Парова турбіна

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Ротор парової турбіни на ТЕС
Монтаж ротора парової турбіни, виробництва компанії Siemens, Німеччина
Парова турбіна низького тиску в експлуатації нижче атмосферного тиску в атомній електростанції
Сучасний монтаж парової турбіни генератора

Парова турбінапаровий двигун безперервної дії, що перетворює теплову енергію водяної пари в механічну роботу обертання ротора. Парова турбіна використовує не потенційну енергію, а кінетичну енергію пари. Більшість сучасних парових турбін проектуються, будуються і експлуатуються відповідно до ASME - «PTC 6» парові турбіни.

Спроби створити парову турбіну тривали дуже довго. Відомий опис примітивної парової турбіни, зроблений Героном Александрійським (1 ст. до н.е.). Але тільки наприкінці 19 ст., коли машинобудування і металургія досягли достатнього рівня, К. Г. П. Лаваль (Швеція) та Ч. А. Парсонс (Великобританія) незалежно один від одного у 1884-1889 р.р. створили парові турбіни, що були придатними для їх промислового застосування.

Парова турбіна виявилась дуже зручною для приводу обертових механізмів (генератори електричного струму, насоси) та суднових гвинтів; вона виявилася дуже легкою, швидкісною та економічною. Процес вдосконалення парової турбіни відбувався дуже швидко, як щодо поліпшення економічності та підвищення одиниці потужності, так і щодо створення спеціалізованих парових турбін різного застосування.

Неможливість отримати велику агрегатну потужність і дуже висока частота обертання одноступеневої парової турбіни Лаваля (до 30000 об/хв. у перших зразків) призвели до того, що вона зберегла своє значення тільки в якості приводу допоміжних механізмів. Подальший розвиток галузі дав можливість збільшити потужність турбін, зберігши достатнє значення частоти обертання.

Реактивна парова турбіна Парсонса деякий час застосовувалась (на військових кораблях), але поступово поступилася місцем більш досконалим турбінам.

Принцип роботи[ред.ред. код]

Потік газу через турбіну пов'язаний із зменшенням ентальпії (енергетичного потенціалу). Відповідно до закону збереження енергії ентальпія перетвориться в іншу форму енергії, зокрема, у механічну енергію на валу робочої машини. Другий закон термодинаміки показує, що не можливо побудувати теплову машину, яка повністю перетворює тепло в роботу, що на практиці означає, що парова турбіна на додаток до корисної роботи завжди збільшує температуру навколишнього повітря, яке, якщо не використовується, то стає надлишковим теплом. Це є основою комбінованого виробництва електроенергії і тепла на електростанціях.

Потужність турбіни без регенерація знижки визначається за формулою:

 P=G \cdot \left( h_0- \left( h_2+\frac{c_2^2}2 \right) \right) \cdot \eta _m

де:

P – Потужність, W
G – масової витрати, kg/s
h0Ентальпія на вході парова турбіна, J/kg
h2 – Профіль ентальпії на виході з турбіни, J/kg
c2 – швидкість пари на виході з турбіни, m/s
ηm – механічний ККД

У разі багатоступеневої турбіни конструкції може бути використаний як для окремих етапів і всієї турбіни. У розрахунку на обріз турбіни, але відзначити, що різні ступені зміни в масової витрати.

Розрахунки часто виявляється корисним внутрішньої ефективності, що, в разі турбіни можна визначити за формулою:

 \eta _i={h_0-h_2\over h_0 - h_{2t}}

де:

h0-h2t теоретичним падіння ентальпії в те ж саме, що насправді, падіння тиску протягом ізоентропіческом перетворення аналогічним (адіабата izentropą також оборотно).

Оскільки тепло турбіни складається з послідовних етапів, турбіни суму розрахунку потужності до розрахунку кроків. Загальна вихідна потужність турбіни є сумою окремих градусів. Сходинки турбіни включає в себе нерухому рульове кільце, пов'язаний з твердим тілом, і кільце ротора, пов'язаного з обертовим валом. Співробітники вінок міняються ентальпії фактор на його кінетичної енергії в ободі ротора і кінетична енергія перетворюється в механічну. Ступінь в цілому змінюються ентальпії фактор на механічної енергії.

Різниця між водяної пари та інших газів (наприклад. Димові гази) невеликим і в основному складається з більшої теплоємності. Система теплової електростанції відрізняється від температури газу і тиском робочого середовища на вході в турбіну. Оптимальний тиск газу на вході газової турбіни системи в кілька разів нижче, ніж в паровій системи. Крім того, високий тиск води набагато простіше і менш енергоємним, ніж повітря (насос замість компресора). Крім того, тиск рідини на виході з турбіни, в більшості випадків по-іншому. Тиск газу потужність, як правило, близька до тиску навколишнього середовища, в той час як в паровий електростанції можна досягти тиск значно нижче, ніж температури навколишнього середовища (так званий. Вакууму в конденсаторі). Набагато більше перепад тиску в паровій електростанції і більше, ніж теплоємність пара вихлопних газів таким чином, щоб в паровій турбіні може бути реалізований набагато більше, ніж зниження ентальпії холодоагенту в газовій турбіні. Звідси випливає, що парові турбіни мають значно більше число кроків, на рівні кількох десятків. Газова турбіна, як правило, на кілька градусів.

Велика кількість етапів парової турбіни причин стає необхідним поділ турбіни на кілька частин, з'єднаних між собою муфтою. Занадто довго вала ротора буде занадто мало жорсткою, що призведе до надмірної деформації і динамічних задач (особливо у зв'язку з вібрацією). Розділення вала ротора на кілька частин, кожна з яких, відповідно, шарнірно на своїх підшипниках для адекватної жорсткості обертових частин. Як правило, кожна ділянка вала має окремий корпус. Таким чином, ми маємо справу з тим, якщо незалежні турбіни, з'єднані валами і їздити муфти зазвичай один загальний генератор.

Залежно від способу перетворення ентальпії холодоагенту в механічних кроків, рівня потужності можна виділити наступні:

  • Кошти, в якому переважна більшість ентальпії фактора в рульовому колесі, перетвориться в кінетичну енергію, які ротора, в свою чергу перетворюється на механічну енергію;
  • Реакцію, в якому як рульове колесо і ротор, перетвориться в кінетичну енергію ентальпії, який включає в себе генерування механічної енергії в рухомому обода ротора.

Залежно від тиску пари в різних частинах турбіни відрізняється частини високого тиску, середовища та низького тиску. Пара розширенням в частині високого тиску, вводять в середовищі, і надалі з середнього до низького тиску. Частина низького тиску скидається в конденсатор, де він є всього конденсату і невелике переохолодження.

Завдяки високому тиску пари на вході в турбіну (і фактично весь ділянку під високим тиском) не вимагається (з причин міцності) використання товстих стінках живильної середовища в турбіну і корпуса турбіни. У міру зниження тиску в подальших стадіях проектування стає більш "легкі".

Одним із способів підвищення ефективності теплової електростанції вторинним перегрівом холодоагенту. Це досягається між частиною високого тиску і турбіну середнього. Пар після виходу з частини високого тиску направляється назад в котел, щоб підвищити температуру і ентальпію, а потім переходить до частини середовища. У виняткових випадках, найбільші ТЕС, використовуючи два przegrzewy вторинний.

Ще один спосіб підвищити ефективність теплової електростанції використання регенеративного підігріву живильної води з притоки парового котла. Гаряча вода зливається з парових турбін знижок.

Різновиди[ред.ред. код]

В залежності від характеру теплового процесу парову турбіну розрізняють на 3 групи: чисто конденсаційні, теплофікаційні та спеціального призначення.

Чисто конденсаційні перетворюють максимально можливу частину теплоти пари в механічну роботу. Вони можуть бути стаціонарними або транспортними. Транспортні використовують, як допоміжні двигуни на кораблях і судах.

Теплофікаційні парові турбіни служать для одночасного отримання електричної та теплової енергії. Такі парові турбіни використовують у технологічних цілях (наприклад, для опалювання).

Теплові турбіни спеціального призначення зазвичай використовують на металургійних, машинобудівних і хімічних підприємствах.

На відміну від інших, теплові турбіни спеціального призначення не виготовляють великими кількостями, а тільки за спеціальними замовленням.


Джерела[ред.ред. код]