Информация о газовых турбинах | Kawasaki Heavy Industries

Принцип работы газовой турбины

Как и дизельный или бензиновый двигатель, газовая турбина — это двигатель внутреннего
сгорания с рабочим циклом впуск-сжатие-сгорание (расширение)-выпуск. Но, существенно
отличается основное движение. Рабочий орган газовой турбины вращается, а в поршневом
двигателе движется возвратно-поступательно.

Принцип работы газовой турбины показан на рисунке ниже. Сначала, воздух сжимается
компрессором, затем сжатый воздух подается в камеру сгорания. Здесь, топливо, непрерывно
сгорая, производит газы с высокой температурой и давлением. Из камеры сгорания газ,
расширяясь в турбине, давит на лопатки и вращает ротор турбины (вал с крыльчатками в
виде дисков, несущих рабочие лопатки), который в свою очередь опять вращает вал
компрессора. Оставшаяся энергия снимается через рабочий вал.

Особенности газовых турбин

Типы газовых турбин по конструкции и назначению

Самый основной тип газовой турбины — создающий тягу реактивной струей, он же самый
простой по конструкции.
Этот двигатель подходит для самолетов, летающих на высокой скорости, и используется
в сверхзвуковых самолетах и реактивных истребителях.

У этого типа есть отдельная турбина за турбореактивным двигателем, которая вращает
большой вентилятор впереди. Этот вентилятор увеличивает поток воздуха и тягу.
Этот тип малошумен и экономичен на дозвуковых скоростях, поэтому газовые турбины
именно этого типа используются для двигателей пассажирских самолётов.

Эта газовая турбина выдает мощность как крутящий момент, причем у турбины и
компрессора общий вал. Часть полезной мощности турбины идет на вращение вала
компрессора, а остальная энергия передается на рабочий вал.
Этот тип используют, когда нужна постоянная скорость вращения, например — как привод
генератора.

В этом типе вторая турбина размещается после турбины с газогенератором, и
вращательное усилие передается на нее реактивной струей. Эту заднюю турбину называют
силовой. Поскольку валы силовой турбины и компрессора не связаны механически,
скорость вращения рабочего вала свободно регулируется. Подходит как механический
привод с широким диапазоном скоростей вращения.
Этот тип широко используется в винтовых самолетах и вертолетах, а также в таких
установках, как приводы насоса/компрессора, главные судовые двигатели, приводы
генератора и т.п.

Что такое газовая турбина серии GREEN?

Принцип, которому Kawasaki следует в газотурбинном бизнесе, начиная с разработки в 1972
году нашей первой ГТУ, позволил нам предлагать клиентам все более совершенное
оборудование, т.е., более энергоэффективное и экологичное. Идеи, заложенные в наших
продуктах, получили высокую оценку мирового рынка и позволили нам накопить референции на
более, чем 10 000 турбин (на конец марта 2014 года) в составе резервных генераторов и
когенерационных систем.
Газовые турбины Kawasaki всегда имели большой успех, и мы, показывая еще большую нашу
приверженность этому принципу, дали им новое название «Газовые турбины GREEN».

Проект K: Создание газовой турбины с самым высоким КПД в мире

Внутри К: Подразделение газовых турбин, Акаси / завод Seishin

Контакты

Если вам нужна дополнительная информация о нашем бизнесе,
пожалуйста, свяжитесь с нами.

Контакты

Газовая турбина

Газовая турбина представляет собой вращающееся устройство, использующее мощность входящих газов для обеспечения движения генератора энергии. Она может работать непрерывно, чем отличается от дизельных двигателей внутреннего сгорания.

В качестве топлива для газовой турбины могут использоваться газ, нефтепродукты, уголь, дизельное топливо, керосин.

Основными составляющими газотурбинной установки являются компрессор, камера сгорания, ротор и статор с лопатками.

Компрессор устанавливается для сжатия входящего воздуха и его перемещения в камеру сгорания. В турбинной установке используется центробежный или осевой нагнетатель.

Первый надежен в эксплуатации и не требует больших затрат на приобретение, однако степень сжатия в нем ограничена. Он применяется в небольших установках.

Наиболее распространен осевой компрессор. Он распределяет сжатый воздух вдоль оси механизма, имеет меньшее количество секций и большую степень сжатия.

От компрессора воздух подается в камеру сгорания через воздухопровод.

В камере сгорания воздух смешивается с топливом и сгорает. После расширения газ подается на рабочие лопатки.

Лопатки представляют собой металлические лопасти с хвостовиками, за которые они прикрепляются к диску.

Рис. 1. Лопатки турбины

Вал – вращающийся элемент, соединенный с генератором, на который устанавливаются диски с лопатками. После попадания воздуха на лопатки вал приводится в движение.

Статор – корпус с лопатками. В процессе работы он остается неподвижным, пластины на нем направляют газ на лопасти вала под определенным углом.

Элементы газовой турбины функционируют при высоких нагрузках и экстремальных температурах. Особенно актуально это в основной рабочей камере установки. Лопатки плавятся при температуре выше 1000 °С, поэтому необходимо проработать систему охлаждения и оптимально подобрать материал для изготовления пластин.

Делали турбин наиболее подвержены износу в процессе пуска-останова системы. Поэтому для обработки узлов трения используются материалы, способные длительное время защищать элементы как при высоких, так и при низких мощностях.

Для предотвращения повреждений хвостовиков лопаток, а также облегчения процесса монтажа и демонтажа в процессе производства на них наносится антифрикционное твердосмазочное покрытие MODENGY 1001.

Рис. 2. Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия на хвостовики

На подшипники скольжения газовых турбин наносят MODENGY 1001 и MODENGY 1002, прессовые посадки — MODENGY 1005, ходовые винты — MODENGY 1001, конденсатоотводчики — MODENGY 1001, крепеж — MODENGY 1014.

Микротурбины применяются для обеспечения автономного энергоснабжения торговых центров, строительных площадок и других комплексов даже в условиях Крайнего Севера. Они могут устанавливаться в качестве аварийных систем подачи энергии. На их лепестковые газодинамические подшипники наносят высокотемпературное покрытие MODENGY 2560.

Рис. 3. Микротурбины

Промышленные установки обладают высоким КПД и используются в различных отраслях производства, от энергетики до машиностроения.

Преимущества газовых турбин

• 
  Высокая производительность при небольших габаритах
• 
  Функционирование в режиме постоянного вращения
• 
  Неприхотливость к качеству топлива
• 
  Быстрый запуск в сравнении с паровыми установками
• 
  Неизменность агрегатного состояния входящего вещества в процессе работы
• 
  Работа без системы охлаждения
• 
  Длительный срок службы благодаря уменьшенному количеству сопряженных деталей и снижению вибрации
• 
  Повышенная экологичность, по сравнению с другими двигателями

Газовые турбины стоят значительно дороже, чем другие приводные агрегаты. Однако они быстро окупаются за счет высокой мощности и длительной беспрерывной работы.

Возврат к списку

Как работают газотурбинные электростанции

Управление
Управление ископаемой энергией и выбросами углерода

Изображение

Турбины внутреннего сгорания (газовые), устанавливаемые на многих современных электростанциях, работающих на природном газе, представляют собой сложные машины, но в основном состоят из трех основных секций:

• нагнетает его и подает в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.
• Система сгорания , обычно состоящая из кольца топливных форсунок, которые впрыскивают постоянный поток топлива в камеры сгорания, где оно смешивается с воздухом. Смесь сгорает при температуре более 2000 градусов по Фаренгейту. В результате сгорания образуется поток газа высокой температуры и высокого давления, который входит и расширяется через секцию турбины.
• Турбина представляет собой сложную систему чередующихся стационарных и вращающихся лопастей с аэродинамическим профилем. Когда горячий дымовой газ расширяется через турбину, он вращает вращающиеся лопасти. Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: они приводят в действие компрессор, чтобы втягивать больше сжатого воздуха в секцию сгорания, и вращают генератор для производства электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух типов: (1) двигатели с тяжелой рамой и (2) авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низким коэффициентом давления (обычно ниже 20) и, как правило, имеют большие физические размеры. Степень сжатия – это отношение давления нагнетания компрессора к давлению воздуха на входе. Авиационные двигатели произошли от реактивных двигателей, как следует из названия, и работают при очень высокой степени сжатия (обычно более 30). Авиационные двигатели, как правило, очень компактны и полезны там, где требуется меньшая выходная мощность. Поскольку турбины с большой рамой имеют более высокую выходную мощность, они могут производить большее количество выбросов и должны быть спроектированы для достижения низкого уровня выбросов загрязняющих веществ, таких как NOx.

Одним из ключевых факторов эффективности отношения топлива к мощности турбины является температура, при которой она работает. Более высокие температуры обычно означают более высокую эффективность, что, в свою очередь, может привести к более экономичной работе. Газ, протекающий через турбину типичной электростанции, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту, но некоторые из критических металлов в турбине могут выдерживать температуры только до 1500–1700 градусов по Фаренгейту. Следовательно, воздух из компрессора может использоваться для охлаждения. ключевые компоненты турбины, снижая предельную тепловую эффективность.

Одним из главных достижений программы Министерства энергетики США по созданию усовершенствованных турбин стало преодоление существовавших ранее ограничений по температуре турбины за счет сочетания инновационных технологий охлаждения и передовых материалов. Усовершенствованные турбины, появившиеся в результате исследовательской программы Департамента, смогли повысить температуру на входе в турбину до 2600 градусов по Фаренгейту, что почти на 300 градусов выше, чем в предыдущих турбинах, и достичь эффективности до 60 процентов.

Другим способом повышения эффективности является установка рекуператора или парогенератора-утилизатора (HRSG) для извлечения энергии из выхлопных газов турбины. Рекуператор улавливает отработанное тепло в выхлопной системе турбины для предварительного нагрева нагнетаемого компрессором воздуха перед его подачей в камеру сгорания. Котел-утилизатор вырабатывает пар, улавливая тепло выхлопных газов турбины. Эти котлы также известны как парогенераторы-утилизаторы. Пар высокого давления из этих котлов можно использовать для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровых турбин, конфигурация которых называется комбинированным циклом.

Газовая турбина простого цикла может достигать эффективности преобразования энергии в диапазоне от 20 до 35 процентов. Благодаря более высоким температурам, достигнутым в программе турбин Министерства энергетики, будущие электростанции с комбинированным циклом, работающие на водороде и синтез-газе, вероятно, достигнут эффективности 60 процентов или более. Когда отработанное тепло улавливается из этих систем для отопления или промышленных целей, общая эффективность энергетического цикла может достигать 80 процентов.

Принцип работы газотурбинной электростанции

Более эффективное и устойчивое решение для производства электроэнергии:

Газовая турбина, также известная как турбина внутреннего сгорания, работает как двигатель внутреннего сгорания в центре электростанции, которая преобразует газ или другое жидкое топливо в механическая энергия. Затем эта энергия приводит в действие генератор, производящий электричество, которое передается по линиям электропередач в наши дома и офисы. Для выработки электроэнергии газовая турбина нагревает смесь воздуха и топлива до очень высокой температуры, что приводит к вращению лопастей турбины. Вращающаяся турбина приводит в действие генератор, который превращает энергию в электричество.

Газотурбинные электростанции экономичны и долговечны для производства электроэнергии. Prismecs предоставляет нам эти электростанции для устойчивого развития, поскольку они производят меньше загрязняющих веществ благодаря своим новейшим технологиям улавливания углерода для сокращения выбросов парниковых газов. Услуги газовых турбин являются неотъемлемой частью Prismecs, которая предоставляет комплексные решения для своих уважаемых клиентов.

Газовые турбины устанавливаются на многих современных электростанциях, работающих на газе, поскольку они представляют собой сложные машины с высокотехнологичными характеристиками.

Они включают три основных компонента:

• Компрессор:

Нагнетает воздух в двигатель, создает в нем давление и с очень высокой скоростью поступает в камеру сгорания.

Он состоит из сети топливных форсунок, которые подают поток топлива в камеры сгорания, где он смешивается с воздухом. Смесь сгорает при очень высокой температуре, примерно 2000 градусов по Фаренгейту. При сгорании создается высокая температура и давление, которые распространяются через секцию турбины.

• Турбина:

Представляет собой сложную конструкцию из стационарных и вращающихся лопастей аэродинамической секции. Когда горячий дымовой газ распространяется через турбину, он вращает вращающиеся лопасти. Вращающиеся лопасти выполняют двойную функцию: толкают компрессор для подачи сжатого воздуха в камеру сгорания и вращают генератор для выработки электроэнергии.

Наземные газовые турбины бывают двух видов: двигатели с тяжелой рамой и авиационные двигатели. Двигатели с тяжелой рамой характеризуются более низкими коэффициентами давления и имеют тенденцию быть физически большими. Авиадвигатели произошли от реактивных двигателей и работают с очень высокой степенью сжатия. Авиационные двигатели компактны и выгодны там, где требуется меньшая мощность. Турбины с большой рамой обладают высокой выходной мощностью, поэтому они могут производить большое количество выбросов.

Топливная эффективность турбины является ключом к тому, при какой температуре она работает. Более высокая температура в основном означает более высокую эффективность, что означает экономичную работу. Газ, проходящий через простую электростанцию, может иметь температуру до 2300 градусов по Фаренгейту. Некоторые металлы в турбине могут выдерживать температуру только до 1500 или 1700 градусов по Фаренгейту. Таким образом, воздух из компрессора можно использовать 

для охлаждения турбины. компонентов и минимизировать тепловой КПД. Еще один способ повысить эффективность — разместить в нем рекуператор или генератор системы рекуперации тепла (HRSG) для восстановления энергии выхлопных газов турбины. Котел-утилизатор производит пар, улавливая тепло выхлопных газов турбины.

Одним из основных достижений современной газотурбинной электростанции является преодоление существовавших ранее ограничений по температуре турбинной системы за счет внедрения инновационных технологий охлаждения и передовых материалов.

Газовые турбины являются важными компонентами передовых систем, разработанных для новых электростанций в США. С помощью газовых турбин электростанции будут производить чистую, экономичную и экономичную электроэнергию.

Преимущества газотурбинных электростанций:

• Газотурбинные электростанции имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку при работе при высоких температурах они потребляют меньше топлива, что делает процесс рентабельным и экономичным.
• Газотурбинные электростанции требуют меньше обслуживания по сравнению с другими, чтобы оставаться в рабочем состоянии.
• Они более эффективны и долговечны благодаря своей компактной конструкции и могут быть установлены в небольшом пространстве.

Газотурбинные электростанции

• используют технологии улавливания углерода для сокращения выбросов парниковых газов, которые производят очень мало загрязняющих веществ.

Заключение:

Газовые турбины являются основными узлами электростанций, вырабатывающими электроэнергию.