Назначение и преимущества микротурбин
Микротурбины (микротурбинные установки) – компактные энергетические маломощные машины, генерирующие дешевую доступную энергию.
Принцип их работы повторяет принцип работы полномасштабных турбин, однако в конструкции микротурбин возможна реализация более современных технологий – например, отказ от масляной системы, охлаждающей жидкости, внедрение газодинамических подшипников в качестве опор вала. В том числе за счет сокращения систем подачи и циркуляции смазочной и охлаждающей жидкостей обеспечивает возможность существенного снижения габаритов техники.
Микротурбины используются для автономного энерго- и теплоснабжения отдельно стоящих зданий или их небольшого комплекса. При необходимости достижения более значительной мощности микротурбины могут быть объединены в кластеры по несколько десятков штук.
Источник изображения: ARLOS ARCINIEGA / openverse.org
Установка турбин малой мощности широко распространена, так как эти машины очень компактны и экономны. Они работают на газовом топливе, при производстве электроэнергии сопутствующим процессом является получение условно бесплатной тепловой энергии.
К преимуществам также относятся низкий уровень шума, минимальные затраты на техническое обслуживание, долговечность, возможность установки на крышах зданий и сооружений, работа в автономном режиме без необходимости вмешательства оператора.
Производство микротурбин. Лепестковые газодинамические подшипники – газовая смазка для высокоскоростных машин
Детали микротурбинных установок производятся из прочных высококачественных материалов, которые работают при нагреве до +1000 °C, подходят для эксплуатации на протяжении десятков тысяч часов.
В конструкции микротурбин не используются редукторы или другие механические приводы, имеется очень малое количество движущихся и трущихся частей, благодаря чему достигается длительный срок службы без необходимости трудоемкого обслуживания.
Производители современных микротурбин используют в конструкции оборудования подшипники, реализующие газовую смазку.
Такие опоры удерживают вал – основную вращающуюся с высокой скоростью деталь, на которой соосно расположены турбина, компрессор и генератор.
Применение технологии газовой смазки позволяет значительно увеличить эффективность работы энергетических установок – при использовании масла существенно ограничены верхние пределы рабочих температур машин, так как жидкая смазка теряет свои свойства при нагреве.
Принцип работы газовой смазки сводится к тому, что вал при высоких оборотах «плавает» на прочной газовой подушке, которая полностью исключает его контакт с корпусом и трение поверхностей, приводящее к износу.
При использовании газодинамических подшипников можно достичь таких значений рабочих температур, при которых турбина эксплуатируется максимально эффективно.
Компонентами газодинамических подшипников являются тонкие металлические лепестки, на которые в обязательном порядке наносится антифрикционное покрытие.
Это покрытие является разновидностью смазочного материала, представляет собой тонкую сухую пленку с высокими смазочными свойствами.
Покрытие обеспечивает защиту деталей от сухого трения до момента «всплытия» вала. Без такого разделительного слоя длительная эксплуатация турбин невозможна, так как велик коэффициент сухого трения между лепестками и валом до достижения минимальной скорости, необходимой для отделения ротора и лепестков.
Научные организации занимаются разработкой лепестковых газодинамических подшипников уже более 50 лет. Инновационные опоры внедряются в различные высокоскоростные машины – турбодетандеры, турбореактивные двигатели, электрические машины.
Разработка антифрикционных покрытий осуществляется с учетом условий работы лепестковых газодинамических подшипников, чтобы обеспечить максимальную работоспособность и длительный ресурс газовых опор.
Стандартом в области покрытий для ЛГП является зарубежный материал Korolon® Coatings, однако в России выпускаются составы, превосходящие его по результатам сравнительных испытаний.
На графике момент резкого повышения коэффициента трения соответствует окончанию ресурса покрытия. Наглядно видно, что покрытие MODENGY 1071 значительно превосходит другие испытанные материалы.
MODENGY 1071 – специализированное покрытие для ЛГП. В его составе реализуется адаптационный механизм, позволяющий разделительному слою эффективно работать в изменяющихся условиях, сохранять стабильный коэффициент трения в широком диапазоне контактных давлений.
Также покрытие устойчиво к термоудару, то есть резкому изменению температуры.
Лепестковые газодинамические подшипники внедрены и уже успешно эксплуатируется в микротурбогенераторах, показывая высокую эффективность и позволяя повысить производительность работы.
Микротурбины широко используются как автономные теплоэнергогенераторы для офисных зданий, торговых центров, жилых домов и поселков и других общественных помещений. При малых габаритах и выбросах, микротурбинные станции бесперебойно генерируют доступную тепловую и электрическую энергию.