บ้าน อัตราแลกเปลี่ยน ประสิทธิภาพของหน่วยกังหันก๊าซและประสิทธิภาพของหน่วยกังหันก๊าซอัดแตกต่างกันอย่างไรสำหรับโรงไฟฟ้าในประเทศและต่างประเทศ กังหันไอน้ำและกังหันก๊าซ: วัตถุประสงค์ หลักการทำงาน การออกแบบ ลักษณะทางเทคนิค คุณลักษณะการทำงาน การติดตั้งลูกสูบแก๊สกับการติดตั้งกังหันแก๊ส - ปริมาณ

ประสิทธิภาพของหน่วยกังหันก๊าซและประสิทธิภาพของหน่วยกังหันก๊าซอัดแตกต่างกันอย่างไรสำหรับโรงไฟฟ้าในประเทศและต่างประเทศ กังหันไอน้ำและกังหันก๊าซ: วัตถุประสงค์ หลักการทำงาน การออกแบบ ลักษณะทางเทคนิค คุณลักษณะการทำงาน การติดตั้งลูกสูบแก๊สกับการติดตั้งกังหันแก๊ส - ปริมาณ

กังหันเป็นอุปกรณ์หมุนใดๆ ที่ใช้พลังงานของของไหลทำงาน (ของไหล) ที่กำลังเคลื่อนที่เพื่อผลิตงาน ของเหลวกังหันโดยทั่วไปได้แก่: ลม น้ำ ไอน้ำ และฮีเลียม กังหันลมและเขื่อนไฟฟ้าพลังน้ำใช้กังหันมานานหลายทศวรรษเพื่อปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและผลิตพลังงานสำหรับอุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย กังหันธรรมดามีมานานแล้วโดยกังหันตัวแรกปรากฏในสมัยกรีกโบราณ

อย่างไรก็ตาม ในประวัติศาสตร์ของการผลิตไฟฟ้า กังหันก๊าซเองก็ปรากฏตัวขึ้นเมื่อไม่นานมานี้ กังหันก๊าซที่มีประโยชน์ในทางปฏิบัติเครื่องแรกเริ่มผลิตไฟฟ้าในเมืองนิวชาเทล ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ในปี 1939 ได้รับการพัฒนาโดยบริษัท Brown Boveri กังหันก๊าซเครื่องแรกที่ให้พลังงานแก่เครื่องบินยังเริ่มใช้งานในปี 1939 ในเยอรมนี โดยใช้กังหันก๊าซที่ออกแบบโดย Hans P. von Ogein ในอังกฤษในช่วงทศวรรษที่ 1930 การประดิษฐ์และออกแบบกังหันก๊าซโดย Frank Whittle นำไปสู่การบินที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันครั้งแรกในปี 1941

รูปที่ 1 แผนภาพกังหันของเครื่องบิน (a) และกังหันก๊าซสำหรับใช้งานภาคพื้นดิน (b)

คำว่า "กังหันก๊าซ" อาจทำให้เข้าใจผิดได้ง่าย เพราะสำหรับหลายๆ คนแล้ว คำนี้หมายถึงเครื่องยนต์กังหันที่ใช้ก๊าซเป็นเชื้อเพลิง ในความเป็นจริง กังหันก๊าซ (แสดงตามแผนผังในรูปที่ 1) มีคอมเพรสเซอร์ที่จ่ายและอัดก๊าซ (โดยปกติจะเป็นอากาศ) ห้องเผาไหม้ซึ่งการเผาไหม้เชื้อเพลิงทำให้ก๊าซอัดร้อนและตัวกังหันเอง ซึ่งดึงพลังงานจากการไหลของก๊าซอัดร้อน พลังงานนี้เพียงพอที่จะจ่ายพลังงานให้กับคอมเพรสเซอร์และยังคงอยู่สำหรับการใช้งานที่เป็นประโยชน์ กังหันก๊าซเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) ที่ใช้การเผาไหม้เชื้อเพลิงอย่างต่อเนื่องเพื่อสร้างงานที่มีประโยชน์ สิ่งนี้ทำให้กังหันแตกต่างจากเครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์หรือเครื่องยนต์สันดาปภายในดีเซล ซึ่งกระบวนการเผาไหม้ไม่ต่อเนื่อง

นับตั้งแต่ปี พ.ศ. 2482 เป็นต้นมา มีการใช้งาน กังหันก๊าซเริ่มต้นพร้อมกันทั้งในภาคพลังงานและการบิน - ชื่อที่แตกต่างกันใช้สำหรับกังหันก๊าซการบินและภาคพื้นดิน กังหันก๊าซสำหรับการบินเรียกว่าเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทหรือเครื่องยนต์ไอพ่น และกังหันก๊าซอื่นๆ เรียกว่าเครื่องยนต์กังหันก๊าซ ใน ภาษาอังกฤษมีชื่อเรียกเครื่องยนต์ที่เหมือนกันโดยทั่วไปมากกว่านี้อีก

การใช้กังหันก๊าซ

ในเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทของเครื่องบิน พลังงานจากกังหันจะขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ ซึ่งจะดึงอากาศเข้าสู่เครื่องยนต์ ก๊าซร้อนที่ออกจากกังหันจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศผ่านทางหัวฉีดไอเสียซึ่งจะสร้างแรงผลักดัน ในรูป 1a แสดงแผนภาพของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท

รูปที่ 2 การแสดงแผนผังของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทของเครื่องบิน

เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ททั่วไปแสดงไว้ในรูปที่ 1 2. เครื่องยนต์ดังกล่าวสร้างแรงขับตั้งแต่ 45 กก. ถึง 45,000 กก. โดยมีน้ำหนักตายตั้งแต่ 13 กก. ถึง 9000 กก. เครื่องยนต์ที่เล็กที่สุดขับเคลื่อนขีปนาวุธล่องเรือ เครื่องยนต์ที่ใหญ่ที่สุดขับเคลื่อนเครื่องบินขนาดใหญ่ กังหันก๊าซในรูป 2 เป็นเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนที่มีคอมเพรสเซอร์เส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ แรงขับถูกสร้างขึ้นทั้งจากอากาศที่ถูกดูดเข้าไปโดยคอมเพรสเซอร์และอากาศที่ไหลผ่านกังหันเอง เครื่องยนต์มีขนาดใหญ่และสามารถผลิตแรงขับสูงที่ความเร็วต่ำขณะเครื่องขึ้นได้ จึงเหมาะสมกับเครื่องบินพาณิชย์มากที่สุด เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทไม่มีพัดลมและสร้างแรงผลักดันด้วยอากาศที่ไหลผ่านเส้นทางก๊าซอย่างสมบูรณ์ เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทมีขนาดส่วนหน้าเล็กและให้แรงขับสูงสุด ความเร็วสูงทำให้เหมาะสมกับการใช้งานบนเครื่องบินรบมากที่สุด

ใน กังหันก๊าซในการใช้งานที่ไม่ใช่การบิน พลังงานส่วนหนึ่งของกังหันจะถูกนำมาใช้ในการขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ พลังงานที่เหลืออยู่ - "พลังงานที่มีประโยชน์" - จะถูกกำจัดออกจากเพลากังหันที่อุปกรณ์ใช้พลังงาน เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือใบพัดเรือ

กังหันก๊าซทั่วไปสำหรับการใช้ที่ดินแสดงไว้ในรูปที่ 1 3. การติดตั้งดังกล่าวสามารถผลิตพลังงานได้ตั้งแต่ 0.05 MW ถึง 240 MW การติดตั้งแสดงในรูปที่. 3 เป็นกังหันก๊าซที่ได้มาจากเครื่องบินลำหนึ่ง แต่เบากว่า หน่วยที่หนักกว่าได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการใช้ที่ดินและเรียกว่ากังหันอุตสาหกรรม แม้ว่ากังหันที่ได้มาจากเครื่องบินจะถูกนำไปใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักมากขึ้นเรื่อยๆ แต่กังหันเหล่านี้ก็ยังถูกใช้เป็นเครื่องอัดปั๊มบ่อยที่สุด ก๊าซธรรมชาติขับเคลื่อนเรือและใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มเติมในช่วงที่มีการใช้งานสูงสุด เครื่องกำเนิดไฟฟ้าบนกังหันก๊าซสามารถทำงานได้อย่างรวดเร็ว โดยจ่ายพลังงานในช่วงเวลาที่มีความต้องการมากที่สุด

รูปที่ 3 กังหันก๊าซขั้นตอนเดียวที่ง่ายที่สุดสำหรับการใช้ที่ดิน ตัวอย่างเช่นในภาคพลังงาน 1 – คอมเพรสเซอร์ 2 – ห้องเผาไหม้ 3 – กังหัน

ข้อดีที่สำคัญที่สุดของกังหันแก๊สคือ:

ในอดีต ข้อเสียเปรียบหลักประการหนึ่งของกังหันก๊าซคือประสิทธิภาพต่ำเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือกังหันไอน้ำในโรงไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา การปรับปรุงการออกแบบได้เพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนจาก 18% ในปี 1939 บนกังหันก๊าซ Neuchatel เป็นประสิทธิภาพปัจจุบันที่ 40% ในการทำงานแบบวงจรอย่างง่าย และประมาณ 55% ในการทำงานแบบวงจรรวม (อ่านเพิ่มเติมด้านล่าง ). ในอนาคต ประสิทธิภาพของกังหันก๊าซจะเพิ่มขึ้นอีก โดยคาดว่าประสิทธิภาพของวงจรอย่างง่ายจะเพิ่มขึ้นเป็น 45-47% และประสิทธิภาพของวงจรรวมเป็น 60% ประสิทธิภาพที่คาดหวังเหล่านี้สูงกว่าเครื่องยนต์ทั่วไปอื่นๆ เช่น กังหันไอน้ำ อย่างมาก

วงจรกังหันก๊าซ

ไซโคลแกรมแสดงสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่ออากาศเข้ามา ผ่านเส้นทางก๊าซ และออกจากกังหันก๊าซ โดยทั่วไป ไซโคลแกรมจะแสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรอากาศและความดันในระบบ ในรูป รูปที่ 4a แสดงวัฏจักรของ Brayton ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติของปริมาตรอากาศคงที่ที่ไหลผ่านกังหันแก๊สระหว่างการทำงาน พื้นที่สำคัญของไซโคลแกรมนี้ยังแสดงไว้ในการแสดงแผนผังของกังหันก๊าซในรูปที่ 1 4ข.

รูปที่ 4ก แผนภาพวงจรของ Brayton ในพิกัด P-V สำหรับของไหลทำงาน ซึ่งแสดงการไหลของงาน (W) และความร้อน (Q)

รูปที่ 4ข. การแสดงแผนผังของกังหันแก๊ส ซึ่งแสดงจุดจากแผนภาพวงจรของเบรย์ตัน

อากาศถูกอัดจากจุดที่ 1 ถึงจุดที่ 2 ในเวลาเดียวกัน ความดันก๊าซจะเพิ่มขึ้น และปริมาตรก๊าซจะลดลง จากนั้นอากาศจะถูกทำให้ร้อนที่ความดันคงที่จากจุดที่ 2 ถึงจุดที่ 3 ความร้อนนี้เกิดจากเชื้อเพลิงที่นำเข้าไปในห้องเผาไหม้และการเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง

อากาศอัดร้อนจากจุดที่ 3 เริ่มขยายตัวระหว่างจุดที่ 3 และ 4 ความดันและอุณหภูมิในช่วงนี้จะลดลง และปริมาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้น ในเครื่องยนต์ตามรูป 4b แสดงโดยการไหลของก๊าซจากจุดที่ 3 ผ่านกังหันไปยังจุดที่ 4 ซึ่งก่อให้เกิดพลังงานซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ ในรูป ในรูปที่ 1a การไหลจะถูกส่งตรงจากจุดที่ 3" ไปยังจุดที่ 4 ผ่านหัวฉีดทางออกและทำให้เกิดแรงขับ "งานที่เป็นประโยชน์" ในรูปที่ 4a แสดงด้วยเส้นโค้ง 3'-4 นี่คือพลังงานที่สามารถขับเคลื่อนเพลาขับของ กังหันภาคพื้นดินหรือการสร้างแรงขับให้กับเครื่องยนต์อากาศยาน Cycle Brighton เสร็จสิ้นในรูปที่ 4 โดยกระบวนการที่ปริมาตรและอุณหภูมิของอากาศลดลงเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ

รูปที่ 5. ระบบวงปิด

กังหันก๊าซส่วนใหญ่ทำงานในโหมดวงจรเปิด ในวงจรเปิด อากาศจะถูกดึงออกจากบรรยากาศ (จุดที่ 1 ในรูปที่ 4a และ 4b) และปล่อยกลับสู่บรรยากาศที่จุดที่ 4 ดังนั้นก๊าซร้อนจะถูกระบายความร้อนในบรรยากาศหลังจากถูกปล่อยออกจากเครื่องยนต์ ในกังหันก๊าซที่ทำงานในวงจรปิด สารทำงาน (ของเหลวหรือก๊าซ) จะถูกนำมาใช้อย่างต่อเนื่องเพื่อระบายความร้อนให้กับก๊าซไอเสีย (ที่จุดที่ 4) ในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (แสดงแผนผังในรูปที่ 5) และถูกส่งไปยังทางเข้าของคอมเพรสเซอร์ . เนื่องจากใช้ปริมาตรปิดโดยมีปริมาณก๊าซจำกัด กังหันแบบปิดจึงไม่ใช่เครื่องยนต์สันดาปภายใน ในระบบวงจรปิด การเผาไหม้ไม่สามารถคงอยู่ได้ และห้องเผาไหม้แบบธรรมดาจะถูกแทนที่ด้วยตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสำรองที่จะให้ความร้อนกับอากาศอัดก่อนที่จะเข้าสู่กังหัน ความร้อนได้มาจากแหล่งภายนอก เช่น เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เตาถ่านหินฟลูอิไดซ์เบด หรือแหล่งความร้อนอื่นๆ มีการเสนอให้ใช้กังหันก๊าซวงจรปิดในเที่ยวบินไปยังดาวอังคารและเที่ยวบินอวกาศระยะยาวอื่น ๆ

กังหันก๊าซที่ออกแบบและใช้งานตามวงจรของ Bryson (รูปที่ 4) เรียกว่ากังหันก๊าซแบบวงจรธรรมดา กังหันก๊าซของเครื่องบินส่วนใหญ่ทำงานด้วยวงจรที่เรียบง่าย เนื่องจากจำเป็นต้องรักษาน้ำหนักและขนาดส่วนหน้าของเครื่องยนต์ให้เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานบนบกหรือนอกชายฝั่ง เป็นไปได้ที่จะเพิ่มอุปกรณ์เพิ่มเติมให้กับกังหันแบบธรรมดาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและ/หรือกำลังของเครื่องยนต์ มีการใช้การปรับเปลี่ยนสามประเภท: การสร้างใหม่, อินเตอร์คูลลิ่งและการทำความร้อนสองครั้ง

การฟื้นฟูจัดให้มีการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ตัวพักฟื้น) ตามเส้นทางของก๊าซไอเสีย (จุดที่ 4 ในรูปที่ 4b) อากาศอัดจากจุดที่ 2 ในรูป 4b ถูกอุ่นบนตัวแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยก๊าซไอเสียก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ (รูปที่ 6a)

หากนำการฟื้นฟูมาใช้อย่างดีนั่นคือประสิทธิภาพของตัวแลกเปลี่ยนความร้อนสูงและแรงดันตกคร่อมในตัวมีน้อย ประสิทธิภาพจะมากกว่าวงจรการทำงานของกังหันแบบธรรมดา อย่างไรก็ตาม ควรคำนึงถึงต้นทุนของรีเจนเนอเรเตอร์ด้วย เครื่องกำเนิดใหม่ถูกใช้ในเครื่องยนต์กังหันก๊าซในรถถังเอ็ม1 เอบรามส์ รถถังหลักในปฏิบัติการพายุทะเลทราย และในเครื่องยนต์กังหันก๊าซของรถยนต์ทดลอง กังหันก๊าซที่มีการรีเจนเนอเรชั่นจะเพิ่มประสิทธิภาพได้ 5-6% และยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อทำงานที่โหลดชิ้นส่วน

อินเตอร์คูลลิ่งยังเกี่ยวข้องกับการใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อินเตอร์คูลเลอร์ (อินเตอร์คูลเลอร์) ทำให้ก๊าซเย็นลงขณะถูกบีบอัด ตัวอย่างเช่น หากคอมเพรสเซอร์ประกอบด้วยสองโมดูล แรงดันสูงและต่ำ จะต้องติดตั้งอินเตอร์คูลเลอร์ระหว่างโมดูลทั้งสองเพื่อทำให้การไหลของก๊าซเย็นลง และลดปริมาณงานที่ต้องใช้ในการบีบอัดในคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง (รูปที่ 6b) สารทำความเย็นอาจเป็นอากาศในชั้นบรรยากาศ (ที่เรียกว่าเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศ) หรือน้ำ (เช่น น้ำทะเลในกังหันของเรือ) เป็นเรื่องง่ายที่จะแสดงให้เห็นว่าพลังของกังหันแก๊สพร้อมอินเตอร์คูลเลอร์ที่ออกแบบมาอย่างดีเพิ่มขึ้น

เครื่องทำความร้อนคู่ใช้ในกังหันและเป็นช่องทางหนึ่งในการเพิ่มกำลังส่งออกของกังหันโดยไม่ต้องเปลี่ยนการทำงานของคอมเพรสเซอร์หรือเพิ่มขึ้น อุณหภูมิในการทำงานกังหัน หากกังหันก๊าซมีสองโมดูล นั่นคือแรงดันสูงและต่ำ เครื่องทำความร้อนยิ่งยวด (โดยปกติจะเป็นห้องเผาไหม้อีกห้องหนึ่ง) จะถูกนำมาใช้เพื่ออุ่นการไหลของก๊าซระหว่างกังหันแรงดันสูงและต่ำ (รูปที่ 6c) สิ่งนี้สามารถเพิ่มกำลังขับได้ 1-3% การทำความร้อนแบบคู่ในกังหันของเครื่องบินทำได้โดยการเพิ่มห้องเผาไหม้ที่หัวฉีดกังหัน สิ่งนี้จะเพิ่มการยึดเกาะ แต่เพิ่มการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงอย่างมาก

โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแบบผสมมักเรียกสั้นว่า CGC วงจรรวมหมายถึงโรงไฟฟ้าที่ใช้กังหันก๊าซและกังหันไอน้ำร่วมกันเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพมากกว่าการใช้แยกกัน กังหันก๊าซขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ก๊าซไอเสียจากกังหันถูกใช้เพื่อผลิตไอน้ำในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งไอน้ำนี้จะขับเคลื่อนกังหันไอน้ำซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้าด้วย หากใช้ไอน้ำเพื่อให้ความร้อน การติดตั้งจะเรียกว่าโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม นอกจากนี้ในรัสเซียมักใช้ตัวย่อ TETs (โรงไฟฟ้าความร้อนและพลังงาน) แต่ตามกฎแล้วที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อนไม่ใช่กังหันก๊าซที่ทำงาน แต่เป็นกังหันไอน้ำธรรมดา และไอน้ำที่ใช้แล้วจะถูกใช้เพื่อให้ความร้อน ดังนั้น CHP และโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วมจึงไม่มีความหมายเหมือนกัน ในรูป 7 เป็นแผนภาพอย่างง่ายของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม ซึ่งแสดงเครื่องยนต์ความร้อนสองตัวที่ติดตั้งแบบอนุกรม เครื่องยนต์ตัวท็อปเป็นกังหันแก๊ส มันถ่ายเทพลังงานไปที่เครื่องยนต์ส่วนล่าง - กังหันไอน้ำ. กังหันไอน้ำจะถ่ายเทความร้อนไปยังคอนเดนเซอร์

รูปที่ 7 แผนภาพโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม

ประสิทธิภาพของวงจรรวม $\nu_(cc) $ สามารถแสดงได้ด้วยนิพจน์ที่ค่อนข้างง่าย: $\nu_(cc) = \nu_B + \nu_R - \nu_B \times \nu_R $ หรืออีกนัยหนึ่ง นี่คือ ผลรวมของประสิทธิภาพแต่ละขั้นตอนลบด้วยงาน สมการนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดโคเจนเนอเรชั่นจึงมีประสิทธิภาพมาก สมมติว่า $\nu_B = 40%$ นี่คือขอบเขตบนที่สมเหตุสมผลสำหรับประสิทธิภาพของกังหันก๊าซแบบวงเบรย์ตัน การประมาณการที่สมเหตุสมผลของประสิทธิภาพของกังหันไอน้ำที่ทำงานตามวงจรแรงคินที่ขั้นตอนที่สองของการผลิตร่วมคือ $\nu_R = 30%$ แทนที่ค่าเหล่านี้ลงในสมการที่เราได้รับ: $\nu_(cc) = 0.40 + 0.30 - 0.40 \times 0.3 = 0.70 - 0.12 = 0.58$ นั่นคือประสิทธิภาพของระบบดังกล่าวจะอยู่ที่ 58%

นี่คือค่าประมาณด้านบนของประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนร่วม ประสิทธิภาพในทางปฏิบัติจะลดลงเนื่องจากการสูญเสียพลังงานระหว่างขั้นตอนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ในทางปฏิบัติในระบบพลังงานโคเจนเนอเรชั่นที่ได้รับมอบหมาย ปีที่ผ่านมาบรรลุประสิทธิภาพ 52-58%

ส่วนประกอบกังหันก๊าซ

การทำงานของกังหันแก๊สจะแยกย่อยได้ดีที่สุดโดยแบ่งออกเป็นสามระบบย่อย ได้แก่ คอมเพรสเซอร์ ห้องเผาไหม้ และกังหัน ดังแสดงในรูปที่ 1 1. ต่อไปเราจะดูแต่ละระบบย่อยเหล่านี้โดยย่อ

คอมเพรสเซอร์และกังหัน

คอมเพรสเซอร์เชื่อมต่อกับกังหันด้วยเพลาทั่วไปเพื่อให้กังหันสามารถหมุนคอมเพรสเซอร์ได้ กังหันก๊าซแบบเพลาเดียวมีเพลาเดียวที่เชื่อมต่อกับกังหันและคอมเพรสเซอร์ กังหันก๊าซแบบเพลาคู่ (รูปที่ 6b และ 6c) มีเพลาทรงกรวยสองอัน อันที่ยาวกว่านั้นเชื่อมต่อกับคอมเพรสเซอร์แรงดันต่ำและกังหันแรงดันต่ำ โดยจะหมุนภายในเพลากลวงที่สั้นกว่าซึ่งเชื่อมต่อคอมเพรสเซอร์แรงดันสูงเข้ากับกังหันแรงดันสูง เพลาที่เชื่อมต่อกังหันและคอมเพรสเซอร์แรงดันสูงจะหมุนได้เร็วกว่าเพลาของกังหันและคอมเพรสเซอร์แรงดันต่ำ กังหันก๊าซแบบสามเพลามีเพลาที่สามเชื่อมต่อกังหันกับคอมเพรสเซอร์แรงดันปานกลาง

กังหันก๊าซอาจเป็นแบบหมุนเหวี่ยงหรือแนวแกนหรือแบบผสมก็ได้ คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงซึ่งปล่อยอากาศอัดออกรอบๆ ขอบนอกของเครื่องจักร มีความน่าเชื่อถือ มักจะมีราคาต่ำกว่า แต่จำกัดอัตราส่วนกำลังอัดไว้ที่ 6-7 ต่อ 1 คอมเพรสเซอร์เหล่านี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอดีตและยังคงใช้อยู่ ในปัจจุบันในกังหันก๊าซขนาดเล็ก

ในคอมเพรสเซอร์ตามแนวแกนที่มีประสิทธิภาพและประสิทธิผลมากขึ้น อากาศอัดจะไหลออกตามแกนของกลไก นี่คือเครื่องอัดแก๊สประเภทที่พบบ่อยที่สุด (ดูรูปที่ 2 และ 3) คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงประกอบด้วยส่วนที่เหมือนกันจำนวนมาก แต่ละส่วนประกอบด้วยล้อหมุนที่มีใบพัดกังหันและล้อที่มีใบพัดอยู่กับที่ (สเตเตอร์) ส่วนต่าง ๆ ได้รับการจัดเรียงในลักษณะที่อากาศอัดไหลผ่านแต่ละส่วนตามลำดับ โดยปล่อยพลังงานส่วนหนึ่งให้กับแต่ละส่วน

กังหันมีมากขึ้น การออกแบบที่เรียบง่ายเมื่อเทียบกับคอมเพรสเซอร์ เนื่องจากเป็นการยากกว่าการบีบอัดการไหลของก๊าซมากกว่าทำให้เกิดการขยายตัวแบบย้อนกลับ กังหันตามแนวแกนคล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 2 และ 3 มีส่วนน้อยกว่าคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง มีกังหันก๊าซขนาดเล็กที่ใช้กังหันแบบแรงเหวี่ยง (ที่มีช่องก๊าซในแนวรัศมี) แต่กังหันแนวแกนเป็นแบบที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด

การออกแบบและการผลิตกังหันมีความซับซ้อนเนื่องจากจำเป็นต้องยืดอายุส่วนประกอบในกระแสก๊าซร้อน ปัญหาเกี่ยวกับความน่าเชื่อถือของการออกแบบเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในขั้นตอนแรกของกังหันซึ่งมีอุณหภูมิสูงที่สุด มีการใช้วัสดุพิเศษและระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อนเพื่อให้แน่ใจว่าใบพัดกังหันจะหลอมละลายที่อุณหภูมิ 980-1,040 องศาเซลเซียสในการไหลของก๊าซซึ่งมีอุณหภูมิสูงถึง 1,650 องศาเซลเซียส

ห้องเผาไหม้

การออกแบบห้องเผาไหม้ที่ประสบความสำเร็จต้องเป็นไปตามข้อกำหนดหลายประการ และการทำให้มันถูกต้องถือเป็นความท้าทายนับตั้งแต่สมัยกังหัน Whittle และ von Ohain ความสำคัญสัมพัทธ์ของข้อกำหนดแต่ละห้องเผาไหม้ขึ้นอยู่กับการใช้งานของกังหัน และแน่นอนว่าข้อกำหนดบางประการขัดแย้งกัน การประนีประนอมเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อออกแบบห้องเผาไหม้ ข้อกำหนดการออกแบบส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับต้นทุน ประสิทธิภาพ และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของเครื่องยนต์ ข้อกำหนดพื้นฐานสำหรับห้องเผาไหม้มีดังนี้:

ห้องเผาไหม้ประกอบด้วยส่วนหลักอย่างน้อยสามส่วน: เปลือก ท่อเปลวไฟ และระบบฉีดเชื้อเพลิง เคสต้องทนต่อแรงดันใช้งานและอาจเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างกังหันแก๊ส เปลือกหุ้มท่อเปลวไฟที่มีผนังค่อนข้างบาง ซึ่งทำให้เกิดการเผาไหม้และระบบฉีดเชื้อเพลิง

เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ประเภทอื่นๆ เช่น เครื่องยนต์ดีเซลและลูกสูบ กังหันก๊าซผลิตมลพิษทางอากาศต่อหน่วยกำลังน้อยที่สุด ในบรรดาการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ข้อกังวลที่ใหญ่ที่สุดคือเชื้อเพลิงที่ไม่ถูกเผาไหม้ คาร์บอนมอนอกไซด์ (คาร์บอนมอนอกไซด์) ไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) และควัน แม้ว่ากังหันเครื่องบินมีส่วนน้อยกว่า 1% ต่อการปล่อยมลพิษทั้งหมด แต่การปล่อยมลพิษที่เกิดขึ้นโดยตรงสู่ชั้นบรรยากาศโทรโพสเฟียร์นั้นเพิ่มขึ้นสองเท่าระหว่างละติจูด 40 ถึง 60 องศาเหนือ ส่งผลให้ความเข้มข้นของโอโซนเพิ่มขึ้น 20% ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นที่ที่เครื่องบินความเร็วเหนือเสียงบิน การปล่อย NOx ทำให้เกิดการทำลายโอโซน ผลกระทบทั้งสองเป็นอันตราย สิ่งแวดล้อมดังนั้นการลดการปล่อยก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) ในเครื่องยนต์อากาศยานจึงเป็นสิ่งที่ต้องเกิดขึ้นในศตวรรษที่ 21

นี่เป็นบทความขนาดสั้นที่พยายามครอบคลุมทุกแง่มุมของการใช้งานกังหัน ตั้งแต่การบินไปจนถึงพลังงาน และไม่ต้องอาศัยสูตร เพื่อทำความคุ้นเคยกับหัวข้อนี้ให้ดีขึ้น ฉันขอแนะนำหนังสือ "กังหันก๊าซในการขนส่งทางรถไฟ" http://tapemark.narod.ru/turbo/index.html หากเราละเว้นบทที่เกี่ยวข้องกับลักษณะเฉพาะของการใช้กังหัน ทางรถไฟ– หนังสือยังชัดเจนมาก แต่มีรายละเอียดมากกว่ามาก

หน่วยกังหันก๊าซ (GTU) สมัยใหม่แบบดั้งเดิมเป็นการผสมผสานระหว่างเครื่องอัดอากาศ ห้องเผาไหม้ และกังหันก๊าซ รวมถึงระบบเสริมที่ช่วยให้มั่นใจในการทำงาน การรวมกันของหน่วยกังหันก๊าซและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเรียกว่าหน่วยกังหันก๊าซ

จำเป็นต้องเน้นความแตกต่างที่สำคัญอย่างหนึ่งระหว่าง GTU และ PTU PTU ไม่รวมหม้อไอน้ำ แม่นยำยิ่งขึ้น หม้อไอน้ำถือเป็นแหล่งความร้อนแยกต่างหาก ด้วยการพิจารณานี้ หม้อไอน้ำจึงเป็น "กล่องดำ": น้ำป้อนเข้ามาด้วยอุณหภูมิ $t_(p.v)$ และไอน้ำออกด้วยพารามิเตอร์ $р_0$, $t_0$ โรงงานกังหันไอน้ำไม่สามารถทำงานได้หากไม่มีหม้อไอน้ำซึ่งเป็นวัตถุทางกายภาพ ในหน่วยกังหันก๊าซ ห้องเผาไหม้เป็นองค์ประกอบที่สำคัญ ในแง่นี้ GTU เป็นแบบพึ่งตนเองได้

โรงงานกังหันก๊าซมีความหลากหลายอย่างมาก และอาจมีความหลากหลายมากกว่าโรงงานกังหันไอน้ำด้วยซ้ำ ด้านล่างนี้เราจะพิจารณาโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซแบบเรียบง่ายที่มีแนวโน้มและใช้มากที่สุดในภาคพลังงาน

แผนภาพหน่วยกังหันก๊าซดังกล่าวแสดงในรูป อากาศจากชั้นบรรยากาศจะเข้าสู่ทางเข้าของเครื่องอัดอากาศ ซึ่งเป็นเทอร์โบแมชชีนแบบหมุนที่มีเส้นทางการไหลประกอบด้วยตะแกรงหมุนและตะแกรงที่อยู่นิ่ง อัตราส่วนความดันปลายน้ำของคอมเพรสเซอร์ พีบีถึงความกดดันที่อยู่ตรงหน้าเขา พีเอเรียกว่าอัตราส่วนกำลังอัดของเครื่องอัดอากาศ และมักจะแสดงเป็น pk (pk = พีบี/พีเอ). โรเตอร์คอมเพรสเซอร์ขับเคลื่อนด้วยกังหันแก๊ส กระแสลมอัดจะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้หนึ่งหรือสองห้องขึ้นไป ในกรณีส่วนใหญ่ การไหลของอากาศที่มาจากคอมเพรสเซอร์จะแบ่งออกเป็นสองกระแส การไหลครั้งแรกจะถูกส่งไปยังอุปกรณ์หัวเผาซึ่งมีการจ่ายเชื้อเพลิง (ก๊าซหรือเชื้อเพลิงเหลว) ด้วย เมื่อเชื้อเพลิงถูกเผาไหม้จะเกิดผลิตภัณฑ์การเผาไหม้เชื้อเพลิงที่อุณหภูมิสูง อากาศที่ค่อนข้างเย็นจากกระแสที่สองจะถูกผสมเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ก๊าซ (โดยปกติเรียกว่าก๊าซใช้งาน) โดยมีอุณหภูมิที่ยอมรับได้สำหรับชิ้นส่วนกังหันก๊าซ

ก๊าซทำงานที่มีแรงดัน อาร์เอส (อาร์เอส < พีบีเนื่องจากความต้านทานไฮดรอลิกของห้องเผาไหม้) ถูกป้อนเข้าไปในส่วนการไหลของกังหันแก๊สซึ่งหลักการทำงานไม่แตกต่างจากหลักการทำงานของกังหันไอน้ำ (ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือกังหันแก๊สทำงาน ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงและไม่ใช้ไอน้ำ) ในกังหันก๊าซ ก๊าซที่ใช้งานจะขยายตัวจนเกือบเป็นความดันบรรยากาศ พีดีป้อนตัวกระจายเอาต์พุต 14 จากนั้น - เข้าโดยตรง ปล่องไฟหรือก่อนหน้านี้จะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ความร้อนของก๊าซไอเสียของโรงงานกังหันก๊าซ

เนื่องจากการขยายตัวของก๊าซในกังหันก๊าซ กังหันก๊าซจึงผลิตพลังงาน ส่วนที่สำคัญมาก (ประมาณครึ่งหนึ่ง) ใช้ในการขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์และส่วนที่เหลือใช้ในการขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า นี่คือกำลังที่มีประโยชน์ของหน่วยกังหันก๊าซซึ่งจะถูกระบุเมื่อมีการติดฉลาก

หากต้องการพรรณนาวงจรกังหันก๊าซ ให้ใช้ สัญลักษณ์คล้ายกับที่ใช้สำหรับโรงเรียนอาชีวศึกษา

กังหันก๊าซไม่สามารถเรียบง่ายไปกว่านี้ได้ เนื่องจากมีส่วนประกอบขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการบีบอัด การทำความร้อน และการขยายตัวของของไหลทำงานเป็นลำดับ: คอมเพรสเซอร์หนึ่งตัว ห้องเผาไหม้หนึ่งห้องหรือมากกว่านั้นทำงานภายใต้สภาวะเดียวกัน และกังหันก๊าซหนึ่งตัว นอกจากโรงงานกังหันก๊าซแบบธรรมดาแล้ว ยังมีโรงงานผลิตกังหันก๊าซแบบซับซ้อนอีกด้วย ซึ่งสามารถบรรจุคอมเพรสเซอร์ กังหัน และห้องเผาไหม้ได้หลายเครื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งกังหันก๊าซประเภทนี้ ได้แก่ GT-100-750 ที่สร้างขึ้นในสหภาพโซเวียตในยุค 70

มันทำจากสองเพลา คอมเพรสเซอร์แรงดันสูงตั้งอยู่บนเพลาเดียว เควีดีและกังหันแรงดันสูงที่ขับเคลื่อนอยู่ โรงละครแห่งการดำเนินงาน; เพลานี้มีความเร็วในการหมุนแปรผัน กังหันแรงดันต่ำจะอยู่บนเพลาที่สอง ทีเอ็นดี,ขับคอมเพรสเซอร์แรงดันต่ำ เคเอ็นดีและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เช่น; ดังนั้นเพลานี้จึงมีความเร็วการหมุนคงที่ 50 วินาที -1 อากาศในปริมาณ 447 กิโลกรัม/วินาที มาจากชั้นบรรยากาศเข้าสู่ เคเอ็นดีและถูกอัดเข้าไปด้วยแรงดันประมาณ 430 kPa (4.3 at) แล้วป้อนเข้าเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศ ในโดยจะระบายความร้อนด้วยน้ำตั้งแต่ 176 ถึง 35 °C ซึ่งจะช่วยลดงานที่ต้องทำในการอัดอากาศในคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง เควีดี(อัตราส่วนกำลังอัด p k = 6.3) จากนั้นอากาศจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้แรงดันสูง KSWDและผลิตภัณฑ์เผาไหม้ที่มีอุณหภูมิ 750 °C จะถูกส่งไปที่ โรงละครแห่งการดำเนินงาน. จาก โรงละครแห่งการดำเนินงานก๊าซที่มีออกซิเจนจำนวนมากจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้แรงดันต่ำ KSNDซึ่งมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงเพิ่มเติมแล้วจึงเข้าสู่ ทีเอ็นดี. ก๊าซไอเสียที่อุณหภูมิ 390 °C จะไหลออกสู่ปล่องไฟหรือเข้าไปในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อใช้ความร้อนของก๊าซไอเสีย

กังหันก๊าซไม่ประหยัดมากนักเนื่องจากก๊าซไอเสียมีอุณหภูมิสูง การเพิ่มความซับซ้อนของโครงการทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ แต่ในขณะเดียวกันก็ต้องใช้เงินลงทุนเพิ่มขึ้นและการดำเนินงานที่ซับซ้อน

ภาพประกอบนี้แสดงอุปกรณ์ของหน่วยกังหันก๊าซ Siemens V94.3 อากาศในบรรยากาศจากอุปกรณ์ฟอกอากาศแบบรวม (ACP) เข้าสู่เหมือง 4 และจากนั้น - ไปยังส่วนการไหล 16 เครื่องอัดอากาศ คอมเพรสเซอร์จะอัดอากาศ อัตราส่วนการอัดในคอมเพรสเซอร์ทั่วไปคือ pc = 13-17 ดังนั้นความดันในหน่วยกังหันก๊าซจึงไม่เกิน 1.3-1.7 MPa (13-17 at) นี่เป็นข้อแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งระหว่างกังหันแก๊สและกังหันไอน้ำซึ่งมีแรงดันไอน้ำมากกว่าแรงดันแก๊สในกังหันแก๊สถึง 10-15 เท่า ความดันต่ำ สภาพแวดล้อมการทำงานกำหนดความหนาเล็กน้อยของผนังของตัวเรือนและความง่ายในการให้ความร้อน นี่คือสิ่งที่ทำให้กังหันแก๊สมีความคล่องตัวมากเช่น สามารถสตาร์ทและหยุดได้อย่างรวดเร็ว หากใช้เวลาตั้งแต่ 1 ชั่วโมงถึงหลายชั่วโมงในการสตาร์ทกังหันไอน้ำทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสถานะอุณหภูมิเริ่มต้นหน่วยกังหันก๊าซจะสามารถทำงานได้ภายใน 10-15 นาที

เมื่อบีบอัดในคอมเพรสเซอร์ อากาศจะร้อนขึ้น ความร้อนนี้สามารถประมาณได้โดยใช้ความสัมพันธ์โดยประมาณอย่างง่าย:

$$T_a/T_b = \pi_к^(0.25)$$

ซึ่งใน ทีบีและ ที เอ- อุณหภูมิอากาศสัมบูรณ์ด้านหลังและด้านหน้าคอมเพรสเซอร์ ตัวอย่างเช่น หาก ที เอ= 300 K เช่น อุณหภูมิอากาศโดยรอบคือ 27 °C และ p k = 16 จากนั้น ทีบี= 600 K ดังนั้น อากาศจึงได้รับความร้อนด้วย

$$\เดลต้า เสื้อ = (600-273)-(300-273) = 300°C$$

ดังนั้นอุณหภูมิอากาศด้านหลังคอมเพรสเซอร์จะอยู่ที่ 300-350 °C อากาศระหว่างผนังของท่อเปลวไฟและตัวห้องเผาไหม้จะเคลื่อนไปยังอุปกรณ์หัวเผาซึ่งจ่ายก๊าซเชื้อเพลิง เนื่องจากน้ำมันเชื้อเพลิงจะต้องเข้าห้องเผาไหม้ซึ่งมีความดันอยู่ที่ 1.3-1.7 MPa แรงดันแก๊สจึงต้องสูง เพื่อให้สามารถควบคุมการไหลเข้าสู่ห้องเผาไหม้ได้ ต้องใช้แรงดันแก๊สให้สูงเป็นสองเท่าของแรงดันในห้องเผาไหม้ หากมีแรงกดดันดังกล่าวในท่อส่งก๊าซ ก๊าซจะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้โดยตรงจากจุดจ่ายก๊าซ (GDP) หากแรงดันแก๊สไม่เพียงพอ ให้ติดตั้งเครื่องอัดแก๊สบูสเตอร์ระหว่างชุดไฮดรอลิกพร่าพรายและห้อง

ปริมาณการใช้ก๊าซเชื้อเพลิงเป็นเพียงประมาณ 1-1.5% ของปริมาณการใช้อากาศที่มาจากคอมเพรสเซอร์ ดังนั้น การสร้างคอมเพรสเซอร์เพิ่มแรงดันแก๊สที่ประหยัดอย่างมากจึงทำให้เกิดปัญหาทางเทคนิคบางประการ

ภายในท่อไฟ 10 ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูง หลังจากผสมอากาศทุติยภูมิที่ทางออกจากห้องเผาไหม้ อุณหภูมิจะลดลงบ้าง แต่ก็ยังสูงถึง 1350-1400 °C ในกังหันก๊าซสมัยใหม่ทั่วไป

จากห้องเผาไหม้ ก๊าซร้อนจะเข้าสู่ส่วนการไหล 7 กังหันก๊าซ ในนั้นก๊าซจะขยายตัวจนเกือบเป็นความดันบรรยากาศเนื่องจากพื้นที่ด้านหลังกังหันแก๊สสื่อสารกับปล่องไฟหรือกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งมีความต้านทานไฮดรอลิกต่ำ

เมื่อก๊าซขยายตัวในกังหันก๊าซ พลังงานจะถูกสร้างขึ้นบนเพลาของมัน พลังงานนี้ถูกใช้บางส่วนเพื่อขับเคลื่อนเครื่องอัดอากาศ และส่วนเกินจะใช้ในการขับเคลื่อนโรเตอร์ 1 เครื่องกำเนิดไฟฟ้า หนึ่งใน คุณสมบัติลักษณะระบบกังหันแก๊สประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าคอมเพรสเซอร์ต้องใช้กำลังประมาณครึ่งหนึ่งของกำลังที่พัฒนาโดยกังหันแก๊ส ตัวอย่างเช่นในหน่วยกังหันก๊าซที่มีกำลังการผลิต 180 เมกะวัตต์ที่ถูกสร้างขึ้นในรัสเซีย (นี่คือพลังงานที่มีประโยชน์) กำลังคอมเพรสเซอร์คือ 196 เมกะวัตต์ นี่คือหนึ่งใน ความแตกต่างพื้นฐาน GTU จาก PTU: ประการหลัง กำลังที่ใช้อัดน้ำป้อนแม้จะมีแรงดัน 23.5 MPa (240 atm) เป็นเพียงเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ของกำลังของกังหันไอน้ำ เนื่องจากน้ำเป็นของเหลวที่อัดได้ไม่ดี และอากาศต้องใช้พลังงานมากในการอัด

ในการประมาณค่าเบื้องต้นที่ค่อนข้างคร่าวๆ สามารถประมาณอุณหภูมิของก๊าซที่อยู่ด้านหลังกังหันได้โดยใช้ความสัมพันธ์ง่ายๆ คล้ายกับ:

$$T_c/T_d = \pi_к^(0.25).$$

ดังนั้น ถ้า $\pi_к = 16$ และอุณหภูมิหน้ากังหัน ทีส= 1400 °C = 1673 K ดังนั้นอุณหภูมิด้านหลังจะอยู่ที่ประมาณ K:

$$T_d=T_c/\pi_к^(0.25) = 1673/16^(0.25) = 836.$$

ดังนั้นอุณหภูมิของก๊าซที่อยู่ด้านหลังโรงงานกังหันก๊าซจึงค่อนข้างสูงและความร้อนจำนวนมากที่ได้รับจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงจะเข้าสู่ปล่องไฟอย่างแท้จริง ดังนั้น เมื่อกังหันก๊าซทำงานโดยอัตโนมัติ ประสิทธิภาพจะต่ำ: สำหรับกังหันก๊าซทั่วไปจะอยู่ที่ 35-36% เช่น น้อยกว่าประสิทธิภาพของ PTU อย่างมาก อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงเมื่อมีการติดตั้งตัวแลกเปลี่ยนความร้อน (เครื่องทำความร้อนเครือข่ายหรือหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้งสำหรับวงจรรวม) ที่ "ส่วนท้าย" ของหน่วยกังหันก๊าซ

มีการติดตั้งตัวกระจายอยู่ด้านหลังกังหันแก๊สซึ่งเป็นช่องทางที่ขยายตัวได้อย่างราบรื่นในระหว่างที่ความดันก๊าซความเร็วสูงถูกแปลงเป็นความดันบางส่วน ทำให้มีแรงดันด้านหลังกังหันก๊าซที่น้อยกว่าบรรยากาศได้ซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพของก๊าซในกังหัน 1 กิโลกรัม ดังนั้นจึงเพิ่มกำลังของมัน

อุปกรณ์อัดอากาศ ตามที่ระบุไว้แล้ว เครื่องอัดอากาศเป็นเครื่องเทอร์โบที่เพลาซึ่งจ่ายพลังงานจากกังหันแก๊ส กำลังนี้จะถูกถ่ายโอนไปยังอากาศที่ไหลผ่านเส้นทางการไหลของคอมเพรสเซอร์ ส่งผลให้แรงดันอากาศเพิ่มขึ้นจนถึงความดันในห้องเผาไหม้

รูปภาพแสดงโรเตอร์กังหันก๊าซที่วางอยู่ในแบริ่งรองรับ ส่วนประกอบโรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์และสเตเตอร์จะมองเห็นได้ชัดเจนในเบื้องหน้า

จากเหมือง 4 อากาศเข้าสู่ช่องที่เกิดจากใบพัดหมุน 2 ใบพัดนำทางอินพุตแบบไม่หมุน (VNA) งานหลัก VNA - บอกการเคลื่อนที่แบบหมุนให้กับกระแสที่เคลื่อนที่ในทิศทางตามแนวแกน (หรือแนวรัศมี) ช่อง VNA ไม่ได้แตกต่างโดยพื้นฐานจากช่องหัวฉีดของกังหันไอน้ำ: ช่องเหล่านี้สร้างความสับสน (เรียว) และการไหลในช่องเหล่านั้นจะเร่งความเร็วขึ้น โดยได้รับองค์ประกอบความเร็วเส้นรอบวงไปพร้อม ๆ กัน

ในกังหันก๊าซสมัยใหม่ ใบพัดนำอินพุตเป็นแบบหมุน ความจำเป็นในการใช้ VNA แบบหมุนมีสาเหตุมาจากความปรารถนาที่จะป้องกันไม่ให้ประสิทธิภาพลดลงเมื่อภาระในโรงงานกังหันก๊าซลดลง ประเด็นก็คือเพลาของคอมเพรสเซอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความถี่ในการหมุนเท่ากันเท่ากับความถี่เครือข่าย ดังนั้น หากคุณไม่ใช้ VNA ปริมาณอากาศที่คอมเพรสเซอร์จ่ายไปยังห้องเผาไหม้จะคงที่และไม่ขึ้นอยู่กับภาระของกังหัน และกำลังของกังหันก๊าซสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเปลี่ยนการไหลของเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้เท่านั้น ดังนั้นด้วยการใช้เชื้อเพลิงที่ลดลงและปริมาณอากาศที่จ่ายโดยคอมเพรสเซอร์คงที่อุณหภูมิของก๊าซที่ใช้งานจึงลดลงทั้งด้านหน้ากังหันแก๊สและด้านหลัง สิ่งนี้นำไปสู่การลดลงอย่างมากในประสิทธิภาพของหน่วยกังหันก๊าซ การหมุนของใบมีดเมื่อภาระรอบแกนลดลง 1 25 - 30° ช่วยให้คุณจำกัดส่วนการไหลของช่อง VNA และลดการไหลของอากาศเข้าไปในห้องเผาไหม้ โดยรักษาอัตราส่วนคงที่ระหว่างอากาศและการไหลของเชื้อเพลิง การติดตั้งใบพัดทางเข้าทำให้สามารถรักษาอุณหภูมิของก๊าซด้านหน้าและด้านหลังกังหันก๊าซให้คงที่ในช่วงกำลังประมาณ 100-80%

รูปนี้แสดงการขับเคลื่อนของเบลด VNA คันโยกแบบหมุนติดอยู่กับแกนของใบมีดแต่ละใบ 2 ซึ่งผ่านคันโยก 4 เชื่อมต่อกับวงแหวนหมุน 1 . หากจำเป็นต้องเปลี่ยนการไหลของอากาศให้ทำวงแหวน 1 หมุนโดยใช้แท่งและมอเตอร์ไฟฟ้าพร้อมกระปุกเกียร์ ในกรณีนี้คันโยกทั้งหมดจะหมุนพร้อมกัน 2 และใบมีด VNA ตามลำดับ 5 .

อากาศที่หมุนวนด้วยความช่วยเหลือของ VHA จะเข้าสู่ขั้นตอนที่ 1 ของเครื่องอัดอากาศซึ่งประกอบด้วยตะแกรงสองอัน: หมุนและหยุดนิ่ง กระจังหน้าทั้งสองต่างจากกระจังหน้ากังหันตรงที่มีช่องขยาย (ดิฟฟิวเซอร์) เช่น พื้นที่สำหรับระบายอากาศที่ทางเข้า เอฟ 1 น้อยกว่า เอฟ 2 บนเอาต์พุต

เมื่ออากาศเคลื่อนที่ในช่องดังกล่าว ความเร็วจะลดลง ( ว 2 < ว 1) และความดันเพิ่มขึ้น ( ร 2 > ร 1). น่าเสียดายที่การทำให้กระจังหน้ากระจายแสงนั้นประหยัดเช่น เพื่อให้มีอัตราการไหล ว 1 จะถูกแปลงเป็นความดันในระดับสูงสุด และไม่เป็นความร้อน เป็นไปได้ด้วยการบีบอัดเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ร 2 /ร 1 (ปกติคือ 1.2 - 1.3) ซึ่งนำไปสู่ขั้นตอนของคอมเพรสเซอร์จำนวนมาก (14 - 16 โดยมีอัตราส่วนการบีบอัดของคอมเพรสเซอร์ p k = 13 - 16)

รูปนี้แสดงการไหลของอากาศในขั้นตอนคอมเพรสเซอร์ อากาศจะออกจากอุปกรณ์หัวฉีดแบบหมุนทางเข้า (คงที่) ด้วยความเร็ว ค 1 (ดูสามเหลี่ยมด้านบนของความเร็ว) โดยมีการบิดเส้นรอบวงที่จำเป็น (a 1< 90°). Если расположенная за ВНА вращающаяся (рабочая) решетка имеет скорость ยู 1 แล้วความเร็วสัมพัทธ์ของการเข้าสู่มัน ว 1 จะเท่ากับผลต่างเวกเตอร์ ค 1 และ ยู 1 และผลต่างนี้จะมากกว่า ค 1 กล่าวคือ ว 1 > ค 1. เมื่อเคลื่อนที่ในช่องความเร็วลมจะลดลงตามค่า ว 2 และออกมาที่มุม b2 ซึ่งพิจารณาจากความเอียงของโปรไฟล์ อย่างไรก็ตามเนื่องจากการหมุนและการจ่ายพลังงานให้กับอากาศจากใบพัดทำให้ความเร็วของมัน กับ 2 ในการเคลื่อนที่สัมบูรณ์จะมากกว่า ค 1. มีการติดตั้งใบพัดของกระจังหน้าแบบตายตัวเพื่อให้อากาศที่เข้าไปในช่องปราศจากแรงกระแทก เนื่องจากช่องของขัดแตะนี้กำลังขยายตัว ความเร็วในนั้นจึงลดลงตามค่า ค“1 และความดันเพิ่มขึ้นจาก ร 1 ถึง ร 2. ตารางได้รับการออกแบบเช่นนั้น ค" 1 = ค 1, a " 1 = a 1 ดังนั้นในระยะที่สองและขั้นตอนต่อ ๆ ไป กระบวนการอัดจะดำเนินการในลักษณะเดียวกัน ในเวลาเดียวกันความสูงของตะแกรงจะลดลงตามความหนาแน่นของอากาศที่เพิ่มขึ้นเนื่องจาก การบีบอัด

บางครั้งใบพัดของคอมเพรสเซอร์ในช่วงสองสามขั้นตอนแรกสามารถหมุนได้ในลักษณะเดียวกับใบพัด VNA ทำให้สามารถขยายช่วงกำลังของหน่วยกังหันก๊าซได้ โดยที่อุณหภูมิของก๊าซด้านหน้าและด้านหลังกังหันก๊าซยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ประสิทธิภาพจึงเพิ่มขึ้น การใช้ใบพัดหมุนหลายใบช่วยให้คุณทำงานได้อย่างประหยัดในช่วงกำลัง 100 - 50%

ขั้นตอนสุดท้ายของคอมเพรสเซอร์ได้รับการออกแบบในลักษณะเดียวกับขั้นตอนก่อนหน้า โดยมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคืองานของใบพัดนำทางสุดท้ายคือ 1 ไม่เพียงแต่จะเพิ่มแรงดันเท่านั้น แต่ยังเพื่อให้แน่ใจว่าช่องระบายอากาศตามแนวแกนอีกด้วย อากาศจะเข้าสู่ช่องระบายอากาศแบบวงแหวน 23 โดยที่ความดันเพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุด ด้วยแรงกดดันนี้ อากาศจะเข้าสู่บริเวณการเผาไหม้ 9 .

อากาศถูกนำออกจากตัวเครื่องอัดอากาศเพื่อทำให้ส่วนประกอบกังหันก๊าซเย็นลง เพื่อจุดประสงค์นี้ห้องวงแหวนถูกสร้างขึ้นในร่างกายโดยสื่อสารกับช่องว่างด้านหลังขั้นตอนที่เกี่ยวข้อง อากาศจะถูกลบออกจากห้องโดยใช้ท่อ

นอกจากนี้ คอมเพรสเซอร์ยังมีวาล์วป้องกันไฟกระชากและท่อบายพาสที่เรียกว่า 6 โดยบายพาสอากาศจากขั้นตอนกลางของคอมเพรสเซอร์ไปยังช่องจ่ายลมของกังหันแก๊สเมื่อสตาร์ทและหยุด สิ่งนี้จะช่วยลดการทำงานของคอมเพรสเซอร์ที่ไม่เสถียรที่อัตราการไหลของอากาศต่ำ (ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการพลุ่งพล่าน) ซึ่งแสดงออกด้วยการสั่นสะเทือนที่รุนแรงของเครื่องจักรทั้งหมด

การสร้างเครื่องอัดอากาศที่มีประสิทธิภาพสูงนั้นเป็นงานที่ซับซ้อนมาก ซึ่งแตกต่างจากกังหันตรงที่ไม่สามารถแก้ไขได้ด้วยการคำนวณและการออกแบบเท่านั้น เนื่องจากกำลังของคอมเพรสเซอร์มีค่าเท่ากับกำลังของหน่วยกังหันก๊าซโดยประมาณ ประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์ลดลง 1% ส่งผลให้ประสิทธิภาพของหน่วยกังหันก๊าซลดลง 2-2.5% ดังนั้นการสร้างคอมเพรสเซอร์ที่ดีจึงเป็นปัญหาสำคัญประการหนึ่งในการสร้างหน่วยกังหันก๊าซ โดยทั่วไปแล้ว คอมเพรสเซอร์จะถูกสร้างขึ้นโดยการจำลอง (การปรับขนาด) โดยใช้แบบจำลองคอมเพรสเซอร์ที่สร้างขึ้นจากการพัฒนาการทดลองอันยาวนาน

ห้องเผาไหม้ของโรงงานกังหันก๊าซมีความหลากหลายมาก ภาพด้านบนคือหน่วยกังหันก๊าซที่มีห้องควบคุมระยะไกลสองห้อง รูปภาพนี้แสดงหน่วยกังหันก๊าซประเภท 13E ขนาด 140 MW จาก ABB พร้อมห้องเผาไหม้ระยะไกลหนึ่งห้อง ซึ่งมีการออกแบบคล้ายกับห้องที่แสดงไว้ในภาพ อากาศจากคอมเพรสเซอร์จากวงแหวนกระจายอากาศจะเข้าสู่ช่องว่างระหว่างตัวห้องและท่อเปลวไฟ จากนั้นจึงใช้สำหรับการเผาไหม้ก๊าซและระบายความร้อนให้กับท่อเปลวไฟ

ข้อเสียเปรียบหลักของห้องเผาไหม้ระยะไกลคือขนาดใหญ่ซึ่งมองเห็นได้ชัดเจนจากภาพ กังหันก๊าซตั้งอยู่ทางด้านขวาของห้อง และคอมเพรสเซอร์ตั้งอยู่ทางด้านซ้าย ที่ด้านบนของตัวเครื่อง คุณจะเห็นรูสามรูสำหรับวางวาล์วป้องกันไฟกระชาก จากนั้นจึงมองเห็นชุดขับเคลื่อน VNA โรงงานกังหันก๊าซสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ห้องเผาไหม้ในตัว: วงแหวนและวงแหวนท่อ

รูปนี้แสดงห้องเผาไหม้รูปวงแหวนแบบรวม พื้นที่การเผาไหม้รูปวงแหวนเกิดขึ้นจากภายใน 17 และกลางแจ้ง 11 ท่อเปลวไฟ ด้านในของท่อบุด้วยเม็ดมีดพิเศษ 13 และ 16 มีแผ่นกั้นความร้อนด้านที่หันเข้าหาเปลวไฟ ด้านตรงข้าม เม็ดมีดจะมีครีบที่ช่วยระบายความร้อนโดยอากาศที่เข้ามาผ่านช่องว่างวงแหวนระหว่างเม็ดมีดภายในท่อเปลวไฟ ดังนั้นอุณหภูมิของท่อเปลวไฟจึงอยู่ที่ 750-800 °C ในบริเวณที่เกิดการเผาไหม้ อุปกรณ์หัวเผาไมโครแฟลร์ด้านหน้าของห้องประกอบด้วยหัวเผาหลายร้อยหัว 10 ซึ่งจ่ายก๊าซจากตัวสะสมสี่ตัว 5 -8 . คุณสามารถเปลี่ยนกำลังของหน่วยกังหันก๊าซได้โดยการปิดตัวสะสมทีละตัว

โครงสร้างของหัวเผาแสดงไว้ในภาพ ก๊าซจะเข้ามาจากท่อร่วมโดยการเจาะเข้าไปในแกน 3 ไปจนถึงช่องด้านในของใบมีด 6 คนหมุนวน ส่วนหลังเป็นใบพัดตรงกลวงที่บังคับอากาศที่มาจากห้องเผาไหม้ให้บิดและหมุนรอบแกนของก้าน ก๊าซธรรมชาติจะเข้าสู่กระแสน้ำวนที่หมุนได้จากช่องภายในของใบพัดหมุนวน 6 ผ่านรูเล็กๆ 7 . ในกรณีนี้จะเกิดส่วนผสมระหว่างเชื้อเพลิงและอากาศที่เป็นเนื้อเดียวกันเกิดขึ้นในรูปของไอพ่นหมุนวนจากโซน 5 . กระแสน้ำวนหมุนเป็นวงแหวนช่วยให้มั่นใจว่าการเผาไหม้ของก๊าซมีความเสถียร

รูปนี้แสดงห้องเผาไหม้แบบวงแหวนท่อของ GTE-180 เข้าไปในช่องว่างรูปวงแหวน 24 ระหว่างทางออกของเครื่องอัดอากาศและทางเข้าของกังหันก๊าซโดยใช้กรวยเจาะรู 3 วางหลอดเปลวไฟจำนวน 12 หลอด 10 . ท่อเปลวไฟประกอบด้วยรูจำนวนมากที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. ซึ่งอยู่ในแถววงแหวนโดยมีระยะห่างระหว่างกัน 6 มม. ระยะห่างระหว่างแถวของรูคือ 23 มม. อากาศ "เย็น" เข้ามาจากภายนอกผ่านรูเหล่านี้ ทำให้ฟิล์มหมุนเวียนเย็นลงและมีอุณหภูมิท่อเปลวไฟไม่สูงกว่า 850 °C บน พื้นผิวด้านในท่อเปลวไฟเคลือบด้วยสารเคลือบกันความร้อนหนา 0.4 มม.

บนจานหน้า 8 ท่อเปลวไฟเป็นอุปกรณ์ติดตั้งหัวเผาซึ่งประกอบด้วยหัวเผานำร่องส่วนกลาง 6 การจุดเชื้อเพลิงเมื่อสตาร์ทเครื่องโดยใช้หัวเทียน 5 และโมดูลหลัก 5 โมดูล ซึ่งหนึ่งในนั้นแสดงไว้ในรูปภาพ โมดูลนี้ช่วยให้คุณเผาไหม้ก๊าซและ น้ำมันดีเซล. ก๊าซผ่านข้อต่อ 1 หลังการกรอง 6 เข้าสู่ท่อร่วมก๊าซเชื้อเพลิงวงแหวน 5 และจากนั้นเข้าไปในโพรงที่มีรูเล็ก ๆ (เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.7 มม. ระยะพิทช์ 8 มม.) ผ่านรูเหล่านี้ ก๊าซจะเข้าสู่ช่องว่างวงแหวน ผนังของโมดูลมีร่องสัมผัสหกร่อง 9 ซึ่งปริมาณอากาศหลักที่จ่ายให้กับการเผาไหม้จากเครื่องอัดอากาศจะเข้ามา ในร่องสัมผัสอากาศจะหมุนวนและอยู่ภายในโพรง 8 กระแสน้ำวนหมุนเกิดขึ้นเคลื่อนไปทางทางออกของอุปกรณ์เครื่องเขียน ไปจนถึงบริเวณรอบนอกของกระแสน้ำวนผ่านรูต่างๆ 3 ก๊าซเข้ามาผสมกับอากาศและส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันที่ได้จะออกจากเตาซึ่งจะติดไฟและเผาไหม้ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้จะเข้าสู่อุปกรณ์หัวฉีดของกังหันก๊าซขั้นที่ 1

กังหันก๊าซเป็นองค์ประกอบที่ซับซ้อนที่สุดของหน่วยกังหันก๊าซซึ่งมีสาเหตุหลักมาจากปัจจัยส่วนใหญ่ อุณหภูมิสูงก๊าซใช้งานที่ไหลผ่านส่วนที่ไหล: ปัจจุบันอุณหภูมิของก๊าซที่ด้านหน้ากังหัน 1,350 °C ถือเป็น "มาตรฐาน" และบริษัทชั้นนำต่างๆ โดยเฉพาะ General Electric กำลังทำงานเพื่อควบคุมอุณหภูมิเริ่มต้นที่ 1,500 °C ให้เราระลึกว่าอุณหภูมิเริ่มต้น "มาตรฐาน" สำหรับกังหันไอน้ำคือ 540 °C และในอนาคต - อุณหภูมิ 600-620 °C

ความปรารถนาที่จะเพิ่มอุณหภูมิเริ่มต้นนั้นสัมพันธ์กับประสิทธิภาพที่ได้รับเป็นประการแรก เห็นได้ชัดเจนจากภาพที่สรุประดับความสำเร็จของการก่อสร้างกังหันก๊าซ โดยการเพิ่มอุณหภูมิเริ่มต้นจาก 1100 เป็น 1450 °C ส่งผลให้ประสิทธิภาพสัมบูรณ์เพิ่มขึ้นจาก 32 เป็น 40% กล่าวคือ นำไปสู่การประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงถึง 25% แน่นอนว่าส่วนหนึ่งของการประหยัดนี้ไม่เพียงสัมพันธ์กับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการปรับปรุงองค์ประกอบอื่น ๆ ของโรงงานกังหันก๊าซด้วย และปัจจัยกำหนดยังคงเป็นอุณหภูมิเริ่มต้น

เพื่อให้มั่นใจว่ากังหันแก๊สจะทำงานได้ในระยะยาว จึงมีการใช้สองวิธีร่วมกัน วิธีแก้ไขประการแรกคือการใช้วัสดุทนความร้อนสำหรับชิ้นส่วนที่รับน้ำหนักมากที่สุด ซึ่งสามารถต้านทานโหลดทางกลและอุณหภูมิที่สูงได้ (โดยเฉพาะสำหรับหัวฉีดและใบมีดทำงาน) หากใช้เหล็ก (เช่น โลหะผสมที่มีธาตุเหล็ก) ที่มีโครเมียม 12-13% สำหรับใบพัดกังหันไอน้ำและองค์ประกอบอื่นๆ โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นองค์ประกอบหลัก (นิโมนิกส์) จะใช้สำหรับใบพัดกังหันก๊าซซึ่งมีความสามารถในการรับน้ำหนัก โหลดทางกลจริง และอายุการใช้งานที่ต้องการในการทนต่ออุณหภูมิ 800-850 °C ดังนั้นจึงใช้วิธีที่สองร่วมกับวิธีแรก - ทำให้ชิ้นส่วนที่ร้อนที่สุดเย็นลง

ในการระบายความร้อนให้กับกังหันก๊าซที่ทันสมัยที่สุด อากาศจะต้องมาจากขั้นตอนต่างๆ ของเครื่องอัดอากาศ กังหันก๊าซกำลังทำงานอยู่แล้วโดยใช้ไอน้ำเพื่อระบายความร้อนซึ่งเป็นสารทำความเย็นที่ดีกว่าอากาศ อากาศเย็นหลังจากให้ความร้อนในส่วนที่ระบายความร้อนแล้วจะถูกระบายออกสู่เส้นทางการไหลของกังหันแก๊ส ระบบระบายความร้อนนี้เรียกว่าเปิด มีระบบทำความเย็นแบบปิดซึ่งสารหล่อเย็นที่ให้ความร้อนในชิ้นส่วนจะถูกส่งไปยังตู้เย็นแล้วส่งคืนอีกครั้งเพื่อทำให้ชิ้นส่วนเย็นลง ระบบดังกล่าวไม่เพียงแต่ซับซ้อนเท่านั้น แต่ยังต้องมีการนำความร้อนที่สะสมในตู้เย็นกลับมาใช้ใหม่อีกด้วย

ระบบระบายความร้อนของกังหันก๊าซเป็นระบบที่ซับซ้อนที่สุดในโรงงานผลิตกังหันก๊าซซึ่งกำหนดอายุการใช้งาน ไม่เพียงแต่ให้การบำรุงรักษาเท่านั้น ระดับที่อนุญาตใบมีดทำงานและหัวฉีด รวมถึงส่วนประกอบของตัวเรือน จานที่รองรับใบมีดทำงาน ซีลแบริ่งล็อคที่มีน้ำมันไหลเวียน ฯลฯ ระบบนี้มีความแตกแขนงอย่างมากและได้รับการจัดระเบียบเพื่อให้องค์ประกอบระบายความร้อนแต่ละส่วนได้รับอากาศเย็นตามพารามิเตอร์และในปริมาณที่จำเป็นเพื่อรักษาอุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด การระบายความร้อนของชิ้นส่วนที่มากเกินไปนั้นเป็นอันตรายพอๆ กับการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอ เนื่องจากจะทำให้ต้นทุนการทำความเย็นของอากาศเพิ่มขึ้น ซึ่งการบีบอัดในคอมเพรสเซอร์ต้องใช้พลังงานกังหัน นอกจากนี้ อัตราการไหลของอากาศที่เพิ่มขึ้นเพื่อการทำความเย็นส่งผลให้อุณหภูมิของก๊าซด้านหลังกังหันลดลง ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อการทำงานของอุปกรณ์ที่ติดตั้งด้านหลังหน่วยกังหันก๊าซ (เช่น หน่วยกังหันไอน้ำที่ทำงานเป็นส่วนหนึ่งของไอน้ำ หน่วยกังหัน) สุดท้ายนี้ระบบทำความเย็นต้องจัดให้มีไม่เพียงแค่เท่านั้น ระดับที่ต้องการอุณหภูมิของชิ้นส่วน แต่ยังมีความสม่ำเสมอของการทำความร้อนซึ่งช่วยลดการเกิดความเครียดจากอุณหภูมิที่เป็นอันตรายซึ่งเป็นการกระทำแบบวัฏจักรซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของรอยแตก

รูปนี้แสดงตัวอย่างวงจรการทำความเย็นของกังหันก๊าซทั่วไป ค่าอุณหภูมิของก๊าซจะแสดงในกรอบสี่เหลี่ยม ด้านหน้าเครื่องหัวฉีดขั้นที่ 1 1 ถึง 1350 °C ข้างหลังเขานั่นคือ ด้านหน้าตารางการทำงานขั้นที่ 1 อุณหภูมิ 1130 °C แม้กระทั่งก่อนที่ใบมีดทำงานของขั้นตอนสุดท้ายจะอยู่ที่ระดับ 600 °C ก๊าซที่มีอุณหภูมินี้ล้างหัวฉีดและใบมีดทำงาน และหากไม่เย็นลง อุณหภูมิของก๊าซจะเท่ากับอุณหภูมิของก๊าซและอายุการใช้งานจะถูกจำกัดไว้หลายชั่วโมง

ในการระบายความร้อนให้กับองค์ประกอบของกังหันแก๊ส จะใช้อากาศ โดยนำมาจากคอมเพรสเซอร์ในขั้นตอนนั้นซึ่งความดันจะสูงกว่าความดันของก๊าซที่ใช้งานอยู่ในโซนของกังหันก๊าซที่มีการจ่ายอากาศเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น ในการระบายความร้อนของใบพัดหัวฉีดของระยะที่ 1 อากาศเย็นในปริมาณ 4.5% ของการไหลของอากาศที่ทางเข้าของคอมเพรสเซอร์จะถูกนำมาจากตัวกระจายลมทางออกของคอมเพรสเซอร์ และเพื่อทำให้ใบพัดของระยะสุดท้ายและบริเวณที่อยู่ติดกันเย็นลง ส่วนของตัวเครื่อง - จากขั้นที่ 5 ของคอมเพรสเซอร์ บางครั้ง เพื่อระบายความร้อนให้กับองค์ประกอบที่ร้อนที่สุดของกังหันแก๊ส อากาศที่นำมาจากตัวกระจายลมทางออกของคอมเพรสเซอร์จะถูกส่งไปยังเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศก่อน ซึ่งจะถูกทำให้เย็น (โดยปกติด้วยน้ำ) ที่อุณหภูมิ 180-200 ° C จากนั้นจึงส่งไประบายความร้อน ในกรณีนี้ จำเป็นต้องใช้อากาศน้อยลงในการทำความเย็น แต่ในขณะเดียวกันก็มีค่าใช้จ่ายเกิดขึ้นสำหรับเครื่องทำความเย็นด้วยอากาศ กังหันก๊าซจะมีความซับซ้อนมากขึ้น และความร้อนส่วนหนึ่งที่ถูกกำจัดออกไปโดยน้ำหล่อเย็นก็จะหายไป

กังหันก๊าซมักจะมี 3-4 ระยะ ได้แก่ มีตะแกรง 6-8 แถวและส่วนใหญ่มักจะระบายความร้อนของใบมีดของทุกแถวยกเว้นใบมีดทำงานของขั้นตอนสุดท้าย อากาศสำหรับระบายความร้อนของใบมีดหัวฉีดจะถูกนำเข้าผ่านทางปลายและระบายออกผ่านช่องเปิดจำนวนมาก (600-700 รูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5-0.6 มม.) ซึ่งอยู่ในโซนที่เกี่ยวข้องของโปรไฟล์ อากาศเย็นจะถูกส่งไปยังใบพัดผ่านรูที่ทำที่ปลายก้าน

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการออกแบบใบมีดระบายความร้อน อย่างน้อยก็จำเป็นต้องพิจารณาเทคโนโลยีการผลิตโดยทั่วไป เนื่องจากมีความยากเป็นพิเศษ เครื่องจักรกลสำหรับการผลิตโลหะผสมนิกเกิล การหล่อการลงทุนที่มีความแม่นยำส่วนใหญ่จะใช้ในการผลิตใบมีด เพื่อนำไปใช้งาน ขั้นแรก แท่งหล่อทำจากวัสดุเซรามิกโดยใช้เทคโนโลยีการขึ้นรูปพิเศษและการบำบัดความร้อน แกนหล่อเป็นแบบสำเนาที่แน่นอนของช่องภายในใบมีดในอนาคต ซึ่งอากาศเย็นจะไหลและไหลไปในทิศทางที่ต้องการ แกนหล่อถูกวางในแม่พิมพ์ซึ่งมีช่องภายในซึ่งสอดคล้องกับใบมีดที่ต้องได้รับอย่างสมบูรณ์ พื้นที่ว่างที่เกิดขึ้นระหว่างแท่งและผนังของแม่พิมพ์จะเต็มไปด้วยมวลที่ละลายต่ำที่ได้รับความร้อน (เช่นพลาสติก) ซึ่งจะแข็งตัว ไม้เรียวพร้อมกับมวลแข็งตัวที่ห่อหุ้มอยู่ ทำซ้ำรูปร่างภายนอกของใบมีด ถือเป็นแบบจำลองขี้ผึ้งที่สูญหาย มันถูกวางไว้ในแม่พิมพ์หล่อซึ่งป้อนสารหลอมนิโมนิก ส่วนหลังจะละลายพลาสติก เข้ามาแทนที่ และเป็นผลให้ใบมีดหล่อปรากฏขึ้นพร้อมกับช่องภายในที่เต็มไปด้วยแท่ง แท่งจะถูกลบออกโดยการแกะสลักด้วยสารละลายเคมีพิเศษ ใบมีดหัวฉีดที่ได้นั้นแทบไม่ต้องผ่านกระบวนการทางกลเพิ่มเติม (ยกเว้นการผลิตรูจำนวนมากเพื่อระบายอากาศเย็น) ใบมีดหล่อต้องใช้การประมวลผลก้านโดยใช้เครื่องมือขัดพิเศษ

เทคโนโลยีที่อธิบายโดยย่อนั้นยืมมาจากเทคโนโลยีการบิน ซึ่งอุณหภูมิที่ได้จะสูงกว่าในกังหันไอน้ำแบบอยู่กับที่มาก ความยากลำบากในการเรียนรู้เทคโนโลยีเหล่านี้มีความเกี่ยวข้องกับขนาดใบพัดที่ใหญ่กว่ามากสำหรับโรงงานกังหันก๊าซแบบอยู่กับที่ ซึ่งจะเติบโตตามสัดส่วนของอัตราการไหลของก๊าซ เช่น พลังจีทียู.

การใช้สิ่งที่เรียกว่าใบมีดโมโนคริสตัลไลน์ซึ่งทำจากคริสตัลเดี่ยวดูมีแนวโน้มที่ดีมาก เนื่องจากความจริงที่ว่าการมีขอบเขตของเกรนในระหว่างการสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานานทำให้คุณสมบัติของโลหะเสื่อมลง

โรเตอร์กังหันก๊าซเป็นโครงสร้างสำเร็จรูปที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ก่อนการประกอบ ควรแยกแผ่นดิสก์แต่ละแผ่น 5 คอมเพรสเซอร์และดิสก์ 7 กังหันก๊าซเป็นแบบเบลดและสมดุล ส่วนปลายถูกผลิตขึ้นมา 1 และ 8 , ส่วนเว้นระยะ 11 และสลักเกลียวตัวกลาง 6 . ดิสก์แต่ละแผ่นมีปลอกคอวงแหวนสองอันซึ่งมีการสร้างขน (ตั้งชื่อตามนักประดิษฐ์ - Hirth) - ฟันแนวรัศมีของโปรไฟล์รูปสามเหลี่ยมอย่างเคร่งครัด ชิ้นส่วนที่อยู่ติดกันจะมีปกเสื้อที่เหมือนกันทุกประการและมีด้ามจับที่เหมือนกันทุกประการ ที่ อย่างดีการผลิตการเชื่อมต่อ Hirth ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจัดตำแหน่งที่สมบูรณ์ของดิสก์ที่อยู่ติดกัน (ซึ่งรับประกันรัศมีของ Hirth) และการประกอบซ้ำได้หลังจากแยกชิ้นส่วนโรเตอร์

โรเตอร์ถูกประกอบบนขาตั้งพิเศษซึ่งเป็นลิฟต์ที่มีแท่นวงแหวนสำหรับเจ้าหน้าที่ติดตั้งซึ่งภายในจะทำการประกอบ ขั้นแรกให้ประกอบส่วนปลายของโรเตอร์เข้ากับเกลียว 1 และก้านผูก 6 . ก้านถูกวางในแนวตั้งภายในแท่นวงแหวนและดิสก์ของขั้นที่ 1 ของคอมเพรสเซอร์จะลดลงโดยใช้เครน การจัดกึ่งกลางของดิสก์และส่วนท้ายจะดำเนินการโดยลม เมื่อเลื่อนขึ้นไปบนลิฟต์พิเศษ พนักงานติดตั้งจะดิสก์ทีละดิสก์ [เริ่มจากคอมเพรสเซอร์ จากนั้นจึงตามด้วยส่วนสเปเซอร์ จากนั้นกังหันและส่วนปลายด้านขวา 8 ] ประกอบโรเตอร์ทั้งหมด ขันน็อตเข้าที่ปลายด้านขวา 9 และติดตั้งอุปกรณ์ไฮดรอลิกบนส่วนที่เหลือของส่วนเกลียวของแกนยึดโดยบีบดิสก์และดึงแกนยึดออก หลังจากดึงแกนออกมาแล้วให้ขันน๊อต 9 ขันสกรูเข้าจนสุดและถอดอุปกรณ์ไฮดรอลิกออก ก้านที่ยืดออกจะดึงจานเบรกเข้าด้วยกันและเปลี่ยนโรเตอร์ให้เป็นโครงสร้างแข็งชิ้นเดียวได้อย่างน่าเชื่อถือ โรเตอร์ที่ประกอบแล้วจะถูกถอดออกจากแท่นประกอบ และพร้อมสำหรับการติดตั้งในหน่วยกังหันก๊าซ

ข้อได้เปรียบหลักของกังหันแก๊สคือความกะทัดรัด ประการแรก โรงงานกังหันก๊าซไม่มีหม้อต้มไอน้ำ ซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีความสูงมาก และต้องมีห้องแยกต่างหากในการติดตั้ง สถานการณ์นี้มีความเกี่ยวข้องเป็นหลักด้วย ความดันสูงในห้องเผาไหม้ (1.2-2 MPa) ในหม้อไอน้ำการเผาไหม้เกิดขึ้นที่ความดันบรรยากาศดังนั้นปริมาตรของก๊าซร้อนที่เกิดขึ้นจึงเพิ่มขึ้น 12-20 เท่า นอกจากนี้ในหน่วยกังหันก๊าซ กระบวนการขยายตัวของก๊าซเกิดขึ้นในกังหันก๊าซที่มีขั้นตอนเพียง 3-5 ขั้นตอน ในขณะที่กังหันไอน้ำที่มีกำลังเท่ากันประกอบด้วยกระบอกสูบ 3-4 กระบอกที่มี 25-30 ขั้นตอน แม้จะคำนึงถึงทั้งห้องเผาไหม้และเครื่องอัดอากาศหน่วยกังหันก๊าซที่มีกำลัง 150 เมกะวัตต์ก็มีความยาว 8-12 ม. และความยาวของกังหันไอน้ำที่มีกำลังเท่ากันพร้อมการออกแบบสามสูบก็คือ นานกว่า 1.5 เท่า ในเวลาเดียวกันสำหรับกังหันไอน้ำนอกเหนือจากหม้อไอน้ำแล้วยังจำเป็นต้องจัดให้มีการติดตั้งคอนเดนเซอร์พร้อมปั๊มหมุนเวียนและคอนเดนเสทระบบสร้างใหม่ของเครื่องทำความร้อน 7-9 ตัวป้อนเทอร์โบปั๊ม (ตั้งแต่หนึ่งถึงสาม) และเครื่องกำจัดอากาศ ส่งผลให้สามารถติดตั้งหน่วยกังหันก๊าซบนฐานคอนกรีตที่ระดับศูนย์ของห้องกังหันได้ และหน่วยกังหันไอน้ำต้องใช้ฐานรากที่มีความสูง 9-16 เมตร โดยมีการวางกังหันไอน้ำไว้บน แผ่นฐานรากด้านบนและอุปกรณ์เสริมในห้องควบแน่น

ความกะทัดรัดของกังหันก๊าซทำให้สามารถประกอบที่โรงงานกังหันและส่งไปยังห้องกังหันโดยทางรถไฟหรือถนน เพื่อติดตั้งบนฐานรากที่เรียบง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งหน่วยกังหันก๊าซที่มีห้องเผาไหม้ในตัวจึงถูกขนส่ง เมื่อขนส่งหน่วยกังหันก๊าซที่มีห้องระยะไกล ส่วนหลังจะถูกขนส่งแยกกัน แต่เชื่อมต่อกับคอมเพรสเซอร์ได้อย่างง่ายดายและรวดเร็ว - โมดูลกังหันก๊าซโดยใช้หน้าแปลน กังหันไอน้ำมาพร้อมกับหน่วยและชิ้นส่วนจำนวนมาก การติดตั้งทั้งตัวมันเองและอุปกรณ์เสริมจำนวนมาก และการเชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์เหล่านี้ใช้เวลานานกว่าหน่วยกังหันแก๊สหลายเท่า

หน่วยกังหันก๊าซไม่ต้องการน้ำหล่อเย็น เป็นผลให้หน่วยกังหันก๊าซไม่มีคอนเดนเซอร์และระบบจ่ายน้ำทางเทคนิคพร้อมชุดสูบน้ำและหอทำความเย็น (ถ้า การรีไซเคิลน้ำประปา). เป็นผลให้ทั้งหมดนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าต้นทุนกำลังการผลิตติดตั้ง 1 กิโลวัตต์ของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซนั้นน้อยกว่ามาก ในเวลาเดียวกันค่าใช้จ่ายของหน่วยกังหันก๊าซนั้นเอง (คอมเพรสเซอร์ + ห้องเผาไหม้ + กังหันก๊าซ) เนื่องจากความซับซ้อนจึงกลายเป็นมากกว่าต้นทุนของกังหันไอน้ำที่มีกำลังเท่ากันถึง 3-4 เท่า

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของกังหันก๊าซคือมีความคล่องตัวสูง ซึ่งกำหนดโดยระดับแรงดันต่ำ (เมื่อเทียบกับแรงดันในกังหันไอน้ำ) ดังนั้นจึงให้ความร้อนและความเย็นได้ง่ายโดยไม่เกิดความเครียดและการเสียรูปของอุณหภูมิที่เป็นอันตราย

อย่างไรก็ตาม โรงไฟฟ้ากังหันก๊าซก็มีข้อเสียที่สำคัญเช่นกัน ซึ่งประการแรกจำเป็นต้องสังเกตประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าโรงไฟฟ้าพลังไอน้ำ ประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยของหน่วยกังหันก๊าซที่ค่อนข้างดีอยู่ที่ 37-38% และประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยของหน่วยพลังงานกังหันไอน้ำอยู่ที่ 42-43% เพดานสำหรับกังหันก๊าซกำลังแรงดังที่เห็นในปัจจุบันคือประสิทธิภาพ 41-42% (และอาจสูงกว่านี้โดยคำนึงถึงปริมาณสำรองขนาดใหญ่สำหรับการเพิ่มอุณหภูมิเริ่มต้น) ประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าของกังหันก๊าซมีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิสูงของก๊าซไอเสีย

ข้อเสียอีกประการหนึ่งของโรงไฟฟ้ากังหันก๊าซคือไม่สามารถใช้เชื้อเพลิงคุณภาพต่ำได้อย่างน้อยก็ในปัจจุบัน สามารถทำงานได้ดีกับเชื้อเพลิงก๊าซหรือของเหลวที่ดี เช่น ดีเซล เท่านั้น หน่วยพลังไอน้ำสามารถทำงานได้กับเชื้อเพลิงทุกชนิด รวมถึงคุณภาพต่ำสุดด้วย

ต้นทุนเริ่มต้นที่ต่ำของโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีกังหันก๊าซและในขณะเดียวกันประสิทธิภาพที่ค่อนข้างต่ำและต้นทุนสูงของเชื้อเพลิงที่ใช้และความคล่องตัวจะเป็นตัวกำหนดพื้นที่หลักของการใช้กังหันก๊าซส่วนบุคคล: ในระบบไฟฟ้าที่พวกเขาควรจะเป็น ใช้เป็นแหล่งพลังงานสูงสุดหรือสำรองที่ทำงานหลายชั่วโมงต่อวัน

ในเวลาเดียวกัน สถานการณ์เปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงเมื่อมีการใช้ความร้อนจากก๊าซไอเสียของโรงงานกังหันก๊าซในโรงงานทำความร้อนหรือในวงจรรวม (ก๊าซไอน้ำ)

กังหันความร้อนแบบต่อเนื่องซึ่งพลังงานความร้อนของก๊าซอัดและก๊าซร้อน (โดยปกติคือผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้) จะถูกแปลงเป็นงานหมุนเชิงกลบนเพลา เป็นองค์ประกอบโครงสร้างของเครื่องยนต์กังหันแก๊ส

การให้ความร้อนของก๊าซอัดมักเกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ที่จะให้ความร้อนในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ฯลฯ กังหันก๊าซปรากฏตัวครั้งแรกใน ปลาย XIXวี. เนื่องจากเป็นเครื่องยนต์กังหันแก๊ส และในการออกแบบให้มีความใกล้เคียงกับกังหันไอน้ำ กังหันก๊าซนั้นมีโครงสร้างเป็นชุดของขอบใบมีดที่อยู่นิ่งซึ่งจัดวางอย่างเป็นระเบียบของอุปกรณ์หัวฉีดและขอบหมุนของใบพัดซึ่งส่งผลให้เกิดส่วนที่ไหล ระยะกังหันเป็นอุปกรณ์หัวฉีดที่รวมกับใบพัด เวทีประกอบด้วยสเตเตอร์ ซึ่งรวมถึงชิ้นส่วนที่อยู่นิ่ง (ตัวเรือน ใบมีดหัวฉีด วงแหวนพันผ้าพันแผล) และโรเตอร์ ซึ่งเป็นชุดของชิ้นส่วนที่หมุนได้ (เช่น ใบมีดหมุน จาน เพลา)

การจำแนกประเภทของกังหันแก๊สนั้นดำเนินการตามหลาย ๆ อย่าง คุณสมบัติการออกแบบ: ตามทิศทางการไหลของก๊าซ จำนวนขั้นตอน วิธีใช้ความแตกต่างของความร้อน และวิธีการจ่ายก๊าซให้กับใบพัด ขึ้นอยู่กับทิศทางการไหลของก๊าซ กังหันก๊าซสามารถแยกแยะได้ระหว่างแนวแกน (ที่พบบ่อยที่สุด) และแนวรัศมี รวมถึงแนวทแยงและแนวสัมผัส ในกังหันก๊าซตามแนวแกน การไหลในส่วนเส้นลมปราณจะถูกลำเลียงไปตามแกนทั้งหมดของกังหันเป็นหลัก ในกังหันแนวรัศมีตรงกันข้ามจะตั้งฉากกับแกน กังหันเรเดียลแบ่งออกเป็น centripetal และ centrifugal ในกังหันแนวทแยง ก๊าซจะไหลในมุมหนึ่งกับแกนการหมุนของกังหัน ใบพัดของกังหันในแนวดิ่งไม่มีใบพัด กังหันดังกล่าวใช้สำหรับการไหลของก๊าซที่ต่ำมาก มักใช้ในเครื่องมือวัด กังหันก๊าซมีทั้งแบบเดี่ยว สองขั้นตอน และหลายขั้นตอน

จำนวนขั้นตอนจะขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย: วัตถุประสงค์ของกังหัน การออกแบบ กำลังทั้งหมดที่พัฒนาขึ้นในขั้นตอนเดียว รวมถึงแรงดันตกคร่อมที่ถูกกระตุ้น ตามวิธีการใช้ความแตกต่างของความร้อนที่มีอยู่จะมีความแตกต่างระหว่างกังหันที่มีระดับความเร็วซึ่งมีเพียงการไหลเท่านั้นที่เปลี่ยนในใบพัดโดยไม่เปลี่ยนแรงดัน (กังหันที่ใช้งานอยู่) และกังหันที่มีระดับแรงดันซึ่งแรงดัน ลดลงทั้งในอุปกรณ์หัวฉีดและบนใบพัดโรเตอร์ (กังหันไอพ่น) ในกังหันก๊าซบางส่วน ก๊าซจะถูกส่งไปยังใบพัดตามส่วนของเส้นรอบวงของอุปกรณ์หัวฉีดหรือตามเส้นรอบวงทั้งหมด

ในกังหันแบบหลายขั้นตอน กระบวนการแปลงพลังงานประกอบด้วยกระบวนการตามลำดับจำนวนหนึ่งในแต่ละขั้นตอน ก๊าซอัดและความร้อนจะถูกส่งไปยังช่องระหว่างเบลดของอุปกรณ์หัวฉีดด้วยความเร็วเริ่มต้น โดยที่ในระหว่างกระบวนการขยาย ความแตกต่างของความร้อนที่มีอยู่บางส่วนจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของไอพ่นที่ไหลออก การขยายตัวของก๊าซเพิ่มเติมและการแปลงการถ่ายเทความร้อนเป็นงานที่มีประโยชน์เกิดขึ้นในช่องระหว่างใบพัดของใบพัด การไหลของก๊าซที่กระทำต่อใบพัดทำให้เกิดแรงบิดบนเพลาหลักของกังหัน ในกรณีนี้ ความเร็วของก๊าซสัมบูรณ์จะลดลง ยิ่งความเร็วนี้ต่ำลงเท่าไร ส่วนใหญ่พลังงานก๊าซถูกแปลงเป็นงานเครื่องกลบนเพลากังหัน

ประสิทธิภาพบ่งบอกถึงประสิทธิภาพของกังหันก๊าซ ซึ่งเป็นอัตราส่วนของงานที่แยกออกจากเพลาต่อพลังงานก๊าซที่มีอยู่ด้านหน้ากังหัน ประสิทธิภาพประสิทธิผลของกังหันหลายขั้นตอนสมัยใหม่ค่อนข้างสูงและสูงถึง 92-94%

หลักการทำงานของกังหันแก๊สมีดังนี้: ก๊าซถูกสูบเข้าไปในห้องเผาไหม้โดยคอมเพรสเซอร์ ผสมกับอากาศ สร้างส่วนผสมของเชื้อเพลิงและจุดติดไฟ ผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นที่มีอุณหภูมิสูง (900-1200 ° C) ผ่านใบมีดหลายแถวที่ติดตั้งอยู่บนเพลากังหันและนำไปสู่การหมุนของกังหัน พลังงานกลที่เกิดขึ้นของเพลาจะถูกส่งผ่านกระปุกเกียร์ไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า

พลังงานความร้อนก๊าซที่ออกจากกังหันจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน นอกจากนี้ แทนที่จะผลิตไฟฟ้า พลังงานกลของกังหันสามารถใช้เพื่อควบคุมปั๊ม คอมเพรสเซอร์ ฯลฯ ต่างๆ เชื้อเพลิงที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับกังหันก๊าซคือก๊าซธรรมชาติ แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่รวมความเป็นไปได้ในการใช้เชื้อเพลิงก๊าซอื่นๆ ก็ตาม แต่ในขณะเดียวกัน กังหันก๊าซก็มีความไม่แน่นอนอย่างมากและมีความต้องการคุณภาพในการเตรียมเพิ่มขึ้น (จำเป็นต้องมีการรวมเชิงกลและความชื้นบางอย่าง)

อุณหภูมิของก๊าซที่เล็ดลอดออกมาจากกังหันคือ 450-550 °C อัตราส่วนเชิงปริมาณของพลังงานความร้อนต่อพลังงานไฟฟ้าสำหรับกังหันก๊าซอยู่ในช่วง 1.5: 1 ถึง 2.5: 1 ซึ่งทำให้สามารถสร้างระบบโคเจนเนอเรชั่นที่แตกต่างกันตามประเภทของสารหล่อเย็น:

1) การใช้ก๊าซไอเสียร้อนโดยตรง (โดยตรง)
2) การผลิตไอน้ำแรงดันต่ำหรือปานกลาง (8-18 กก./ซม.2) ในหม้อต้มภายนอก
3) การผลิต น้ำร้อน(จะดีกว่าเมื่ออุณหภูมิที่ต้องการเกิน 140 °C)
4) การผลิตไอน้ำแรงดันสูง

นักวิทยาศาสตร์โซเวียต B. S. Stechkin, G. S. Zhiritsky, N. R. Briling, V. V. Uvarov, K. V. Kholshchevikov, I. I. Kirillov และคนอื่น ๆ มีส่วนสนับสนุนอย่างมากในการพัฒนากังหันก๊าซ การสร้างกังหันก๊าซสำหรับหน่วยกังหันก๊าซแบบอยู่กับที่และแบบเคลื่อนที่ได้ประสบความสำเร็จ บริษัทต่างประเทศ(Swiss Brown-Boveri ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ชาวสโลวาเกียชื่อดัง A. Stodola ทำงานและ Sulzer, American General Electric เป็นต้น)

ใน การพัฒนาต่อไปกังหันก๊าซขึ้นอยู่กับความเป็นไปได้ในการเพิ่มอุณหภูมิของก๊าซที่ด้านหน้ากังหัน นี่เป็นเพราะการสร้างวัสดุทนความร้อนใหม่และระบบระบายความร้อนที่เชื่อถือได้สำหรับเบลดทำงานพร้อมการปรับปรุงส่วนการไหลอย่างมีนัยสำคัญ ฯลฯ

ต้องขอบคุณการเปลี่ยนแปลงที่แพร่หลายในทศวรรษ 1990 กังหันก๊าซมีส่วนสำคัญในตลาดสำหรับการใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงหลักในการผลิตพลังงานไฟฟ้า แม้ว่า ประสิทธิภาพสูงสุดอุปกรณ์สามารถทำได้ที่กำลัง 5 MW และสูงกว่า (สูงถึง 300 MW) ผู้ผลิตบางรายผลิตแบบจำลองในช่วง 1-5 MW

กังหันก๊าซใช้ในโรงงานการบินและโรงไฟฟ้า

ก่อนหน้านี้: เครื่องวิเคราะห์ก๊าซ
กำลังติดตาม: เครื่องยนต์แก๊ส

หมวดหมู่: อุตสาหกรรมบน G

โรงไฟฟ้าที่มีกำลังค่อนข้างต่ำอาจรวมถึงเครื่องยนต์กังหันก๊าซ (GTE) และเครื่องยนต์ลูกสูบ (RP) ในเรื่องนี้ลูกค้ามักมีคำถามว่า ไดรฟ์ไหนดีกว่ากัน. และแม้ว่าจะเป็นไปไม่ได้ที่จะตอบอย่างชัดเจน แต่จุดประสงค์ของบทความนี้คือความพยายามที่จะเข้าใจปัญหานี้

การแนะนำ

การเลือกประเภทของเครื่องยนต์และจำนวนเครื่องยนต์เพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้าทุกขนาดถือเป็นงานด้านเทคนิคและเศรษฐกิจที่ซับซ้อน ความพยายามที่จะเปรียบเทียบเครื่องยนต์ลูกสูบและเครื่องยนต์กังหันก๊าซ เนื่องจากระบบขับเคลื่อนส่วนใหญ่มักใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิง ข้อดีและข้อเสียพื้นฐานได้รับการวิเคราะห์ในเอกสารทางเทคนิค ในโบรชัวร์โฆษณาของผู้ผลิตโรงไฟฟ้าที่มีเครื่องยนต์ลูกสูบ และแม้แต่บนอินเทอร์เน็ต

ตามกฎแล้ว มีการให้ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับความแตกต่างในการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงและราคาของเครื่องยนต์ โดยไม่คำนึงถึงกำลังและสภาพการใช้งาน มักสังเกตกันว่าควรกำหนดโรงไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิต 10-12 เมกะวัตต์โดยใช้เครื่องยนต์ลูกสูบและสำหรับโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่ใช้เครื่องยนต์กังหันแก๊ส คำแนะนำเหล่านี้ไม่ควรถือเป็นสัจพจน์ สิ่งหนึ่งที่ชัดเจน: เครื่องยนต์แต่ละประเภทมีข้อดีและข้อเสียของตัวเอง และเมื่อเลือกไดรฟ์ อย่างน้อยก็จำเป็นต้องมีเกณฑ์เชิงปริมาณสำหรับการประเมิน

ปัจจุบันตลาดพลังงานของรัสเซียมีเครื่องยนต์ลูกสูบและกังหันก๊าซให้เลือกมากมาย ในบรรดาเครื่องยนต์ลูกสูบ เครื่องยนต์นำเข้ามีชัย และในบรรดาเครื่องยนต์กังหันแก๊ส เครื่องยนต์ในประเทศก็มีชัยเหนือ

ข้อมูลเกี่ยวกับลักษณะทางเทคนิคของเครื่องยนต์กังหันก๊าซและโรงไฟฟ้าที่เสนอให้ดำเนินการในรัสเซียนั้นได้รับการเผยแพร่เป็นประจำในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาใน "แคตตาล็อกอุปกรณ์กังหันก๊าซ"

ข้อมูลที่คล้ายกันเกี่ยวกับเครื่องยนต์ลูกสูบและโรงไฟฟ้าที่เป็นส่วนหนึ่งของนั้นสามารถรวบรวมได้จากโบรชัวร์โฆษณาของบริษัทรัสเซียและต่างประเทศที่จัดหาอุปกรณ์นี้เท่านั้น ข้อมูลเกี่ยวกับต้นทุนของเครื่องยนต์และโรงไฟฟ้ามักไม่ได้รับการเผยแพร่ และข้อมูลที่เผยแพร่มักไม่เป็นความจริง

การเปรียบเทียบโดยตรงของเครื่องยนต์ลูกสูบและเครื่องยนต์กังหันแก๊ส

การประมวลผลข้อมูลที่มีอยู่ทำให้เราสามารถสร้างตารางด้านล่างนี้ ซึ่งมีการประเมินข้อดีและข้อเสียของเครื่องยนต์ลูกสูบและกังหันก๊าซทั้งเชิงปริมาณและเชิงคุณภาพ น่าเสียดายที่คุณลักษณะบางอย่างนำมาจากสื่อโฆษณา ซึ่งมีความถูกต้องครบถ้วนซึ่งตรวจสอบได้ยากหรือแทบเป็นไปไม่ได้เลย ข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการตรวจสอบประสิทธิภาพของเครื่องยนต์และโรงไฟฟ้าแต่ละเครื่อง ไม่ได้รับการเผยแพร่ โดยมีข้อยกเว้นที่หายาก

โดยปกติแล้ว ตัวเลขที่ให้ไว้จะเป็นตัวเลขทั่วไป สำหรับเครื่องยนต์เฉพาะ ตัวเลขเหล่านี้จะเป็นตัวเลขเฉพาะบุคคลอย่างเคร่งครัด นอกจากนี้บางส่วนยังได้รับตาม มาตรฐานไอเอสโอและสภาพการทำงานจริงของเครื่องยนต์แตกต่างอย่างมากจากสภาพมาตรฐาน

ข้อมูลที่ให้ไว้เท่านั้นที่ให้ ลักษณะเชิงคุณภาพเครื่องยนต์และไม่สามารถนำมาใช้ในการเลือกอุปกรณ์สำหรับโรงไฟฟ้าเฉพาะได้ สามารถแสดงความคิดเห็นบางส่วนสำหรับแต่ละตำแหน่งในตารางได้

ดัชนี	ประเภทของเครื่องยนต์
ดัชนี	ลูกสูบ	กังหันก๊าซ
ช่วงกำลังเครื่องยนต์ (ISO), เมกะวัตต์	0.1 - 16.0	0.03 - 265.0
การเปลี่ยนแปลงกำลังที่อุณหภูมิภายนอกคงที่	มีเสถียรภาพมากขึ้นเมื่อโหลดลดลง 50% ประสิทธิภาพลดลง 8-10%	มีเสถียรภาพน้อยลงเมื่อโหลดลดลง 50% ประสิทธิภาพลดลง 50%
อิทธิพลของอุณหภูมิอากาศภายนอกที่มีต่อกำลังเครื่องยนต์	แทบไม่มีผลเลย	เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -20°C พลังงานจะเพิ่มขึ้นประมาณ 10-20% เมื่อเพิ่มขึ้นถึง +30°C พลังงานจะลดลง 15-20%
อิทธิพลของอุณหภูมิอากาศภายนอกที่มีต่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์	แทบไม่มีผลเลย	เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง -20°C ประสิทธิภาพจะเพิ่มขึ้นประมาณ 1.5% abs
เชื้อเพลิง	ก๊าซของเหลว	ก๊าซ, ของเหลว (สั่งพิเศษ)
แรงดันก๊าซเชื้อเพลิงที่ต้องการ MPa	0.01 - 0.035	มากกว่า 1.2
ประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าเมื่อใช้ก๊าซ (ISO)	จาก 31% เป็น 48%	ในรอบง่าย ๆ จาก 25% ถึง 38% ในรอบรวม - จาก 41% ถึง 55%
อัตราส่วนกำลังไฟฟ้าและปริมาณความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่, เมกะวัตต์/เมกะวัตต์ (ISO)	1/(0.95-1.3)	1/(1.4-4.0)
ความเป็นไปได้ของการใช้ความร้อนจากไอเสียที่นำกลับมาใช้ใหม่	สำหรับทำความร้อนน้ำให้มีอุณหภูมิสูงกว่า 115°C เท่านั้น	สำหรับการผลิตไอน้ำเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า เครื่องทำความเย็น การแยกเกลือออกจากน้ำ ฯลฯ เพื่อให้น้ำร้อนที่อุณหภูมิ 150°C
อิทธิพลของอุณหภูมิอากาศภายนอกต่อปริมาณความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่	แทบไม่มีผลเลย	เมื่ออุณหภูมิของอากาศลดลงปริมาณความร้อนต่อหน้าอุปกรณ์ใบมีดแบบปรับได้ในกังหันแก๊สแทบจะไม่ลดลงเลย แต่เมื่อไม่มีก็จะลดลง
ทรัพยากรมอเตอร์, h	เพิ่มเติม: สูงถึง 300,000 สำหรับเครื่องยนต์ความเร็วปานกลาง	น้อยกว่า: สูงสุด 100,000
อัตราการเพิ่มขึ้นของต้นทุนการดำเนินงานพร้อมกับอายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้น	สูงน้อย	สูงกว่า
น้ำหนักหน่วยกำลัง (เครื่องยนต์พร้อมเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและอุปกรณ์เสริม) กิโลกรัม/กิโลวัตต์	สูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด: 22.5	ลดลงอย่างเห็นได้ชัด: 10
ขนาดของหน่วยกำลัง, ม	เพิ่มเติม: 18.3x5.0x5.9 พร้อมหน่วยกำลัง 16 MW ไม่มีระบบทำความเย็น	น้อยกว่า: 19.9x5.2x3.8 พร้อมหน่วยหน่วยกำลังไฟฟ้า 25 MW
ปริมาณการใช้น้ำมันจำเพาะ g/kW*h	0.3 - 0.4	0.05
จำนวนการเริ่มต้น	ไม่จำกัดและไม่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ที่ลดลง	ไม่จำกัดแต่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของมอเตอร์ที่ลดลง
การบำรุงรักษา	การซ่อมแซมสามารถทำได้ที่ไซต์งานและใช้เวลาน้อยลง	สามารถซ่อมแซมได้ที่สถานที่พิเศษ
ค่าใช้จ่ายในการยกเครื่อง	ถูกกว่า	แพง
นิเวศวิทยา	เฉพาะเจาะจง - เป็น mg/m3 - มากกว่า แต่ปริมาณการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายใน m3 นั้นน้อยกว่า	เฉพาะเจาะจง - เป็น mg/m3 - น้อยกว่า แต่ปริมาตรการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในหน่วย m3 นั้นมากกว่า
ต้นทุนหน่วยกำลัง	น้อยกว่าสำหรับหน่วยกำลังเครื่องยนต์สูงสุด 3.5 MW	น้อยกว่าสำหรับหน่วยกำลังเครื่องยนต์มากกว่า 3.5 MW

ตลาดพลังงานมีเครื่องยนต์ให้เลือกมากมายโดยมีลักษณะทางเทคนิคที่แตกต่างกันอย่างมาก การแข่งขันระหว่างเครื่องยนต์ประเภทที่พิจารณาเป็นไปได้เฉพาะในช่วงหน่วยพลังงานไฟฟ้าสูงสุด 16 MW เมื่อมีกำลังสูงกว่า เครื่องยนต์กังหันก๊าซจะเข้ามาแทนที่เครื่องยนต์ลูกสูบเกือบทั้งหมด

ต้องคำนึงว่ามอเตอร์แต่ละตัวมีลักษณะเฉพาะของตัวเองและควรใช้เฉพาะสิ่งเหล่านี้เมื่อเลือกประเภทของไดรฟ์ สิ่งนี้ทำให้สามารถกำหนดองค์ประกอบของอุปกรณ์หลักของโรงไฟฟ้าที่มีกำลังไฟที่กำหนดได้ในหลายตัวเลือก ประการแรกคือกำลังไฟฟ้าและจำนวนเครื่องยนต์ที่ต้องการ ตัวเลือกที่หลากหลายทำให้ยากต่อการเลือกประเภทเครื่องยนต์ที่ต้องการ

เกี่ยวกับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ลูกสูบและกังหันก๊าซ

คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของเครื่องยนต์ในโรงไฟฟ้าคือประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้า (EP) ซึ่งกำหนดปริมาณการใช้ก๊าซหลัก แต่ไม่ใช่ปริมาณการใช้ก๊าซทั้งหมด การประมวลผลข้อมูลทางสถิติเกี่ยวกับค่าประสิทธิภาพทำให้สามารถแสดงขอบเขตการใช้งานได้อย่างชัดเจนซึ่งตามตัวบ่งชี้นี้ เครื่องยนต์ประเภทหนึ่งมีข้อได้เปรียบเหนืออีกประเภทหนึ่ง

ตำแหน่งสัมพัทธ์และโครงร่างของทั้งสามแบบที่ถูกเน้นไว้ในรูปที่ 1 1 โซนภายในซึ่งมีภาพจุดของค่าไฟฟ้าอยู่ ประสิทธิภาพต่างๆเครื่องยนต์ช่วยให้เราได้ข้อสรุปบางประการ:

อย่างไรก็ตาม ปัจจัยเหล่านี้ไม่ใช่เหตุผลที่จะให้ความสำคัญกับเครื่องยนต์ลูกสูบ แม้ว่าโรงไฟฟ้าจะผลิตได้เพียงพลังงานไฟฟ้า แต่การคำนวณเชิงเศรษฐศาสตร์จะต้องดำเนินการเมื่อเปรียบเทียบตัวเลือกองค์ประกอบอุปกรณ์กับเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ มีความจำเป็นต้องพิสูจน์ว่าต้นทุนของก๊าซที่ประหยัดจะครอบคลุมส่วนต่างของต้นทุนของเครื่องยนต์ลูกสูบและกังหันก๊าซรวมถึงอุปกรณ์เพิ่มเติมสำหรับพวกเขา ไม่สามารถกำหนดปริมาณก๊าซที่ประหยัดได้หากไม่ทราบโหมดการทำงานของสถานีจ่ายไฟฟ้าในฤดูหนาวและฤดูหนาว เวลาฤดูร้อน. ตามหลักการแล้ว ควรทราบโหลดไฟฟ้าที่ต้องการ - สูงสุด (วันทำงานในฤดูหนาว) และขั้นต่ำ (สุดสัปดาห์ในฤดูร้อน)

การใช้พลังงานทั้งไฟฟ้าและความร้อน

หากโรงไฟฟ้าต้องผลิตไม่เพียงแต่พลังงานไฟฟ้าเท่านั้นแต่ยัง พลังงานความร้อนจึงจำเป็นต้องพิจารณาว่าแหล่งใดที่สามารถครอบคลุมการใช้ความร้อนได้ ตามกฎแล้ว มีสองแหล่งที่มาดังกล่าว - ความร้อนของเครื่องยนต์ที่นำกลับมาใช้ใหม่ และ/หรือห้องหม้อไอน้ำ

เครื่องยนต์ลูกสูบใช้ความร้อนของน้ำมันหล่อเย็น อากาศอัด และก๊าซไอเสีย ในขณะที่เครื่องยนต์กังหันก๊าซใช้ความร้อนจากก๊าซไอเสียเท่านั้น ปริมาณความร้อนหลักจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่จากก๊าซไอเสียโดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเหลือทิ้ง (RHE)

ปริมาณความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์เพื่อผลิตไฟฟ้าและสภาพภูมิอากาศ การประเมินโหมดการทำงานของเครื่องยนต์ไม่ถูกต้องใน เวลาฤดูหนาวจะนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการกำหนดปริมาณความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่และการเลือกกำลังการผลิตติดตั้งของโรงต้มน้ำไม่ถูกต้อง

กราฟในรูปที่ 2 แสดงความเป็นไปได้ในการปล่อยความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่จากเครื่องยนต์กังหันแก๊สและลูกสูบเพื่อวัตถุประสงค์ในการจ่ายความร้อน จุดบนเส้นโค้งสอดคล้องกับข้อมูลของผู้ผลิตเกี่ยวกับความสามารถของอุปกรณ์ที่มีอยู่สำหรับการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ ผู้ผลิตจะติดตั้ง UTO ที่แตกต่างกันบนเครื่องยนต์ที่ใช้กำลังไฟฟ้าเท่ากัน โดยขึ้นอยู่กับงานเฉพาะ

ข้อดีของเครื่องยนต์กังหันแก๊สในแง่ของการสร้างความร้อนนั้นไม่อาจปฏิเสธได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมอเตอร์ที่มีกำลังไฟฟ้า 2-10 MW ซึ่งอธิบายได้จากประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำ เมื่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์กังหันแก๊สเพิ่มขึ้น ปริมาณความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่จะต้องลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

เมื่อเลือกเครื่องยนต์ลูกสูบสำหรับจ่ายพลังงานและความร้อนให้กับโรงงานเฉพาะ ความจำเป็นในการใช้ห้องหม้อไอน้ำซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโรงไฟฟ้าแทบจะไม่ต้องสงสัยเลย การทำงานของห้องหม้อไอน้ำต้องใช้ก๊าซเพิ่มขึ้นเกินกว่าที่จำเป็นในการผลิตกระแสไฟฟ้า คำถามเกิดขึ้นว่าต้นทุนก๊าซสำหรับจ่ายไฟของโรงงานแตกต่างกันอย่างไร หากในกรณีหนึ่งใช้เฉพาะเครื่องยนต์กังหันก๊าซที่มีการนำความร้อนกลับคืนจากก๊าซไอเสียเท่านั้น และในอีกกรณีหนึ่งคือใช้เครื่องยนต์ลูกสูบที่มีการนำความร้อนกลับคืนและห้องหม้อไอน้ำ . หลังจากศึกษาคุณลักษณะการใช้ไฟฟ้าและความร้อนของวัตถุอย่างละเอียดแล้วเท่านั้นจึงจะสามารถตอบคำถามนี้ได้

หากเราสมมติว่าการใช้ความร้อนโดยประมาณของวัตถุสามารถถูกปกคลุมอย่างสมบูรณ์ด้วยความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่ของเครื่องยนต์กังหันแก๊ส และการขาดความร้อนเมื่อใช้เครื่องยนต์ลูกสูบนั้นได้รับการชดเชยโดยห้องหม้อไอน้ำ ก็เป็นไปได้ที่จะระบุธรรมชาติ ของการเปลี่ยนแปลงปริมาณการใช้ก๊าซทั้งหมดสำหรับการจัดหาพลังงานของวัตถุ

การใช้ข้อมูลในรูป 1 และ 2 เป็นไปได้สำหรับจุดคุณลักษณะของโซนที่ทำเครื่องหมายไว้ในรูปที่ 1 1 รับข้อมูลเกี่ยวกับการประหยัดแก๊สหรือการใช้ส่วนเกินเมื่อใช้ไดรฟ์ประเภทต่างๆ นำเสนอในตาราง:

ค่าสัมบูรณ์ของการประหยัดก๊าซนั้นใช้ได้กับวัตถุเฉพาะเท่านั้นซึ่งมีลักษณะรวมอยู่ในการคำนวณ แต่ลักษณะทั่วไปของการพึ่งพานั้นสะท้อนให้เห็นอย่างถูกต้อง ได้แก่:
ด้วยค่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ค่อนข้างใกล้เคียง (ต่างกันมากถึง 10%) การใช้เครื่องยนต์ลูกสูบและห้องหม้อไอน้ำทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากเกินไป

ด้วยค่าประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ค่อนข้างใกล้เคียง (ต่างกันมากถึง 10%) การใช้เครื่องยนต์ลูกสูบและห้องหม้อไอน้ำทำให้สิ้นเปลืองเชื้อเพลิงมากเกินไป
หากค่าประสิทธิภาพต่างกันมากกว่า 10% การทำงานของเครื่องยนต์ลูกสูบและห้องหม้อไอน้ำจะต้องใช้ก๊าซน้อยกว่าเครื่องยนต์กังหันแก๊ส
มีจุดหนึ่งที่มีการประหยัดแก๊สสูงสุดเมื่อใช้เครื่องยนต์ลูกสูบและห้องหม้อไอน้ำซึ่งความแตกต่างระหว่างค่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์คือ 13-14%
ยิ่งค่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ลูกสูบสูงขึ้นและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์กังหันแก๊สยิ่งต่ำลง จะช่วยประหยัดแก๊สได้มากขึ้นเท่านั้น

เป็นอาหารเสริม

ตามกฎแล้วงานไม่ จำกัด เฉพาะการเลือกประเภทของไดรฟ์เท่านั้นจำเป็นต้องกำหนดองค์ประกอบของอุปกรณ์หลักของโรงไฟฟ้า - ประเภทของหน่วย, จำนวน, อุปกรณ์เสริม

การเลือกใช้เครื่องยนต์เพื่อผลิตไฟฟ้าตามปริมาณที่ต้องการจะกำหนดความเป็นไปได้ในการสร้างความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่ ในกรณีนี้จำเป็นต้องคำนึงถึงคุณลักษณะทั้งหมดของการเปลี่ยนแปลงในลักษณะทางเทคนิคของเครื่องยนต์ที่เกี่ยวข้องกับสภาพภูมิอากาศโดยธรรมชาติ โหลดไฟฟ้าและพิจารณาผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ต่อการปลดปล่อยความร้อนที่นำกลับมาใช้ใหม่

นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องจำไว้ว่าโรงไฟฟ้าไม่ได้มีเพียงเครื่องยนต์เท่านั้น ไซต์ของมันมักจะเป็นที่ตั้งของโครงสร้างเสริมมากกว่าหนึ่งโหล ซึ่งการดำเนินการยังส่งผลต่อด้านเทคนิคและด้วย ตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจโรงไฟฟ้า.

ตามที่ระบุไว้แล้วองค์ประกอบของอุปกรณ์โรงไฟฟ้าจากมุมมองทางเทคนิคสามารถเกิดขึ้นได้หลายตัวเลือกดังนั้นตัวเลือกสุดท้ายจึงสามารถพิสูจน์ได้จากมุมมองทางเศรษฐกิจเท่านั้น

ในขณะเดียวกันความรู้เกี่ยวกับคุณลักษณะของเครื่องยนต์เฉพาะและผลกระทบต่อประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้าในอนาคตเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง เมื่อทำการคำนวณเชิงเศรษฐศาสตร์ จะต้องคำนึงถึงอายุการใช้งาน การบำรุงรักษา ระยะเวลา และต้นทุนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การซ่อมแซมที่สำคัญ. ตัวบ่งชี้เหล่านี้เป็นรายบุคคลสำหรับเครื่องยนต์แต่ละเครื่อง โดยไม่คำนึงถึงประเภทของเครื่องยนต์

ไม่สามารถตัดอิทธิพลของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่มีต่อการเลือกประเภทของเครื่องยนต์สำหรับโรงไฟฟ้าได้ สภาพบรรยากาศในพื้นที่ที่จะเดินเครื่องของโรงไฟฟ้าอาจเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดประเภทของเครื่องยนต์ (โดยไม่คำนึงถึงการพิจารณาทางเศรษฐกิจใดๆ)

ตามที่ระบุไว้แล้วไม่มีการเผยแพร่ข้อมูลเกี่ยวกับต้นทุนของเครื่องยนต์และโรงไฟฟ้าตามข้อมูลเหล่านี้ ผู้ผลิตหรือซัพพลายเออร์อุปกรณ์อ้างถึงความแตกต่างที่เป็นไปได้ในการกำหนดค่า เงื่อนไขการจัดส่ง และเหตุผลอื่นๆ หลังจากกรอกแบบสอบถามของบริษัทแล้วเท่านั้นจึงจะนำเสนอราคา ดังนั้นข้อมูลในตารางแรกว่าราคาเครื่องยนต์ลูกสูบที่มีกำลังไม่เกิน 3.5 เมกะวัตต์ต่ำกว่าราคาเครื่องยนต์กังหันแก๊สที่มีกำลังเท่ากันอาจไม่ถูกต้อง

บทสรุป

ดังนั้นในระดับพลังงานต่อหน่วยสูงถึง 16 MW จึงไม่สามารถให้ความพึงพอใจที่ชัดเจนกับเครื่องยนต์กังหันก๊าซหรือลูกสูบได้ เฉพาะการวิเคราะห์อย่างละเอียดเกี่ยวกับสภาพการทำงานที่คาดหวังของโรงไฟฟ้าเฉพาะสำหรับการผลิตไฟฟ้าและความร้อน (โดยคำนึงถึงลักษณะของเครื่องยนต์เฉพาะและปัจจัยทางเศรษฐกิจหลายประการ) เท่านั้นที่จะทำให้สามารถปรับการเลือกประเภทเครื่องยนต์ได้อย่างเต็มที่ บริษัทที่เชี่ยวชาญสามารถกำหนดองค์ประกอบของอุปกรณ์ได้ในระดับมืออาชีพ

อ้างอิง

Gabich A. การประยุกต์ใช้เครื่องยนต์กังหันก๊าซพลังงานต่ำในภาคพลังงาน // เทคโนโลยีกังหันก๊าซ พ.ศ.2546 ฉบับที่ 6 หน้า 30-31.
Burov V.D. เครื่องยนต์กังหันแก๊สและลูกสูบแก๊ส โรงไฟฟ้าพลังงานต่ำ // วารสารการขุด. 2547 ฉบับพิเศษ. หน้า 87-89,133.
แคตตาล็อกอุปกรณ์กังหันแก๊ส // เทคโนโลยีกังหันแก๊ส 2548 หน้า 208.
Salikhov A. A. , Fatkulin R. M. , Abrahmanov P. P. , Shchaulov V. Yu. การพัฒนา mini-CHP โดยใช้เครื่องยนต์ลูกสูบแก๊สในสาธารณรัฐ Bashkortostan // ข่าวการจัดหาความร้อน 2546 ฉบับที่ 11. หน้า 24-30.

บทความนี้มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยนำมาจากนิตยสาร "Turbines and Diesels" ฉบับที่ 1(2) ประจำปี 2549
ผู้เขียน - วี.พี. Vershinsky, Gazpromenergoservice LLC

พวกเขาพูดในข่าวเป็นครั้งคราวว่าตัวอย่างเช่นที่โรงไฟฟ้าเขตของรัฐการก่อสร้าง CCGT ขนาด 400 เมกะวัตต์กำลังดำเนินไปอย่างเต็มที่และที่ CHPP-2 อีกแห่งหนึ่งจะมีการติดตั้งหน่วยกังหันก๊าซ มีการนำเมกะวัตต์ไปดำเนินการจำนวนมาก เหตุการณ์ดังกล่าวได้รับการเขียนและครอบคลุมเนื่องจากการรวมหน่วยที่ทรงพลังและมีประสิทธิภาพดังกล่าวไม่เพียง แต่เป็น "เห็บ" ในการดำเนินโครงการของรัฐเท่านั้น แต่ยังเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าระบบพลังงานในภูมิภาคและแม้แต่การเพิ่มขึ้นอย่างแท้จริงอีกด้วย ระบบพลังงานแบบครบวงจร

แต่ฉันอยากจะแจ้งให้คุณทราบไม่เกี่ยวกับการดำเนินโครงการของรัฐหรือตัวบ่งชี้การคาดการณ์ แต่เกี่ยวกับ PSU และ GTU ไม่เพียงแต่คนทั่วไปเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวิศวกรพลังงานมือใหม่ด้วยที่อาจสับสนในสองคำนี้

เริ่มจากสิ่งที่ง่ายกว่ากันก่อน

GTU - หน่วยกังหันก๊าซ - คือกังหันก๊าซและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่รวมอยู่ในตัวเครื่องเดียว มีประโยชน์ในการติดตั้งที่โรงไฟฟ้าพลังความร้อน สิ่งนี้มีประสิทธิภาพ และการสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนขึ้นใหม่หลายแห่งมีเป้าหมายเพื่อติดตั้งกังหันดังกล่าวเท่านั้น

นี่คือวงจรการทำงานของสถานีระบายความร้อนอย่างง่าย:

ก๊าซ (เชื้อเพลิง) เข้าสู่หม้อต้ม ซึ่งจะเผาไหม้และถ่ายเทความร้อนไปยังน้ำ ซึ่งออกจากหม้อต้มเป็นไอน้ำและหมุนกังหันไอน้ำ และกังหันไอน้ำจะเปลี่ยนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เราได้รับไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และใช้ไอน้ำสำหรับความต้องการทางอุตสาหกรรม (การทำความร้อน การทำความร้อน) จากกังหันหากจำเป็น

และในการติดตั้งกังหันก๊าซ ก๊าซจะเผาไหม้และหมุนกังหันก๊าซซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้า และก๊าซไอเสียจะเปลี่ยนน้ำให้เป็นไอน้ำในหม้อต้มความร้อนเหลือทิ้ง เช่น ก๊าซทำงานให้เกิดประโยชน์สองเท่า ขั้นแรกมันจะเผาไหม้และหมุนกังหัน จากนั้นจะทำให้น้ำในหม้อต้มร้อนขึ้น

และหากรายละเอียดการติดตั้งกังหันแก๊สแสดงรายละเอียดเพิ่มเติมก็จะมีลักษณะดังนี้:

วิดีโอนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ากระบวนการใดเกิดขึ้นในโรงงานผลิตกังหันก๊าซ

แต่จะมีประโยชน์มากยิ่งขึ้นหากไอน้ำที่ได้นั้นถูกนำไปใช้งาน - ใส่ลงในกังหันไอน้ำเพื่อให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอื่นทำงานได้! จากนั้นหน่วยกังหันก๊าซของเราจะกลายเป็นหน่วยไอน้ำ-แก๊ส (SGU)

ส่งผลให้มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์มีแนวคิดที่กว้างขึ้น การติดตั้งนี้เป็นหน่วยพลังงานอิสระ ซึ่งใช้เชื้อเพลิงเพียงครั้งเดียวและผลิตไฟฟ้าได้สองครั้ง: ในหน่วยกังหันก๊าซและในกังหันไอน้ำ รอบนี้มีประสิทธิภาพมากและมีประสิทธิภาพประมาณ 57%! นี่เป็นผลลัพธ์ที่ดีมากซึ่งช่วยให้คุณลดการใช้เชื้อเพลิงต่อไฟฟ้ากิโลวัตต์ชั่วโมงได้อย่างมาก!

ในเบลารุส เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้า หน่วยกังหันก๊าซจะถูกนำมาใช้เป็น "โครงสร้างส่วนบน" ของโครงการโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีอยู่ และหน่วยกังหันก๊าซแบบผสมจะถูกสร้างขึ้นที่โรงไฟฟ้าเขตของรัฐในฐานะหน่วยพลังงานอิสระ กังหันก๊าซที่ทำงานที่โรงไฟฟ้าไม่เพียงแต่เพิ่ม “การคาดการณ์ทางเทคนิคและตัวบ่งชี้ทางเศรษฐกิจ” เท่านั้น แต่ยังปรับปรุงการจัดการการผลิตไฟฟ้าด้วย เนื่องจากกังหันก๊าซมีความคล่องตัวสูง ได้แก่ ความเร็วในการสตาร์ทเครื่องและการผลิตไฟฟ้า

นั่นเป็นวิธีที่กังหันก๊าซเหล่านี้มีประโยชน์มาก!