Турбины: Как ремонтируют турбины: выясняем на примере реального автомобиля

Содержание

Информация о газовых турбинах | Kawasaki Heavy Industries

Принцип работы газовой турбины

Как и дизельный или бензиновый двигатель, газовая турбина — это двигатель внутреннего сгорания с рабочим циклом впуск-сжатие-сгорание (расширение)-выпуск. Но, существенно отличается основное движение. Рабочий орган газовой турбины вращается, а в поршневом двигателе движется возвратно-поступательно.

Принцип работы газовой турбины показан на рисунке ниже. Сначала, воздух сжимается компрессором, затем сжатый воздух подается в камеру сгорания. Здесь, топливо, непрерывно сгорая, производит газы с высокой температурой и давлением. Из камеры сгорания газ, расширяясь в турбине, давит на лопатки и вращает ротор турбины (вал с крыльчатками в виде дисков, несущих рабочие лопатки), который в свою очередь опять вращает вал компрессора. Оставшаяся энергия снимается через рабочий вал.

Особенности газовых турбин

Типы газовых турбин по конструкции и назначению

Самый основной тип газовой турбины — создающий тягу реактивной струей, он же самый простой по конструкции.
Этот двигатель подходит для самолетов, летающих на высокой скорости, и используется в сверхзвуковых самолетах и реактивных истребителях.

У этого типа есть отдельная турбина за турбореактивным двигателем, которая вращает большой вентилятор впереди. Этот вентилятор увеличивает поток воздуха и тягу.
Этот тип малошумен и экономичен на дозвуковых скоростях, поэтому газовые турбины именно этого типа используются для двигателей пассажирских самолётов.

Эта газовая турбина выдает мощность как крутящий момент, причем у турбины и компрессора общий вал. Часть полезной мощности турбины идет на вращение вала компрессора, а остальная энергия передается на рабочий вал.
Этот тип используют, когда нужна постоянная скорость вращения, например — как привод генератора.

В этом типе вторая турбина размещается после турбины с газогенератором, и вращательное усилие передается на нее реактивной струей. Эту заднюю турбину называют силовой. Поскольку валы силовой турбины и компрессора не связаны механически, скорость вращения рабочего вала свободно регулируется. Подходит как механический привод с широким диапазоном скоростей вращения.

Этот тип широко используется в винтовых самолетах и вертолетах, а также в таких установках, как приводы насоса/компрессора, главные судовые двигатели, приводы генератора и т.п.

Что такое газовая турбина серии GREEN?

Принцип, которому Kawasaki следует в газотурбинном бизнесе, начиная с разработки в 1972 году нашей первой ГТУ, позволил нам предлагать клиентам все более совершенное оборудование, т.е., более энергоэффективное и экологичное. Идеи, заложенные в наших продуктах, получили высокую оценку мирового рынка и позволили нам накопить референции на более, чем 10 000 турбин (на конец марта 2014 года) в составе резервных генераторов и когенерационных систем.
Газовые турбины Kawasaki всегда имели большой успех, и мы, показывая еще большую нашу приверженность этому принципу, дали им новое название «Газовые турбины GREEN».

Проект K: Создание газовой турбины с самым высоким КПД в мире

Внутри К: Подразделение газовых турбин, Акаси / завод Seishin

Контакты

Если вам нужна дополнительная информация о нашем бизнесе, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Контакты

Чем опасны неоригинальные турбокомпрессоры? — журнал За рулем

Аналоги и заменители на рынке автомобильных запчастей всегда были, есть и будут. В одних случаях они являются разумной альтернативой, а в других — необдуманной экономией, особенно когда дело касается ответственных узлов и агрегатов, например турбокомпрессоров.

Материалы по теме

Турбокомпрессор — высокотехнологичный и ответственный узел. К сожалению, большинство сервисменов и рядовых автовладельцев этого по-прежнему не понимают и относятся к нему слишком пренебрежительно. В погоне за экономией люди готовы покупать китайские копии, которые в разы дешевле оригинальной детали. Такая политика еще может быть оправдана при осознанном подборе кузовных элементов или той же оптики, но никак не турбин.

Игроки на рынке заменителей

Как и в случае с другими запчастями, на рынке есть адекватные производители турбин-аналогов. Нельзя грести всех под одну гребенку, но важно понимать, что качественная копия не может стоить в разы меньше оригинала.

крыльчатка турбокомпрессораОбрыв лопатки турбинного колеса. Повреждение напоминает результат попадания постороннего предмета. Но на самом деле виноваты дефекты литья и дешевое сырье.

Обрыв лопатки турбинного колеса. Повреждение напоминает результат попадания постороннего предмета. Но на самом деле виноваты дефекты литья и дешевое сырье.

Сложная и технологичная конструкция турбокомпрессора подразумевает и особую производственную цепочку. Здесь важную роль играет сырье, качество литья и выходной контроль каждой готовой турбины. В отличие от многих других узлов, картридж турбокомпрессора (вал с крыльчатками в составе корпуса подшипников) требует обязательной балансировки, а турбина в сборе — настройки механизма регулировки давления наддува. Чтобы на выходе получить удешевление продукта в разы, приходится экономить чуть ли не на каждом пункте. То есть это будет суррогат, который, возможно, неработоспособен изначально.

ремонт турбокомпрессора Сквозная раковина корпуса подшипников турбины, через которую свободно вытекает масло. Такой дефект всплыл бы при балансировке, но ее, как видно, не проводили.

Сквозная раковина корпуса подшипников турбины, через которую свободно вытекает масло. Такой дефект всплыл бы при балансировке, но ее, как видно, не проводили.

Материалы по теме

Среди производителей, делающих качественные копии, хорошо себя зарекомендовала, например, китайская компания Jrone. У нее есть вся необходимая технологическая база, чтобы делать продукт, максимально повторяющий оригинал. Кроме турбин в сборе она также производит и их комплектующие, которые активно используют на ремонтном рынке. На свои турбокомпрессоры компания дает полноценную годовую гарантию.

Для понимания, такая китайская копия турбины стоит на 20–30% меньше оригинальной. На эти цифры и следует ориентироваться при подборе аналогов любого производителя. Если турбина существенно дешевле, значит при ее производстве сильно экономили со всеми вытекающими.

Лишние телодвижения

Производители некачественных турбин экономят на всем: сырье; качество литья и обработки; балансировка картриджа и настройка механизма регулировки давления наддува. Каждый из этих пунктов находит свое отражение в результатах реальных экспертиз неисправных турбин.

крыльчатка турбокомпрессораОтрыв лопатки компрессорного колеса. Разрушение по корневому сечению, где достигаются наибольшие напряжения при вибрации лопаток. Виновато снова дешевое сырье или брак литья.

Отрыв лопатки компрессорного колеса. Разрушение по корневому сечению, где достигаются наибольшие напряжения при вибрации лопаток. Виновато снова дешевое сырье или брак литья.

Качество сырья играет крайне важную роль. К примеру, корпусные детали горячей части ТК делают из жаропрочного чугуна, легированного никелем, хромом или молибденом. Сплав турбинного колеса должен содержать около 70–80% дорогостоящего никеля. Компрессорные крыльчатки изготавливают из более дешевых алюминиевых сплавов, но и здесь есть поле для экономии. Суррогатное сырье приводит к фатальным разрушениям крыльчаток и дефектам корпусов турбин.

ремонт турбокомпрессораНекорректная механическая обработка диска компрессорного колеса. При балансировке излишки металла сняли не по технологии. Диск крыльчатки стал недопустимо тонким, и это привело к разрушению колеса.

Некорректная механическая обработка диска компрессорного колеса. При балансировке излишки металла сняли не по технологии. Диск крыльчатки стал недопустимо тонким, и это привело к разрушению колеса.

Обязательную балансировку картриджа турбокомпрессора проводят на дорогостоящем оборудовании, которое практически повторяет условия работы узла в составе двигателя. Ротор раскручивают вплоть до номинальных оборотов, а в корпус подшипников подводят горячее моторное масло под давлением. В ходе этой процедуры решают массу задач: правильность сборки картриджа; надежность газодинамических уплотнений вала; обкатка турбины; проверка герметичности соединений. Величина допустимого остаточного дисбаланса играет решающую роль. За пределами этой величины ускоряется износ подшипников и уплотнений, что заметно сокращает ресурс турбины.

ремонт турбокомпрессораПри балансировке картриджа турбокомпрессора любые утечки масла сразу же всплывут.

При балансировке картриджа турбокомпрессора любые утечки масла сразу же всплывут.

Вскрытие показало

Результаты экспертиз отказавших турбин красноречиво свидетельствуют о последствиях экономии при производстве. Наиболее часто встречающиеся дефекты подробно описаны на примерах нескольких реальных осмотров.

Вскрытие неоригинального турбокомпрессора Garrett

ремонт турбокомпрессораНеоригинальный турбокомпрессор Garrett модели GT1749S для дизельного двигателя Hyundai Porter 2,5 литра. Очень распространенная копия на рынке.

Неоригинальный турбокомпрессор Garrett модели GT1749S для дизельного двигателя Hyundai Porter 2,5 литра. Очень распространенная копия на рынке.

Ряд турбин имеют мокрые корпуса подшипников. В них сделана рубашка охлаждения, через которую прокачивается антифриз из системы охлаждения двигателя. Производители оригинальных турбин проверяют ее герметичность методом опрессовки. Дешевые копии такой проверке не подвергаются вовсе.

ремонт турбокомпрессораЭмульсия внутри корпуса подшипников. Антифриз из рубашки охлаждения попадал во внутреннюю полость картриджа и смешивался с маслом.

Эмульсия внутри корпуса подшипников. Антифриз из рубашки охлаждения попадал во внутреннюю полость картриджа и смешивался с маслом.

При первичном демонтаже корпусов копии турбины Garrett в компрессорной части обнаружили масло. Дальнейший разбор выявил смесь масла и антифриза в картридже.

ремонт турбокомпрессораРаковина в рубашке охлаждения — дефект литья.

Раковина в рубашке охлаждения — дефект литья.

Оказалось, что корпус подшипников имеет технологический брак литья — раковину, соединяющую рубашку охлаждения с внутренней полостью картриджа. В результате антифриз попадал и в систему смазки двигателя. Такой турбокомпрессор уже неработоспособен. Ремонт в этом случае влетит в копеечку, придется менять картридж в сборе. Хорошо еще, что турбина проработала недолго, иначе последствия разбавления моторного масла антифризом оказались бы куда более серьезными как для турбокомпрессора, так и для двигателя.

Распространенные дефекты при обработке и производстве деталей

Хватает и примеров экономии, казалось бы, на мелочах — на качестве изготовления и обработке деталей фиксации.

турбонаддувПлохо обработанные стопорные кольца проточили подшипники, словно резцом.

Плохо обработанные стопорные кольца проточили подшипники, словно резцом.

К примеру, экономия на производстве стопорных колец для подшипников турбины резко сокращает ресурс узла в целом. Банальные острые заусенцы по краям проделанных в них отверстий приводят к плачевным итогам: вместо того чтобы фиксировать подшипники, кольца протачивают их.

турбонаддув

Еще один пример стопорного кольца с заусенцами на очередной турбине.

Еще один пример стопорного кольца с заусенцами на очередной турбине.

турбонаддув

Результат непродолжительной проточки подшипников их стопорными кольцами.

Результат непродолжительной проточки подшипников их стопорными кольцами.

Неоригинальный турбокомпрессор Cummins/Holset

Продолжение темы про некачественную обработку деталей. На столе у экспертов — турбина с повышенным люфтом вала и повреждениями крыльчаток.

турбонаддув

С виду — оригинальная турбина Holset. На самом деле — некачественная копия, которую сложно вычислить по внешнему виду.

С виду — оригинальная турбина Holset. На самом деле — некачественная копия, которую сложно вычислить по внешнему виду.

Разбор турбины выявил присутствие частиц металла в масляных каналах, глубокие кольцевые канавки на шейках вала, износ поверхностей опорных подшипников и трещины на одном из них. Вдобавок обнаружено разрушение упорного подшипника и уплотнительных колец картриджа.

турбонаддув

Повышенный люфт вала турбокомпрессора привел к тому, что крыльчатки соприкасались с корпусами улиток.

Повышенный люфт вала турбокомпрессора привел к тому, что крыльчатки соприкасались с корпусами улиток.

турбонаддув

На внешней поверхности подшипника видны риски и вкрапления металлических частиц.

На внешней поверхности подшипника видны риски и вкрапления металлических частиц.

Такой сильный абразивный износ деталей подшипникового узла посторонними частицами металла вызвали всего лишь заусенцы на масляных каналах, которые нерадивый изготовитель поленился убрать.

турбонаддув

Разрушение упорного подшипника из-за повышенной нагрузки.

Разрушение упорного подшипника из-за повышенной нагрузки.

турбонаддув

Источник металлических частиц — заусенцы на фрезерованном пазе, которым заканчивается масляный канал.

Источник металлических частиц — заусенцы на фрезерованном пазе, которым заканчивается масляный канал.

Неоригинальный турбокомпрессор Garrett

турбонаддувНеоригинальный турбокомпрессор Garrett для дизельного мотора 1.6 HDI.

Неоригинальный турбокомпрессор Garrett для дизельного мотора 1.6 HDI.

Очень часто на экспертизу приходят турбины с неправильной настройкой механизма регулировки давления наддува. Теневые изготовители либо делают эту процедуру некорректно, либо вообще ее не производят. Обычно это приводит к появлению ошибок в блоке управления мотором по системе наддува и даже переходу двигателя в аварийный режим.

В случае турбин с регулируемым сопловым аппаратом (РСА) игнорирование его настройки особенно опасно как для самого турбокомпрессора, так и для двигателя.

турбонаддув

В крайнем положении лопатки регулируемого соплового аппарата (РСА) полностью перекрывают проточную часть турбины.

В крайнем положении лопатки регулируемого соплового аппарата (РСА) полностью перекрывают проточную часть турбины.

Вскрыв подобную турбину, эксперты обнаружили неправильную настройку камеры управления РСА. Лопатки системы были полностью сомкнуты, и отработавшие газы вообще не могли проходить дальше. В результате пуск двигателя был попросту невозможен.

Вдобавок на этой турбине обнаружились и другие распространенные проблемы дешевых копий. Между центральным корпусом турбины и улитками не было обязательных уплотнительных колец. Либо их забыли поставить, либо даже не думали этого делать.

Ну и классика жанра — слишком высокий дисбаланс вала турбины. Из-за него идет повышенный износ подшипников, и ресурс турбокомпрессора резко сокращается.

турбонаддув

Во время проверки балансировки центрального корпуса турбины в него подается разогретое моторное масло под давлением.

Во время проверки балансировки центрального корпуса турбины в него подается разогретое моторное масло под давлением.

турбонаддув

Проверка балансировки выявила повышенный остаточный дисбаланс ротора. С такими величинами турбина долго не проживет.

Проверка балансировки выявила повышенный остаточный дисбаланс ротора. С такими величинами турбина долго не проживет.

***

Покупка откровенно дешевых аналогов оригинальных турбин на деле только увеличивает расходы владельца. Очень часто такие заменители неработоспособны изначально. Учитывая стоимость копии, а также ремонт для приведения ее в чувство, на выходе получаем сумму, которой с лихвой бы хватило на покупку и установку оригинального узла. Вместе с ним владелец получает гарантию от производителя с мировым именем и уверенность в качестве и длительном ресурсе продукта.

Благодарим за помощь в подготовке материала компанию «Турбомастер» (www.turbomaster.ru)

Фото: «Турбомастер»

Siemens без турбин. Почему немецкий концерн распрощался с энергетикой | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Производство энергетического оборудования больше не интересует немецкий технологический концерн Siemens. Поэтому он избавляется от подразделения, в котором по всему миру трудятся порядка 90 000 человек. У него годовой оборот почти в 29 млрд евро, но оно, тем не менее, убыточное. Еще весной предприятия по выпуску как турбин для угольных и газовых электростанций, так и ветрогенераторов были переданы дочерней фирме Siemens Energy. После дебюта на Франкфуртской бирже 28 сентября 2020 года новое акционерное общество будет вести самостоятельную жизнь. 

Декарбонизация мировой экономики заставила изменить бизнес-модель

Почему мюнхенский электротехнический гигант с более чем 170-летней историей решил распрощаться с таким традиционным направлением своего бизнеса, как производство турбин, понятно: оно представляется все менее перспективным в условиях ускоряющейся декарбонизации мировой экономики — отказа от использования ископаемых энергоносителей с целью защиты глобального климата.

Техобслуживание и ремонт турбин — важный и очень прибыльный бизнес для Siemens Energy

Так, строительство новых угольных электростанций в Европе практически прекратилось, а в мире — замедляется. Будущее газовых электростанций оценивается весьма неоднозначно. Во всяком случае, немецкий концерн засомневался в нем уже несколько лет назад, о чем DW подробно писала еще в начале 2018 года в статье «Пока «Газпром» строит газопроводы, Siemens сворачивает выпуск турбин». Тем более, что он специализируется на больших газовых турбинах, тогда как тренд в мире идет к децентрализации энергоснабжения, к менее крупным генерирующим мощностям.   

Весьма показательно, что за неделю до выхода на биржу новой компании Siemens Energy ее главный конкурент, американская корпорация General Electric, объявила, что больше не будет участвовать в сооружении угольных электростанций и сосредоточится на выпуске оборудования для возобновляемой энергетики.

Отказ от угля — вопрос решенный

Таким же путем намерена пойти и Siemens Energy. «Вопрос не в том, будем ли мы уходить от угля, а в том, как и когда, — заявил глава компании Кристиан Брух (Christian Bruch) 25 сентября в интервью газете Frankfurter Allgemeine Zeitung (FAZ). — Мы должны задаться вопросом, как долго еще мы намерены поддерживать новые угольные проекты. Прекратим ли мы поставлять технику для строительства новых угольных электростанций, свернем ли мы еще и сервисное обслуживание?». Менеджер заверил, что ответы на эти вопросы будут даны еще до конца нынешнего года.  

Установка ветрогенератора германо-испанского совместного предприятия Siemens Gamesa

Но заниматься столь хлопотным делом материнской компании уже не придется: она сбросила груз и надеется, что это будет способствовать росту курса ее акций. Правда, вместе с производством турбин концерн Siemens отказался и от выпуска ветрогенераторов, конкретно — от доли в 67% в германо-испанском совместном предприятии Siemens Gamesa Renewable Energy (SGRE). Оно имеет 40-летний опыт установки ветряков на суше и вот уже почти три десятилетия сооружает морские ветропарки.

Правда, в данный момент Siemens Gamesa несет убытки. Тем не менее ветер считается самым перспективным возобновляемым источником энергии (ВИЭ). Почему же мюнхенский концерн не оставил себе столь многообещающее направление? Из-за большой конкуренции на этом рынке? Возможно, это та жертва, которую материнской компании пришлось принести, чтобы обеспечить достаточную привлекательность отправляемой на биржу дочерней фирме. Ведь чем выше будет курс акций Siemens Energy, тем выгоднее их можно будет со временем продать.

Штаб-квартира Siemens Energy переедет в Берлин

Пока же мюнхенский концерн на своем разукрупнении напрямую ничего не заработал: он не продал дочернюю фирму — он отдал ее на биржу. В эти выходные всем акционерам Siemens, будь то крупные инвестиционные фонды или мелкие вкладчики, на каждые две акции просто выдали по одной акции Siemens Energy.

В результате с 28 сентября в свободном обращении находятся 55% ценных бумаг новой компании, и их владельцы вольны держать их или продавать. У материнского концерна остаются чуть больше 35%, у пенсионного фонда Siemens еще почти 10%. И тот, и другой собираются со временем реализоваь часть этих активов с тем, чтобы у штаб-квартиры в Мюнхене сохранился блокирующий пакет в 25%.

50-летнему главе Siemens Energy Кристиану Бруху предстоит изменить бизнес-модель компании

А вот штаб-квартира Siemens Energy переедет в Берлин. Это не столько символическое возвращение к истокам, к тому месту, где Вернер Сименс (Werner Siemens) в 1847 году заложил основу будущего концерна, сколько осознание того, что судьба энергетики и, соответственно, энергетического машиностроения в сегодняшней Германии в особой мере зависит от политических решений, а потому надо быть поближе к центрам их принятия.

«Дискуссия последних недель и месяцев показала: мы как предприятие должны активнее и интенсивнее влиять на ход общественной и политической дискуссии об энергетическом переходе», — подчеркнул Кристиан Брух в интервью FAZ. Иными словами, небольшая штаб-квартира Siemens Energy из примерно 150 человек сосредоточится главным образом на контактах с правительством и лоббистской деятельности. Ее задача будет состоять в том, чтобы обеспечить молодой компании правильную стратегию и условия для развития в ситуации убыстряющегося в Германии и во всем Евросоюзе перехода от ископаемых энергоносителей к возобновляемым источникам энергии.

Водород, накопители энергии, оборудование для сжижения газа

Именно декарбонизация идет в биржевом эмиссионном проспекте Siemens Energy первым пунктом в списке основных рисков. Руководство компании предупреждает потенциальных инвесторов, что «мы может оказаться слишком медленными или даже не в состоянии соответствующим образом приспособить нашу бизнес-модель и наш продуктовый портфель».

Чтобы этого не произошло, Кристиан Брух и его команда уже наметили новые ударные направления. В интервью FAZ он сообщил, что «мы каждый год инвестируем примерно один миллиард евро в научные исследования и конструкторские разработки. Выделенные на развитие деньги идут в такие сферы, как стабильность сетей, системы накопления энергии, новые технологии, например, водород, или в решения, позволяющие соединять газовые турбины с возобновляемыми источниками энергии».

В России впредь будут работать как прежний Siemens, так и новая компания Siemens Energy

По данным экономической газеты Handelsblatt, Siemens Energy может стать одним из поставщиков оборудования по сжижению газа для проекта «Арктик СПГ-2», который российская компания «Новатэк» реализует на севере Западной Сибири. Так что традиционное для материнского концерна энергетическое сотрудничество с Россией новая компания в той или иной форме наверняка продолжит.

Если вдруг вновь всплывет история 2017 года с поставкой сименсовских турбин в Крым в обход санкционному режиму, то заниматься этим придется уже штаб-квартире в Берлине. В Мюнхене к тому скандалу теперь не имеют отношения. Традиционный Siemens отныне занимается автоматизацией промышленности («Индустрия 4.0»), инфраструктурой («умные города») и поездами («Сапсан»).

Смотрите также:

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Все началось с телеграфа

    В 1846 году Вернер фон Сименс (Werner von Siemens) изобрел стрелочный телеграф, ставший предшественником факсимильного аппарата. Чтобы наладить серийное производство, вместе с механиком Иоганном Гальске (Johann Halske) он создал фирму Telegraphen-Bauanstalt von Siemens & Halske. В берлинской мастерской десять умельцев выпустили первую партию таких телеграфов.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Из мастерской на фабрику

    В 1850-е годы на фабрике Siemens наладили стандартизированное серийное производство. Здесь сконструировали паровые двигатели и придумали первые генераторы. Открытие электродинамического принципа — одно из главных достижений Сименса: он создал условия, при которых производство электроэнергии в больших объемах стало реальностью.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Уникальное судно

    В 1864 году фирма потерпела серьезные убытки, связанные с неудачной прокладкой телеграфного кабеля через Средиземное море. Спустя десять лет при помощи специального судна «Фарадей», оснащенного кабелеукладочной машиной, удалось связать Ирландию и США. В последующие годы таким же способом было проложено еще шесть трансатлантических линий.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Транспорт будущего

    В 1879 году фирма Siemens & Halske представила первую в мире электрическую железную дорогу, работающую от внешнего источника питания. Уже в 1881 году открылось трамвайное сообщение с длиной пути в два с половиной километра. Электрический трамвай мог развивать скорость до 30 км/ч и следовал от берлинской станции Лихтерфельде.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Социальный предприниматель

    Помимо технических изобретений Вернер фон Сименс был известен и как меценат. Деньги он жертвовал на развитие науки, в частности, на основание Берлинской национальной физико-технической лаборатории. Кроме того он заботился о сотрудниках своей компании: создал пенсионный фонд и библиотеку, сократил рабочий день. В 1890 году Сименс ушел в отставку, а спустя два года скончался от воспаления легких.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Город-фирма

    Компания увеличивалась с каждым годом. В 1897 году фирма Siemens & Halske приобрела незаселенную территорию на северо-западе Берлина. Постепенно здесь концентрировалось произоводство и строилось жилье для работников. В 1914 году эта площадь стала районом города и получила название Сименсштадт (Siemenssstadt).

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Труд подневольных рабочих

    Во время Второй мировой войны Siemens & Halske использовала труд подневольных рабочих, в частности, узников женского концлагеря Равенсбрюк, на территории которого компания возвела завод. Женщины занимались сборкой телефонов и другого оборудования связи. Лишь в конце 1990-х фирма создала специальный фонд для выплаты компенсаций.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Больше заводов и фабрик

    Турбины, средства автоматизации, железные дороги, электростанции, частные коммуникационные системы, медицинская техника, стиральные машины, — чего только не выпускала компания Siemens. К началу 1980-х годов фирма открыла свои производства в 37 странах. В 1990-х годах две трети выручки составили именно зарубежные доходы.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Громкий скандал

    В 2006 году компания оказалась в центре громкого коррупционного скандала. Около 1,3 миллиарда евро оказались в черной кассе, из которой деньги ради выгодных сделок направлялись сомнительным посредникам. Пострадала не только репутация компании — многие топ-менеджеры и члены правления потеряли свою работу. Позже концерн провел радикальную реструктуризацию.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Большой куш

    Самый большой заказ в истории концерна — на более 6 миллиардов евро — Siemens получил от немецкой железнодорожной компании Deutsche Bahn на создание новых поездов ICE. Еще одна крупная сделка была заключена в Египте: там строится самая мощная газовая электростанция в мире.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Siemens сегодня

    Сейчас концерн представлен в 140 странах и насчитывает около 348 тысяч сотрудников по всему миру. Современная индустрия формата 4.0 бросает компании новый вызов: привычная производственная цепочка должна полностью измениться.

  • Взлеты и падения концерна Siemens

    Новая проблема

    В июле 2017 года концерн оказался замешанным в скандале из-за поставки двух турбин Siemens в порт Севастополя. Он обвинил российских партнеров в несоблюдении условий договора. Газотурбинные установки предназначались для проектов в Тамани, а не для аннексированного полуострова. Представители Siemens подали в суд на заказчиков.

    Автор: Хильке Фишер, Ксения Сафронова


Газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ)

Газовые утилизационные бескомпрессорные турбины (ГУБТ), работающие на колошниковом газе доменных печей, предназначены для выработки электроэнергии за счет использования перепада между давлением газа под колошником и давлением в общезаводском коллекторе колошникового газа, по которому газ поступает к потребителям.

«РЭП Холдинг» производит турбины мощностью 12 и 25 МВт (ГУБТ-12, ГУБТ-25). На базе данных конструкций также могут быть изготовлены ГУБТ мощностью 16, 10, 8, 6 МВт.

Особенности ГУБТ производства «РЭП Холдинга»:

  • частота вращения 1500 об/мин, что обеспечивает снижение возможности эрозионного износа облопачивания при работе на запыленном газе;
  • регулирование частоты вращения или давления газа перед турбиной при помощи поворотного направляющего аппарата с гидравлическим приводом;
  • наличие системы промывки проточной части турбины водой оборотного цикла газоочистки доменного цеха;
  • наличие системы отвода конденсата от подводящего и отводящего патрубков турбины с конденсатоотводчиками поплавкового типа.

Технические характеристики ГУБТ

Наименование параметра ГУБТ-12 ГУБТ-25
Объемный расход газа при 0,101 МПа и 0ºС, нм3 /ч 460 000 900 000
Давление газа во входном патрубке, МПа
0,31
0,304
Температура газа во входном патрубке, ºС 55 40
Частота вращения, с-1 (об/мин) 25 (1500) 1500
Суммарная мощность на муфте турбины, МВт 11,8 22,5

Ветряные турбины оказались опасными для здоровья — Газета.Ru

close

100%

Проживающие на юге Франции супруги Кристель и Люк Фокерт пострадали от длительного нахождения вблизи ветряных турбин. Вред от них пара смогла доказать в суде и получить компенсацию. Об этом пишет

The Guardian.

В 2008 году в 700 метрах от дома супругов были установлены ветряные турбины. Однако спустя пять лет пара столкнулась с тем, что у них начались постоянные недомогания, сопровождающиеся головными болями, депрессией, тошнотой, а также проблемами со сном. Через какое-то время они поняли, что их здоровье пострадало из-за соседства с шестью ветряками, чьи лопасти громко шумели, а свет мигал каждые две секунды. Из-за этого супругам пришлось переехать жить в другое место. При этом проблемы со здоровьем после этого у пары пропали, отмечает издание.

Судмедэксперт объяснил их состояние «синдромом турбины», при котором на фоне мерцающего света и сильного шума от ветряков могут возникать или обостряться болезни. Первый иск французов на энергетические компании суд отклонил в 2020 году, после чего они подали апелляцию, где эксперты доказали вредное воздействие ветряных установок. В итоге пострадавшим выплатили €100 тыс., а также изменили скорость работы и освещение на шести турбинах.

Ранее сообщалось, что фирма Energy Vault, разработчик башни с гравитационным накоплением энергии Evx, заключила с компанией DG Fuels сделку на $520 млн на поставку 1,6 ГВт-ч аккумулированной энергии для производства в США возобновляемого водорода и других видов топлива с помощью солнечной энергии.

ТУРБИНА | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

ТУРБИНА, первичный двигатель с вращательным движением рабочего органа для преобразования кинетической энергии потока жидкого или газообразного рабочего тела в механическую энергию на валу. Турбина состоит из ротора с лопатками (облопаченного рабочего колеса) и корпуса с патрубками. Патрубки подводят и отводят поток рабочего тела. Турбины, в зависимости от используемого рабочего тела, бывают гидравлические, паровые и газовые. В зависимости от среднего направления потока через турбину они делятся на осевые, в которых поток параллелен оси турбины, и радиальные, в которых поток направлен от периферии к центру.

ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ

Основные элементы паровой турбины – корпус, сопла и лопатки ротора. Пар от внешнего источника по трубопроводам подводится к турбине. В соплах потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию струи. Вырывающийся из сопел пар направляется на изогнутые (специально спрофилированные) рабочие лопатки, расположенные по периферии ротор. Под действием струи пара появляется тангенциальная (окружная) сила, приводящая ротор во вращение.

Сопла и лопатки.

Пар под давлением поступает к одному или нескольким неподвижным соплам, в которых происходит его расширение и откуда он вытекает с большой скоростью. Из сопел поток выходит под углом к плоскости вращения рабочих лопаток. В некоторых конструкциях сопла образованы рядом неподвижных лопаток (сопловой аппарат). Лопатки рабочего колеса искривлены в направлении потока и расположены радиально. В активной турбине (рис. 1,а) проточный канал рабочего колеса имеет постоянное поперечное сечение, т.е. скорость в относительном движении в рабочем колесе по абсолютной величине не меняется. Давление пара перед рабочим колесом и за ним одинаковое. В реактивной турбине (рис. 1,б) проточные каналы рабочего колеса имеют переменное сечение. Проточные каналы реактивной турбины рассчитаны так, что скорость потока в них увеличивается, а давление соответственно падает.

Турбины обычно проектируют так, чтобы они находились на одном валу с устройством, потребляющим их энергию. Скорость вращения рабочего колеса ограничивается пределом прочности материалов, из которых изготовлены диск и лопатки. Для наиболее полного и эффективного преобразования энергии пара турбины делают многоступенчатыми.

Тепловые циклы.

Цикл Ранкина.

В турбину, работающую по циклу Ранкина (рис. 2,а), пар поступает от внешнего источника пара; дополнительного подогрева пара между ступенями турбины нет, есть только естественные потери тепла.

Цикл с промежуточным подогревом.

В этом цикле (рис. 2,б) пар после первых ступеней направляется в теплообменник для дополнительного подогрева (перегрева). Затем он снова возвращается в турбину, где в последующих ступенях происходит его окончательное расширение. Повышение температуры рабочего тела позволяет повысить экономичность турбины.

Цикл с промежуточным отбором и утилизацией тепла отработанного пара.

Пар на выходе из турбины обладает еще значительной тепловой энергией, которая обычно рассеивается в конденсаторе. Часть энергии может быть отобрана при конденсации отработанного пара. Некоторая часть пара может быть отобрана на промежуточных ступенях турбины (рис. 2,в) и использована для предварительного подогрева, например, питательной воды или для каких-либо технологических процессов.

Конструкции турбин.

В турбине происходит расширение рабочего тела, поэтому для пропуска возросшего объемного расхода последние ступени (низкого давления) должны иметь больший диаметр. Увеличение диаметра ограничивается допустимыми максимальными напряжениями, обусловленными центробежными нагрузками при повышенной температуре. В турбинах с разветвлением потока (рис. 3) пар проходит через разные турбины или разные ступени турбины.

Применение.

Для обеспечения высокого КПД турбина должна вращаться с высокой скоростью, однако число оборотов ограничивается прочностью материалов турбины и оборудованием, которое находится на одном валу с ней. Электрогенераторы на тепловых электростанциях рассчитывают на 1800 или 3600 об/мин и обычно устанавливают на одном валу с турбиной. На одном валу с турбиной могут быть установлены центробежные нагнетатели и насосы, вентиляторы и центрифуги.

Низкоскоростное оборудование соединяется с высокоскоростной турбиной через понижающий редуктор, как, например, в судовых двигателях, где гребной винт должен вращаться с частотой от 60 до 400 об/мин.

ДРУГИЕ ТУРБИНЫ

Гидравлические турбины.

В современных гидротурбинах рабочее колесо вращается в специальном корпусе с улиткой (радиальная турбина) или имеет на входе направляющий аппарат, обеспечивающий нужное направление потока. На валу гидротурбины обычно устанавливается и соответствующее оборудование (электрогенератор на гидроэлектростанции).

Газовые турбины.

В газовой турбине используется энергия газообразных продуктов сгорания из внешнего источника. Газовые турбины по конструкции и принципу работы аналогичны паровым и находят широкое применение в технике.

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА • Большая российская энциклопедия

  • В книжной версии

    Том 6. Москва, 2006, стр. 260-261

  • Скопировать библиографическую ссылку:


Авторы: И. Е. Иванов

Принципиальная схема осевой турбины (а) и часть развёртки на плоскости кольцевого сечения по лопаткам турбины (б): 1 – сопловый аппарат; 2 – рабочее колесо.

ГА́ЗОВАЯ ТУРБИ́НА, аг­ре­гат, в ко­то­ром энер­гия сжа­то­го и на­гре­то­го га­за пре­обра­зу­ет­ся в ра­бо­ту. Пер­вые Г. т. поя­ви­лись в кон­це 19 в. как часть га­зо­тур­бин­но­го дви­га­те­ля. Г. т. мо­жет иметь од­ну или неск. сту­пе­ней. Сту­пень Г. т. со­сто­ит из ста­то­ра, в кор­пу­се ко­то­ро­го ус­та­нов­ле­ны не­под­виж­ные ло­па­точ­ные вен­цы со­пло­во­го ап­па­ра­та или по­во­рот­ные ло­пат­ки ре­гу­ли­руе­мо­го со­пло­во­го ап­па­ра­та (РСА), и ро­то­ра, пред­став­ляю­ще­го со­бой со­во­куп­ность вра­щаю­щих­ся час­тей (ра­бо­чее ко­ле­со с ра­бо­чи­ми ло­пат­ка­ми, вал). Чис­ло сту­пе­ней оп­ре­де­ля­ет­ся на­зна­че­ни­ем тур­би­ны, её кон­ст­рук­тив­ной схе­мой, сра­ба­ты­вае­мым пе­ре­па­дом дав­ле­ний в од­ной сту­пе­ни. По на­прав­ле­нию га­зо­во­го по­то­ка раз­ли­ча­ют Г. т. осе­вые (наи­бо­лее рас­про­стра­не­ны) и радиаль­ные, а так­же диа­го­наль­ные и тан­ген­ци­аль­ные. В осе­вых Г. т. (рис.) газ дви­жет­ся в осн. вдоль оси тур­би­ны, в ра­ди­аль­ных – пер­пен­ди­ку­ляр­но оси. Ра­ди­аль­ные тур­би­ны мо­гут быть цен­тро­стре­ми­тель­ны­ми (не по­лу­чи­ли прак­тич. при­ме­не­ния) и цен­тро­беж­ны­ми. По срав­не­нию с осе­вы­ми цен­тро­беж­ные сту­пе­ни Г. т. име­ют боль­шую сте­пень по­ни­же­ния дав­ле­ния, но мень­ший кпд. В диа­го­наль­ной тур­би­не газ те­чёт под не­ко­то­рым уг­лом к оси вра­ще­ния тур­би­ны. Ра­бо­чее ко­ле­со тан­ген­ци­аль­ной тур­би­ны не име­ет ло­па­ток, газ вы­те­ка­ет из тан­ген­ци­аль­но рас­по­ложен­ных сопл, соз­да­вая кру­тя­щий мо­мент. Та­кие тур­би­ны при­ме­ня­ют­ся при очень ма­лом рас­хо­де га­за.

По спо­со­бу те­п­ло­пе­ре­па­да раз­ли­ча­ют ре­актив­ные и ак­тив­ные тур­би­ны. В ре­ак­тив­ных тур­би­нах сжа­тый и по­дог­ре­тый газ по­сту­па­ет в меж­ло­па­точ­ные ка­на­лы со­пло­во­го ап­па­ра­та, где в про­цес­се рас­ши­ре­ния про­ис­хо­дит пре­об­ра­зо­ва­ние час­ти те­п­ло­пе­ре­па­да в ки­не­тич. энер­гию вы­те­каю­щей струи. Да­лее рас­ши­ре­ние га­за и пре­об­ра­зо­ва­ние те­п­ло­ты в по­лез­ную ра­бо­ту про­ис­хо­дит в меж­ло­па­точ­ных ка­на­лах ра­бо­че­го ко­ле­са. По­ток га­за, дей­ст­вуя на ра­бо­чие ло­пат­ки, соз­да­ёт кру­тя­щий мо­мент на ва­лу тур­би­ны. При этом темп-ра, дав­ле­ние и аб­со­лют­ная ско­рость га­за умень­ша­ют­ся. Ра­бо­чие ло­пат­ки вос­при­ни­ма­ют уси­лия, воз­ни­каю­щие вслед­ст­вие из­ме­не­ния на­прав­ле­ния ско­ро­сти га­за, об­те­каю­ще­го их (ак­тив­ное дей­ст­вие по­то­ка), и в ре­зуль­та­те ус­ко­ре­ния по­то­ка га­за при его от­но­сит. дви­же­нии в меж­ло­па­точ­ных ка­на­лах (ре­ак­тив­ное дей­ст­вие по­то­ка). В ак­тив­ных тур­би­нах в со­пло­вом ап­па­ра­те весь те­п­ло­пе­ре­пад пре­об­ра­зу­ет­ся в ки­не­тич. энер­гию га­за. При­ме­не­ние РСА по­зво­ля­ет при по­во­ро­те ло­па­ток из­ме­нять на­прав­ле­ние га­зо­во­го по­то­ка от­но­си­тель­но ра­бо­чих ло­па­ток с це­лью по­вы­ше­ния кпд тур­би­ны на час­то­тах вра­ще­ния мень­ше рас­чёт­ных и соз­да­вать тор­моз­ной мо­мент. На не­рас­чёт­ных час­то­тах вра­ще­ния обес­пе­чи­ва­ет­ся без­удар­ный вход га­за в меж­ло­па­точ­ные ка­на­лы, а для тор­мо­же­ния по­ток на­прав­ля­ет­ся про­тив на­прав­ле­ния ра­бо­че­го ко­ле­са.

По спо­со­бу под­во­да га­за к тур­би­не раз­ли­ча­ют изо­бар­ные и им­пульс­ные тур­би­ны. Изо­бар­ные Г. т. ра­бо­та­ют при по­сто­ян­ном дав­ле­нии пе­ред со­пло­вым ап­па­ра­том, а им­пульс­ные – с пе­рио­ди­че­ски по­вто­ряю­щим­ся пе­ре­мен­ным дав­ле­ни­ем (газ под­во­дит­ся по час­ти ок­руж­но­сти со­пло­во­го ап­па­ра­та). Мощ­ность Г. т. мо­жет дос­ти­гать неск. со­тен МВт. Эф­фек­тив­ный кпд совр. мно­го­сту­пен­ча­тых тур­бин дос­ти­га­ет 0,92–0,94. Г. т. при­ме­ня­ют­ся в га­зо­тур­бин­ных и тур­бо­ре­ак­тив­ных дви­га­те­лях, в аг­ре­га­тах над­ду­ва порш­не­вых дви­га­те­лей, в ста­цио­нар­ных и пе­ре­движ­ных энер­ге­тич. ус­та­нов­ках, в неф­те- и га­зо­пе­ре­ка­чи­ваю­щих аг­ре­гатах и др. Г. т. име­ют низ­кую стои­мость об­слу­жи­ва­ния, хо­ро­шие эко­ло­гич. ха­рак­те­ри­сти­ки, боль­шой ре­сурс ра­бо­ты (бо­лее 100 тыс. ч). Не­дос­тат­ком Г. т. яв­ля­ет­ся вы­со­кий уро­вень шу­ма, по­этому для их ус­та­нов­ки ис­поль­зу­ют­ся зда­ния ин­ду­ст­ри­аль­но­го ти­па (в т. ч. кон­тей­нер­но­го), ко­то­рые обес­пе­чи­ва­ют так­же вла­го­за­щи­щён­ность обо­ру­до­ва­ния. Даль­ней­шее раз­ви­тие Г. т. за­ви­сит от воз­мож­но­сти по­вы­ше­ния темп-ры га­за пе­ред тур­би­ной, что свя­за­но с соз­да­ни­ем жа­ро­проч­ных ма­те­риа­лов и на­дёж­ных сис­тем ох­ла­ж­де­ния ло­па­ток, со­вер­шен­ст­во­ва­ния про­точ­ной час­ти и др.

Боль­шой вклад в раз­ви­тие Г. т. вне­сли рос. учё­ные Б. С. Стеч­кин, Н. Р. Бри­линг, В. В. Ува­ров, Г. С. Жи­риц­кий, К. В. Хол­ще­ви­ков, И. И. Ки­рил­лов и др.

Turbine — Energy Education

Рис. 1. Турбины могут быть довольно большими, паровая турбина вверху масштабируется вместе с человеком. [1]

Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию некоторой жидкости, такой как вода, пар, воздух или газообразные продукты сгорания, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. [2] Турбины обычно используются в производстве электроэнергии, двигателях и силовых установках. Турбины — это машины (в частности, турбомашины), потому что турбины передают и модифицируют энергию.Простая турбина состоит из ряда лопаток — в настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных используемых материалов — и позволяет жидкости попадать в турбину, толкая лопатки. Эти лопасти вращаются во время протекания жидкости, улавливая часть энергии в виде вращательного движения. Жидкость, протекающая через турбину, теряет кинетическую энергию и покидает турбину с меньшей энергией, чем вначале. [2]

Турбины используются во многих различных областях, и каждый тип турбины имеет немного отличающуюся конструкцию для правильного выполнения своей работы.Турбины используются в ветроэнергетике, гидроэнергетике, в тепловых двигателях и для движения. Турбины чрезвычайно важны из-за того, что почти все электричество производится путем преобразования механической энергии турбины в электрическую энергию через генератор. [2]

Тепловые двигатели

основная статья

В тепловых двигателях используются турбины (а также поршни), поскольку они могут эффективно извлекать энергию из жидкостей.Кроме того, турбины требуют довольно небольшого обслуживания.

Газовые турбины часто используются в тепловых двигателях, поскольку они являются одними из самых гибких типов турбин. Одно из конкретных применений этих газовых турбин — в реактивных двигателях. [2] В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива. Когда эта смесь воспламеняется, она быстро расширяется. Расширяющийся воздух проталкивается в турбину, заставляя ее вращаться. Поскольку они используют сжатый воздух, большие высоты не влияют на эффективность турбин, что делает их идеальными для использования в самолетах. [3] . Схема газовой турбины показана на рисунке 2 ниже.

Рисунок 2. Схема газотурбинного двигателя. [4]

Эти турбины используются не только в самолетах, но и для выработки электроэнергии на электростанциях, работающих на природном газе. Дымовые газы в этом случае возникают в результате сгорания природного газа. [3]

Производство электроэнергии

Гидроэлектроэнергия

основная статья и | 3D модель
Рисунок 3.Схема гидроэлектрической турбины. [5]

На гидроэлектростанциях вода удерживается за плотиной и сбрасывается через напорный водовод. Вода, обладающая кинетической и потенциальной энергией, может падать на турбину, которая вращает вал, соединенный с генератором, таким образом вырабатывая электричество. Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса получения энергии из воды.

Конструкция гидроэлектрических турбин аналогична для различных типов гидроэлектростанций (дополнительную информацию см. В русловых гидроэлектростанциях и водохранилищах).К вращающемуся валу или пластине прикреплен ряд лопастей. Затем вода проходит через турбину над лопастями, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается генератору, в котором вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в разных ситуациях. Каждый тип турбины создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется (примеры различных типов гидроэнергетических турбин включают турбины Фрэнсиса, турбины Каплана и турбины Пелтона).Есть много факторов, которые необходимо изучить, чтобы определить, какую турбину следует использовать. Эти факторы включают гидравлический напор, сброс гидроэлектростанции и стоимость. [6]

На этих объектах обычно используются два типа турбин, выбор которых зависит от характеристик гидроэлектростанции. Это реактивные и импульсные турбины. Для получения дополнительной информации о том, как работают эти турбины, и более подробной информации о других турбинах щелкните здесь.

Рисунок 4. Схема ветряной турбины. [7]

Ветер

основная статья и 3D модель

Ветровые турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными. Эти турбины состоят из трех основных компонентов. Первым из них являются лопасти несущего винта, которые имеют форму крыльев самолета и предназначены для улавливания воздуха, заставляя лопасти вращаться.Второй компонент — гондола, набор шестерен и генератор, преобразующий вращение лопасти в электрическую энергию. Наконец, башня — это большая подставка, на которой установлены лопасти и гондола. [8]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Turbine Philippsburg [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
  2. 2.0 2,1 2,2 2,3 Энергетический словарь под редакцией Катлера Дж. Кливленда и Кристофера Г. Морриса, Elsevier, 2014. ProQuest Ebook Central, https: //ebookcentral-proquest-com.ezproxy.lib. ucalgary.ca/lib/ucalgary-ebooks/detail.action?docID=1821967.
  3. 3,0 3,1 Energy.gov. (2 сентября 2015 г.). Как работают газовые турбины [Online]. Доступно: http://energy.gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
  4. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
  5. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Водяная турбина [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
  6. ↑ BrightHub Engineering. (2 сентября 2015 г.). Что такое гидравлические турбины? [Интернет]. Доступно: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
  7. ↑ Wikimedia Commons. Схема ветряной турбины [Онлайн].Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_diagram.svg
  8. ↑ Энергетический центр Висконсина. (2 сентября 2015 г.). Детали турбины [Онлайн]. Доступно: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html

Turbine — Energy Education

Рис. 1. Турбины могут быть довольно большими, паровая турбина вверху масштабируется вместе с человеком. [1]

Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию некоторой жидкости, такой как вода, пар, воздух или газообразные продукты сгорания, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. [2] Турбины обычно используются в производстве электроэнергии, двигателях и силовых установках. Турбины — это машины (в частности, турбомашины), потому что турбины передают и модифицируют энергию. Простая турбина состоит из ряда лопаток — в настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных используемых материалов — и позволяет жидкости попадать в турбину, толкая лопатки. Эти лопасти вращаются во время протекания жидкости, улавливая часть энергии в виде вращательного движения. Жидкость, протекающая через турбину, теряет кинетическую энергию и покидает турбину с меньшей энергией, чем вначале. [2]

Турбины используются во многих различных областях, и каждый тип турбины имеет немного отличающуюся конструкцию для правильного выполнения своей работы. Турбины используются в ветроэнергетике, гидроэнергетике, в тепловых двигателях и для движения. Турбины чрезвычайно важны из-за того, что почти все электричество производится путем преобразования механической энергии турбины в электрическую энергию через генератор. [2]

Тепловые двигатели

основная статья

В тепловых двигателях используются турбины (а также поршни), поскольку они могут эффективно извлекать энергию из жидкостей.Кроме того, турбины требуют довольно небольшого обслуживания.

Газовые турбины часто используются в тепловых двигателях, поскольку они являются одними из самых гибких типов турбин. Одно из конкретных применений этих газовых турбин — в реактивных двигателях. [2] В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива. Когда эта смесь воспламеняется, она быстро расширяется. Расширяющийся воздух проталкивается в турбину, заставляя ее вращаться. Поскольку они используют сжатый воздух, большие высоты не влияют на эффективность турбин, что делает их идеальными для использования в самолетах. [3] . Схема газовой турбины показана на рисунке 2 ниже.

Рисунок 2. Схема газотурбинного двигателя. [4]

Эти турбины используются не только в самолетах, но и для выработки электроэнергии на электростанциях, работающих на природном газе. Дымовые газы в этом случае возникают в результате сгорания природного газа. [3]

Производство электроэнергии

Гидроэлектроэнергия

основная статья и | 3D модель
Рисунок 3.Схема гидроэлектрической турбины. [5]

На гидроэлектростанциях вода удерживается за плотиной и сбрасывается через напорный водовод. Вода, обладающая кинетической и потенциальной энергией, может падать на турбину, которая вращает вал, соединенный с генератором, таким образом вырабатывая электричество. Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса получения энергии из воды.

Конструкция гидроэлектрических турбин аналогична для различных типов гидроэлектростанций (дополнительную информацию см. В русловых гидроэлектростанциях и водохранилищах).К вращающемуся валу или пластине прикреплен ряд лопастей. Затем вода проходит через турбину над лопастями, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается генератору, в котором вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в разных ситуациях. Каждый тип турбины создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется (примеры различных типов гидроэнергетических турбин включают турбины Фрэнсиса, турбины Каплана и турбины Пелтона).Есть много факторов, которые необходимо изучить, чтобы определить, какую турбину следует использовать. Эти факторы включают гидравлический напор, сброс гидроэлектростанции и стоимость. [6]

На этих объектах обычно используются два типа турбин, выбор которых зависит от характеристик гидроэлектростанции. Это реактивные и импульсные турбины. Для получения дополнительной информации о том, как работают эти турбины, и более подробной информации о других турбинах щелкните здесь.

Рисунок 4. Схема ветряной турбины. [7]

Ветер

основная статья и 3D модель

Ветровые турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными. Эти турбины состоят из трех основных компонентов. Первым из них являются лопасти несущего винта, которые имеют форму крыльев самолета и предназначены для улавливания воздуха, заставляя лопасти вращаться.Второй компонент — гондола, набор шестерен и генератор, преобразующий вращение лопасти в электрическую энергию. Наконец, башня — это большая подставка, на которой установлены лопасти и гондола. [8]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Turbine Philippsburg [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
  2. 2.0 2,1 2,2 2,3 Энергетический словарь под редакцией Катлера Дж. Кливленда и Кристофера Г. Морриса, Elsevier, 2014. ProQuest Ebook Central, https: //ebookcentral-proquest-com.ezproxy.lib. ucalgary.ca/lib/ucalgary-ebooks/detail.action?docID=1821967.
  3. 3,0 3,1 Energy.gov. (2 сентября 2015 г.). Как работают газовые турбины [Online]. Доступно: http://energy.gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
  4. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
  5. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Водяная турбина [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
  6. ↑ BrightHub Engineering. (2 сентября 2015 г.). Что такое гидравлические турбины? [Интернет]. Доступно: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
  7. ↑ Wikimedia Commons. Схема ветряной турбины [Онлайн].Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_diagram.svg
  8. ↑ Энергетический центр Висконсина. (2 сентября 2015 г.). Детали турбины [Онлайн]. Доступно: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html

Turbine — Energy Education

Рис. 1. Турбины могут быть довольно большими, паровая турбина вверху масштабируется вместе с человеком. [1]

Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию некоторой жидкости, такой как вода, пар, воздух или газообразные продукты сгорания, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. [2] Турбины обычно используются в производстве электроэнергии, двигателях и силовых установках. Турбины — это машины (в частности, турбомашины), потому что турбины передают и модифицируют энергию. Простая турбина состоит из ряда лопаток — в настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных используемых материалов — и позволяет жидкости попадать в турбину, толкая лопатки. Эти лопасти вращаются во время протекания жидкости, улавливая часть энергии в виде вращательного движения. Жидкость, протекающая через турбину, теряет кинетическую энергию и покидает турбину с меньшей энергией, чем вначале. [2]

Турбины используются во многих различных областях, и каждый тип турбины имеет немного отличающуюся конструкцию для правильного выполнения своей работы. Турбины используются в ветроэнергетике, гидроэнергетике, в тепловых двигателях и для движения. Турбины чрезвычайно важны из-за того, что почти все электричество производится путем преобразования механической энергии турбины в электрическую энергию через генератор. [2]

Тепловые двигатели

основная статья

В тепловых двигателях используются турбины (а также поршни), поскольку они могут эффективно извлекать энергию из жидкостей.Кроме того, турбины требуют довольно небольшого обслуживания.

Газовые турбины часто используются в тепловых двигателях, поскольку они являются одними из самых гибких типов турбин. Одно из конкретных применений этих газовых турбин — в реактивных двигателях. [2] В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива. Когда эта смесь воспламеняется, она быстро расширяется. Расширяющийся воздух проталкивается в турбину, заставляя ее вращаться. Поскольку они используют сжатый воздух, большие высоты не влияют на эффективность турбин, что делает их идеальными для использования в самолетах. [3] . Схема газовой турбины показана на рисунке 2 ниже.

Рисунок 2. Схема газотурбинного двигателя. [4]

Эти турбины используются не только в самолетах, но и для выработки электроэнергии на электростанциях, работающих на природном газе. Дымовые газы в этом случае возникают в результате сгорания природного газа. [3]

Производство электроэнергии

Гидроэлектроэнергия

основная статья и | 3D модель
Рисунок 3.Схема гидроэлектрической турбины. [5]

На гидроэлектростанциях вода удерживается за плотиной и сбрасывается через напорный водовод. Вода, обладающая кинетической и потенциальной энергией, может падать на турбину, которая вращает вал, соединенный с генератором, таким образом вырабатывая электричество. Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса получения энергии из воды.

Конструкция гидроэлектрических турбин аналогична для различных типов гидроэлектростанций (дополнительную информацию см. В русловых гидроэлектростанциях и водохранилищах).К вращающемуся валу или пластине прикреплен ряд лопастей. Затем вода проходит через турбину над лопастями, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается генератору, в котором вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в разных ситуациях. Каждый тип турбины создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется (примеры различных типов гидроэнергетических турбин включают турбины Фрэнсиса, турбины Каплана и турбины Пелтона).Есть много факторов, которые необходимо изучить, чтобы определить, какую турбину следует использовать. Эти факторы включают гидравлический напор, сброс гидроэлектростанции и стоимость. [6]

На этих объектах обычно используются два типа турбин, выбор которых зависит от характеристик гидроэлектростанции. Это реактивные и импульсные турбины. Для получения дополнительной информации о том, как работают эти турбины, и более подробной информации о других турбинах щелкните здесь.

Рисунок 4. Схема ветряной турбины. [7]

Ветер

основная статья и 3D модель

Ветровые турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными. Эти турбины состоят из трех основных компонентов. Первым из них являются лопасти несущего винта, которые имеют форму крыльев самолета и предназначены для улавливания воздуха, заставляя лопасти вращаться.Второй компонент — гондола, набор шестерен и генератор, преобразующий вращение лопасти в электрическую энергию. Наконец, башня — это большая подставка, на которой установлены лопасти и гондола. [8]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Turbine Philippsburg [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
  2. 2.0 2,1 2,2 2,3 Энергетический словарь под редакцией Катлера Дж. Кливленда и Кристофера Г. Морриса, Elsevier, 2014. ProQuest Ebook Central, https: //ebookcentral-proquest-com.ezproxy.lib. ucalgary.ca/lib/ucalgary-ebooks/detail.action?docID=1821967.
  3. 3,0 3,1 Energy.gov. (2 сентября 2015 г.). Как работают газовые турбины [Online]. Доступно: http://energy.gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
  4. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
  5. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Водяная турбина [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
  6. ↑ BrightHub Engineering. (2 сентября 2015 г.). Что такое гидравлические турбины? [Интернет]. Доступно: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
  7. ↑ Wikimedia Commons. Схема ветряной турбины [Онлайн].Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_diagram.svg
  8. ↑ Энергетический центр Висконсина. (2 сентября 2015 г.). Детали турбины [Онлайн]. Доступно: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html

Turbine — Energy Education

Рис. 1. Турбины могут быть довольно большими, паровая турбина вверху масштабируется вместе с человеком. [1]

Турбина — это устройство, которое использует кинетическую энергию некоторой жидкости, такой как вода, пар, воздух или газообразные продукты сгорания, и превращает ее во вращательное движение самого устройства. [2] Турбины обычно используются в производстве электроэнергии, двигателях и силовых установках. Турбины — это машины (в частности, турбомашины), потому что турбины передают и модифицируют энергию. Простая турбина состоит из ряда лопаток — в настоящее время сталь является одним из наиболее распространенных используемых материалов — и позволяет жидкости попадать в турбину, толкая лопатки. Эти лопасти вращаются во время протекания жидкости, улавливая часть энергии в виде вращательного движения. Жидкость, протекающая через турбину, теряет кинетическую энергию и покидает турбину с меньшей энергией, чем вначале. [2]

Турбины используются во многих различных областях, и каждый тип турбины имеет немного отличающуюся конструкцию для правильного выполнения своей работы. Турбины используются в ветроэнергетике, гидроэнергетике, в тепловых двигателях и для движения. Турбины чрезвычайно важны из-за того, что почти все электричество производится путем преобразования механической энергии турбины в электрическую энергию через генератор. [2]

Тепловые двигатели

основная статья

В тепловых двигателях используются турбины (а также поршни), поскольку они могут эффективно извлекать энергию из жидкостей.Кроме того, турбины требуют довольно небольшого обслуживания.

Газовые турбины часто используются в тепловых двигателях, поскольку они являются одними из самых гибких типов турбин. Одно из конкретных применений этих газовых турбин — в реактивных двигателях. [2] В этих газовых турбинах сжатый воздух нагревается и смешивается с некоторым количеством топлива. Когда эта смесь воспламеняется, она быстро расширяется. Расширяющийся воздух проталкивается в турбину, заставляя ее вращаться. Поскольку они используют сжатый воздух, большие высоты не влияют на эффективность турбин, что делает их идеальными для использования в самолетах. [3] . Схема газовой турбины показана на рисунке 2 ниже.

Рисунок 2. Схема газотурбинного двигателя. [4]

Эти турбины используются не только в самолетах, но и для выработки электроэнергии на электростанциях, работающих на природном газе. Дымовые газы в этом случае возникают в результате сгорания природного газа. [3]

Производство электроэнергии

Гидроэлектроэнергия

основная статья и | 3D модель
Рисунок 3.Схема гидроэлектрической турбины. [5]

На гидроэлектростанциях вода удерживается за плотиной и сбрасывается через напорный водовод. Вода, обладающая кинетической и потенциальной энергией, может падать на турбину, которая вращает вал, соединенный с генератором, таким образом вырабатывая электричество. Эти турбины необходимы в области гидроэнергетики — процесса получения энергии из воды.

Конструкция гидроэлектрических турбин аналогична для различных типов гидроэлектростанций (дополнительную информацию см. В русловых гидроэлектростанциях и водохранилищах).К вращающемуся валу или пластине прикреплен ряд лопастей. Затем вода проходит через турбину над лопастями, заставляя внутренний вал вращаться. Затем это вращательное движение передается генератору, в котором вырабатывается электричество. Существует множество различных типов турбин, которые лучше всего использовать в разных ситуациях. Каждый тип турбины создан для обеспечения максимальной мощности в той ситуации, в которой он используется (примеры различных типов гидроэнергетических турбин включают турбины Фрэнсиса, турбины Каплана и турбины Пелтона).Есть много факторов, которые необходимо изучить, чтобы определить, какую турбину следует использовать. Эти факторы включают гидравлический напор, сброс гидроэлектростанции и стоимость. [6]

На этих объектах обычно используются два типа турбин, выбор которых зависит от характеристик гидроэлектростанции. Это реактивные и импульсные турбины. Для получения дополнительной информации о том, как работают эти турбины, и более подробной информации о других турбинах щелкните здесь.

Рисунок 4. Схема ветряной турбины. [7]

Ветер

основная статья и 3D модель

Ветровые турбины работают путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию, которая используется для выработки электроэнергии путем вращения генератора. Эти турбины могут быть наземными или морскими ветряными. Эти турбины состоят из трех основных компонентов. Первым из них являются лопасти несущего винта, которые имеют форму крыльев самолета и предназначены для улавливания воздуха, заставляя лопасти вращаться.Второй компонент — гондола, набор шестерен и генератор, преобразующий вращение лопасти в электрическую энергию. Наконец, башня — это большая подставка, на которой установлены лопасти и гондола. [8]

Для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Turbine Philippsburg [Онлайн]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/Turbine_Philippsburg-1.jpg
  2. 2.0 2,1 2,2 2,3 Энергетический словарь под редакцией Катлера Дж. Кливленда и Кристофера Г. Морриса, Elsevier, 2014. ProQuest Ebook Central, https: //ebookcentral-proquest-com.ezproxy.lib. ucalgary.ca/lib/ucalgary-ebooks/detail.action?docID=1821967.
  3. 3,0 3,1 Energy.gov. (2 сентября 2015 г.). Как работают газовые турбины [Online]. Доступно: http://energy.gov/fe/how-gas-turbine-power-plants-work
  4. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Jet_engine.svg
  5. ↑ Wikimedia Commons. (2 сентября 2015 г.). Водяная турбина [Онлайн]. Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Water_turbine.svg.
  6. ↑ BrightHub Engineering. (2 сентября 2015 г.). Что такое гидравлические турбины? [Интернет]. Доступно: http://www.brighthubengineering.com/fluid-mechanics-hydraulics/26551-hydraulic-turbines-definition-and-basics/
  7. ↑ Wikimedia Commons. Схема ветряной турбины [Онлайн].Доступно: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wind_turbine_diagram.svg
  8. ↑ Энергетический центр Висконсина. (2 сентября 2015 г.). Детали турбины [Онлайн]. Доступно: http://www.ecw.org/windpower/web/cat2a.html

турбина | Британника

турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию. Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему неподвижных каналов или лопастей, которые чередуются с каналами, состоящими из лопастей, похожих на ребра, прикрепленных к ротору.Путем организации потока на лопасти ротора действует тангенциальная сила или крутящий момент, ротор вращается, и работа извлекается.

Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер. Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслужить отдельное описание.

Гидравлическая турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы в высоте между верхним водным резервуаром и уровнем воды на выходе из турбины (отводом), чтобы преобразовать этот так называемый напор в работу.Водяные турбины — современные преемники простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрогенераторами. Турбины приводятся в действие паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в генераторе, работающем на атомной энергии. Энергия, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии в турбине.Энтальпия отражает формы тепловой и механической энергии в процессе потока и определяется суммой внутренней тепловой энергии и произведением давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с увеличением температуры и давления парогенератора и с уменьшением давления на выходе из турбины.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из текучей среды, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры в турбине.В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включает, по крайней мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они монтируются как единое целое и работают как законченный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу. Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать устройство в целом, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбиной.По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье двигатель внутреннего сгорания.

Энергия ветра может быть извлечена ветряной турбиной для производства электроэнергии или для откачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важным источником энергии с позднего средневековья до XIX века.

Fred Landis

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реактивные турбины, обычно используемые для напора ниже примерно 450 метров и среднего или высокого расхода.Эти два класса включают в себя основные типы, обычно используемые, а именно, импульсные турбины Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсиса, пропеллера, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть оборудованы как горизонтальными, так и, чаще, вертикальными валами. Для каждого типа возможны широкие вариации конструкции для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидротурбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Импульсные турбины

В импульсных турбинах потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы.Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые лопатки, закрепленные на периферии бегунка, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.

Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная водная струя попадает в лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется, оставляя желоб с обеих сторон. Колеса Пелтона подходят для высоких напоров, обычно выше 450 метров при относительно низком расходе воды.Для максимальной эффективности скорость конца рабочего колеса должна составлять примерно половину скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.

Мощность одного колеса можно увеличить, используя более одной форсунки. Для горизонтальных валов характерны двухструйные устройства. Иногда на одном валу устанавливаются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.

Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потребностями. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждое сопло регулируется расположенным в центре наконечником или иглой аккуратной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Правильная конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из сопла, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянную эффективность в большей части рабочего диапазона.Нецелесообразно внезапно уменьшать поток воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидроудару) в подающем трубопроводе или напорном затворе. Таких скачков можно избежать, добавив временное сопло для разлива, которое открывается при закрытии основного сопла, или, что более часто, частично вставляя отражающую пластину между струей и колесом, отклоняя и рассеивая часть энергии при медленном закрытии иглы.

Другой тип импульсной турбины — турбина турго.Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает двигаться по единственному пути, выходя на другую сторону бегунка. Этот тип турбины использовался в установках среднего размера с умеренно высоким напором.

Реакционные турбины

В реакционной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочих колес реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и расходов, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный впускной кожух, который включает регулирующие заслонки для регулирования потока воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Впоследствии энергия воды отбирается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерные.В турбинах Каплана с фиксированными лопастями и турбинами с регулируемыми лопастями (названными в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана) через машину, по существу, существует осевой поток. В турбинах типа Фрэнсиса и Дериаза (после родившегося в Британии американского изобретателя Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Поля Дериаза, соответственно) используется «смешанный поток», когда вода поступает радиально внутрь и выпускается в осевом направлении. Рабочие лопасти на турбинах Фрэнсиса и пропеллера состоят из неподвижных лопастей, в то время как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к ​​главному валу.

Приливные турбины могут генерировать 11% электроэнергии Великобритании — новое исследование

Ожидается, что к 2050 году годовой спрос на электроэнергию в Великобритании увеличится более чем вдвое. Чтобы достичь этой грандиозной цели, не полагаясь на ископаемое топливо, правительство делает большую ставку на энергию ветра — одну из самых дешевых доступных форм возобновляемой энергии.

Но в августе и сентябре 2021 года из-за безветренной погоды выработка энергии ветра упала на 60% по сравнению со средним сезонным показателем. Плановые и незапланированные отключения ядерной энергетики плюс высокий спрос на природный газ усугубили проблему, в результате чего сетевые операторы перезапустили угольные электростанции, а энергетические компании подняли цены.

В качестве принимающей стороны COP26 в Глазго — 26-го саммита ООН по изменению климата — Великобритания рассматривала переговоры как шанс показать, что «наука и инновации могут обеспечить климатические решения». Установленные источники энергии, такие как морской ветер, будут играть большую роль в декарбонизации экономики и замедлении изменения климата. Но как сеть с полным нулевым показателем может гарантировать электричество, если в будущем ветер снова утихнет?

Есть еще один способ производства чистой энергии, который Великобритания до сих пор не использовала: энергия приливных потоков.

Обуздать приливы

В Великобритании два прилива и два отлива каждый день. Это движение воды создается гравитационной силой Луны и Солнца и вращением Земли. В таких местах, как Пентленд-Ферт на севере Шотландии, острова образуют воронки и ускоряют эти приливные потоки. Турбины приливных потоков предназначены для работы в этих турбулентных водах для выработки электроэнергии.

Пролив Пентленд-Ферт отделяет Оркнейские острова от Кейтнесса на севере Шотландии.Роджер Маклассус, CC BY-SA

Турбины с приливным потоком работают аналогично ветряным турбинам — они даже выглядят одинаково. Ветровые турбины используют ветер, обдувающий их лопасти, для создания подъемной силы, как крыло самолета. Один конец лопатки турбины соединен со ступицей ротора, поэтому подъемная сила на лопатках заставляет их вращаться. Это включает генератор, вырабатывающий электричество.

Турбины приливных потоков делают то же самое под водой, используя приливные потоки вместо ветра.Большинство турбин приливных потоков, которые были установлены до сих пор, находятся на морском дне, но некоторые конструкции соединяют турбины с плавучей конструкцией, что упрощает их обслуживание инженерами.

Приливы и отливы приходят и уходят, как часы. Это означает, что, в отличие от большинства возобновляемых источников энергии, можно предсказать, сколько энергии турбины с приливным потоком будут вырабатывать завтра, на следующей неделе, в следующем году, даже через десять лет. Это упрощает согласование предложения со спросом и планирование отключений других источников.

В новом обзоре мы с моими коллегами показали, что Великобритания и Британские Нормандские острова могут ежегодно генерировать 11% своей общей потребности в электроэнергии с помощью турбин с приливными потоками. Это потребует установки энергии мощностью 11,5 гигаватт в самых сильных приливных потоках — примерно столько же, сколько установленная мощность морского ветра в Великобритании на сегодняшний день. Оффшорной ветроэнергетической отрасли Великобритании потребовалось 20 лет, чтобы достичь этого уровня. Если энергия приливных потоков будет способствовать удовлетворению будущих потребностей страны в электроэнергии, в ближайшее время необходимо будет наращивать турбинные установки.

Приливная турбина мощностью 1,5 мегаватта перед установкой в ​​Шотландии. Арильд Лиллебое / Shutterstock

Итак, что нужно, чтобы раскрыть его потенциал?

Вывод на плаву приливной энергии

Одна из причин, по которой проекты по производству приливных источников энергии настолько редки, заключается в том, что строительство может начаться только при наличии веских доказательств того, что турбины не нанесут значительного вреда окружающей среде. Риск столкновения морских животных с лопастями турбины, например, трудно измерить количественно, потому что для отслеживания их поведения вокруг турбин требуется много работы, которую сложно выполнить под водой.

Недавнее исследование описало морских млекопитающих около турбины приливного течения в Пентленд-Ферт в течение 451 дня. В 344 случаях, когда морские свиньи подплывали близко к турбине, ни один из них не проходил через ротор во время его вращения. Большую часть времени морские свиньи пренебрегали турбиной.

Некоторые ученые опасаются, что большое количество подводных турбин может предотвратить смешивание воды между дном и поверхностью океана, что важно для круговорота питательных веществ в морских экосистемах.Но исследования показали, что эти потенциальные эффекты, вероятно, будут на порядок меньше, чем те, которые ожидаются из-за изменения климата.

В основном установка приливного течения стоит очень дорого. Ветровая и солнечная энергия тоже были когда-то, но эти затраты упали по мере того, как правительства вкладывали в них средства. Инвестиции окупаются для установки новых проектов, а последующий процесс обучения сокращает расходы в будущем. Финансирование правительства Великобритании обеспечило надежный поток доходов для проектов оффшорной ветроэнергетики более 10 гигаватт, но финансирование приливных потоков составляет менее 1% от этой суммы.Даже при такой скромной поддержке первые 8 мегаватт энергии приливных потоков, установленные в Великобритании, сократили стоимость производства энергии таким образом на 25%.

Три проекта приливных потоков общей мощностью 124 мегаватта имеют право участвовать в торгах на получение финансовой поддержки в следующем раунде аукционов, запланированном на декабрь 2021 года. По нашим оценкам, их установка снизит стоимость приливных потоков примерно на 40%, что сделает их конкурентоспособными с газовыми турбинами комбинированного цикла. и биомасса. Это будет составлять только 1% от установленной в Великобритании мощности оффшорной ветроэнергетики и всего 1% от приливной мощности 11.Потенциал 5 гигаватт. Ясно, что можно ожидать дальнейшего снижения затрат.

Правила государственного финансирования требуют, чтобы проекты, связанные с приливными потоками, подавали заявки на поддержку проектов, использующих более дешевые технологии, которые имеют меньший потенциал для снижения затрат в будущем. Плавучие оффшорные ветряные электростанции столкнулись бы с аналогичной дилеммой, но им было гарантировано отдельное финансирование со стороны правительства, что дало бы им выход на рынок и снижение затрат.

На COP26 правительство Великобритании должно высказать свои прекрасные слова о науке и инновациях и предоставить финансирование, необходимое для раскрытия потенциала энергии приливных потоков.


Эта история является частью освещения The Conversation COP26, климатической конференции в Глазго, экспертами со всего мира.
На фоне растущего потока новостей и историй о климате The Conversation здесь, чтобы очистить атмосферу и убедиться, что вы получаете информацию, которой можно доверять. Подробнее.


Реальные ветряки «Лего» скоро появятся на ветряной электростанции рядом с вами

Гонка продолжается, чтобы предотвратить катастрофическое глобальное потепление, и если все пойдет по плану, датский производитель детских игрушек Lego может похлопать себя по спине за то, что он протянул руку помощи.Дания также является базой для ведущего производителя ветряных турбин Vestas, который берет страницу из книги Lego о модульности, чтобы ускорить темпы производства ветряных турбин и снизить затраты.

Модульность — ключ к дешевым ветряным турбинам

Компания

Vestas сообщила о своей новой системе защелкивания в стиле Lego для ветряных турбин ранее на этой неделе в сообщении в блоге компании от 17 ноября.

«Постоянный масштаб и развитие технологий играют все более важную роль в обеспечении сбалансированного и стабильного энергоснабжения сообществ по всему миру», — написал технический директор Vestas Андерс Нильсен.

«Для достижения этой цели нам необходимо найти способ увеличения масштаба как по всей цепочке создания стоимости турбин, так и по всей глобальной энергетической системе», — добавил он.

По мнению Nielsen, глобальная цепочка поставок и транспортная сеть ветроэнергетики достигли критической точки. Они неплохо работали, когда ветряные турбины были относительно небольшими. Однако транспортировка более крупных и длинных лопаток турбины вскоре стала проблемой, отчасти из-за сложности маневрирования вокруг мостов, туннелей, крутых поворотов, узких дорог и другой устаревшей инфраструктуры.

То же самое и с другими деталями турбины. Необходимо увеличить высоту турбинных башен, чтобы можно было разместить более длинные лопатки. Последняя серия более крупных и мощных ветряных турбин также требует увеличенного оборудования для соединения лопастей наверху и выработки электроэнергии.

Пусть начинается модульность

Есть специальное слово для обозначения пространства наверху турбины ветряной башни, в котором находятся электрические системы. Это называется гондола, и это место, где Vestas рассчитывает получить максимальную отдачу от своей модульности.

Идея состоит в том, чтобы перестать бороться с встречными ветрами существующих производственных и транспортных систем, а вместо этого работать с миром таким, какой он есть.

«Мы стремимся использовать преимущества промышленных стандартов, а не оспаривать их, принимая во внимание всю производственно-сбытовую цепочку в усилиях по обеспечению постоянной конкурентоспособности и масштаба возобновляемых источников энергии», — поясняет Нильсен.

Если все пойдет по плану, модульная конструкция — беспроигрышный вариант для Vestas. Идея состоит в том, чтобы разделить гондолу на блоки, предназначенные для использования в транспортных контейнерах и других устаревших системах в мировой экономике.Vestas ожидает, что модульный подход приведет к снижению затрат на техническое обслуживание и позволит проводить модернизацию ветряных турбин более регулярно, в дополнение к снижению затрат на транспортировку.

Пока нет информации о том, экономит ли Vestas деньги на производстве. Нильсен описывает модульную концепцию компании как «простую систему щелчка» в стиле Lego, которая звучит просто, пока вы не сориентируетесь на всю дополнительную работу, которая требуется для того, чтобы убедиться, что части, которые щелкают, действительно работают так, как задумано.

Однако, даже если изготовление деталей с защелками будет дороже, более низкая стоимость транспортировки может легко компенсировать дополнительные расходы, а иногда и некоторые.

Скрытая стоимость энергии ветра

Мы скоро узнаем. Согласно сообщению в блоге Nielsen, модульная гондола уже работает на новых морских турбинах V236-15,0 МВт.

А пока давайте вернемся к теме транспорта, потому что это действительно вещь. Для длинных лопастей ветряных турбин и других негабаритных грузов могут потребоваться специальные разрешения на шоссе и сопровождение, среди прочих расходов, что приведет к увеличению стоимости установки ветряной электростанции.

Морская ветроэнергетика может воспользоваться производством у портов и транспортировкой на баржах для обработки компонентов больших ветряных турбин последнего поколения, но эта дверь не открыта для развития ветроэнергетики на суше.

Например, здесь, в США, кривизна существующих железных дорог является одной из ключевых особенностей, сдерживающих транспортировку более длинных и эффективных лопаток турбин. В качестве одного из решений Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики недавно смоделировала идею придания дополнительной гибкости лопастям ветряных турбин.Лопатки турбины уже немного изгибаются, и идея состоит в том, чтобы добиться достаточного изгиба, чтобы их можно было транспортировать на четырех железнодорожных вагонах, не разламываясь в середине поворота.

«Это исследование может помочь в массовом развертывании ветровой энергии в различных регионах страны — даже в тех частях страны, где обычно не было такого большого развертывания», — сказал Ник Джонсон из NREL, который является одним из руководителей проекта Big Adaptive Rotor Министерства энергетики. Проект.

Ветряные турбины + транспортные контейнеры = больше энергии ветра

Тем временем Vestas уже делает следующий шаг на пути к модульному развитию своего ветроэнергетического бизнеса.

На прошлой неделе Vestas объявила о новом партнерстве в области контейнерных перевозок с судоходным гигантом Maersk, включая как воздушные, так и морские перевозки.

У Нильсена тоже было что сказать по этому поводу:

«Сотрудничая с Maersk, мы можем еще больше ускорить внедрение ветроэнергетики и защитить прибыльность, работая вместе над разработкой решений, которые могут сделать нашу цепочку поставок более устойчивой. Мы хотим создать устойчивую, устойчивую и предсказуемую цепочку поставок, и, сотрудничая с таким мировым лидером, как Maersk, мы укрепляем нашу цепочку поставок, налаживаем партнерские отношения в области транспорта и создаем возможности для повышения устойчивости.”

Сладкое. Идея состоит в том, чтобы предоставить Vestas надежный поток контейнеров по фиксированной цене, что является двумя действительно большими преимуществами, учитывая влияние продолжающейся нехватки морских контейнеров на глобальную цепочку поставок.

Осторожно, сюда приходят все ветряные турбины

Vestas и Maersk уже ожидают перехода к партнерству с зеленым водородом, что неудивительно, учитывая, что здесь задействованы энергия ветра и вода.

Тем временем Вестас не дает траве расти под ногами.

В прошлом месяце Vestas объявила, что была выбрана в качестве предпочтительного поставщика для долгожданных проектов Empire Offshore Wind 1 и 2 мощностью 2,1 гигаватта в Нью-Йорке с новыми ветряными турбинами V236-15,0 МВт.

Чернила на сделке еще не высохли, так что не затаите дыхание, но Вестас, кажется, вполне уверена, что твердый заказ будет выполнен.

Пока это просачивается, в Массачусетсе формируется еще одна долгожданная оффшорная ветряная электростанция. Штат Бей почти проиграл гонку за ветром в США, когда несколько лет назад предложенная им ветряная электростанция Cape Wind укусила пыль, но новый проект Vineyard Wind может принять эстафету.

Буквально вчера Vineyard объявила, что официально начала прокладку кабеля для нового морского массива мощностью 800 мегаватт, что является первым шагом на пути к строительству того, что станет первой морской ветряной электростанцией коммерческого масштаба в США.

США не спешили с оффшорной ветроэнергетикой, но теперь у них есть преимущество в виде развивающейся цепочки поставок и технологий следующего поколения.

Все, что нужно, — это обученная рабочая сила. Это должно материализоваться с помощью положений об уходе за детьми, семье, образовании и профессиональной подготовке в законопроекте Build Back Better, поддержанном президентом Джо Байденом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.