BLAZE Teadmiste Klassroom: Gaasiturbiin

Põhimmõisted

Gas Turbine Vocabulary (GB/T 15135-2018) kohaselt on kaas turbine pideva voolu pöörlev masin (üksikmasin), mis teisendab termilist energiat mehaanilisse tööks, sealhulgas kaasa jõustatava töötse ainera lämmastamiseks seadme (nt põlekurombi), turbiini, juhtimissüsteemi ja abiseadmete koosnevaks.

Tööstuslikud gaasiturbiinid, mida tavaliselt nimetatakse lihtsalt turbiinideks või turbiinideks, tööstuslikeks gaasi mootoriteks, on põhimõtteliselt sama asi, mis lennundusgaasiturbiinid (mida nimetatakse lennundusmootoriteks), kuid nende rakendusskenaariumid erinevad natuke. Need surutavad ülejäänud gaasi põlekurombi, ning keemilise energi reaktsiooni abil teisendatakse see keemiline energia mehaaniliseks tööks turbiini kaudu (turbiini tähestik).

Energiateisendusseadmega olevalt on kaas涡rbiin lennukimootor, mis teisendab õhusõidu ajal kerosiini mehaaniliseks energiaks pöörakale; maapinnal kasutatav kaas涡rbiin teisendab looduskaasi ja öli generatori jaoks mehaaniliseks energiaks.

Parem turbiinid, sisesõlmuv mootorid ja kaas涡rbiinid arendati esmakordselt sõjaväe laevade jaoks. Pareme turbiinid kasutati enne Esimest Maailmasõda, sisesõlmuv mootorid kasutati Esimesel ja Teisel Maailmasõjas ning sõjaväe laevade jaoks sobivad kaas涡rbiinid arendati Teise Maailmasõja järel. Need muudeti lennukimootoritest ja kasutati peamiselt suurtes pindlaevades.

Kaas涡rbiinidel on mitu omadust:

Esiteks saab teoreetiline energiatõhusus jõududa 88% niini, mis on hetkel kõrgeim tõhusus maailmas. Puhkuseldurid võivad jõududa tõhususega 90% niini, kuid need ei ole veel täielikult komertsialiseeritud; põlevkonnemootorite teoreetiline energiatõhusus on 88%, mis on testitud aastakümnete jooksul.

Teiseks on gaasiturbijnihoidlaste põletustemperatuur suhteliselt kõrge ja ohtlike gaaside heitmetaseme on suhteliselt madal.

Kolmandaks on voolantihitaat suhteliselt suur. Üks konteineri suuruses seade võib toota energia sõjaväelise hävitarbi jaoks; kaks konteinrit piisab peaaegu ühe maakonna kodukasutuse elektritoomiseks. Parandturbiinid on väga suured, näiteks diesel- ja sisepõlemismootorid, mille kapatsus on üle 10 megawatti, on enamasti tuhandeid tonne kaalu ja kümme meetri kõrged seadmed.

Neljaks, gaasiturbiinid ei ole sarnased sisepõlevkonnega mootoritele, mis on tykkudega ja toimivad iga 4 tykkuga. Gaasiturbiinid töötavad pidevalt, ning turbiiin on kiiljoon. See on kõrgeima energiatehlikusega termoomotorseadme liik, mis teisendab keemilist energiat lämmastiku- ja mehaaniliseks energiaks.

1970ndatel sattusid gaasiturbiinid Ameerika naftatööstusesse, mis võttis alguse industriagaasiturbiinidel. Lennukimootorid nõuavad suuremat jõudlust, on keerulisemad ja nende eluiga on vähem; tööstusmootoritel ei pea kaalu vähendama, need on väga tugevad ja nende eluiga peaks olema pikem. 1980ndate ümber, koos loodusgaasi arenguga, sattusid need elektritööstusse.

Teise maailmasõja pärast ei olnud Ameerika Ühendriikide tehniline taseme väga kõrge. Varasem omandus puudutas Itaalia ettevõtteid, mis on Euroopa rotaatorsete seadmete kapital. Tüüpiline Briti ettevõte on Rolls-Royce, mis toodab lendusõrme masinaid. Tavaliselt teevad lendusõrme masinad ka gaasiturbiidid. Saksamaa Siemens omandas üle kogu Euroopas, sealhulgas ka Rolls-Royce'i lendukohandused. Venemaa gaasiturbiidid koostöös Ukraina jaoks. Kavandused on kõik Venemaal, mõned tootmisbaasid aga asuvad Mariupolis, Ukrainas.

Viimasel aastakümnel on ainult Jaapani Mitsubishi arendanud tõesti raskustasemelist kaas turbiini, samal ajal toodab Kawasaki väiksemad, nii et mingi piir on siiski olemas. Väiksed ja keskmised kaas turbiinid on peamiselt GE, eriti sõjaväe kasutamiseks. Põhjalikud hävittajad kasutavad enamasti GE turbiine, mudelit LM-2500. Siemens osts talvel Lincolnis, UK, mõnda oma väikseid kaas turbiine, mille suurusega on vähem kui 15 MW, ning mõnda Finspångis, Rootsis. Parim ettevõte väikeste kaas turbiinide valdkonnas on Ameerika Solar, mis asub lähedal oma klientidele ja hoiab maailmas kõrgeimat turuosa väikeste kaas turbiinide puhul, mille suurus on vähem kui 15 MW.

klassifitseerimine

Rakendades struktuuri vormi ja väljundvõimsust, saab kaasaturbiinid jagada kolmeks kategooriasse: mikro, kehv ja raskene. Neist võivad mikro ja kehv kaasaturbiinid olla modifitseeritud lendesmasinates (mida nimetatakse ka "lennu-kaasa"), nende võimsus on tavaliselt 50MW piires ja neid saab kasutada tööstuslikus elektritootmisel, laevade mootorites, torustamisel olekilooduses, mahturite liiklustes, jagatud energiasüsteemides ja ühise elektri ja soome tootmisel. Raskete kaasaturbiinide võimsus on üle 50MW ning need kasutatakse peamiselt maapinnal paigutatud fikseeritud generatorina, näiteks linnapiirkondade elektrivõrgudes.

Rasked kaasimootorid klassifitseeritakse tavaliselt temperatuuri järgi. Klassid E, F, G ja H vastavad erinevatele põlemiskuumustele. Inseneritingimustel on see ebavajalik ning sobivam on neid klassifitseerida spetsiaalse metallialumi temperatuurivastupidavuse järgi.

Hiinas on põhimoodus väikesed gaasiturbiinid. Väikesed gaasiturbiinid klassifitseeritakse tavaliselt struktuuri järgi: ühe-akseline, kaks-akseline, kolme-akseline, aerial-muudetud, tööstuslik ja harva temperatuuri järgi, sest väikeste gaasiturbiinide temperatuur ei ole nii kõrge kui raskete gaasiturbiinide võrrel. Need, mille jõudlus on alla 30 megawatti, on tegelikult võrdsete aksetega kristallid, st E-klassi. See ei ole absoluutne, ja mõned uuemad on jõudnud F-klassini. E-klassi turbiinid alustati Hiinas esimese proovitootmiga 1995.umbes 50 megawatti vastavalt F-klassile, mis on orienteeritud kristall. Hiina alustas seda klassi proovitootmist 2005. aastal, ja meil on nüüd kõik need materjalid. Kõige edasiarenevad gaasiturbiinid on jõudnud H-klassini, ja meil on nüüd teised põlvkonnad ühekristalleid.

Üldiselt nimetatakse 1 MW-st madalamaid mikrogaasiturbiinideks. Tõsi on, et välismaal kasutavad mikrogaasiturbiinid mitte nii hea legoomid pärast madalist temperatuuri. Nad kasutavad mõnda erilist teravd, harva aga võrdsete kristallideid. Umbes 15 MW-ga nimetatakse neid väikseteks gaasiturbiinideks, mis peamiselt kasutavad võrdsete kristalliteid. Välismaal on ka mõned spetsiaalsed ettevõtted, kes kasutavad erilisi teravdeid, kuid nende kastrate on eriti head, seega on need paremini tehtud. Väiksemad ja keskmised 30~50 MW kasutavad tavaliselt rohkem orienteeritud kristalle, st F-klasiga. Suuremad kasutavad esimese ja teise põlvkonna ühekristalle, mis on meie kodumaade märgid.

Väiksemad ja keskmised kaas turbiinid kasutatakse peamiselt jagatud energiasüsteemides ja kombineeritud soojus- ja elektritootmisel. Alam-30 MW ja alam-15 MW turbiinid kasutatakse peamiselt Ssuchuanis, samas kui alam-7 MW turbiinid on levinumad Chongqingis. See seotud nende tehnoloogiapargide suurusega. Ümber 30 MW turbiinid kasutatakse peamiselt Jiangsues, samas kui 50 MW kuni 100 MW turbiinid on levinumad Guangdongi tehnoloogiaparkides, tavaliselt jagatud energiatootmiseks või kombineeritud soojus- ja elektritootmiseks. Üle 100 MW turbiinid kasutatakse põhiliselt suurte võrgude tippkoormuse regulatsiooniks või põhivirtustajana. Oli- ja gaasitööstuses kasutatakse peamiselt väikseid turbiine. Üleminekuvoo ülesande korral kasutatakse enamasti 7 MW ja 15 MW turbiine, samas kui keskmise voolu transpordil on peamiselt 15 MW ja 30 MW turbiine.

Gaasiturbineid alla 30 MW kohta käsitlev disainisüsteem on suhteliselt tugev, ja protsessimaterjalide süsteem on ka suhteliselt tugev. OBT tootefaili saab jõudlusega 85%. Tööstusgaasiturbineid tuleb siiski keskenduda majanduslikule jõudlusele, tehnilisele ja majanduslikule hindamisele või kulujõudlusele, peamine hinnangunäitaja on jõudlus.

Keskmise ja suurema suurusega gaasiturbijnide puhul on meil (kodanikul) disainiprogrammi, disaininormide ja mõne materjali ja protsessi andmebaaside osas vähe kogemust oma disainisüsteemis, seega pole see disainisüsteem veel täiesti arenenud ega ole tootlikkus kõrge. F-tase või orienteeritud kristall on jagunepunkt. Orienteeritud kristalli all olevatel juhtudel oleme piisavalt kindlad rahvusvahelises konkurentsisisest osalemiseks. Orienteeritud kristalli kohal ja sellest kõrgemal on tööstuslikul tasemel meil endiselt mingi erinevus. See valdkond on üleandnud riiklikule meeskonnale. Mõned kesksed ettevõtted teevad põhiajaloolist uurimist ja arendust ning põhi-materjalide ja põhiprotsesside uurimisse investeeritakse suuri summasid.

Tööstusketas

Mu riigi gaasiturbini tööstuse ülemoosas kuuluvad kõrgtemperatuursete ligendite, titaanligendite, liitmaterjalide, alumiiniligendite ja tavaelametega tootjate hulka ettevõtted nagu Gangyan Gaona, Fushun Special Steel ja Baoti Group jne. Keskjuures, osade ja komponendid linkides töötatakse materjalid kasti või muud protsessid, et teha turbiinilappudeid, telgeid ja muud osi. Lappude ja muude osade moodustamiseks kasutatakse kasti protsessi. Peamised kodumaelsed kastimis- ja vormimisettevõtted on Yingliu Co., Ltd., Wanze Co., Ltd., Tunan Co., Ltd. jne. Siis monteerivad alljasemad täismootorite tootjad erineid osi täismootoritesse. Peamised tootjad on AECC, Shanghai Electric, Helan Turbine, Harbin Electric jne.

Ülemiste tehalad, eriti selliste toodete nagu kõrgtemperatuursete ligavate, kõrgtemperatuursete titaanligavate, lämmastikavarjatud kaetuste ja edasijõuliste keramikakomposiitmaterjalide puhul, mängivad olulist rolli riigi kaitsealase tööstuse ja kõrgetasemelise varustuse tootmise edendamisel. Kodaniku gaasiturbiidid kasutatakse peamiselt elektritootmiseks, väikese osa juhitakse veekindlaks tegemiseks, õhusisestamiseks, oil and gas väljakutseks ning laevade ja relvade võimsuseks. Fookus on jaotatud elektritoostusele, ühistrükile ja elektrile, looduskaasarja transpordile, laevaajutistele ja masinipuhastele. Aspektidel on oma riigi gaasiturbid suuri potentsiaalsete turu võimaluste jaotatud energiatoetusel, paindlikul jaoks, tööstuslikul elektritootmisel jne, samuti toetavad poliitilised meetmed tööstuse kiiret arengut. Praegused suured projektid nagu "Läänesse kaas", "Lääne-stroom-id", "Lõuna-põhja vesi" ning meie riigi laevandusettevõtete kiire areng on viinud sellele riigile kasutatavate turbinate nõudmise kiire tõusu.

Tööstuspoliitika

Kolmeteistkümne viieaastese plaani modernne energia süsteem loetleb kaasputukid kaasa arvatud keskpunkti tehnoloogias, püüdes seda omalt poolt seada peaaegu samale tasandile, nagu tuumaeenergia, uued elektrijaamad, energiatootmine ja hõbedaenergia.

Riiklik Elektrituua Investeerimisühing on teinud kaks eriprojekti, millest üks on suurte gaasputukite peaprojekt, sealhulgas kahegaasiline segamine gaasputukites. Tugev liivaga on see juba ehitatud Sisesoomas, kuid see pole veel töös pannud. Jingmeni Elektrijaam on seganud 15%. Harbin Elekter ja Kwangdungi Elekter Grupp, mis on sama asi nagu Kwangdungi Energia Grupp, on teinud Daya Bay'is hõbedaega projekti, ja Hangzhou Puhkurputukid ning Siemens on teinud Zhoushanis hõbedaega projekti.

Gaasiturbiinid kasutatakse laialdaselt Lääne-Ida Gaasitorus ja mererindades olerahvaplatvormidel. Kuna CNOOC on sõjaväega seotud ettevõte, on see ka Amerikast sanktsioonide all olnud ja silmitsi seisnud pakkumisväljavaate riskiga. Venemaa poolt ostetud Siemensi gaasiturbiinid detseeriti reperdil saatmisel Kanadasse, mis mõjutas energiakaitset. Lokaliseerimine peab toimuma võimalikult kiiresti.

Turu ruum

2022. aastal toodeti meie riigis gaasiturbiine kokku 4,0563 miljoni kilowatti suuruseks, nõudlus aga oli umbes 6,7986 miljoni kilowatti.

Statistika kohaselt jõudis meie riigi gaasiturbiinide turu suurus 2022. aastal 61,669 miljardi yuanini, sealhulgas olid mikrogaasiturbiinide turu suurus 893 miljonit yuanit, kehvagaasiturbiinide turu suurus 56,569 miljardit yuanit ja raskete gaasiturbiinide turu suurus 4,207 miljardit yuanit.

Mu riikil on nüüd võime sõltumatult toota kergegaasiturbiine (võimsus alla 50MW), ja madalamate kvaliteediga turbiinid võivad isegi eksporteerida, kuid raskemate gaasiturbiinide (võimsus üle 50MW) puhul sõltume endiselt peaaegu täielikult importist, samal ajal kui tuumtehnoloogia on peaaegu täielikult monopoolne rahvusvaheliste tootjate poolt, nagu GE Ameerikas, Mitsubishi Jaapanis ja Siemens Saksamaal. On olemas oht "katkestamisest" kodumarkedil. Tolliametite andmetel moodustas 2022. aasta gaasiturbiinide import 4,161 miljardit Ameerika dollarit ja eksport 735 miljonit Ameerika dollarit.