Электр станцияларындағы бу турбиналары
Бу турбиналары электр энергиясын өндіру жүйелеріндегі, әсіресе көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларында (PLTU) және электр энергиясын өндіру үшін жылуды пайдаланатын басқа да жылу электр станцияларындағы ең маңызды компоненттердің бірі болып табылады. Бұл құрылғылар су буының жылу және қысым энергиясын білік айналуы түрінде механикалық энергияға айналдыру арқылы жұмыс істейді, содан кейін ол генераторды электр энергиясын өндіруге бағыттайды. Тиімділігі мен технологиялық жетілуіне байланысты бу турбиналары көмірмен, газбен (біріктірілген циклдар арқылы), биомассамен, геотермалдық немесе ядролық энергиямен жұмыс істейтініне қарамастан, бүкіл әлемдегі көптеген электр жүйелерінің негізі болып қала береді.
Бу турбинасының жұмыс принципі
Қарапайым тілмен айтқанда, бу турбинасы энергияны түрлендіру принципі бойынша жұмыс істейді. Су қазандықта жоғары қысымды, жоғары температуралы буға айналғанша қыздырылады. Содан кейін бұл бу негізгі бу желісі арқылы турбинаға жіберіледі. Бу турбинаға кірген кезде, ол форсунка мен қалақшалар арқылы кеңейеді. Бұл кеңею энергияның өзгеруіне әкеледі: будың қысымы мен жылу энергиясы кинетикалық энергияға (бу ағынының жылдамдығы) айналады, содан кейін ол турбина қалақшаларын итеру арқылы механикалық энергияға айналады, бұл ротордың айналуына әкеледі.
Ротор генераторға қосылған турбина білігімен бірге айналады. Генератор электр энергиясын өндіру үшін электромагниттік индукция принципін пайдаланады. Турбина сатысынан өткеннен кейін будың қысымы мен температурасы төмендейді. Содан кейін бу конденсаторға ағады, онда ол қайтадан суға айналады, содан кейін қазандыққа қайта айдалады. Бұл тізбек Ранкин циклі деп аталады және көптеген бу турбиналарына негізделген электр станцияларының негізін құрайды.
Бу турбинасы жүйесінің негізгі компоненттері
Бу турбинасы бір үлкен машинаға ұқсайтынымен, жүйе көптеген біріктірілген бөліктерден тұрады:
1. Қазандық немесе бу генераторы
Жоғары қысымды, жоғары температуралы бу шығарады. Бу сапасы (қысым, температура және ылғалдылық) турбина жұмысына және қызмет ету мерзіміне айтарлықтай әсер етеді.
2. Бу турбинасы (негізгі бөлігі)
Ротордан, корпустан, форсункадан және турбина қалақшаларынан тұрады. Қалақшаның дизайны мен сатылар саны турбинаның бу энергиясын айналуға қаншалықты тиімді түрлендіретінін анықтайды.
3. Басқарушы және бақылау жүйесі
Басқару клапаны арқылы турбинаға кіретін бу ағынының жылдамдығын реттейді, электр жүктемесі өзгергеннің өзінде айналу жылдамдығын тұрақты ұстайды.
4. Генератор
Біліктің механикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіреді. Турбинаның айналу жылдамдығы жүйе жиілігіне сәйкес келуі керек, мысалы, Индонезияда 50 Гц.
5. Конденсатор
Турбинадан шығатын буды суға (конденсатқа) дейін салқындату. Конденсатор будың кеңеюін барынша арттыру және тиімділікті арттыру үшін турбина шығысында төмен қысымды (вакуум) жасауға көмектеседі.
6. Су сорғысы және жылытқышы
Қазандыққа суды қайтару және қалдық жылуды пайдалану арқылы қондырғының тиімділігін арттыру.
Бу турбиналарының түрлері
Бу турбиналарын бірнеше критерийлер бойынша жіктеуге болады:
1. Импульс және реакция принципіне негізделген
– Импульстік турбина: бу форсункада үдейді, содан кейін ротор қалақтарына соғылады. Басым қысым өзгерісі форсункада болады.
– Реакция турбинасы: кеңею статорда да, роторда да жүреді. Бұл конструкцияда ротор қалақшалары форсункалар қызметін де атқарады.
Іс жүзінде қазіргі заманғы турбиналар көбінесе сатылы конфигурациясы бар импульс пен реакцияның тіркесімін пайдаланады.
2. Қысым деңгейіне негізделген (ат күші, IP, LP)
Ірі электр станцияларында турбина әдетте бірнеше бөлікке бөлінеді:
– HP (Жоғары қысым): қазандықтан жоғары қысымды буды қабылдайды.
– IP (орташа қысым): көбінесе қайта қыздыру процесінен кейін HP кеңеюінен пайда болатын буды қабылдайды.
– LP (Төмен қысым): төмен қысымды соңғы саты, әдетте ең ұзын жүздер мен үлкен диаметрге ие.
Бұл бөлу тиімділікті арттыруға, сондай-ақ соңғы кезеңде пышақ эрозиясына әкелуі мүмкін бу ылғалдылығын азайтуға көмектеседі.
3. Ағын бағытына негізделген
– Осьтік ағын (ең көп таралған): бу оське параллель ағады.
– Радиалды ағын: бу оське перпендикуляр ағады; ірі электр станцияларында сирек кездеседі.
Бу турбиналарының электр станцияларының тиімділігіндегі рөлі
Бу электр станциясының тиімділігіне көптеген факторлар әсер етеді, бірақ турбина орталық рөл атқарады, себебі ол жылу энергиясы мен электр энергиясы арасындағы «көпір» қызметін атқарады. Турбиналарға қатысты тиімділікті арттырудың кейбір стратегияларына мыналар жатады:
– Бастапқы бу қысымы мен температурасын арттыру: бу параметрлері неғұрлым жоғары болса, соғұрлым көп энергия алуға болады. Аса сыни және аса сыни қондырғылар тиімділікті арттыру үшін өте жоғары бу жағдайларын пайдаланады.
– Қайта қыздыру: жоғары қысымды турбинадан шығатын бу қайта қыздырылады, содан кейін IP/LP турбинасына түседі, бұл соңғы кезеңде ылғалдылықты азайтып, жұмыс өнімділігін арттырады.
– Регенеративті қоректендіру суын жылыту: қоректендіру суын жылыту үшін турбинадан будың бір бөлігі алынады, бұл қазандықтың қыздыру жүктемесін азайтады және жалпы тиімділікті арттырады.
– Конденсатор вакуумын ұстап тұру: конденсатордағы төмен қысым турбинаның кеңею коэффициентін арттырады, осылайша турбина жұмысы артады.
Термодинамикалық дизайннан басқа, тиімділікке қалақшаның тазалығы, ротордың тепе-теңдігі, тығыздағыштың жағдайы және басқару жүйесінің дәлдігі де әсер етеді.
Пайдалану және техникалық қызмет көрсету қиындықтары
Бу турбиналары экстремалды жағдайларда жұмыс істейді: жоғары температура, жоғары қысым және жоғары айналу жылдамдықтары. Сондықтан, оларға техникалық қызмет көрсету өте маңызды. Кейбір жиі кездесетін мәселелерге мыналар жатады:
1. Пышақтың эрозиясы және коррозиясы
Негізінен ылғал мен бөлшектерге байланысты LP бөлімінде пайда болады. Зақымды азайту үшін соңғы кезеңнің дизайны мен қазандық суының/химиялық құрамының сапасы сақталуы керек.
2. Діріл және ротор теңгерімсіздігі
Діріл тураланбаудан, теңгерімсіздіктен, мойынтіректердің тозуынан немесе тұрақсыз бу ағыны жағдайларынан туындауы мүмкін. Діріл мониторингі турбина денсаулығының маңызды көрсеткіші болып табылады.
3. Мойынтірек пен майлаудың зақымдануы
Майлау жүйесі таза және тұрақты болуы керек. Майдың ластануы тез тозуға және сүріну қаупін арттыруы мүмкін.
4. Термиялық шаршау
Жиі іске қосу-тоқтату циклдары (мысалы, шың жүктемелеріне байланысты) материалдың шаршауын тудыруы мүмкін. Сондықтан, температураның кенеттен өзгеруіне жол бермеу үшін жылыту және іске қосу процедуралары стандарттарға сәйкес келуі керек.
5. Тығыздағыштың ағуы
Тығыздағыштан будың ағып кетуі тиімділікті төмендетіп, кВт/сағ отын шығынын арттыруы мүмкін.
Жағдайға негізделген техникалық қызмет көрсетуді, заманауи сенсорларды (діріл, температура, қысым және май талдауы) және үнемі тексерулерді енгізу арқылы турбиналарды қауіпсіз және үнемді пайдалануға болады.
Бу турбиналары және энергия алмасуы
Энергияның ауысуы жағдайында бу турбиналары өзекті болып қала береді. Биомасса және геотермалдық электр станциялары бу турбиналарын кеңінен пайдаланады. Атом электр станцияларында бу турбиналары негізгі компонент болып табылады, себебі реактордан шығатын жылу турбинаны айналдыратын бу өндіру үшін пайдаланылады. Сонымен қатар, аралас циклді электр станцияларында газ турбинасынан шығатын жылу жылуды қалпына келтіруші бу генераторында (HRSG) бу өндіру үшін пайдаланылады, содан кейін ол бу турбинасын қуат пен тиімділікті арттыру үшін басқарады.
Бу турбиналары жүйенің икемділігі тұжырымдамасында да рөл атқара бастады, мысалы, жүктемені басқару мүмкіндіктерін жақсарту, жылу сақтаумен интеграциялау және жаңартылатын энергия көздерінің енуіне байланысты жүктеме өзгерістеріне жауап беру үшін сандық басқаруды жақсарту.
Қорытынды
Бу турбинасы - жоғары қысымды буды электр энергиясын өндіру үшін механикалық айналуға айналдыратын энергия түрлендіру машинасы. Қазандық, конденсатор, сорғы және басқару жүйесі арқылы бу турбинасы бір ғасырдан астам уақыт бойы сенімді болып келе жатқан Ранкин циклінің негізін құрайды. Турбина түрлері мен конфигурациялары - импульстік немесе реакциялық немесе HP-IP-LP бөлінуі - сенімділікті сақтай отырып, тиімділікті барынша арттыруға арналған. Қалақшалардың эрозиясы, діріл және термиялық шаршау сияқты қиындықтарға қарамастан, бу турбиналары энергия ауысуын қолдайтындарды қоса алғанда, әртүрлі электр станцияларында маңызды технология болып қала береді. Материалдар мен басқару элементтеріндегі тиісті техникалық қызмет көрсету және инновациялармен бу турбиналары электр энергиясын тұрақты және тиімді жеткізуде маңызды рөл атқара береді.
