Цахилгаан станцууд дахь уурын турбинууд
Уурын турбинууд нь эрчим хүч үйлдвэрлэх системүүдийн хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг бөгөөд ялангуяа нүүрсээр ажилладаг цахилгаан станцууд (PLTU) болон дулааныг ашиглан цахилгаан үүсгэдэг бусад янз бүрийн дулааны цахилгаан станцуудад хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг юм. Эдгээр төхөөрөмжүүд нь усны уурын дулаан болон даралтын энергийг босоо амны эргэлтийн хэлбэрээр механик энерги болгон хувиргаж, дараа нь генераторыг ажиллуулж цахилгаан үйлдвэрлэдэг. Үр ашиг, технологийн боловсорсон байдлаасаа шалтгаалан уурын турбинууд нь нүүрс, хий (хосолсон циклээр), биомасс, газрын гүний дулаан эсвэл цөмийн эрчим хүчээр ажилладаг эсэхээс үл хамааран дэлхий даяарх олон цахилгаан системийн гол тулгуур хэвээр байна.
Уурын турбины ажиллах зарчим
Энгийнээр хэлбэл, уурын турбин нь энерги хувиргах зарчмаар ажилладаг. Усыг бойлерт өндөр даралттай, өндөр температуртай уур болтол халаадаг. Дараа нь энэ уурыг гол уурын шугамаар турбин руу дамжуулдаг. Уур нь турбин руу ороход цорго болон ирээр дамжин тэлдэг. Энэхүү тэлэлт нь энергийн өөрчлөлтийг үүсгэдэг: уурын даралт ба дулааны энерги нь кинетик энерги (уурын урсгалын хурд) болж хувирдаг бөгөөд дараа нь турбины ирийг түлхэх замаар механик энерги болж хувирдаг бөгөөд энэ нь роторыг эргүүлэхэд хүргэдэг.
Ротор нь генератортой холбогдсон турбины голтой зэрэгцэн эргэлддэг. Генератор нь цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд цахилгаан соронзон индукцийн зарчмыг ашигладаг. Турбины шат дамжлагаар дамжин өнгөрсний дараа уурын даралт болон температур буурдаг. Дараа нь уур нь конденсатор руу урсаж, тэндээ буцаагаад ус болж конденсацид орж, дараа нь бойлер руу буцааж шахдаг. Энэ дарааллыг Ранкин цикл гэж нэрлэдэг бөгөөд уурын турбин дээр суурилсан ихэнх цахилгаан станцуудын үндэс суурийг бүрдүүлдэг.
Уурын турбины системийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүд
Уурын турбин нь нэг том машин шиг харагддаг ч систем нь олон нэгдсэн хэсгээс бүрдэнэ.
1. Бойлер эсвэл уурын үүсгүүр
Өндөр даралттай, өндөр температуртай уур үүсгэдэг. Уурын чанар (даралт, температур, чийгшил) нь турбины ажиллагаа болон ашиглалтын хугацаанд мэдэгдэхүйц нөлөөлдөг.
2. Уурын турбин (үндсэн хэсэг)
Ротор, бүрхүүл, цорго, турбины ирнээс бүрдэнэ. Ирний загвар болон үе шатуудын тоо нь турбин уурын энергийг эргэлтэд хэр үр дүнтэй хувиргаж байгааг тодорхойлдог.
3. Захирагч болон хяналтын систем
Хяналтын хавхлагаар турбин руу орж буй уурын урсгалын хурдыг зохицуулж, цахилгаан ачаалал өөрчлөгдсөн ч эргэлтийн хурдыг тогтвортой байлгадаг.
4. Генератор
Босоо амны механик энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргадаг. Турбины эргэлтийн хурд нь системийн давтамжтай тохирч байх ёстой, жишээлбэл, Индонезид 50 Гц.
5. Конденсатор
Турбины яндангийн уурыг ус (конденсат) болгон хөргөх. Конденсатор нь турбины гаралтын хэсэгт бага даралт (вакуум) үүсгэхэд тусалдаг бөгөөд ингэснээр уурын тэлэлтийг дээд зэргээр нэмэгдүүлж, үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
6. Тэжээлийн усны насос болон халаагч
Үлдэгдэл дулааныг ашиглан усыг бойлер руу буцааж нийлүүлж, үйлдвэрийн үр ашгийг нэмэгдүүлэх.
Уурын турбины төрлүүд
Уурын турбинуудыг хэд хэдэн шалгуураар ангилж болно:
1. Импульс ба урвалын зарчим дээр үндэслэсэн
– Импульсийн турбин: уур нь цоргонд хурдасч, дараа нь роторын ир рүү цохино. Даралтын давамгайлсан өөрчлөлт нь цоргонд тохиолддог.
– Урвалын турбин: тэлэлт нь статор болон роторын аль алинд нь тохиолддог. Энэ загварт роторын ир нь мөн хошууны үүрэг гүйцэтгэдэг.
Практикт орчин үеийн турбинууд нь үе шаттай тохиргоотой импульс ба урвалын хослолыг ихэвчлэн ашигладаг.
2. Даралтын түвшин (HP, IP, LP) дээр үндэслэсэн
Том цахилгаан станцуудад турбиныг ихэвчлэн хэд хэдэн хэсэгт хуваадаг:
– HP (Өндөр даралт): бойлероос өндөр даралттай уур хүлээн авдаг.
– IP (Дунд даралт): ихэвчлэн дахин халаах процессын дараа HP-ээс тэлэлтийн үр дүнд үүссэн уурыг хүлээн авдаг.
– LP (Бага даралт): бага даралттай эцсийн шат нь ихэвчлэн хамгийн урт иртэй, том диаметртэй байдаг.
Энэ хуваалт нь үр ашгийг нэмэгдүүлэхээс гадна ирний элэгдэлд хүргэж болзошгүй эцсийн шатанд уурын чийгийг бууруулахад тусалдаг.
3. Урсгалын чиглэлд үндэслэсэн
– Тэнхлэгийн урсгал (хамгийн түгээмэл): уур нь тэнхлэгтэй зэрэгцээ урсдаг.
– Радиал урсгал: уурын урсгал нь тэнхлэгтэй перпендикуляр; том хэмжээний цахилгаан станцуудад бага түгээмэл байдаг.
Цахилгаан станцын үр ашигт уурын турбины үүрэг
Уурын цахилгаан станцын үр ашигт олон хүчин зүйл нөлөөлдөг боловч турбин нь дулааны энерги ба цахилгаан энергийн хооронд "гүүр" болж ажилладаг тул гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Турбинтай холбоотой үр ашгийг дээшлүүлэх зарим стратегид дараахь зүйлс орно.
– Анхдагч уурын даралт болон температурыг нэмэгдүүлэх: уурын параметрүүд өндөр байх тусам илүү их энерги гаргаж авах боломжтой. Хэт чухал болон хэт чухал станцууд үр ашгийг нэмэгдүүлэхийн тулд маш өндөр уурын нөхцлийг ашигладаг.
– Дахин халаах: HP турбинаас гарч буй уурыг дахин халааж, дараа нь IP/LP турбин руу орж, эцсийн шатанд чийгшлийг бууруулж, ажлын гарцыг нэмэгдүүлдэг.
– Нөхөн сэргээх тэжээлийн ус халаах: тэжээлийн усыг халаахын тулд турбинаас тодорхой хэмжээний уурыг гаргаж авдаг бөгөөд энэ нь зуухны халаалтын ачааллыг бууруулж, нийт үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
– Конденсаторын вакуумыг хадгалах: конденсатор дахь бага даралт нь турбины тэлэлтийн харьцааг нэмэгдүүлж, улмаар турбины ажил нэмэгддэг.
Термодинамик дизайнаас гадна үр ашиг нь ирний цэвэр байдал, роторын тэнцвэр, битүүмжлэлийн байдал, хяналтын системийн нарийвчлалаас хамаардаг.
Үйл ажиллагаа болон засвар үйлчилгээний бэрхшээлүүд
Уурын турбинууд нь өндөр температур, өндөр даралт, өндөр эргэлтийн хурд зэрэг онцгой нөхцөлд ажилладаг. Тиймээс засвар үйлчилгээ нь маш чухал юм. Зарим нийтлэг асуудлуудад дараахь зүйлс орно.
1. Ирний элэгдэл ба зэврэлт
Чийг болон тоосонцрын улмаас голчлон LP хэсэгт үүсдэг. Гэмтлийг багасгахын тулд эцсийн шатны зураг төсөл болон бойлерийн ус/химийн чанарыг хадгалах шаардлагатай.
2. Чичиргээ ба роторын тэнцвэргүй байдал
Чичиргээ нь буруу байрлал, тэнцвэргүй байдал, холхивчийн элэгдэл, эсвэл тогтворгүй уурын урсгалын нөхцөл байдлаас үүдэлтэй байж болно. Чичиргээний хяналт нь турбины эрүүл мэндийн чухал үзүүлэлт юм.
3. Холхивч болон тосолгооны гэмтэл
Тосолгооны систем цэвэр, тогтвортой байх ёстой. Тосны бохирдол нь хурдан элэгдэлд хүргэж, бүдрэх эрсдэлийг нэмэгдүүлдэг.
4. Дулааны ядаргаа
Байнга асаах-зогсоох мөчлөгүүд (жишээлбэл, оргил ачааллын улмаас) нь материалын ядралыг өдөөж болно. Тиймээс температурын хэт өөрчлөлтөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд халаалт болон асаах процедур нь стандартыг дагаж мөрдөх ёстой.
5. Битүүмжлэлийн алдагдал
Битүүмжлэлээс уур гоожих нь үр ашгийг бууруулж, кВт.ц тутамд түлшний зарцуулалтыг нэмэгдүүлдэг.
Нөхцөл байдалд суурилсан засвар үйлчилгээ, орчин үеийн мэдрэгч (чичиргээ, температур, даралт, тосны шинжилгээ) болон тогтмол үзлэгийг хэрэгжүүлснээр турбинуудыг илүү аюулгүй, хэмнэлттэй ажиллуулах боломжтой.
Уурын турбинууд ба эрчим хүчний шилжилт
Эрчим хүчний шилжилтийн нөхцөлд уурын турбинууд хамааралтай хэвээр байна. Биомасс болон геотермаль цахилгаан станцууд уурын турбинуудыг өргөнөөр ашигладаг. Цөмийн цахилгаан станцуудад уурын турбинууд нь гол бүрэлдэхүүн хэсэг болдог, учир нь реактороос гарч буй дулааныг турбиныг эргүүлдэг уур үүсгэхэд ашигладаг. Цаашилбал, хосолсон циклийн цахилгаан станцуудад хийн турбины яндангийн дулааныг Дулаан сэргээх уурын генератор (HRSG)-д уур үүсгэхэд ашигладаг бөгөөд дараа нь уурын турбиныг ажиллуулж, хүч чадал, үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.
Уурын турбинууд нь системийн уян хатан байдлын тухай ойлголтод чухал үүрэг гүйцэтгэж эхэлж байна, жишээлбэл, ачааллыг дагах чадварыг сайжруулах, дулаан хадгалах системтэй нэгтгэх, сэргээгдэх эрчим хүчний нэвтрэлтээс үүдэлтэй ачааллын өөрчлөлтөд хариу үйлдэл үзүүлэх сайжруулсан дижитал хяналт.
Дүгнэлт
Уурын турбин нь өндөр даралттай уурыг механик эргэлт болгон хувиргаж цахилгаан эрчим хүч үүсгэдэг энерги хувиргах машин юм. Бойлер, конденсатор, насос, хяналтын системээр дэмжигдсэн уурын турбин нь зуун гаруй жилийн турш найдвартай байдлаа баталсан Ранкин циклийн цөмийг бүрдүүлдэг. Импульс эсвэл урвал, эсвэл HP-IP-LP хуваагдал гэх мэт турбины төрөл, тохиргоог найдвартай байдлыг хадгалахын зэрэгцээ үр ашгийг дээд зэргээр нэмэгдүүлэх зорилгоор бүтээсэн. Ирний элэгдэл, чичиргээ, дулааны ядаргаа зэрэг бэрхшээлүүд байгаа хэдий ч уурын турбинууд нь эрчим хүчний шилжилтийг дэмждэг цахилгаан станцууд зэрэг олон төрлийн цахилгаан станцуудад чухал технологи хэвээр байна. Материал болон хяналтын зохих засвар үйлчилгээ, шинэчлэл хийснээр уурын турбинууд цахилгаан эрчим хүчний тогтвортой, үр ашигтай хангамжид чухал үүрэг гүйцэтгэсээр байх болно.
