Газ турбинасы менен буу турбинасы
Турбиналар – ротор механизмдерин колдонуу менен агып жаткан суюктуктагы энергияны механикалык энергияга айландыруу үчүн колдонулуучу турбо машиналар классы. Турбиналар, жалпысынан, суюктуктун жылуулук же кинетикалык энергиясын ишке айландырышат. Газ турбиналары жана буу турбиналары - жумушчу суюктуктун энтальпиясынын өзгөрүшүнөн иш пайда болгон жылуулук турбо машиналар; б.а. басым түрүндөгү суюктуктун потенциалдык энергиясы механикалык энергияга айланат.
Суюктуктун агымынын багыты боюнча турбиналар октук агым турбиналарына жана радиалдык агым турбиналарына бөлүнөт. Техникалык жактан турбина экспандер болуп саналат, ал компрессордун карама-каршы иштеши болгон басымдын төмөндөшү менен механикалык иштин натыйжасын берет. Бул макала көптөгөн инженердик колдонмолордо кеңири таралган октук агым турбинанын түрүнө багытталган.
Октук агым турбинанын негизги түзүлүшү энергияны алууда суюктуктун үзгүлтүксүз агымын камсыз кылуу үчүн иштелип чыккан. Термикалык турбиналарда жумушчу суюктук, жогорку температурада жана басымда валга бекитилген айлануучу дискке орнотулган бурчтуу калпактардан турган бир катар роторлор аркылуу багытталат. Ар бир ротор дисктеринин ортосуна суюктуктун агымы үчүн штуцер жана жетектөөчү ролду аткарган стационардык бычактар орнотулган.
Буу турбинасы жөнүндө көбүрөөк маалымат
Механикалык жумуштарды аткаруу үчүн буу колдонуу түшүнүгү көптөн бери колдонулса да, заманбап буу турбинасы 1884-жылы англис инженери сэр Чарльз Парсонс тарабынан иштелип чыккан.
Буу турбинасы жумушчу суюктук катары казандагы басымдуу бууну колдонот. Турбинага кирген өтө ысып кеткен буу роторлордун кабактары аркылуу кыймылдап басымын (энтальпиясын) жоготот, ал эми роторлор өздөрү туташтырылган валды жылдырат. Буу турбиналары кубаттуулукту жылмакай, туруктуу ылдамдыкта берет жана буу турбинасынын жылуулук эффективдүүлүгү поршендик кыймылдаткычка караганда жогору. Буу турбинасы жогорку RPM абалында оптималдуу иштейт.
Тактап айтканда, турбина электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонулган циклдик операциянын бир гана компоненти болуп саналат, ал Ренкин цикли менен идеалдуу моделделет. Казандар, жылуулук алмаштыргычтар, насостор жана конденсаторлор да операциянын компоненттери болуп саналат, бирок турбинанын бөлүктөрү эмес.
Азыркы күндөрдө буу турбиналары электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонулат, бирок 20-кылымдын башында буу турбиналары кемелер жана локомотив кыймылдаткычтары үчүн электр станциясы катары колдонулган. Өзгөчө жагдай катары, дизелдик кыймылдаткычтары ишке ашпаган кээ бир деңиз кыймылдаткыч системаларында, мисалы, учак ташыгычтар жана суу астындагы кайыктар, буу кыймылдаткычтары дагы эле колдонулат.
Газ турбинасы жөнүндө көбүрөөк маалымат
Газ турбиналык кыймылдаткыч же жөн эле газ турбинасы - бул жумушчу суюктук катары аба сыяктуу газдарды колдонгон ичинен күйүүчү кыймылдаткыч. Газ турбинасынын иштөөсүнүн термодинамикалык аспектиси Брейтон цикли менен идеалдуу түрдө моделделген.
Газ турбиналык кыймылдаткыч буу турбинасынан айырмаланып, бир нече негизги компоненттерден турат; булар компрессор, күйүү камерасы жана турбина, алар айлануучу вал боюнча чогулуп, ички күйүүчү кыймылдаткычтын ар кандай милдеттерин аткаруу үчүн. Кирүүчү жерден газды алуу алгач октук компрессордун жардамы менен кысылган; жөнөкөй турбинанын так карама-каршысын аткарат. Андан кийин басымдагы газ диффузор (диверсациялоочу түтүк) баскычы аркылуу багытталат, мында газ ылдамдыгын жоготот, бирок температураны жана басымды андан ары жогорулатат.
Кийинки этапта газ күйүү камерасына кирет, анда отун газ менен аралашып, күйөт. Күйүүнүн натыйжасында газдын температурасы жана басымы укмуштуудай жогорку деңгээлге көтөрүлөт. Бул газ андан кийин турбинанын бөлүгү аркылуу өтөт, ал аркылуу өткөндө валга айлануу кыймылын пайда кылат. Орточо өлчөмдөгү газ турбинасы валдын айлануу ылдамдыгын 10 000 RPMге чейин чыгарат, ал эми кичирээк турбиналар 5 эсе көп өндүрөт.
Газ турбиналары моментти (айлануучу вал менен), тартууну (жогорку ылдамдыктагы газды чыгаруу менен) же экөөнү тең айкалыштыруу үчүн колдонсо болот. Биринчи учурда, буу турбинасындай эле, вал тарабынан берилген механикалык жумуш жогорку температуранын жана басымдагы газдын энтальпиясынын (басымынын) трансформациясы гана. Валдын ишинин бир бөлүгү компрессорду ички механизм аркылуу айдоо үчүн колдонулат. Газ турбинанын бул түрү негизинен электр энергиясын өндүрүү үчүн жана танктар, атүгүл автоунаалар үчүн электр станциялары катары колдонулат. АКШнын M1 Abrams танкы электр станциясы катары газ турбиналык кыймылдаткычты колдонот.
Экинчи учурда, жогорку басымдагы газ ылдамдыкты жогорулатуу үчүн конвертирленген сопло аркылуу багытталат, ал эми итерүү күчтү чыгаруучу газ аркылуу пайда болот. Газ турбинанын бул түрү көбүнчө аскердик истребитель учагын иштеткен реактивдүү кыймылдаткыч же турбореактивдүү кыймылдаткыч деп аталат. Турбовентилятор жогорудагылардын өркүндөтүлгөн варианты болуп саналат, ал эми кыймылдын жана жумушчу генерациянын айкалышы турбовинттүү кыймылдаткычтарда колдонулат, мында валдын иши винтти айдоо үчүн колдонулат.
Белгилүү тапшырмалар үчүн иштелип чыккан газ турбиналарынын көптөгөн варианттары бар. Алар башка кыймылдаткычтарга (негизинен поршень кыймылдаткычтарга) караганда кубаттуулугу менен салмагынын катышы, титирөө аз, иштөө ылдамдыгы жана ишенимдүүлүгү жогору болгондуктан артыкчылыкка ээ. Таштандылардын жылуулук дээрлик толугу менен түтүк катары бөлүнүп чыгат. Электр энергиясын өндүрүүдө бул калдык жылуулук энергиясы буу турбинасын иштетүү үчүн сууну кайнатуу үчүн колдонулат. Процесс айкалышкан цикл электр энергиясын өндүрүү деп аталат.
Буу турбинасы менен газ турбинанын ортосунда кандай айырма бар?
• Буу турбинасы жумушчу суюктук катары жогорку басымдагы бууну, ал эми газ турбинасы жумушчу суюктук катары абаны же башка газды колдонот.
• Буу турбинасы - бул негизинен жумушчу моментин берүүчү экспандер, ал эми газ турбинасы - бул компрессордун, күйүү камерасынын жана турбинанын айкалышкан түзмөгү.
• Буу турбинасы Ренкин циклинин бир кадамын гана аткарат, ал эми газ турбинасы бүт Брейтон циклин аткарат.
• Газ турбиналары моментти же түртүүнү жумуштун натыйжасы катары бере алат, ал эми буу турбиналары дээрлик ар дайым моментти жумуштун натыйжасы катары берет.
• Газ турбиналарынын эффективдуулугу буу турбинасына караганда алда канча жогору, анткени газ турбиналарынын иштөө температурасы жогору. (Газ турбиналары ~1500 0C жана буу турбиналары ~550 0C)
• Газ турбиналары үчүн талап кылынган мейкиндик буу турбинасынын иштөөсүнө караганда бир топ азыраак, анткени буу турбинасы жылуулук кошуу үчүн сырттан туташтырылган казандарды жана жылуулук алмаштыргычтарды талап кылат.
• Газ турбиналары ар тараптуу, анткени көптөгөн күйүүчү майларды колдонууга болот жана үзгүлтүксүз бериле турган жумушчу суюктук бардык жерде (аба) жеткиликтүү. Ал эми буу турбиналары иштөө үчүн көп көлөмдөгү сууну талап кылат жана муздан улам төмөнкү температурада көйгөйлөрдү жаратат.
