गैस टरबाइन डिजाइन की विशेषताएं। औद्योगिक गैस टर्बाइनों का संचालन सिद्धांत - बिजली उत्पन्न करना

दबा हुआ वायुमंडलीय वायुकंप्रेसर से दहन कक्ष में प्रवेश होता है, जहां यह ईंधन के साथ मिश्रित होता है और मिश्रण प्रज्वलित होता है। दहन के परिणामस्वरूप, गैस प्रवाह का तापमान, गति और मात्रा बढ़ जाती है। इसके बाद, गर्म गैस की ऊर्जा कार्य में परिवर्तित हो जाती है। टरबाइन के नोजल भाग में प्रवेश करने पर गर्म गैसें फैलती हैं और उनकी तापीय ऊर्जा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। फिर, टरबाइन के रोटर भाग में, गैसों की गतिज ऊर्जा टरबाइन रोटर को घूमने का कारण बनती है। टरबाइन की शक्ति का एक हिस्सा कंप्रेसर को संचालित करने के लिए उपयोग किया जाता है, और शेष उपयोगी बिजली उत्पादन होता है। गैस टरबाइन इंजन उसी शाफ्ट पर स्थित एक उच्च गति जनरेटर को चलाता है। इस इकाई द्वारा उपभोग किया गया कार्य गैस टरबाइन इंजन का उपयोगी कार्य है। टरबाइन ऊर्जा का उपयोग हवाई जहाजों, ट्रेनों, जहाजों और टैंकों में किया जाता है।

कहानी

60: अलेक्जेंड्रिया के हेरोन की पहली भाप टरबाइन ( इस aeolipile) - सदियों तक इसे एक खिलौने की तरह माना जाता रहा और इसकी पूरी क्षमता का पता नहीं लगाया गया।
1500: लियोनार्डो दा विंची के चित्रों में एक "धुआँ छाता" दिखाई देता है। आग से गर्म हवा ब्लेडों की एक श्रृंखला के माध्यम से ऊपर उठती है जो एक दूसरे से जुड़े होते हैं और तलने के लिए थूक को घुमाते हैं।
1551: ताघी-अल-दीन ने एक भाप टरबाइन का आविष्कार किया, जिसका उपयोग स्व-घूमने वाले थूक को बिजली देने के लिए किया गया था।
1629: भाप के एक मजबूत जेट ने एक टरबाइन को घुमाया, जिसने फिर एक चालित तंत्र को चालू कर दिया, जिससे जियोवानी ब्रांका की मिल संचालित होने लगी।
1678: फर्डिनेंड वर्बीस्ट ने भाप इंजन पर आधारित गाड़ी का एक मॉडल बनाया।
1791: अंग्रेज जॉन बार्बर को पहली वास्तविक गैस टरबाइन का पेटेंट प्राप्त हुआ। उनके आविष्कार में आधुनिक गैस टर्बाइनों में पाए जाने वाले अधिकांश तत्व शामिल थे। टरबाइन को बिना घोड़े वाली गाड़ी को बिजली देने के लिए डिज़ाइन किया गया था।
1872: फ्रांज स्टोल्ज़ ने पहला वास्तविक गैस टरबाइन इंजन विकसित किया।
1894: सर चार्ल्स पार्सन्स ने भाप टरबाइन द्वारा संचालित जहाज के विचार का पेटेंट कराया और एक प्रदर्शन जहाज (टर्बिनिया) बनाया। कर्षण का यह सिद्धांत आज भी प्रयोग किया जाता है।
1895: कैंब्रिज पावर स्टेशन में तीन चार टन, 100 किलोवाट पार्सन्स रेडियल फ्लक्स जनरेटर स्थापित किए गए और शहर की सड़कों पर विद्युत प्रकाश व्यवस्था प्रदान करने के लिए उपयोग किया गया।
1903: एक नॉर्वेजियन, एगिडियस एलिंग, पहली गैस टरबाइन बनाने में सक्षम था जो इसे संचालित करने के लिए आवश्यकता से अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकता था, जिसे उस समय एक महत्वपूर्ण उपलब्धि के रूप में देखा गया था जब थर्मोडायनामिक्स का ज्ञान सीमित था। घूमने वाले कंप्रेसर और टर्बाइनों का उपयोग करके, इसने 11 एचपी (अपने समय के लिए महत्वपूर्ण) का उत्पादन किया।

उनके काम का बाद में सर फ्रैंक व्हिटल द्वारा उपयोग किया गया।

1913: निकोला टेस्ला ने सीमा परत प्रभाव के आधार पर टेस्ला टरबाइन का पेटेंट कराया।
1918: जनरल इलेक्ट्रिक, जो आज अग्रणी टरबाइन निर्माताओं में से एक है, ने अपना गैस टरबाइन डिवीजन लॉन्च किया।
1920: चैनलों के माध्यम से गैस प्रवाह के व्यावहारिक सिद्धांत को डॉ. एलन अर्नोल्ड ग्रिफ़िट्ज़ द्वारा एयरफ़ॉइल के साथ गैस प्रवाह के अधिक औपचारिक (और टर्बाइनों पर लागू) सिद्धांत के रूप में विकसित किया गया था।
1930: सर फ्रैंक व्हिटल ने जेट प्रणोदन के लिए गैस टरबाइन का पेटेंट कराया। इस इंजन का पहली बार सफल प्रयोग अप्रैल 1937 में किया गया था।
1934: राउल पैटरस पेस्कारा ने गैस टरबाइन के लिए जनरेटर के रूप में एक पिस्टन इंजन का पेटेंट कराया।
1936: जर्मनी में हंस वॉन ओहेन और मैक्स हैन ने अपना स्वयं का पेटेंट इंजन विकसित किया, उसी समय सर फ्रैंक व्हिटल इसे इंग्लैंड में विकसित कर रहे थे।

संचालन का सिद्धांत

गैस टर्बाइनों का वर्णन ब्रेटन थर्मोडायनामिक चक्र द्वारा किया जाता है, जिसमें हवा को पहले रुद्धोष्म रूप से संपीड़ित किया जाता है, फिर निरंतर दबाव पर जलाया जाता है, इसके बाद रुद्धोष्म विस्तार को शुरुआती दबाव में वापस लाया जाता है।

व्यवहार में, घर्षण और अशांति का कारण बनता है:

गैर रुद्धोष्म संपीड़न: किसी दिए गए के लिए सामान्य गुणांकदबाव, कंप्रेसर डिस्चार्ज तापमान आदर्श से अधिक है।
गैर-एडियाबेटिक विस्तार: यद्यपि टरबाइन का तापमान संचालन के लिए आवश्यक स्तर तक गिर जाता है, कंप्रेसर प्रभावित नहीं होता है, दबाव अनुपात अधिक होता है, जिसके परिणामस्वरूप उपयोगी संचालन प्रदान करने के लिए अपर्याप्त विस्तार होता है।
वायु सेवन, दहन कक्ष और आउटलेट में दबाव का नुकसान: परिणामस्वरूप, विस्तार उपयोगी संचालन प्रदान करने के लिए पर्याप्त नहीं है।

ब्राइटन चक्र

गैस टरबाइन के प्रकार

विमानन और जेट इंजन

गैस टरबाइन जेट इंजन आरेख

गैस टर्बाइनों का उपयोग अक्सर कई तरल ईंधन रॉकेटों में और टर्बोपंपों को बिजली देने के लिए भी किया जाता है, जिससे उन्हें महत्वपूर्ण शुष्क द्रव्यमान का भंडारण करने वाले हल्के, कम दबाव वाले टैंकों में उपयोग करने की अनुमति मिलती है।

औद्योगिक मशीनों की तुलना में तेजी से शुरू करने, रुकने और भार बदलने की क्षमता के कारण विमान के इंजनों का उपयोग अक्सर विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए भी किया जाता है। इनका उपयोग समुद्री उद्योग में वजन कम करने के लिए भी किया जाता है। GE LM2500 और LM6000 इस प्रकार की मशीन के दो प्रतिनिधि मॉडल हैं।

शौक़ीन गैस टर्बाइन

एक लोकप्रिय शौक है - ऑटोमोबाइल टर्बोचार्जर से गैस टरबाइन का निर्माण। दहन कक्ष को अलग-अलग हिस्सों से इकट्ठा किया जाता है और कंप्रेसर और टरबाइन के बीच लंबवत स्थापित किया जाता है। कई प्रौद्योगिकी-आधारित शौक की तरह, समय-समय पर वे उत्पादन में विकसित होते हैं। कई छोटी कंपनियाँ शौकीनों के लिए छोटी टर्बाइन और स्पेयर पार्ट्स बनाती हैं।

सहायक विद्युत इकाई

एक सहायक विद्युत इकाई एक छोटी गैस टरबाइन है जो शक्ति का एक अतिरिक्त स्रोत है, उदाहरण के लिए, विमान प्रणोदन इंजन शुरू करने के लिए। एपीयू संपीड़ित हवा (केबिन वेंटिलेशन सहित), बिजली के साथ ऑन-बोर्ड सिस्टम प्रदान करता है और विमान के हाइड्रोलिक सिस्टम में दबाव बनाता है।

बिजली पैदा करने के लिए औद्योगिक गैस टर्बाइन

जीई एच सीरीज गैस टरबाइन: इस 480 मेगावाट टरबाइन संयंत्र की संयुक्त चक्र विन्यास में 60% की थर्मल दक्षता है।

औद्योगिक गैस टर्बाइन और विमानन टर्बाइन के बीच अंतर यह है कि उनका वजन और आकार की विशेषताएं बहुत कम होती हैं, उनके पास अधिक विशाल डिजाइन का फ्रेम, बीयरिंग और ब्लेड सिस्टम होता है। औद्योगिक टर्बाइनों का आकार ट्रक पर लगी मोबाइल इकाइयों से लेकर विशाल जटिल प्रणालियों तक होता है। संयुक्त-चक्र टर्बाइनों में उच्च दक्षता हो सकती है - 60% तक - जबकि गैस टरबाइन निकास से निकलने वाली गर्मी का उपयोग भाप टरबाइन को संचालित करने के लिए एक पुनरावर्ती भाप जनरेटर में किया जाता है। वे कोजेनरेटर कॉन्फ़िगरेशन में भी काम कर सकते हैं: निकास का उपयोग हीटिंग या पानी हीटिंग, या अवशोषण रेफ्रिजरेटर में किया जाता है। सह-उत्पादन मोड में ईंधन दक्षता 90% से अधिक हो सकती है। बड़े औद्योगिक गैस टर्बाइनों में टर्बाइन 3000 या 3600 क्रांति प्रति मिनट (आरपीएम) की ग्रिड-तुल्यकालिक गति पर काम करते हैं। बिजली उद्योग में सरल चक्र गैस टर्बाइनों को कोयले या परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में कम पूंजी लागत की आवश्यकता होती है और इसे उच्च और निम्न दोनों बिजली अनुप्रयोगों में उत्पादित किया जा सकता है। संपूर्ण प्रक्रिया अधिष्ठापन कामबुनियादी भाप बिजली संयंत्रों के निर्माण में लगने वाले वर्षों की तुलना में इसे कुछ हफ्तों (कई महीनों) में पूरा किया जा सकता है। उनका अन्य मुख्य लाभ मिनटों के भीतर चालू/बंद करने की क्षमता है, जो चरम भार के दौरान अतिरिक्त बिजली प्रदान करता है। क्योंकि वे संयुक्त चक्र बिजली संयंत्रों की तुलना में कम कुशल हैं, उन्हें आम तौर पर चरम बिजली संयंत्रों के रूप में उपयोग किया जाता है और क्षेत्र की बिजली की मांग और उत्पादन क्षमता के आधार पर, दिन में कुछ घंटों से लेकर साल में कुछ दर्जन घंटे तक काम किया जाता है। अपर्याप्त बेस लोड वाले क्षेत्रों में और बिजली संयंत्रों में जहां लोड के आधार पर विद्युत आपूर्ति की जाती है, गैस टरबाइन संयंत्र दिन के अधिकांश समय और यहां तक कि शाम को भी नियमित रूप से काम कर सकता है। एक सामान्य बड़ी सरल चक्र टरबाइन 100 से 300 मेगावाट (मेगावाट) बिजली का उत्पादन कर सकती है और ऊष्मीय दक्षता 35-40%. सर्वोत्तम टर्बाइनों की दक्षता 64% तक पहुँच जाती है।

संपीड़ित वायु भंडारण

दक्षता बढ़ाने के लिए आधुनिक विकासों में से एक कंप्रेसर और टरबाइन को भंडारण से अलग करना है संपीड़ित हवा. एक पारंपरिक टरबाइन में, उत्पन्न बिजली का आधा हिस्सा कंप्रेसर को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है। संपीड़ित वायु भंडारण विन्यास में, बिजली, जैसे कि पवन फार्म से या कम कीमत पर खुले बाजार से खरीदी गई, का उपयोग कंप्रेसर को चलाने के लिए किया जाता है, और आवश्यकतानुसार टरबाइन को संचालित करने के लिए संपीड़ित हवा को छोड़ा जाता है।

टर्बोशाफ्ट इंजन

माइक्रोटर्बाइन में एक कंप्रेसर, एक सिंगल-स्टेज रेडियल टरबाइन, एक इन्वर्टर और एक रिक्यूपरेटर होता है। ग्रिप गैसों से निकलने वाली गर्मी का उपयोग पानी, हवा, निरार्द्रीकरण प्रक्रियाओं या अवशोषण प्रशीतन मशीनों - एबीएचएम में किया जा सकता है, जो विद्युत ऊर्जा के बजाय मुक्त तापीय ऊर्जा का उपयोग करके एयर कंडीशनिंग के लिए ठंड पैदा करते हैं।

विशिष्ट बड़े पैमाने पर उत्पादित माइक्रोटर्बाइन की दक्षता 35% तक पहुँच जाती है। बिजली और थर्मल ऊर्जा के संयुक्त उत्पादन के मोड में - सह-उत्पादन, एक उच्च ईंधन उपयोग कारक - एफसीआई, 85% से ऊपर प्राप्त किया जा सकता है।

माइक्रोटर्बाइन के लाभ:

1 से 100% की सीमा में विद्युत भार की धारणा के लिए लोच और अनुकूलनशीलता, बेहद कम शक्ति पर माइक्रोटर्बाइन के दीर्घकालिक संचालन की संभावना - 1%, कम उत्सर्जन, नहीं चिमनी, माइक्रोटर्बाइन में मोटर तेल और स्नेहक की अनुपस्थिति, शीतलक की अनुपस्थिति, ईंधन लाइनों, विद्युत संचार और हीटिंग नेटवर्क के लिए त्वरित और तकनीकी कनेक्शन, सेवादेखभालमाइक्रोटर्बाइन - 1 दिन, प्रति वर्ष 1 बार, कम शोर स्तर, माइक्रोटर्बाइन का बेहद कम कंपन स्तर, रिमोट कंट्रोल सिस्टम, माइक्रोटर्बाइन के कॉम्पैक्ट आयाम, इमारतों की छतों पर माइक्रोटर्बाइन पावर प्लांट लगाने की संभावना, बिजली की उच्च गुणवत्ता इन्वर्टर की उपस्थिति, बिजली और गर्मी के संयुक्त उत्पादन (सह-उत्पादन) के कारण उत्पादन होता है।

बाहरी दहन में, चूर्णित कोयला या बारीक पिसा हुआ बायोमास (उदाहरण के लिए, चूरा) का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है। बाहरी गैस दहन का उपयोग प्रत्यक्ष और अप्रत्यक्ष दोनों तरह से किया जाता है। प्रत्यक्ष प्रणाली में, दहन उत्पाद टरबाइन से होकर गुजरते हैं। एक अप्रत्यक्ष प्रणाली में, एक हीट एक्सचेंजर का उपयोग किया जाता है और ताजी हवाटरबाइन से होकर गुजरता है। अप्रत्यक्ष बाह्य दहन प्रणाली में थर्मल दक्षता कम होती है, लेकिन ब्लेड दहन उत्पादों के संपर्क में नहीं आते हैं।

वाहनों में उपयोग करें

1950 रोवर JET1

1968 का हाउमेट TX इतिहास में कार रेस जीतने वाला एकमात्र टरबाइन है।

गैस टरबाइन का उपयोग जहाजों, लोकोमोटिव, हेलीकॉप्टर और टैंकों में किया जाता है। गैस टरबाइन से सुसज्जित कारों पर कई प्रयोग किए गए हैं।

1950 में, डिजाइनर एफ.आर. ब्रिटिश रोवर कंपनी में बेल और मुख्य अभियंता मौरिस विल्क्स ने गैस टरबाइन इंजन द्वारा संचालित पहली कार की घोषणा की। टू-सीटर JET1 में सीटों के पीछे एक इंजन, कार के दोनों तरफ एयर इनटेक ग्रिल और टेल के शीर्ष पर एग्जॉस्ट पोर्ट थे। परीक्षण के दौरान, कार 50,000 आरपीएम की टरबाइन गति के साथ 140 किमी/घंटा की अधिकतम गति तक पहुंच गई। कार गैसोलीन, पैराफिन या डीजल तेलों पर चलती थी, लेकिन ईंधन की खपत की समस्या कार उत्पादन के लिए दुर्गम साबित हुई। यह वर्तमान में लंदन के विज्ञान संग्रहालय में प्रदर्शित है।

रोवर और ब्रिटिश रेसिंग मोटर्स (बीआरएम) (फॉर्मूला 1) टीमों ने रोवर-बीआरएम बनाने के लिए सेना में शामिल हो गए, एक गैस टरबाइन-संचालित कार जिसने ग्राहम हिल और गिटनर रिची द्वारा संचालित 1963 के 24 घंटे ले मैन्स में प्रतिस्पर्धा की थी। इसकी औसत गति 107.8 मील प्रति घंटे (173 किमी/घंटा) और अधिकतम गति 142 मील प्रति घंटे (229 किमी/घंटा) थी। अमेरिकी कंपनियों रे हेप्पनस्टॉल, हॉवमेट कॉर्पोरेशन और मैकी इंजीनियरिंग ने मिलकर 1968 में अपनी खुद की गैस टरबाइन स्पोर्ट्स कार विकसित की, हॉवमेट TX ने दो जीत सहित कई अमेरिकी और यूरोपीय दौड़ में भाग लिया, और इसमें भी भाग लिया।

भाप टर्बाइनों की तुलना में गैस टर्बाइनों की मुख्य डिज़ाइन विशेषताएं निम्नलिखित मुख्य कारकों द्वारा निर्धारित की जाती हैं:

1. गैस टरबाइन में, उच्च तापमान वाले कामकाजी वातावरण के विस्तार की प्रक्रिया को अंजाम दिया जाता है, जिसके लिए विशेष गर्मी प्रतिरोधी सामग्री (स्टील, मिश्र धातु, सिरेमिक और गर्मी-सुरक्षात्मक कोटिंग्स) के उपयोग की आवश्यकता होती है, साथ ही संगठन भी इसके तत्वों (ब्लेड उपकरण, डिस्क के साथ रोटर, आवास भागों, बीयरिंग, आदि) को ठंडा करना।

2. गैस टरबाइन में यह आवश्यक है कम संख्याभाप की तुलना में चरण। जिसमें जीटीकाम करने वाले माध्यम के कम प्रारंभिक दबाव पर काम करता है, जिसकी विशिष्ट मात्रा विस्तार के दौरान 5-25 गुना बढ़ जाती है (भाप टरबाइन में, जल वाष्प की विशिष्ट मात्रा सैकड़ों गुना बढ़ जाती है)। इसलिए, पहले और आखिरी चरण के ब्लेड की लंबाई के बीच का अंतर भाप टरबाइन की तुलना में बहुत कम है। टरबाइन चरणों का औसत व्यास जीटीएचपीसी चरणों से अधिक पीटी(डिस्क व्यास जीटी 2 मीटर तक), और उनकी आंतरिक शक्ति भाप टरबाइन चरणों की शक्ति की तुलना में काफी अधिक है।

3. गैस टरबाइन के अंतिम चरण के पीछे प्रवाह वेग का अक्षीय घटक 100-230 मीटर/सेकेंड है। इसलिए, ऊर्जा हानि को कम करने के लिए, आउटलेट पाइप जीटीअत्यधिक कुशल डिफ्यूज़र चैनल के आधार पर अक्षीय प्रदर्शन किया गया।

4. कार्यकुशलता की बड़ी भूमिका के कारण जीटीगैस टर्बाइनों में गैस टर्बाइनों की दक्षता में नियंत्रण वाल्व, आंशिक चरण और अन्य तत्व शामिल नहीं होते हैं जो प्रतिष्ठानों की दक्षता को कम करते हैं।

गैस टरबाइन रोटरउनके प्रकारों के आधार पर, उन्हें डिस्क, ड्रम और डिस्क-ड्रम (चित्र 29.10 - 29.12) के रूप में बनाया जाता है, और निर्माण विधि के अनुसार - ठोस जाली और वेल्डेड:

ए) डिस्क रोटर डिज़ाइन अधिक आम हैं जिनमें केंद्रीय छेद नहीं होता है, जो ताकत विशेषताओं को कम कर देता है।

बी) ठोस जाली रोटर डिज़ाइन उनके निर्माण में तकनीकी सीमाओं के कारण व्यास में सीमित हैं। इसलिए इनका प्रयोग किया जाता है जीटीकम बिजली।

ग) वेल्डेड रोटार में ये नुकसान नहीं हैं, लेकिन उनका निर्माण अधिक महंगा है।

चावल। 29.10 गैस टरबाइन रोटर्स के डिजाइन

ए) ड्रम डिजाइन का ठोस जाली रोटर; बी) ठोस जाली ब्रैकट प्रकार रोटर;

सी, डी) वेल्डेड रोटार; डी,कपलिंग बोल्ट द्वारा जुड़े डिस्क के साथ पूर्वनिर्मित रोटर

पूर्वनिर्मित रोटर डिज़ाइन में, डिस्क को एक केंद्रीय रॉड द्वारा हाइड्रॉलिक रूप से एक साथ खींचा जाता है, जिससे रोटर एक एकल कठोर संरचना में बदल जाता है। असेंबली से पहले, ब्लेड उपकरण (कंप्रेसर के भी) के साथ गैस टरबाइन की अलग-अलग डिस्क को सावधानीपूर्वक संतुलित किया जाता है। प्रत्येक डिस्क में दो कुंडलाकार कॉलर (बेल्ट) होते हैं, जिन पर हर्ट्स बने होते हैं - त्रिकोणीय प्रोफ़ाइल के रेडियल दांत। यदि हिर्थ कनेक्शन अच्छी गुणवत्ता का है, तो आसन्न डिस्क का पूर्ण संरेखण सुनिश्चित किया जाता है। इस डिज़ाइन का उपयोग, उदाहरण के लिए, गैस टरबाइन इकाई V94.2 में किया जाता है। सीमेंस"और GTE-180. जी श्रृंखला के गैस टर्बाइनों में " वेस्टिंगहाउस» डिस्क को 12 थ्रू बोल्ट से कस दिया जाता है। पावर गैस टरबाइन GT13E में " एबीबी» एक वेल्डेड रोटर का उपयोग किया जाता है। चित्र में. चित्र 29.12 जीटी 13ई गैस टरबाइन इकाई के कंप्रेसर रोटार और गैस टरबाइन की उपस्थिति को दर्शाता है।

चावल। 29.12 जीटी 13ई रोटर डिजाइन

गैस टरबाइन आवासभाप टरबाइन आवरणों के विपरीत, यह उच्च तापमान की स्थितियों में संचालित होता है, लेकिन आवरण की दीवारों पर कम दबाव की बूंद काम करती है। पतवार तत्व जीटीपर्लिटिक स्टील्स से बना है। अधिकांश डिज़ाइनों में, आवास में एक क्षैतिज कनेक्टर होता है। बाड़ों के लिए बुनियादी आवश्यकता जीटी- उनके डिजाइन की कठोरता, तापमान तनाव और संबंधित विकृतियों के गठन को खत्म करने के लिए समान दीवार की मोटाई सुनिश्चित करना, काम करने वाले ब्लेड और शरीर के बीच समान अंतराल को व्यवस्थित करने के लिए क्रॉस सेक्शन में समरूपता। रिसाव को कम करने के लिए, इन अंतरालों को रेडियल दिशा में न्यूनतम रखा जाता है। भूलभुलैया में चरणों के ओवर-बैंड और डायाफ्राम सील जीटी(साथ ही कंप्रेसर) हनीकॉम्ब इंसर्ट का उपयोग किया जाता है जो छूने पर घिस जाता है, जो आपातकालीन स्थितियों के विकास को रोकता है। आवास की दीवारों के तापमान को कम करने के लिए, इसे कभी-कभी अंदर से ऑस्टेनिटिक स्टील की पतली दीवार वाली शीट से बनी गर्मी प्रतिरोधी स्क्रीन से ढक दिया जाता है। उनके बीच थर्मल इन्सुलेशन सामग्री रखी गई है। कुछ मामलों में, प्रारंभिक भाग में जीटीएक डबल-पतवार डिज़ाइन का उपयोग किया जाता है, जब संबंधित दीवारों के बीच ठंडी हवा की आवाजाही को व्यवस्थित किया जाता है।

मुख्य गैस टरबाइन इकाइयों में से एक, जिसके आधार पर पीजीयू-325 और अन्य बनाने की योजना है, 110 मेगावाट की क्षमता वाला जीटीई-110 है (चित्र 29.13)। उसके पास अपेक्षाकृत है उच्च स्तर 1210 डिग्री सेल्सियस के प्रारंभिक गैस तापमान पर दक्षता (दक्षता 36%), लेकिन कम ग्रिप गैस तापमान (517 डिग्री सेल्सियस) के साथ, जिससे संयुक्त चक्र संयंत्रों की उच्च स्तर की दक्षता प्राप्त करना मुश्किल हो जाता है। डिज़ाइन शर्तों के तहत गैस टरबाइन इकाई की नाममात्र शक्ति 114.5 मेगावाट (दक्षता 36.5%) है, और चरम शक्ति 120 मेगावाट (दक्षता 36%) है। बाहरी तापमान पर अधिकतम शक्ति टीа =–15 о С एनई =129.4 मेगावाट। गैस टरबाइन इकाई की रेटेड शक्ति पर कंप्रेसर में दबाव वृद्धि की डिग्री p k = 14.75 है। टरबाइन से आउटपुट गैस प्रवाह दर 365 किग्रा/सेकेंड है।

ड्रम-डिस्क डिज़ाइन के रोटर में पिन और बोल्ट कनेक्शन द्वारा एक दूसरे से जुड़े पांच भाग होते हैं। अनुभागों में कंप्रेसर और टरबाइन डिस्क इलेक्ट्रॉन बीम वेल्डिंग द्वारा जुड़े हुए हैं। 400 मिमी व्यास वाले रेडियल बीयरिंग स्व-संरेखित ब्लॉकों से बने होते हैं। खंडों के बीच स्नेहन और शीतलन के लिए तेल की आपूर्ति के लिए नोजल हैं। अक्षीय बीयरिंग अक्षीय भार की दोतरफा धारणा प्रदान करता है। इसे इसके ठंडे हिस्से में कंप्रेसर की तरफ स्थापित किया जाता है। रिज के सापेक्ष अक्षीय बीयरिंग में 28 पैड स्थापित हैं, प्रत्येक तरफ 14।

चावल। 29.13. गैस टरबाइन इकाई GTE-110

1 - वीएनयू; 2 - कंप्रेसर; 3 - दहन कक्ष; 4 - गैस टरबाइन; 5 - फ्रेम

गैस टरबाइन शीतलन प्रणाली संवहनशील है। टरबाइन पहले दो चरणों के कार्यशील ब्लेडों और तीनों के नोजल ब्लेडों को ठंडा करता है। ठंडा करने के लिए कुल हवा की खपत 13% है। कंप्रेसर में 15 चरण हैं, इसका वेल्डेड आवरण EP609Sh स्टील से बना है। पहले और दूसरे चरण के कामकाजी ब्लेडों के ऊपर, एंटी-सर्ज उपकरणों को कुंडलाकार कक्षों के रूप में डिज़ाइन किया गया है जिसमें हवा स्लिट के माध्यम से प्रवेश करती है। पहले चार चरणों के कार्यशील ब्लेड टाइटेनियम मिश्र धातु VTZ-1 से बने होते हैं, 5वें से 12वें चरण तक - EI 479Sh स्टील से, और 13वें से 15वें तक - EI 696Sh स्टील से बने होते हैं। कंप्रेसर डिस्क EP609 स्टील से बने होते हैं। 7वें चरण के पीछे वायु प्रवाह का उद्देश्य कंप्रेसर डिस्क को ठंडा करना है, और 10वें चरण के पीछे - गैस टरबाइन रोटर को ठंडा करना है।

20 लौ ट्यूबों वाला एक ट्यूबलर-रिंग दहन कक्ष कंप्रेसर के ऊपर स्थित होता है, जो शाफ्ट लाइन की लंबाई को कम करता है और इसे अधिक कठोर बनाता है। गैस टरबाइन के टरबाइन चरणों के नोजल उपकरण उनके बाहरी आवरण में स्थापित किए जाते हैं। टरबाइन आवास में केवल ऊर्ध्वाधर कनेक्टर हैं। पहले चरण के नोजल उपकरण में माध्यमिक वायु द्वारा संवहन फिल्म शीतलन के साथ 40 अलग-अलग कास्ट ब्लेड होते हैं। दूसरे चरण के नोजल उपकरण में ब्लेड के 24 पैकेज होते हैं, जो दो ब्लेड के ब्लॉक में डाले जाते हैं, तीसरे में - तीन ब्लेड के 18 पैकेज में से, और चौथे में - तीन ब्लेड (खोखले, बिना ठंडे) के 16 पैकेज में से। सभी पैकेजों में कास्ट डायाफ्राम सतहें हैं।

गैस टरबाइन इकाई एक आगे और दो पीछे के समर्थन से सुरक्षित है। सामने का समर्थन स्थिर है और इसमें पसलियों के साथ एक कठोर शीट होती है जो सामने कंप्रेसर आवास के निकला हुआ किनारा से जुड़ी होती है। पीछे के सपोर्ट टरबाइन सपोर्ट रिम के एक्सल से जुड़े होते हैं और परस्पर लंबवत दिशाओं में दो स्तरों में स्थापित लचीली शीटों से बने होते हैं। गैस टरबाइन आवरण 80 मिमी की पैनल मोटाई के साथ पैनल-फ्रेम संरचना के आधार पर बनाया गया है। गैस टरबाइन इकाई को थाइरिस्टर आवृत्ति कनवर्टर के माध्यम से विद्युत जनरेटर से शुरू किया जाता है।

"टर्बोचार्जिंग", "टर्बोजेट", "टर्बोप्रॉप" - ये शब्द डिजाइन और रखरखाव में शामिल 20वीं सदी के इंजीनियरों की शब्दावली में मजबूती से प्रवेश कर गए हैं। वाहनऔर स्थिर विद्युत प्रतिष्ठान। इनका उपयोग संबंधित क्षेत्रों और विज्ञापन में भी किया जाता है, जब वे उत्पाद के नाम को विशेष शक्ति और दक्षता का संकेत देना चाहते हैं। गैस टरबाइन का उपयोग अक्सर विमानन, रॉकेट, जहाज और बिजली संयंत्रों में किया जाता है। यह कैसे संरचित है? क्या यह प्राकृतिक गैस पर चलता है (जैसा कि आप नाम से सोच सकते हैं), और वे किस प्रकार की गैस हैं? टरबाइन अन्य प्रकार के आंतरिक दहन इंजन से किस प्रकार भिन्न है? इसके फायदे और नुकसान क्या हैं? इस आलेख में इन प्रश्नों का यथासंभव पूर्ण उत्तर देने का प्रयास किया गया है।

रूसी इंजीनियरिंग नेता यूईसी

यूएसएसआर के पतन के बाद बने कई अन्य स्वतंत्र राज्यों के विपरीत, रूस बड़े पैमाने पर मशीन-निर्माण उद्योग को संरक्षित करने में कामयाब रहा। विशेष रूप से, सैटर्न कंपनी विशेष प्रयोजन बिजली संयंत्रों के उत्पादन में लगी हुई है। कंपनी के गैस टर्बाइनों का उपयोग जहाज निर्माण, कच्चे माल उद्योग और ऊर्जा क्षेत्र में किया जाता है। उत्पाद उच्च तकनीक वाले हैं; उन्हें स्थापना, डिबगिंग और संचालन के दौरान एक विशेष दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है, साथ ही नियमित रखरखाव के लिए विशेष ज्ञान और महंगे उपकरण की भी आवश्यकता होती है। ये सभी सेवाएँ कंपनी "यूईसी - गैस टर्बाइन" के ग्राहकों के लिए उपलब्ध हैं, जैसा कि इसे आज कहा जाता है। दुनिया में ऐसे बहुत सारे उद्यम नहीं हैं, हालांकि मुख्य उत्पाद का सिद्धांत पहली नज़र में सरल है। संचित अनुभव बहुत महत्वपूर्ण है, जो हमें कई चीजों को ध्यान में रखने की अनुमति देता है तकनीकी सूक्ष्मताएँ, जिसके बिना इकाई का टिकाऊ और विश्वसनीय संचालन प्राप्त करना असंभव है। यहां यूईसी उत्पाद श्रृंखला का सिर्फ एक हिस्सा है: गैस टर्बाइन, बिजली संयंत्र, गैस पंपिंग इकाइयां। ग्राहकों में रोसाटॉम, गज़प्रोम और अन्य "व्हेल" हैं रसायन उद्योगऔर ऊर्जा.

ऐसी जटिल मशीनों के उत्पादन के लिए प्रत्येक मामले में एक व्यक्तिगत दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। गैस टरबाइन की गणना वर्तमान में पूरी तरह से स्वचालित है, लेकिन स्थापना आरेख की सामग्री और विशेषताएं प्रत्येक व्यक्तिगत मामले में मायने रखती हैं।

और यह सब बहुत सरलता से शुरू हुआ...

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प्राचीन काल में मानवता ने एक साधारण जल चक्र का उपयोग करके प्रवाह की स्थानान्तरणीय ऊर्जा को घूर्णी बल में परिवर्तित करने का पहला प्रयोग किया था। सब कुछ बेहद सरल है, तरल ऊपर से नीचे की ओर बहता है, और इसके प्रवाह में ब्लेड लगाए जाते हैं। परिधि के चारों ओर उनसे सुसज्जित पहिया घूमता है। पवनचक्की भी इसी तरह काम करती है। फिर भाप का युग आया और पहिए का घूमना तेज़ हो गया। वैसे, ईसा मसीह के जन्म से लगभग 130 साल पहले प्राचीन ग्रीक हेरोन द्वारा आविष्कार किया गया तथाकथित "एओलिपिल", ठीक इसी सिद्धांत पर चलने वाला एक भाप इंजन था। संक्षेप में, यह ऐतिहासिक विज्ञान के लिए ज्ञात पहली गैस टरबाइन थी (आखिरकार, भाप पानी के एकत्रीकरण की एक गैसीय अवस्था है)। आज भी इन दोनों अवधारणाओं को अलग करने की प्रथा है। उस समय अलेक्जेंड्रिया में उन्होंने हेरॉन के आविष्कार पर बहुत उत्साह के बिना, जिज्ञासा के साथ प्रतिक्रिया व्यक्त की। टर्बाइन-प्रकार के औद्योगिक उपकरण केवल दिखाई दिए देर से XIXसदी, स्वीडन गुस्ताफ लावल द्वारा नोजल से सुसज्जित दुनिया की पहली सक्रिय बिजली इकाई के निर्माण के बाद। इंजीनियर पार्सन्स ने लगभग उसी दिशा में काम किया, और अपनी मशीन को कई कार्यात्मक रूप से संबंधित चरणों से सुसज्जित किया।

गैस टर्बाइनों का जन्म

एक सदी पहले, एक निश्चित जॉन बार्बर एक शानदार विचार लेकर आए थे। आपको पहले भाप को गर्म करने की आवश्यकता क्यों है? क्या ईंधन के दहन के दौरान उत्पन्न निकास गैस का सीधे उपयोग करना आसान नहीं है, और इस तरह ऊर्जा रूपांतरण प्रक्रिया में अनावश्यक मध्यस्थता को समाप्त करना आसान नहीं है? इस तरह पहली वास्तविक गैस टरबाइन बनी। 1791 का पेटेंट घोड़े रहित गाड़ी में उपयोग के मूल विचार को रेखांकित करता है, लेकिन इसके तत्व आज आधुनिक रॉकेट, विमान टैंक और ऑटोमोबाइल इंजन में उपयोग किए जाते हैं। जेट इंजन निर्माण की प्रक्रिया 1930 में फ्रैंक व्हिटल द्वारा शुरू की गई थी। उनके मन में हवाई जहाज को चलाने के लिए टरबाइन का उपयोग करने का विचार आया। इसके बाद, इसे कई टर्बोप्रॉप और टर्बोजेट परियोजनाओं में विकसित किया गया।

निकोला टेस्ला गैस टरबाइन

प्रसिद्ध वैज्ञानिक-आविष्कारक ने हमेशा उन मुद्दों को गैर-मानक तरीके से देखा जिनका उन्होंने अध्ययन किया था। यह सभी को स्पष्ट लग रहा था कि पैडल या पैडल वाले पहिये सपाट वस्तुओं की तुलना में माध्यम की गति को बेहतर ढंग से "पकड़" लेते हैं। टेस्ला ने अपने विशिष्ट तरीके से यह साबित कर दिया कि यदि आप धुरी पर क्रमिक रूप से व्यवस्थित डिस्क से एक रोटर सिस्टम को इकट्ठा करते हैं, तो गैस प्रवाह के कारण सीमा परतों को ऊपर उठाने के कारण, यह किसी भी तरह से खराब नहीं होगा, और कुछ मामलों में इससे भी बेहतर होगा। मल्टी-ब्लेड प्रोपेलर। सच है, गतिमान माध्यम की दिशा स्पर्शरेखीय होनी चाहिए, जो आधुनिक इकाइयों में हमेशा संभव या वांछनीय नहीं है, लेकिन डिज़ाइन को काफी सरल बनाया गया है - इसमें ब्लेड की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं है। टेस्ला की योजना के अनुसार गैस टरबाइन अभी तक नहीं बनाया जा रहा है, लेकिन शायद यह विचार अभी अपने समय की प्रतीक्षा कर रहा है।

योजनाबद्ध आरेख

अब मशीन की मूल संरचना के बारे में। यह एक अक्ष (रोटर) और एक स्थिर भाग (स्टेटर) पर स्थापित घूर्णन प्रणाली का एक संयोजन है। काम करने वाले ब्लेड के साथ एक डिस्क को शाफ्ट पर रखा जाता है, जिससे एक संकेंद्रित जाली बनती है, वे विशेष नोजल के माध्यम से दबाव में आपूर्ति की गई गैस के संपर्क में आते हैं। विस्तारित गैस फिर प्ररित करनेवाला में प्रवेश करती है, जो श्रमिक नामक ब्लेड से भी सुसज्जित है। वायु-ईंधन मिश्रण के सेवन और आउटलेट (निकास) के लिए विशेष पाइप का उपयोग किया जाता है। समग्र योजना में एक कंप्रेसर भी शामिल है। इसे आवश्यक परिचालन दबाव के आधार पर विभिन्न सिद्धांतों के अनुसार बनाया जा सकता है। इसे संचालित करने के लिए, ऊर्जा का कुछ भाग अक्ष से लिया जाता है और हवा को संपीड़ित करने के लिए उपयोग किया जाता है। एक गैस टरबाइन वायु-ईंधन मिश्रण की दहन प्रक्रिया के माध्यम से संचालित होती है, जिसमें मात्रा में उल्लेखनीय वृद्धि होती है। शाफ्ट घूमता है, इसकी ऊर्जा का उपयोगी उपयोग किया जा सकता है। ऐसे सर्किट को सिंगल-सर्किट कहा जाता है, लेकिन अगर इसे दोहराया जाता है, तो इसे मल्टी-स्टेज माना जाता है।

विमान टर्बाइनों के लाभ

पचास के दशक के मध्य में, विमान की एक नई पीढ़ी सामने आई, जिसमें यात्री विमान भी शामिल थे (यूएसएसआर में ये आईएल-18, एन-24, एन-10, टीयू-104, टीयू-114, टीयू-124, आदि थे), ऐसे डिज़ाइनों में जिनमें विमान के पिस्टन इंजनों को अंततः और अपरिवर्तनीय रूप से टरबाइन इंजनों द्वारा प्रतिस्थापित कर दिया गया। यह इस प्रकार के बिजली संयंत्र की अधिक दक्षता को इंगित करता है। गैस टरबाइन की विशेषताएं कई मामलों में कार्बोरेटर इंजन से बेहतर होती हैं, विशेष रूप से शक्ति/वजन अनुपात में, जो विमानन के लिए सबसे महत्वपूर्ण है, साथ ही समान रूप से महत्वपूर्ण विश्वसनीयता संकेतकों में भी। कम ईंधन खपत, कम चलने वाले हिस्से, बेहतर पर्यावरणीय पैरामीटर, कम शोर और कंपन। टर्बाइन ईंधन की गुणवत्ता के लिए कम महत्वपूर्ण हैं (जो कि ईंधन प्रणालियों के बारे में नहीं कहा जा सकता है), उन्हें बनाए रखना आसान है, और उन्हें अधिक चिकनाई वाले तेल की आवश्यकता नहीं होती है। सामान्य तौर पर, पहली नज़र में ऐसा लगता है कि वे धातु से नहीं, बल्कि ठोस फायदे से बने हैं। अफसोस, यह सच नहीं है.

गैस टरबाइन इंजन के भी नुकसान हैं।

ऑपरेशन के दौरान गैस टरबाइन गर्म हो जाती है और गर्मी को आसपास के संरचनात्मक तत्वों में स्थानांतरित कर देती है। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, फिर से, विमानन में, जब एक संशोधित लेआउट योजना का उपयोग किया जाता है जिसमें जेट स्ट्रीम के साथ पूंछ इकाई के निचले हिस्से को धोना शामिल होता है। और इंजन हाउसिंग को विशेष थर्मल इन्सुलेशन और विशेष दुर्दम्य सामग्रियों के उपयोग की आवश्यकता होती है जो उच्च तापमान का सामना कर सकते हैं।

गैस टरबाइन को ठंडा करना जटिल है तकनीकी समस्या. यह कोई मज़ाक नहीं है, वे शरीर में होने वाले वस्तुतः स्थायी विस्फोट की एक विधा में काम करते हैं। कुछ मोड में दक्षता कार्बोरेटर इंजन की तुलना में कम है; हालाँकि, दोहरे-सर्किट सर्किट का उपयोग करते समय, यह खामी समाप्त हो जाती है, हालाँकि डिज़ाइन अधिक जटिल हो जाता है, जैसा कि सर्किट में "बूस्टिंग" कंप्रेसर शामिल होने पर होता है। टर्बाइनों को गति देने और ऑपरेटिंग मोड तक पहुंचने में कुछ समय लगता है। इकाई जितनी बार शुरू और बंद होती है, उतनी ही तेजी से खराब होती है।

सही आवेदन

खैर, कोई भी प्रणाली अपनी कमियों के बिना नहीं चल सकती। उनमें से प्रत्येक के लिए एक उपयोग ढूंढना महत्वपूर्ण है जिसमें इसके फायदे अधिक स्पष्ट रूप से प्रदर्शित होंगे। उदाहरण के लिए, अमेरिकन अब्राम्स जैसे टैंक, जिनका बिजली संयंत्र गैस टरबाइन पर आधारित है। इसे उच्च-ऑक्टेन गैसोलीन से लेकर व्हिस्की तक जलने वाली किसी भी चीज़ से भरा जा सकता है, और महान शक्ति पैदा करता है। उदाहरण बहुत सफल नहीं हो सकता है, क्योंकि इराक और अफगानिस्तान के अनुभव से कंप्रेसर ब्लेड की रेत के प्रति संवेदनशीलता दिखाई गई है। संयुक्त राज्य अमेरिका में विनिर्माण संयंत्र में गैस टर्बाइनों की मरम्मत की जानी है। टैंक को वहां ले जाना, फिर वापस ले जाना, और रखरखाव की लागत और घटक...

रूसी, अमेरिकी और अन्य देशों के हेलीकॉप्टरों के साथ-साथ शक्तिशाली स्पीडबोटों को रुकावटों का कम सामना करना पड़ता है। तरल रॉकेट उनके बिना नहीं चल सकते।

आधुनिक युद्धपोतों और नागरिक जहाजों में भी गैस टरबाइन इंजन होते हैं। और ऊर्जा भी.

ट्राइजेनरेटर बिजली संयंत्र

विमान निर्माताओं के सामने आने वाली समस्याएँ उन लोगों के लिए उतनी चिंताजनक नहीं हैं जो बिजली पैदा करने के लिए औद्योगिक उपकरण बनाते हैं। इस मामले में, वजन अब इतना महत्वपूर्ण नहीं है, और आप दक्षता और समग्र दक्षता जैसे मापदंडों पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं। गैस टरबाइन जनरेटर इकाइयों में एक विशाल फ्रेम, एक विश्वसनीय फ्रेम और मोटे ब्लेड होते हैं। उत्पन्न ऊष्मा का उपयोग विभिन्न आवश्यकताओं के लिए करना काफी संभव है - सिस्टम में द्वितीयक पुनर्चक्रण से लेकर घरेलू परिसर को गर्म करने और अवशोषण-प्रकार की प्रशीतन इकाइयों की थर्मल आपूर्ति तक। इस दृष्टिकोण को ट्राइजेनरेटर कहा जाता है, और इस मोड में दक्षता 90% तक पहुंच जाती है।

नाभिकीय ऊर्जा यंत्र

गैस टरबाइन के लिए, इससे कोई बुनियादी फर्क नहीं पड़ता कि गर्म माध्यम का स्रोत क्या है जो इसके ब्लेडों को ऊर्जा देता है। यह एक जला हुआ वायु-ईंधन मिश्रण हो सकता है, या बस अत्यधिक गर्म भाप (जरूरी नहीं कि पानी), मुख्य बात यह है कि यह इसे प्रदान करता है अबाधित विद्युत आपूर्ति. मूलतः बिजली संयंत्रोंसभी परमाणु ऊर्जा संयंत्र, पनडुब्बियां, विमान वाहक, आइसब्रेकर और कुछ सैन्य सतह जहाज (उदाहरण के लिए मिसाइल क्रूजर पीटर द ग्रेट) भाप द्वारा घुमाए गए गैस टरबाइन (जीटीयू) पर आधारित हैं। सुरक्षा और पर्यावरणीय मुद्दे एक बंद प्राथमिक सर्किट को निर्देशित करते हैं। इसका मतलब यह है कि प्राथमिक थर्मल एजेंट (पहले नमूनों में यह भूमिका सीसा द्वारा निभाई गई थी, अब इसे पैराफिन द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है) रिएक्टर क्षेत्र को नहीं छोड़ता है, एक सर्कल में ईंधन तत्वों के चारों ओर बहता है। कार्यशील पदार्थ को बाद के सर्किट में गर्म किया जाता है, और वाष्पित कार्बन डाइऑक्साइड, हीलियम या नाइट्रोजन टरबाइन व्हील को घुमाता है।

व्यापक अनुप्रयोग

जटिल और बड़े इंस्टॉलेशन लगभग हमेशा अद्वितीय होते हैं, वे छोटे बैचों में निर्मित होते हैं या यहां तक कि एकल प्रतियां भी बनाई जाती हैं। अक्सर, बड़ी मात्रा में उत्पादित इकाइयों का उपयोग अर्थव्यवस्था के शांतिपूर्ण क्षेत्रों में किया जाता है, उदाहरण के लिए, पाइपलाइनों के माध्यम से हाइड्रोकार्बन कच्चे माल को पंप करने के लिए। ये बिल्कुल वही हैं जो सैटर्न ब्रांड के तहत ओडीके कंपनी द्वारा उत्पादित किए जाते हैं। पंपिंग स्टेशनों के गैस टर्बाइन पूरी तरह से उनके नाम से मेल खाते हैं। वे वास्तव में प्राकृतिक गैस को पंप करते हैं, इसकी ऊर्जा का उपयोग अपने काम के लिए करते हैं।

गैस टरबाइन इकाई (जीटीयू) में एक गैस टरबाइन इंजन (जीटीई) और सहायक उपकरण होते हैं। इंजन में शामिल हैं: गैस टरबाइन, दहन कक्ष, कंप्रेसर, एयर कूलर, पुनर्योजी ताप विनिमायक। गैस टरबाइन के उद्देश्य के आधार पर सहायक उपकरणों में शामिल हैं: गैस निकास उपकरण (गैस नलिकाएं, हॉग, पाइप), शुरुआती उपकरण, तेल प्रणाली, जल आपूर्ति तत्व, आदि। गैस टरबाइन को या तो बिजली उत्पन्न करने या चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है तंत्र. गैस टरबाइन का संचालन सिद्धांत भाप टरबाइन के समान है। हालाँकि, यहाँ कार्यशील द्रव ईंधन दहन के उत्पाद हैं। मुख्य अंतर कार्यशील तरल पदार्थों के गुणों और उनके मापदंडों से संबंधित है: दहन उत्पादों का दबाव कम होता है और तापमान भाप की तुलना में अधिक होता है। जीटीयू बहुत सरल है, क्योंकि नियंत्रण चरण में गैस की कोई आंशिक आपूर्ति नहीं होती है और मध्यवर्ती चरणों से कोई निष्कर्षण नहीं होता है। अपेक्षाकृत कम उपलब्ध ताप ड्रॉप चरणों की एक छोटी संख्या निर्धारित करती है, और इसके अलावा, पहले और अंतिम चरण के ब्लेड की ऊंचाई के बीच का अंतर भाप चरण की तुलना में कम होता है। लगभग सभी आधुनिक गैस टर्बाइन एक योजना के अनुसार संचालित होते हैं जिसमें दहन उत्पाद इसके प्रवाह पथ से गुजरते हैं। इसलिए, गैस टर्बाइनों में, ईंधन में बहुत कम मात्रा में राख और अन्य हानिकारक अशुद्धियाँ होनी चाहिए। ऐसे ईंधन में प्राकृतिक गैस, अच्छी तरह से शुद्ध कृत्रिम गैसें (ब्लास्ट फर्नेस, कोक ओवन, जनरेटर) और विशेष गैस टरबाइन तरल ईंधन (उपचारित डीजल इंजन तेल, सौर तेल) शामिल हैं।

गैसों के उच्च तापमान (1100 0 K) के कारण, प्रवाह भाग के हिस्से (नोजल, डिस्क, शाफ्ट, वर्किंग ब्लेड) उच्च गुणवत्ता वाले मिश्र धातु स्टील्स से बने होते हैं। अधिकांश टर्बाइन सबसे गर्म हिस्सों को गहन वायु शीतलन प्रदान करते हैं। कार्यशील मिश्रण दहन कक्ष में तैयार किया जाता है। तापीय दक्षता KS KS = 0.970.99 अधिकतर बेलनाकार कक्ष स्थापित होते हैं। कक्ष के आयतन को एक दहन क्षेत्र में विभाजित किया गया है, जहां ईंधन का दहन T = 2000 0 C पर होता है, और एक मिश्रण क्षेत्र, जहां तापमान को कम करने के लिए हवा को दहन उत्पादों के साथ मिलाया जाता है। कक्षों में कई नोजल स्थापित किए जाते हैं, जिससे काम करने वाले नोजल की संख्या को बदलकर थर्मल पावर को विनियमित करना संभव हो जाता है। ऊष्मा विद्युतचैम्बर 0.4 - 0.45 एमपीए के दबाव पर 40 मेगावाट तक पहुँच जाता है। ईंधन की खपत 3000 किग्रा/घंटा तक, हवा की खपत 2.5 * 10 5 मीटर 3/घंटा। गैस टर्बाइन अक्षीय और, कम सामान्यतः, केन्द्रापसारक कम्प्रेसर का उपयोग करते हैं। अक्षीय वाले 100 - 200 मीटर 3/सेकेंड के वायु प्रवाह के लिए डिज़ाइन किए गए हैं; दबाव वृद्धि की डिग्री 1.35 तक है। वह। आवश्यक दबाव सुनिश्चित करने के लिए चरणों की संख्या 10 से अधिक बनाई जाती है। एक अक्षीय कंप्रेसर की दक्षता 83 - 90% है। केन्द्रापसारक वाले कम शक्ति का उपयोग करते हैं - 400 किलोवाट तक; एकल-चरण दक्षता - 7585%। जीटी भागों की सामग्रियों का ताप प्रतिरोध तापमान को 1100 K से अधिक नहीं होने देता है, और केवल विमान टर्बाइनों में, जिनकी सीमित सेवा जीवन होती है, तापमान 1500 0 K तक पहुंच सकता है। इनलेट पर तापमान में कमी कंप्रेसर टी 1 आंतरिक दक्षता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है i, क्योंकि टी 1 काफी हद तक क्षेत्र की जलवायु पर निर्भर करता है। इसलिए, गैस टरबाइन संयंत्र कम औसत वार्षिक वायु तापमान वाले क्षेत्रों में अधिक किफायती रूप से संचालित होते हैं।

सबसे सरल गैस टरबाइन की दक्षता 14-18% से अधिक नहीं होती है और इसे बढ़ाने के लिए, गैस टरबाइन का उपयोग करने के बाद निकास गैसों के साथ संपीड़ित हवा का पुनर्योजी तापन किया जाता है, अर्थात। दहन कक्ष के सामने हवा को पहले से गर्म करने के लिए निकास गैसों की गर्मी का उपयोग करें।

पुनर्योजी में हीटिंग किया जाता है, जो एक ट्यूबलर हीट एक्सचेंजर है, जहां गैस और हवा से उच्च गर्मी हस्तांतरण गुणांक प्राप्त करने के लिए उच्च प्रवाह दर का उपयोग किया जाता है, और इससे गैस के प्रतिरोध में वृद्धि के कारण वास्तविक चक्र की दक्षता कम हो जाती है। -वायु पथ.

कार्यशील द्रव के मध्यवर्ती शीतलन और ताप के साथ एक गैस टरबाइन इकाई कंप्रेसर में संपीड़न कार्य को कम कर देती है और गैस टरबाइन में विस्तार कार्य को बढ़ा देती है।

वायुमंडलीय हवा को कम दबाव वाले कंप्रेसर केएनडी में संपीड़ित किया जाता है, फिर पानी के हीट एक्सचेंजर वीओ में ठंडा किया जाता है, फिर उच्च दबाव वाले कंप्रेसर एचपीसी में संपीड़ित किया जाता है और उच्च दबाव वाले दहन कक्ष केएसवी में प्रवेश किया जाता है, दहन उत्पाद उच्च दबाव वाली गैस में फैलते हैं टरबाइन एचपी को कम दबाव वाले दहन कक्ष केएसएन में गर्म किया जाता है, फिर एलपीटी कम दबाव वाले टरबाइन में फिर से विस्तारित किया जाता है। जितने अधिक मध्यवर्ती ताप और शीतलन चरण होंगे, स्थापना की दक्षता उतनी ही अधिक होगी, लेकिन यह डिज़ाइन को जटिल बनाता है, इसलिए आधुनिक गैस टर्बाइन 2 एयर इंटरकूलर और एक मध्यवर्ती हीटर से अधिक का उपयोग नहीं करते हैं।

जीटीयू की विशेषता उच्च मात्रा में निकास गैसें और काफी उच्च तापमान - 400 - 500 0 सी है। इस गर्मी का उपयोग पारंपरिक हीट एक्सचेंजर्स में भाप और गर्म पानी का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। इस प्रकार, GT-25-700 LMZ इकाइयाँ नेटवर्क हीटरों से सुसज्जित हैं जो 150-160 0 C तक पानी गर्म करने की सुविधा प्रदान करती हैं। भाप और गैस टरबाइन चक्र के लाभों के संयोजन से संयुक्त चक्र गैस टरबाइन इकाइयों (ऊपर) का निर्माण हुआ 200 मेगावाट तक)। वे 14 एमपीए (भाप भाग) और 570 0 सी तक के मापदंडों पर काम करते हैं, और गैस इकाई 0.65 एमपीए और 770 0 सी है। भाप टरबाइन 165 मेगावाट की क्षमता वाले एक विद्युत जनरेटर और एक गैस टरबाइन के साथ मिलकर काम करता है। 33 मेगावाट की क्षमता के साथ। गैस टर्बाइनों का उपयोग ऊर्जा क्षेत्र में चरम भार को कवर करने और आपातकालीन रिजर्व के रूप में किया जाता है।

25. आईसीई आरेख। संचालन का सिद्धांत .

पिस्टन आंतरिक दहन इंजन (ICE) एक ऊष्मा इंजन है जिसके कार्यशील सिलेंडर में ईंधन जलाया जाता है और ऊष्मा को कार्य में परिवर्तित किया जाता है।

आंतरिक दहन इंजन का योजनाबद्ध आरेख चित्र 28.1 में दिखाया गया है। किसी भी पिस्टन इंजन का मुख्य तत्व एक सिलेंडर 4 होता है जिसमें पिस्टन 5 एक क्रैंक तंत्र के माध्यम से बाहरी कार्य उपभोक्ता से जुड़ा होता है। सिलेंडर क्रैंककेस 1 के शीर्ष पर लगा हुआ है; यह ऊपर से एक ढक्कन से बंद होता है जिसमें इनटेक 2 और एग्जॉस्ट 3 वाल्व और एक इलेक्ट्रिक स्पार्क प्लग (कार्बोरेटर या गैस इंजन में) या एक इंजेक्टर (डीजल इंजन में) स्थापित होता है। शीतलक सिलेंडर और उसके सिर के आंतरिक स्थान में घूमता है।

क्रैंककेस में स्थापित क्रैंकशाफ्ट, क्रैंक 7, जो कनेक्टिंग रॉड 6 से धुरी रूप से जुड़ा हुआ है। कनेक्टिंग रॉड का ऊपरी सिर पिस्टन के साथ जुड़ा हुआ है, जो सिलेंडर में एक रेक्टिलिनियर रिसीप्रोकेटिंग मूवमेंट करता है। मुख्य भागों के अलावा, इंजन में ईंधन, स्नेहन, शीतलन और इसके रखरखाव के लिए आवश्यक अन्य उपकरणों की आपूर्ति के लिए कई सहायक तंत्र हैं।

पिस्टन की चरम स्थिति को टॉप डेड सेंटर (TDC) और बॉटम डेड सेंटर (BDC) कहा जाता है। टीडीसी से बीडीसी तक पिस्टन के स्ट्रोक को स्ट्रोक (पिस्टन स्ट्रोक) कहा जाता है। 1 स्ट्रोक में पिस्टन द्वारा वर्णित आयतन सिलेंडर का कार्यशील आयतन है।

ऑपरेटिंग चक्र का विश्लेषण आमतौर पर एक संकेतक आरेख का उपयोग करके किया जाता है, जो ग्राफिक रूप से गैस द्वारा व्याप्त मात्रा या पिस्टन की स्थिति पर सिलेंडर में दबाव की निर्भरता को दर्शाता है।

पिस्टन आंतरिक दहन इंजन दो प्रकार के होते हैं - चार-स्ट्रोक और दो-स्ट्रोक।

चित्र 28.2ए. व्यक्तिगत प्रक्रियाएं इसके अनुरूप हैं: 0-1 - ईंधन मिश्रण का चूषण (पहला स्ट्रोक); 1-2 - मिश्रण का संपीड़न (दूसरा स्ट्रोक); 2-3 - दहन; 3-4 - दहन उत्पादों का विस्तार; 4-5 - निकास (तीसरा स्ट्रोक); 5-0 - दहन उत्पादों को बाहर निकालना (चौथा स्ट्रोक)।

चक्र बनाने वाले सभी 4 चक्रों में से केवल तीसरा ही उपयोगी कार्य उत्पन्न करता है, शेष 3 चक्रों में कार्य व्यर्थ होता है;

चित्र 28.2बी. : 0-1 - मिश्रण के एक नए हिस्से का परिचय; 1-2 - संपीड़न -पहला माप; 2-3 - दहन; 3-4 - विस्तार; 4-0 - निकास (दूसरा स्ट्रोक)।

ईंधन (कार्बोरेटर और गैस) के "तत्काल दहन" वाले इंजन।ऐसे इंजन के सिलेंडर में एक दहनशील मिश्रण चूसा जाता है, जो सही वक्तकिसी बाहरी स्रोत से प्रज्वलित। तैयार मिश्रण का दहन समय बहुत कम है, और इसलिए यह मान लेना स्वीकार्य है कि दहन प्रक्रिया (लगभग) स्थिर मात्रा में होती है।

इंजन जो (लगभग) स्थिर दबाव पर ईंधन जलाते हैं (कंप्रेसर डीजल इंजन)।स्वच्छ हवा को इंजन सिलेंडर में संपीड़ित किया जाता है। संपीड़न के अंत में, ईंधन को सिलेंडर में इंजेक्ट किया जाता है, जो गर्म हवा के साथ मिश्रित होने पर निरंतर दबाव में प्रज्वलित और जलता है।

ईंधन के मिश्रित दहन वाले इंजन (अनकंप्रेसर डीजल इंजन)।इंजन सिलेंडर में स्वच्छ हवा को भी संपीड़ित किया जाता है, और संपीड़न स्ट्रोक के अंत में सिलेंडर में बारीक परमाणु रूप में एक नोजल द्वारा तरल ईंधन की आपूर्ति की जाती है।

सभी प्रकार के इंजन 4-स्ट्रोक या 2-स्ट्रोक बनाये जा सकते हैं।

स्वायत्त उत्पादन में - छोटे पैमाने पर ऊर्जा हाल ही मेंकाफी ध्यान दिया जाता है गैस टरबाइनअलग शक्ति. आधार पर बिजली संयंत्र गैस टरबाइनऔद्योगिक या घरेलू उद्देश्यों के लिए बिजली और तापीय ऊर्जा के मुख्य या बैकअप स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। गैस टर्बाइनबिजली संयंत्रों के हिस्से के रूप में किसी में संचालन के लिए इरादा है वातावरण की परिस्थितियाँरूस. उपयोग के क्षेत्र गैस टरबाइनव्यावहारिक रूप से असीमित: तेल और गैस उद्योग, औद्योगिक उद्यम, आवास और सांप्रदायिक सेवा संरचनाएं।

उपयोग का सकारात्मक कारक गैस टरबाइनआवास और सांप्रदायिक सेवा क्षेत्र में यह है कि निकास गैसों NO x और CO में हानिकारक उत्सर्जन की सामग्री क्रमशः 25 और 150 पीपीएम के स्तर पर है (पारस्परिक इकाइयों के लिए ये मान बहुत अधिक हैं), जो इसे संभव बनाता है आवासीय भवनों के बगल में एक बिजली संयंत्र स्थापित करना। प्रयोग गैस टरबाइनचूँकि बिजली संयंत्रों की बिजली इकाइयाँ ऊँची चिमनियों के निर्माण से बचती हैं।

आपकी आवश्यकताओं पर निर्भर करता है गैस टरबाइनभाप या गर्म पानी अपशिष्ट ताप बॉयलर से सुसज्जित है, जो आपको तकनीकी आवश्यकताओं के लिए बिजली संयंत्र से भाप (कम, मध्यम, उच्च दबाव) प्राप्त करने की अनुमति देता है, या गर्म पानी(डीएचडब्ल्यू) मानक तापमान मूल्यों के साथ। आप एक ही समय में भाप और गर्म पानी प्राप्त कर सकते हैं। गैस टर्बाइनों पर आधारित बिजली संयंत्र द्वारा उत्पादित तापीय ऊर्जा की शक्ति आमतौर पर बिजली से दोगुनी होती है।

के साथ बिजली संयंत्र में गैस टरबाइनइस कॉन्फ़िगरेशन में, ईंधन दक्षता 90% तक बढ़ जाती है। उपयोग की उच्च दक्षता गैस टरबाइनचूंकि बिजली इकाइयों को अधिकतम विद्युत भार के साथ दीर्घकालिक संचालन के दौरान प्रदान किया जाता है। जब बहुत हो गया उच्च शक्ति गैस टरबाइनभाप टरबाइनों के संयुक्त उपयोग की संभावना है। यह उपाय बिजली संयंत्र की दक्षता में उल्लेखनीय सुधार कर सकता है, जिससे विद्युत दक्षता 53% तक बढ़ जाएगी।

गैस टरबाइन पर आधारित बिजली संयंत्र की लागत कितनी है? इसकी पूरी कीमत क्या है? टर्नकी कीमत में क्या शामिल है?

गैस टर्बाइनों पर आधारित एक स्वायत्त थर्मल पावर प्लांट में बहुत सारे अतिरिक्त महंगे होते हैं, लेकिन अक्सर केवल आवश्यक उपकरण होते हैं (वास्तविक जीवन का उदाहरण - एक पूर्ण परियोजना)। प्रथम श्रेणी के उपकरणों का उपयोग करते हुए, इस स्तर के टर्नकी पावर प्लांट की लागत स्थापित विद्युत शक्ति के प्रति 1 किलोवाट 45,000 - 55,000 रूबल से अधिक नहीं होती है। गैस टरबाइन पर आधारित बिजली संयंत्र की अंतिम कीमत उपभोक्ता के विशिष्ट कार्यों और जरूरतों पर निर्भर करती है। कीमत में डिज़ाइन, निर्माण और शामिल हैं कमीशनिंग कार्य. स्वयं गैस टर्बाइन, बिजली इकाइयों के रूप में, अतिरिक्त उपकरणों के बिना, निर्माण कंपनी और बिजली के आधार पर, प्रति 1 किलोवाट 400 से 800 डॉलर तक की लागत होती है।

आपके विशिष्ट मामले में पावर प्लांट या थर्मल पावर प्लांट के निर्माण की लागत के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए, आपको हमारी कंपनी को एक पूर्ण प्रश्नावली भेजनी होगी। इसके बाद, 2-3 दिनों के बाद, ग्राहक-ग्राहक को एक प्रारंभिक तकनीकी और वाणिज्यिक प्रस्ताव - टीसीपी (संक्षिप्त उदाहरण) प्राप्त होता है। टीसीपी के आधार पर, ग्राहक गैस टर्बाइनों पर आधारित बिजली संयंत्र के निर्माण पर अंतिम निर्णय लेता है। एक नियम के रूप में, निर्णय लेने से पहले, ग्राहक एक आधुनिक बिजली संयंत्र को अपनी आँखों से देखने और "अपने हाथों से सब कुछ छूने" के लिए मौजूदा सुविधा का दौरा करता है। ग्राहक को किसी भी प्रश्न का उत्तर सीधे साइट पर प्राप्त होता है।

गैस टर्बाइनों पर आधारित बिजली संयंत्रों का निर्माण अक्सर ब्लॉक-मॉड्यूलर निर्माण की अवधारणा पर आधारित होता है। ब्लॉक-मॉड्यूलर डिज़ाइन गैस टरबाइन बिजली संयंत्रों की उच्च स्तर की फैक्ट्री तैयारी सुनिश्चित करता है और ऊर्जा सुविधाओं के निर्माण के समय को कम करता है।

गैस टर्बाइन - उत्पादित ऊर्जा की लागत पर थोड़ा अंकगणित

1 किलोवाट बिजली का उत्पादन करने के लिए, गैस टर्बाइन केवल 0.29–0.37 m³/घंटा गैस ईंधन की खपत करते हैं। एक घन मीटर गैस जलाने पर, गैस टर्बाइन 3 किलोवाट बिजली और 4-6 किलोवाट तापीय ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। 2011 में प्राकृतिक गैस की कीमत (औसत) के साथ 3 रूबल। 1 वर्ग मीटर के लिए, गैस टरबाइन से प्राप्त 1 किलोवाट बिजली की लागत लगभग 1 रूबल है। इसके अतिरिक्त, उपभोक्ता को 1.5-2 किलोवाट निःशुल्क तापीय ऊर्जा प्राप्त होती है!

पर स्वायत्त विद्युत आपूर्तिगैस टर्बाइनों पर आधारित बिजली संयंत्र से, उत्पादित बिजली और गर्मी की लागत देश में मौजूदा टैरिफ की तुलना में 3-4 गुना कम है, और इसमें राज्य बिजली ग्रिड (60,000 रूबल प्रति) से जुड़ने की उच्च लागत को ध्यान में नहीं रखा गया है। मॉस्को क्षेत्र में 1 किलोवाट, 2011)।

निर्माण स्वायत्त बिजली संयंत्रआधारित गैस टरबाइनमहत्वपूर्ण बचत की अनुमति देता है धनमहंगी विद्युत पारेषण लाइनों (पीटीएल) के निर्माण और संचालन की लागत को समाप्त करके, गैस टर्बाइनों पर आधारित बिजली संयंत्र व्यक्तिगत उद्यमों या संगठनों और समग्र रूप से क्षेत्रों दोनों के लिए विद्युत और ताप आपूर्ति की विश्वसनीयता में उल्लेखनीय वृद्धि कर सकते हैं।
गैस टर्बाइनों पर आधारित बिजली संयंत्र के स्वचालन की डिग्री बड़ी संख्या में रखरखाव कर्मियों को समाप्त करना संभव बनाती है। गैस पावर प्लांट के संचालन के दौरान, इसका संचालन केवल तीन लोगों द्वारा सुनिश्चित किया जाता है: एक ऑपरेटर, ड्यूटी पर एक इलेक्ट्रीशियन और ड्यूटी पर एक मैकेनिक। आपातकालीन स्थितियों की स्थिति में, कर्मियों की सुरक्षा और गैस टरबाइन सिस्टम और असेंबली की सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए विश्वसनीय सुरक्षा प्रणालियाँ प्रदान की जाती हैं।

एक फिल्टर सिस्टम (आरेख में नहीं दिखाया गया है) से सुसज्जित वायु सेवन के माध्यम से वायुमंडलीय हवा को मल्टी-स्टेज अक्षीय कंप्रेसर के इनपुट में आपूर्ति की जाती है। कंप्रेसर वायुमंडलीय हवा को संपीड़ित करता है और इसे नीचे पहुंचाता है उच्च दबावदहन कक्ष में. उसी समय, नोजल के माध्यम से टरबाइन के दहन कक्ष में एक निश्चित मात्रा में गैस ईंधन की आपूर्ति की जाती है। ईंधन और वायु मिश्रित होते हैं और प्रज्वलित होते हैं। ईंधन-वायु मिश्रण जलता है, जिससे बड़ी मात्रा में ऊर्जा निकलती है। दहन गैसों की ऊर्जा को परिवर्तित किया जाता है यांत्रिक कार्यगर्म गैस के जेट द्वारा टरबाइन ब्लेड के घूमने के कारण। प्राप्त ऊर्जा का एक हिस्सा टरबाइन कंप्रेसर में वायु संपीड़न पर खर्च किया जाता है। शेष कार्य को ड्राइव अक्ष के माध्यम से विद्युत जनरेटर में स्थानांतरित किया जाता है। यह कार्य गैस टरबाइन का उपयोगी कार्य है। दहन उत्पाद, जिनका तापमान लगभग 500-550 डिग्री सेल्सियस होता है, निकास पथ और टरबाइन डिफ्यूज़र के माध्यम से छोड़े जाते हैं, और आगे उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, थर्मल ऊर्जा प्राप्त करने के लिए, हीट एक्सचेंजर में।

इंजन के रूप में, गैस टर्बाइनों में आंतरिक दहन इंजनों के बीच उच्चतम शक्ति घनत्व होता है, 6 किलोवाट/किग्रा तक।

निम्नलिखित गैस टरबाइन ईंधन का उपयोग किया जा सकता है: केरोसिन, डीजल ईंधन, गैस।

आधुनिक गैस टर्बाइनों के फायदों में से एक लंबा जीवन चक्र है - मोटर जीवन (कुल 200,000 घंटे तक, बड़े ओवरहाल से पहले 25,000-60,000 घंटे)।

आधुनिक गैस टरबाइनअत्यधिक विश्वसनीय हैं. कुछ इकाइयों के कई वर्षों तक निरंतर संचालन के प्रमाण मिले हैं।

कई गैस टरबाइन आपूर्तिकर्ता उत्पादन करते हैं प्रमुख नवीकरणसाइट पर उपकरण, निर्माता को परिवहन किए बिना व्यक्तिगत घटकों को बदलना, जो समय की लागत को काफी कम कर देता है।

0 से 100% तक किसी भी बिजली सीमा में दीर्घकालिक संचालन की संभावना, पानी के ठंडा होने की अनुपस्थिति, दो प्रकार के ईंधन पर संचालन - यह सब गैस टर्बाइनों को आधुनिक स्वायत्त बिजली संयंत्रों के लिए लोकप्रिय बिजली इकाइयाँ बनाता है।

गैस टर्बाइनों का सबसे प्रभावी उपयोग औसत बिजली संयंत्र क्षमता पर होता है, और 30 मेगावाट से ऊपर की क्षमता पर, विकल्प स्पष्ट है।