Парова турбіна - визначення

Парова турбіна — принцип дії, опис роботи



Принцип дії парової турбіни і двигуна внутрішнього згоряння докладно описаний ще в шкільних підручниках фізики для 9 класу, тому цією інформацією можна скористатися для написання реферату.

Цей вид турбінної установки працює коштом пари або гарячого повітря, яке обертає основний вал машини, не взаємодіючи при цьому з шатуном або поршнем.

Ротор парової турбіни на ТЕС
Ротор парової турбіни на ТЕС

Загальні відомості

Коротко устрій і будова парової турбіни виглядає наступним чином. На вал кріпиться диск, куди закріплюються лопатки. Біля цих елементів також знаходяться труби сопла, через які подається пар. Під час його подачі він створює деякий тиск на лопаті, що призводить до їх обертання.

Сьогодні в цьому обладнанні, зазвичай, застосовується кілька дисків, що знаходяться на загальному валу. При використанні цієї конструкції енергія пари, яка проходить через всі диски, частково передається цим елементам.

Переваги турбінних установок:

  • коефіцієнт корисної дії дорівнює одній заданій величині;
  • можуть працювати на різних видах палива: тверде, рідке, газове;
  • великий ресурс;
  • величезний діапазон потужностей;
  • широкий вибір теплоносія.

В основному ці агрегати використовуються на теплових і атомних електростанціях, також вони знайшли застосування на морських судах.

Будова парової турбіни

Конструкція сопла парової турбіни

Через сопло проходить пар. У перших конструкціях, коли ще не були повністю вивчені властивості розширення пари, сконструювати раціонально працюючу конструкцію з високим ККД було неможливо.

Основна причина – сопло, яке застосовувалося спочатку по всій довжині, було однакове по діаметру. Це спричинило те, що носій, переходячи в пароподібний стан, проходив через трубу і потрапляв в простір з низьким тиском. Його не вистачало для нормальної роботи турбіни.

При цьому під час виходу з цього сопла пар клубочився через атмосферне розширне. Ці недоліки вийшло виправити, коли змінили будову труби. Тепер пар на початку свого проходження потрапляв у звужену частину сопла, а на кінці сопло поступово збільшувалося в діаметрі. Це дозволило позбутися клубів пари, оскільки вони значно знижували швидкість.

Схематична будова парової турбіни

Особливості роботи

В цьому випадку необхідно відзначити, що в турбіні може використовуватися кілька принципів роботи. Вони відрізняються один від одного і залежать від конструкції обладнання:

  • Реактивний принцип. До цього обладнання відноситься те, де розширення пари починається до її надходження на лопаті і під час проходу по нім.
  • Активний принцип. Тут сполучення пари з дисками починається в нерухомих соплах перед надходженням на лопаті.

Якщо тепло в соплах знижується приблизно наполовину, то турбінну установку за визначенням теж називають реактивної.

Активний принцип

Принцип роботи парової турбіни заснований на тому, що будь-яке тіло має велику енергію, якщо пересувається з високою швидкістю. Але необхідно врахувати одне: енергія швидко падає при зниженні швидкості. Так, є кілька варіантів розвитку подій:

  • Удар пари об статичну платформу. В цьому випадку енергія, яку має тіло, частково перейде в теплову, а енергія, що залишилася, витрачається на те, щоб відвести частинки рідини назад. Безумовно, якоїсь корисної роботи не відбувається.
  • Удар об рухому поверхню. В цьому випадку певна частина енергії витрачається на те, щоб змістити платформу, а решта так само витратиться даремно.

Під час використання активного принципу в турбіні застосовується тільки останній варіант. Але треба розуміти, що в процесі роботи обладнання потрібно мінімізувати втрати енергії на марну роботу.

Друга умова полягає в тому, що необхідно направити потік пара так, щоб він не деформував диски під час удару. Домогтися цього можна тільки з урахуванням спеціально створеної форми лопаті.

Ідеальною поверхнею є та, яка забезпечує плавний поворот, після цього пар попрямує у зворотний бік. Говорячи по-іншому, потрібно, щоб лопаті були зроблені у вигляді півкола. Так, вдаряючись об поверхню, основна частина енергії передасться диску і змусить його обертатися. Втрати ж при цьому будуть мінімальними.

Будова теплової машини

Механічне обладнання

У конструкції пристрою знаходиться три циліндри. Вони являють собою статор, який має обертовий ротор і металевий корпус. Окремо знаходяться ротори, що з’єднані муфтами.

Ланцюг, що збирається з котла, генератора і роторів, називають валопроводом. Його максимальний розмір не може бути більше 80 м.

Валопровід виробляє обертання у вкладках в опорних підшипниках. Вся робота відбувається в масляному середовищі, металевих елементів вкладок валу не стосується. Сьогодні ротори встановлюються на двох підшипниках.

У певних ситуаціях між роторами, які належать до ЦСД і ЦВД, знаходиться тільки один підшипник. Пар, що розширюється в турбіні, змушує ротори обертатися. Вся потужність, що виробляється окремим елементом, підсумовується на напівмуфті в загальний показник і тут же доходить до свого максимуму.

Крім того, всі частини знаходяться під дією осьового зусилля. Воно підсумовується, а загальний показник переходить з гребеня на опорні елементи, які встановлені в корпусі підшипника.

Монтаж ротора парової турбіни
Монтаж ротора парової турбіни

Опис ротора

Ротор знаходиться в корпусі циліндра. Сьогодні показники тиску можуть доходити до 350 МПа, тому корпус і всі частини цієї конструкції робляться двостінним. Це допомагає знизити різницю тиску на кожну стінку, що дає можливість зменшувати їх товщину. Крім цього, це дозволяє полегшити затягування фланців і робить можливим швидку зміну потужності турбіни.

Неодмінною умовою є установка горизонтального роз’єму, він забезпечує доступ до ротора при виконанні ремонтних робіт або ревізії.

Якщо проводиться безпосередня установка турбіни, то всі площини роз’ємів, які знаходяться на нижніх корпусах, ставляться спеціальним чином. Для полегшення цієї процедури вони всі з’єднуються в єдину конструкцію.

Якщо надалі настане момент установки валоповоротної системи, то її встановлюють в уже наявний горизонтальний роз’єм, що дозволяє забезпечити точне центрування. Вона допомагає уникнути удару ротора об статор при обертанні. Цей дефект часто призводить до серйозної аварії.

Оскільки пар, який знаходиться в турбіні, має досить високу температуру, а ротор обертається в масляному середовищі, то масло повинно нагріватися не більше ніж на 100°C.

Це показник, якого потрібно дотримуватися з урахуванням вимог пожежної безпеки, при цьому він відповідає мастильним властивостям матеріалу. Щоб домогтися цієї температури, вкладки підшипників встановлюються за корпусом циліндра.

Використання на атомних станціях

Конструкцію турбіни на атомних станціях можна розглянути на прикладі установок насиченої пари. Вони знаходяться тільки на об’єктах, на яких застосовується водяний теплоносій.

У цьому випадку потрібно відзначити, що початкові показники турбін на АЕС відрізняються низькими параметрами. Це змушує використовувати більше робочої речовини, щоб досягти необхідного результату. Крім того, через це з’являється висока вологість, яка швидко наростає по щаблях турбіни. Це призводить до того, що на атомних станціях застосовуються зовнішні вологовловлювальні і внутрішньотурбінні конструкції.

Через підвищену вологість пари знижується ККД, а також дуже швидко розвивається корозійний знос проточних елементів.

Щоб не допустити цієї проблеми, доводиться застосовувати різні способи зміцнення поверхні. До цих методів відноситься:

  • електроіскрове шліфування;
  • загартовування;
  • хромування.

Якщо на інших об’єктах можна встановити найпростішу конструкцію турбін, то на атомній станції необхідно подумати не тільки про захист від корозійних процесів, але і про виведення вологи.

Найефективнішим варіантом виведення зайвої вологи з турбіни є відбір пари, яка передається на регенеративні підігрівачі. Тут потрібно сказати, що якщо ці відбори знаходяться після кожного ступеня розширення, то нема потреби додатково розробляти внутрішньотурбінні влагоуловлювачі.

Також необхідно відзначити, що допустима норма вологості пари розраховується з урахуванням розміру лопатки та швидкості її обертання.

Сучасний монтаж парової турбіни генератора
Сучасний монтаж парової турбіни генератора

Турбіна з конденсатом

Турбінна конструкція, що знаходиться в котлі, має три середовища:

  • рідина;
  • пара;
  • конденсат.

Вони знаходяться в єдиному замкнутому контурі. В цьому випадку потрібно сказати, що в цьому середовищі при перетворенні втрачається мінімум води і пари. У цій конструкції рідина схильна до дії різних хімічних реагентів, їх головне призначення – видаляти з води різні домішки.

Принцип роботи в цьому обладнанні полягає в наступному:

  • Відпрацьований пар, який вже має низьку температуру і тиск, переходить по трубах в конденсатор.
  • Під час проходження цієї ділянки на шляху знаходиться безліч додаткових трубочок, по них помпою постійно підкачується холодна вода. Як правило, вона забирається зі ставків, озер або річок.
  • Під час зіткнення з охолодженою поверхнею відпрацьований пар утворює конденсат.
  • Весь зібраний конденсат постійно передається в конденсатор, а з нього він далі відкачується помпою. Потім рідина переміщається в деаератор.
  • З нього вода заново транспортується в котел, в якому переходить в пароподібний стан, і процес повторюється.

Крім основних елементів в конструкції знаходиться додатково кілька пристроїв: підігрівач і турбонаддув.

Потрібно відзначити, що турбіна обертається лише в одному напрямку і її швидкість може змінюватися в широких діапазонах. Інша перевага турбін – це відсутність поштовхів, які відбуваються в ДВЗ під час пересування поршнів. Коефіцієнт корисної дії сучасних турбін досягає 45-55%, а потужність — 1700 МВт.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *