ГАЗОВАЯ ТУРБИНА • Большая российская энциклопедия

• В книжной версии

  Том 6. Москва, 2006, стр. 260-261

• Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: И. Е. Иванов

Принципиальная схема осевой турбины (а) и часть развёртки на плоскости кольцевого сечения по лопаткам турбины (б): 1 – сопловый аппарат; 2 – рабочее колесо.

ГА́ЗОВАЯ ТУРБИ́НА, аг­ре­гат, в ко­то­ром энер­гия сжа­то­го и на­гре­то­го га­за пре­обра­зу­ет­ся в ра­бо­ту. Пер­вые Г. т. поя­ви­лись в кон­це 19 в. как часть га­зо­тур­бин­но­го дви­га­те­ля. Г. т. мо­жет иметь од­ну или неск. сту­пе­ней. Сту­пень Г. т. со­сто­ит из ста­то­ра, в кор­пу­се ко­то­ро­го ус­та­нов­ле­ны не­под­виж­ные ло­па­точ­ные вен­цы со­пло­во­го ап­па­ра­та или по­во­рот­ные ло­пат­ки ре­гу­ли­руе­мо­го со­пло­во­го ап­па­ра­та (РСА), и ро­то­ра, пред­став­ляю­ще­го со­бой со­во­куп­ность вра­щаю­щих­ся час­тей (ра­бо­чее ко­ле­со с ра­бо­чи­ми ло­пат­ка­ми, вал). Чис­ло сту­пе­ней оп­ре­де­ля­ет­ся на­зна­че­ни­ем тур­би­ны, её кон­ст­рук­тив­ной схе­мой, сра­ба­ты­вае­мым пе­ре­па­дом дав­ле­ний в од­ной сту­пе­ни. По на­прав­ле­нию га­зо­во­го по­то­ка раз­ли­ча­ют Г. т. осе­вые (наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны) и радиаль­ные, а так­же диа­го­наль­ные и тан­ген­ци­аль­ные. В осе­вых Г. т. (рис.) газ дви­жет­ся в осн. вдоль оси тур­би­ны, в ра­ди­аль­ных – пер­пен­ди­ку­ляр­но оси. Ра­ди­аль­ные тур­би­ны мо­гут быть цен­тро­стре­ми­тель­ны­ми (не по­лу­чи­ли прак­тич. при­ме­не­ния) и цен­тро­беж­ны­ми. По срав­не­нию с осе­вы­ми цен­тро­беж­ные сту­пе­ни Г. т. име­ют боль­шую сте­пень по­ни­же­ния дав­ле­ния, но мень­ший кпд. В диа­го­наль­ной тур­би­не газ те­чёт под не­ко­то­рым уг­лом к оси вра­ще­ния тур­би­ны. Ра­бо­чее ко­ле­со тан­ген­ци­аль­ной тур­би­ны не име­ет ло­па­ток, газ вы­те­ка­ет из тан­ген­ци­аль­но рас­по­ложен­ных сопл, соз­да­вая кру­тя­щий мо­мент. Та­кие тур­би­ны при­ме­ня­ют­ся при очень ма­лом рас­хо­де га­за.

По спо­со­бу те­п­ло­пе­ре­па­да раз­ли­ча­ют ре­актив­ные и ак­тив­ные тур­би­ны. В ре­ак­тив­ных тур­би­нах сжа­тый и по­дог­ре­тый газ по­сту­па­ет в меж­ло­па­точ­ные ка­на­лы со­пло­во­го ап­па­ра­та, где в про­цес­се рас­ши­ре­ния про­ис­хо­дит пре­об­ра­зо­ва­ние час­ти те­п­ло­пе­ре­па­да в ки­не­тич. энер­гию вы­те­каю­щей струи. Да­лее рас­ши­ре­ние га­за и пре­об­ра­зо­ва­ние те­п­ло­ты в по­лез­ную ра­бо­ту про­ис­хо­дит в меж­ло­па­точ­ных ка­на­лах ра­бо­че­го ко­ле­са. По­ток га­за, дей­ст­вуя на ра­бо­чие ло­пат­ки, соз­да­ёт кру­тя­щий мо­мент на ва­лу тур­би­ны. При этом темп-ра, дав­ле­ние и аб­со­лют­ная ско­рость га­за умень­ша­ют­ся. Ра­бо­чие ло­пат­ки вос­при­ни­ма­ют уси­лия, воз­ни­каю­щие вслед­ст­вие из­ме­не­ния на­прав­ле­ния ско­ро­сти га­за, об­те­каю­ще­го их (ак­тив­ное дей­ст­вие по­то­ка), и в ре­зуль­та­те ус­ко­ре­ния по­то­ка га­за при его от­но­сит. дви­же­нии в меж­ло­па­точ­ных ка­на­лах (ре­ак­тив­ное дей­ст­вие по­то­ка). В ак­тив­ных тур­би­нах в со­пло­вом ап­па­ра­те весь те­п­ло­пе­ре­пад пре­об­ра­зу­ет­ся в ки­не­тич. энер­гию га­за. При­ме­не­ние РСА по­зво­ля­ет при по­во­ро­те ло­па­ток из­ме­нять на­прав­ле­ние га­зо­во­го по­то­ка от­но­си­тель­но ра­бо­чих ло­па­ток с це­лью по­вы­ше­ния кпд тур­би­ны на час­то­тах вра­ще­ния мень­ше рас­чёт­ных и соз­да­вать тор­моз­ной мо­мент. На не­рас­чёт­ных час­то­тах вра­ще­ния обес­пе­чи­ва­ет­ся без­удар­ный вход га­за в меж­ло­па­точ­ные ка­на­лы, а для тор­мо­же­ния по­ток на­прав­ля­ет­ся про­тив на­прав­ле­ния ра­бо­че­го ко­ле­са.

По спо­со­бу под­во­да га­за к тур­би­не раз­ли­ча­ют изо­бар­ные и им­пульс­ные тур­би­ны. Изо­бар­ные Г. т. ра­бо­та­ют при по­сто­ян­ном дав­ле­нии пе­ред со­пло­вым ап­па­ра­том, а им­пульс­ные – с пе­рио­ди­че­ски по­вто­ряю­щим­ся пе­ре­мен­ным дав­ле­ни­ем (газ под­во­дит­ся по час­ти ок­руж­но­сти со­пло­во­го ап­па­ра­та). Мощ­ность Г. т. мо­жет дос­ти­гать неск. со­тен МВт. Эф­фек­тив­ный кпд совр. мно­го­сту­пен­ча­тых тур­бин дос­ти­га­ет 0,92–0,94. Г. т. при­ме­ня­ют­ся в га­зо­тур­бин­ных и тур­бо­ре­ак­тив­ных дви­га­те­лях, в аг­ре­га­тах над­ду­ва порш­не­вых дви­га­те­лей, в ста­цио­нар­ных и пе­ре­движ­ных энер­ге­тич. ус­та­нов­ках, в неф­те- и га­зо­пе­ре­ка­чи­ваю­щих аг­ре­гатах и др. Г. т. име­ют низ­кую стои­мость об­слу­жи­ва­ния, хо­ро­шие эко­ло­гич. ха­рак­те­ри­сти­ки, боль­шой ре­сурс ра­бо­ты (бо­лее 100 тыс. ч). Не­дос­тат­ком Г. т. яв­ля­ет­ся вы­со­кий уро­вень шу­ма, по­этому для их ус­та­нов­ки ис­поль­зу­ют­ся зда­ния ин­ду­ст­ри­аль­но­го ти­па (в т. ч. кон­тей­нер­но­го), ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют так­же вла­го­за­щи­щён­ность обо­ру­до­ва­ния. Даль­ней­шее раз­ви­тие Г. т. за­ви­сит от воз­мож­но­сти по­вы­ше­ния темп-ры га­за пе­ред тур­би­ной, что свя­за­но с соз­да­ни­ем жа­ро­проч­ных ма­те­риа­лов и на­дёж­ных сис­тем ох­ла­ж­де­ния ло­па­ток, со­вер­шен­ст­во­ва­ния про­точ­ной час­ти и др.

Боль­шой вклад в раз­ви­тие Г. т. вне­сли рос. учё­ные Б. С. Стеч­кин, Н. Р. Бри­линг, В. В. Ува­ров, Г. С. Жи­риц­кий, К. В. Хол­ще­ви­ков, И. И. Ки­рил­лов и др.

Устройство газовой турбины и компрессора газотурбинной установки



Устройство газовой турбины и компрессора газотурбинной установки

Рис. Простейшая турбина

Газовая турбина представляет собой тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия газа преобразуется в механическую энергию.

Продольный разрез простейшей газовой турбины показан на рисунке. На вал насажен диск 2, в котором укреплены рабочие лопатки 4. Вал с диском и лопатками в сборе называют ротором. Ротор турбины расположен внутри корпуса 5 и опирается на подшипники скольжения 6. Газ поступает к ротору турбины через сопла, образованные сопловыми лопатками 3. Сопла предназначены для преобразования потенциальной энергии газа в кинетическую. Внутри сопла давление газа уменьшается, а его скорость увеличивается. Перегородки, разделяющие сопла, называют сопловыми лопатками, а все сопловые лопатки, расположенные на одной окружности, — сопловой решеткой.

После сопловой решетки газ поступает к рабочим лопаткам. Промежутки между рабочими лопатками называют рабочими каналами, а все рабочие лопатки на диске — рабочей решеткой. Сопловую решетку и расположенную за ней по ходу газа рабочую решетку называют степенью. Рабочие лопатки изготовлены так, что каналы между ними имеют определенную форму. За счет изменения количества движения газа в рабочих каналах часть его энергии преобразуется в механическую, заставляя вращаться ротор. Ротор соединяется с потребителем механической энергии, которым на электрических станциях является электрический генератор, а на газоперекачивающих — нагнетатель газа.

Поступает газ в турбину через входной патрубок 9, а уходит из нее отработавший газ через выхлопной патрубок 8. Корпус турбины состоит из входного и выхлопного патрубков и той части, где расположены сопловые и рабочие лопатки. Таким образом корпус отделяет газ повышенного давления от окружающей среды. Однако в местах выхода ротора из корпуса имеются зазоры, и чтобы предотвратить утечку газа, в корпусе устанавливают уплотнения 7. Корпус турбины внутри или снаружи обязательно покрывают теплоизоляцией.

Компрессор служит для сжатия газа (воздуха) и повышения его энергии и температуры. При малых степенях сжатия в ГТУ в основном используют осевые компрессоры.

Простейший одноступенчатый компрессор состоит из тех же элементов, что и простейшая турбина. Так же как и турбина, компрессор имеет ротор состоящий из вала 1, диска 2 и рабочих лопаток 4. На внутренней поверхности корпуса компрессора располагаются направляющие лопатки 3. Решетку направляющих лопаток и следующую за ней рабочую решетку называют ступенью компрессора.

Воздух засасывается в компрессор через входной патрубок 9. Каналы между направляющими и рабочими лопатками имеют такую форму, что скорость воздуха в них уменьшается, а давление растет. Чтобы производилась работа сжатия воздуха, от турбины отбирается значительная часть мощности, необходимой для вращения ротора компрессора.

Выхлопной патрубок 8 (диффузор) служит для вывода воздуха из компрессора. Давление воздуха за диффузором значительно выше, чем во входном патрубке, и является наибольшим давлением в ГТУ.

Корпус компрессора состоит из входного патрубка, цилиндрической части, в которой расположены направляющие лопатки, и диффузора. Так же как в турбине, в местах выхода ротора из корпуса компрессора располагаются уплотнения 7. Турбины и компрессоры, имеющие одну ступень, называют одноступенчатыми. Турбины и компрессоры большой мощности с одной ступенью сконструировать обычно не удается. В этом случае на роторе приходится располагать несколько ступеней одну за другой. Такие турбины и компрессоры называют многоступенчатыми.



Газовые турбины

Сегодня на территории Российской Федерации свыше 30 ГВт генерирующих мощностей работают в парогазовом цикле. Доля оборудования иностранных компаний в суммарной установленной мощности введенных в эксплуатацию ПГУ и ГТУ составляет более 70%.

В 2018 году Правительством России в целях обеспечения энергобезопасности и энергонезависимости принято решение о воссоздании в стране отечественного производства газовых турбин.

В это же время «Силовые машины», с учетом достижений в традиционной для предприятия области паровых турбин, значительным опытом в освоении новых видов продукции и накопленным опытом по созданию газотурбинных установок в прошлом, начали программу освоения производства современных отечественных энергетических газовых турбин класса ГТЭ-65 и ГТЭ-170.

В 2019 году «Силовые машины» одержали победу в конкурсе Министерства промышленности и торговли РФ на право получения субсидии на проведение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ в рамках производства газовых турбин большой мощности. В настоящее время при поддержке Минпромторга России «Силовые машины» проводят комплекс НИОКР в партнерстве с ключевыми научно-исследовательскими и промышленными организациями страны — Сибирским отделением РАН, НПО ЦКТИ, ЦИАМ, ВТИ, ЦНИИТМАШ и многими другими.

Благодаря этой работе «Силовые машины» смогут в краткосрочной перспективе предложить рынку две полностью российские газовые турбины — 65 МВт и 170 МВт.

К концу 2019 года на предприятии было воссоздано конструкторское бюро газотурбинных установок, реализуется масштабный комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, определены отечественные поставщики критически важных комплектующих и заготовок, ведется модернизация собственной производственной и экспериментально-исследовательской базы. Первые образцы ГТЭ-170 будут запущены в опытно-промышленную эксплуатацию в 2022–2023 годах, а ГТЭ-65 — с 2024-го.

Газовые турбины ГТЭ-65 и ГТЭ-170 могут использоваться в составе парогазовых установок как в моноблоке с индивидуальной паровой турбиной, так и в дубль-блоке с общей, на две ГТУ, паровой турбиной.

Успешное освоение технологии производства газовых турбин российской компанией позволит снизить зависимость отечественной энергетики от импорта данного типа оборудования, обеспечит энергетическую и технологическую безопасность государства.

Подробнее

Моя Энергия: Газовая турбина

Характерной особенностью газовой турбины V64.3A являются ее кольцевая камера сгорания и сухие горелки с низким NOx для топливного газа.

Кольцевая камера сгорания

Зона сгорания оборачивается вокруг секции ввода первой ступени газовой турбины. Камера сгорания монтируется внутри центральной секции выпускной обшивки.

Обшивка камеры сгорания формируется литыми из низколегированной стали оболочками, которые полностью окутываются воздухом, выпускаемым компрессором. Поэтому оболочки не подвергаются воздействию локальных изменений по температуре при контакте с горячим газом.

Поверхность, подвергаемая воздействию горячего газа, формируется с помощью теплозащитных экранов, сделанных из металлических облицовочных плит с керамическим оксидным слоем на их поверхности. Экраны гибко прикреплены к более холодной обшивке камеры сгорания. Свободное расширение снижает температурные стрессы, которые могут быстро улаживаться посредством теплозащитных экранов.

Воздух, используемый для охлаждения металлических частей экранов, поступает через зазоры между тепловыми экранами и таким образом предотвращает доступ горячего воздуха.

Сухие горелки

Горелки основаны на принципе проектирования смешанных горелок, которые способны формировать низкую эмиссию NOx и CO и стабильное и надежное сжигание с топливным газом.

Аэродинамика горелки задается двумя концентрическими вращающимися в одном направлении центробежными форсунками (радиальной и диагональной). Каждая горелка состоит из статичной центральной диффузионной горелки для работы с топливным газом. Диффузионная горелка, в свою очередь, содержит пилотную горелку для работы с заранее приготовленной смесью газа.

Горелка включает следующие проектные характеристики:

• трубы, распределяющие заранее приготовленную смесь газа, встроены в лопасти, создающие завихрение. Подобная конструкция минимизирует опасность местного самовозгорания и улучшает качество смеси при подаче воздуха в диагональную центробежную форсунку;
• контур прохождения заранее приготовленной смеси увеличивает максимальную скорость на выпуске горелки, что уменьшает время пребывания смеси внутри канала при соответственном снижении риска обратного зажигания;
• контур края ввода для прохождения смеси спроектирован наподобие гладких губ во избежание отделения потока на вводе горелки.

Смешанная камера сгорания объединяет все преимущества оптимального сжигания, включая:

• низкую эмиссию NOx и CO;
• низкую потерю давления;
• высокую оперативную гибкость;
• полностью симметричный проект;
• оптимальный размер и количество горелок;
• компактный проект при хорошей доступности.

Газовая турбина на автомобиле – АвтоТоп

14 мая 1963 года корпорация Chrysler отважилась на небывалый эксперимент. 48 счастливчиков получили сроком на три месяца новенькие Chrysler Turbine Car. Обязательным условием было представление еженедельных докладов в испытательный центр компании Chrysler. По рассказам участников событий, управлять автомобилем с газотурбинным двигателем было делом несложным, главное – следить за температурой мотора, которая не должна была превышать 900 градусов и держать стрелку тахометра в промежутке от 17.000 до 22.000 оборотов в минуту. После успешного завершения эксперимента все турбомобили были пущены под пресс, а несколько экземпляров отправлены в музей. Подобные разработки вела также компания Dodge, но в этом случае турбомобиль так и остался прототипом.

Turbine был не совсем концепт-каром, в обычном понимании этого слова. Машина должна была служить испытательным стендом для практического тестирования газовых турбин в качестве альтернативы поршневым двигателям. На 50 опытных экземплярах ездили 200 избранных клиентов, которым автомобили были предоставлены в период 1963-1966 гг.

Chrysler Turbine имел менее радикальную стилистику, чем можно было ожидать от концепта. Спереди автомобиль выглядел очень современно, почти как фордовская модель Thunderbird. Однако решение кормовой части не оставляло никаких сомнений в том, что Turbine это нечто совсем необычное – автомобиль выглядел, как реактивный самолет с позиционными огнями! Да, сравнение с самолетом было, пожалуй, самым точным, помимо несущего кузова, автомобиль имел очень схожий тип движетеля, представляющий собой газовую турбину.

Характерный вой турбины привлекал внимание всех в радиусе 30 метров. Во время движения слышался выразительный шум выходящего под давлением горячего воздуха. И хотя он никогда не был так горяч, чтобы под выхлопной трубой плавился асфальт, один из мифов утверждал, что это было именно так. Двигатель действительно работал в температурном режиме 680-1100 градусов Цельсия, но особая конструкция выпускных сопел распределяла горячий воздух по большой поверхности. Сама турбина на холостом ходу своей малозаметной глазу вибрацией напоминала одуванчик больших размеров в знойный летний день. Холостые обороты находились в пределе 22 000 об/мин, а максимальный предел был на отметке 44 000 об/мин.

Езда на автомобиле с турбиной была настоящим потрясением. И хотя в этом моторе было лишь 130 л.с., это были не те, 130 л.с., как в обычном двигателе внутреннего сгорания. Turbine разгонялся от 0 до 100 км/ч за неполных 10 секунд и мог бы делать это еще быстрее, если бы не традиционное для газовой турбины запаздывание, вызванное раскручиванием с холостого хода. Теоретически автомобиль не имел границ в ускорении, однако чисто физические особенности конструкции ограничивали его максимальную скорость в пределах 195 км/ч – не много находилось смельчаков разгоняться на Turbine до этого предела.

Хотя стилистику кузова Chrysler Turbine спроектировал сам Элвуд Энджел, его окончательной доводкой занимались проектировщики туринской студии Carrozzeria Ghia. На той же Ghia в Италии, вручную изготовлялись кузова Turbine. Затем эти машинокомплекты транспортировались в Детройт, где кузов соединялся с моторной установкой и шасси.

Горючим для турбины могло служить любое топливо – от нефти, бензина, до керосина из турбореактивных двигателей или 100-процентного спирта. Единственной проблемой было количество потребляемого топлива – в лучшем случае, автомобиль сжигал 20,5 л на 100 км пути. Именно этот факт предопределил дальнейшую судьбу разработки.

После испытаний все автомобили были возвращены Chrysler. Большинство из них были разобраны. Чтобы сэкономить, Chrysler не стал платить полную стоимость пошлины, а оплатил временный ввоз кузовов на территорию США. По окончанию указанного срока все Chrysler Turbine либо возвращались в Италию, либо уничтожались. Второй способ оказался дешевле. Несколько машин как, например, экземпляр, принадлежащий теперь Франку Клептцу (Frank Kleptz), проданы частным лицам, либо переданы в музеи. Клептцу, который регулярно ездит на своем Turbine, по-прежнему доставляет удовольствие звук его двигателя и реакция, которую тот вызывает автомобиль у окружающих. «Со многих точек зрения это была весьма практичная концепция, – утверждает Клептц. – Автомобилем очень легко управлять, а поскольку турбина просто качает воздух, у двигателя почти нет вибрации. Если бы не реактивный выхлоп, он был бы совсем тихим».

Большинство водителей, тестировавших модель Turbine, отмечала одни и те же недостатки: большое потребление топлива и запоздалая реакция ускорения. По утверждению Клептца, «в то время автомобиль показался большинству людей слишком странным, чтобы его рассматривали всерьез».

К чему приводит установка газовой турбины в автомобиль

Установить на автомобиль газотурбинный двигатель пытались — с переменным успехом — почти четверть века. Увы, несмотря на компактность и мощность агрегата, автопроизводители в конце концов отказались от затеи — последняя большая программа разработки легковых авто с ГТД была свернута компанией Chrysler ровно 40 лет назад. Однако в этом столетии газовые турбины могут вернуться на автомобили — хотя и в неожиданной комбинации.

Как ни странно, турбина была едва ли не первым двигателем, изобретенным человечеством, — эолипил греческого механика Герона Александрийского был создан еще в 50 году нашей эры. Впрочем, чтобы занятная игрушка превратилась в пламенный мотор, потребовались почти два тысячелетия.

Конец XIX века ознаменовался бурным развитием транспортной индустрии и, как следствие, поисками новых, более эффективных, чем паровая машина, способов приводить в движение корабли, «безлошадные экипажи» и (в самых смелых мечтаниях того времени) летательные аппараты. В 1890-е швед Густав Лаваль и британец Чарлз Парсонс создали первые пригодные к практическому применению паровые турбины, а в 1903 году норвежец Эгидиус Эллинг сумел воплотить в металле и газотурбинный движок мощностью 11 лошадиных сил (немало для той поры).

Несмотря на относительную простоту конструкции и большую компактность по сравнению с поршневыми моторами, развитие газотурбинных двигателей тормозило из-за отсутствия как необходимых термостойких материалов для лопаток, так и теоретической базы. С развитием технологий и прорывами в газо- и термодинамике к середине ХХ века промышленные газовые турбины, а также авиационные и судовые газотурбинные двигатели стали реальностью. Тогда же возник и замысел оснастить ими автомобили.

Главным недостатком газотурбинного двигателя остается его низкий (по сравнению с ДВС) коэффициент полезного действия, но компактность и большая мощность, по мнению инженеров 1950-х, компенсировали его с лихвой. Первым газотурбинным легковым прототипом стал в 1950 году созданный главным инженером британской компании Rover Морисом Уилксом двухместный родстер JET1. Двигатель располагался за задними сиденьями и мог работать на бензине, керосине или дизельном топливе (еще одно преимущество ГТД) на испытаниях машина показала максимальную скорость в 140 километров в час, а после ряда усовершенствований в 1952 году достигла на трассе в Яббеке (Бельгия) результата в 240 километров в час.

Rover продолжил эксперименты с ГТД, собрав еще три прототипа дорожных автомобилей, а в начале 1960-х представил гоночную модель Rover-BRM, не без успеха участвовавшую в «24 часах Ле-Мана» в 1962-64 годах. Знаменитый гонщик Грэм Хилл так описывал свои впечатления от болида: «Ты сидишь в этой штуке, которую можно назвать автомобилем, но в следующую минуту она звучит так, словно у тебя за спиной «Боинг 707», который сейчас всосет тебя и слопает, как какой-то гигантский монстр».

В 1954 году свой концепт с ГТД показали итальянцы. Автомобиль, названный без лишних изысков Fiat Turbina, был оснащен 300-сильным ГТД, позволявшим футуристичному купе развивать скорость до 250 километров в час. Кстати, кузов машины обладал рекордно низким коэффициентом аэродинамического сопротивления — 0,14 (у современного BMW i8, к примеру, этот показатель равен 0,26). Модель так и осталась прототипом — из-за очень большого расхода топлива (беда всех первых газотурбинных моторов) и проблем с охлаждением двигателя. Тогда же опытный рекордный болид с ГТД выкатили и французы: Renault Étoile Filante в 1956 году развил скорость 308,6 километров в час на соляном озере Бонневиль в США, установив рекорд для своего класса. Впрочем, дальнейшего развития проект также не получил.

Зато в конкурировавших в области технологий сверхдержавах за ГТД взялись основательно. Об использовании их в качестве силовых установок для бронетехники и скоростных военных кораблей (например, ракетных катеров) знают многие. Но фантазия инженеров на военном применении не остановилась.

В Советском Союзе 1960-х легковые авто все еще были мало кому доступной роскошью, так что использование ГТД на «москвичах» и «волгах» осталось вне обсуждения. Зато успешно прошел испытания гоночный «Пионер-1» с двумя газотурбинными двигателями, поставивший несколько национальных рекордов скорости. Проводились и эксперименты по использованию турбин на коммерческих (точнее, как тогда они назывались в СССР, народнохозяйственных) автомобилях. Министерство обороны финансировало работы по созданию газотурбинного тяжелого грузовика. КрАЗ-Э260Е заметно выделялся внешне невероятным — почти в половину грузового отсека — капотом. Увы, автомобиль оказался крайне прожорливым, а коробка передач венгерского производства постоянно выходила из строя, так что проект был свернут. По тем же причинам неудачей окончилась и программа НАМИ по разработке газотурбинного автобуса на базе ЗИЛ-127.

Американцы также экспериментировали с газотурбинными грузовиками, но проект оказался экономически невыгодным: экономия на массе двигателя (турбина весом чуть более 100 килограммов против дизеля равной мощности весом в тонну) сводилась на нет необходимостью возить огромный запас топлива для прожорливого ГТД. Зато программы по разработке газотурбинных легковушек растянулись на два десятка лет.

Четыре прототипа корпорации General Motors под общим названием Firebird (не путать с одноименными «пони-карами» Pontiac, выпускавшимися с 1967 по 2002 год) до сих пор внушают трепет своим космическим дизайном — многие современники искренне принимали эти машины за аппараты на реактивной тяге. В реальности установленные в них ГТД, разумеется, вращали через понижающий редуктор обычные колеса. Однако другие инновации, использованные в машинах, опережали свое время на десятилетия.

К примеру, Firebird III (1958) был оборудован системой круиз-контроля, дистанционным открыванием дверей и системой управления при помощи джойстика, на манер авиационной. Авиационной была и система экстренного торможения — при помощи парашюта в кормовом отсеке. Впрочем, General Motors не планировал создания на базе «жар-птиц» серийных автомобилей, а вот конкуренты из Chrysler серьезно рассматривали такую возможность.

Более того, в 1962-64 годах компания действительно выпустила малой серией (50 экземпляров) газотурбинный Chrysler Turbine Car. Из почти 30 тысяч американских водителей, желавших принять участие в тестировании элегантного купе в кузове итальянской фирмы Ghia, было отобрано около двух сотен, равномерно распределенных по территории страны. Автомобили передавались во временное пользование; топливо оплачивали сами участники испытаний.

Отзывы по результатам были в целом благожелательными — большинству понравился даже характерный звук двигателя, напоминавший «свист» реактивного самолета (при этом уровень шума внутри салона оказался значительно ниже, чем у обычного автомобиля). Испытатели также отмечали комфортность автомобилей благодаря повышенной плавности хода. Однако расход топлива оказался, судя по всему, катастрофически высоким — представители Chrysler не разглашали данных и запретили делать это принимавшим в программе испытаний водителям, но неофициально признавали его кошмарным.

К тому же в качестве топлива рекомендовалось использовать керосин или, в крайнем случае, низкооктановый бензин — на самый распространенный этилированный был наложен запрет, так как он приводил к быстрой порче силового агрегата. Были и курьезы: один из автомобилей был отправлен в Мексику для презентации. Во время осмотра новинки президент страны Адольфо Лопес Матеос поинтересовался, сможет ли она работать на текиле. После краткой консультации по телефону с инженерами в Детройте авто заправили национальным напитком и успешно прокатили Матеоса, к полному восторгу публики и прессы.

Окончательный же удар нанесли, как это всегда бывает, бухгалтеры — цена машины при серийном производстве составила бы около 50 тысяч тогдашних долларов (386 тысяч сегодняшних). За такие деньги покупателей нашлось бы крайне мало, так что, хотя фирма продолжила экспериментировать с ГТД, в 1977 году программа была окончательно свернута.

Зато на гоночных трассах газотурбинные двигатели нашли применение — по крайней мере, пока мода на них не сошла на нет к середине 1980-х. Тут можно вспомнить такие машины, как STP-Paxton Turbocar и созданный на его основе Lotus 56, использовавшие авиационный двигатель Pratt & Whitney Canada PT6.

Определенные признаки возобновившегося интереса к ГТД появились уже в нашем веке. Можно упомянуть и совершеннейшую экзотику вроде единственного, а также самого дорогого — 185 тысяч долларов — и самого мощного (385 лошадиных сил) в мире мотоцикла MTT Y2K Turbine Motorcycle. Благодаря газотурбинному двигателю Rolls-Royce M250 (такие же стоят, например, на вертолетах МВВ Во-105) впервые представленный в 2000 году байк разгоняется до скорости 365 километров в час.

Но более перспективным представляется использование ГТД в гибридных силовых установках. Например, в опытном Jaguar C-X75, показанном на Парижском автосалоне 2010 года, микротурбины служили дополнительными источниками энергии для подзарядки аккумуляторов при движении на дальние расстояния.

Для XXI столетия немаловажно и то, что ГТД выбрасывают в атмосферу гораздо меньше вредных веществ. А проблема с низкой эффективностью, возможно, также близка к разрешению — в 2011 году компания Mitsubishi продемонстрировала первый промышленный газотурбинный двигатель с КПД более 60 процентов.

Благодаря активному развитию технологий двигателестроения современные моторы становятся все более технологичными и высокопроизводительными. Более того, сегодня рабочий объем силового агрегата не играет ключевой роли для определения таких показателей, как мощность и крутящий момент.

Это стало возможным благодаря тому, что инженеры активно практикуют форсирование двигателя, увеличение степени сжатия и т.д. Также повсеместно применяется установка высокоточных систем прямого топливного впрыска, реализуется возможность динамичного изменения фаз газораспределения и целый ряд других конструкторских решений в сочетании с турбонаддувом или компрессором.

Такой подход позволяет добиться от изначально небольшого по своему физическому объему ДВС весьма впечатляющих характеристик. Однако увеличение мощности, так или иначе, означает одновременное увеличение расхода топлива.

Если с более простыми атмосферными моторами предыдущих поколений особых проблем не возникало, то с новыми конструктивно сложными агрегатами актуален вопрос, можно ли ставить ГБО на турбированные двигатели. Далее мы рассмотрим особенности установки ГБО на турбодвигатель.

Читайте в этой статье

Какой тип ГБО на турбированный двигатель лучше установить

Как уже было сказано выше, внедрение различных инноваций все равно не смогло существенно повлиять на такие важные показатели, как расход топлива и топливная экономичность. Даже небольшой бензиновый турбодвигатель со скромным аппетитом потребляет, в среднем, не менее 7-8 литров бензина в городском цикле при умеренной езде.

Параллельно различным усовершенствованиям и модернизации ДВС активно развивались и системы подачи в двигатель сжиженного газа. Опытные автолюбители хорошо знакомы с такими решениями, как ГБО-I (первого поколения), газовыми установками второго поколения и т.д.

Каждое поколение в разное время предназначалось для установки на карбюраторные моторы, двигатели с распределенным впрыском и т.д. Если же владелец намерен поставить газ на двигатель с турбиной, тогда нужно обращать внимание на газовые установки не ранее четвертого и пятого поколения (ГБО 4 и ГБО 5).

Как работает турбированный двигатель на газу

Как видно, поставить газ на турбомотор не является проблемой. Главное, чтобы оборудование было правильно подобрано применительно к конкретному типу мотора. Дело в том, что разные типы газовых установок отличаются реализацией схемы управления подачей топлива, а также имеют некоторые отличия в способе самого впрыска газа.

Основной задачей разработчиков газобаллонного оборудования является максимально деликатная и функциональная интеграция подачи газа параллельно штатным системам управления и питания двигателя.

Дальнейшее развитие системы подачи газа в виде ГБО 5-го поколения позволило полностью объединить такую установку со штатным оборудованием. ЭБУ автомобиля не воспринимает газовую систему как стороннюю, то есть не возникает конфликтов устройств и различных ошибок. Более того, газ подается в двигатель не в испаренном, а уже в сжиженном виде.

Такая особенность позволяет турбокомпрессору работать в штатном режиме, плавно, без провалов. Установка этой системы позволяет даже запускать холодный мотор на газу, а не на бензине. При этом значительно снижаются риски причинения ущерба ДВС и сокращения его ресурса.

Также для справки добавим, что с появлением указанных систем также стало возможным поставить газ на дизельный двигатель. Турбодизель на газу часто называется газодизелем, предполагая наличие ГБО на дизельном двигателе.

Сразу отметим, такая установка является сложным решением, для реализации которого нужны серьезные переделки, конструктивные доработки и настройки дизельного ДВС. Однако при наличии ГБО на дизеле водитель получает возможность одновременного комбинированного использования как более дорогой солярки, так и дешевого газа. Среднее соотношение получается около 70% газа на 30% дизтоплива.

В двух словах, для воспламенения газа нужна более высокая температура. По этой причине в цилиндры сначала впрыскивается немного дизельного топлива, которое воспламеняется и далее поджигает газ. Результатом работы такой схемы питания становится ощутимая экономия дизельного топлива, которое попросту замещается дешевым газом.

Переоборудовать можно любой дизельный двигатель, даже с системой Common Rail Euro-4. При этом, как правило, для гражданских легковых и небольших коммерческих авто устанавливать подобное оборудование нецелесообразно по причине высокой стоимости проекта. Дело в том, что дизельные двигатели изначально отличаются высокими показателями топливной экономичности.

Однако газодизель полностью оправдывает вложения в том случае, когда пробеги коммерческого транспорта очень большие. Простыми словами, указанное решение хорошо подходит для тяжелых турбодизельных грузовиков, которые регулярно перевозят грузы на большие расстояния.

Что в итоге

С учетом вышесказанного становится понятно, что можно установить ГБО на любой турбированный двигатель или атмосферный ДВС, а также на дизель. Единственное условие, на моторы с прямым впрыском нужно ставить инжекторное газобаллонное оборудование.

Такая установка должна впрыскивать строго ограниченное количество газа, при этом количество воздуха, поступающего в двигатель, никак не влияет на работу ГБО инжекторного типа.

Также важно учитывать, что правильный монтаж газового оборудования на автомобиль является достаточно трудоемким и сложным процессом. Чем технологичнее двигатель, тем сложнее не только установить, но и корректно настроить ДВС и оборудование для эффективной и исправной работы.

Напоследок добавим, что в ряде случаев монтажный комплект ГБО не является готовым продуктом одного производителя. Другими словами, газовые форсунки могут быть одной фирмы, баллон для накопления и хранения сжиженного газа другого производителя, блок управления выпущен третьей фирмой и т.п.

Такая особенность позволяет владельцу самостоятельно подбирать отдельные компоненты, выбирая оптимальные решения по качеству и цене. Также возможность подбора элементов позволяет влиять на конечную стоимость, качество и некоторые рабочие характеристики комплекта ГБО, который планируется собрать и установить на автомобиль.

Как установка ГБО и переход на газ влияет на двигатель и моторесурс. Особенности настройки газового оборудования, подбор масла и обслуживание ДВС на газу.

Преимущества и недостатки использования газобалонного оборудования. Обслуживание и эксплуатация ГБО, польза и вред газа для двигателя и штатных систем.

Принцип работы и отличительные особенности газовых форсунок. Основные парметры при выборе форсунок для ГБО 4. Какие газовые форсунки лучше купить.

Причины, по кторым после нажатия на педаль газа возникают провалы и двигатель начинает захлебываться. Провалы мотора с ГБО при переходе с бензина на газ.

Причины появления выстрелов и хлопков в глушителе на разных режимах работы двигателя: холостой ход, перегазовки и т.п. Как найти и устранить неисправность.

Основные причины, кторые приводят к обеднению рабочей смеси. Бедная смесь на карбюраторных и инжекторных ДВС, а также на моторах с ГБО. Диагностика, ремонт.

Турбированный двигатель и ГБО — возможно ли это?

Мировой автопром не стоит на месте, ведущие автопроизводители регулярно предлагают потребителю все более сложные и совершенные автомобили, оборудованные по последнему слову техники. Автомобили оснащены современнейшими топливными системами, управляемыми бортовыми компьютерами, а также – турбо- и компрессорными нагнетателями, позволяющими «выжимать» из скромного, на первый взгляд, двигателя, целые «табуны лошадей». Производители ГБО стараются не отставать от автопрома, поэтому на вопрос: успевают ли они за высокотехнологичными автогигантами? Можно смело ответить — однозначно, да!

Если вы надумали установить ГБО свой автомобиль, оснащенный турбиной, то вам необходимо обратить внимание на газовые установки последних поколений – 4-го, но лучше 5-го. Они отличаются по способу управления, т.е. по работе «электронных мозгов», и по способу впрыска топлива.

Эволюция газобаллонного оборудования всегда движется в сторону максимальной унификации с традиционными «бензиновыми» технологиями, а значит, каждое следующее поколение все ближе к совершенству. Если в 4-ом поколении ГБО импульсы бортового компьютера автомобиля «перехватываются» дополнительным процессором и интерпретируются, чтобы «обмануть» системы управления впрыском топлива, ведь подается все-таки не жидкое топливо, а газ, то ГБО 5-го поколения не воспринимается автомобильным компьютером как нечто инородное, потому что газ подается в сжиженном состоянии. Как известно, октановое число у газа выше и компьютер мгновенно «принимает меры», меняя настройки, приспосабливая системы впрыска к данному топливу. При этом турбина работает штатно, как и в случае с бензином. С ГБО 5-го поколения возможен даже холодный пуск, без ущерба для двигателя!

Это, если «человеческим языком». На деле все, конечно, сложнее и технологичнее. К слову, за рубежом нет градации газового оборудования по поколениям – это делается для нашего рынка, на котором присутствуют и до сих пор производятся, как допотопные, так и совершенные, с точки зрения последних технологий, автомобили.

Говоря о турбированных ДВС, работающих на тяжелом топливе, отметим так же, два, принципиально отличающихся способа работы на газу: первый – газодизель, а второй – газотурбина. Второй способ предполагает серьезное вмешательство в конструкцию и настройки двигателя автомобиля. С этим лучше всего справляются в заводских условиях, и потом – это билет в один конец: работа переоборудованного агрегата на дизтопливе потом невозможна.

Что же касается газодизеля, то это наиболее распространенный способ газификации турбодизеля. Его ещё называют — комбинированный. Т.е., впрыскивается и дизель, и газ, а так как температура воспламенения газа выше, то дизтопливо здесь служит как «поджигатель». В результате мы имеем существенную экономию расхода дизеля, из-за частичного его замещения более дешевым газом. Экономический эффект от этого небольшой, ведь дизельные двигатели и без того отличаются экономичностью, но на больших пробегах такое переоборудование имеет смысл.

Подведем итоги

Как видим, давно минули те времена, когда рядовому автолюбителю приходилось ломать голову над вопросом установки ГБО на свой автомобиль, перелопачивая при этом массу противоречивой информации. Опыт показывает, что «газу быть», а существующие инсинуации на эту тему, на самом деле, имеют единственную основу – это неудовлетворительная квалификация специалистов сервисных центров по монтажу газобаллонного оборудования. На сегодня, к счастью, в большинстве крупных городов эта проблема решена, хотя это не отменяет необходимости серьезно отнестись к выбору фирмы, которая возьмется газифицировать ваш автомобиль – вы же выбираете СТО для ремонта и обслуживания ходовой и двигателя? Здесь ситуация та же.

ГБОшник — сайт о газобаллонном обборудовании

Сможет ли Россия делать турбины не хуже Siemens? | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Большие турбины — это в сегодняшней России большая политика. Тайный переброс госкомпанией «Ростех» четырех турбин немецкого концерна Siemens в Крым привел к международному скандалу — и запустил в этой сфере механизм импортозамещения: российским машиностроителям поручено срочно разработать собственный аналог, способный заменить зарубежную продукцию.  

Опытный образец, действительно, был создан, однако в апреле стало известно, что еще в декабре 2017 года он при испытаниях сломался. Теперь к проекту «Ростеха», «Роснано» и «Интер РАО» намерена присоединиться петербургская компания «Силовые машины». Ее владелец Алексей Мордашов, ссылаясь на историю с Siemens, подчеркивает, что «России необходима своя технология газовых турбин», но в то же время просит финансовой поддержки у государства.

«Формула-1″ в энергетическом машиностроении

Такие разработки требуют «огромных расходов», отметил в письменном ответе на запрос DW профессор одного из немецких машиностроительных факультетов, отказавшийся оценивать шансы российских компаний на создание собственной газовой турбины большой мощности. По словам другого профессора, Манфреда Кристиана Вирзума (Manfred Christian Wirsum), возглавляющего Институт паровых и газовых турбин при Рейнско-Вестфальской высшей технической школе (RWTH) в Ахене, речь идет о «сотнях миллионов евро или долларов». 

Профессор Манфред Кристиан Вирзум

«Газовая турбина большой мощности — это одна из сложнейших существующих на сегодняшний день машин. Говорю это вам как представитель объединения всего немецкого машиностроения», — сказал в беседе с DW Маттиас Целингер (Matthias Zelinger), пресс-секретарь Объединения немецких машиностроителей и производителей промышленного оборудования (VDMA) во Франкфурте-на-Майне. А профессор Вирзум образно назвал такие турбины «Формулой-1″ в энергетическом машиностроении».

Современные мощные газовые турбины для больших электростанций принципиально отличаются от менее мощных, применяемых, к примеру, в авиации, на флоте или в военной технике. Конструкция таких турбин и используемые в них материалы подвергаются чрезвычайно высокой нагрузке, на грани допустимого, пояснили эксперты. Так, температура в турбинах поднимается до более 1400 градусов и тем самым значительно превышает температуру плавления металлов. Поэтому, к примеру, нужны особые монокристаллические жаропрочные сплавы и высокоэффективная система охлаждения. Ведь иначе турбина, даже если она заработает, будет быстрее изнашиваться и чаще нуждаться в ремонте.        

Китай пока не овладел технологией больших турбин   

Иными словами, создание газовых турбин большой мощности требует интенсивных научных исследований и длительных испытаний. «Технологические барьеры входа на рынок чрезвычайно высоки», — указал Маттиас Целингер. Поэтому сегодня рынок по сути дела поделен между четырьмя крупными производителями. Это американская корпорация General Electric (GE), немецкий концерн Siemens, японское совместное предприятие Mitsubishi Hitachi и итальянская Ansaldo Energia, к которой частично отошло производство турбин французской Alstom.  

Маттиас Целингер

«Насколько я знаю, все предпринимавшиеся в последние лет двадцать попытки прорваться на этот рынок заканчивались неудачей. Лишь одна японская компании смогла в момент бума ценой огромных усилий подняться от производства средних по размеру турбин до выпуска больших», — рассказал Маттиас Целингер, имея в виду Mitsubishi, получавшую к тому же значительную помощь от государства. 

Профессор Вирзум привел другой пример активной государственной поддержки. «Китай вот уже несколько десятилетий стремится разработать собственную большую газовую турбину, но лишь сейчас подошел к порогу ее создания», — отметил эксперт. Этому способствовали многолетнее взаимодействие с западными производителями и покупка доли в компании Ansaldo, что обеспечило доступ к разработкам Alstom. «Китайцы сумели овладеть уже очень многими высокими технологиями, но освоить производство больших газовых турбин они пока еще не смогли», — подчеркнул руководитель ахенского института. 

Технологические и рыночные риски для российских разработчиков

С российским энергетическим машиностроением Манфред Кристиан Вирзум, по собственному признанию, не знаком, но слышал, что технологии производства турбин для электростанций имеются — пусть эти турбины и не самые новые, крупные и эффективные. «Вопрос в том, можно ли опираться на эти технологии при создании турбины большой мощности — или же она разрабатывается фактически с чистого листа», — пояснил ученый. DW не стала напрямую спрашивать, будет ли эта турбина (в случае ее создания) не хуже продукции Siemens или GE, чтобы не ставить вежливого немецкого профессора в неудобное положение.   

Siemens в СП с испанской Gamesa активно разрабатывает теперь ветровые генераторы

Оба собеседника остановились не только на технологических и финансовых, но также на экономических, рыночных рисках, связанных с разработкой турбин большой мощности. «Спрос на них упал во всем мире примерно до 100 единиц в год. А имеющиеся производственные мощности позволяют выпускать ежегодно порядка 400 турбин», — сообщил Маттиас Целингер. Именно поэтому GE и Siemens намерены в ближайшее время сократить на соответствующих заводах тысячи рабочих мест, о чем DW недавно подробно рассказывала. 

Таким образом, российским машиностроителям, разрабатывающим сейчас большую турбину, предстоит выход на сжимающийся рынок с огромными избыточными мощностями. Впрочем, в данном случае правительство и не ждет от них создания конкурентоспособной экспортной продукции, а думает только о внутреннем рынке.   

Правительство РФ рассчитывает только на внутренний рынок

Как заявил в середине апреля на экономическом форуме в Ялте заместитель министра энергетики РФ Андрей Черезов, «потребность в мощных турбинах годовая не сильно высокая — это 1-2-3 турбины в год». 

«Но есть программа модернизации старых ТЭС (теплоэлектростанций), — цитирует его агентство ТАСС, — это тот рынок, который можно использовать для реализации своего производства». В частности, Черезов, согласно «Интерфаксу», не исключает строительства третьего энергоблока на Симферопольской ТЭС, для которого ни один западный поставщик поставлять турбину из-за санкций не станет. 

При выпуске 1-3 турбин в год шансы на то, что многомиллионные вложения в разработку и налаживание в России производства отечественной турбины большой мощности когда-либо окупятся, невелики. Что же касается государственной программы замены на ТЭС старых турбин на новые, то она задает российской электроэнергетике совершенно иной вектор развития, чем наблюдается сейчас на мировом рынке.

Профессор Манфред Кристиан Вирзум, готовящий специалистов по паровым и газовым турбинам, честно признает: «Все мы совершенно недооценили динамику развития ветровой энергетики и фотовольтаики». По его словам, в последние два-три года он и его коллеги постоянно задаются вопросом, каковы перспективы того дела, которым они занимаются.

Сам профессор оценивает эти перспективы так: «Лично я считаю, что в большинстве стран мира уже сейчас достаточно тепловых электростанций, и если возобновляемая энергетика будет и дальше стремительно наращивать мощности, в чем я не сомневаюсь, то энергокомпании попытаются по максимуму использовать сроки эксплуатации действующих ТЭС, но переоснащать их или строить новые уже не станут». Так что глобальный спрос на газовые турбины, по его мнению, будет и дальше падать. 

Смотрите также:

• Переход к альтернативной энергетике

  Уголь, нефть и газ — главные враги

  Парниковым газом номер один является СО2. Сжигание угля, нефти и газа — это причина образования 65 процентов всех парниковых газов. Вырубка лесов обуславливает выделение 11 процентов СО2. Главными причинами появления в атмосфере метана (16 процентов) и оксида азота (шесть процентов) на сегодня являются индустриальные методы в сельском хозяйстве.

• Переход к альтернативной энергетике

  Требуется новый подход

  Если все останется, как и прежде, то, согласно данным Всемирного совета ООН по защите климата (IPCC), к 2100 году температура на Земле поднимется на 3,7-4,8 градуса. Однако еще можно добиться того, чтобы этот показатель не превышал 2 градуса. Для этого необходимо как можно скорее отказаться от использования ископаемого топлива — эксперты по климату говорят, что самое позднее к 2050 году.

• Переход к альтернативной энергетике

  Энергия солнца как двигатель прогресса

  Солнце постепенно становится самым дешевым источником энергии. Цены на солнечные батареи за последние пять лет упали почти на 80 процентов. В Германии стоимость энергии, полученной в результате применения фотовольтаики, составляет уже 7 центов за киловатт-час, в странах с большим количеством солнечных дней — меньше 5 центов.

• Переход к альтернативной энергетике

  Все больше и эффективнее

  Энергия ветра очень недорога, и в мире наблюдается бум в этой области. В Германии 16 процентов всей электроэнергии вырабатывается на ветряных установках, в Дании — почти 40 процентов. К 2020 году Китай планирует удвоить выработку на ветряках — сегодня они производят 4 процента всей электроэнергии страны. Типичная ветряная турбина покрывает потребности 1900 немецких домашних хозяйств.

• Переход к альтернативной энергетике

  Дома без ископаемого топлива

  Хорошо изолированные дома требуют сегодня очень мало энергии, как правило, для электро- и теплоснабжения достаточно солнечных батарей, установленных на крыше. Некоторые дома производят даже слишком много энергии — она в дальнейшем может быть использована, к примеру, для зарядки электромобиля.

• Переход к альтернативной энергетике

  Эффективное энергоснабжение экономит деньги и CO2

  Важный момент в деле защиты климата — это эффективное использование энергии. Качественные светодиодные лампы потребляют десятую часть энергии, по сравнению с традиционными лампами накаливания. Это позволяет сократить выбросы СО2 и сэкономить деньги. Запрет на продажу ламп накаливания в ЕС дал дополнительный толчок развития светодиодным технологиям.

• Переход к альтернативной энергетике

  Экологически чистый транспорт

  Нефть имеет сегодня большое значение для транспорта, но ситуация может измениться. Альтернативы уже существуют — к примеру, этот рейсовый автобус в Кельне работает на водородном топливе, которое вырабатывается с помощью ветра и солнца путем электролиза. Такой транспорт не выделяет СО2.

• Переход к альтернативной энергетике

  Первый серийный автомобиль на водороде

  С декабря 2014 года Toyota начала продажи первого серийного автомобиля, работающего на водородном топливе. Заправка длится всего несколько минут и «полного бака» хватит на 650 км пути. Эксперты полагают, что экологически чистый транспорт может использовать водород, биогаз или аккумуляторы.

• Переход к альтернативной энергетике

  Топливо из фекалий и мусора

  Этот автобус из британского Бристоля ездит на биометане (СН4). Газ, который получают в результате переработки человеческих фекалий и пищевых отходов. Для того, чтобы автобус проехал 300 км необходимо столько отходов, сколько пять человек производят за год.

• Переход к альтернативной энергетике

  Бум на рынке батарей

  Хранение электроэнергии до сих пор стоит немало. Но техника развивается стремительно, цены снижаются, а на рынке наблюдается настоящий бум. Электромобили стоят все меньше и для многих людей они становятся реальной альтернативой привычному транспорту.

• Переход к альтернативной энергетике

  Прогресс в области «чистых» технологий

  На планете все еще два миллиарда человек живут без электричества. Однако, поскольку солнечные батареи и светодиодные лампы становятся все доступнее, их начинают активно применять жители сельской местности, как, например, здесь, в Сенегале. В специальном киоске, оборудованном солнечными батареями, заряжают переносные светодиодные лампы.

• Переход к альтернативной энергетике

  Движение в защиту климата

  Движение в защиту климата приобретает все больше сторонников, как, к примеру, здесь — в центре германской угольной промышленности в городе Дюссельдорф. Немецкий энергоконцерн E.ON делает ставку на возобновляемые источники энергии; по всему миру инвесторы отзывают средства из проектов, связанных с ископаемыми источниками энергии.

  Автор: Максим Филимонов

Адаптируемая газовая турбина | Американский ученый

Турбины существуют уже давно — ранними примерами являются ветряные мельницы и водяные колеса. Название происходит от латинского турбо, означает вихрь, и, таким образом, определяющим свойством турбины является то, что жидкость или газ вращают лопасти ротора, прикрепленного к валу, который может выполнять полезную работу. Однако турбины, работающие на углеводородном топливе, являются одними из самых молодых устройств преобразования энергии: их первое использование для выработки электроэнергии или приведения в движение реактивных самолетов имело место в 1939 году.Благодаря усилиям многих тысяч инженеров за прошедшие примерно 70 лет такие газовые турбины стали доминировать в авиационных двигателях и, благодаря их непревзойденному тепловому КПД и низкой стоимости, стали суперзвездами электростанций. Поскольку энергетика является главной заботой современного общества, технология газовых турбин продолжает оставаться инновационной.

Большая часть моих усилий как инженера-механика, как в промышленности, так и в научных кругах, основывалась на первом законе термодинамики (изложенном в принципе сохранения энергии): энергия не создается и не уничтожается, но может изменяться в форме.«Измененная по форме» часть закона — это то, что делают многие инженеры-механики, исследуя и разрабатывая устройства преобразования энергии. Примером такого преобразования является преобразование тепла (скажем, от сгорания углеводородного топлива) в движущую силу (например, в реактивном самолете) или электричество. Устройства, выполняющие это преобразование, называются первичные движители.

Основные современные первичные двигатели преобразуют тепло, выделяемое в результате ядерных или химических реакций, в полезные формы энергии.Газовая турбина, совместно изобретенная Гансом фон Охайном, Франком Уиттлом и инженерами швейцарской фирмы Brown, Boveri & Cie, пришла на смену паровой машине, реализованной в 1769 году Томасом Ньюкоменом и Джеймсом Уаттом; двигатель с искровым зажиганием Николауса Отто 1876 года; двигатель с воспламенением от сжатия Рудольфа Дизеля 1884 года и паровая турбина Чарльза Парсонса 1897 года.

Название газовая турбина несколько вводит в заблуждение, поскольку подразумевает простую турбину, использующую газ в качестве рабочего тела.На самом деле газовая турбина имеет компрессор втягивать и сжимать газ (обычно воздух), камера сгорания (или горелка) для добавления горючего топлива (обычно углеводородной жидкости или газа) для нагрева сжатого газа, и турбина (или детандер) для извлечения мощности из потока горячего газа при его вращении лопаток турбины.

Поскольку происхождение газовой турбины связано как с электроэнергетикой, так и с авиацией, существует множество других названий газовой турбины.Для наземных и морских применений газовая турбина прозвище является наиболее распространенным, но его также называют турбина внутреннего сгорания , а турбовальный двигатель а иногда и газотурбинный двигатель . Для авиационных применений его обычно называют реактивный двигатель и различные другие названия (в зависимости от конкретной авиационной конфигурации или приложения), такие как реактивный газотурбинный двигатель, ТРД, ТРДД, фанджет и турбовинтовой или пропеллер (если он используется для привода гребного винта).Компрессорно-камерно-турбинная часть газовой турбины обычно называется газогенератор.

В газовой турбине самолета вся мощность турбины используется для привода компрессора (который также может иметь соответствующий вентилятор или пропеллер). Поток газа, выходящий из турбины, затем ускоряется в атмосферу через выхлопное сопло, чтобы обеспечить толкать или мощность движителя. Мощность тяги газотурбинного или реактивного двигателя равна увеличению импульса массового потока от входа в двигатель до выхода, умноженному на скорость полета.Фактическая сила тяги, создаваемая в двигателе (и тянущая самолет вперед), представляет собой сумму всех осевых составляющих сил давления на внутренние поверхности двигателя, подвергающиеся воздействию потока газового тракта.

Реактивный двигатель может быть достаточно маленьким, чтобы его можно было держать в руке, и создавать тягу в несколько фунтов (1 фунт тяги эквивалентен 4,45 ньютона силы) для использования в моделях самолетов или военных дронов. (Отставной швейцарский пилот Ив Росси по прозвищу «Джетмен» прикрепил четыре таких небольших реактивных двигателя — каждый с тягой 50 фунтов или около 223 ньютонов — к заднему крылу и перелетел через Ла-Манш в 2008 году и над Гранд-Каньоном. в 2011.) На современных коммерческих реактивных самолетах газовые турбины обычно имеют тягу в диапазоне 30 000 фунтов (или 136 000 ньютонов), причем самая большая в настоящее время тяга составляет около 100 000 фунтов (445 000 ньютонов) на дальнемагистральных самолетах Boeing 777.

Реактивный двигатель, показанный на рисунке выше, представляет собой турбовентиляторный двигатель с вентилятором большего диаметра, установленным на компрессоре. Тяга создается воздухом, проходящим только через вентилятор (так называемый перепускной воздух) и через сам газогенератор. Комбинация механизмов значительно повышает топливную экономичность двигателя.Имея большую лобовую площадь для втягивания большей массы воздуха (с той разницей, что конфигурация создает более высокие силы аэродинамического сопротивления при крейсерских скоростях полета), турбовентиляторный двигатель создает пиковую тягу на взлетных скоростях. Поэтому он наиболее подходит для коммерческих самолетов, которым требуется большая часть подъемной силы, чтобы оторваться от земли, а не маневрировать в воздухе. Напротив, турбореактивный не имеет вентилятора и создает всю свою тягу за счет воздуха, проходящего через газогенератор.Турбореактивные двигатели имеют меньшую лобовую площадь (и, следовательно, меньшее сопротивление при высоких скоростях полета) и генерируют пиковую тягу на высоких скоростях, что делает их наиболее подходящими для истребителей, которые движутся с гораздо более высокими скоростями, чем коммерческие самолеты.

В неавиационных газовых турбинах только часть мощности турбины используется для привода компрессора. Остаток используется как выход мощность на валу для включения устройства преобразования энергии, такого как электрический генератор, или для сжатия природного газа в трубопроводе, чтобы его можно было транспортировать.Мощность вала наземных газовых турбин может быть очень большой (с выходной мощностью до 375 мегаватт, что достаточно для питания около 300 000 домов). Единица, показанная на рисунке справа, называется промышленный или Рамка машина. Он рассчитан на прочность и долгий срок службы, поэтому вес не является важным фактором, как в случае с реактивным двигателем. Обычно машины с рамой проектируются консервативно, но в них используются технические достижения в разработке реактивных двигателей, когда это имеет смысл.

Легкие газовые турбины, созданные на основе реактивных двигателей и используемые для неавиационных целей, называются авиационные газовые турбины. Авиапроизводные используются для привода компрессоров трубопроводов природного газа, силовых кораблей и производства электроэнергии. Они используются, в частности, для обеспечения пиковой и промежуточной мощности для электроэнергетических компаний, поскольку они могут быстро запускаться. Пиковая мощность дополняет обычную мощность коммунального предприятия в периоды повышенного спроса, например, для летнего кондиционирования воздуха в крупных городах.

Газовая турбина имеет некоторые конструктивные преимущества перед другими энергосистемами. Он способен производить большое количество полезной энергии при относительно небольших размерах и весе. Поскольку движение всех его основных компонентов включает чистое вращение (например, нет возвратно-поступательного движения, как в поршневом двигателе), его механический срок службы велик, а соответствующие затраты на техническое обслуживание относительно низки. Однако на ранних этапах разработки обманчивая простота газовой турбины вызывала проблемы, пока не были лучше поняты аспекты ее гидромеханики, теплопередачи и сгорания.По словам Эдварда Тейлора, первого директора Лаборатории газовых турбин Массачусетского технологического института, ранние конструкции компрессоров газовых турбин рухнули на скалу, и скала застопорилась. Ларек Это внезапная блокировка и даже реверсирование потока двигателя, вызванное тем, что жидкость отделяется от поверхностей аэродинамического профиля компрессора вместо того, чтобы течь равномерно по ним. Тейлор перефразировал слова П. Т. Барнума, чтобы описать два вида заклинивания: вы можете управлять компрессором так, чтобы он останавливал все лопасти некоторое время (так называемый помпаж) или некоторые из лопастей все время (так называемый вращающийся останов).Потребовалось много ранних исследований и разработок, чтобы избежать таких условий срыва.

Хотя газовая турбина должна быть запущена с помощью какого-либо внешнего средства (небольшой внешний двигатель или другой источник, например, другая газовая турбина), ее можно довести до условий полной нагрузки (пиковой мощности) за считанные минуты, в отличие от паротурбинной установки. время запуска которого измеряется в часах.

Газовые турбины также могут использовать различные виды топлива. Природный газ обычно используется в наземных газовых турбинах, тогда как легкие дистиллятные (или керосиноподобные) масла используются в реактивных двигателях самолетов и морских газовых турбинах.Также можно использовать дизельное топливо или специально обработанные остаточные масла (например, биодизель), а также горючие газы (например, метан), получаемые из доменных печей, нефтеперерабатывающих заводов, свалок, сточных вод и газификации твердого топлива, такого как уголь, древесная щепа и багасса. (измельченные стебли сахарного тростника или сорго). Некоторые недавние работы в Южной Африке над типом атомной электростанции, называемой реактор с галечным слоем (в котором используются графитовые сферы размером с теннисный мяч, залитые расщепляющимся материалом) обеспечил газообразный гелий для питания типа турбины, которая имеет замкнутый цикл, это означает, что он использует газ, предварительно нагретый внешним источником, который рециркулирует через систему.)

Дополнительным преимуществом газовых турбин является то, что обычным рабочим телом является атмосферный воздух, и машина не требует жидкостного охлаждения, что является важным фактором во многих частях мира, где не хватает охлаждающей воды.

В первые дни своего развития одним из основных недостатков газовой турбины был ее более низкий КПД (следовательно, более высокий расход топлива) по сравнению с другими двигателями и паротурбинными электростанциями. Однако за последние 70 лет непрерывное инженерное развитие привело к повышению теплового КПД (18 процентов для газовой турбины Brown Boveri 1939 года) до нынешнего уровня около 45 процентов для работы в простом цикле.Эффективность может достигать более 60 процентов для парогазовый операции, в которых выхлопные газы используются дополнительно.

Сейчас трудно вспомнить, когда авиационная газовая турбина — реактивный двигатель — не была частью полета самолета. До реактивных двигателей производитель авиационных поршневых двигателей мог рассчитывать на продажу запасных частей в 20–30 раз выше первоначальной стоимости двигателей. С появлением реактивного двигателя эта цифра на вторичном рынке упала в три-пять раз по сравнению с первоначальной стоимостью (важное снижение, которое сделало авиаперевозки доступными и надежными, а авиакомпании прибыльными, хотя производителям двигателей пришлось изменить свои бизнес-модели).В последние годы технологии и требования рынка привели к тому, что компоненты двигателя стали служить еще дольше, что привело к снижению показателей рынка послепродажного обслуживания до все более низкого уровня.

Хорошо управляемая авиакомпания будет стараться держать реактивный самолет в воздухе до 18 часов в день, 365 дней в году. При хорошем обслуживании авиакомпания ожидает, что двигатели останутся в эксплуатации и на крыле в течение от 15 000 до 30 000 часов работы, в зависимости от количества взлетов и посадок, совершенных самолетом.По истечении этого периода реактивный двигатель будет снят и отремонтирован, как правило, с заменой деталей, подвергающихся нагреву, таких как камера сгорания и турбина. (В настоящее время скорость остановки реактивного двигателя в полете составляет менее 1 случая на 100 000 летных часов. Другими словами, в среднем двигатель выходит из строя в полете раз в 30 лет.)

Авиационные реактивные двигатели составляют около 25 процентов стоимости самолета. В 2011 году мировой рынок авиационных газотурбинных установок составил 32 миллиарда долларов, из которых 27 миллиардов долларов пришлось на коммерческие самолеты, а остальные — на военные.В настоящее время в мировом авиатранспортном парке насчитывается около 19 400 самолетов. Оба крупных производителя самолетов, Boeing в США и Airbus в Европе, прогнозируют, что к 2030 году в мировом парке будет 34 000 самолетов.

Этот многообещающий рынок стимулирует разработку реактивных двигателей для коммерческих авиакомпаний с упором на экономию топлива. В настоящее время от 40 до 60 процентов операционных расходов авиакомпаний составляют расходы на реактивное топливо. Турбореактивный двигатель Pratt & Whitney, показанный на втором рисунке, в настоящее время разрабатывается для новых узкофюзеляжных самолетов вместимостью от 90 до 200 пассажиров.Этот двигатель имеет систему зубчатой ​​передачи, установленную на ступице, которая приводит в движение передний вентилятор на более низких скоростях, что позволяет снизить расход топлива на 16 процентов и значительно снизить шум двигателя. Позже технология вентилятора с редуктором может быть применена к двигателям большей тяги для более крупных самолетов.

Хотя военные реактивные двигатели составляют меньший сегмент рынка газотурбинных двигателей, разработанные там технологии исторически приносили пользу коммерческой авиации. Новый американский двигатель F135 Joint Strike Fighter с тягой 40 000 фунтов является тому примером.Он оснащен тремя вариантами самолетов: истребителем ВВС, который взлетает обычным образом, палубным реактивным самолетом ВМС и самолетом с укороченным взлетом и вертикальной посадкой для морской пехоты.

Температура в двигателе Joint Strike Fighter составляет 3600 градусов по Фаренгейту (1982 градуса по Цельсию). Как аэродинамические поверхности турбин из кобальт-никелевого сплава выдерживают такие условия эксплуатации? Лопасти и лопасти охлаждаются примерно до восьми-девятых десятых температуры плавления их сплава (от 2200 до 2600 градусов по Фаренгейту).Каждый аэродинамический профиль высокотемпературной турбины изготовлен из сложной отливки для размещения сложных внутренних каналов и узоров отверстий на поверхности, необходимых для направления и направления охлаждающего воздуха (отбираемого из компрессора) внутри и над его внешними поверхностями. Ошибка в расположении отверстия или соотношении давлений охлаждающего воздуха может привести к вдыханию газового тракта аэродинамического профиля, а не к охлаждающему выдоху, что при таких высоких температурах было бы катастрофическим. Конструкция системы охлаждения основана на 30-летнем опыте исследований и однозначно продвигает современные характеристики и надежность турбины.

За последние 30 лет достижения в области неавиационных технологий почти удвоили тепловую эффективность новых газотурбинных электростанций. В 2011 году мировой рынок неавиационных газовых турбин составил 16 миллиардов долларов, большая часть из которых приходится на новые электростанции. Современные газотурбинные электростанции с комбинированным циклом производят электроэнергию на уровне до половины гигаватт, а тепловой КПД сейчас превышает отметку в 60 процентов — почти вдвое больше, чем я узнал, будучи студентом бакалавриата по машиностроению.

Газотурбинная электростанция с комбинированным циклом использует газовую турбину (обычно работающую на природном газе) для привода электрического генератора. Затем горячий выхлоп используется для производства пара в теплообменнике (называемом парогенератор с рекуперацией тепла) поставить паровую турбину, полезная работа которой обеспечивает средства для производства большего количества электроэнергии. (Если вместо этого пар используется для обогрева зданий, установка будет называться когенерационная установка. ) Хорошее значение КПД для современных газовых турбин составляет 40 процентов, тогда как паровая турбина в типичных условиях комбинированного цикла составляет около 30 процентов.Используя первый закон термодинамики и определение теплового КПД, общий КПД этих двух устройств составляет около 58 процентов, что больше, чем у любого из отдельных устройств по отдельности.

Сердцем парогазовой установки (или, точнее, комбинированной электростанции, поскольку термодинамические циклы не комбинируются) является газовая турбина с температурой выхлопных газов, обычно около 1000 градусов по Фаренгейту (или 538 градусов по Цельсию). достаточно для производства пара для питания паровой турбины.Газовая турбина Siemens мощностью 375 МВт, показанная на третьем рисунке, является центром новой парогазовой установки мощностью 578 МВт в Иршинге, Германия. 19 мая 2011 года компания Siemens объявила, что достигла термического КПД 60,75%, что, вероятно, делает его самым эффективным тепловым двигателем из когда-либо использовавшихся.

«Я продаю здесь, сэр, то, что желает иметь весь мир — ВЛАСТЬ». Это были слова раннего британского промышленника Мэтью Бултона Джеймсу Босуэллу, процитированные в книге Босуэлла 1791 года. Жизнь Сэмюэля Джонсона .Бултон и его партнер, шотландский инженер Джеймс Уатт, изготовили первые паровые двигатели. Их фирма давно обанкротилась, но потребность мира во власти многократно возросла с тех пор, как Боултон встретил Босуэлла.

Такая растущая потребность в энергии удовлетворяется газовыми турбинами, как в летательных аппаратах, так и в производстве электроэнергии. Можно с уверенностью предсказать, что газовая турбина будет увеличивать свою роль в качестве основного двигателя, поскольку инженеры продолжают улучшать ее характеристики и находить для нее новые применения.

• Бати, WW 1996. Основы газовых турбин , 2-е издание. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья.
• Коннер, М. 2001. Ганс фон Охайн: Элегантность в полете . Рестон, Вирджиния: Американский институт аэронавтики и астронавтики.
• Голли, Дж. 1987. Уиттл: Правдивая история . Вашингтон, округ Колумбия: Издательство Смитсоновского института.
• • Хорлок, Дж. Х. 1992. Комбинированные электростанции .Оксфорд, Англия: Pergamon Press.
  • Лэнгстон, Л. С. 2013. Не такие уж и простые машины. Журнал машиностроения Январь: 46–51.
  • Лэнгстон, Л. С. 2012. Преодоление барьера. Журнал машиностроения Май: 33–37.
  • Лэнгстон, Л. С. 2008. Галька, создающая волны. Журнал машиностроения Февраль: 34–38.
  • Лэнгстон, Л. С. 2007. 3600 градусов по Фаренгейту. Журнал машиностроения Апрель: 34–37.
  • Лэнгстон, Л. С. 2004. Турбины, газ. Энциклопедия энергетики, том 6 . Сан-Диего: Эльзевир, стр. 221–230.
  • Тейлор, Э.С. 1970. Эволюция реактивного двигателя. Космонавтика и аэронавтика 8:64–72.
  • Ван дер Линден, Септимус. Первая в мире промышленная газовая турбина, установленная в Невшателе (1939 г.): международный исторический памятник машиностроения, 2 сентября 1988 г. Нью-Йорк: Американское общество инженеров-механиков.http://files.asme.org/ASMEORG/Communities/History/Landmarks/5604.pdf

Газовые турбины открытого цикла | Ipieca

Последнее рассмотрение темы: 1 февраля 2014 г.

Газовая турбина представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который работает с вращательным, а не возвратно-поступательным движением. Газовые турбины состоят из трех основных компонентов: компрессора, камеры сгорания и силовой турбины. В секции компрессора воздух всасывается и сжимается до 30-кратного давления окружающей среды и направляется в секцию камеры сгорания, где топливо вводится, воспламеняется и сжигается.Камеры сгорания могут быть кольцевыми, кольцевыми или силосными. Кольцевая камера сгорания представляет собой единую непрерывную камеру в форме пончика, которая окружает турбину в плоскости, перпендикулярной воздушному потоку. Кольцевые камеры сгорания аналогичны кольцевым камерам сгорания, однако они включают в себя несколько камер сгорания в форме банок, а не одну камеру сгорания. Кольцевые и кольцевые камеры сгорания основаны на технологии авиационных турбин и обычно используются для приложений меньшего масштаба. Силосная камера сгорания имеет одну или несколько камер сгорания, установленных снаружи корпуса газовой турбины.Силосные камеры сгорания обычно больше, чем кольцевые или кольцевые камеры сгорания, и используются для более масштабных операций.

Компрессор, камера сгорания и турбина соединены одним или несколькими валами и вместе называются газогенератором или газовой турбиной. На рисунках 1 и 2 [JR1] ниже показаны типовая конфигурация и схема газотурбинного генератора.

 

Рис. 1. Конфигурация газовой турбины открытого цикла

 

 

Рис. 2.Схема газовой турбины открытого цикла

Компрессор, камера сгорания и турбина соединены одним или несколькими валами и вместе называются газогенератором или газовой турбиной. На рисунках 1 и 2 [JR1] ниже показаны типовая конфигурация и схема газотурбинного генератора.

 

Рис. 1. Конфигурация газовой турбины открытого цикла

 

 

Рис. 2. Схема газовой турбины открытого цикла

Уровень развития технологии

Есть в продаже?:	Да
Морская жизнеспособность:	Да
Модернизация существующего месторождения?:	Да
Опыт работы в отрасли:	5-10

Ключевые показатели

Выбросы

Область применения:	5 — Турбины типичного размера 375 МВт продаются различными производителями с более высоким КПД для более крупных моделей.Турбины меньшего размера обычно используются для морских установок из-за меньшего веса
Эффективность:	35–40 %, потенциально до 46 % (см. альтернативы)
Ориентировочные капитальные затраты:	389 долл. США/кВт (долл. США, 2005 г.) [3]. Аварийные энергоблоки, как правило, имеют более низкий КПД и более низкие капитальные затраты, в то время как турбины, предназначенные для основной мощности, имеют более высокий КПД и более высокие капитальные затраты
Ориентировочные эксплуатационные расходы:	В зависимости от размера турбины общие нетопливные затраты на эксплуатацию и обслуживание варьируются от 0.0111 $/кВтч для турбины мощностью 1 МВт до 0,0042 $/кВтч для газовой турбины мощностью 40 МВт
Описание типового объема работ:	ПГ напрямую связаны с эффективностью газовой турбины. Новые машины обычно более эффективны, чем старые машины того же размера и общего типа, и поэтому производят меньше выбросов углекислого газа. Типичные выбросы углекислого газа от газовой турбины мощностью 40 МВт без рекуперации тепла и при КПД 37% составляют 1.079 фунтов/МВтч [ссылка 4].
Время на проектирование и монтаж:	Несколько месяцев на проектирование и от нескольких недель до нескольких месяцев на строительство. Это также сильно зависит от местоположения и размера. Более крупные блоки в более удаленных местах могут занять намного больше времени

Драйверы принятия решений

Технический:	Занимаемая площадь: требуется размер, вес, площадь участка Профиль нагрузки установки должен быть относительно стабильным Турбины мощностью примерно до 50 МВт могут быть либо промышленными, либо модифицированными авиационными двигателями, в то время как более крупные установки мощностью примерно до 330 МВт предназначены для конкретных применений Для морских турбин ключевыми факторами являются оптимальный размер и высокое отношение мощности к весу, а также доступность, надежность и прочность.Также требуется решение для большой турбины с соответствующим резервом или меньшего количества турбин для конкретных применений
Рабочий:	Операторы должны быть обучены только работе с турбинами (обучение паровым системам не требуется) Зависит от цены топливного газа и дополнительных капитальных затрат
Коммерческий:	Турбины большего размера работают с более высокой эффективностью, но не так эффективны, как система с комбинированным циклом.Негативное воздействие можно смягчить за счет использования альтернатив
Окружающая среда:	Зависит от приложения. Для газотурбинной электростанции мощностью 211 МВт [ссылка 5]: Капитальные затраты: от 400 до 700 долл. США/кВт Переменная ЭиТО – 29,9 долл./МВтч Фиксированная ЭиТО – 5,26 долл./кВтч

Дополнительные комментарии

Можно использовать различные виды топлива. Для большинства заводов предпочтителен природный газ, но можно использовать сжиженный нефтяной газ, газ нефтеперерабатывающих заводов, газойль, дизельное топливо и лигроин.Авиационные турбины и турбины с низким уровнем выбросов имеют более специфические требования к топливу.

Дополнительные комментарии

Можно использовать различные виды топлива. Для большинства заводов предпочтителен природный газ, но можно использовать сжиженный нефтяной газ, газ нефтеперерабатывающих заводов, газойль, дизельное топливо и лигроин. Авиационные турбины и турбины с низким уровнем выбросов имеют более специфические требования к топливу.

Высокоэффективные газовые турбины

Производитель	Модель	Эффективность простого цикла	Эффективность комбинированного цикла	Производимая мощность (простая) (МВт)
Альстом	GT24	40	58.4	230,7
Мицубиси	M501J	41	61,5	327
Дженерал Электрик	7FA	38,5	58,5	216
Дженерал Электрик	LMS100	44	53,8	103
Сименс	SGT6-8000H	40	60,75	274
Сименс	SGT6-2000E	33.9	51,3	112
Хитачи	Н-25	34,8	50,3	32

Таблица 1. Модели высокоэффективных газовых турбин

Газовые турбины с интеркулером Aeroderivative

Системы промежуточного охладителя

работают над повышением эффективности за счет более высокой степени сжатия в зоне сгорания. Это достигается за счет разделения блока компрессора на две секции: компрессор низкого давления (LPC) и компрессор высокого давления (HPC).Всасываемый воздух сначала сжимается LPC, а затем направляется в промежуточный охладитель, где давление поддерживается постоянным, но температура снижается. Затем воздух проходит через HPC и направляется в камеру сгорания. Поскольку воздух в двигателе не может превысить заданную температуру из-за материала, используемого в турбине, традиционно существует ограничение на степень сжатия, поскольку сжатие газа увеличивает его температуру. Охлаждая воздух частично, но не теряя прироста давления, промежуточный охладитель позволяет произойти второму сжатию, позволяя воздуху в камере сгорания находиться в пределах температурных ограничений, но с гораздо более высоким коэффициентом давления.Более высокое отношение заставляет турбину генерировать больше мощности при том же расходе топлива, что увеличивает общий КПД турбины.

Примером нововведений в области авиационных газовых турбин является турбина высокого давления (ТВД) мощностью 35–65 МВт, разработанная GE [ссылка 6]. LM6000 PG предлагает увеличение мощности простого цикла на 25 процентов по сравнению с его предшественником. Применение этих турбин включает нефтегазовые платформы, университетские когенерационные системы и установки комбинированного цикла в промышленных парках.Эти турбины предназначены для работы на частичной мощности, выдерживают перепады напряжения и обеспечивают более быструю диспетчеризацию.

Операционные проблемы/риски

Газовые турбины представляют собой сложные высокоскоростные компоненты с жесткими допусками по размерам, работающие при очень высоких температурах. Компоненты подвержены множеству потенциальных проблем. К ним относятся ползучесть, усталость, эрозия и окисление с повреждением от удара, возникающим в случае отказа компонентов или после технического обслуживания. Ползучесть может в конечном итоге привести к отказу, но вызывает наибольшую озабоченность из-за изменений размеров, которые она вызывает в компонентах, подверженных нагрузке и температуре.Основной частью технического обслуживания является проверка размеров и допусков. Усталость вызывает особую озабоченность в областях концентрации напряжений, таких как основания лопаток турбины. Таким образом, регулярная проверка и техническое обслуживание являются обязательными, особенно для газовых турбин, работающих в суровых условиях, таких как морские установки [Ссылка 7]. Это будет включать в себя электрические системы и системы управления в дополнение к самой газовой турбине.

 

 

Возможности/ экономическое обоснование

Общей тенденцией развития газовых турбин является сочетание более высоких температур и давлений.Хотя такие усовершенствования увеличивают стоимость производства машины, более высокая стоимость с точки зрения большей выходной мощности и более высокой эффективности обеспечивает чистые экономические выгоды. Промышленная газовая турбина представляет собой баланс между производительностью и стоимостью, что приводит к созданию наиболее экономичной машины как для пользователя, так и для производителя. Применение в нефтяной и газовой промышленности включает трубопроводные компрессорные станции природного газа в диапазоне 800–1200 фунтов на квадратный дюйм (5 516–8 274 кПа), требуется сжатие, а также перекачка сырой и очищенной нефти по нефтепроводам.Турбины мощностью примерно до 50 МВт могут быть либо промышленными, либо модифицированными авиационными двигателями, в то время как более крупные агрегаты мощностью примерно до 330 МВт предназначены для конкретных целей. Для электроэнергетических приложений, таких как крупные промышленные объекты, газовые турбины простого цикла без рекуперации тепла могут обеспечить пиковую мощность в районах с ограниченной мощностью, а коммунальные предприятия часто размещают газовые турбины мощностью от 5 до 40 МВт на подстанциях для обеспечения дополнительной мощности и сети. служба поддержки. Значительное количество систем ТЭЦ на основе газовых турбин простого цикла эксплуатируется в различных областях, включая добычу нефти, химическую промышленность, производство бумаги, пищевую промышленность и университеты.

Отраслевые примеры

Высокоэффективные газовые турбины

Новая линейка высокоэффективных газовых турбин относится к классу H и в настоящее время производится несколькими производителями. После обширного процесса проверки GE установила свою модель 9H в заливе Баглан в 2003 году. Эта новая модель повысила эффективность, позволив увеличить температуру обжига на 200 ° F (93,3 ° C) по сравнению с предыдущими моделями, потенциально достигая 2600 ° F. (1426,7 °С). С тех пор электростанция надежно обеспечивает до 530 МВт в национальную сеть Великобритании, работая с эффективностью более 60% (как часть системы комбинированного цикла) [Ссылка 8].

Другой производитель, Siemens, провел испытания своей модели класса H, SGT5-8000H, при полной нагрузке в Ингольштадте, Германия, в 2008 г. Эффективность газотурбинной установки составила 40 %, и она была частью системы с комбинированным циклом, достигшей мирового рекордная эффективность 60,75% [ссылка 9]. Эта станция поставляет электроэнергию в сеть Германии с момента завершения периода испытаний, и все это с той же эффективностью.

Системы, которые действительно демонстрируют все новые корректировки, которые могут быть сделаны для повышения эффективности, в настоящее время представляют собой только эти турбины класса H, которые имеют очень большую площадь основания и заявленную мощность 375 МВт и выше.Однако технологии, лежащие в основе турбин класса H (усовершенствованные материалы, улучшенное охлаждение и т. д.), доступны и в небольших системах. Эти случаи были выбраны, чтобы проиллюстрировать, что все они эффективны и работают.

Газовые турбины с промежуточным охладителем

Компания GE выпустила LMS 100, чрезвычайно высокоэффективный авиационный двигатель. Работая с КПД до 44% при полной базовой нагрузке, он вырабатывает более 100 МВт после 10-минутного запуска. Генераторная станция Groton в Южной Дакоте была первой станцией, на которой начали использовать LMS100, и она успешно работает с 2006 года [ссылка 10].Эта технология, которая в настоящее время доступна от GE, является самой новой и наименее протестированной технологией, описанной здесь. Однако, благодаря успешному первоначальному тестированию и чрезвычайно высокой эффективности для простого цикла, это важная альтернатива для рассмотрения.

 

Каталожные номера:

1. Морские газовые турбины (и основное приводное оборудование) целостность и рекомендации по проверке, ESR Technology Lts, для Управления по охране труда и технике безопасности, 2006 г., исследовательский отчет 430.
2. Дэвис, Л.Б., и С.Х. Чернить. «Системы сухого сгорания с низким содержанием NOx для газовых турбин GE для тяжелых условий эксплуатации». Дженерал Энерджи. н.п., н.д. Веб. 26 июля 2013 г.
3. Технологии производства электроэнергии. Новинки. стр.59. ISBN 9780080480107
4. Характеристика технологий: газовые турбины, энергетический и экологический анализ (ICF), декабрь 2008 г.
5. Отчет о затратах, данные о затратах и ​​производительности для технологий производства электроэнергии, подготовленный для Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, Black & Veatch, февраль 2012 г.
6. Aeroderivative Technology: Более эффективное использование технологии газовых турбин, Wacke, A, General Electric, ПРОЕКТ — 2010 — 15 января.
7. Уолл, Мартин, Ли Ричард и Фрост, Саймон. Инструкции по целостности и осмотру морских газовых турбин (и основного приводного оборудования). Отчет об исследованиях, 430, ESR Technology Ltd для руководства по охране труда и технике безопасности, 2006 г.
8. «Электростанция Baglan Bay, Кардифф, Уэльс, Великобритания». Журнал власти. Июль Август. Лучшие растения (2003): 45-47
9. Сименс.«Высокопроизводительная газовая турбина Siemens серии SGT-8000H класса H: Power-Gen International 2011 — Лас-Вегас, Невада». www.energy.siemens.com. 15 декабря 2011 г. Интернет. 26 июля 2013 г.
10. Реале, Майкл Дж. и Джеймс К. Прочаска. «Новая высокоэффективная газовая турбина простого цикла — GE LMS100». . Комитет по промышленному применению газовых турбин, 14 октября 2005 г. Интернет. 29 июля 2013 г.

Справочник по газовым турбинам | netl.doe.gov

Справочник по газовым турбинам | netl.doe.gov Перейти к основному содержанию

Справочник по газовым турбинам

СОДЕРЖАНИЕ

• Благодарности
• Обновлена ​​контактная информация автора
• Введение  – Рич Деннис, менеджер по технологиям турбин
• 1.1. Простые и комбинированные циклы  – Клэр Соарес
  • 1.1-1 Введение
  • 1.1-2 Приложения
  • 1.1-3 Универсальность применения
  • 1.1-4 История газовой турбины
  • 1.1-5 Газовая турбина, основные компоненты, модули и системы
  • 1.1-6 Разработка конструкции с газовыми турбинами
  • 1.1-7 Характеристики газовой турбины
  • 1.1-8 Комбинированные циклы
  • 1.1-9 Примечания
• 1.2 Комбинированный цикл комплексной газификации угля (IGCC) — Массод Рамезан и Гэри Стигель
  • 1.2-1 Введение
  • 1.2-2 Процесс газификации
  • 1.2-3 Системы IGCC
  • 1.2-4 Усовершенствования газификатора
  • 1.2-5 Усовершенствования газоразделения
  • 1.2-6 Выводы
  • 1.2-7 Примечания
• 1.2.1 Различные типы газификаторов и их интеграция с газовыми турбинами — Джеффри Филлипс
  • 1.2.1-1 Введение
  • 1.2.1-2 Общие типы газификаторов
  • 1.2.1-3 Другие варианты конструкции
  • 1.2.1-4 Интеграция с комбинированным циклом
  • 1.2.1-5 Коммерчески доступные крупномасштабные газификаторы
  • 1.2.1-6 Представляющие интерес малокоммерческие газификаторы
  • 1.2.1-7 Выводы
  • 1.2.1-8 Примечания
• 1.2.2 Последствия CO ₂  Секвестрация для газовых турбин  – Ашок Рао
  • 1.2.2-1 Введение
  • 1.2.2-2 Последствия для газовых турбин
  • 1.2.2-3 Выводы
  • 1.2.2-4 Примечания
• 1.3.1.1 Грацский цикл — электростанция с нулевым уровнем выбросов и высочайшей эффективностью — Франц Хейтмайр, Герберт Джериха, Вольфганг Санс
  • 1.3.1.1-1 Введение
  • 1.3.1.1-2 Конфигурация цикла и термодинамическая схема
  • 1.3.1.1-3 Конструкция турбомашин
  • 1.3.1.1-4 Экономическая оценка
  • 1.3.1.1-5 Выводы
  • 1.3.1.1-6 Сокращения и Приложение
  • 1.3.1.1-7 Примечания
• 1.3.1.2 Системы экологически чистой энергии  – Фермин «Вик» Витери
  • 1.3.1.2-1 Введение
  • 1.3.1.2-2 Электростанция CES с нулевым уровнем выбросов
  • 1.3.1.2-3 Совместимость ВРУ и турбинного компрессора
  • 1.3.1.2-4 Влияние рабочих газов на рабочие параметры газовой турбины
  • 1.3.1.2-5 Влияние охлаждающей жидкости на температуру лопаток газовой турбины
  • 1.3.1.2-6 Работа газовой турбины на газах CES по сравнению с газами для дыхания
  • 1.3.1.2-7 Вопросы материалов турбины
  • 1.3.1.2-8 Концепции интегрированных установок
  • 1.3.1.2-9 Производительность
  • 1.3.1.2-10 Выводы
  • 1.3.1.2-11 Примечания
• 1.3.1.3 Электроэнергетические системы, работающие на водороде  – Wen-Ching Yang
  • 1.3.1.3-1 Введение
  • 1.3.1.3-2 Энергосистема высокотемпературного парового цикла (HTSC)
  • 1.3.1.3-3 Новый цикл Ренкина
  • 1.3.1.3-4 Цикл Ренкина с подогревом и рекуперацией
  • 1.3.1.3-5 Требования к развитию
  • 1.3.1.3-6 Выводы
  • 1.3.1.3-7 Примечания
• 1.3.2 Расширенные циклы Брайтона  – Ашок Рао
  • 1.3.2-1 Введение
  • 1.3.2-2 Технология газовых турбин
  • 1.3.2-3 Выводы
  • 1.3.2-4 Примечания
• 1.3.3 Газотурбинные циклы частичного окисления (POGT) — Джозеф К. Рабовицер, к.т.н., Сергей Нестер, к.т.н.
  • 1.3.3-1 Введение
  • 1.3.3-2 Фон
  • 1.3.3-3 Обзор
  • 1.3.3-4 Приложения POGT
  • 1.3.3-5 Выводы
  • 1.3.3-6 Акронимы и сокращения
  • 1.3.3-7 Примечания
• 1.4 Гибридные газотурбинные топливные элементы — Джек Брауэр
  • 1.4-1 Введение
  • 1.4-2 Фон
  • 1.4-3 Технология топливных элементов
  • 1.4-4 Концепция топливных элементов гибридной газовой турбины
  • 1.4-5 Ранние разработки топливных элементов для гибридных газовых турбин
  • 1.4-6 Динамическое моделирование гибридных систем
  • 1.4-7 Управление гибридной системой
  • 1.4-8 Потребности в исследованиях и разработках для гибридных систем топливных элементов для газовых турбин
  • 1.4-9 Благодарности
  • 1.4-10 Примечания
• 2.0 Осевые компрессоры  – Мехерван П.Бойс
  • 2.0-1 Введение
  • 2.0-2 Номенклатура лопаток и каскадов
  • 2.0-3 Элементарная теория аэродинамического профиля
  • 2.0-4 Ламинарные аэродинамические поверхности
  • 2.0-5 Увеличение энергии
  • 2.0-6 Треугольники скорости
  • 2.0-7 Степень реакции
  • 2.0-8 Правило отклонения
  • 2.0-9 Рабочие характеристики компрессора
  • 2.0-10 Рабочие параметры компрессора
  • 2.0-11 Потери производительности в осевом компрессоре
  • 2.0-12 Новые разработки в осевых компрессорах
  • 2.0-13 Последние достижения и требования к исследованиям
  • 2.0-14 Материал лопатки компрессора
  • 2.0-15 Благодарности
  • 2.0-16 Библиография
• 3.1 Ключевые вопросы сжигания, связанные с синтетическим газом и топливом с высоким содержанием водорода  – Винсент Макдонелл
  • 3.1-1 Ключевые вопросы сжигания, связанные с синтетическим газом и топливом с высоким содержанием водорода
  • 3.1-2 Примечания
• 3.1.1 Статическая и динамическая стабильность горения  – Тимоти С. Лиувен
  • 3.1.2-1 Введение
  • 3.1.2-2 Статическая устойчивость
  • 3.1.2-3 Динамическая устойчивость
  • 3.1.2-4 Примечания
• 3.2 Стратегии сжигания синтез-газа и топлива с высоким содержанием водорода  – Пит Стрейки, Нейт Вейланд, Гео Ричардс
  • 3.2-1 Введение
  • 3.2-2 Образование NOx
  • 3.2-3 Камера сгорания с диффузионным пламенем
  • 3.2-4 Непосредственный впрыск бедной смеси
  • 3.2-5 Пламенные диффузионные камеры с высокой нагрузкой
  • 3.2-6 Предварительно смешанное сжигание
  • 3.2-7 Настройка и управление камерой сгорания
  • 3.2-8 Кислородно-топливное сжигание
  • 3.2-9 Примечания
• 3.2.1.1 Горение обычного типа  – Скотт Самуэльсен
  • 3.2.1.1-1 Введение
  • 3.2.1.1-2 Характеристики камеры сгорания
  • 3.2.1.1-3 Основная зона
  • 3.2.1.1-4 Вторичная зона
  • 3.2.1.1-5 Зона разбавления
  • 3.2.1.1-6 Теплообмен
  • 3.2.1.1-7 Конфигурации камеры сгорания
  • 3.2.1.1-8 Примечания
• 3.2.1.2 Предварительно смешанное сжигание обедненной смеси  – Билл Бендер
  • 3.2.1.2-1 Введение
  • 3.2.1.2-2 Обзор выбросов
  • 3.2.1.2-3 Обзор нормативно-правовой базы
  • 3.2.1.2-4 Принципы сжигания
  • 3.2.1.2-5 Конструкции камеры сгорания
  • 3.2.1.2-6 Технологические проблемы LPM
  • 3.2.1.2-7 Будущие разработки LPM
  • 3.2.1.2-8 Работа на двух видах топлива
  • 3.2.1.2-9 Проблемы с изменчивостью топлива
  • 3.2.1.2-10 Исходная информация
  • 3.2.1.2-11 Образование оксидов азота
  • 3.2.1.2-12 Выводы
  • 3.2.1.2-13 Примечания
• 3.2.1.3 Камера сгорания с обогащенным топливом, быстрым смешением, сжиганием обедненной смеси (RQL) — Скотт Самуэльсен
  • 3.2.1.3-1 Введение
  • 3.2.1.3-2 Зона быстрого смешивания
  • 3.2.1.3-3 Образование оксида азота
  • 3.2.1.3-4 Выводы
  • 3.2.1.3-5 Примечания
• 3.2.1.4.1 Горение в замкнутом вихре  – Роберт Стил
  • 3.2.1.4.1-1 Горение в замкнутом вихре
  • 3.2.1.4.1-2 Проблемы сжигания топлива в газовых турбинах IGCC
  • 3.2.1.4.1-3 Сжигание синтез-газа
  • 3.2.1.4.1-4 Турбинная программа DOE NETL IGCC
  • 3.2.1.4.1-5 Горение в захваченном вихре – революционная технология
  • 3.2.1.4.1-6 Разработка TVC
  • 3.2.1.4.1-7 Примечания
• 3.2.1.4.2 Горение с низким вихрем  – Роберт К. Ченг
  • 3.2.1.4.3-1 Введение
  • 3.2.1.4.3-2 Принцип низковихревого сжигания и история передачи технологий
  • 3.2.1.4.3-3 Правила масштабирования и технические рекомендации
  • 3.2.1.4.3-4 Характеристики поля течения и их отношение к стабильности пламени
  • 3.2.1.4.3-5 Разработка маловихревых форсунок для газовых турбин
  • 3.2.1.4.3-6 Разработка БИС для IGCC
  • 3.2.1.4.3-7 Выводы
  • 3.2.1.4.3-8 Примечания
• 3.2.2 Каталитическое сжигание  – д-р Лэнс Смит, д-р Хасан Карим, д-р Шахрох Этемад, д-р Уильям К. Пфефферле
  • 3.2.2-1 Введение
  • 3.2.2-2 Роль катализа в горении
  • 3.2.2-3 Каталитические материалы для сжигания топлива
  • 3.2.2-4 Системы каталитического сжигания
  • 3.2.2-5 Проблемы каталитического сжигания
  • 3.2.2-6 Выводы
  • 3.2.2-7 Примечания
• 3.2.2.1 Каталитическое сжигание с высоким содержанием топлива  – д-р Лэнс Смит, д-р Хасан Карим, д-р Шахрох Этемад, д-р Уильям К. Пфефферле
  • 3.2.2.1-1 Введение
  • 3.2.2.1-2 Каталитические системы с высоким содержанием топлива
  • 3.2.2.1-3 Сжигание на обогащенной каталитической обедненной смеси (RCL®)
  • 3.2.2.1-4 Производительность и рабочие характеристики RCL® Combustion
  • 3.2.2.1-5 Полномасштабные испытания полным давлением на солнечных турбинах
  • 3.2.2.1-6 Данные испытаний субшкалы для углеводородного топлива
  • 3.2.2.1-7 Результаты испытаний двигателя
  • 3.2.2.1-8 Сжигание угольного синтез-газа и топлива с высоким содержанием водорода со сверхнизким содержанием NOx
  • 3.2.2.1-9 Данные субмасштабных испытаний для синтез-газа
  • 3.2.2.1-10 Данные испытаний субшкалы для топлива с высоким содержанием водорода и топливом с низким содержанием БТЕ
  • 3.2.2.1-11 Состояние технологии и перспективы
  • 3.2.2.1-12 Выводы
  • 3.2.2.1-13 Примечания
• 3.2.2.2 Каталитическое горение в крупногабаритных промышленных газовых турбинах  – Рэй Ластер
  • 3.2.2.2-1 Введение
  • 3.2.2.2-2 Конструкция каталитического сгорания
  • 3.2.2.2-3 Обогащенное каталитическое сгорание в больших газотурбинных двигателях
  • 3.2.2.2-4 Выводы
  • 3.2.2.2-5 Примечания
• 3.2.2.3 Горение со стабилизированной поверхностью  – Нил Макдугалд
  • 3.2.3-1 Введение
  • 3.2.3-2 Технология
  • 3.2.3-3 Экспериментальные результаты
  • 3.2.3-4 Выводы
  • 3.2.3-5 Примечания
• 4.1 Анализ конструкции охлаждения турбины — Карен Тоул
• 4.2.1 Анализ конструкции системы охлаждения  — Рон С. Банкер
  • 4.2.1-1 Введение
  • 4.2.1-2 Уровень 0 – Предварительный анализ конструкции системы охлаждения
  • 4.2.1-3 Уровень 1 – Анализ концептуальной конструкции системы охлаждения
  • 4.2.1-4 Трехмерный анализ
  • 4.2.1-5 Уровень 2 – Детальный анализ конструкции компонентов и системы охлаждения
  • 4.2.1-6 Анализ вторичного контура охлаждения турбины
  • 4.2.1-7 Уровень 3 – Анализ проекта охлаждения в переходных режимах
  • 4.2.1-8 Примечания
• 4.2.2.1 Пленочное охлаждение аэродинамического профиля — Дэвид Богард
  • 4.2.2.1-1 Введение
  • 4.2.2.1-2 Основы характеристик пленочного охлаждения
  • 4.2.2.1-3 Корреляция производительности пленочного охлаждения
  • 4.2.2.1-4 Влияние геометрии и конфигурации отверстий на характеристики пленочного охлаждения
  • 4.2.2.1-5 Влияние поверхности аэродинамического профиля на характеристики пленочного охлаждения
  • 4.2.2.1-6 Влияние основного потока на характеристики пленочного охлаждения
  • 4.2.2.1-7 Пленочное охлаждение передней кромки аэродинамического профиля
  • 4.2.2.1-8 Примечания
• 4.2.2.2 Улучшенное внутреннее охлаждение лопаток турбины  – Дже-Чин Хан и Лесли М.Райт
  • 4.2.2.2-1 Введение
  • 4.2.2.2-2 Улучшенное внутреннее охлаждение лопаток турбины
  • 4.2.2.2-3 Улучшенное внутреннее охлаждение лопаток турбины
  • 4.2.2.2-4 Заключительные замечания
  • 4.2.2.2-5 Примечания
• 4.2.3 Теплообмен торцевой стенки аэродинамического профиля — Карен Тоул
  • 4.2.3-1 Введение
  • 4.2.3-2 Теоретическая разработка торцевых течений
  • 4.2.3-3 Теплообмен торцевой стенки
  • 4.2.3-4 Пленочное охлаждение торцевой стенки
  • 4.2.3-5 Модификации передней кромки
  • 4.2.3-6 Другие соответствующие исследования торца лопатки
  • 4.2.3-7 Теплопередача кончика лезвия
  • 4.2.3-8 Примечания
• 4.3 Аэродинамика лопаток турбины  – Суманта Ачарья
  • 4.3-1 Введение
  • 4.3-2 Поле течения в средней части пролета
  • 4.3-3 Поле течения в области торцевой стенки
  • 4.3-4 Развитие и структура вторичных течений в проходе
  • 4.3-5 Потеря давления
  • 4.3-6 Аэродинамика двухмерного каскада лопастей
  • 4.3-7 Аэродинамика трехмерного каскада
  • 4.3-8 Аэродинамика с модификациями прохода
  • 4.3-9 Примечания
• 4.4 Анализ теплопередачи  – Фрэнк Дж. Кунья
  • 4.4-1 Введение
  • 4.4-2 Требования к теплопередаче
  • 4.4-3 Газовый теплообмен
  • 4.4-4 Качество поперечного сечения температуры газа
  • 4.4-5 Тепловая нагрузка аэродинамического профиля
  • 4.4-6 Тепловая нагрузка передней кромки
  • 4.4-7 Теплообмен охлаждающей жидкости
  • 4.4-8 Пленочное охлаждение
  • 4.4-9 Полосы отключения или усилители турбулентности для охлаждающих каналов
  • 4.4-10 Ударное охлаждение для перекрестных отверстий и вставок
  • 4.4-11 Штифтовые ребра или пьедесталы для охлаждения задней кромки
  • 4.4-12 Массовая температура для охлаждающих каналов
  • 4.4-13 Тепломеханические аспекты долговечности
  • 4.4-14 Выводы
  • 4.4-15 Примечания
• 4.4.1 Ведра и сопла  – Стивен Дж. Балсоне
  • 4.4.1-1 Введение
  • 4.4.1-2 Исходная информация
  • 4.4.1-3 Разработка процесса – литье по выплавляемым моделям сплавов DS и SX
  • 4.4.1-4 Разработка процесса – литье с высоким градиентом
  • 4.4.1-5 Разработка сплава – ковши
  • 4.4.1-6 Разработка сплава – сопла
  • 4.4.1-7 Характеристики материалов
  • 4.4.1-8 Выводы
  • 4.4.1-9 Примечания
• 4.4.2 Защитные покрытия для газовых турбин  — Kang N Lee
  • 4.4.2-1 Введение
  • 4.4.2-2a Покрытия для компонентов из суперсплавов
  • 4.4.2-2b Связующее покрытие
  • 4.4.2-2c Верхнее покрытие
  • 4.4.2-2d Механизмы отказа TBC
  • 4.4.2-3a Покрытия для керамических компонентов
  • 4.4.2-3b Обработка
  • 4.4.2-3c Тестирование
  • 4.4.2-3d связующее покрытие
  • 4.4.2-3e Верхнее покрытие
  • 4.4.2-4 Выводы
  • 4.4.2-5 Примечания
• 5.0 Экономика турбинной системы и надежность, доступность и ремонтопригодность (ОЗУ)  – Бонни Марини
  • 5.0-1 Введение
  • 5.0-2 Драйверы рынка электроэнергии
  • 5.0-3 Экономика производства электроэнергии
  • 5.0-4 Стратегии работы и опции
  • 5.0-5 Выводы
  • 5.0-6 Примечания
• 6.0.1 Турбинная программа Министерства энергетики США: общее описание программы — Ричард Деннис
• 6.0.2 Исследование внутреннего сгорания и турбин NETL — Джордж Ричардс
• 6.0.3 Программа университетских исследований турбинных систем (UTSR)  – Уильям Х. Дэй, Ричард А. Венгларц и Лоуренс П. Голан
  • 6.0.3-1 Введение
  • 6.0.3-2 Проблема синтетического топлива
  • 6.0.3-3 Стипендия по газовым турбинам
  • 6.0.3-4 Примечания

Газовые турбины

стали лучшим выбором для дополнительной выработки электроэнергии

Способы проведения проверок также мало изменились.

Исторически сложилось так, что проверка состояния электрической инфраструктуры была обязанностью мужчин, идущих по очереди. Когда им везет и есть подъездная дорога, линейные рабочие используют автовышки. Но когда электрические конструкции находятся на заднем дворе, на склоне горы или иным образом вне досягаемости механического подъемника, линейные рабочие все равно должны пристегнуть свои инструменты и начать подъем. В отдаленные районы вертолеты доставляют инспекторов с камерами с оптическим зумом, позволяющим осматривать линии электропередач на расстоянии.Эти долгосрочные инспекции могут охватывать больше вопросов, но не могут заменить более пристального взгляда.

В последнее время энергетические компании начали использовать дроны для более частого сбора информации о своих линиях электропередач и инфраструктуре. В дополнение к зум-объективам некоторые добавляют к дронам тепловые датчики и лидар.

Термодатчики улавливают избыточное тепло от электрических компонентов, таких как изоляторы, проводники и трансформаторы. Если их игнорировать, эти электрические компоненты могут искрить или, что еще хуже, взорваться.Лидар может помочь в управлении растительностью, сканировании области вокруг линии и сборе данных, которые программное обеспечение позже использует для создания трехмерной модели области. Модель позволяет руководителям энергосистем определять точное расстояние растительности от линий электропередач. Это важно, потому что, когда ветки деревьев подходят слишком близко к линиям электропередач, они могут вызвать короткое замыкание или искру от других неисправных электрических компонентов.

Алгоритмы на основе искусственного интеллекта могут обнаруживать участки, в которых растительность вторгается в линии электропередач, обрабатывая десятки тысяч аэрофотоснимков за несколько дней. Решения для Buzz

Использование любой технологии, позволяющей проводить более частые и качественные проверки, является хорошей новостью. И это означает, что, используя самые современные, а также традиционные инструменты мониторинга, крупные коммунальные предприятия в настоящее время ежегодно получают более миллиона изображений своей сетевой инфраструктуры и окружающей среды.

ИИ хорош не только для анализа изображений. Он может предсказывать будущее, просматривая закономерности в данных с течением времени.

Теперь о плохих новостях.Когда все эти визуальные данные возвращаются в центры обработки данных коммунальных предприятий, выездные техники, инженеры и монтажники тратят месяцы на их анализ — до шести-восьми месяцев за цикл проверки. Это отвлекает их от работы по техническому обслуживанию в полевых условиях. И это слишком долго: к моменту анализа данные устаревают.

Пришло время вмешаться ИИ. И он начал это делать. ИИ и машинное обучение начали использовать для обнаружения неисправностей и поломок в линиях электропередач.

Несколько энергосистем, в том числе Xcel Energy и Florida Power and Light тестируют искусственный интеллект для выявления проблем с электрическими компонентами как на высоковольтных, так и на низковольтных линиях электропередач. Эти энергетические компании наращивают свои программы проверки дронов, чтобы увеличить объем собираемых ими данных (оптических, тепловых и лидарных), ожидая, что ИИ сможет сделать эти данные более полезными.

Моя организация, Buzz Solutions — одна из компаний, которая сегодня предоставляет такие инструменты искусственного интеллекта для энергетики.Но мы хотим сделать больше, чем обнаружить проблемы, которые уже возникли, мы хотим предсказать их до того, как они возникнут. Представьте, что могла бы сделать энергетическая компания, если бы она знала местонахождение оборудования, которое может выйти из строя, позволяя бригадам войти и принять упреждающие меры по техническому обслуживанию до того, как искра вызовет следующий масштабный лесной пожар.

Пришло время спросить, может ли ИИ быть современной версией старого талисмана медведя Дымчатого леса Лесной службы США: предотвращение лесных пожаров до бывают.

Повреждение оборудования линии электропередач из-за перегрева, коррозии или других проблем может привести к возгоранию. Решения для Buzz

Мы начали создавать наши системы, используя данные, собранные государственными учреждениями, некоммерческими организациями, такими как Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI), энергетические компании и поставщики услуг воздушной инспекции, которые предлагают вертолеты и беспилотники в аренду. В совокупности этот набор данных включает тысячи изображений электрических компонентов на линиях электропередач, включая изоляторы, проводники, соединители, оборудование, опоры и опоры.Он также включает коллекции изображений поврежденных компонентов, таких как сломанные изоляторы, корродированные разъемы, поврежденные проводники, ржавые конструкции оборудования и треснувшие столбы.

Мы работали с EPRI и энергетическими компаниями, чтобы создать рекомендации и таксономию для маркировки данных изображения. Например, как точно выглядит сломанный изолятор или корродированный разъем? Как выглядит хороший изолятор?

Затем нам пришлось объединить разрозненные данные, изображения, сделанные с воздуха и с земли, с использованием различных типов сенсоров камер, работающих под разными углами и разрешениями и снятых в различных условиях освещения.Мы увеличили контрастность и яркость некоторых изображений, чтобы попытаться привести их в единый диапазон, мы стандартизировали разрешение изображений и создали наборы изображений одного и того же объекта, снятых под разными углами. Нам также пришлось настроить наши алгоритмы, чтобы сосредоточиться на интересующем объекте в каждом изображении, например, на изоляторе, а не на рассмотрении всего изображения. Для большинства этих корректировок мы использовали алгоритмы машинного обучения, работающие на искусственной нейронной сети.

Сегодня наши алгоритмы искусственного интеллекта могут распознавать повреждения или неисправности, связанные с изоляторами, соединителями, демпферами, опорами, траверсами и другими конструкциями, а также выделять проблемные области для личного обслуживания.Например, он может обнаруживать то, что мы называем перекрытием изоляторов — повреждение из-за перегрева, вызванного чрезмерным электрическим разрядом. Он также может обнаружить износ проводников (что также вызвано перегревом линий), коррозию разъемов, повреждение деревянных опор и траверс и многое другое.

Для разработки алгоритмов анализа оборудования энергосистемы требовалось определить, как именно выглядят поврежденные компоненты под разными углами при разном освещении.Здесь программное обеспечение отмечает проблемы с оборудованием, используемым для снижения вибрации, вызванной ветром. Решения для Buzz

Но одна из самых важных проблем, особенно в Калифорнии, заключается в том, чтобы наш ИИ распознавал, где и когда растительность растет слишком близко к высоковольтным линиям электропередач, особенно в сочетании с неисправными компонентами, что опасно в условиях пожаров.

Сегодня наша система может обрабатывать десятки тысяч изображений и выявлять проблемы за считанные часы и дни по сравнению с месяцами ручного анализа.Это огромная помощь коммунальным предприятиям, пытающимся поддерживать инфраструктуру электроснабжения.

Но ИИ хорош не только для анализа изображений. Он может предсказывать будущее, просматривая закономерности в данных с течением времени. ИИ уже делает это, чтобы предсказать погодные условия, рост компаний и вероятность возникновения заболеваний, и это лишь несколько примеров.

Мы считаем, что ИИ сможет предоставить аналогичные инструменты прогнозирования для энергокомпаний, прогнозируя сбои и помечая области, где эти сбои потенциально могут вызвать лесные пожары.Мы разрабатываем систему для этого в сотрудничестве с отраслевыми и коммунальными партнерами.

Мы используем исторические данные проверок линий электропередач в сочетании с историческими погодными условиями для соответствующего региона и передаем их в наши системы машинного обучения. Мы просим наши системы машинного обучения находить закономерности, связанные со сломанными или поврежденными компонентами, исправными компонентами и заросшей растительностью вокруг линий, а также с погодными условиями, связанными со всем этим, и использовать закономерности для прогнозирования будущего состояния электростанции. линии или электрические компоненты и рост растительности вокруг них.

Программное обеспечение PowerAI от Buzz Solutions анализирует изображения энергетической инфраструктуры, чтобы выявлять текущие проблемы и прогнозировать будущие

Прямо сейчас наши алгоритмы могут предсказать на шесть месяцев вперед, что, например, существует вероятность повреждения пяти изоляторов в определенной области, а также высокая вероятность зарастания растительностью вблизи линии в это время, что в совокупности создает пожароопасность.

В настоящее время мы используем эту систему упреждающего обнаружения неисправностей в пилотных программах с несколькими крупными коммунальными предприятиями — одним в Нью-Йорке, одним в регионе Новой Англии и одним в Канаде.С тех пор как мы начали наши пилотные проекты в декабре 2019 года, мы проанализировали около 3500 электрических опор. Среди примерно 19 000 исправных электрических компонентов мы обнаружили 5 500 неисправных, которые могли привести к отключению электроэнергии или искрению. (У нас нет данных о произведенных ремонтах или заменах.)

Куда мы отправимся отсюда? Чтобы выйти за рамки этих пилотных проектов и более широко внедрить прогнозный ИИ, нам потребуется огромное количество данных, собранных в течение долгого времени и в разных регионах. Это требует работы с несколькими энергетическими компаниями, сотрудничества с их группами по инспекции, техническому обслуживанию и управлению растительностью.Крупные энергетические компании в Соединенных Штатах имеют бюджеты и ресурсы для сбора данных в таких масштабах с помощью программ инспекции с помощью дронов и авиации. Но небольшие коммунальные предприятия также получают возможность собирать больше данных по мере снижения стоимости дронов. Чтобы инструменты, подобные нашему, стали широко полезными, потребуется сотрудничество между крупными и мелкими коммунальными предприятиями, а также поставщиками беспилотных летательных аппаратов и сенсорных технологий.

Перенесемся в октябрь 2025 года. Нетрудно представить себе западную U.Нам предстоит еще один жаркий, сухой и чрезвычайно опасный пожароопасный сезон, во время которого маленькая искра может привести к гигантской катастрофе. Люди, живущие в огненной стране, стараются избегать любых действий, которые могут вызвать пожар. Но в наши дни они гораздо меньше беспокоятся о рисках, связанных с их электросетью, потому что несколько месяцев назад приходили коммунальщики, ремонтируя и заменяя неисправные изоляторы, трансформаторы и другие электрические компоненты и обрезая старые деревья, даже те, которые еще не успели обрезаться. добраться до линий электропередач.Некоторые спрашивали рабочих, почему вся активность. «О, — сказали им, — наши системы искусственного интеллекта предполагают, что этот трансформатор, стоящий рядом с этим деревом, может взорваться при падении, а мы не хотим, чтобы это произошло».

Действительно, мы, конечно, нет.

Газовые турбины

Узнайте об истории и развитии газовой турбины

 

газовая турбина стала важным, распространенным и надежным устройством в области энергетики, транспорта и других приложений.Газовая турбина — это двигатель внутреннего сгорания, он может сжигать различные топлива (что способствует его большой универсальности).

Использование газовых турбин:

Есть Есть много форм газовых турбин длиной от 1 до 10+ метров. Газовые турбины прийти в большом разнообразии форм для удовлетворения различных потребностей в энергии от вождения танков, самолетов и вертолетов до производства электроэнергии и промышленное использование энергии.

В на этой веб-странице мы обсуждаем газовые турбины , используемые для производства электроэнергии .

Позже на вы можете узнать о многих других сложных формах газовой турбины указан на вики страница.

1. Как это работает
2. Краткая история газовых турбин
3. Разработка газовых турбин в General Electric, Арне Лофт
4. Системы управления газовыми турбинами

1.Как это работает:

Газовая турбина используется для получения механической энергии из горючего топлива. В газе турбины, используемые для превращения промышленной/электрической энергии в механическую энергию поставляется в виде вращающегося вала (в отличие от герметичных тяга газотурбинного реактивного двигателя). Этот вал имеет огромное количество мощности и крутящего момента.

Использование газовая турбина с валом:

Вал может быть подключен к другому оборудованию для выполнения различных видов работ, таких как: вращение винта вертолета, запуск компрессора (который «давит» газ в конденсированную форму для использования в промышленных целях) или генерирующих электроэнергия.

Газовая турбина полезен для нашего современного мира, потому что он относительно компактен по размеру и дает много энергии. Газовые турбины используются в системах резервного электроснабжения например, на Манхэттене, когда сеть выходит из строя из-за стихийного бедствия, газовые турбины включаются и могут производить энергию для аварийных нужд.

Газовые турбины используются на нефтяных платформах для производства электроэнергии. Нефтяная платформа похожа на маленький город, изолированный от воды, поэтому требует много энергии и не имеет много места.Газовые турбины также используются в нефтяной промышленности. нефтеперерабатывающие заводы, чтобы произвести энергию для крекинга процесс.

Упряжь сила взрыва: Как работает устройство:

Исходное изображение вверху: General Electric.

Газовая турбина сжигает топливо в камере сгорания высокого давления, продукты из этого принудительно в турбину. Турбина специально спроектирована лопасти, прикрепленные к центральному валу, и как газы под высоким давлением протекают, вал вращается.Вал вращается с невероятной силой. Вал часто подключается к генератору, который вырабатывает электроэнергию. Иногда вал соединен с компрессором. Компрессоры используются для сжатия газа или пара для множества промышленных и коммерческих целей.

Часы видео ниже, чтобы узнать подробности о том, как работает газовая турбина:

 

2.Краткая история газовой турбины:

Газ турбины, разработанные из двух областей техники: паровая турбина, и двигатель внутреннего сгорания. Работа над обоими этими полями помогла привели к «Современной газовой турбине» периода после 1940-х годов.

1500 — 1870-е годы: Леонардо да Винчи, Джованни Бранка, Джон Барбер и др. упомянуть или спроектировать устройства, которые используют горячий газ или пар для создания движения.Одновременно работают Сэмюэл Браун, Сади Карно, Сэмюэл Морел, Уильям Барнетт и другие разрабатывают конструкцию двигателя внутреннего сгорания. Базовое понимание и теория того, как газы горят и ведут себя в закрытых помещениях. пространства развиты.

Паровая турбина by GE, нажмите на изображение, чтобы увидеть увеличенное фото

Пар и газотурбинный рабочий комбинат: Сэр Чарльз Парсонс построил первую паровую турбину, использовавшуюся в электроэнергетике. станции в Кембридже, Англия.Чарльз Кертис (США) разрабатывает другой дизайн и продает патент E.W. Райс в General Electric. Райс отдает Кертису всю рабочую силу и ресурсы, необходимые ему для разработки самого мощного в мире парового двигателя. турбины, которые коммерчески продаются по всему континенту. Др. Сэнфорд Мосс разрабатывает диссертацию о газовых турбинах в 1903 году, он присоединяется к Дженерал Электрик в Массачусетсе. Мосс разрабатывает супертурбокомпрессор во время Мировая война 1.Это устройство использует горячие выхлопные газы из внутреннего двигатель внутреннего сгорания для привода турбинного колеса, которое приводило в движение центробежную компрессор. Это устройство увеличило мощность двигателя. В 1918 году GE открывает подразделение газовых турбин. Это устанавливает этап для GE, чтобы возглавить индустрию коммерческих газовых турбин спустя десятилетия. Доктор А. А. Гриффит развивает жизненно важные теории относительно потока газа. прошлые аэродинамические поверхности по сравнению с предыдущим методом использования проходов.

Реактивные двигатели использовать газотурбинную технику. Это применение газовых турбин было разработано сначала сэр Фрэнк Уиттл, Ганс фон Ойан, доктор Франц Анслем и другие. периода 1930-42 гг. Разработка реактивного двигателя — еще одна тема, лучше всего обсуждаются на отдельной странице.

первая современная газовая турбина:

BCC Коричневый Бовери & Cie (Швейцария) ведет разработку газовых турбин для коммунальных производство электроэнергии с 1930-х гг.Рауль Патерас де Пескара, Ханс von Ohain, Max Hahn разрабатывают свои собственные проекты вне BCC Brown Boveri. В 1936 году компания BCC Brown Boveri построила котел Velox с наддувом для нефтеперерабатывающего завода. в Пенсильвании, который использовался в процессе каталитического крекинга для масло. В 1939 году установлена ​​газовая турбина мощностью 4 МВт. в Невшателе, Швейцария. Теперь вы можете увидеть эту турбину на выставке в Бирр, Швейцария. Он проходил с 1939 по 2002 год.

Первый коммерческий продана газовая турбина в Западном полушарии, используемая для производства электроэнергии был установлен в 1949 году на станции Бель-Айл, штат Оклахома, США.Основная группа инженеров General Electric первыми разработали эффективную и мощную дизайн, который лег в основу многомиллиардной индустрии. То конструкция привела к взрывному росту продаж газовых турбин по всему миру. Газовые турбины наконец занял прочное место в области надежного производства электроэнергии после 1950.

Пионеры Газовая турбина 1949 года в GE включает: Брюса Бакленда «Мистер Газовая турбина», Нил Старки (GT Control Genius), Арне Лофт*, Энди Смит, Боб Крамер, Боб Хендриксон*, Дик Ноэ, Том МакКоун, Эл Бойко, Билл Тейлор, Голди Голдсворт, Фрэнк Йипл, Джордж Фуснер, Эдди Уимет, Энди Даргис, Рой Линн, Джон Бак, Фил Белл, Фред Каммингс, Фернан Померло.

*Видео лекции доступны Арне Лофт и Боб Хендриксон

Вверху: Инженеры-ракетчики и газотурбинисты Мальтийский испытательный полигон

3. Инженерный форум:

Газ Разработка турбин в General Electric Арне Лофт Брюс Бакленд начал работать в GE в августе 1923 г. и вышел на пенсию в 1966 г., проработав 42 года. услуга.Он сыграл важную роль в разработке многих ранних газовых турбин, которые сделали GE одним из ведущих поставщиков газовые турбины. Первая половина его трудовой деятельности пришлась на бизнес паровых турбин и вторая половина в дизайне газовых турбин. Следующая информация была извлечена из записанного на пленку интервью с Брюсом в 1980 году: О 1937 г. GE Locomotive and Car Equipment Division в Эри, штат Пенсильвания, хотели, чтобы компания разработала и произвела двигатель для своих локомотивов, а не покупать чей-то дизель.А. Р. Смит, который тогда был главой Turbine Engineering Group. ответил, организовав команду людей в паровой турбине Инженерная секция, в том числе Кенни Солсбери, Алан Ховард, Джин Ханцигер, Ларри Ларек, изучить возможности. Исследования были прерваны в 1941 году в результате встречи Алекса Стивенсона и Глен Уоррен с доктором Дюрандом, главой N.A.C.A. (Предшественник НАСА), после чего GE было приказано отказаться от своих планов по локомотивный двигатель и обратить свое внимание на авиационные двигатели.В этот период Рой Шульц и полковник Дон Керн, которые были в Англии, расследуя реактивный двигатель Уиттла, договорились отправить образец двигателя Whittle группе нагнетателей. Доктор Сэнфорд Мосс продолжил исследование нагнетателя. в Линне, Массачусетс, после Первой мировой войны, следовательно, у Линна был хороший нагнетатель отдел, который поставляет нагнетатели типа B почти во все Бомбардировщики и другие самолеты, использовавшиеся во Второй мировой войне.Департамент Линн получил указание разработать реактивный двигатель типа Уиттла. То результатом стал И-16 с 1600 фунтами тяги и используемый для питания Белл ХР-59. И-40 был следующей конструкцией реактивного двигателя с 4000 фунтов тяги. Оба проекта по проектированию двигателей были очень секретными. на ранних стадиях. Тем временем Алан Ховард и его группа разработали винтовой реактивный двигатель TG-100 который развивал 2000 лошадиных сил, вращая винт, и примерно 500 лошадиных сил в реактивном самолете.Первый полет был на XP-81 Orion. самолет с ТГ-100 в носовой части с винтом и реактивный И-40 в хвосте. Снятие опоры и удвоение размера ТГ-100 выпускался осевой, чисто реактивной конструкции двигателя: ТГ-180 с тягой 4000 фунтов. Это было примерно в это время в 1944 году Брюсу поручили проект по испытанию ТГ-180, который был построен в Скенектади. Позже ТГ-180 приводил в движение Р-84, Р-86, Б-45 и Б-47. Тепловоз проекта перезапущен в середине 1946 г. и испытан в корп. 49 в следующем году. Затем последовали испытания с локомотивом в Эри, во время которого возникло несколько конструктивных проблем обнаружены, в том числе усталостное разрушение второй ступени ковша в течение первых трехсот часов работы. После завершение испытаний локомотива в Эри и несколько начальных пробегов на Nickel Plate and Pennsylvania Railroads, локомотив был отдан в аренду Union Pacific.Union Pacific управлял им около год между Шайенном и Лос-Анджелесом, прежде чем заказать 20 единиц в феврале 1952 г., в основном для перевозки грузов. К тому времени GE изготовила два Бангорских, два Центральных Вермонтских и один Центральный Локомотив Мэн. Затем последовала отгрузка первого газа турбина для коммунального использования компании Texas Power and Light в конце 1952 г., МС3001. Затем GE продала 20 единиц новой двухвальной версии, трубопроводный газ.К декабрю 1979 года одно из этих подразделений на Пекосе Речной вокзал отработал 200 000 часов, что побудило Ховарда Перри, чтобы отпраздновать это событие, организовав вечеринку в Эль-Пасо. Тем временем GE начала получать заказы на многие «газовые насосы». В начале 1950-х годов GE поставила 10 газовых турбин/компрессоров ездит в Creole Petroleum, чтобы повысить давление в нефтяном пласте в миле ниже поверхности озера Маракайбо в Венесуэле.Этот впервые кто-то поставил такую ​​станцию ​​семь или восемь миль от берега в озере. Это было очень успешно. Десять газов турбины и компрессоры были установлены на платформе примерно два футбольных поля размером и поддерживаются 364 железобетонными сваи, около одного квадратного метра и длиной 120 футов, с нижним половина в иле, а верхняя половина в озере и над поверхностью. В этот же период у газовых турбин были проблемы с сжиганием бункера Топливо категории «С». В конце шестимесячного испытательного периода GE разработала схема обессоливания с использованием центрифужного оборудования ДеЛаваль для удаления натрий и добавить магний, чтобы замедлить коррозию ванадия. Это привело к образованию золы, которая стряхивалась при выключении и оказалось удовлетворительным решением при условии, что турбина эксплуатировался с перерывами. Между тем, Union Pacific все еще искал большую газовая турбина для замены их дизелей мощностью 9000 л.с. Локомотив Эри Персонал предположил, что правильный размер локомотива двигатель был 4500 л.с. и, если требовалось больше мощности, турбины должны быть уложены в ряд, аналогично дизелям. Тем не менее, Скенектади процитировала газовую турбину мощностью 8500 л.с. в 1952/1953 гг., и Union Pacific заказала 30 единиц.Это был смелый проект, поскольку он имел большой пролет. только с двумя опорными подшипниками. Кроме того, имелся осевой резонанс потока и некоторые из машин «на испытаниях» сбрасывают корзины и пострадали от сбоев динамических компонентов, что привело к очень много проблем. Они были успешно очищены, в том числе ранние отказы колес, которые были устранены путем разработки метода испытаний на горячее растяжение и хладостойкость турбинных колес, используется до сих пор. Однако газовые турбины стоили дороже рыночной цены и, в начале 60-х, были приняты две концепции, чтобы для снижения общей стоимости: (1) Заключите турбину в упакованный силовая установка и (2) Предварительный заказ для достижения шестимесячной поставки цикла (как на соревнованиях) вместо одного года. К счастью для GE, большое отключение электроэнергии в 1965 году в районе Нью-Йорка произошло в на этот раз и один из газа Лонг-Айленда Лайт и Энергетика турбины подхватили систему с «черного старта».Это мероприятие вкупе с решением технических проблем с Конструкция Frame 5 стала стимулом, необходимым для изменения бизнеса и считается поворотным моментом в бизнесе газовых турбин. Особая благодарность Арне Лофту за этот раздел. Присоединяйтесь к Эдисону Команда Технического центра в качестве волонтера и создайте собственное инженерное решение история известна.

 

4.Системы управления газовыми турбинами:

Газ турбины — чрезвычайно сложные устройства, требующие точного управления работать. Инженеры по управлению General Electric были первыми, кто разработать надежную систему управления. Нил Старки разработал механический контроль, который был надежным в 1940-х годах. Нужна была лучшая система используя компьютеры и электронику (которая сама только что была разработана в это время).Эта первая электронная система была разработана Арне Лофтом, инженер-механик/электрик, работающий в GE в Скенектади, Нью-Йорк. Ниже его рассказ о разработке первого Speedtronic Control. Система. (Позже Speedtronic превратилась в большую линейку продуктов, которая контролирует не только газовые турбины, но и паровые турбины и другие устройства).

Видео на первой системе управления Speedtronic ниже:

 

1980-е:

Газ 7F Турбина General Electric (видео Youtube):

 

 

Похожие темы:

Нравится мы на фейсбуке

Источники:

-История Газовая турбина с Бобом Хендриксоном Фрэнка Хакерта и Эдисона Технический центр
— Эдисон представляет: Интервью с Арне Лофт от Эдисона Технический центр
-Википедия (Двигатели внутреннего сгорания, Газотурбинные записи)
-О.com Изобретатели
— История General Electric от Зала истории
— ASME.org — Газовая турбина Belle Isle
— Группа АББ, веб-страница истории

Смазочные материалы для газотурбинных двигателей

1. Смазочные материалы по отраслям промышленности
2. Генерация электроэнергии
3. Газовые турбины

Все функции веб-сайта могут быть недоступны в зависимости от вашего согласия на использование файлов cookie.Нажмите здесь, чтобы обновить настройки.

Ожидается, что из-за общественных потребностей в энергии газовые турбины будут работать интенсивнее и быстрее, чем когда-либо прежде. Наше ноу-хау может помочь вашим турбинам поддерживать высокую производительность и избежать дорогостоящих простоев.

Истории успеха и отраслевые идеи

Узнайте, как смазочные решения Mobil помогли клиентам достичь новых высот в области турбинных электростанций и приложений, связанных с турбинами.

Турбинное масло увеличивает производительность турбины
Максимальный срок службы масла. Посмотрите, как один клиент проработал свою газовую турбину Solar более 90 000 часов на турбинном масле Mobil SHC™ 824 без каких-либо существенных признаков поломки.

Ознакомьтесь с сопутствующими продуктами и приложениями для вашей электростанции

Обзор масел для газотурбинных двигателей

Обзор продуктов воздушного компрессора

Обзор продуктов гидравлики

Услуги, способствующие развитию вашего бизнеса

Наша опытная команда всегда готова помочь вам в обслуживании вашего оборудования на каждом этапе.

Изучение отраслевых схем

Газо- и паротурбинная электростанция

Изучите оборудование и области применения в вашей отрасли и узнайте рекомендации по конкретным продуктам, начиная от градирен и заканчивая газотурбинными генераторами.

Газовая турбина с радиальным потоком | SwRI

Современные малые промышленные газовые турбины представляют собой технически сложные машины, состоящие из множества вращающихся частей, подшипников, уплотнений, систем смазочного масла и сложной электронной системы управления.Большинство конструкций газовых турбин оптимизированы для обеспечения максимальной эффективности, но, как правило, не обеспечивают портативности и не могут работать в суровых условиях окружающей среды; следовательно, прочность часто приносится в жертву эффективности. Хотя это может быть желательным для большинства стационарно установленных крупных электростанций, это нецелесообразно для небольших, переносных приложений по выработке электроэнергии.

Для ряда применений клиентам нужны простые и недорогие газовые турбины, которые могут:

• Функционировать в очень суровых условиях окружающей среды
• Легко ремонтироваться или заменяться
• Эксплуатироваться необученным персоналом
• Легко перемещаться

Многие из этих применений связаны с добычей нефти или производством электроэнергии в военных целях.

Газовая турбина с радиальным потоком

Юго-Западный научно-исследовательский институт (SwRI) разрабатывает новую конструкцию газовой турбины с радиальным потоком. Эта чрезвычайно легкая, маленькая и прочная газовая турбина может стать очень простой альтернативой выработке электроэнергии. Газовая турбина включает только одну вращающуюся часть и не требует смазочного масла или уплотняющего газа, что обеспечивает:

• Низкие производственные затраты
• Низкие эксплуатационные расходы
• Низкие затраты на ремонт
• Низкие затраты на замену

Простая конструкция:

• Высокая портативность
• Возможность работы с широким диапазоном видов топлива
• Устойчивость к заглатываемым частицам, таким как песок или грязь

Благодаря прочности конструкции камеры сгорания радиальная газовая турбина может ряд видов топлива, включая:

• Природный газ
• Жидкие углеводороды
• Тяжелые масла
• Чистый водород

Описание радиальной газовой турбины

Однодисковая радиальная газовая турбина основана на нет поворота осевого потока.Эта геометрия содержит только два основных элемента:

• Диск ротора — Состоит из центробежного компрессора и высокоимпульсной радиальной турбины с направленным наружу потоком, соединенной с электрогенератором (и стартерным двигателем)
• Диск кожуха статора — Содержит камеру сгорания

Функция радиальной газовой турбины

Поток поступает в центробежный компрессор в осевом направлении, поворачивается в радиальном направлении и сжимается вращающимся лопатки центробежного компрессора.Поток выходит из секции компрессора и поступает в секцию сгорания радиального потока диска статора. Затем горячий выходной поток из камеры сгорания расширяется в тангенциальном направлении соплами статора, приводя в движение лопатки импульсной турбины, установленные на диске ротора. Лопатки компрессора и турбины установлены на одном колесе.

Преимущества конструкции с радиальным потоком

• Один вращающийся компонент (т.