Parna turbina: naprava, princip delovanja, osnovni elementi

Zasnova te enote je opisana v učbenikih 8. razreda v fiziki. Struktura parne turbine je opisana v knjigah, kot sledi. Ta tip turbine je vrsta motorja, v katerem lahko parni ali ogrevani zrak vrti gred motorja brez interakcije z batom, priključnim drogovjem ali ročično gredjo.

Kratek opis naprave

Na kratko lahko ureditev parne turbine opisujemo, kot sledi. Glavni element, to je gred, je pritrjen na disk, na katerega so pritrjeni noži. Poleg teh elementov so tudi deli, kot so cevi šobe. Para se preko njih dobavlja iz kotla. Ko parna voda prehaja skozi šobo, deluje na določen pritisk na rezila, pa tudi na disk celotne instalacije. To je učinek, ki poganja turbinski disk skupaj z lopaticami.

Trenutno je v takšnih enotah najpogosteje uporabil več diskov, ki so nameščeni na eni gredi. S to razporeditvijo parne turbine se pojavi naslednje. Energija pare, ki poteka skozi vsako rezilo vsakega diska, bo dala nekaj svoje energije tem elementom. Glavna uporaba parnih turbin se nahaja v atomskih, pa tudi v termoelektrarnah, kjer so povezani z gredjo električnega toka. Hitrost vrtenja gredi parne turbine doseže 3000 vrtljajev na minuto. Ta vrednost zadostuje za sprejemljivo delovanje generatorjev električnega toka.

Če govorimo o uporabi teh enot, je treba omeniti, da se uspešno izvajajo na ladjah in ladjah. Vendar pa je zaradi aparatu parne turbine, predvsem iz razloga, da potrebujejo veliko količino vode na turbino, njegovo delovanje na kopenskih in zračnih vozil, ne more potovati.

Naprava šobe turbine. Kaj vpliva na to?

Eden od najpomembnejših elementov za delovanje naprave je bila šoba, skozi katero prehaja par.

Pri prvem urejanju parne turbine, ko stvari, kot je raztezanje pare še niso bile preučene, je bilo problematično zgraditi racionalno delujočo enoto z visoko učinkovitostjo. Razlog je bil, da je bila šoba, ki je bila uporabljena na začetku, enaka premera po celotni dolžini. In to je pomenilo dejstvo, da je pena, ki je skozi cev in vstopala v prostor z manj tlaka kot v notranjosti, izgubila pritisk in povečala njegovo hitrost, ampak le do določene vrednosti. Če govorimo o nasičenosti suhe pare, njen pritisk na izstopu iz cevi ne sme biti manjši od 0,58 začetnega tlaka. Ta parameter se imenuje kritični tlak. Na podlagi te vrednosti je mogoče doseči omejevalno hitrost parne energije, imenovane tudi kritična hitrost, njegova vrednost za pregreto paro pa je 0,546 začetnega tlaka.

Takšni parametri niso bili dovolj za normalno delovanje turbine. Poleg tega, ko je zapustil šobo te oblike, se je zaradi razširitve v atmosfero začela vrtinčiti. Vse te pomanjkljivosti so bile odpravljene, ko smo spremenili napravo parne turbine, njegovih šob. Na začetku izbire je bila cev ozka in se postopoma razširila do konca. Glavna značilnost, ki je postala odločilen dejavnik, je, da s to obliko postane pritisk na koncu šobe prinesel tlaku okolja po cevi. To je rešilo problem s parnimi klubi, kar je močno zmanjšalo hitrost, prav tako pa je uspelo doseči superkritične vrednosti za ta parameter, pa tudi pritisk.

Naprava parne turbine in načelo delovanja

Tukaj je pomembno reči, da parna turbina uporablja dve različni principi delovanja, ki so odvisni od naprave.

Prvo načelo imenujemo aktivne turbine. V tem primeru mislimo na naprave, pri katerih se razširitev pare izvaja samo v stacionarnih šobah, in tudi preden vstopi v delovne rezine.

Naprava parne turbine in načelo delovanja druge vrste se imenujejo reaktivni. Te enote vključujejo tiste, katerih razširitev pare se pojavlja ne samo, preden vstopi v delovne rezine, ampak tudi med prehodom med njimi. Še vedno takšne naprave imenujemo delovanje pri reakciji. Če je toplotna padla v šobah približno polovica celotne toplotne izgube, potem je turbina tudi reaktivna.

Če upoštevamo strukturo parne turbine in njegove glavne elemente, moramo biti pozorni na naslednje. Znotraj pojavi turbina tak postopek: tekoči curek, ki je usmerjen na rezilo, bodo pritiskajo na njej, ki je odvisna od takih parametrov, kot hitrosti toka na vhodu in na izhodu k ploskovni obliko površine lopatice, smer curka kotom glede na določeno površino. Pri tem je pomembno opozoriti, da pri takem delu sploh ni potrebno, da tok vode preide na rezilo. Nasprotno, v napravah parnih enot je običajno to preprečiti, pogosteje pa je tako, da se curka gladko giblje okoli rezila.

Aktivno delo

Kakšna je struktura parne turbine, ki deluje na tak način? To temelji na zakonu, da ima vsako telo, ki ima celo majhno hitrost, visoko kinetično energijo, če se premika z veliko hitrostjo. Vendar moramo takoj upoštevati, da ta energija hitro izgine, če hitrost telesa začne padati. V tem primeru obstajata dve različici razvoja dogodkov, če struj par pa zadene ravno površino, ki bo pravokotna na njegovo gibanje.

Prva možnost je, da se udarec pojavi na fiksni površini. V tem primeru bo vsa kinetična energija, ki jo ima telo, delno pretvorjena v toplotno energijo, preostali del pa se uporabi za zavrženje delcev tekočine v nasprotni smeri in nazaj. Seveda se ne opravi nobeno koristno delo, medtem ko se to ne bo zgodilo.

Druga možnost je, da se površina lahko premika. V tem primeru bo nekaj energije priteklo, da se platforma premakne s svojega mesta, ostalo pa bo še vedno zapravljeno.

V napravi parne turbine in načela delovanja, ki se imenuje aktivna, se uporabi druga možnost. Seveda je treba razumeti, da se ob zagonu enote zagotovi, da je poraba energije za neuporabno delo minimalna. Drug pomemben pogoj je, da je treba vodni curek usmeriti tako, da med udarcem ne poškoduje rezil. To stanje je mogoče doseči le z določeno površino.

S testiranjem in izračunov je bilo ugotovljeno, da je najboljši površina za delo s parnim curkom tisti, ki bodo zagotovili nemoteno vrtenje, po katerem se bo gibanje delovne snovi preusmeriti v nasprotni smeri od originala. Z drugimi besedami, rezilom moramo dati polkrožno obliko. V tem primeru se pri oviro največji del kinetične energije prenese na mehansko napravo, zaradi česar se vrti. Izguba je zmanjšana na minimum.

Kako aktivna turbina deluje

Naprava in načelo delovanja aktivne parne turbine je naslednja.

Sveža para z določenimi vrednostmi tlaka in hitrosti se prenese v šobo, kjer se tudi razteza na določeno vrednost tlaka. Seveda se skupaj s tem parametrom poveča tudi hitrost curka. S povečano hitrostjo tok pare doseže mehanske dele - rezila. S tem, ko vpliva na te elemente, curka delovne snovi povzroči vrtenje diska, kot tudi gred, na kateri je pritrjen.

Poleg tega ima pri izstopu iz rezila parni tok drugačno vrednost hitrosti, kar bo nujno nižje kot pred temi elementi. To je posledica dejstva, da se je del kinetične energije spremenil v mehansko. Pomembno je tudi omeniti, da se med prelazom skozi lopatico spremeni vrednost tlaka. Vendar pa je pomembno, da ima ta parameter enako vrednost pri vhodu in izhodu teh elementov. To je posledica dejstva, da imajo kanali med rezili enak vzdolž po celotni dolžini in v teh delih ni dodatne razširitve hlapov. Za izpust pare, ki je že bila izdelana, obstaja posebna cev za odvajanje.

Mehanska naprava turbine

Načrtovanje in delovanje parne turbine v smislu mehanike je videti tako.

Enota sestoji iz treh jeklenk, od katerih je vsaka stator s fiksnim telesom, kot tudi vrtljiv rotor. Ločene rotorje so priključene s spojkami. Veriga, ki je sestavljena iz posameznih rotorjev valjev, pa tudi iz generatorja in vzvoda, se imenuje linija gredi. Dolžina te naprave pri največji vrednosti sestavnih sestavin (trenutno - največ 5 generatorjev) je 80 metrov.

Nadalje naprava in delovanje parne turbine izgledata tako. Gred deluje v vrtilni gibaji v elementih, kot so ležajevi ležajnih oblog. Vrtenje poteka na tankem oljnem filmu, kovinski del teh oblog se med vrtenjem ne dotika gredi. Do danes so vsi rotorji konstrukcije nameščeni na dva nosilna ležaja.

V nekaterih primerih je med rotorji, ki pripadajo CVP in DCS, obstaja le en skupen vpliv. Vse pare, ki se raztezajo v turbini, povzročajo vrtenje vsakega od rotorjev. Vsa moč, ki jo proizvaja vsak od rotorjev, se doda skupni vrednosti na polovično sklopko in tam doseže največjo vrednost.

Poleg tega je vsak element pod vplivom aksialne sile. Ta prizadevanja so povzeta in njihova najvišja vrednost, to je skupna aksialna obremenitev, se prenese z grebena na zaustavitvene segmente. Ti deli so nameščeni v ohišju potisnega ležaja.

Razporeditev turbinskega rotorja

Vsak rotor je nameščen v telo cilindra. Do sedaj so lahko kazalniki tlaka dosegli 300 MPa, tako da je telo teh naprav izdelano iz dvojnih zidov. To pomaga zmanjšati razliko tlaka za vsako od njih, kar omogoča zmanjšanje debeline vsakega od njih. Poleg tega to pomaga pri poenostavitvi postopka zaostritve prirobničnih priključkov in omogoča turbini, da po potrebi hitro spremeni svojo moč.

Obvezno je imeti vodoravni konektor, ki je zasnovan za enostavno montažo v notranjost ohišja in mora zagotoviti tudi hiter dostop do že nameščenega rotorja med revizijo ali popravilom. Ko je direktno turbinska vgradnja, potem so vse ravnine priključkov spodnjih ohišij nameščene na poseben način. Za poenostavitev te operacije se na splošno domneva, da so vse vodoravne ravnine povezane z eno skupno ravnino.

Ko pride čas za namestitev naprave za gnetenje gredi parne turbine, se namesti v že obstoječ vodoravni konektor, ki zagotavlja njegovo centriranje. To je potrebno, da se med vrtenjem izognete nagibanju rotorja proti statorju. Takšna napaka lahko povzroči precej resno nesrečo na objektu. Ker je v notranjosti turbine para značilna zelo visoka temperatura, rotacija rotorja pa na oljnih filmih, temperatura olja ne sme biti večja od 100 stopinj Celzija. Ta vrednost je primerna tako za zahteve po požarni varnosti kot tudi glede na prisotnost določenih mazalnih lastnosti materiala. Za doseganje takšnih indikatorjev se nosilne lupine izvajajo izven telesa cilindra. Postavljeni so v posebne točke - podpirajo.

Parne naprave na jedrskih elektrarnah

Naprava parne turbine na NEK se lahko obravnava kot primer nasičenih naprav za paro, ki so na voljo le pri tistih objektih, kjer se uporablja hladilno sredstvo. Treba je opozoriti, da so za začetne značilnosti parnih turbin na jedrskih elektrarnah značilni nizki kazalniki. To sili, da bi se dosegla želena vrednost, da bi dosegli bolj aktivno snov. Poleg tega je zaradi tega velika vlažnost, ki hitro gradi turbinski odri. To je privedlo do dejstva, da je pri takšnih napravah treba uporabljati notranje turbine in zunanje naprave za zbiranje vlage.

Zaradi visoke vlažnosti uporabljene pare se koeficient učinkovitosti zmanjša in erozijska obraba delov pretoka se razvije zelo hitro. Da bi se izognili tej težavi, moramo uporabiti različne metode za krepitev površine. Takšne metode vključujejo kromiranje, utrjevanje, električno iskro obdelavo itd. Če lahko drugi predmeti uporabljajo najpreprostejšo napravo parnih turbin, potem jedrske elektrarne potrebujejo ne samo razmišljanje o zaščiti pred korozijo, temveč tudi odstranjevanju vlage.

Najbolj učinkovit način za odstranitev prekomerne vlage iz turbine je bil izbor pare. Izbira snovi se izvaja na regenerativnih grelnikih. Pri tem je pomembno opozoriti, da če se take izbire določijo po vsaki stopnji raztezanja, potem potreba po razvoju dodatnih separatorjev vlage v notranjosti turbine izgine. Prav tako je mogoče dodati, da dovoljene meje vlage pare temeljijo na premeru rezila in hitrosti vrtenja.

Kakšna je ureditev parnih in plinskih turbin?

Najboljša kakovost, ki je postala pomembna prednost parne turbine, je, da ne potrebuje nikakršne povezave z gredjo električnega generatorja. Tudi ta naprava je bila popolnoma obremenjena s preobremenitvami in jo je mogoče enostavno prilagoditi s hitrostjo vrtenja. Učinkovitost teh enot je prav tako precej visoka, kar je v kombinaciji z drugimi prednostmi in jih prineslo v ospredje, če bi se morali povezati z električnimi generatorji. Enako je ureditev parne turbine AEG.

Plinske turbine so postale podobne stvari. Če upoštevamo te naprave v smislu oblikovanja, potem so praktično enaki. Kot parna turbina je plinska turbina stroj tipa rezila. Poleg tega je v obeh enotah vrtenje rotorja doseženo zaradi dejstva, da se pretvori kinetična energija pretoka delovne snovi.

Bistvena razlika med temi napravami je ravno v vrsti delovne snovi. Seveda je v parni turbini taka snov vodna parova, v plinski instalaciji pa plin, ki se najpogosteje pridobiva z žganjem vseh izdelkov ali pa zmesjo pare in zraka. Druga razlika je v tem, da je za tvorbo teh delovnih snovi potrebna različna dodatna oprema. Izkazalo se je torej, da so turbine zelo podobne, toda instalacije, ki se tvorijo na predmetih okoli njih, so precej drugačne.

Parne turbine s kondenzatom

Kondenzacijske naprave in parne turbine Losev SM so opisali v svoji knjigi, objavljeni leta 1964. Publikacija je vsebovala teorijo, zasnovo in delovanje parnih instalacij, pa tudi kondenzacijske enote.

Turbinska enota, ki se nahaja v kotlu, ima tri medije - vodo, paro in kondenzat. Te tri snovi med seboj tvorijo zaprt cikel. Tukaj je pomembno opozoriti, da se v takem okolju med transformacijo izgubi dokaj majhna količina hlapov in tekočine. Da bi nadomestili majhne izgube, se enoti dodaja surova voda, ki ji sledi naprava za čiščenje vode. V tej enoti je tekočina izpostavljena različnim kemikalijam, katerih glavni namen je odstraniti nepotrebne nečistoče iz vode.

Načelo delovanja v takšnih napravah je naslednje:

• Steam, ki je že delal in ima zmanjšan tlak in temperaturo, prihaja iz turbine do kondenzatorja.
• Ko ta del poti poteka, obstaja veliko število cevi, skozi katere se hladilna voda s črpalko stalno črpa. Najpogosteje se ta tekočina vzame iz rek, jezer ali ribnikov.
• V trenutku stika s hladno površino cevi nastane izčrpan pare, ki tvori kondenzat, ker je njegova temperatura še vedno višja kot v ceveh.
• Vsa akumulirana kondenzata nenehno vstopa v kondenzator, od koder jo črpalka stalno črpa. Po tem se tekočina prenese na deaerator.
• Iz tega elementa voda ponovno vstopi v parni bojler, kjer se pretvori v paro, postopek pa se začne znova.

Poleg osnovnih elementov in enostavnega načina delovanja obstaja še nekaj dodatnih enot, kot sta turbopolnilnik in grelec.