Паровая турбина: различия между версиями

[непроверенная версия][непроверенная версия]
Содержимое удалено Содержимое добавлено
Строка 1:
[[Файл:Dampfturbine Montage01.jpg|thumb|300px|Монтаж ротора паровой турбины, производства компании [[Siemens]], Германия]]
'''Парова́я турби́на''' — [[тепловой двигатель]], в котором энергия пара преобразуется в механическую работу.
 
В лопаточном аппарате паровой турбины [[потенциальная энергия]] сжатого и нагретого [[водяной пар|водяного пара]] преобразуется в [[кинетическая энергия|кинетическую]], которая в свою очередь преобразуется в [[механическая работа|механическую работу]] — вращение [[Вал (деталь машин)|вала]] [[турбины]].
 
Пар от [[Паровой котёл|парокотельного агрегата]] поступает через направляющие аппараты на криволинейные [[Лопатка (лопасть)|лопатки]], закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит [[Ротор (техника)|ротор]] во вращение.
 
Паровая турбина является одним из элементов [[паротурбинная установка|паротурбинной установки]] (ПТУ).
 
Паровая турбина и [[Электрический генератор|электрогенератор]] составляют [[турбоагрегат]].
 
== Основные конструкции паровых турбин ==
 
[[Файл:Curtis-turbina.jpg|thumb|left|230px|Модель одной ступени паровой турбины]]
 
Паровая турбина состоит из двух основных частей. Ротор с лопатками — подвижная часть турбины. [[Статор]] с [[сопло|соплами]] — неподвижная часть.
 
По направлению движения потока пара различают [[аксиальный|аксиальные]] паровые турбины, у которых поток пара движется вдоль оси турбины, и [[радиальный|радиальные]], направление потока пара в которых [[перпендикулярный|перпендикулярно]], а рабочие лопатки расположены [[параллельный|параллельно]] оси вращения. В [[Россия|России]] и странах [[СНГ]] используются только аксиальные паровые турбины.{{нет АИ|5|10|2011}}
 
По числу цилиндров турбины подразделяют на одноцилиндровые и двух—трёх-, четырёх-пятицилиндровые. Многоцилиндровая турбина позволяет использовать бо́льшие располагаемые [[тепловой перепад|тепловые перепады]] [[энтальпия|энтальпии]], разместив большое число ступеней давления, применить высококачественные материалы в частях высокого давления и раздвоение потока пара в частях среднего и низкого давления. Такая турбина получается более дорогой, тяжёлой и сложной. Поэтому многокорпусные турбины используются в мощных паротурбинных установках.
 
По числу валов различают одновальные, двувальные, реже трёхвальные, связанных общностью теплового процесса или общей зубчатой передачей (редуктором). Расположение валов может быть как коаксиальным, так и параллельным с независимым расположением осей валов.
 
* Неподвижную часть — корпус (статор) — выполняют разъёмной в горизонтальной плоскости для возможности выемки или [[монтаж]]а ротора. В корпусе имеются выточки для установки [[Диафрагма (автоматизация)|диафрагм]], разъём которых совпадает с плоскостью разъёма корпуса турбины. По [[периферия|периферии]] диафрагм размещены сопловые каналы (решётки), образованные криволинейными лопатками, залитыми в тело диафрагм или приваренными к нему.
 
* В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены [[концевое уплотнение|концевые уплотнения]] для предупреждения утечек пара наружу (со стороны высокого давления) и засасывания воздуха в корпус (со стороны низкого). Уплотнения устанавливают в местах прохода ротора сквозь диафрагмы во избежание перетечек пара из ступени в ступень в обход сопел.
 
На переднем конце вала устанавливается предельный [[регулятор]] (регулятор безопасности), автоматически останавливающий турбину при увеличении частоты вращения
на 10—12 % сверх номинальной.
 
== Процесс расширения пара в паровой турбине ==
 
[[Файл:HSДиаграмма расширения пара в турбине.JPG|thumb|right|230px|[[h, s-диаграмма]] расширения пара в одноступенчатой паровой турбине]]
 
'''P1 h1 s1''' — ''давление, энтальпия и [[энтропия]] пара на входе в турбину'';
 
'''P2 h2 s2''' — ''давление, энтальпия и энтропия отработанного пара на выходе из турбины'';
 
'''1''' — ''расширение пара в турбине'';
 
'''2''' — ''[[насыщенный пар]]'';
 
'''3''' — ''вода в состоянии насыщения ([[кипение|кипения]]);''
 
'''4''' — ''[[Изотерма (термодинамика)|изотерма]] начальной температуры'';
 
'''5''' — ''изотерма конечной температуры'';
 
'''6''' — ''[[Изобара (термодинамика)|изобара]] начального давления'';
 
'''7''' — ''изобара конечного давления'';
 
'''8''' — ''критическая точка''
 
''(в критической точке происходит превращение всего объёма воды в пар (исчезает различие между жидкой и газообразной фазами воды).)'';
 
'''9''' — ''кривая постоянной влажности пара''.
 
== Классификация паровых турбин ==
{{нет источников в разделе|дата=2012-10-19}}
В зависимости '''от характера теплового процесса''' паровые турбины подразделяются на 3 основные группы:
* конденсационные - без регулируемых (с поддержанием давления) отборов пара;
* теплофикационные - с регулируемыми отборами;
* турбины специального назначения.
<!--Также '''по типу''' [[ступень турбины|ступеней турбин]] они классифицируются как ''активные'' и ''реактивные''. Это для ступеней, в турбине бывают и такие и такие-->
 
=== Конденсационные паровые турбины ===
 
[[Файл:Схема_конд_ПТУ.JPG|thumb|300px|Схема работы паротурбинной установки с конденсационной турбиной]]
 
Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего
пара в [[Конденсатор (теплотехника)|конденсатор]] (отсюда возникло наименование), в котором поддерживается вакуум.
Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.
 
Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют [[турбогенератор]]ами. [[Тепловая электрическая станция|Тепловые электростанции]], на которых установлены конденсационные
турбины, называются конденсационными электрическими станциями ([[Конденсационная электростанция|КЭС]]). Основной конечный продукт таких электростанций — [[электроэнергия]]. Лишь небольшая часть тепловой энергии
используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего [[населённый пункт|населённого пункта]]. Обычно это посёлок энергетиков.
Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 [[киловатт|кВт]] установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.
 
Частота вращения ротора стационарного турбогенератора пропорциональна частоте [[электрический ток|электрического тока]] 50 [[Герц (единица измерения)|Герц]] ([[синхронная машина]]). То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. [[Частота]] электрического тока является одним из главных показателей [[Качество электрической энергии|качества отпускаемой электрической энергии]]. Современные технологии позволяют поддерживать частоту сети с точностью до 0,2 % (ГОСТ 13109-97). Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийную остановку [[энергоблок]]а,
в котором наблюдается подобный сбой.
 
В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Паровые турбины для электростанций имеют парковый ресурс в 270 тыс. ч. с межремонтным периодом 4-5 лет.
 
Транспортные паровые турбины используются в качестве главных и вспомогательных двигателей на кораблях и судах. Неоднократно делались попытки применить паровые турбины на [[локомотив]]ах, однако [[паротурбовоз]]ы распространения не получили. Для соединения быстроходных турбин с [[Гребной винт|гребными винтами]], требующими небольшой (от 100 до 500 об/мин) частоты вращения, применяют [[Зубчатая передача|зубчатые редукторы]]. В отличие от стационарных турбин (кроме турбовоздуходувок), судовые работают с переменной частотой вращения, определяемой необходимой скоростью хода судна.
 
'''Схема работы конденсационной турбины:''' ''Свежий (острый) пар из [[Паровой котёл|котельного агрегата]] '''(1)''' по паропроводу '''(2)''' попадает на рабочие лопатки паровой турбины '''(3)'''. При расширении кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу '''(4)''' с электрическим генератором '''(5)'''. Отработанный (мятый) пар из турбины направляется в конденсатор '''(6)''', в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой '''(7)''' [[пруд-охладитель|пруда-охладителя]], [[градирня|градирни]] или [[водохранилище|водохранилища]] по трубопроводу '''(8)''' направляется обратно в [[Паровой котёл|котельный агрегат]] при помощи насоса '''(9)'''. Бо́льшая часть полученной энергии используется для [[генерация|генерации]] электрического тока.''
 
=== Теплофикационные паровые турбины ===
 
[[Файл:Схема_тепл_ПТУ.JPG|thumb|300px|Схема работы паротурбинной установки с теплофикационной турбиной]]
 
Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями ([[ТЭЦ]]). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с:
* противодавлением;
* регулируемым отбором пара;
* отбором и противодавлением.
 
У турбин с противодавлением весь отработанный пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает
параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий [[дефицит]] в электроэнергии.
 
В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из одной или двух промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования (в советских турбинах для поддержания заданного давления чаще всего используется регулирующая диафрагма за камерой отбора — ряд направляющих лопаток, разрезанных по перпендикулярной оси турбины плоскости; одна половина лопаток поворачивается относительно другой, изменяя площадь сопел). Место отбора ([[ступень турбины]]) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.
 
У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из одной или двух промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного [[патрубок|патрубка]] в отопительную систему или к сетевым подогревателям.
 
'''Схема работы теплофикационной турбины:''' ''Свежий (острый) пар из [[Паровой котёл|котельного агрегата]] '''(1)''' по паропроводу '''(2)''' направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины '''(3)'''. При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом '''(4)''' электрического генератора '''(5)'''. В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы и из них пар направляется в подогреватели '''(6)''' сетевой воды '''(7)'''. Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу '''(8)''' направляется обратно в [[Паровой котёл|котельный агрегат]] при помощи насоса '''(9)'''. Бо́льшая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.
 
=== Паровые турбины специального назначения ===
 
Паровые турбины специального назначения обычно работают на отбросном тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого
(дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).
 
* Турбины мятого пара используют отработавший пар [[поршневая машина|поршневых машин]], [[паровой молот|паровых молотов]] и [[пресс]]ов, имеющих давление немного выше атмосферного.
 
* Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
 
* Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при [[модернизация|модернизации]] электростанций, связанной установкой [[котёл паровой|паровых котлов]] более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
 
* Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.
 
Часто стационарные паровые турбины имеют регулируемые или нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для [[регенеративный подогрев|регенеративного подогрева]] [[питательной воды]].
 
Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.
 
== Характеристика основных параметров номинальных значений ==
 
* ''Номинальная мощность турбины'' — наибольшая мощность, которую турбина должна длительно развивать на зажимах электрогенератора, при нормальных величинах основных параметров или при изменении их в пределах, оговоренных отраслевыми и государственными стандартами. Турбина с регулируемым отбором пара может развивать мощность выше номинальной, если это соответствует условиям прочности её деталей.
* ''Экономическая мощность турбины'' — мощность, при которой турбина работает с наибольшей экономичностью. В зависимости от параметров свежего пара и назначения турбины номинальная мощность может быть равна экономической или больше её на 10-25 %.
* ''Номинальная температура регенеративного подогрева питательной воды'' — температура питательной воды за последним по ходу воды подогревателем.
* ''Номинальная температура охлаждающей воды'' — температура охлаждающей воды при входе в конденсатор.
 
[[Файл:Паровая турбина Харьковского завода 1937.jpg|thumb|290px||Паровая турбина [[ЗуГРЭС]]. [[СССР]], [[1930-е]]]]
 
== Ссылки ==
 
* {{ГОСТ|20689-80}} [http://www.complexdoc.ru/ntdpdf/482451/turbiny_parovye_statsionarnye_dlya_privoda_kompressorov_i_nagnetatelei_tipy.pdf ТУРБИНЫ ПАРОВЫЕ СТАЦИОНАРНЫЕ ДЛЯ ПРИВОДА КОМПРЕССОРОВ И НАГНЕТАТЕЛЕЙ]
* ''У. Гаррет Скейф.'' [http://vivovoco.astronet.ru/VV/JOURNAL/SCIAM/PARSONS/PARSONS.HTM Паровая турбина Парсонса]
* [http://twt.mpei.ru/MCS/Worksheets/PTU/h-s-Exp.xmcd «Живая» диаграмма (on-line расчет) расширения пара в паровой турбине]
 
== См. также ==
 
* [[Турбина]]
* [[Газотурбинный двигатель]]
* [[Двигатель]]
* [[Паровая машина]]
* [[ГТ-МГР]]
* [[Распределённая энергетика]]
* [[Паротурбинная установка]]
 
{{Двигатели|state4=expanded}}
 
[[Категория:Теплотехника]]