Gaz turbinasi va bug 'turbinasi
Turbinalar rotor mexanizmlari yordamida oqayotgan suyuqlikdagi energiyani mexanik energiyaga aylantirish uchun ishlatiladigan turbo-mashinalar sinfidir. Turbinalar, umuman olganda, suyuqlikning issiqlik yoki kinetik energiyasini ishga aylantiradi. Gaz turbinalari va bug 'turbinalari termal turbo mashinalar bo'lib, bu erda ish ishchi suyuqlikning entalpiyasi o'zgarishidan hosil bo'ladi; ya'ni suyuqlikning bosim ko'rinishidagi potentsial energiyasi mexanik energiyaga aylanadi.
Suyuqlik oqimining yo'nalishiga ko'ra turbinalar eksenel oqim turbinalari va radial oqim turbinalariga bo'linadi. Texnik jihatdan turbina kengaytirgich bo'lib, u kompressorning teskari ishlashi bo'lgan bosimni pasaytirish orqali mexanik ish natijasini beradi. Ushbu maqolada koʻplab muhandislik ilovalarida keng tarqalgan eksenel oqim turbinasi turiga eʼtibor qaratilgan.
Aksial oqim turbinasining asosiy tuzilishi energiyani olish vaqtida suyuqlikning uzluksiz oqishini ta'minlash uchun mo'ljallangan. Termal turbinalarda ishchi suyuqlik, yuqori harorat va bosim ostida milga biriktirilgan aylanadigan diskka o'rnatilgan burchakli pichoqlardan tashkil topgan bir qator rotorlar orqali yo'n altiriladi. Har bir rotor disklari orasiga suyuqlik oqimi uchun nozul va yo'riqnoma vazifasini bajaradigan statsionar pichoqlar o'rnatilgan.
Bugʻ turbinasi haqida batafsil
Mexanik ishlarni bajarish uchun bug'dan foydalanish tushunchasi uzoq vaqt davomida ishlatilgan bo'lsa-da, zamonaviy bug' turbinasi 1884 yilda ingliz muhandisi ser Charlz Parsons tomonidan ishlab chiqilgan.
Bug 'turbinasi ishchi suyuqlik sifatida qozondagi bosimli bug'dan foydalanadi. Turbinaga kiradigan o'ta qizib ketgan bug 'rotorlar pichoqlari bo'ylab harakatlanayotganda bosimini (entalpiyasini) yo'qotadi va rotorlar o'zlari ulangan milni harakatga keltiradi. Bug 'turbinalari quvvatni silliq, doimiy tezlikda etkazib beradi va bug' turbinasining issiqlik samaradorligi pistonli dvigatelga qaraganda yuqori. Bug 'turbinasi yuqori aylanish tezligida optimal ishlaydi.
Toʻgʻrisi, turbina energiya ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan tsiklik operatsiyaning faqat bitta komponenti boʻlib, u Rankine sikli bilan ideal tarzda modellashtirilgan. Qozonxonalar, issiqlik almashtirgichlar, nasoslar va kondensatorlar ham ishning bir qismidir, lekin turbinaning bir qismi emas.
Hozirgi kunlarda bug 'turbinalaridan asosiy foydalanish elektr energiyasi ishlab chiqarish uchun bo'lgan, ammo 20-asr boshlarida bug' turbinalari kemalar va lokomotiv dvigatellari uchun elektr stantsiyasi sifatida ishlatilgan. Istisno sifatida, dizel dvigatellari amaliy bo'lmagan ba'zi dengiz harakat tizimlarida, masalan, samolyot tashuvchilar va suv osti kemalarida, bug 'dvigatellari hali ham qo'llaniladi.
Gaz turbinasi haqida batafsil
Gaz turbinali dvigatel yoki oddiygina gaz turbinasi ichki yonuv dvigateli bo'lib, ish suyuqligi sifatida havo kabi gazlardan foydalanadi. Gaz turbinasi ishlashining termodinamik jihati ideal tarzda Brayton sikli bilan modellashtirilgan.
Gaz turbinali dvigatel, bug 'turbinasidan farqli o'laroq, bir nechta asosiy komponentlardan iborat; bular ichki yonuv dvigatelining turli vazifalarini bajarish uchun aylanuvchi mil bo'ylab yig'ilgan kompressor, yonish kamerasi va turbinadir. Kirish joyidan gaz olish birinchi navbatda eksenel kompressor yordamida siqiladi; oddiy turbinaning to'liq teskarisini bajaradi. Keyin bosim ostidagi gaz diffuzor (diversion nozul) bosqichi orqali yo'n altiriladi, bunda gaz tezligini yo'qotadi, lekin harorat va bosimni yanada oshiradi.
Keyingi bosqichda gaz yonish kamerasiga kiradi, u erda yoqilg'i gaz bilan aralashtiriladi va yonadi. Yonish natijasida gazning harorati va bosimi nihoyatda yuqori darajaga ko'tariladi. Keyin bu gaz turbina qismidan o'tadi va o'tganda milga aylanish harakati hosil qiladi. O'rtacha o'lchamdagi gaz turbinasi milning aylanish tezligini 10 000 rpmgacha, kichikroq turbinalar esa 5 barobar ko'p ishlab chiqarishi mumkin.
Gaz turbinalari torkni (aylanuvchi mil orqali), surish (yuqori tezlikda gaz chiqarish orqali) yoki ikkalasini birgalikda ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin. Birinchi holda, bug 'turbinasida bo'lgani kabi, mil tomonidan etkazilgan mexanik ish faqat yuqori harorat va bosim gazining entalpiyasi (bosimi) ning o'zgarishi hisoblanadi. Mil ishining bir qismi kompressorni ichki mexanizm orqali haydash uchun ishlatiladi. Gaz turbinasining bu shakli asosan elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun va tanklar va hatto avtomobillar kabi transport vositalari uchun elektr stantsiyalari sifatida ishlatiladi. AQShning M1 Abrams tanki elektr stansiyasi sifatida gaz turbinali dvigateldan foydalanadi.
Ikkinchi holatda, tezlikni oshirish uchun yuqori bosimli gaz konverging nozul orqali yo'n altiriladi va chiqindi gaz tomonidan surish hosil bo'ladi. Ushbu turdagi gaz turbinasi ko'pincha harbiy qiruvchi samolyotlarni quvvatlaydigan reaktiv dvigatel yoki turbojetli dvigatel deb ataladi. Turbofan yuqoridagi ilg'or variant bo'lib, turbovintli dvigatellarda ikkala turbovintli dvigatellarda ham qo'llaniladi.
Muayyan vazifalar uchun mo'ljallangan gaz turbinalarining ko'plab variantlari mavjud. Ular boshqa dvigatellardan (asosan, pistonli dvigatellar) yuqori quvvat va og'irlik nisbati, kamroq tebranish, yuqori ish tezligi va ishonchliligi tufayli afzallik beriladi. Chiqindilarni issiqlik deyarli butunlay egzoz sifatida chiqariladi. Elektr energiyasi ishlab chiqarishda bu chiqindi issiqlik energiyasi bug 'turbinasini ishga tushirish uchun suvni qaynatish uchun ishlatiladi. Jarayon estrodiol energiya ishlab chiqarish deb nomlanadi.
Bugʻ turbinasi va gaz turbinasi oʻrtasidagi farq nima?
• Bugʻ turbinasi ishchi suyuqlik sifatida yuqori bosimli bugʻdan, gaz turbinasi esa ish suyuqligi sifatida havo yoki boshqa gazdan foydalanadi.
• Bugʻ turbinasi asosan ish kuchi sifatida momentni yetkazib beruvchi kengaytirgich boʻlsa, gaz turbinasi esa kompressor, yonish kamerasi va turbinaning birlashgan qurilmasi boʻlib, ishni moment yoki tortish kuchi sifatida yetkazib berish uchun siklik operatsiyani bajaradi.
• Bugʻ turbinasi Rankine siklining faqat bir bosqichini bajaruvchi komponent hisoblanadi, gaz turbinali dvigatel esa butun Brayton siklini bajaradi.
• Gaz turbinalari ish kuchi sifatida moment yoki tortishish momentini berishi mumkin, bug 'turbinalari esa deyarli har doim momentni ish chiqishi sifatida beradi.
• Gaz turbinalari yuqori ish harorati tufayli gaz turbinalarining samaradorligi bug 'turbinasiga qaraganda ancha yuqori. (Gaz turbinalari ~1500 0C va bug 'turbinalari ~550 0C)
• Gaz turbinalari uchun zarur boʻlgan joy bugʻ turbinasi ishiga qaraganda ancha kam, chunki bugʻ turbinasi issiqlik qoʻshish uchun tashqaridan ulanishi kerak boʻlgan qozon va issiqlik almashtirgichlarni talab qiladi.
• Gaz turbinalari ko'p qirrali, chunki ko'plab yoqilg'idan foydalanish mumkin va doimiy ravishda oziqlanishi kerak bo'lgan ishchi suyuqlik hamma joyda (havo) mavjud. Boshqa tomondan, bug 'turbinalari ishlashi uchun katta miqdorda suv talab qiladi va muzlash tufayli past haroratlarda muammo tug'diradi.
