Gāzes turbīna — definīcija, darbības princips un pielietojums
Gāzes turbīna — definīcija, darbības princips un pielietojums: skaidrojums par kompresoru, degkameru un turbīnu, tehnoloģijām elektrostacijās, transportā un rūpniecībā.
Gāzes turbīna, saukta arī par iekšdedzes turbīnu, ir iekšdedzes dzinēja veids, kas enerģiju iegūst, saspiežot gaisu, sadedzinot tajā degvielu un izmantojot izplūdes gāzu enerģiju rotējošas turbīnas piedziņai. Gāzes turbīnas darbības pamatā ir termodinamiskais Breitona cikls (Brayton cycle), un tās tiek lietotas gan elektrostacijās, gan transportā, kā arī rūpniecības procesos.
- Rotējošs gāzes kompresors (SP diagrammā), lai saspiestu gaisu.
- sadegšanas kamera, ko sauc par degkameru (KS diagrammā), kurā tiek iesmidzināta degviela.
- Turbīna (TG diagrammā) uz tās pašas vārpstas kā kompresors.
Darbības princips
Vienkāršākā gāzes turbīnas darbības aprakstā izceļami četri posmi: ieplūde (gaiss tiek ievilkts un uzsūknēts), saspiešana (kompresors paaugstina spiedienu un temperatūru), sadegšana (degviela tiek sajaukta ar saspiesto gaisu un aizdedzināta degkamerā) un izplešanās/strāvas ražošana (karstās gāzes izplešas caur turbīnu, griežot vārpstu). Pēc izplešanās gāzes tiek izlaistas caur izplūdes sistēmu. Šis process atkārtojas nepārtraukti, nodrošinot mehānisko jaudu vai elektrību.
Galvenie veidi un konstrukcijas
Gāzes turbīnas var būt dažādas pēc konstrukcijas un pielietojuma:
- Vienas vārpstas (single-shaft) turbīnas — kompresors, turbīna un bieži arī slodze (piem., ģenerators) atrodas uz vienas vārpstas. Šāda shēma ir vienkārša un izplatīta stacionārajās elektrostacijās.
- Divvārpstas (two-shaft) turbīnas — atsevišķa turbīna darbina kompresoru, bet cita turbīna paredzēta slodzei. Divu vārpstu turbīnas ir labāk piemērotas transportam, jo tās var nodrošināt lielāku griezes momentu pie maziem apgriezieniem un labāku dinamiku.
- Aero-derivative turbīnas — no lidmašīnu reaktīvajiem dzinējiem atvasinātas, parasti vieglas un ar ātru iesildīšanos; piemērotas mobilām elektrostacijām un jūras pielietojumiem.
- Industriālās lieljaudas turbīnas — paredzētas pastāvīgai darbībai elektrostacijās un rūpniecībā, optimizētas ilgai ekspluatācijai un efektivitātei.
Pielietojums
Gāzes turbīnas izmanto plašā spektrā:
- Elektrības ražošana stacionāros spēkstacijās — kā galvenais spēks iekārtās vai kombinācijā ar tvaika turbīnām kopā kombinētajā ciklā (CCGT), lai paaugstinātu kopējo efektivitāti. Gāzes turbīnas bieži dzen elektrisko ģeneratoru.
- Transportā — spēka iekārtas jūrniecībā, lokomotīvēs un markas, kur nepieciešama liela jauda un kompakta masa.
- Ātrās rezerves un pīķa jauda — pateicoties ātrai ieslēgšanai un ātrai jaudas regulācijai, tās tiek izmantotas tīkla balansēšanai.
- Koģenerācija un rūpnieciskie procesi — nodrošina gan siltumu, gan elektrību (CHP), palielinot kopējo enerģijas izmantošanas efektivitāti.
Efektivitāte un degvielas
Vienkāršā cikla gāzes turbīnu efektivitāte parasti svārstās ap 30–40%. Savienojot gāzes turbīnu ar tvaika turbīnu kombinētajā ciklā, kopējā efektivitāte var sasniegt 55–62% (atkarībā no iekārtas un darbības apstākļiem). Parastie kurināmie ir dabasgāze un naftas produkti (dīzeļdegviela), bet arvien biežāk izmanto arī biogāzi, sintētiskos gāzes maisījumus un eksperimentāli — ūdeņradi. Degvielas izvēle ietekmē gan efektivitāti, gan emisijas un ekspluatācijas prasības.
Vides ietekme un emisiju samazināšana
Gāzes turbīnas rada CO2 un NOx emisijas, taču dabasgāzes izmantošana parasti nozīmē zemāku CO2 daudzumu uz saražoto enerģijas vienību salīdzinājumā ar cietajiem kurināmajiem. Lai samazinātu NOx, izmanto zemas NOx degkamisas tehnoloģijas, ūdens vai tvaika injekciju, kā arī selektīvo katalītisko reducēšanu (SCR). Kombinētais cikls arī samazina emisijas kWh izteiksmē, jo tiek izmantota arī siltuma atdeve.
Priekšrocības un trūkumi
- Priekšrocības: augsta jaudas blīvuma attiecība (liela jauda nelielā tilpumā), ātra ieslēgšanās un jaudas regulēšana, piemērotība kombinētām sistēmām un mobilām iekārtām.
- Trūkumi: salīdzinoši zemāka efektivitāte vienkāršā ciklā pret lielām tvaika turbīnām, jutība pret degvielas kvalitāti, un nepieciešama regulāra apkope, lai uzturētu augstu drošumu un efektivitāti.
Apkope un ekspluatācija
Gāzes turbīnas prasa regulāru tehnisko apkopi — gan metalurģisku komponentu pārbaudi, gan turbīnas lāpstu stāvokļa monitoringu. Savukārt modernās diagnostikas sistēmas un prognozētā apkopes stratēģija (predictive maintenance) ļauj samazināt neplānotas dīkstāves un optimizēt ekspluatācijas izmaksas.
Shēmā bieži attēlo vienas vārpstas gāzes turbīnu — viena turbīna darbina gan kompresoru, gan slodzi. Ir arī divvārpstas gāzes turbīnas ar atsevišķām turbīnām, kas atsevišķi darbina kompresoru un slodzi; šīs sistēmas parasti nodrošina labāku ātruma un griezes momenta kontroli transporta pielietojumos.
Gāzturbīnas vienkāršota shēma
Saistītās lapas
- Turboreaktīvā lidmašīna
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir gāzes turbīna?
A: Gāzturbīna ir iekšdedzes dzinēja veids, kurā ir rotējošs gāzes kompresors, deglis, kurā iesmidzina degvielu, un turbīna uz tās pašas vārpstas, uz kuras atrodas kompresors.
J: Kādas ir trīs galvenās gāzes turbīnas daļas?
A: Gāzturbīnas trīs galvenās daļas ir rotējošs gāzes kompresors, kas saspiež gaisu, sadegšanas kamera, ko sauc par degkameru, kurā iesmidzina degvielu, un turbīna uz tās pašas vārpstas, uz kuras atrodas kompresors.
J: Kāds ir rotējošā gāzes kompresora mērķis gāzes turbīnā?
A: Gāzes turbīnas rotējošais gāzes kompresors saspiež gaisu, lai paaugstinātu spiedienu un temperatūru, kas atvieglo degvielas aizdegšanos degvielā sadedzinātājā.
J: Kas ir gāzes turbīnas deglis?
A: Gāzturbīnas deglis ir kamera, kurā degviela tiek ievadīta un sajaukta ar saspiestu gaisu no kompresora. Degvielas maisījums tiek aizdedzināts, un tā rezultātā rodas karstas gāzes, kas plūst caur turbīnu.
J: Kāds ir turbīnas mērķis gāzes turbīnā?
A: Gāzturbīnas turbīna iegūst enerģiju no karstajām gāzēm, ko rada deglis, un pārvērš enerģiju rotācijas kustībā, kas var darbināt slodzi, piemēram, elektrisko ģeneratoru.
J: Kas ir vienvārpstas gāzes turbīna?
A: Vienvārpstas gāzes turbīna ir tāda veida gāzes turbīna, kurā viena turbīna darbina gan kompresoru, gan slodzi, piemēram, elektrisko ģeneratoru.
J: Kas ir divu vārpstu gāzes turbīna?
A: Divu vārpstu gāzes turbīna ir gāzes turbīnas tips, kurā ir atsevišķas turbīnas, kas darbina kompresoru un slodzi. Divu vārpstu turbīnas ir labāk piemērotas autotransporta un dzelzceļa transportlīdzekļu piedziņai, jo tās var nodrošināt lielāku griezes momentu pie maziem apgriezieniem.
Meklēt