق ما يقرب من 6000 حصان لتدوير الضاغط المتصل به.

قوة يمكن استخدام الطاقة الحرة المتبقية البالغة 4000 حصان لتدوير مولد كهربائي أو مروحة سفينة أو مروحة طائرة أو أي آليات أخرى.

لتشغيل محرك توربيني غازي، يلزم وجود عدد من الوحدات المساعدة: مضخات الوقود، والأجهزة الأوتوماتيكية التي تنظم تشغيله، ونظام التشحيم والتبريد، ونظام التحكم، وما إلى ذلك.

لبدء تشغيل محرك التوربينات الغازية، تحتاج إلى تدوير الدوار (الشكل 11) إلى عدة مئات من الثورات في الدقيقة. يخدم هذا الغرض محرك مساعد صغير يسمى المبدئ. بالنسبة للمحركات التوربينية الغازية الكبيرة، غالبًا ما يكون المبدئ عبارة عن محركات توربينية غازية صغيرة تبلغ قوتها حوالي 100 حصان، وأحيانًا أكثر. يتم تشغيل هذه المشغلات بدورها بواسطة محركات كهربائية صغيرة تعمل بالبطارية.

نشأت فكرة إمكانية استخدام تدفق الغازات الساخنة للحصول على عمل ميكانيكي منذ زمن طويل جدًا. حتى قبل 450 عامًا، وصف العالم الإيطالي العظيم ليوناردو دافنشي عجلة ذات شفرات مثبتة في مدخنة فوق الموقد. تحت تأثير تدفق الغاز، يمكن أن تدور هذه العجلة وتدفع البصق. يمكن اعتبار عجلة ليوناردو دافنشي نموذجًا أوليًا لتوربينات الغاز.

في عام 1791، حصل الإنجليزي جون باربر على براءة اختراع لمصنع توربينات الغاز. من الرسم المرفق ببراءة الاختراع، يمكن للمرء أن يتخيل أن التثبيت، وفقا للمؤلف، كان من المفترض أن يعمل على غاز قابل للاشتعال يتم الحصول عليه عن طريق تقطير الوقود الصلب أو السائل. تم ضخ الغاز إلى الخزان باستخدام ضاغط بدائي. ومنه يدخل إلى غرفة الاحتراق حيث يختلط بالهواء الذي يوفره الضاغط الثاني ويشتعل. تتدفق منتجات الاحتراق من الغرفة إلى عجلة التوربين. ومع ذلك، ونظرا لمستوى التطور التكنولوجي الذي كان موجودا في ذلك الوقت، لم يكن من الممكن تنفيذ توربينات الغاز. تم إنشاء أول توربين غازي فقط في نهاية القرن التاسع عشر على يد المخترع الروسي P. D. Kuzminsky، الذي، كما قلنا، قام أيضًا ببناء أول توربين بخاري للسفن البحرية.

يتكون المحرك التوربيني الغازي، الذي تم بناؤه عام 1897 وفقًا لتصميم P. D. Kuzminsky، من ضاغط هواء وغرفة احتراق وتوربين شعاعي (الشكل 12). استخدم كوزمينسكي التبريد المائي لغرفة الاحتراق. يبرد الماء الجدران ثم يدخل الغرفة. أدى إمداد المياه إلى خفض درجة الحرارة وفي نفس الوقت زيادة كتلة الغازات التي تدخل التوربينات، مما كان ينبغي أن يزيد من كفاءة التركيب. لسوء الحظ، لم يلق عمل كوزمينسكي أي دعم من الحكومة القيصرية.

وبعد 7 سنوات، في عام 1904، تم بناء توربين غازي في الخارج حسب تصميم المهندس الألماني ستولز، ولكن تطبيق عمليولم تنالها لأن بها نواقص كثيرة.

وفي عام 1906، قام المهندسان الفرنسيان أرمانجو وليمال ببناء توربين غازي بقدرة 25 حصانًا، ثم آخر بقوة 400 حصان. وكانت كفاءة هذا التثبيت 3٪ فقط.

أظهرت اختبارات الوحدات التوربينية الغازية الأولى أنه لزيادة كفاءتها من الضروري تحقيق زيادة كبيرة في كفاءة الضاغط والتوربين، وكذلك رفع

درجة حرارة الغازات في غرفة الاحتراق. دفع هذا العديد من المخترعين إلى البحث عن تصميمات أخرى لتوربينات الغاز. كانت هناك رغبة في التخلص من الضاغط لتجنب فقد الطاقة بشكل كبير عند ضغط الهواء. لكن التوربين لا يمكنه العمل إلا عندما يكون ضغط الغاز في غرفة الاحتراق أعلى منه خلف التوربين. خلاف ذلك، لن يتدفق الغاز من الغرفة إلى التوربين ولن يدفع المكره. مع عملية الاحتراق المستمرة في الغرفة، يعد استخدام الضاغط الذي يوفر الهواء المضغوط أمرًا لا مفر منه. ومع ذلك، إذا قمت بإجراء عملية الاحتراق بشكل متقطع، فيمكنك الرفض

من ضاغط أو استخدم ضاغطًا يوفر ضغطًا أقل للهواء وبالتالي يستهلك طاقة أقل. يتم تزويد الهواء بهذه الغرفة النابضة في وقت لا يوجد فيه احتراق ويكون الضغط منخفضًا جدًا. بعد دخول الهواء وحقن الوقود، يُغلق مدخل الغرفة ويحدث وميض. نظرًا لأن الحجرة مغلقة ولا يمكن للغازات أن تتوسع، فإن الضغط فيها يزداد بشكل حاد. بعد تدفق الغازات من الغرفة إلى التوربين، ينفتح صمام الدخول ويدخل جزء جديد من الهواء إلى الغرفة. وبالتالي، من خلال إجراء عملية الاحتراق بحجم ثابت من الغازات، أي في غرفة مغلقة، من الممكن زيادة ضغطها دون مساعدة الضاغط.

في عام 1908، المهندس الروسي V.V.

أنشأ كاروفودين نموذجًا أوليًا لمثل هذه التوربينات الغازية (الشكل 13). تم إغلاق الغرفة أثناء احتراق الوقود باستخدام صمام خاص. كان للتوربين أربع غرف احتراق، يتدفق منها الغاز عبر أربع فوهات طويلة إلى المكره. أثناء الاختبار، طور النموذج قوة تبلغ 1.6 حصانًا؛ وكانت الكفاءة 3٪ فقط. كما أن هذا التوربين لم يكن مناسبًا بعد للاستخدام الصناعي.

عمل المهندس الألماني Holtz-Wart أيضًا لفترة طويلة على إنشاء توربينات غازية ذات حجم احتراق ثابت. وفقا لمشاريعه في الفترة 1914-1920 كان هناك
تم بناء عدة توربينات بقدرة تتراوح بين 500 إلى 2000 حصان. ومع ذلك، لم يكن أي منها مناسبًا للاستخدام الصناعي. فقط في الثلاثينيات تمكنت شركة Brown-Boveri السويسرية من إنشاء العديد من التوربينات ذات الاحتراق الثابت الحجم المناسب للاستخدام العملي. حاليا، توقف العمل على هذه التوربينات بشكل كامل تقريبا.

اتخذ علماؤنا مسارًا مختلفًا. مهندس

V. X. كتب أبيانز في كتابه "نظرية توربينات غاز الطيران" عن أعمال المتخصصين السوفييت:

"إحدى المزايا الرئيسية للعلماء السوفييت هي أنهم أثبتوا جدوى وآفاق تطوير توربينات ذات ضغط احتراق ثابت، بينما عمل مهندسو توربينات الغاز الأجانب (على وجه الخصوص، الألمان) في مجال التوربينات ذات حجم احتراق ثابت. كل التطوير اللاحق لتوربينات الغاز، بما في ذلك توربينات الطيران، أكد ببراعة تنبؤات العلماء السوفييت، لأن الطريق الرئيسي لتطوير توربينات الغاز كان إنشاء توربينات ذات ضغط احتراق ثابت.

لقد أثبتت أعمال العلماء السوفييت أن وحدات توربينات الغاز ذات ضغط الاحتراق المستمر عند درجة حرارة غاز عالية بدرجة كافية يمكن أن تتمتع بكفاءة عالية.

في عام 1939، قام البروفيسور V. M. ماكوفسكي ببناء توربين غازي مع ضغط احتراق ثابت في محطة توليد توربينات خاركوف. وكانت قوتها 400 كيلووات. تم تبريد العمود والقرص وشفرات التوربينات المجوفة بالماء. كان المقصود من توربينات ماكوفسكي أن تعمل بالغاز القابل للاحتراق الذي تم الحصول عليه نتيجة التغويز تحت الأرض فحم. تم تركيبه واختباره بنجاح في أحد المناجم في جورلوفكا.

تنتج مصانعنا حاليًا أنواعًا مختلفة من توربينات الغاز عالية الكفاءة.

على الرغم من أن وحدة توربينات الغاز أبسط في التصميم من محرك الاحتراق الداخلي المكبس، إلا أن إنشائها يتطلب قدرًا هائلاً من العمل البحثي. ولهذا السبب فقط في عصرنا، استنادا إلى الإنجازات الحديثة للعلوم والتكنولوجيا، كان من الممكن إنشاء محرك فعال لتوربينات الغاز.

ما هي المشاكل العلمية التي احتاج العلماء إلى حلها قبل أن يصبح من الممكن إنشاء محطات توربينات الغاز؟

عند إنشاء توربينات الغاز، كان من الضروري السعي لاستخدام طاقة الغاز على أكمل وجه ممكن وتقليل خسائرها بشكل كبير بسبب الاحتكاك وتكوين الدوامة. تتيح السرعة العالية لحركة الغاز عبر التوربين الحصول على طاقة أكبر من منشأة صغيرة. ولكن في الوقت نفسه، تحمل هذه السرعة في طياتها خطر فقدان الطاقة الكبيرة. كلما زادت سرعة حركة السائل أو الغاز، زاد فقدان الطاقة بسبب الاحتكاك وتكوين الدوامات.

لبناء محطة توربينات غازية ذات كفاءة عالية، كان من الضروري اختيار الأبعاد والشكل والموضع النسبي لأجزاء الضاغط والتوربين الأكثر فائدة. ولهذا كان لا بد من دراسة حركة الغازات ومعرفة مدى تأثيرها على الأجسام الصلبة المتدفقة حولها. كانت دراسة حركة الغاز مطلوبة لتطوير العديد من فروع التكنولوجيا.

وكانت المهمة الأولى للعلماء في هذا المجال هي دراسة حركة الغاز بسرعات منخفضة نسبيا، عندما لا يكون مضغوطا عمليا. وبما أن حركة الغاز غير القابل للضغط تخضع لنفس القوانين التي تخضع لها حركة السائل، فإن هذا الفرع من العلم يسمى الديناميكا المائية ("هيدر" - الماء باللغة اليونانية).

وفي الوقت نفسه، كان علم التركيب الجزيئي للغاز وعمليات تغيير حالته تحت تأثير الضغط ودرجة الحرارة يتطور. يطلق عليه الديناميكا الحرارية (من الكلمة اللاتينية "الحرارية" - الحرارة).

في عملية تطوير الديناميكا المائية، أصبح من الضروري مراعاة السمات المميزة للغاز، والتي تميزه عن السائل. وهكذا، على أساس الديناميكا المائية، نشأت الديناميكا الهوائية - علم قوانين تدفق الهواء وتدفق الهواء حول الهيئات. وفي الوقت نفسه المظهر التوربينات البخاريةدفع علماء الديناميكا الحرارية إلى دراسة قضايا مثل تدفق الغازات والأبخرة من الفوهات.

في عملية تطورها، اقتربت الديناميكا المائية والديناميكا الحرارية من بعضها البعض، وتوسيع نطاق القضايا المدروسة، وتغلغل أعمق وأعمق في جوهر الظواهر الفيزيائية. هكذا نشأ فرع جديد آخر من العلوم - ديناميكيات الغاز، الذي يدرس قوانين حركة الغاز بسرعات عالية والعمليات الحرارية التي تحدث في تدفق الغاز.

كان هذا العلم بمثابة الأساس النظري لتطوير محركات توربينات الغاز. تم تنفيذ أول عمل أساسي حول نظرية توربينات الغاز من قبل العالم التشيكي المتميز ستودولا والأساتذة السوفييت في إم ماكوفسكي وفي في يوفاروف وعدد من العلماء الآخرين.

تطوير الأسس النظريةوأظهرت تكنولوجيا التوربينات الغازية والعمل التجريبي في هذا المجال الذي بدأ في العديد من الدول حول العالم أن المهمة الأهم في تطوير المحركات من هذا النوع كانت تحسين جزء التدفق الخاص بها، أي عناصر المحرك التي يتدفق من خلالها الغاز: سحب الهواء. والضاغط وغرفة الاحتراق والتوربينات والفوهات. بداية، كان السؤال حول تطوير نظرية الضواغط والتوربينات، والتي غالبًا ما يطلق عليها نفس المصطلح "الآلات ذات الشفرات". لقد كانت هذه المشكلة الأساسية بالتحديد هي التي شرع العلماء السوفييت في حلها. استنادا إلى الأعمال الرائعة لأويلر، بيرنولي، جوكوفسكي، تشابليجين، أنشأ العلماء السوفييت نظرية محركات توربينات الغاز.

قدم الأكاديمي B. S. Stechkin مساهمة قيمة بشكل استثنائي في نظرية محركات توربينات الغاز. خلقت أعماله نظرية متماسكة لآلات النصل. قام بتطوير طرق لحساب الضواغط المحورية والطاردة المركزية. وهو مبتكر نظرية محركات تنفس الهواء التوربينية الغازية الأكثر شيوعًا في الطيران الحديث.

عميق البحث النظريوتم تنفيذ العمل التجريبي المثمر على الضواغط من قبل الأساتذة K. A. Ushakov، V. N. Dmitrievsky، K. V. Kholshchevnikov، P. K. Kazandzhan وعدد من العلماء الآخرين. مساهمة كبيرة في نظرية الآلات ذات الشفرات كانت عمل الأكاديمي الأوكراني ج. ف. بروسكور "الديناميكا المائية للآلة التوربينية" ، الذي نُشر في عام 1934.

تم تخصيص نظريات توربينات الغاز ومحركات توربينات الغاز بشكل عام لعمل الأساتذة جي إس تشي -

Ridkoy، A. V. Kvasnikov، P. I. Kirillov، Ya.I. Shnee، G. P. Zotikov وغيرها الكثير.

لقد قام العلماء بالكثير من العمل لإنشاء الشكل الأكثر فائدة لشفرات التوربينات. هناك الكثير من القواسم المشتركة بين تشغيل شفرات التوربينات وتشغيل جناح الطائرة. ومع ذلك، هناك اختلافات كبيرة بينهما. يعمل الجناح بشكل منعزل، وتعمل شفرة التوربين بالقرب من الشفرات الأخرى. وفي الحالة الأخيرة، ما نحصل عليه هو، كما يقولون، "شبكة من الملفات الشخصية". يؤدي تأثير الشفرات المجاورة إلى تغيير كبير في نمط تدفق الغاز حول شكل الشفرة. بالإضافة إلى ذلك، يتم نفخ الجناح بواسطة تدفق هواء يكون له نفس السرعة قبل الاصطدام بالطائرة على طول الجناح بأكمله. وسرعة الغاز بالنسبة لشفرة التوربين ليست هي نفسها على طولها. ذلك يعتمد على السرعة الطرفية للشفرات. نظرًا لأن الشفرات مصنوعة لفترة طويلة جدًا، فإن السرعة المحيطية عند جذر الشفرة أقل بكثير من نهايتها. وهذا يعني أن سرعة الغاز بالنسبة للشفرة عند جذرها ستكون مختلفة عنها عند المحيط الخارجي للمكره. لذلك، يجب أن يكون شكل الشفرة بحيث تعمل الشفرة بطولها بالكامل بأكبر قدر من الكفاءة. تم حل مشكلة إنشاء مثل هذه الشفرات من خلال أعمال البروفيسور V. V. Uvarov وغيره من العلماء.

وكانت أهم مشكلة يعتمد حلها إنشاء محركات توربينية غازية اقتصادية هي مشكلة المواد المقاومة للحرارة. تزداد كفاءة تركيب توربينات الغاز مع زيادة درجة حرارة الغاز. ولكن لكي يعمل التوربين بشكل موثوق عند درجات حرارة عالية، من الضروري تصنيع شفراته وقرصه من السبائك التي يتم الحفاظ على قوتها حتى في درجات الحرارة المرتفعة. ولذلك، فإن تطوير تكنولوجيا توربينات الغاز يتطلب مستوى عال من تطوير علم المعادن. حاليًا، ابتكر علماء المعادن سبائك يمكنها تحمل درجات الحرارة المرتفعة. يمكن أن تعمل شفرات التوربينات المصنوعة من هذه السبائك دون تبريد خاص عند درجات حرارة للغازات التي تدخل التوربينات تصل إلى 900 درجة مئوية.

بالإضافة إلى السبائك، هناك مواد أخرى مقاومة للحرارة، مثل السيراميك الخاص. لكن السيراميك هش للغاية، مما يمنع استخدامه في توربينات الغاز. ومع ذلك، قد يكون لمزيد من العمل على تحسين السيراميك المقاوم للحرارة تأثير كبير على تطوير توربينات الغاز.

يقوم مصممو توربينات الغاز أيضًا بتطوير شفرات ذات تبريد صناعي. يتم عمل قنوات داخل الشفرات يمر من خلالها الهواء أو السائل. عادة ما يتم نفخ قرص التوربين بالهواء.

تختلف ظروف احتراق الوقود في وحدات توربينات الغاز بشكل كبير عن الظروف الموجودة في أفران الغلايات البخارية أو في أسطوانات المحركات المكبسية. المحرك التوربيني الغازي قادر على إنتاج عمل هائل بحجم صغير. ولكن لهذا من الضروري حرق كمية كبيرة من الوقود في غرفة صغيرة الحجم. لا يمكن تحقيق ذلك إلا بمعدل احتراق مرتفع جدًا. توجد جزيئات الوقود في غرفة الاحتراق لمحرك توربيني غازي لمدة تقل عن جزء من مائة من الثانية. لهذا وقت قصيرويجب أن يحدث اختلاط جيد للوقود مع الهواء وتبخره واحتراقه الكامل.

لحل المشكلة بنجاح، من الضروري دراسة فيزياء الاحتراق. تعمل فرق كبيرة من العلماء على هذا في عصرنا.

كما درس العلماء بالتفصيل مسألة تعظيم استخدام الحرارة المتولدة أثناء احتراق الوقود في وحدات توربينات الغاز. تترك الغازات دافعة التوربين عند درجة حرارة عالية، وبالتالي تحمل معها كمية كبيرة من الطاقة الداخلية إلى الغلاف الجوي. كانت هناك رغبة طبيعية في استخدام حرارة الغازات العادمة. ولهذا الغرض، تم اقتراح مخطط التثبيت التالي. قبل إطلاقها في الغلاف الجوي، تمر الغازات من المكره عبر مبادل حراري، حيث تنقل جزءًا من حرارتها إلى الهواء المضغوط الخارج من الضاغط. الهواء، الذي يسخن في المبادل الحراري، يزيد من طاقته دون استهلاك أي كمية من الوقود. من المبادل الحراري، يتم توجيه الهواء إلى غرفة الاحتراق، حيث ترتفع درجة حرارته إلى أعلى. من خلال تركيب مثل هذه المبادلات الحرارية، من الممكن تقليل استهلاك الوقود لتسخين الغاز بشكل كبير وبالتالي زيادة كفاءة التثبيت. المبادل الحراري هو قناة تتدفق من خلالها الغازات الساخنة. يتم وضع حزمة من الأنابيب الفولاذية داخل القناة، وتقع على طول تدفق الغاز أو بشكل متعامد معها. يتدفق الهواء داخل هذه الأنابيب. يقوم الغاز بتسخين جدران الأنابيب والهواء المتدفق بداخلها. يتم إرجاع بعض الحرارة الناتجة عن غازات المداخن إلى هواء العمل. وتسمى هذه العملية بعملية استعادة الحرارة. وغالبًا ما تسمى المبادلات الحرارية بالمولدات.

تعد توربينات الغاز ذات خاصية استرداد الحرارة أكثر اقتصادا بكثير من التوربينات التقليدية. ولسوء الحظ، فإن المبادلات الحرارية كبيرة الحجم للغاية، مما يجعل من الصعب استخدامها في بعض منشآت النقل.

من بين المشاكل العلمية التي تكمن وراء تطوير تكنولوجيا توربينات الغاز، تجدر الإشارة أيضًا إلى قوة الهياكل. لبناء غرف احتراق متينة، عليك معرفة طرق حساب الأصداف ذات الجدران الرقيقة. وهذا هو محور أحد الفروع الجديدة لعلم قوة المواد. المهمة الصعبة هي ضمان قوة شفرات التوربينات. يقوم دوار التوربين بعدد كبير جدًا من الثورات (5000-10000 دورة في الدقيقة، وفي بعض التصاميم أكثر)، وتؤثر قوى الطرد المركزي الكبيرة على الشفرات (عدة أطنان لكل شفرة).

تحدثنا هنا فقط عن الأهم مشاكل علميةوالتي كان حلها مطلوبًا لتطوير تكنولوجيا توربينات الغاز. يواصل العلماء والمهندسون العمل على تحسين محركات التوربينات الغازية. ما زالوا يواجهون العديد من الأسئلة التي لم يتم حلها والعديد من المشكلات المثيرة للاهتمام والمهمة.

على سبيل المثال، العمل على إنشاء توربينات الغاز باستخدام الفحم كوقود له أهمية استثنائية. ومن المعروف أن الفحم ينتج أكثر من النفط، وهو أرخص منه. يعد حرق الفحم في غرفة الاحتراق في توربينات الغاز مهمة صعبة. يجب سحقها وتحويلها إلى غبار الفحم. يجب تنظيف الغازات الخارجة من غرفة الاحتراق من الرماد. إذا كان الغاز يحتوي على جزيئات رماد بحجم 0.03-0.05 ملم، فستبدأ شفرات التوربينات في الانهيار وسوف تفشل التوربينات.

يعد إنشاء أجهزة تنقية الغاز أمرًا معقدًا. لكن من الممكن حل مثل هذه المشكلة لمحرك توربيني يعمل بالغاز. في محركات الاحتراق الداخلي، يحدث ضغط الهواء واحتراق الغاز وتمدده في مكان واحد - في الأسطوانة. اتضح أنه من المستحيل تركيب أي نوع من المنظفات في الاسطوانة. لذلك، حتى الآن، لم تؤد محاولات حرق الفحم في اسطوانات محركات الاحتراق الداخلي إلى شيء. في تركيب توربينات الغاز، يحدث الضغط والاحتراق والتمدد أماكن مختلفة. يتم ضغط الهواء في ضاغط، ثم تسخينه في غرفة، ثم توسيعه في توربين. يمكن وضع جهاز التنقية بين الغرفة والتوربين. من الضروري فقط ألا يقلل بشكل كبير من ضغط الغازات التي تمر عبره وأن لا يكون حجمه كبيرًا جدًا.

في الوقت الحاضر، تجري الأبحاث لإنشاء محركات توربينات الغاز النووية. في هذه المحركات، لا يتم تسخين الهواء عن طريق حرق الوقود، ولكن عن طريق الحرارة المتولدة في المرجل النووي. يتعين على العلماء التغلب على العديد من الصعوبات في هذا الطريق. ولكن ليس هناك شك في أن محركات توربينات الغاز النووية أمامها مستقبل عظيم.

احصل على واحدة الطاقة الكهربائيةمن عشرين كيلووات (توربينات دقيقة) إلى عدة عشرات من الميجاوات - هذه توربينات غازية كلاسيكية.

الكفاءة الكهربائية الحديثة وحدات توربينات الغازهو 33-39٪. تكون كفاءة وحدات التوربينات الغازية بشكل عام أقل من كفاءة وحدات الطاقة ذات المكبس الغازي. ولكن مع وحدات توربينات الغاز، يتم تبسيط مهمة الحصول على طاقة عالية من محطة توليد الكهرباء إلى حد كبير. عندما تتحقق الإمكانات الحرارية الكاملة لتوربينات الغاز، تصبح أهمية الكفاءة الكهربائية العالية بالنسبة للمستهلكين أقل أهمية. مع مراعاة ارتفاع درجة حرارة غازات العادم القوية وحدات توربينات الغازهناك إمكانية الاستخدام المشترك لتوربينات الغاز والبخار. يمكن لهذا النهج الهندسي أن يحسن بشكل كبير كفاءة استهلاك الوقود ويزيد من الكفاءة الكهربائية للمنشآت إلى 57-59٪. هذه الطريقة جيدة ولكنها تؤدي إلى زيادة التكلفة وتعقيد المشروع.

نسبة الطاقة الكهربائية المنتجة إلى الطاقة الحرارية هي ~ 1:2. أي أن وحدة توربينات الغاز بقدرة كهربائية تبلغ 10 ميجاوات قادرة على توصيل ~ 20 ميجاوات من الطاقة الحرارية. لتحويل MW إلى Gcal، يتم استخدام معامل 1.163 ( 1.163 ميجاوات = 1163 كيلووات = 1 جيجا كالوري).

اعتمادًا على الاحتياجات، فهي مجهزة أيضًا بغلايات البخار أو الماء الساخن، مما يجعل من الممكن الحصول على بخار بضغوط مختلفة لاحتياجات الإنتاج، أو ماء ساخن بدرجات حرارة قياسية (DHW). مع الاستخدام المشترك لنوعين من الطاقة، يزيد عامل استخدام الوقود (FUI) لمحطة الطاقة الحرارية لتوربينات الغاز إلى 90%.

إن طريقة تشغيل محطة توليد الكهرباء باستخدام الطاقة الحرارية المصاحبة لها مصطلح تقني خاص بها - التوليد المشترك للطاقة.

إمكانية الاستلام من وحدات توربينات الغازكميات كبيرة من الطاقة الحرارية المجانية تعني عودة أسرع.

طلب وحدات توربينات الغازباعتبارها معدات طاقة لمحطات الطاقة الحرارية القوية ومحطات توليد الطاقة الحرارية الصغيرة، فهي مبررة اقتصاديًا، نظرًا لأن محطات الطاقة التي تعمل بوقود الغاز اليوم تتمتع بتكلفة الوحدة الأكثر جاذبية للبناء بالنسبة للمستهلك وتكاليف منخفضة للتشغيل اللاحق.

إن الطاقة الحرارية الزائدة المجانية في أي وقت من السنة تجعل من الممكن، من خلال المبردات - ABHM، دون تكلفة الكهرباء، إنشاء تكييف هواء كامل للمباني لأي غرض من الأغراض. يمكن استخدام المبرد المبرد بهذه الطريقة للأغراض الصناعية في دورات الإنتاج المختلفة. هذه التكنولوجيا تسمى التوليد الثلاثي.

كفاءة الاستخدام وحدات توربينات الغازيتم توفيرها عبر نطاق واسع من الأحمال الكهربائية من 1-3٪ كحد أدنى إلى 110-115٪ كحد أقصى.

عامل الاستخدام الإيجابي وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازمباشرة في الأماكن التي يعيش فيها الناس هو أن محتوى الانبعاثات الضارة يكون في حده الأدنى وهو عند مستوى 9-25 جزء في المليون. هذه الصفات البيئية الممتازة تسمح لك بوضعها دون مشاكل وحدات توربينات الغازعلى مقربة من مواقع الناس.

هذا المعيار وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازأفضل قليلاً من أقرب المنافسين لتوربينات الغاز - محطات توليد الطاقة المكبسية.

عند استخدام وحدات توربينات الغاز، يحصل المستهلك على وفورات مالعلى المحفزات وفي بناء المداخن.

تظهر الصورة وحدة توربينات الغازسيمنز SGT-700بقدرة 29 ميغاواط.

وحدات توربينات الغازتحتوي على اهتزازات وضوضاء طفيفة في حدود 65-75 ديسيبل (وهو ما يتوافق على مقياس مستوى الضوضاء مع صوت المكنسة الكهربائية على مسافة متر واحد). كقاعدة عامة، ليست هناك حاجة إلى عزل صوتي خاص لمعدات التوليد ذات التقنية العالية.

وحدات توربينات الغازلها أبعاد مدمجة نسبيًا ووزن محدد منخفض. التثبيت مسموح جي تي يوفي الطابق الفني لمبنى أو موقع على السطح منخفض الطاقة وحدات توربينات الغاز.هذا خاصية مفيدةجي تي يويعتبر عاملاً مالياً هاماً في التنمية الحضرية لأنه يوفر التكاليف النادرة متر مربعوفي العديد من المواقف يعطي مجالًا تقنيًا أكبر للمهندسين لحل مشكلة تحديد موقع محطة طاقة مستقلة.

وحدات توربينات الغاز – وحدات توربينات الغازتتميز بالموثوقية العالية والبساطة. هناك بيانات مصنع مؤكدة حول التشغيل المستمر لبعض وحدات توربينات الغاز - GTU لمدة 5-7 سنوات.

تقوم بعض الشركات المصنعة لتوربينات الغاز الحديثة بإصلاح المكونات دون نقلها إلى الشركة المصنعة، بينما تقوم الشركات المصنعة الأخرى بتسليم توربين بديل أو غرفة احتراق مسبقًا، مما يقلل بشكل كبير من الوقت اللازم للإصلاحات الرئيسية إلى 4-6 أيام عمل. هذه التدابير تقلل من تكاليف صيانة المصنع.

ميزة وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازمورد طويل (يصل إلى 200000 ساعة كاملة، قبل الإصلاح الشامل من 30000 إلى 60000 ساعة). لا يستخدم زيت المحرك في دورة تشغيل وحدات توربينات الغاز. تتوفر كمية صغيرة من زيت ناقل الحركة، ومن النادر تكرار استبداله.

إن غياب التبريد المائي يميز محطات توربينات الغاز عن محطات توليد الطاقة المكبسية. تعمل العديد من العلامات التجارية لوحدات توربينات الغاز بشكل موثوق على أنواع مختلفة من وقود الغاز، بما في ذلك غاز البترول المصاحب (APG). ولكن، كما هو الحال بالنسبة للأنواع الأخرى من محطات الطاقة، فإن الغاز المصاحب الذي يحتوي على كبريتيد الهيدروجين يتطلب ذلك تدريب خاص. بدون تركيب حديث - محطة معالجة الغاز، يتم تقليل دورة حياة محطة توليد الكهرباء من أي نوع بنسبة 4-5 مرات. غالبًا ما تكون عواقب تشغيل GPPP أو GTU بدون محطات معالجة APG قاتلة.

وحدات توربينات الغازمستعدة للاستخدام في مختلف الظروف المناخية. بناء وحدات توربينات الغازفي المناطق النائية يسمح بتحقيق وفورات مالية عن طريق القضاء على تكلفة بناء خطوط الكهرباء (PTL). في الأماكن ذات البنية التحتية الأكثر تطوراً وحدات توربينات الغاززيادة موثوقية الإمدادات الكهربائية والحرارية.

أحد خيارات التطبيق وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازهو مفهوم الأنظمة المعيارية (العناقيد). وحدات وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازتتكون من وحدات طاقة موحدة وأنظمة تحكم مشتركة مما يجعل من الممكن زيادة الطاقة الكهربائية في فترة زمنية قصيرة وبأقل التكاليف المالية والوقتية.

كتلة الاختلافات وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازتوفير مستوى عال من جاهزية المصنع. أحجام الوحدة وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغاز,عادة ما تكون قياسية. هناك وحدات توربينات غازية متنقلة يمكن نقلها بسرعة من منشأة إمداد الطاقة إلى أخرى، ولكن هذه المنشآت، كقاعدة عامة، لا تملك القدرة على إنتاج الطاقة الحرارية.

تتيح أنظمة التحكم الآلي لمحطات توليد الطاقة بتوربينات الغاز التخلص من الوجود المباشر لموظفي التشغيل. مراقبة العمل وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازويمكن تنفيذها عن بعد من خلال قنوات الاتصال المختلفة. وفي حالات الطوارئ يتم توفير أنظمة الحماية الأوتوماتيكية الشاملة وإطفاء الحرائق.

الوحدات التوربينية الغازية – الوحدات التوربينية الغازية – مبدأ التشغيل

في وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازيقوم الضاغط متعدد المراحل بضغط الهواء الجوي ويزوده بضغط مرتفع إلى غرفة الاحتراق. إلى غرفة الاحتراق وحدات توربينات الغاز - وحدات توربينات الغازكما يتم توفير كمية معينة من الوقود. وفي حالة الاصطدام بسرعة عالية، يشتعل الوقود والهواء. يحترق خليط الهواء والوقود، ويطلق كمية كبيرة من الطاقة. ثم يتم تحويل طاقة نواتج الاحتراق الغازي إلى عمل ميكانيكي نتيجة دوران شفرات التوربين بواسطة نفاثات الغاز الساخن.