Türbinlerin icadının tarihi - sunum. "Buhar türbini" konulu sunum Buhar türbinleri - avantajları

• Öğrencileri tanıtın
• cihaz ve prensip ile
• bir buhar türbininin çalışması.
• Isıl verim kavramının tanıtılması
• motor.
• Sorunları tanımlayın
• çevresel koruma.

• Hedefler:

• Bu, sıkıştırılmış ve ısıtılmış su buharının potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürüldüğü ve şaft üzerinde mekanik iş yapan sürekli bir ısı motorudur.

Turbo (enlem.) - 19. yüzyılın ortalarında kasırga

• Türbinler

• Buhar

• Gaz

Buhar türbini tasarım şeması

• 1 – meme
• 2 – bıçaklar
• 3 – eşit
• 4 – disk
• 5 – şaft

BAŞVURU:

• Termik, nükleer ve hidroelektrik santrallerinde elektrik jeneratörü tahriki olarak, deniz, kara ve hava taşımacılığında motor olarak, hidrodinamik şanzımanın ayrılmaz bir parçası olarak kullanılır.
• Türbine benzer, ancak kanatları bir şafttan (bir kompresör veya pompa) döndürmeye yönelik bir tahrik içeren bir cihaz.
• Dünyanın en güçlü enerji santrali Güney Amerika'da Parana Nehri üzerinde bulunmaktadır. 18 türbini 12.600 milyon watt/saat elektrik üretiyor.

• işin dezavantajları
• buhar türbünü

• dönüş hızı geniş ölçüde değişemez
• uzun başlama ve durma süreleri
• buhar türbinlerinin yüksek maliyeti
• termal enerjinin hacmine göre üretilen elektrik miktarının düşük olması.

• avantajlar
• iş
• buhar türbünü

• dönme bir yönde gerçekleşir;
• piston çalışırken olduğu gibi şok yok
• Buhar türbinleri farklı yakıt türleriyle çalışabilir: gaz, sıvı, katı
• yüksek ünite gücü

• Çalışma sıvısı

• Isıtıcı

• Buzdolabı

• bir p = Q1-Q2

Verimlilik formülü

• Ap - Yararlı çalışma;
• Q1 – Isı miktarı,
• ısıtıcıdan alınan;
• Q2 – Isı miktarı
• buzdolabına verilir.

Verimlilik faktörü (verimlilik)

• 1'den (veya %100'den) fazla olamaz
• Buhar motoru verimliliği ≈ %8–12
• Buhar veya gaz türbini > %30
• BUZ ≈ %20-40

• Verimliliği artırmanın yolları
• buhar türbünü

• 1) kazanın daha gelişmiş ısı yalıtımının oluşturulması;
• 2) kazandaki sıcaklıktaki artışın yanı sıra buhar basıncındaki artış

EKOLOJİK SORUNLAR

• Ortalama atmosfer sıcaklığındaki artış
• İklimin değişmesi
• "Sera etkisi"nin oluşumu
• Belirli hayvan, kuş ve bitki türlerinin neslinin tükenmesi
• Asit yağmuru

Alternatif enerji kaynakları

• Isı motorları:
• 25,5 milyar ton karbon oksit
• 190 milyon ton kükürt oksit
• 65 milyon ton nitrojen oksit
• 1,4 milyon ton kloroflorokarbon
• Kurşun, kadmiyum, bakır, nikel vb.

• Güneş enerjisi
• Elektrik
• Manyetik alan enerjisi
• Rüzgar enerjisi

Gustaf de Laval'ın Gelişmeleri

• 1883 yılında İsveçli Gustaf de Laval birçok zorluğun üstesinden gelmeyi başardı ve çalışan ilk buhar türbinini yaratmayı başardı. Birkaç yıl önce Laval, süt separatörü için patent aldı. Ona güç sağlamak için çok yüksek hızlı bir sürücüye ihtiyaç vardı. O dönemde var olan motorların hiçbiri bu görevi karşılayamadı. Laval, kendisine gerekli dönüş hızını yalnızca bir buhar türbininin verebileceğine ikna oldu. Tasarımı üzerinde çalışmaya başladı ve sonunda istediğini elde etti.

Tarihten

• Laval'in türbini, kanatları üzerine dar bir açıyla yerleştirilmiş birkaç nozül aracılığıyla buharın indüklendiği hafif bir tekerlekti.
• 1889'da Laval, nozullara konik genişleticiler ekleyerek buluşunu önemli ölçüde geliştirdi. Bu, türbinin verimliliğini önemli ölçüde artırdı ve onu evrensel bir motora dönüştürdü.

Charles Parsons'ın Gelişmeleri

• 1884 yılında İngiliz mühendis Charles Parsons, özellikle bir elektrik jeneratörünü çalıştırmak için icat ettiği çok aşamalı jet türbininin patentini aldı.
• 1885 yılında daha sonra termik santrallerde yaygın olarak kullanılacak olan çok kademeli jet türbinini tasarladı.

Ev ödevi:

• § 23, 24;
• kartlar,
• teste hazırlan

Slayt 2

Bir buhar türbini (Latince turbo, girdap, dönmeden gelen Fransız türbini), bıçak aparatında sıkıştırılmış ve ısıtılmış su buharının potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürüldüğü ve daha sonra üzerinde mekanik çalışma gerçekleştiren sürekli etkili bir ısı motorudur. Şaft.

Slayt 3

Türbin üç silindirden (HPC, CSD ve LPC) oluşur; mahfazaların alt yarıları sırasıyla 39, 24 ve 18 olarak belirlenmiştir. Silindirlerin her biri, ana elemanı sabit bir gövde olan bir statordan ve dönen bir rotordan oluşur. Bireysel silindir rotorları (HPC rotoru 47, CSD rotoru 5 ve LPC rotoru 11), kaplinler (31 ve 21) ile sağlam bir şekilde bağlanmıştır. Elektrik jeneratörü rotorunun kaplin yarısı, kaplin yarısına (12) ve uyarıcı rotoru da ona bağlanır. . Birleştirilmiş ayrı silindir rotorları, bir jeneratör ve bir uyarıcıdan oluşan bir zincire şaft hattı denir. Çok sayıda silindirle uzunluğu (ve modern türbinlerdeki en büyük sayı 5'tir) 80 m'ye ulaşabilir Motor tasarımı

Slayt 4

Çalışma prensibi

Buhar türbinleri şu şekilde çalışır: Buhar kazanında üretilen buhar, yüksek basınç altında türbin kanatlarına girer. Türbin döner ve jeneratör tarafından kullanılan mekanik enerjiyi üretir. Jeneratör elektrik üretir. Buhar türbinlerinin elektrik gücü, tesisin giriş ve çıkışındaki buhar basıncı farkına bağlıdır. Tek bir tesisteki buhar türbinlerinin gücü 1000 MW'a ulaşıyor. Buhar türbinleri, ısıl prosesin niteliğine göre üç gruba ayrılır: yoğuşmalı, ısıtmalı ve özel amaçlı türbinler. Türbin kademeleri türüne göre aktif ve reaktif olarak sınıflandırılırlar.

Slayt 5

Slayt 6

Buhar türbinleri - avantajları

buhar türbinlerinin çeşitli yakıt türleriyle çalıştırılması mümkündür: gaz, sıvı, katı yüksek ünite gücü ücretsiz soğutucu seçimi geniş güç aralığı buhar türbinlerinin etkileyici servis ömrü

Slayt 7

Buhar türbinleri - dezavantajları

Buhar tesislerinin yüksek ataleti (uzun başlatma ve kapatma süreleri), Buhar türbinlerinin yüksek maliyeti, Termal enerjinin hacmine bağlı olarak üretilen düşük hacimli elektrik, Buhar türbinlerinin pahalı onarımları, Ağır yakıtlar ve yakıtların kullanılması durumunda çevresel performansın azalması ve katı yakıtlar

Slayt 8

Başvuru:

Parsons reaksiyon buhar türbini bir süre esas olarak savaş gemilerinde kullanıldı, ancak yavaş yavaş yerini, yüksek basınçlı reaksiyon parçasının tek veya çift taçlı aktif diskle değiştirildiği daha kompakt kombine aktif reaksiyon buhar türbinlerine bıraktı. Bunun sonucunda kanat aparatındaki boşluklardan buhar sızıntısından kaynaklanan kayıplar azalmış, türbin daha basit ve ekonomik hale gelmiştir. Buhar türbinleri, ısıl prosesin niteliğine göre genellikle 3 ana gruba ayrılır: yoğuşmalı, ısıtmalı ve özel amaçlı.

Slayt 9

PTM'nin ana avantajları:

Geniş güç aralığı; Artan (1,2-1,3 kat) dahili verimlilik (~%75); Önemli ölçüde azaltılmış kurulum uzunluğu (3 kata kadar); Kurulum ve devreye alma için düşük sermaye maliyetleri; Yangın güvenliğini sağlayan ve kazan dairesinde çalışmasına izin veren bir yağ besleme sisteminin olmaması; Türbin ile tahrik edilen mekanizma arasında operasyonel güvenilirliği artıran ve gürültü seviyelerini azaltan bir dişli kutusunun bulunmaması; Rölantiden türbin yüküne kadar şaft dönüş hızının düzgün kontrolü; Düşük gürültü seviyesi (70 dBA'ya kadar); Düşük özgül ağırlık (6 kg/kW kurulu güce kadar) Uzun servis ömrü. Devreden çıkarılmadan önce türbinin çalışma süresi en az 40 yıldır. Bir türbin ünitesini mevsimsel olarak kullanırken geri ödeme süresi 3 yılı geçmez.

Slayt 1

Buhar türbininin icadının tarihi

Slayt 2

Buhar motoru
ısıtılmış buharın enerjisini pistonun ileri geri hareketinin mekanik çalışmasına ve ardından milin dönme hareketine dönüştüren harici bir yanmalı ısı motoru. Daha geniş anlamda buhar motoru, buhar enerjisini mekanik işe dönüştüren herhangi bir harici yanmalı motordur.

Slayt 3

İlk çiftte

Slayt 4

On dokuzuncu yüzyıla buhar yüzyılı denmesi boşuna değildi. Buhar makinesinin icadıyla sanayide, enerjide ve ulaşımda gerçek bir devrim yaşandı. Daha önce çok fazla insan eli gerektiren işleri makineleştirmek mümkün hale geldi.

Slayt 5

Endüstriyel üretim hacimlerinin genişlemesi, enerji sektörünü motor gücünü mümkün olan her şekilde artırma göreviyle karşı karşıya getirmiştir. Ancak başlangıçta buhar türbinini hayata geçiren şey yüksek güç değildi...

Slayt 6

Suyun potansiyel enerjisini dönen bir şaftın kinetik enerjisine dönüştüren bir cihaz olarak hidrolik türbin, eski çağlardan beri bilinmektedir. Buhar türbininin de aynı derecede uzun bir geçmişi vardır; Heron türbini olarak bilinen ve M.Ö. 1. yüzyıla kadar uzanan ilk tasarımlardan biridir. Ancak hemen belirtelim ki, 19. yüzyıla kadar buharla çalışan türbinler, endüstriyel olarak uygulanabilir gerçek cihazlardan ziyade teknik merak, oyuncaktı.

Slayt 7

Ve ancak Avrupa'da sanayi devriminin başlamasıyla birlikte, D. Watt'ın buhar motorunun yaygın olarak pratik olarak tanıtılmasının ardından, mucitler buhar türbinine, tabiri caizse "yakından" daha yakından bakmaya başladılar.

Slayt 8

Bir buhar türbininin oluşturulması, buharın fiziksel özellikleri ve akış yasaları hakkında derin bir bilgi gerektiriyordu. Bireysel parçaların imalatında gerekli hassasiyet ve elemanların mukavemeti bir buhar motorundan önemli ölçüde daha yüksek olduğundan, üretimi ancak metallerle çalışmak için yeterince yüksek bir teknoloji ile mümkün hale geldi.

Slayt 9

Ancak zaman geçti, teknoloji gelişti ve buhar türbininin pratik kullanım zamanı geldi. İlkel buhar türbinleri ilk kez 1883-1885'te Amerika Birleşik Devletleri'nin doğusundaki kereste fabrikalarında kullanıldı. daire testereleri sürmek için.

Slayt 10

Carl Gustav Patrick Laval'ın İcadı (1845-1913)
Laval buhar türbini kanatlı bir çarktır. Kazanda oluşan buhar jeti borudan (nozuldan) çıkar, bıçaklara baskı yapar ve çarkı döndürür. Buhar sağlamak için farklı tüpler deneyen tasarımcı, bunların koni şeklinde olması gerektiği sonucuna vardı. Bugün hala kullanılan Laval nozulu bu şekilde ortaya çıktı (patent 1889). Mucit bu önemli keşfi oldukça sezgisel olarak yaptı; Teorisyenlerin bu özel şekle sahip bir nozulun en iyi etkiyi verdiğini kanıtlaması birkaç on yıl daha aldı.

Slayt 11

Charles Algernon Parsons (1854-1931)
1881'de türbinler üzerinde çalışmaya başladı ve üç yıl sonra kendisine kendi tasarımı için patent verildi: Parsons, bir buhar türbinini bir elektrik enerjisi jeneratörüne bağladı. Türbin yardımıyla elektrik üretmek mümkün hale geldi ve bu, halkın buhar türbinlerine olan ilgisini bir anda artırdı. 15 yıllık araştırmaların sonucunda Parsons, o zamanın en gelişmiş çok kademeli jet türbinini yarattı. Bu cihazın verimliliğini artıran çeşitli icatlar yaptı (contaların tasarımını, bıçakları tekerleğe bağlama yöntemlerini ve hız kontrol sistemini geliştirdi).

Slayt 12

Auguste Rateau (1863-1930)
Kapsamlı bir turbomakine teorisi oluşturuldu. Orijinal, çok kademeli bir türbin geliştirdi ve bu, 1900 yılında Fransa'nın başkentinde düzenlenen Dünya Fuarı'nda başarıyla sergilendi. Rato, türbinin her aşaması için optimum basınç düşüşünü hesaplayarak makinenin yüksek genel verimliliğini sağladı.

Slayt 13

Glenn Curtis (1879-1954)
Makinesinde türbinin dönüş hızı daha düşüktü ve buhar enerjisi daha verimli kullanıldı. Bu nedenle Curtis türbinleri daha küçüktü ve tasarım açısından daha güvenilirdi. Buhar türbinlerinin ana uygulama alanlarından biri gemi tahrik sistemleridir. 1894 yılında Parsons tarafından inşa edilen buhar türbinli motora sahip ilk gemi Turbinia, 32 deniz mili (yaklaşık 59 km/saat) hıza ulaştı.

Makale

konuyla ilgili:

"Termik santrallerde ana motor olarak buhar türbinleri"

Buhar türbinlerinin gelişim tarihi

Kısmen suyla dolu kapalı bir metal kap (kazan) hayal edelim. Altına ateş yakarsanız su ısınıp kaynayıp buhara dönüşecektir. Kazanın içindeki basınç artacak, duvarları yeterince sağlam değilse patlayabilir. Bu, çiftin sonunda bir patlamayla kendini gösteren bir enerji rezervi biriktirdiğini gösteriyor. Buharı herhangi bir yararlı iş yapmaya zorlamak mümkün mü? Bu soru bilim adamlarını çok uzun zamandır meşgul ediyor. Bilim ve teknoloji tarihi, insanın buhar enerjisini kullanmaya çalıştığı birçok ilginç buluşu bilir. Bu icatlardan bazıları faydalıydı, diğerleri ise sadece akıllı oyuncaklardı, ama en azından iki icadın harika olduğu söylenmelidir; bilim ve teknolojinin gelişimindeki tüm dönemleri karakterize ederler. Bu büyük icatlar buhar motoru ve buhar türbinidir. 18. yüzyılın ikinci yarısında endüstriyel kullanıma giren buhar makinesi, teknolojide devrim yarattı. Hızla sanayi ve ulaşımda kullanılan ana motor haline geldi. Ancak 19. yüzyılın sonu ve 20. yüzyılın başında. buhar makinesinin ulaşılabilir gücü ve hızı çoktan yetersiz hale gelmişti.

Güçlü ve yüksek hızlı bir motor gerektiren büyük enerji santrallerinin inşasına ihtiyaç vardı. Böyle bir motor, yüksek hızlarda muazzam güç üretebilecek şekilde inşa edilebilen buhar türbiniydi. Buhar türbini, enerji santrallerindeki ve büyük buharlı gemilerdeki buhar motorunun yerini hızla aldı.

Herhangi bir büyük icat gibi, buhar türbininin yaratılışı ve geliştirilmesinin tarihi de birçok insanın ismiyle ilişkilidir. Üstelik, genellikle olduğu gibi, türbinin temel çalışma prensibi, bilim ve teknoloji düzeyinin türbin yapımına izin vermesinden çok önce biliniyordu.

Buhar motorunun çalışma prensibi buharın elastik özelliklerinden yararlanmaktır. Buhar periyodik olarak silindire girer ve genişleyerek pistonu hareket ettirerek iş yapar. Buhar türbininin çalışma prensibi farklıdır. Burada buhar genleşir ve kazanda biriken potansiyel enerji yüksek hızlı (kinetik) enerjiye dönüştürülür. Buna karşılık, buhar jetinin kinetik enerjisi, türbin çarkının dönme mekanik enerjisine dönüştürülür.

Türbin gelişiminin tarihi İskenderiye Heron'unun topu ve Branca çarkı ile başlar. Mekanik hareket üretmek için buhar enerjisi kullanma olasılığı, ünlü Yunan bilim adamı İskenderiyeli Heron tarafından 2000 yıldan fazla bir süre önce fark edildi. Heron'un topu adı verilen bir cihaz yaptı (Şekil 1).

Top, tüplerden yapılmış iki destek içinde serbestçe dönebiliyordu. Bu destekler sayesinde kazandan çıkan buhar, topun içine giriyor ve daha sonra dik açılarla bükülmüş iki tüp aracılığıyla atmosfere çıkıyor. Top, buhar jetlerinin akışından kaynaklanan reaktif kuvvetlerin etkisi altında döndü.

Başka bir proje İtalyan bilim adamı Giovani Branca'nın (1629) çalışmasında anlatılıyor. Kazanın üst kısmına bir tüp yerleştirilir (Şek. 2).

Kazanın içindeki buhar basıncı, kazanın etrafındaki havanın atmosferik basıncından daha büyük olduğundan, buhar borunun içinden dışarı fırlar.

Borunun serbest ucundan bir buhar akışı çıkıyor ve tekerlek kanatlarına çarparak dönmesine neden oluyor.

Heron'un modeli ve Branca'nın tekerleği motor değildi, ancak tahrik eden buharın enerjisini kullanarak mekanik hareket elde etmenin olası yollarını zaten gösteriyorlardı.

Heron'un topu ile Branca'nın çarkının çalışma prensipleri arasında farklar vardır. Heron'un topu, daha önce de belirtildiği gibi, reaktif kuvvetlerin etkisi altında döner. Bunlar bir roketi iten kuvvetlerle aynıdır. Mekanikten, basıncın etkisi altında bir kaptan dışarı itilen bir jetin, kendi adına, çıkış yönünün tersi yönde tekneye baskı yaptığı bilinmektedir. Bu, jeti dışarı iten kuvvetin, jetin gemi üzerindeki reaksiyon kuvvetine eşit ve zıt yönde olması gerektiğini belirten Newton'un üçüncü yasasına göre açıktır.

Branca türbininde buharın potansiyel enerjisi öncelikle tüpten fışkıran jetin kinetik enerjisine dönüştürülür. Daha sonra jet tekerlek bıçağına çarptığında buharın kinetik enerjisinin bir kısmı tekerleğin mekanik dönme enerjisine dönüştürülür.

Heron'un topu reaktif kuvvetlerle hareket ediyorsa, Branca türbini, tekerlek aktif jetten enerji çektiği için aktif prensibi kullanır.

Buhar türbininin tasarımındaki en büyük değişiklik ve daha da geliştirilmesi, geçen yüzyılın sonunda İsveç'te bir mühendisin bulunduğu dönemde meydana geldi. Gustav Laval ve İngiltere'de Charles Parsons bağımsız olarak buhar türbininin oluşturulması ve iyileştirilmesi üzerinde çalışmaya başladı. Elde ettikleri sonuçlar, buhar türbininin sonunda elektrik akımı jeneratörlerini çalıştıran ana motor türü haline gelmesine ve sivil ve askeri gemilerde yaygın olarak motor olarak kullanılmasına olanak sağladı. 1883 yılında oluşturulan Laval buhar türbininde, buhar bir veya daha fazla paralel bağlı nozüle girer, bunlarda önemli bir hız kazanır ve türbin şaftı üzerinde oturan ve bir çalışma kafesi oluşturan diskin kenarında bulunan çalışma kanatlarına yönlendirilir. kanallar.

Buhar jetinin çalışma ızgarasının kanallarında dönmesinden kaynaklanan kuvvetler, diski ve ona bağlı türbin milini döndürür. Bu türbinin ayırt edici bir özelliği, nozullardaki buharın başlangıç ​​basıncından son basınca kadar genleşmesinin tek aşamada meydana gelmesi ve bunun da çok yüksek buhar akış hızlarına neden olmasıdır. Buharın kinetik enerjisinin mekanik enerjiye dönüşümü, buharın daha fazla genleşmesine gerek kalmadan, yalnızca kanat kanallarındaki akış yönünün değişmesi nedeniyle gerçekleşir.

Bu prensip üzerine inşa edilen türbinler, ör. Tüm buhar genleşme sürecinin ve buna bağlı olarak buhar akışının hızlanmasının sabit nozullarda meydana geldiği türbinlere aktif türbinler denir.

Aktif tek kademeli türbinlerin geliştirilmesi sırasında, buhar türbinlerinin daha da geliştirilmesi için son derece büyük önem taşıyan bir dizi karmaşık sorun çözüldü. Daha yüksek derecede buhar genleşmesine ve yüksek buhar akış hızlarına (1200-1500 m/sn) ulaşılmasına izin veren genişleyen nozullar kullanıldı. Yüksek buhar akış hızlarından daha iyi yararlanmak için Laval, yüksek çevresel hızlarda (350 m/sn) çalışmaya olanak tanıyan eşit dirençli bir disk tasarımı geliştirdi. Son olarak, tek kademeli aktif türbinde, o dönemde yaygın olan motorların hızlarını çok aşan yüksek hızlar (32.000 rpm'ye kadar) kullanıldı. Bu, serbest titreşimlerin frekansı, çalışma hızında rahatsız edici kuvvetlerin frekansından daha az olan esnek bir şaftın icat edilmesine yol açtı.

Tek kademeli aktif türbinlerde kullanılan birçok yeni tasarım çözümüne rağmen verimleri düşüktü. Ayrıca tahrik milinin hızını tahrik edilen makinenin hızı seviyesine indirmek için dişli transmisyon kullanma ihtiyacı da o dönemde tek kademeli türbinlerin gelişimini ve özellikle güçlerinin artmasını engellemiştir. . Bu nedenle, türbin yapısının geliştirilmesinin başlangıcında düşük güçlü üniteler (500 kW'a kadar) olarak önemli bir popülerlik kazanan Laval türbinleri, daha sonra yerini diğer türbin türlerine bıraktı.

1884 yılında Parsons tarafından önerilen buhar türbini, Laval türbininden temel olarak farklıdır. İçindeki buharın genleşmesi, bir nozul grubunda değil, her biri sabit kılavuz kanatlardan (nozul dizileri) ve dönen kanatlardan oluşan birkaç ardışık aşamada gerçekleştirilir.

Kılavuz kanatlar sabit türbin muhafazasına sabitlenmiştir ve rotor kanatları tambur üzerinde sıralar halinde düzenlenmiştir. Böyle bir türbinin her aşamasında, taze buhar basıncı ile türbinden çıkan buharın basıncı arasındaki toplam farkın yalnızca küçük bir kısmı kadar olan bir basınç düşüşü yaşanır. Böylece Laval türbinine göre her kademede düşük buhar akış hızlarıyla ve rotor kanatlarının daha düşük çevresel hızlarıyla çalışmak mümkün oldu. Ek olarak, Parsons türbininin aşamalarında buharın genleşmesi sadece nozülde değil, aynı zamanda çalışma ızgarasında da meydana gelir. Bu nedenle, yalnızca buhar akışının yönündeki bir değişiklikten değil, aynı zamanda çalışma ızgarası içindeki buharın hızlanmasından kaynaklanan kuvvetler çalışma kanatlarına iletilir ve türbin çalışma kanatları üzerinde reaktif bir kuvvete neden olur.

Çalışan kanatların kanallarında buhar genleşmesi ve buna bağlı olarak buhar akışının hızlanmasının kullanıldığı türbin aşamalarına reaksiyon aşamaları denir. Böylece, Şekil 2'de gösterilmiştir. 4 türbin, çok kademeli jet buhar türbinlerinin tipik bir temsilcisiydi.

Her biri mevcut termal farkın yalnızca bir kısmını kullanan aşamaların sıralı olarak dahil edilmesi ilkesinin, buhar türbinlerinin daha sonraki gelişimi için çok verimli olduğu ortaya çıktı. Türbin rotorunun orta hızlarında türbinde yüksek verim elde edilmesini mümkün kılarak türbin şaftının elektrik akımı jeneratörünün şaftına doğrudan bağlanmasını mümkün kıldı. Aynı prensip, tek bir ünitede onlarca, hatta yüzbinlerce kilovata ulaşan çok yüksek güce sahip türbinlerin üretilmesini mümkün kıldı.

Çok kademeli jet türbinleri artık hem sabit tesislerde hem de filoda yaygın olarak kullanılıyor.

Aktif buhar türbinlerinin gelişimi aynı zamanda buharın birer birer değil, birbiri ardına yerleştirilmiş birkaç aşamada sıralı genleşme yolunu da izledi. Bu türbinlerde ortak bir mil üzerine monte edilen çok sayıda disk, diyafram adı verilen, sabit lüle ızgaralarının yer aldığı bölmelerle birbirinden ayrılır. Bu şekilde inşa edilen kademelerin her birinde buhar, mevcut toplam ısı kaybının bir kısmı kadar genleşir. Çalışma ızgaralarında, çalışma bıçaklarının kanallarında buharın ilave genleşmesi olmadan yalnızca buhar akışının kinetik enerjisinin dönüşümü gerçekleşir. Aktif çok kademeli türbinler sabit tesislerde yaygın olarak kullanılmaktadır; ayrıca deniz motorları olarak da kullanılırlar.

Buharın türbin şaft ekseni yönünde (eksenel) hareket ettiği türbinlerin yanı sıra, buharın türbin eksenine dik bir düzlemde aktığı radyal türbin tasarımları da oluşturulmuştur. Bunlardan en ilginç olanı, 1912'de İsveç'te Ljungström kardeşler tarafından önerilen radyal türbindir.

Pirinç. Jungström radyal türbininin şematik çizimi:

1,2 – türbin diskleri; 3 – taze buhar hatları; 4, 5 – türbin milleri; 6, 7 – ara aşamaların kanatları

Disk 1 ve 2'nin yan yüzeylerinde jet kademelerinin kanatları giderek artan çaptaki halkalar halinde bulunur. Buhar, türbine borular 3 aracılığıyla ve ardından diskler 1 ve 2'deki delikler aracılığıyla merkezi odaya beslenir. Buradan her iki diske monte edilmiş kanatların (6 ve 7) kanalları aracılığıyla çevreye doğru akar. Geleneksel tasarımın aksine Jungström türbininde sabit nozül ızgaraları veya kılavuz kanatları yoktur. Her iki disk de zıt yönlerde döndüğü için türbin tarafından üretilen gücün 4 ve 5 numaralı miller tarafından iletilmesi gerekir. Rotorların ters yönde dönme prensibi, türbinin çok kompakt ve ekonomik olmasını sağlar.

SAYFA SONU--

1990'lı yılların başlarından bu yana buhar türbinlerinin gelişimi son derece hızlı bir şekilde ilerlemiştir. Bu gelişme büyük ölçüde elektrikli makinelerin aynı hızda paralel gelişimi ve elektrik enerjisinin endüstriye yaygın şekilde girmesiyle belirlendi. Bir buhar türbininin verimi ve tek ünitedeki gücü yüksek değerlere ulaşmıştır. Türbinlerin gücü, istisnasız diğer tüm motor türlerinin gücünü çok aştı. Bir elektrik akımı jeneratörüne bağlı 500 MW kapasiteli türbinler mevcuttur ve en az 1000 MW'a kadar daha güçlü üniteler üretme olasılığı kanıtlanmıştır.

Buhar türbini inşaatının geliştirilmesinde, farklı zaman dilimlerinde inşa edilen türbinlerin tasarımını etkileyen birkaç aşamaya dikkat çekilebilir.

1914 emperyalist savaşı öncesi dönemde, metallerin yüksek sıcaklıkta işlenmesi alanındaki bilgi düzeyi, buharın yüksek basınç ve sıcaklıkta kullanılması için yetersizdi. Bu nedenle, 1914 yılına kadar buhar türbinleri öncelikle orta basınçlı buharla (12-16 bar) ve sıcaklığı 350 °C'ye kadar çıkacak şekilde inşa edildi.

Tek bir ünitenin gücünün artırılması konusunda, buhar türbinlerinin geliştirilmesinin ilk döneminde büyük başarı elde edildi.

1915 yılında bireysel türbinlerin gücü zaten 20 MW'a ulaşmıştı. Savaş sonrası dönemde, 1918-1919'dan başlayarak, güç artışı eğilimi devam etti. Ancak gelecekte türbin tasarımcıları, yalnızca ünitenin gücünü değil, aynı zamanda yüksek güçlü türbinleri tek bir elektrik akımı jeneratörü ile çalıştırırken hızını da artırma görevinin peşine düştü.

Bir zamanlar dünyanın en güçlü yüksek hızlı türbini (1937), 3000 rpm'de 100 MW'ta inşa edilen Leningrad Metal Fabrikası'nın türbiniydi.

1914 emperyalist savaşından önceki dönemde, türbin fabrikaları çoğu durumda tek bir türbin gövdesinde sınırlı sayıda kademeye sahip türbinler üretiyordu. Bu, türbinin çok kompakt ve nispeten ucuz olmasını mümkün kıldı. 1914 savaşından sonra çoğu ülkenin yaşadığı yakıt tedarikindeki gerilim, türbin ünitelerinin verimliliğinin kapsamlı bir şekilde artırılmasını gerektirdi.

Her türbin kademesinde küçük termal farklar kullanılarak ve buna bağlı olarak çok sayıda kademeye sahip türbinler inşa edilerek maksimum türbin verimine ulaşılabileceği bulunmuştur. Bu eğilimle bağlantılı olarak, orta düzeyde taze buhar parametrelerinde bile son derece fazla sayıda aşamaya sahip olan ve 50-60'a ulaşan türbin tasarımları ortaya çıktı.

Aşamaların çokluğu, türbin tek bir elektrik jeneratörüne bağlandığında bile, birden fazla muhafazaya sahip türbinler oluşturma ihtiyacını doğurdu.

Böylece son derece ekonomik olmasına rağmen çok pahalı ve hantal olan iki ve üç gövdeli türbinler yaygınlaşmaya başladı.

Türbin inşaatının daha sonraki geliştirilmesinde, türbin tasarımının basitleştirilmesi ve aşama sayısının azaltılması yönünde bu konuda da belirli bir geri çekilme yaşandı. 3000 rpm'de 50 MW'a kadar güce sahip türbinler oldukça uzun bir süre sadece iki gövdeli olarak inşa edildi. Bu gücün önde gelen fabrikaların ürettiği en yeni yoğuşmalı türbinleri tek gövdeli olarak üretilmektedir.

Orta basınçlı türbinlerin (20 - 30 bar) tasarım iyileştirmeleriyle eş zamanlı olarak, 1920'den 1940'a kadar olan dönemde, daha ekonomik olan yüksek basınç üniteleri yayılmaya başladı ve 120 - 170 bar'a ulaştı.

Bir türbin kurulumunun verimliliğini önemli ölçüde artıran yüksek parametrelere sahip buhar kullanımı, buhar türbinlerinin tasarımı alanında yeni çözümler gerektirmiştir. 500 – 550 °C sıcaklıklarda akma dayanımı oldukça yüksek ve sünme oranları düşük olan alaşımlı çeliklerin kullanımında önemli ilerleme kaydedilmiştir.

Yoğuşmalı türbinlerin gelişmesiyle birlikte, bu yüzyılın başında, elektrik enerjisi ve ısının birleşik üretimine yönelik tesisler kullanılmaya başlandı; bu, karşı basınç ve ara buhar tahliyesi olan türbinlerin yapımını gerektiriyordu. Çıkarılan buharın sabit basınç kontrollü ilk türbini 1907'de inşa edildi.

Ancak kapitalist ekonominin koşulları, birleşik ısı ve elektrik üretiminin tüm avantajlarından yararlanmayı engellemektedir. Aslında yurtdışındaki ısıl tüketim kapasitesi çoğu durumda türbinin kurulu olduğu tesisin tüketimi ile sınırlıdır. Bu nedenle, egzoz buharı ısısının kullanımına izin veren türbinler çoğunlukla yurtdışında küçük kapasiteler için (10 - 12 MW'a kadar) inşa edilir ve yalnızca bireysel bir sanayi kuruluşuna ısı ve elektrik enerjisi sağlamak üzere tasarlanmıştır. Ulusal ekonominin planlı gelişimi, ısı ve elektrik enerjisinin birleşik üretimi için uygun koşullar yarattığından, en büyük (25 MW ve ardından 50 ve 100 MW) buhar çıkarmalı türbinlerin Sovyetler Birliği'nde inşa edilmesi karakteristiktir.

Savaş sonrası dönemde, teknik olarak gelişmiş tüm Avrupa ülkeleri ve Amerika Birleşik Devletleri, enerjinin giderek hızlanan bir gelişimini gördü ve bu da enerji birimlerinin gücünde giderek artan bir artışa yol açtı. Aynı zamanda, giderek daha yüksek başlangıç ​​buhar parametrelerinin kullanılması eğilimi de devam etmektedir.

Tek şaftlı yoğuşmalı türbinler 500 - 800 MW güce ulaşmakta olup, iki şaftlı tasarımla 1000 MW kapasiteli tesisler inşa edilmiştir.

Güç arttıkça, sırasıyla 90, 130, 170, 250 ve son olarak 350 bar seviyesinde seçilen ilk buhar parametrelerinin arttırılması, aynı zamanda 500'e ulaşan başlangıç ​​sıcaklıklarının da arttırılması tavsiye edildi. 535, 565, 590 ve bazı durumlarda 650° C'ye kadar. 565° C'yi aşan sıcaklıklarda çok pahalı ve daha az çalışılmış östenitik çeliklerin kullanılması gerektiği unutulmamalıdır. Bu, son zamanlarda östenitik çeliklerin kullanılması ihtiyacını ortadan kaldıran sıcaklık aralığına bir miktar geri çekilme eğiliminin ortaya çıkmasına yol açmıştır; sıcaklıklar 540°C'dir.

1915-1920'de elde edilen başarılar, düşük güçlü türbinlerin ve özellikle gemi buhar türbinlerinin geliştirilmesi açısından büyük önem taşıyordu. şanzıman inşaatı alanında. Bu zamana kadar gemi türbinleri pervanelerin devir sayısına eşit devir sayısında çalıştırılıyordu. 300 – 500 rpm, bu da kurulumun verimliliğini azalttı ve türbinlerin boyutlarının ve ağırlıklarının büyük olmasına yol açtı.

Dişli redüktörlerin çalışmasında tam güvenilirlik ve yüksek verimliliğin elde edildiği zamandan bu yana, gemi türbinleri dişli tahriklerle donatılmakta ve türbinin en uygun çalışma koşullarına karşılık gelen artırılmış bir hızda çalıştırılmaktadır.

Sabit düşük güçlü türbinler için, türbin ile jeneratör arasında dişli aktarımının kullanılmasının da tavsiye edildiği ortaya çıktı. Türbin millerinin ve 50 periyotlu alternatif akım jeneratörünün doğrudan bağlanmasıyla mümkün olan en yüksek hız 3000 rpm'dir. 2,5 MW'ın altındaki güçlerde bu hız, yoğuşmalı bir türbin için elverişsizdir. Dişli kutusu teknolojisinin gelişmesiyle birlikte daha yüksek hızlarda (5000-10000 rpm) türbin üretimi mümkün hale geldi, bu da düşük güçlü türbinlerin verimliliğinin artırılmasına ve en önemlisi boyutlarının küçültülmesine ve tasarımlarının basitleştirilmesine olanak sağladı.

Modern bir buhar türbininin tipik tasarımı

Bir buhar türbini tasarlanırken, bunun için bir takım gereksinimler dikkate alınır:

– güvenilirlik ve sorunsuz çalışma;

– yüksek termal verimlilik;

- yüksek hızlı elektrik jeneratörlerinin motor miline doğrudan bağlanma imkanı ile kullanılmasına olanak tanıyan yüksek dönme ve hız eşitliği;

- motorda gerekli herhangi bir birim gücü elde etme yeteneği;

– tüm kurulumun çalışmasını otomatikleştirme yeteneği;

– kurulumun bakım kolaylığı;

– motorun kompaktlığı ve göreceli ucuzluğu;

– kapalı bir çevrimde çalışma imkanı.

Leningrad Metal Fabrikasındaki yüksek basınçlı türbin örneğini kullanarak tipik bir modern aktif türbinin tasarımını ele alalım. Bu türbinin gücü 3000 rpm'de 50 bin kW'tır. Türbin, 535°C sıcaklıkta, 88 bar başlangıç ​​basıncıyla buharla çalışmaktadır.

Orta çaptaki ilk 19 disk, türbin şaftıyla bütünleşik hale getirilmiştir. Sonraki üç disk mile bastırılır. Çalışma bıçakları her diskin kenarlarına monte edilmiştir. Diskler sabit ara diyaframlarla ayrılmıştır. Her diyafram, buhar akışının hızlandığı ve çalışma bıçaklarının oluşturduğu çalışma ızgarasının kanallarına girmek için gerekli yönü elde ettiği sabit bir meme ızgarası içerir. Nozül ızgaralarının ve çalışma bıçaklarının yüksekliğinde aşama aşama kademeli artış, buhar genişledikçe hacminin artmasıyla açıklanmaktadır. Bu, akış kısmının akış bölümlerinde kademeli bir artış gerektirir. Birinci kontrol aşamasının nozül ızgaraları, türbin mahfazasına kaynaklanmış olan buhar besleme borularına monte edilir. Buhar, birinci kontrol kademesinin nozüllerine, ikisi mahfazanın üst yarısında ve ikisi mahfazanın alt kısmının yanlarında bulunan dört kontrol vanası aracılığıyla beslenir. Gövdenin yüksek basınç kademelerini kapsayan kısmı çelik döküm şeklinde yapılmıştır. Alçak basınç kademeleri mahfazanın kaynaklı kısmında bulunur. Türbin çıkış borusu da çelik sacdan kaynak yapılarak kondansatöre kaynakla bağlanır. Türbinden çıkan buharın soğutulmasıyla kondenserdeki basınç atmosfer basıncının altında tutulur. Tipik olarak bu basınç 0,03 - 0,06 bardır. Türbin muhafazasında, türbinin ara aşamalarından buharın çıkarılması için çeşitli borular bulunur. Bu seçimler buhar kazanına verilen besi suyunu ısıtmak için kullanılır.

Yük değiştiğinde türbinden geçen buharın akış hızının da değiştirilmesi gerekli hale gelir. Bu, kontrol vanalarının uygun şekilde açılmasıyla sağlanır. Valflerin sıralı olarak açılıp kapanması nedeniyle, tam açık valflerden geçen buharın bir kısmı ezilmez ve tam başlangıç ​​basıncıyla 1. kademe nozullara girer. Kısmen açık olan vanadan geçen buharın sadece kısmı vana içinde kısılır ve düşük basınçla meme grubuna yaklaşır. Nozul gruplarına buhar erişiminin sıralı olarak açıldığı türbine buhar girişinin kontrol edilmesi yöntemine nozul buhar dağıtımı denir. Türbin yüküne bağlı olarak farklı sayıda lüle grubundan buharın alındığı ilk aşamaya kontrol aşaması denir. Bu buhar dağıtım yönteminin yanı sıra, türbine sağlanan buhar miktarının tamamının ortak bir kontrol vanasından geçmesiyle karakterize edilen bir kısma buhar besleme yöntemi de vardır. Kısmi türbin yüklerinde, gaz kelebeği kontrol valfinin kısmen kapanması nedeniyle buhar ezilmeye maruz kalır.

Devamı
--SAYFA SONU--

Türbin şaftı, rotorun ağırlığını destekleyen iki yatak üzerinde durmaktadır. Türbindeki ön yatak aynı anda rotorun statora göre eksenel konumunu sabitler ve rotora etki eden eksenel kuvvetleri emer. Bu nedenle ön yatak, birleşik bir muylu baskı yatağıdır. Baskı kısmı Mitchell segman yatağı prensibi üzerine inşa edilmiştir.

Şaftın türbin gövdesinden geçtiği yerde mil ucu contaları adı verilen contalar bulunmaktadır. Ön salmastra, türbin muhafazasından makine odasına buhar sızıntısını azaltmaya yarar. Arka conta atmosferik havanın egzoz borusuna ve türbin kondansatörüne emilmesini önler. Kondansatöre hava emilmesi, içindeki basıncın artmasına ve türbinin veriminin düşmesine neden olacaktır. Kondensere hava sızmasını önlemek için arka contaya düşük basınçlı buhar verilir. Şaftın ara diyaframların merkezi deliklerinden geçtiği yerlerde, kademe nozül ızgaralarını atlayarak buharın bir kademeden diğerine sızmasını önlemek için ara contalar monte edilir.

Türbin şaftının sağ ucu, yataklarından biri türbin egzoz borusunun mahfazasında bulunan jeneratör rotoruna bir kaplin ile bağlanır.

Türbin şaftının ön ucu, ön yatak muhafazasındaki bir çıkıntı üzerindeki bir emme borusu tarafından desteklenen, çift taraflı bir santrifüj yağ pompasının şaftına esnek bir kaplin ile bağlanır. Yağ, bir enjektör kullanılarak pompanın emme boşluğuna hafif aşırı basınç altında beslenir.

Yağ pompası, düzenleme sisteminin kontrollerine (20 bar basınçta) yağ sağlar ve ayrıca bir enjektör kullanarak jeneratör ve türbin yataklarına (0,5 bar basınçta) yağ sağlar. Pompa milinin ucunda kontrol sisteminin makaralarını kontrol eden yüksek hızlı elastik hız kontrol cihazı bulunmaktadır.

Türbin şaftının ön ucunun enine deliklerinde, dönme hızının% 10 - 12 artması durumunda türbine buhar beslemesinin tamamen kesilmesine neden olan bir emniyet anahtarının iki vurucusu vardır.

Modern yüksek güçlü türbinlerde, boşta kalan bir türbinin şaftını yavaşça döndürebileceğiniz özel bir şaft döndürme cihazı bulunmaktadır. Döndürme cihazı, sonsuz dişliye bağlı bir elektrik motorundan oluşur.

Solucan, bir sonsuz çark kullanarak, üzerinde tahrik dişlisinin vida anahtarı üzerinde bulunduğu ara mili döndürür. İkincisi eksenel yönde hareket edebilir ve türbin şaftı ile jeneratör şaftını birbirine bağlayan kaplin yarısı üzerine monte edilmiş büyük bir dişliye geçebilir. Türbin çalıştırıldığında, şaftı buharla hızlandırıldığında, tahrik dişlisi vida anahtarı boyunca döner ve otomatik olarak türbin kaplin yarısı üzerinde bulunan dişliden ayrılır.

Türbin mahfazası ve yatak mahfazaları, türbin şaftı ekseni seviyesinde yatay bir konnektöre sahiptir. Türbini sökmek için türbin gövdesinin yatay bağlantı flanşları ile yatak yuvaları arasındaki bağlantıyı gevşetmek gerekir. Daha sonra mahfaza kapakları kaldırılabilir.

Elektrik akımı jeneratörlerini çalıştıran modern türbinler, sabit hızda çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Sabit bir hızın korunması otomatik düzenleme ile sağlanır.

Kontroller yağ ile kontrol edilir. Bu nedenle kontrol sistemi genellikle bir yağlama sistemi ile birleştirilir.

Türbin yataklarında, yatak sıcaklığının izin verilen seviyeyi (yaklaşık 60 ° C) aşmaması için çıkarılması gereken önemli miktarda ısı üretilir. Rulmandan ısının uzaklaştırılması, sirkülasyonlu bir yağlama sistemi tarafından sağlanır; buradaki yağ, şaft ile rulman kovanları arasında bir film oluşturarak sürtünmeyi azaltmakla kalmaz, aynı zamanda rulmanı soğutmaya da yarar. Rulmanı terk eden ısıtılmış yağ, soğuduktan sonra tekrar yağlama için kullanılır.

Buhar türbini rotor parçaları (kanatlar, diskler), normal türbin hızlarında bile merkezkaç kuvvetlerinin neden olduğu yüksek gerilimlere maruz kalır. Türbin hızının çalışma hızının üzerine çıkarılması, merkezkaç kuvvetlerinde türbin arızasına neden olabilecek kadar artışa neden olur. Ana kontrol sisteminin arızalanması durumunda türbini kabul edilemez bir hız artışından korumak için modern türbinler emniyet anahtarlarıyla donatılmıştır. Emniyet şalteri genellikle türbin milinin üzerinde bulunur. Türbin hızı normal hızı %10-12 oranında aşarsa, emniyet anahtarı türbin başlatma valfinin hızla kapanmasına ve durmasına neden olur.

Büyük buhar türbinlerinin özellikleri

Buhar parametrelerinde ve ünitelerin birim gücündeki artışın yanı sıra ara buhar kızdırmalarının getirilmesi, çok sayıda silindirli türbinlerin kullanılmasına yol açtı. Buhar akışındaki artış, bir yandan yüksek basınçlı silindirdeki (HPC) kanatların yüksekliklerinin artmasına bağlı olarak türbinin ilk kademelerinin verimliliğini artırırken, diğer yandan tasarımı karmaşık hale getirir. son aşamalardan. Döngünün termal verimliliğini artırma arzusu, kondenserdeki mutlak basıncın 0,03 - 0,035 bar'a düşmesine yol açar, bu da son aşamanın hacimsel buhar akışını önemli ölçüde artırır. Çıkış kinetik enerjisinde minimum kayıp elde etmek için kanatların süpürdüğü muhtemelen geniş bir alan gereklidir. Gerekli değer, öncelikle bıçağın uzunluğunun ve son kademenin çapının arttırılmasıyla ve ikinci olarak, düşük basınçlı kısımda (LPP) paralel buhar akışlarının sayısının arttırılmasıyla elde edilir. Bu amaçla iki katmanlı bıçakların kullanılması da mümkündür.

Maksimum bıçak uzunluğu büyük ölçüde dayanıklılık hususlarına göre belirlenir. Aynı zamanda uzun kanatlar oluşturma sorunu sadece güç değil aynı zamanda aerodinamiktir. Kanatların göreceli uzunluğu arttıkça kök bölgesinde akış ayrılması riski artar. Bu, kanatların göreceli uzunluğunun daha da arttırılmasının önünde ciddi bir engeldir. Modern tasarım yöntemleri, tasarım koşullarında akış ayrımlarının önlenmesini mümkün kılar. Bu aşamalardaki kısmi yüklerde tekerleğin kök kısmında geniş bir alanı kapsayan akış ayrılmaları meydana gelir. Bu olaylar son aşamaların verimliliğini azaltır ve aynı zamanda tekerleğin titreşim mukavemeti üzerinde olumsuz etkiye sahiptir.

Çok güçlü üniteler için buhar çıkışlarının sayısı şimdiden sekize ulaştı. Ünite şaftlarının sayısının seçilmesi konusu maksimum çıkış alanının elde edilmesiyle ilgilidir. Tek şaftlı bir ünite, iki şaftlı bir üniteden daha basittir ve genellikle daha ucuzdur. Aynı zamanda iki şaftlı ünite, her iki şaftın farklı dönüş hızlarının kullanılmasına olanak sağlar. Alçak basınç pompasının dönüş hızının azaltılması, son kademenin giriş alanının izin verilen voltajlarla aynı seviyede arttırılmasını ve çıkış hızındaki kayıpların azaltılmasını mümkün kılar.

Çift şaftlı üniteler yurt dışında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sadece geleneksel tipteki çok güçlü tesisler için değil, aynı zamanda nispeten düşük buhar parametrelerinde çalışan ve türbinlerin son aşamalarında büyük hacimsel akış hızlarına sahip nükleer üniteler için de geçerlidir. Ek olarak, bazı ülkelerde (ABD, Latin Amerika ülkeleri vb.), 60 Hz'lik kritik bir akım frekansı kullanılmaktadır ve bu, yüksek dönme hızlarında (3600 rpm) uzun kanatlar oluşturma görevini önemli ölçüde zorlaştırmaktadır.

Hangi seçeneğin (tek şaftlı veya çift şaftlı) tercih edileceği konusunda fikir birliği yoktur. 50'li yılların sonunda, Brown-Boveri, General Electric ve Siemens yabancı şirketlerinin önde gelen uzmanları, tek şaftlı bir ünitenin ekonomik olarak uygulanabilir maksimum gücünün 400-500 MW olduğunu düşünüyordu. Son on yılda çoğu fabrika ve firmanın bu konudaki eğilimi gözle görülür biçimde değişti. Yerli ve yabancı fabrika ve firmalar, gücü sadece birkaç yıl önce “maksimum” kabul edilen değerleri önemli ölçüde aşan tek şaftlı türbinler tasarlayıp üretiyor. (Şu anda 800 ve 1200 MW kapasiteli türbinler LMZ, 765 MW'ı General Electric, 800 - 1000 MW'ı Siemens, 600 MW'ı İngiltere, Fransa, İtalya vb. firmalar tarafından üretilmekte ve tasarlanmaktadır.) Batı Alman şirketi Siemens, teknik ve ekonomik hesaplamalara dayanarak şu anda 1000 MW'a kadar çift şaftlı ünitelerin üretiminin tavizsiz olduğunu düşünüyor. Aynı zamanda Amerikalı ve Batı Avrupalı ​​şirketler çok sayıda iki şaftlı ünite üretiyor. Yurt dışında en güçlü üniteler (800 - 1300 MW) şu anda çift şaftlı olarak üretilmektedir. SSCB'de 800 MW'a kadar güce sahip tek şaftlı türbinler üretildi. Şu anda LMZ ve KhTGZ daha güçlü tek şaftlı makineler üretiyor.

Buharın başlangıç ​​parametrelerinin ve ünitelerin birim gücünün artmasıyla birlikte, buhar türbinleri için buhar dağıtım tipinin seçilmesi sorunu yeniden gündeme geldi. Bu sorun, türbinin beklenen çalışma modları sorunundan ayrı olarak çözülemez. Kısma buhar dağıtımı, tasarım modunda en yüksek verimliliği sağlar. LPI'da LMZ ile birlikte yapılan hesaplamaların gösterdiği gibi, K-200–130 türbini için nozül yerine kısma buhar dağıtımının kullanılması ve kontrol aşamasının üç basınç aşamasıyla değiştirilmesi, türbin odasındaki spesifik ısı tüketimini azaltır. nominal modda enerji santrali yaklaşık% 0,3 ve K-300-240 türbini için -% 0,4. Verimlilikteki bu artış, kontrol aşamasının verimliliğinde yaklaşık %2 oranında bir artışa eşdeğerdir.

Nozül buhar dağıtımı, nominal modda kısma kelebeğinden daha düşük olmasına rağmen, kısmi yüklerde (dikkate alınan örneklerde, nominalin %90'ından daha az yüklerde) verimlilik açısından ondan daha üstündür. Yüksek buhar parametrelerinde lüle buhar dağıtımının önemli dezavantajlarından biri, kontrol vanalarındaki buharın farklı kısılmasından dolayı, farklı açıldıklarında bu vanalardan geçen buhar akışlarının sıcaklıklarının önemli ölçüde değişebilmesidir. Yani örneğin 400 bar, 650°C başlangıç ​​parametreleriyle %10 açık bir vananın arkasındaki buhar sıcaklığı, tamamen açık vanaların arkasındaki buhar sıcaklığından 180°C daha düşüktür.

Bu tür bir akış homojensizliği ve buna bağlı olarak türbin statorunun eşit olmayan ısınması, önemli termal gerilimlere ve mahfazanın bükülmesine neden olabilir. Farklı nozul gruplarının önündeki buhar parametrelerindeki eşitsizliği ortadan kaldırmak için, birkaç nozul grubuna eşzamanlı buhar girişi kullanılır; bu durumda nozul buhar dağılımı gaz kelebeği dağılımına yaklaşır ve aralarındaki kısmi modların verimlilik farkı azalır.

Aynı zamanda en büyük buhar türbinlerinin kontrol kademelerinin güçleri de olağanüstü seviyelere ulaştı. Örneğin, LMZ K-800–240 türbininin gücü yaklaşık 50.000 kW'tır. Bu aşamadaki rotor kanatlarının kararsız akış koşulları için tasarlanması son derece zorlaşır. Bu nedenlerden dolayı 1000 MW ve üzeri kapasiteye sahip ünitelerde kısılmış buhar dağıtımı tercih edilmektedir.

Tam buhar beslemesi ile kısma buhar dağıtımının önemli bir avantajı, birinci aşama kanatlarının titreşim özelliklerinin iyileştirilmesidir. Tam buhar beslemeli buhar dağıtımını kısma, güçlü buhar türbinleri için giderek daha fazla kullanılmaya başlıyor. ABD'de 1000 ve 1150 MW kapasiteli türbinler bu tür buhar dağıtımı ile yapılmaktadır. İsviçreli Brown-Boveri firmasının ABD için tasarladığı 1300 MW kapasiteli türbin, buhar dağıtımını kıstı. 1200-1600 MW LMZ kapasiteli yeni türbin tasarımları aynı zamanda buhar dağıtımının kısılmasını da sağlıyor.

Devamı
--SAYFA SONU--

Buhar türbini gücünü artırma olanakları

Baş türbinin K-1200-240 olduğu birleşik bir seride türbin gücünde 1600 MW'a ve hatta 2000 MW'a kadar bir artış öngörülüyordu. Bu türbin belirli koşullar altında 1400 MW'a kadar güç geliştirebilmektedir. Yüksek soğutma suyu sıcaklıklarında ve pk > 4,5 kPa'da, mevcut LPC'ye göre türbin gücü 1600 MW'a yükseltilebilir. Bir monoblok veya muhtemelen bir çift blok (K-800-240 bloğu için mevcut kazana dayanarak) şeklindeki bir buhar jeneratörü sorunu da çözülmektedir. Ayrıca eyalet bölge enerji santrallerinin çoğunda soğutma suyu sıcaklığının kademeli olarak artacağı ve zamanla pk = 6,5 kPa olan türbinlerin kullanılacağı ve bunun da güçlerini önemli ölçüde artıracağı unutulmamalıdır.

Gücü ikiye katlama ilkesine dayalı olarak temelde yeni bir güç aralığının seçilmesi tavsiye edilir, yani. 2500 - 3000 MW'lık bloklar oluşturma görevini belirleyin. Bu sorunun çözümü, türbinler, kazanlar ve jeneratörler alanında kapsamlı araştırma ve geliştirme çalışmalarının yanı sıra üretim hazırlığını da gerektirecektir. Bu çalışmayı tamamlamak uzun zaman alacaktır. Böylesine büyük bir adım için hem buhar parametrelerinin hem de santralin temel yapısının yeniden ele alınması gerekiyor. Termal şemada ve buhar parametrelerinde temel değişiklikler olmadan yalnızca türbin gücünün daha da artması olanaklarını ele alalım.

Şu anda, 2000-2400 MW kapasiteli türbinlerin ön gelişmeleri mevcut olup, bu da onların beklentilerini değerlendirmeyi mümkün kılmaktadır.

Bu problemi çözerken, turbojeneratör hızının seçimi temel bir konudur. 2000 MW'ın üzerindeki güce sahip düşük hızlı türbinler, genel ekonomik göstergeler ve güvenilirlik açısından yüksek hızlı türbinlerle rekabet edebilecek düzeydedir. Düşük hızlı bir türbinin HPC'sinin verimliliği, yüksek hızlı bir türbininkiyle yaklaşık olarak aynıdır, çünkü ikincisi zaten çift akışlı bir HPC gerektirir ve bu nedenle kanatların uzunluğunun arttırılmasından gözle görülür bir kazanç elde edilmez. . Bu hususlar DAC'ler için daha da geçerlidir. Düşük hızlı bir türbinde, LPC prensip olarak daha düşük çıkış kayıpları nedeniyle yüksek hızlı bir türbine göre daha yüksek verime sahip olabilir veya içindeki silindir sayısı önemli ölçüde azaltılabilir. Yüksek hızlı türbin sorununun LPC sayısını artırarak çözümü, çok uzun bir şaft hattına yol açar ve bu sayede titreşimler kolayca uyarılır. Silindir sayısını sınırlarsanız, gücü artırmanın tek yolu son aşamadaki kanatların süpürdüğü S alanını arttırmaktır. Bu alan d2l2 veya u2l2 ile orantılıdır. Akış aerodinamiği nedeniyle fan katsayısı dl sınırlıdır (şu anda 2,5'tan az değildir). Bu katsayıyı sabit alarak, belirli bir dönme hızı için S~u2 değerini buluruz. Bu koşullar için, belirli bir PC'de LPC buhar tüketimi ve dolayısıyla türbinin maksimum gücü, son PC'nin çevresel hızının karesiyle orantılıdır. Şimdiden K-1200–240 LMZ türbininde u2 = 471 m/s (u2" = 660 m/s) ve çevredeki hız, ses hızını önemli ölçüde aşıyor. Ancak daha da artması ihtimali göz ardı edilemez.

Çıkış kinetik enerjisi kaybını korursak ve aynı zamanda çevresel hızı arttırırsak, o zaman küçük β2* açıları elde edilir, bu da son aşamaların akış kısmının meridyen kesitinin ve güçlü bir kanadın tasarlanmasında zorluklara neden olabilir. rotorun çevresi. Bu gibi durumlarda, çıkış kayıplarındaki artışa rağmen çıkış hızının arttırılması sorunu ortaya çıkar. Ancak bu ancak belirli bir sınıra kadar mümkündür, çünkü büyük kayıplar nedeniyle uygun olmayan aerodinamik şekle sahip çıkış borularında ses üstü hızlarda harekete izin vermek imkansızdır.

2500–3000 MW gücünde yüksek hızlı türbinler tasarlanırken, kanat boylarının büyük olması ve rotorların boyutları nedeniyle yüksek basınç silindirinin ve özellikle merkezi silindirin tasarımında da zorluklar yaşanmaktadır.

Çift şaftlı yüksek hızlı türbinler, birleşik düşük basınçlı pompaların ve düşük basınçlı motorların sayısındaki artış nedeniyle yüksek kurulum verimliliğini korurken, "nihai güçte" önemli bir artışın yolunu açıyor. İki aşamalı adımlar sorunu da özel ilgiyi hak ediyor.

2000 MW ve üzeri güce sahip yüksek hızlı türbin tasarımının zorluğu nedeniyle alternatif olarak düşük hızlı türbin öne sürülüyor. İkincisinin ana dezavantajları: silindirlerin termal durumunu kötüleştiren, aynı zamanda nakliye, kurulum ve onarımda zorluklar yaratan ve santraldeki inşaat işlerinin maliyetini artıran ana parçaların büyük kütlesi ve boyutu. Bununla birlikte, mevcut teknik imkanlar göz önüne alındığında, düşük hızlı bir türbinin yüksek hızlı olana göre avantajlı olduğu bir türbin güç sınırı vardır. Bu tip türbinlerin karşılaştırmalı bir değerlendirmesi için bazı tasarım seçeneklerini ele alacağız.

n = 3000 rpm'de 2000 MW'lık bir türbin için tasarım seçenekleri. TsKTI'de, 23,5 MPa ve 838/838 K buhar parametreleri için yüksek hızlı türbin K-2000–240/3000 üzerinde araştırma gerçekleştirildi. Bu proje, halihazırda kullanılan buhar parametrelerine dayanıyordu. Soğutma suyu sıcaklığının 293 ve 298 K olduğu varsayılmıştır. Ünitenin termal tasarımı, K-1200–240 tipi modern türbinlerle aynı kabul edilmiştir.

Proje zamanında malzemelerin mekanik özelliklerinin bugüne göre %15-20 daha yüksek olması bekleniyordu. Ayrıca yüksek ve orta basınçlı rotorlar için 60-100 ton ağırlığındaki krom paslanmaz çeliklerden dövme parçaların geliştirileceği ve merkezi deliksiz rotorların üretileceği varsayılmıştır. Akma dayanımı 1200-1400 MPa ve ağırlığı 15 tona kadar olan paslanmaz maraging çeliklerden yapılmış dövme parçaların kullanılmasının mümkün olacağı varsayılmıştır Titanyum rotor kanatları için 900 MPa'ya kadar akma dayanımı seçilmiştir. Temel olarak proje, kullanılan türbin malzemelerinin halihazırda ulaşılan mekanik özelliklerine ve deneyimlerle doğrulanan güvenlik marjlarına odaklandı.

Projenin ana özellikleri: yüksek çevresel hızlar (kök bölümleri boyunca rotor çapları d/ = 1400 mm) nedeniyle tek akışlı CVP ve CSD'de az sayıda aşama; CVP ve CSD'nin bir silindire yerleştirilmesi; alçak basınçlı pervanenin son aşaması için l2=1200 mm uzunluğunda ve d2=3000 mm çapında (ΣS = 90,4 m2) bir kanadın kullanılması; karşı basınç pk = 5,2 kPa; silindirler arasındaki ayırma basıncı 0,7 MPa'dır. Bu koşullar altında türbinin, LPC'den sekiz çıkışlı, toplam 49 kademeli ve HPC'nin merkezi konumunda olan beş silindirli olduğu ortaya çıktı.

Toplam buhar tüketimi G = 6500 t/h. Yüksek karşı basınç nedeniyle, her bir LPC çıkışında büyük bir spesifik buhar tüketimi elde edildi - 45 t/(m2h), K-1200–240 türbininde ise pk ~ 3,6 kPa'da yaklaşık 32 t/(m2h) idi. Çıkış kinetik enerjisi hС2 = 43 kJ/kg (~10 kcal/kg) ve MC2g = 0,85. Bu çıkış kaybı son derece yüksektir. Yüksek basınç ve solunum basıncının iç verimliliği 0,89 ve düşük basınç - 0,83 olarak alınabilir. CWD'nin gücü yaklaşık 700 MW, CSD'nin gücü yaklaşık 600 MW ve CND'nin gücü 8x105 MW'dır (toplam iç güç 2140 MW). CVP ve CSD, eksenel basınçtan kuklalar tarafından boşaltılır.

Birleşik HPC-DCS ünitenin merkezinde bulunur ve her iki yanında 2 LPC bulunur. Silindirlerin geleneksel düzeniyle karşılaştırıldığında bu, göreceli termal genleşmeyi azaltır ve CVD tarafına yerleştirilen baskı yatağı muylusunun çapını azaltır, bu da bu yatakta kabul edilebilir bir çevresel hız elde edilmesini mümkün kılar. Ayrıca CSD'den hemen sonra akışın dallanması nedeniyle bypass borularının boyutu küçülür. Yüksek basınç motorunun düşük frekanslı titreşim özellikleri de ön yatak tarafında serbest bir muylu bulunmadığından iyileştirilmiştir.

K-1200–240 türbiniyle karşılaştırıldığında, rotor muyluları daha büyük kuvvetlere maruz kalır (kısa devre durumunda torkun dört katı olarak hesaplanır). Özellikle dayanıklı malzemeden (maraging çeliği) yapılmış flanş bağlantılı rotor ara parçaları kullanırlar. Boyunların çapları 600 mm'yi geçmez.

Muhafazaların ve stator elemanlarının gerilimi, halihazırda çalışan türbinlerde izin verilen değerleri aşmaz. Kanatlar, kuyruk bağlantıları (balıksırtı tipi) ve rotor gövdesi, özellikle CSD'deki yüksek sıcaklık bölgesinde aşırı gerilime maruz kalır; Birinci etap alanında; rotor, 1,25 akma mukavemeti marjına sahip R2M çeliğinden yapılabilir. Hesaplama 100.000 saat çalışma varsayımı altında yapılmıştır.Kromlu paslanmaz çeliklerden dövme üretimi rotorların dayanıklılığını artıracaktır.

Türbinin uzunluğu 49 m olup, K-1200–240 türbininin uzunluğundan sadece biraz daha uzundur.

LPC'yi kapasitöre ve temele bağlamak için yeni seçenekler geliştirilmiştir: dış kasa ince duvarlı bir kabuktur ve bir çerçeve aracılığıyla doğrudan temele bağlanan iç kasayı ortalamak için bir taban görevi görmez .

Kondensersiz bir türbinin spesifik metal tüketimi, ön hesaplamalara göre yaklaşık 1,3 kg/kW iken K-1200–240 için 1,6 kg/kW'tır (pk = 4 kPa'da).

n=1500 rpm'de 2000 MW'ın üzerinde kapasiteye sahip türbinler için tasarım seçenekleri. Nükleer santraller için 500 ve 1000 MW kapasiteli, 1500 rpm'de çalışan türbinler üretilmektedir. Bu amaca yönelik büyük ürünlerin imalatıyla ilgili olarak çok büyük maliyetlere maruz kalındı; bu, yalnızca yeni türbin atölyelerinin inşasını değil, aynı zamanda türbin tesislerine hizmet veren metalurji endüstrisinin yeniden yapılandırılmasını da gerektirdi. Sektöre sağlanan bu katkı sayesinde, ağır hizmet türbinlerinin daha da geliştirilmesi sorununu, ekonomikliklerine ve güvenilirlik derecelerine bağlı olarak hem yüksek hızlı hem de düşük hızlı türbinler kullanılarak geniş çapta çözmek artık mümkün.

CKTI'de L.D.'nin rehberliğinde gerçekleştirildi. Alternatif bir çözüm olarak yüksek hızlı bir türbinle birlikte değerlendirilen, 1500 rpm'de 2000 MW gücünde bir türbinin Frenkel tasarım geliştirmesi. 2000 MW'lık kapasite, yüksek hızlı bir türbinin fizibilite sınırına yakındır ve bu durum, düşük hızlı türbin seçeneğinin lehine olmasa da, projelerin karşılaştırılmasını ilginç kılmaktadır.

Başlangıç ​​buhar parametreleri 23,5 MPa, 833/838 K: karşı basınç 5,9 kPa. Besleme suyunun son sıcaklığı tp.v = 543 K. Akış kısmı, yaklaşık 710 MW gücünde tek akışlı bir HPC (12 aşama), çift akışlı bir CSD (2x8 aşama) ve üç LPC ( 2x127 MW gücünde 2x6 kademeli. Toplam aşama sayısı 64'tür. LPC'nin akış kısmını tasarlamanın temeli, l2 = 1400 mm, d2 = 4100 mm, d1 = 2,93 ve S = 18 m2 kanatlı bir aşamaydı. En yeni buhar jeneratörünün spesifik buhar tüketimi yaklaşık 33 t/(m2saat)'tir. Santral venöz basıncın arkasındaki basınç 3,6 MPa, santral venöz basıncın arkasındaki basınç ise 0,37 MPa'dır.

CVP ve CSD'nin etkinliği yaklaşık 0,89, CND için ise 0,85 olarak hesaplanmıştır. Yüksek değerleri, esas olarak silindirlerdeki her son aşamanın arkasındaki daha düşük çıkış kayıpları nedeniyle elde edilir, özellikle de tasarım modunda hС2'nin 20 kJ / kg olduğu LPC'de, bu yüksek kayıplardan yaklaşık iki kat daha düşüktür. -hızlı türbin. Bu koşullar altında spesifik ısı tüketimi, K-1200–240 türbinli bir buhar türbini ünitesine göre yalnızca biraz daha azdır.

Zor bir görev, yerel sıcaklıkların 803 K'yi aştığı ve sondajdaki gerilimlerin 170 MPa'ya ulaştığı yüksek ve orta basınçlı rotorların tasarımıdır. En sıcak yerlerde rotor, ilk kızdırıcıdan önce alınan buharla soğutulur. Bu alanlar 25–30 K kadar soğutulduğunda ısıya dayanıklı perlitik çelikler kullanılabilir. RVD'nin ortalama çapları 1800–1970 mm, ilk ve son rotor kanatlarının uzunluğu yaklaşık 100 ve 300 mm olacak şekilde seçilmiştir ve RSD'nin aynı boyutları 2315–2770 mm ve RL 150 ve 410 mm'dir. mm. HPC ve CSD rotorları kaynaklı, tambur tipindedir. RVD'nin ağırlığı yaklaşık 65 ton, RSD'nin ağırlığı ise yaklaşık 110 tondur.

Devamı
--SAYFA SONU--

LPC'de son aşama nispeten daha az vurgulanır. Çalışan bıçak boyutları sınırdan uzaktır, kök bölümündeki gerilim ortalama PAS σi = 23 MPa değeriyle (29 MPa basınç düşüşü dikkate alınarak) bükülmeden kaynaklanmaktadır. Akma dayanımı σ0,2~640MPa olan bir malzeme için rotordaki güvenlik faktörü kt~2,8'dir. Tüm bu voltajlar, aynı güçteki yüksek hızlı türbinlerden önemli ölçüde daha düşüktür.

RND'nin ağırlığı 145 tondur; nк = 2820 rpm. Türbinin toplam kütlesi yaklaşık 3100 ton olup, türbinin uzunluğu yaklaşık 56,5 m'dir.

Düşük hızlı ve yüksek hızlı türbinlerin karşılaştırılması. Yüksek hızlı ve düşük hızlı türbinlerin tasarımlarının incelenmesi, K-2000–240 türbininin her iki türden de yapılabileceği sonucuna varmaktadır. Verimlilik açısından her iki türbin tipi de önemli ölçüde farklılık göstermemelidir.

Her iki türbin de beş silindirli olarak tasarlanmıştır. Aynı zamanda, yüksek hızlı türbinin (yoğunlaştırıcısız) ağırlığı, düşük hızlı olandan %20'den daha azdı. Ancak dl~3'te son kanat uzunluğu 1600 mm veya daha fazla olan düşük hızlı bir türbin yapılabilir ve bu durumda son rotor kanadının süpürme alanı 27 m2 olacaktır, bu da benimsenenden 1,5 kat daha büyük olacaktır. Projede son kanat uzunluğu 1200 mm olan yüksek hızlı türbinde aynı alandan 2,4 kat daha büyük. Aynı zamanda, düşük hızlı bir türbindeki LPC'lerin sayısı azalacak ve daha rekabetçi hale gelecektir.

Projede düşük hızlı türbin, yüksek hızlı türbinden yaklaşık 6,5 m daha uzun ve biraz daha geniştir (genişlik LPC çıkış borusunun boyutuna göre belirlenir).

Düşük hızlı bir türbinin olumlu faktörleri arasında şunları not ediyoruz: RSD'deki düşük çevresel hızlar ve gerilimler, sert ve nispeten ağır rotorlar. İkincisi, düşük frekanslı titreşimin ortadan kaldırılmasını kolaylaştırır. Ancak yine de 2000 MW'lık bir türbin düşünüldüğünde bu avantajların belirleyici olduğu düşünülemez. Düşük hızlı bir türbinin avantajları, önemli ölçüde daha yüksek güç ve optimal LPC sayısı ve boyutu ile ortaya çıkarılabilir.

Dolayısıyla buhar türbini termik santrallerdeki ana motordur ve diğer motor türlerine göre bir takım avantajlara sahiptir:

– rotasyonel çalışma prensibi;

– yüksek hız ve jeneratör şaftına sıralı olmayan bağlantı imkanı;

- Yüksek başlangıç ​​ve düşük nihai buhar parametrelerinin kullanılması koşuluyla yüksek termal verim;

– sınırsız ünite gücü;

– herhangi bir endüstriyel yakıt türünü kullanma imkanı.

Buhar türbinlerinin dezavantajları şunlardır:

– büyük boyutlar ve ağırlık;

– buhar saflığına ilişkin yüksek talepler;

– büyük miktarda soğutma suyuna ihtiyaç duyulması;

– son derece ekonomik, düşük güçlü bir buhar türbini yaratmanın imkansızlığı.

Termik santrallerin termal çalışma çevrimleri.

19. yüzyılın ilk yarısında. fizikçi ve mühendis Carnot ilk olarak iki izoterm ve iki adiabattan oluşan ideal bir tersinir döngüyü düşündü (Şekil 6) ve döngünün termal verimliliğini /> belirledi.

Pirinç. 6 T-S diyagramında Carnot çevrimi

Çalışma akışkanı, ısı sağlandığında 1. noktadan 2. noktaya /> ve 2. noktadan 3. noktaya adyabatik olarak sıcaklık />=sabit ile izotermal olarak genişler. ısı temini veya uzaklaştırılması olmadan. Genleşmenin sonundaki sıcaklık T2, T1 sıcaklığından daha düşüktür. Cisim 3. noktadaki durumdan 1. noktadaki başlangıç ​​durumuna geçer, önce ısı giderimiyle birlikte T2 = const izotermi boyunca ve ardından adyabatik eğri boyunca (4-1 çizgisi).

T-S diyagramında, bir termodinamik prosesin eğrisinin altında kalan alan sayısal olarak proseste yer alan ısı miktarına eşittir. Sağlanan ısı miktarı /> sayısal olarak dikdörtgenin alanına /> ​​eşittir ve çıkarılan ısı miktarı /> dikdörtgenin alanına /> ​​eşittir. Bu nedenle, dikdörtgenin (1234) alanı sayısal olarak mekanik enerjiye dönüştürülen ısı miktarına eşittir:

Islak buhar bölgesinde ideal bir Carnot çevrimi düşünelim.

Carnot çevriminde ısının uzaklaştırılması işlemi sonunda kuruluk derecesi 0<1, поэтому в последующем процессе сжатия daдолжен сжиматься влажный пар от начального состояния />x=0'a kadar (yani a). /> belirli hacimdeki değişiklik tarafından belirlendiğinden, sıkıştırma için harcanan iş çok büyük olacaktır (belirli hacimdeki değişiklik 3 kat büyüklüktedir). Ayrıca, Carnot döngüsünün verimliliğini arttırmak, yani // arttırmak ve // ​​azaltmak için, ilk basıncı arttırmak ve sonuncuyu azaltmak gerekirken, ısı giderme işleminin son noktası yani, sağa (daha kuru buhar alanına) kayar, böylece sıkıştırma için enerji tüketimi artacaktır. Ayrıca sıkıştırma işleminin başlangıcında ıslak buhar, sonunda ise doymuş sıvı bulunduğundan, sıkıştırma işleminin kendisi kompresör yardımıyla veya hidrolik pompa yardımıyla gerçekleştirilemez. Bu özelliklerinden dolayı Carnot çevrimi değiştirilerek Rankine çevrimi adını almıştır. Tek değişiklik, ısı giderme işleminin çalışma sıvısı tamamen yoğunlaşıncaya kadar gerçekleştirilmesiydi.

Devamı
--SAYFA SONU--

Bu nedenle, sonraki sıkıştırma işleminde sıkıştırılan ıslak buhar değil, sıvıdır. Bir sıvının basıncındaki değişiklikle hacimdeki değişiklik küçük olduğundan, Rankine döngüsündeki sıkıştırma işi Carnot döngüsünden önemli ölçüde daha az olur, yani de bir izokor olarak düşünülebilir. Sıkıştırma ideal koşullar altında, yani adyabatik olarak meydana geldiğinden, çizgiye izokor veya izentrop adı verilir.

Termik santrallerin işletme çevrimini T-S diyagramında ele alalım.

Isı verildiğinde ve çıkarıldığında, çalışma akışkanının faz durumu değişir (sıvı - buhar - sıvı). Buhar jeneratörü 1'deki suyun doyma sıcaklığına // basınçta р(satır 1–2) ısıtılması, buhar jeneratörü 1'de buhar oluşumu (hat 2–3) ve buharın kızdırıcı 2'sinde buharın (hat 3–4) aşırı ısıtılması jeneratör р=const'ta meydana gelir. T-S diyagramını kullanarak 1 kg çalışma akışkanının çevrimin herhangi bir noktasında faz durumunu belirleyebilirsiniz.

Doymuş buhar bölgesinde izobarik süreç (satır 2-3) izotermal olanla çakışır, yani. buharlaşma sabit basınç ve Tp sıcaklığında meydana gelir. Su, 1a0d alanıyla temsil edilen ısı içeriği /> ile buhar jeneratörü 1'e girer. Suyu doyma (kaynama) sıcaklığına kadar ısıtmak için harcanan ısı miktarı sayısal olarak 12 ba'lık bir alana eşittir; buhar üretimi için - 23 wb'lik bir alan; buharın aşırı ısınması için - alan 34 gv. Çalışma akışkanına aktarılan toplam ısı miktarı sayısal olarak 1234 hektarlık alana eşittir. Bu, tedarikinin izobarik işlemi sırasındaki ısı miktarıdır

İdeal bir türbinde, buhar genleşmesi izantropik bir yol (4-5 çizgisi) boyunca meydana gelir. Türbinden sonra buhar, ısıyı soğuk bir kaynağa (nehir, göl vb.) giren soğutma suyuna aktardığı yoğunlaştırıcıya girer. Türbinden çıkan buharın yoğunlaşma süreci 5-1 satırında gösterilmektedir. Soğuk kaynağa aktarılan ısı miktarı sayısal olarak 51 ag'lik bir alana eşittir:

derin vakumda çalışan buhar türbini ünitelerinde />kcal/kg.

Buhar yoğuşması sabit sıcaklıkta />ve sabit basınçta />kgf/cm'de meydana gelir, yani. izobarik ve izotermal süreçler çakışır.

Yerli buhar türbinlerinin geliştirilmesine ilişkin durum ve beklentiler.

Yerli buhar türbini enerji mühendisliği uzun süredir yüksek seviyededir. Türbinler ve diğer türbin ünitesi ekipmanları (TTU), Rus fabrikalarında ve Ukrayna'daki iki fabrikada - Kharkov Türbin Fabrikası (şimdi Turboatom) ve Sumy Pompa Fabrikasında - tasarlanıp üretilmektedir. İthal ekipmanların (özellikle buhar türbini) de kullanıldığı ABD ve Japonya'nın aksine, tüm enerji santrali ekipmanları kendi bünyesinde yapıldı.

Fabrikalarımız, birçoğu henüz yurt dışında aşılamayan buhar türbinleri, türbinler ve bunların elemanlarını üretti. Bu bağlamda, Kostroma Eyalet Bölge Elektrik Santrali'nde 20 yılı aşkın süredir başarıyla çalışan, iki kutuplu bir elektrik jeneratörünü çalıştırmak için dünyanın en büyük tek şaftlı türbini SKD LMZ K-1200–23.5'i not edebiliriz. Genel olarak, Rusya Federasyonu'nda süperkritik basınç türbinlerinin (SCP) sayısı diğer ülkelerden daha fazladır: 100 yoğuşmalı türbin. Aynı zamanda, Avrupa'da (BDT ülkeleri hariç), gelişmekte olan ülkelerde ve büyük ölçüde Amerika Birleşik Devletleri'nde yakın zamana kadar neredeyse tüm enerji endüstrisi p = 16,3 - 18 MPa kritik altı basınca odaklanmıştı. Yurtdışında, buhar enerjisi termik santrallerinde, termik santrallerimizde olduğu gibi bu kadar derin bir tasarım boşluğuna nadiren rastlanır - tcool.v = 12 C'de, ancak bu, güçlü türbinlerin oluşturulmasını önemli ölçüde zorlaştırır.

Sadece eski SSCB ülkelerinde Turboatom tarafından üretilen 500 ve 750 MW ve LMZ tarafından 1000 MW kapasiteli yüksek hızlı beş silindirli doymuş buhar türbinleri uzun süredir faaliyetteydi. Bu türbinlerin düzeni, çift akışlı bir HPC'nin her iki yanında 2 LPC'dir; karmaşık çok destekli şaft iyi titreşim özelliklerine sahiptir. Bazı yerli güçlü NGS türbinleri, 25 1/s düşük hız: Ne>500 MW VVER reaktörlü çift devreli NGS'ler için Turbatom türbinleri.

Rusya Federasyonu'nda fosil yakıt kullanan enerji santrallerinin neredeyse yarısı ekonomik ve çevresel açıdan uygun kombine ısı ve elektrik üretimine sahip termik santrallerdir. Toplamda BDT ülkeleri dışında TMZ ve LMZ tarafından geliştirilenler kadar çok sayıda ısıtma türbini yok, bu kadar çeşitli tasarımlar, düzenler ve kapasiteler yok. 300 MW'a kadar kapasiteye sahip dünyanın ilk ısıtma türbinleri SKD (T-250/300–23.5 TMZ) 70'li yılların başında piyasaya sürüldü. Şu anda Rus termik santrallerinde bu tür 22 güç ünitesi faaliyet gösteriyor.

Ülkemizde ilk defa iki kademeli ısı tahliye sistemleri ve regülesiz basınçlı ısı tahliye sistemleri kullanıldı. Artık bu tür sistemler hem burada hem de yurt dışında yaygın olarak kullanılıyor; son yıllarda Kuzeybatı Avrupa ve Çin de dahil olmak üzere termik santraller yaygınlaştı ve Danimarka'da 400 MW ve daha yüksek kapasiteye sahip kömürle çalışan elektrik santralleri kullanıldı. Ancak bu alanda hem parametreler hem de verimlilik açısından geride kalmaya başladık, kendi termik santrallerimize giderek daha etkisiz ve nispeten pahalı olan küçük üniteler sağlamaya başladık.

Türbinin en karmaşık elemanının son kademe olduğu bilinmektedir. Uzunluğundaki (aynı dönüş hızı n'de) ve halka şeklindeki alandaki Ω artış, büyük ölçüde bir türbin tesisinin veya şirketinin teknik seviyesini karakterize eder. Bu sorunu çözmenin ilerici yollarından biri (yaklaşık 5 yıl sonra her şirket en yeni büyük boyutlu bıçaklara geçer), titanyum alaşımından bıçaklar üretmektir. İlk kez LMZ türbinlerine önce 960 mm uzunluğunda, ardından 1200 mm uzunluğunda ve Ω = 11,3 m2 kanatlar takıldı. Önde gelen birçok şirket de son aşamalarda titanyum bıçaklar takmayı denedi, ancak çoğu zaman başarısız oldu. Sadece 1992'den beri ve ABD'de Amerikan şirketi General Electric (GE) ve daha sonra Japon şirketleri 1016 mm uzunluğunda titanyum kanatlı türbinleri işletmeye aldı.

Ancak hafif bir titanyum alaşımıyla bile uzun kanatların merkezkaç kuvvetine dayanmak kolay değildir. İlk başta bunun için kaynaklı bir rotor kullanıldı ve daha sonra LMZ K-1000–5.9 türbinlerinin düşük basınçlı tahriki için Izhora tesisinde merkezi sondajı olmayan benzersiz bir büyük boyutlu rotor üretildi. Özellikle bu boyuttaki merkezi deliksiz rotorlar henüz hiçbir yerde kullanılmıyor. Siemens'in güçlü, gelişmiş türbinleri için geliştirdiği bu rotorların yalnızca tasarımları bilinmektedir.

Devamı
--SAYFA SONU--

Türbin yapımımızın diğer başarıları arasında, LMZ tarafından K-800–23,5–5 türbininin kontrol aşamasında (50 MW gücünde) kullanılan çalışma kanatlarının paket tasarımı dikkate değerdir. Kısmi buhar beslemesi ile yeni LMZ tasarımı, daha önce kabul edilenden birkaç kat daha yüksek bükülme gerilimlerine olanak tanır. Kanat paketleri LMZ ve Turboatom tarafından türbinlerinin diğer kademelerinde kullanılıyor. Halka ligasyonuyla demetleme sadece kanatların güvenilirliğini arttırmakla kalmaz, aynı zamanda özellikle değişken çalışma koşulları altında aşamaların verimliliğinin artırılmasını da mümkün kılar.

Büyük ölçekli türbin yapımında, buhar türbini ünitelerinin tüm özellikleri rekabetten olumlu yönde etkilendi: LMZ ve Turboatom yoğuşmalı üniteler için, ısıtma üniteleri için - TMZ ve LMZ.

Yukarıda belirtilenler de dahil olmak üzere yerli türbinlerin avantajları, buhar türbini yapısının ilgili seviyesi ile açıklanmaktadır. Bu, ülkenin önde gelen üniversitelerinde yüksek nitelikli mühendislik ve bilimsel personelin yetiştirilmesi, fabrika laboratuvarlarında ve tasarım bürolarında, araştırma enstitülerinde ve teknik üniversitelerde yürütülen büyük hacimli, çeşitlilik ve derinlikteki bilimsel araştırmalarla kolaylaştırılmaktadır. Uluslararası düzeyde tanınan bilim ve tasarım okulları oluşturuldu. Türbin tesisleri modern teknolojik, kontrol ve deney ekipmanlarıyla donatıldı. Örneğin, dünyada mevcut üç tam ölçekli deneysel stanttan ikisi burada, LMZ ve TMZ'de bulunuyor. Teknik literatür, çalışanlar da dahil olmak üzere personelin eğitiminde, mevcut deneyimlerin analiz edilmesinde ve uzmanlaştırılmasında ve en iyi bilimsel ve teknik gelişmelerin kullanılmasında önemli bir rol oynar. Rusça'da buhar türbinleri, teknik eğitim okulları ve ilgili sorunlar hakkında diğer dillere göre daha fazla kitap bulunmaktadır. Buhar türbinleriyle ilgili literatürümüz yabancı dillere çevriliyor. Örneğin sadece Moskova Enerji Mühendisliği Enstitüsü Buhar Türbinleri Bölümü profesörünün kitapları 12 dilde yayınlandı. Türbin sanayisi gelişmiş bazı ülkelerin (ABD, Fransa, Japonya) buhar türbinleriyle ilgili içeriği modern düzeye karşılık gelen kendi kitaplarının olmadığını belirtelim.

Yerli tesislerin tüm türbinleri, türbin basamaklarını, standart aşamaları, akış parçalarını ve tarafımızdan oluşturulan buhar yolunun diğer elemanlarını yaygın olarak kullanır. Aerodinamik olarak test edilirler, bazen alışılmadık bir şekle sahiptirler, rüzgar ve buhar dinamik tünellerinde, deneysel türbinlerde (ET), tam ölçekli test tezgahlarında ve enerji santrallerinde test edilirler. TsKTI ve St. Petersburg Devlet Teknik Üniversitesi, bölünmüş şaftlı benzersiz ET'lere sahiptir. Enerji santrallerinde ince ayarlara kadar araştırma ve geliştirmede önemli bir yer, kanatların ve rotorların titreşim ayarına, değişken modlara, bazen çok karmaşık - bunlar azaltılmış hacimsel buhar akışlarına (GКvK) sahip düşük basınçlı basınç modlarıdır. Islak buhar ve nem ayrımının gaz dinamiği üzerine yapılan araştırmaların hacmi ve kapsamı, başka hiçbir yerde olmadığı kadar çok önemlidir. Fabrikalar, enerji santralleri, bilimsel enstitüler ve devreye alma kuruluşları tarafından gerçekleştirilen türbin rekonstrüksiyonlarının geliştirilmesinin sonucu, çok güçlü olanlar da dahil olmak üzere birçok türbinin, orijinal tasarım kaynağı olan 100 bin saat yerine 200 bin saat veya daha fazla çalışmasıdır. Rusya ve Ukrayna fabrikaları onlarca ülkeye türbin ihraç etti. Bilim yoğun ürünlerin bu karlı ihracatı günümüzde de devam etmektedir. Ancak yerli meslek okullarının geliştirilmesi, üretilmesi ve işletilmesindeki ciddi eksiklikleri de gözden kaçırmamak gerekir. Bunlar genellikle düşük kaliteli yardımcı ekipmanı içerir. Bu, uzun süre boyunca türbin tesislerinin tüm buhar türbini tesisinden değil, yalnızca kendi imalatlarının ekipmanından (bir türbin ve bir yoğuşma ünitesi) sorumlu olması gerçeğiyle kolaylaştırıldı. PTU'ları enerji santrallerinde test ederken, tesislerin çalışmasını, tasarım bürolarını değerlendirirken ve bunları garanti göstergeleriyle karşılaştırırken, "yabancı" ekipmanın gerçek özellikleri için düzeltmeler yapıldı: ısıtıcılar, pompalar, sürücüleri, nükleer santral ayırıcıları-yeniden ısıtıcıları , bağlantı parçaları vb.

Türbin üreten başlıca yabancı firmalar, kaygılar ve çokuluslu şirketler çeşitlilik göstermektedir. Ayrıca askeri endüstride kullanılanlar da dahil olmak üzere elektronik ve bilgisayar ekipmanları da üretiyorlar. Bu, türbinlerin, kanat imalatına yönelik robotların, kontrol sistemlerinin, kontrol ekipmanlarının, ölçümlerin vb. tasarımı için geçerlidir. Dönüşüm sonuçlarının kullanıldığı bireysel durumlara rağmen, temelde bugüne kadar devam eden farklı bir durumumuz var. askeri-endüstriyel kompleks. Günümüzde mesleki teknik okullarda Ar-Ge yapılırken, türbinlerin üretimi ve işletilmesi sırasında modern bilgisayarlara dayalı yeni programlar, CAD ve teşhisler büyük ölçüde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tam otomatik kontrol ve koruma sistemlerinin yanı sıra otomatik süreç kontrol sistemlerine yönelik temel unsurlar da dahil olmak üzere tüm bunlar, büyük ölçüde askeri-endüstriyel kompleksten gelen gelişmelerle ilgilidir. Bu nedenle, gaz türbinlerinin akış kısımlarında, teknik üniversitelerde ve araştırma enstitülerinde onlar için önerilmiş ve çalışılmış olmasına rağmen, daha sonra ve daha az ölçüde yerli buhar türbinlerinde kullanılan bazı yeni tasarım ve aerodinamik çözümler kullanılmaktadır. . Yeni yabancı türbinlerde aşağıdakiler yaygınlaşmıştır: MPEI'de geliştirilen düşük yükseklikteki nozül kanatlarının meridyen konturunun özel profili; viskozitenin etkisi ve kafeslerin karşılıklı etkisi dikkate alınarak tamamen mekansal hesaplama; Moskova Enerji Mühendisliği Enstitüsü tarafından önerilen ve "kılıç şeklinde" olarak adlandırılan, dönme yönünde eğimli (değişken yarıçaplı eğim açısına sahip) bıçaklar; yönlendirilmiş kök girişimsel sızıntıları; orijinal conta tasarımları ve çok daha fazlası. Üstelik yukarıda listelenen çözümlerin çoğu ilk olarak Rusya'da önerildi veya geliştirildi ve yabancı literatür sıklıkla önceliğimize atıfta bulunuyor.

Çoğu zaman, türbin tasarımlarındaki değişiklikler, artan verimlilik ve güvenilirlik sağlasa da, Ar-Ge ve türbin maliyetinde bir artışa neden olur ve bu nedenle Rusya Federasyonu'ndaki fabrikalar tarafından nadiren kullanılır.

Endüstriyel teknik ekipmanlar da dahil olmak üzere güç ekipmanlarını ihraç ederken, imzalanan sözleşmeler her zaman garanti özelliklerini belirtir. Testler STP'nin verimliliğinde garantiden sapmalar gösteriyorsa, üretici alıcıya (enerji santrali veya enerji sistemi) ödeme yapar veya tam tersine, ülkemizde neredeyse henüz ulaşmayan maddi teşvikler alır. türbinlerin ve STP'nin doğrudan yaratıcıları. Ne yazık ki, yerli tedarik için böyle bir kural yoktur ve ünitenin maliyeti pratikte test ve işletme sırasında elde edilen gerçek özelliklerine bağlı değildir. Ekipman güvenilirliği azaldığında üreticilerin mali sorumluluğu da yoktur. Elbette, tesis arızalandığında (her zaman kendisi değil) yeni parçalar tedarik eder ve onarımlar yapar, ancak planlanmamış yetersiz enerji üretimini telafi etmez. Son yıllarda, yabancı enerji mühendisliği firmalarının kârlarının ve hatta iş yükünün önemli bir payı, yalnızca iki yıllık kısa bir garanti süresinin sonunda ekipmanın sürekli uzun vadeli bakımına ilişkin sözleşmelerle garanti altına alınmıştır. Bu tür anlaşmaların ülkemizde de bağlayıcı olması gerekir. Özellikle işletmelerin çoğunluğunun tamamen veya kısmen özelleştirildiği günümüzde, garanti özelliklerindeki tüm sapmaların icracılar üzerinde önemli bir etki yaratması adil olacaktır.

Son zamanlarda ekipman arızalarının sayısı arttı: rotorların artan titreşimi; özellikle buhar genleşme sürecinin sınır eğrisi yakınında meydana geldiği aşamalarda bıçak kırılması; diyafram sapmaları vb. Böylece, bir nükleer santraldeki en büyük çok silindirli düşük hızlı türbinlerden birinde, LPC aşamasının sonundan dördüncüsünde, kanat saplarında arızalar veya çatlaklar keşfedildi. Maliyeti son derece yüksek olan tam bir yeniden çalışma gerektirirler. Görünüşe göre, planlanmamış onarımların maliyetini ve parçaların zorla değiştirilmesini de içeren sürekli bakım için tesisle yapılan bir sözleşme, santrale daha az maliyet getirecekti.

Son yıllarda küresel enerji sektöründe türbinler ve buhar türbinleri de dahil olmak üzere önemli ölçüde geliştirilmiş ekipmanlar yaratma eğilimi ortaya çıktı. Son zamanlarda yabancı şirketler tarafından inşa edilen, inşaatı devam eden ve geçen yüzyılın sonu ve bu yüzyılın başında işletmeye alınması sipariş edilen hemen hemen tüm buhar gücü (fosil yakıt) santrallerinde, güç ünitesinin net verimliliği, son yüzyılın yerine, güç ünitesinin net verimliliği >> = %36–39, %43–46'ya çıkmıştır (bazen halihazırda test verilerine dayanmaktadır) ve bunun (ve kömürle çalışan enerji santralleri için) %47–49'a çıkarılması planlanmaktadır.

Güç ünitelerinin verimliliğindeki bu artış, taze buhar, yeniden ısıtma ve besleme suyu sıcaklıkları parametrelerindeki artış, vakumun derinleşmesi ve ekipmanın radikal bir şekilde iyileştirilmesiyle açıklanmaktadır: ana (kazan tesisleri ve buhar türbinleri) ve yardımcı. Güçlü türbinler için (ve /= 1000 MW'a kadar olan ünitelerden bahsediyoruz) - tüm güç ünitesinin verimliliğindeki kazancın yaklaşık yarısı parametrelerin değiştirilmesiyle, diğer yarısı ise türbinin tasarımının iyileştirilmesiyle belirlenir. Yukarıda belirtilenler de dahil olmak üzere yeni türbin iyileştirmeleri, güç ne kadar düşük olursa, verim artışından o kadar büyük pay sağlar.

Şimdi /> ile başlayarak kural olarak SKD türbinleri yaratılıyor. Şebeke ve contalardaki nihai kayıpları azaltmaya yönelik bir dizi önlem dikkate alındığında, SKD'nin teknik ve ekonomik fizibilitesi 100 MW'tan başlayarak /> seviyesinde bile değerlendirilmektedir. Bireysel güç ünitelerindeki buhar parametreleri 28–31 MPa, 580–600 />'ye yükseliyor; bir dizi şirket />'ye geçişle tasarım çalışmalarına başladı; 720 /> gibi görünen fantastik sıcaklığa geçiş olasılığı üzerine çalışmalar ortaya çıktı. >.

Bununla birlikte, türbinin önünde buhar basıncı olan güç ünitelerimiz: 12,8 ve 23,5 MPa, 560/565 ila 540/540/> sıcaklıklardan transfer etmek zorunda kaldılar (detaylı olarak açıklanan deneysel endüstriyel türbin KhTZ SKR -100'ü saymıyoruz). literatür, 30 MPa'ya, 650/>). Geçtiğimiz 30 yılda, yeni, artan buhar parametreleri için tek bir türbin yaratılmadı ve hatta tasarlanmadı (veya sipariş edilmedi). Türbinlerin akış yolunda ve buhar türbinlerinde bireysel, kısmen iyileştirilmiş önemli değişiklikler dışında, bazı elemanlar için hala tasarım çalışmaları bulunmamaktadır.

Devamı
--SAYFA SONU--

Endişe verici olan ise araştırma hacminin, özellikle fabrikalarda ve onların talebi üzerine araştırma enstitüleri ve üniversitelerde yürütülen deneysel araştırmaların azalmasıdır. Elbette sanayi üretiminin azalması elektrik ihtiyacını da etkiliyor. Ancak bazı bölgelerde bu hala yeterli değil. Ne kadar büyük bir yakıt israfı, bununla bağlantılı olarak çevresel durumun ne kadar kötüleşmesi, Rusya Federasyonu'ndaki nispeten büyük kazan dairelerinin termik santrallerden 2 kat daha fazla ısı sağlamasından kaynaklanıyor. Ancak asıl önemli olan, fiziksel kaynağını tüketen ekipmanın çığ gibi artan paylarıdır. Bugün bu 20 milyon kW'tır ve 2010 yılında bu rakam 90 milyon kW'a ulaşacaktır. Rusya'nın RAO UES'indeki üretim kapasitesinin neredeyse yarısı, savaş öncesi üretimden kalma birimlerin bile hâlâ faaliyette olduğu küçük hizmet ve endüstriyel türbinlerden bahsetmiyorum bile.

Ekipmanın düşük güvenilirliği giderek daha sık ve pahalı onarımlar gerektiriyor. Bu sadece bizim değil, tüm dünya enerji sektörünün sorunudur. Tabii aynı zamanda bu ekipmanların eskimesi de meydana geliyor. Aynı parametrelere ve aynı egzoz alanına sahip en yeni buhar türbinlerinin, 10-15 yıl önce tasarlananlarla karşılaştırıldığında (ve bunların büyük çoğunluğuna sahibiz), buhar türbininin verimliliğini 4,5– %6,0 (göreceli). Nükleer santrallerin izin verilen işletme süresinin sona ermesi nedeniyle, birçoğu Türkiye'de bulunan 1000 MW'lık santraller de dahil olmak üzere, yakında santrallerin kapatılması gerekeceği de dikkate alınmalıdır. Rusya Federasyonu da dahil olmak üzere eski SSCB ülkeleri. Bu, öncelikle Rusya'nın tüm kuzeybatı bölgesinin elektrik üretiminin önemli bir bölümünü sağlayan 4 milyon kW nominal kapasiteye sahip Leningrad NPP için geçerlidir. Kaynaklarını tüketen güç ünitelerinin yerine geçecek nükleer santral türbinlerinin modern seviyeye uygun verime sahip olması gerekiyor.

Kaynağını tüketen ekipmanın teknik olarak yeniden donatılması sorunu, verimliliğinde eş zamanlı radikal bir artış olmadan çözülemez. Ve burada tarihimizde ilk kez yerli sanayi yabancı firmaların rekabetiyle karşı karşıya kaldı. Eski CMEA ülkelerindeki enerji santrallerinin ekipmanlarını değiştirmek için, Batı Avrupa'nın önde gelen enerji mühendisliği ve metalurji şirketlerinin de dahil olduğu bir ekonomik konsorsiyum düzenlendi. Bir dizi firma, tek başına ilk kısmının 2,3 milyar dolar olduğu tahmin edilen bu siparişleri güvence altına almak için çaba gösteriyor. Belirli türbinlerin modernizasyonuna yönelik projeler halihazırda sunulmuştur. Örneğin, Zmievskaya Eyalet Bölgesi Elektrik Santrali'ndeki Turboatom türbinli 300 MW kapasiteli SKD güç ünitesinde, HPC'nin Alstom projesinin CSD'si olan Siemens'in tencere tipi bir silindiriyle değiştirilmesi önerildi - DEC Kharkov HND'yi değiştirmeden bıraktı. Yerli enerji uygulaması, bireysel unsurları farklı fabrikalar tarafından oluşturulan 500 MW kapasiteli türbinlerin birleştirilmesi konusunda üzücü bir deneyime sahiptir. Bunlara tekrarlanan arızalar eşlik ediyordu ve bundan hangi üreticinin sorumlu olduğu belli değil.

Hiç şüphe yok ki, gelecekte, çok uzak olmayan bir gelecekte bile, güç ünitelerinin, buhar türbinlerinin ve türbinlerinin verimlilik, güvenilirlik, çevre dostu olma dahil olmak üzere tüm operasyonel göstergelerinde, bu göstergelerin doğru olduğu ortaya çıkarsa, hiçbir iyileşme olmayacak. Yabancı şirketlerin sunduğu ekipmanlardan daha kötüsü, yerli enerji mühendisliği endüstrisinin varlığı sona erecek. Ve yakın zamana kadar diğer gelişmiş ülkelerle başarılı bir şekilde rekabet edebildiğimiz barışçıl sanayi dallarından biriydi. Sonuçta bu durum enerji bağımsızlığının kaybına yol açacaktır. Ülkenin bağımsızlığında belirleyici rol oynuyor. Gelecekte bizi nelerin beklediğini hayal edebilmek için Kazakistan'daki durumu ele alalım. Orada, ulusal enerji sektörünün yönetimi 25 yıl boyunca ulusötesi kuruluş olan ABB'ye devredildi. Hem yeni hem de yeniden inşa edilmiş buhar türbinleri dahil tüm güç ekipmanlarının üretileceğini düşünmek saflık olur. daha önce olduğu gibi Rus fabrikalarında ABB'de değil. Yedek parçaların nereden temin edileceği, onarımların nerede yapılacağı bellidir.

Akış yolunun verimliliğini artırmaya ve tüm buhar yolundaki kayıpları azaltmaya yönelik günümüzde neredeyse tartışmasız birçok yöntemin yanı sıra, buhar türbinlerinin optimal gelişimi konusunda tartışılması gereken bazı sorunlar da mevcuttur. Bunlardan biri, çok silindirli üniteler için silindirlerin ve türbin parçalarının tasarımıdır; bunlar arasında 200'den fazla, hatta bazen 100 MW'tan fazla gücü olan türbinler bulunur.

Düşük basınçlı silindirler genellikle nötr buhar beslemeli çift akışlıdır. Son aşamanın boyutları ve hacimsel geçiş kendimizi tek bir akışla sınırlamamıza izin veriyorsa, bodrumdan vazgeçmek ve kapasitörlerin daha uygun yan düzenlemesini bırakmak mantıklı olacaktır. Eksenel kondansatör kompleksin verimliliğini önemli ölçüde artırır: son aşama + çıkış borusu, türbin salonundaki inşaat maliyetlerini önemli ölçüde azaltır. Fransa'da 300 MW'lık bir türbin için böyle bir proje mevcut. Koşullarımıza bağlı olarak MPEI, daha kötü vakumlu ve çok uzun bir LMZ-MPEI kanadının kullanıldığı, daha da yüksek güce sahip tek akışlı bir türbin için seçenekler geliştirdi.

Yüksek basınçlı silindirler tek akışlı olabilir: K-200–12,8 LMZ; T-100–12.8 TMZ; SKD Turboatom serisinin türbinleri; Arabaların çoğu Avrupalı ​​şirketlerden. LMZ, SKD türbinleri için merkezi buhar beslemeli döngü tipi LPC kullanıyor. Avantajları eksenel kuvvetlerin dengelenmesi, daha düşük uç sızıntısıdır. ORGRES tarafından yapılan detaylı hesaplamaların ve bazı testlerin sonuçları. Özellikle her iki bölmenin son kademelerinin arkasına difüzörler monte edildikten sonra, tek akışlı HPC'ye kıyasla daha yüksek verimlilik gösterdiler. 700 MW gücündeki Mitsubishi türbinlerinde HPC, merkezi bir buhar beslemesi ve iki kontrol aşaması dahil iki simetrik akışla yapılır. Reaktif tip HPC'nin başka bir tasarımı, bazen iki tane bile olsa bir aptal gerektirir. Bu durumda, ek sızıntılar ortaya çıkar, ne kadar büyük olursa o kadar küçük />.

/>=200 MW gücündeki LMZ türbinlerinin orta basınçlı silindirleri, diğer yüksek güçlü türbinleri ise tek akışlı olup; 500 ila 1200 MW arasındaki SKD LMZ ünitelerinde ve birçok güçlü yabancı türbinde çift akışlıdır. Daha verimlidirler ancak rotorun çok uzun ve esnek olması nedeniyle çalışma sırasında ve sık çalıştırma ve duruşlarda kademelerdeki sızıntı artar. Aktif türbinlerde boşluk kontrolü kullanılarak bu durum önlenebilir. ChSD ve ChND'nin üç akışından birinin tek bir silindire bağlandığı SKD LMZ ve Turboatom K-300–23.5 buhar türbinlerinin tasarımı tamamen başarılı değildir. ChND-1'den önce buhar akışının 2/3'ü alınır ve ilk kademeleri artan kayıplarla dolaşır. Böyle uzun bir tek akışlı DSND kombinasyonunda, verimliliği ve manevra kabiliyetini azaltan ve soğutma gerektiren bir maket gerekir. Merkezi buhar beslemeli kombine CSND'nin bir çeşidi mümkündür, ancak yapısal olarak daha karmaşıktır.

Birçok büyük Amerikan ve Japon türbininde ve Moskova Enerji Mühendisliği Enstitüsü'nün çalışmalarında birleşik yüksek basınçlı tahrik sistemi benimsenmiştir. Japon türbini K-600–24.1'de kullanımı, DSD'den vazgeçmeyi ve türbin ünitesinin eksenel boyutlarını 8 m azaltarak onu üç silindirli bir ünite haline getirmeyi mümkün kıldı. Yüksek sıcaklıklardaki avantajı, CSD rotorunun yüksek sıcaklık bölümünün doğal olarak soğutulması ve ara contadan sızıntı yoluyla CSD'ye girişidir; dezavantajı ise rotorun büyük uzunluğu ve bazen artan çapıdır. Ancak Toshiba'nın söz konusu 600 MW'lık n=50 1/s türbininde yüksek basınç silindirinde sadece 15 kademe bulunmaktadır. Izhora tesisi aynı zamanda merkezi sondaj gerektirmeden yüksek sıcaklıklarda uzun rotorlar üretebiliyor. Seçilen LPC rotoruna (960 veya 1200 mm kanatlı) bağlı olarak, MPEI tarafından önerilen 525 MW'lık pilot güç ünitesi dört silindirli (şu anda LMZ ve Turboatom K-500–23,5 türbinlerinde olduğu gibi) veya üç silindirli olabilir.

Kondenserde farklı güç ve basınçlarda çok silindirli bir türbinin bir veya başka tasarımının seçimi, aynı veya yalnızca kanatların yüksekliğinde farklı olan bir silindir setinden geniş bir türbin serisi üretmeyi mümkün kılar. Rekabetin yoğun olduğu günümüzde bu çok önemlidir, çünkü gerekli Ar-Ge kompleksini korur ve siparişin karşılanmaya başlamasından ticari işletmeye alınmasına kadar geçen süreyi önemli ölçüde azaltır. Bu, özellikle piyasa koşullarında enerji mühendisliğinin özelliklerine ayrılmış yabancı yayınlarda vurgulanmaktadır.

İlk türbinlerin ortaya çıktığı zamandan beri şirketlerin ve fabrikaların kanat tipini (aktif ve reaktif) seçmedeki konumu farklı olmuştur. Bu CVP ve CSD için geçerlidir. Reaktif kanatlama, çalışan ızgaraların etrafındaki akışı iyileştirir ve çıktı kayıplarını azaltır. Ancak aynı zamanda, özellikle düşük yükseklikteki kanatlar için sızıntı kayıpları artar, ancak bugün bir aşamada 10-16 çıkıntılı farklı contalarla azaltılmıştır. Aynı zamanda aşama sayısı ve buna bağlı olarak ünitenin maliyeti de artar. Aktif tip türbinler halihazırda taçlar arası kök sızıntısı da dahil olmak üzere belirli önlemleri kullanarak aşamaların verimliliğini önemli ölçüde artırmayı mümkün kılmaktadır. Ancak aktif tip türbinler, p arttıkça kalınlığı da artan diyaframların yüksek kalitede imalat ve tasarımını gerektirir.

Son yıllarda Fransa ve İngiltere'deki enerji şirketleri aktif tip türbinlere geçiş yaptı. Bazı şirketler, örneğin Mitsubishi, büyük güç üniteleri için reaktif bir tasarım kullanır ve çoğunlukla kombine çevrim enerji santralleri, denizcilik ve endüstriyel makineler için aktif bir tasarım kullanır. ABD'de aktif tip türbinlere sahip neredeyse tek bir DE şirketi kaldı. LMZ'de diyaframların tasarımı ve çalıştırılmasıyla ilgili zorluklar dikkate alınarak jet kanatlı yüksek basınçlı silindir seçeneği değerlendiriliyor. Görünüşe göre, yalnızca enerji santrallerinin uzun vadeli çalışmasının bir analizi, her iki kanat tipinin güvenilir teknik ve ekonomik karşılaştırmaları, hem güvenilirlik, verimlilik hem de üretim maliyeti açısından en uygun çözümü sağlayacaktır. Ancak her durumda, önde gelen firmaların sonuçlarına, özellikle de yeni açılan meslek okulları için planlanan sonuçlara ulaşmak için ciddi miktarda araştırma yapılması gerekmektedir. Aynı parametrelerle güç ünitesinin verimliliğinde yukarıda belirtilen %4,5–6,0 (göreceli) artış etkileyici rakamlardır. Sonuçta, Rusya'nın RAO UES'i için yalnızca Δη=%1 (göreceli) yıllık 2 milyon tondan fazla standart yakıt tasarrufu sağlıyor, aynı zamanda çevresel performansı da artırıyor.

Günümüzde mesleki eğitim tesislerinin dönüşümlü çalışma şartlarına eskisinden daha fazla önem verilmektedir. Bu nedenle en uygun buhar dağıtım sistemini seçme sorununun daha önemli olduğu ortaya çıktı. Bildiğimiz nozül buhar dağıtımı, uç sızıntısını azaltmamıza, aşama sayısını azaltmamıza ve birleşik bir yüksek basınçlı motorda yüksek basınçlı jetin soğutma koşullarını kolaylaştırmamıza olanak tanır. Aynı zamanda, güç ünitesinin kayma basıncında daha fazla güvenilirliği ve çalışma verimliliği açıktır. Bu durumda, gaz kelebeği buhar dağıtımı ve tüm yüklerde, güç ünitesinin net verimliliği artar ve nozul buhar dağıtımı ile - yalnızca nominal değerin yaklaşık% 70'inin altındaki güçlerde.

Şimdi ve gelecekte, CCGT üniteleri enerji sektöründe giderek daha önemli bir yer işgal edecektir. Gaz kullanırken zaten %58'in üzerinde verim sağlıyorlar. Yüksek verimli CCGT üniteleri ile yeni gelişmiş kömür yakıtlı buhar güç ünitelerinin üretilen kilowatt-saatin maliyeti açısından teknik ve ekonomik olarak karşılaştırılması, başta çeşitli yakıtların fiyatları olmak üzere birçok faktöre bağlıdır. İlginçtir ki, kendi doğal gazına sahip olanlar da dahil olmak üzere ABD, Çin, Japonya gibi birçok Avrupa ülkesi, gazı başka amaçlarla kullanan kömür yakıtlı buhar güç üniteleri inşa ediyor. Her ne kadar CCGT ünitelerinin geri dönüştürülmesinin bazı avantajları açık olsa da - daha iyi verimlilik, daha küçük gerekli alan ve günümüzde çoğunlukla önemli ölçüde daha düşük soğutma suyu tüketimi belirleyici hale geliyor. Katı yakıt kullanan kombine çevrim santralleri henüz yaygınlaşmamıştır, uzun süreli testlerden geçmemişlerdir ve verimlilikleri modern kömür yakıtlı buhar güç ünitelerinde elde edilenden biraz daha düşüktür. Her türden kombine çevrim tesisleri ayrıca buhar türbini parçalarının yüksek verimliliğini gerektirir. Gücü n = 50 1/s'de zaten 240 MW olan yüksek sıcaklık gaz türbinlerine sahip yeni tamamen ikili CCPP'lerde ve giderek daha fazla kullanılan tek şaftlı CCPP'lerde, buhar türbini gücü yaklaşık 120 MW'a eşittir. Buhar türbini artık yeniden ısıtma ve p0 ile 16 MPa'ya kadar üç basınca sahiptir. Çoğunlukla CCGT'ler için buhar türbinleri, termik santrallerde olduğu gibi, özellikleri dikkate alınmadan tasarlanır: pratikte ekstraksiyon olmadan, tercihen düşük basınç ünitesinden bir çıkışla, yüksek nihai nemle ve farklı tipte kondenserlerle. Daha önce buhar türbini şirketlerinde CCGT üniteleri için buhar türbinlerinin küçük bir payından bahsediyor olsaydık, şimdi örneğin General Electric şirketinin buhar türbinleri üretimindeki payı% 45'e ulaştı.

Yakın gelecekte buhar türbinlerinin tasarımı da dahil olmak üzere yerli enerji mühendisliği endüstrisinde ciddi bir niteliksel sıçrama gerçekleşmezse, o zaman yakında enerji santrallerimizin yabancılardan daha iyi ve muhtemelen daha ucuz türbinler satın almaya başlayacağını açıkça anlamalıyız. şirketler. Yerli işletmeler, inşaat kısmı ve en basit parçaların yabancı lisanslar altında üretimi ile uğraşmak zorunda kalacak. Bu, endüstrinin neredeyse tamamen çökmesi anlamına geliyor ve bunun büyük sosyal sonuçları olacak. Bu durum öncelikle türbin tesislerini, önemli sayıda araştırma enstitüsünü ve personel eğitim sistemlerini etkileyecektir. Bu doğrudan yabancı dergilerde yazılıyor.

Elbette günümüzde türbin yapımımızdaki ciddi gecikmenin nedenleri büyük ölçüde gerekli finansmanın olmayışı ve santrallerden gelen nadir siparişlerden kaynaklanmaktadır. Bütün bunlar ülke ekonomisindeki genel durumla açıklanıyor. Ancak yukarıda tartışılan öznel faktörler de vardır: temel sorunların çözümünde uzun yıllar süren ihmal (parametrelerdeki değişiklikler, yeni ilerici tasarımların uygulamaya konulması). Enerji sektöründe niteliksel bir sıçrama için Ar-Ge döngüsü en az 10 yıldır. Gelecek yüzyıldan bahsediyoruz zaten. Bu sorunun çözümü daha fazla geciktirilemez. Yerli enerji ve yüksek teknoloji mühendislik ve metalurji kompleksi, yalnızca tesis çalışanlarının çabalarını değil, aynı zamanda devletin mali, en azından kredi desteğini de gerektiriyor. Sadece enerji mühendisleri değil, aynı zamanda bir dizi başka kuruluşun da bu sorunlara özellikle dikkat etmesi gerekiyor: Rusya Bilimler Akademisi, Rusya Ekonomi Bakanlığı, Rusya Federasyonu Dış Ekonomik İlişkiler Bakanlığı.

Kaynakça

1. Shcheglyaev A.V. Buhar türbinleri. (Isıl işlem teorisi ve türbin tasarımı) Ed. 4., revize edildi M., "Enerji", 1967.

2. Kirillov I.I., Ivanov V.A., Kirillov A.I. Buhar türbinleri ve buhar türbini tesisleri. – L.: Makine mühendisliği. Leninr. Bölüm, 1978. – 276 s., hasta.

3. Trukhniy A.D., Lomakin B.V. Kojenerasyon buhar türbinleri ve türbin üniteleri: Üniversiteler için ders kitabı. – M.: MPEI Yayınevi, 2002. – 540 s.: hasta, sekmeler

4.Ivanov V.A. Güçlü buhar türbini ünitelerinin sabit ve geçici modları. – M., “Enerji”, 1971.

5 Smolensky A.N. Buhar ve gaz türbinleri. Teknik okullar için ders kitabı. M., “Makine Mühendisliği”, 1977

6. Samoilovich G.S. Modern buhar türbinleri. – M., “Devlet Enerji Yayınevi”, 1960

7. Beschinsky A.A., Dollezhal N.A. Enerjinin modern sorunları. – M., “Energoatomizdat”, 1984.

8. Termal enerji mühendisliği No. 1, 1998

9. Tüm Birlik Bilimsel ve Teknik Konferansındaki raporların özetleri “Modern buhar türbinlerinin iyileştirilmesi sorunları.” Sayı 183 (ek). Kaluga, 1972