Энергетические газовые турбины: конструкция и принцип работы

Газовая турбина работает на мощности входящего воздуха, который не меняет своего агрегатного состояния на протяжении всего периода функционирования. Для работы турбины необходимы дополнительные устройства, которые в сборе образуют газотурбинную установку.


Основные элементы газотурбинной установки:

  • Компрессор
  • Воздухопровод
  • Камера сгорания
  • Форсунки для подачи топлива
  • Газовая турбина, которая состоит из вращающегося вала и лопаток, соединенных диском и статора с лопастями – неподвижного корпуса
  • Генератор энергии
  • Патрубок

Газовая турбина


Рабочее тело турбины, то есть воздух, набирается в компрессор, сжимается и по трубам поступает в камеру сгорания.

Одновременно туда подается горючее (природный газ) и смешивается с воздухом. После горения продукты этого процесса перемещаются на лопасти статора.

Там рабочий поток ускоряется и направляется на пластины вала. Под воздействием давления расширенного раза лопатки приводят в движение ротор, соединенный с генератором. Начинается процесс создания энергии.

Отработанный газ выходит из системы по патрубку.

Энергетические паровые турбины

Паровая и газовая турбины имеют одно принципиальное отличие – рабочее тело. В паровой установке это вода, которая попадает на лопатки в состоянии пара.

В соответствии с этим меняется конструкция камеры сгорания и удаляется компрессор. В данной установке они заменяются на котел, в котором горит топливо и нагревает трубы с водой.


Паровая турбина


Сама турбина состоит из ротора и статора, как и газовая. Вал соединен с энергогенератором и вращается со скоростью 1,5 – 3 тысячи оборотов в минуту.

Паровые агрегаты для работы могут использовать выходящее тепло различных предприятий (пар, выхлопы и др.).

Процесс создания энергии повторяет работу газовой турбины: рабочее тело вращает лопатки и вал, чем приводится в движение генератор энергии.

Сервис энергетических турбин

Паровая и газовая турбины работают в тяжелых условиях эксплуатации. Их узлы и механизмы подвергаются воздействию экстремальных температур и нагрузок, поэтому нуждаются в защите.

С этой целью на этапе производства деталей применяют специальные материалы, которые обладают высокими смазочными и антикоррозионными свойствами, облегчают монтаж и демонтаж элементов.

На крепежные детали, хвостовики лопаток, подшипники скольжения, ходовые винты, прессовые посадки, конденсатоотводчики наносят антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY 1001, MODENGY 1002, MODENGY 1005, MODENGY 1014.


Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия


После ввода в эксплуатацию турбины периодически осматриваются, проверяются показания приборов, очищаются загрязненные элементы.

Важным этапом обследования установки является ее прослушивание на предмет посторонних шумов. Появление металлических стуков или необычных звуков говорит о проблемах в работе агрегата.

Контроль вибрационного состояния турбины заключается в измерении амплитуды вибраций подшипников. На новых турбинах его проводят раз в месяц, в турбинах с удовлетворительным состоянием – раз в 2 недели.

Необходимо своевременно заменять изношенные элементы, такие как уплотнения, диафрагмы. При работе турбины с поврежденными частями значительно снижается КПД всей установки.

Срок службы лопаток сокращается из-за загрязнений, поэтому важно их удалять неабразивным материалом.

Паровая и газовая турбины: сравнение характеристик


Сравнение паровых и газовых установок по различным критериям:

  • КПД : паровой – 35-45 %, газотурбинной – около 30-35 %
  • Время запуска: паровой – от нескольких часов до нескольких суток, газовой – от 15 минут
  • Габариты: газовая установка значительно компактнее за счет отсутствия систем паропроводов, конденсаторов и прочего вспомогательного оборудования
  • Рабочее топливо: в газовой – природный газ или керосин, в паровой – мазут, твердое топливо
  • Экологичность: газовые турбины образуют намного меньше вредных выбросов
  • Области применения: паровой – стационарные энергетические станции, газовой – микротурбинные установки, двигатели судов и самолетов, энергетические станции и др.
  • Температура рабочего тела: газ нагревается намного сильнее, что требует использования жаростойких и жаропрочных материалов при изготовлении газовой турбины (температура на входе около 550 °С)

Достижением современного турбиностроения является объединение преимуществ паровых и газовых двигателей для создания парогазовой установки. В ее конструкцию устанавливается два двигателя: паросиловой и газотурбинный. Их применение позволяет значительно увеличить КПД (до 60 процентов) за счет использования отработанных веществ газовой турбины для нагрева котла паросиловой установки.

Для современных ТЭС, расположенных в черте города, более применимы парогазовые установки, так как они малошумны и  экологичны, имеют пониженную стоимость единицы создаваемой энергии.