Парна турбина: устройство, принцип на работа, основни елементи

Дизайнът на това звено е описан в учебниците от 8 клас по физика. Структурата на парна турбина е описана в книгите по-долу. Този тип турбина е един вид двигател, в който пара или нагрят въздух може да върти вала на двигателя без да взаимодейства с буталото, свързващия прът или коляновия вал.

Кратко описание на устройството

Накратко, подреждането на парна турбина може да бъде описано както следва. Основният елемент, т.е. валът, е фиксиран към диска, към който са прикрепени лопатките. В допълнение към тези елементи също се намират части като дюзови тръби. Чрез тях се подава пара от котела. Когато пара преминава през дюзата, тя оказва известно натиск върху лопатките, както и върху диска на цялата инсталация. Това е този ефект, който задвижва турбинния диск заедно с лопатките.

Понастоящем в такива единици най-често се използват няколко диска, монтирани на един вал. С това разположение на парната турбина се получава следното. Енергията на парата, която преминава през всяко острие на всеки диск, ще даде част от своята енергия на тези елементи. Основното приложение на парни турбини се намира както в атомни, така и в топлоелектрически централи, където те са свързани с вал на електрически ток. Скоростта на въртене на вала на парната турбина достига 3000 оборота в минута. Тази стойност е достатъчна за приемливото действие на генераторите на електрически ток.

Ако говорим за прилагането на тези единици, трябва да споменем, че те се използват успешно на кораби и кораби. Въпреки това, поради разположението на парната турбина, по-специално поради факта, че за работата на турбината е необходимо голямо количество вода, нейната работа на сухопътни и въздушни превозни средства е невъзможна.

Устройството на дюзата на турбината. Какво влияе това?

Един от най-важните елементи за работата на устройството е дюзата, през която минава парата.

В най-ранното подреждане на парна турбина, когато такива неща като разширяването на парата все още не бяха проучени, беше проблематично да се изгради рационално функционираща единица с висока ефективност. Причината е, че дюзата, която беше използвана в началото, имаше същия диаметър по цялата си дължина. И това означаваше, че пара, преминавайки през тръбата и влизайки в пространството с по-малко налягане, отколкото вътре, губи налягане и увеличава скоростта си, но само до определена стойност. Ако говорим за насищане на суха пара, тогава нейното налягане на изхода на тръбата не може да бъде по-малко от 0,58 от първоначалното налягане. Този параметър се нарича критично налягане. Въз основа на тази стойност е възможно да се получи граничната скорост на парата, наречена също критична скорост, а нейната стойност за прегрята пара е 0,546 от началното налягане.

Такива параметри не са достатъчни за нормалното функциониране на турбината. Освен това, при напускане на дюзата на тази форма, парата започва да клуб, поради разширяването в атмосферата. Всички тези недостатъци бяха елиминирани, когато устройството на парната турбина, неговите дюзи, се промени. В началото на селекцията тръбата беше тясна и постепенно се разширяваше до края. Основната отличителна черта, която се превърна в решаващ фактор, е, че с тази форма стана възможно да се придвижи налягането в края на дюзата към натиска на околната среда след тръбата. Това разреши проблема с парните клубове, което значително намали скоростта и успя да постигне свръхкритични стойности за този параметър, както и налягане.

Устройството на парната турбина и принципа на работа

Тук е важно да се каже, че парната турбина използва два различни принципа на работа, които зависят от нейното устройство.

Първият принцип се нарича активни турбини. В този случай, се отнася до устройства, които разширение пара се извършва само в фиксирани дюзи, както и преди приемането му в роторните лопатки.

Устройството на парната турбина и принципът на работа на втория тип се наричат ​​реактивни. Тези единици включват онези, чието разширение на парата се случва не само преди да влезе в работните лопатки, но и по време на преминаването между тях. Все пак такива устройства се наричат ​​опериращи по реакцията. Ако топлината в дюзите е около половината от общата топлинна загуба, то турбината се нарича реактивна.

Ако разгледаме структурата на парната турбина и нейните основни елементи, трябва да обърнем внимание на следното. В турбината настъпва такъв процес: течната струя, която е насочена към острието, ще упражни натиск върху него, което ще зависи от такива параметри като скоростта на потока на входа и на изхода на формата на повърхността на повърхността на перката, посоката на струята на ъгъл по отношение на дадена повърхност. Тук е важно да се отбележи, че при такава работа изобщо не е необходимо да се направи така, че водният поток бие срещу острието. За разлика от това, в устройствата от звената на пара, предприети за да се избегне, и често го правят, за да поток гладко течеше острие.

Активна работа

Каква е структурата на парна турбина, работеща на такъв принцип. Това се основава на закона, че всяко тяло, което дори има малка скорост, може да има висока кинетична енергия, ако се движи с висока скорост. Тук обаче трябва да вземем под внимание, че тази енергия изчезва много бързо, ако скоростта на тялото започне да пада. В този случай има два варианта на развитие на събитията, ако струята пара проби равна повърхност, която ще бъде перпендикулярна на нейното движение.

Първата опция е, че ударът се извършва на фиксирана повърхност. В такъв случай, всички кинетична енергия притежава тяло, което частично се трансформира в топлинна енергия, а останалата част се изчерпва до спад на течни частици в обратна посока и обратно. Естествено, не се прави никаква полезна работа, докато това няма да се случи.

Вторият вариант е, че повърхността може да се движи. В този случай част от енергията ще отиде, за да премести платформата от мястото си, а останалата част ще се губи.

В устройството на парната турбина и принципа на действие, който се нарича активен, се използва втората опция. Разбира се, човек трябва да разбере, че когато устройството работи, е необходимо да се гарантира, че консумацията на енергия за безполезна работа е минимална. Друго важно условие е, че е необходимо да се направлява струята пара, така че да не поврежда лопатките по време на удара. Възможно е да се постигне това условие само при определена повърхностна форма.

Чрез изпитания и изчисления, беше установено, че най-добрият повърхност за работа с парни дюзи е това, което ще осигури плавно въртене, след което движението на работното вещество ще бъде пренасочен в обратна посока от оригинала. С други думи, е необходимо остриетата да имат полукръгова форма. В този случай, когато се сблъскват с пречки, максималният дял на кинетичната енергия се прехвърля механично устройство, което го кара да се върти. Загубата е сведена до минимум.

Как работи една активна турбина

Устройството и принципът на работа на активна парна турбина са както следва.

Прясна пара с определени стойности на налягане и скорост се прехвърля на дюзата, където тя се простира до определена стойност на налягането. Естествено, заедно с този параметър скоростта на струята също ще се увеличи. С повишената скорост потокът на парата достига механичните части - лопатките. Чрез влиянието на тези елементи, струята от работещо вещество предизвиква въртене на диска, както и вала, на който е фиксиран.

Освен това, когато напускате лопатките, потокът от пара има различна скорост, която непременно ще бъде по-ниска, отколкото преди тези елементи. Това се дължи на факта, че част от кинетичната енергия е трансформирана в механична. Също така е важно да се отбележи, че по време на преминаването през лопатките стойността на налягането се променя. Важно е обаче този параметър да има еднаква стойност при входа и изхода на тези елементи. Това се дължи на факта, че каналите между лопатките имат едно и също напречно сечение по цялата им дължина и няма допълнително разширение на парата вътре в тези части. За да се освободи пара, която вече е изработена, има специална тръба.

Механично устройство на турбината

Проектирането и работата на парната турбина по отношение на механиката изглежда така.

Устройството се състои от три цилиндъра, всеки от които е статор, имащ неподвижно тяло, както и въртящ се ротор. Отделно разположените ротори са свързани чрез съединители. Веригата, която е сглобена от отделните ротори на цилиндрите, както и от генератора и възбудителя, се нарича линията на вала. Дължината на това устройство при максималната стойност на съставните компоненти (в момента - не повече от 5 генератора) е 80 метра.

Освен това устройството и работата на парната турбина изглеждат така. Валът работи в ротационно движение в елементи като лагерните лагери на обвивките. Завъртането се извършва на тънък маслен филм, докато металната част на тези обшивки не докосва вала по време на въртене. Към днешна дата всички ротори на конструкцията са поставени на две опорни лагери.

В някои случаи има само един общ лагер между роторите, принадлежащи към CVP и DCS. Цялата пара, която се разширява в турбината, причинява на всеки ротор да извърши ротационно движение. Цялата мощност, която се произвежда от всеки от роторите, се прибавя към общата стойност на полукадъра и достига неговата максимална стойност там.

Освен това всеки елемент е под въздействието на аксиална сила. Тези усилия са обобщени и тяхната максимална стойност, т.е. общото натоварване аксиален се предават от билото на упоритите сегменти. Тези части се монтират в корпуса на опорния лагер.

Разположение на роторната турбина

Всеки ротор се поставя в тялото на цилиндъра. Индикаторите за налягане към днешна дата могат да достигнат 300 MPa, така че тялото на тези устройства е направено от двустенни стени. Това помага да се намали разликата в налягането за всяка от тях, което позволява да се намали дебелината на всяка от тях. Освен това, това спомага за опростяване на процеса на затягане на фланцовите съединения и също така позволява на турбината да променя бързо своята мощност, ако е необходимо.

Задължително е да имате хоризонтален съединител, който е проектиран за лесен монтаж в кутията и трябва да осигурява бърз достъп до вече монтирания ротор по време на одита или ремонта. Когато директно турбинна инсталация, тогава всички равнини на съединителите на долните кутии са монтирани по специален начин. За да се опрости тази операция, обикновено се приема, че всички хоризонтални равнини са свързани към една обща равнина.

Когато дойде време да се монтира устройството за въртене на вала на парната турбина, тя се поставя в вече съществуващ хоризонтален конектор, който осигурява центрирането му. Това е необходимо, за да се избегне натоварването на ротора срещу статора по време на въртене. Такъв дефект може да доведе до доста сериозна авария в обекта. Поради факта, че парата във вътрешността на турбината се характеризира с много висока температура и въртенето на ротора се появява на маслени филми, температура на маслото трябва да бъде не повече от 100 градуса по Целзий. Тази стойност е подходяща както за изискванията за пожарна безопасност, така и за наличието на определени смазочни свойства на материала. За да се постигнат такива показатели, лагерните черупки се извършват извън тялото на цилиндъра. Те са поставени в специални точки - подкрепя.

Парни инсталации в атомни електроцентрали

Устройството на парна турбина в АЕЦ може да бъде взето предвид за примера на инсталации с наситена пара, които се предлагат само в тези съоръжения, където се използва водно охлаждане. Трябва да се отбележи, че първоначалните характеристики на парните турбини в атомните електроцентрали се характеризират с ниски показатели. Това принуждава по-активното вещество да преминава, за да постигне желания резултат. В допълнение, поради това, има висока влажност, която бързо изгражда турбинните етапи. Това доведе до факта, че при такива съоръжения е необходимо да се използват вътрешни турбини и външни уреди за събиране на влага.

Поради голямата влажност на използваната пара, коефициентът на ефективност намалява и ерозионното износване на поточните части се развива доста бързо. За да избегнем този проблем, трябва да използваме различни методи за укрепване на повърхността. Тези методи включват хром, закаляване, искра ерозия, и така нататък. D. Ако други сайтове, които не могат да използват просто устройство на парни турбини, АЕЦ трябва не само да мислят за защита от корозия, но и отнемане на влага.

Най-ефективният начин за отстраняване на излишната влага от турбината беше изборът на пара. Изборът на веществото се извършва върху регенеративни нагреватели. Тук е важно да се отбележи, че ако такива селекции са установени след всеки етап на разширяване, тогава изчезва нуждата от разработване на допълнителни сепаратори за влага в турбина. Може също така да се добави, че допустимите граници на влага за пара се основават на диаметъра на ножа, както и на скоростта на въртене.

Какво е разположението на парни и газови турбини

Най-доброто качество, което се превърна в важно предимство на парната турбина, е, че тя не изисква никаква връзка с вала на електрическия генератор. Също така това устройство перфектно се справя с претоварване и лесно може да се регулира от скоростта на въртене. Ефективността на тези единици също е доста висока, което в комбинация с други предимства и ги изведе на преден план, ако има нужда от свързване с електрически генератори. Същото е и подреждането на парната турбина AEG.

Газовите турбини са станали подобни обекти. Ако разглеждаме тези устройства от гледна точка на дизайна, те са практически едни и същи. Подобно на парна турбина, газовата турбина е машина тип острие. В допълнение, и в двата единици въртенето на ротора се постига благодарение на факта, че кинетичната енергия на потока на работното вещество се трансформира.

Съществената разлика между тези инсталации е точно във вида на работното вещество. Естествено, в парна турбина такова вещество е водна пара, а в газовата инсталация е газ, който най-често се получава чрез изгаряне на всякакви продукти или е смес от пара и въздух. Друга разлика е, че за образуването на тези работни вещества е необходимо да има различно допълнително оборудване. По този начин се оказва, че самите турбини са много сходни, но инсталациите, образувани върху обектите около тях, са съвсем различни.

Парна турбина с кондензат

Устройства за кондензация и парни турбини Losev SM, описани в книгата му, издадена през 1964 г. Публикацията съдържа теорията, проектирането и експлоатацията на парни инсталации, както и кондензационни възли.

Турбинният модул, който се намира в котела, има три мембрани - вода, пара и конденз. Тези три вещества формират един затворен цикъл помежду си. Тук е важно да се отбележи, че в такава среда по време на трансформацията се губи малко количество пари и течност. За да се компенсират малките загуби, към устройството се добавя сурова вода, която се предхожда от устройство за пречистване на водата. В това устройство течността е изложена на различни химикали, чиято основна цел е да се премахнат ненужните примеси от водата.

Принципът на работа в такива инсталации е, както следва:

• Парата, която вече е работена и има понижено налягане и температура, идва от турбината до кондензатора.
• Когато този участък от пътя преминава, има голям брой тръби, през които охлаждащата вода непрекъснато помпи с помощта на помпа. Най-често тази течност се взема от реки, езера или езера.
• В момента на контакт със студената повърхност на тръбата изтощената пара започва да образува кондензат, тъй като нейната температура е все още по-висока, отколкото в тръбите.
• Всички натрупани кондензати постоянно влизат в кондензатора, откъдето непрекъснато се изпомпва от помпата. След това течността се прехвърля в обезвъздушителя.
• От този елемент водата отново влиза в парния котел, където се превръща в пара и процесът започва отново.

В допълнение към основните елементи и принципа на простата работа, има няколко допълнителни модула, като турбокомпресор и нагревател.