Parní turbína: zařízení, princip činnosti, základní prvky

Návrh této jednotky je popsán v učebnicích 8. třídy ve fyzice. Struktura parní turbíny je popsána v následujících publikacích. Tento typ turbíny je druh motoru, ve kterém je pára nebo ohřátý vzduch schopen otáčet hřídel motoru bez interakce s pístem, ojnicí nebo klikovým hřídelem.

Stručný popis zařízení

Stručně řečeno, uspořádání parní turbíny může být popsáno následovně. Hlavní prvek, tj. Hřídel, je připevněn k disku, ke kterému jsou nože připevněny. Kromě těchto prvků jsou také umístěny části, jako jsou tryskové trubky. Prostřednictvím nich je z kotle dodávána pára. Když pára prochází tryskou, vyvíjí určitý tlak na lopatky a na disk celého zařízení. Tento efekt pohání disk turbíny společně s lopatkami.

V současné době se v těchto jednotkách používá nejčastěji několik disků, které jsou namontovány na jedné šachtě. Při tomto uspořádání parní turbíny nastane následující. Energie páry, která prochází každou čepelí každého disku, přinese určitou energii těmto prvkům. Hlavní využití parních turbín se nachází v jaderných i tepelných elektrárnách, kde jsou napojeny na hřídel elektrického proudu. Rychlost otáčení hřídele parní turbíny dosahuje 3000 otáček za minutu. Tato hodnota je dostatečná pro přijatelnou činnost generátorů elektrického proudu.

Pokud mluvíme o použití těchto jednotek, stojí za zmínku, že jsou úspěšně provozovány na lodích a lodích. Ovšem kvůli uspořádání parní turbíny je zejména vzhledem k tomu, že pro provoz turbíny je zapotřebí velké množství vody, není možné její provoz na pozemních a vzdušných dopravních prostředcích.

Zařízení trysky turbíny. Co to ovlivňuje?

Jedním z nejdůležitějších prvků pro provoz zařízení byla tryska, přes kterou prochází pára.

V nejranějším uspořádání parní turbíny, kdy ještě nebyla studována věc, jako je expanze páry, bylo problematické postavit racionálně fungující jednotku s vysokou účinností. Důvodem bylo, že tryska, která byla použita na začátku, měla stejný průměr po celé její délce. A to znamenalo skutečnost, že pára, která procházela potrubím a dostala se do prostoru s menším tlakem než uvnitř, ztratila tlak a zvýšila rychlost, ale pouze na určitou hodnotu. Když hovoříme o nasycení suché páry, pak její tlak na výstupu trubky nesmí být menší než 0,58 počátečního tlaku. Tento parametr se nazývá kritický tlak. Na základě této hodnoty je možné dosáhnout limitní rychlosti páry, nazývané též kritické rychlosti, a její hodnota pro přehřátou páru je 0,546 počátečního tlaku.

Tyto parametry nestačily na normální fungování turbíny. Navíc při opuštění trysky tohoto tvaru se pára začala tvořit kvůli expanzi v atmosféře. Všechny tyto nevýhody byly vyloučeny, když bylo změněno zařízení parní turbíny, její trysky. Na začátku výběru byla trubka úzká a postupně se rozšiřovala až na konec. Hlavní rozlišovací znak, který se stal rozhodujícím faktorem, spočívá v tom, že s touto formou bylo možné přivést tlak na konec trysky k tlaku okolního prostředí po potrubí. Tím se vyřešil problém s parními kluby, což výrazně snížilo rychlost a také se podařilo dosáhnout nadkritických hodnot tohoto parametru i tlaku.

Zařízení parní turbíny a princip činnosti

Zde je důležité říci, že parní turbína používá dva různé provozní principy, které závisí na jeho zařízení.

První princip se nazývá aktivní turbíny. V tomto případě máme na mysli zařízení, ve kterých je expanze páry prováděna pouze v stacionárních tryskách, a také předtím, než vstoupí do pracovních lopatek.

Zařízení parní turbíny a princip činnosti druhého typu se nazývají reaktivní. Mezi tyto jednotky patří ty, jejichž expanze páry nastává nejen před vstupem do pracovních lopatek, ale také během průchodu mezi nimi. Taková zařízení jsou stále nazývána v reakci. Pokud je pokles tepla v tryskách zhruba o polovinu celkové tepelné ztráty, pak je turbína také nazývána reaktivní.

Pokud uvážíme strukturu parní turbíny a jejích hlavních prvků, musíme věnovat pozornost následujícím skutečnostem. Uvnitř dochází turbína takového procesu: tekutý tryskající proud, který je zaměřen na ostří, bude vyvíjet tlak na to, které bude záviset na takových parametrech, jako průtokové rychlosti na vstupu a na výstupu na tvar povrchu povrchu listu, směru tryskajícího proudu úhlu vzhledem na daný povrch. Zde je důležité poznamenat, že v takových pracích není vůbec nutné, aby proud vody proudil proti čepelí. Naproti tomu v zařízení parního odebraných jednotek, aby se zabránilo, a často proto, aby se stream plynule tekla čepel.

Aktivní práce

Jaká je struktura parní turbíny pracující na takovém principu. To je založeno na zákonu, že každé tělo, které má dokonce malou rychlost, může mít vysokou kinetickou energii, pokud se pohybuje vysokou rychlostí. Zde však musíme okamžitě vzít v úvahu, že tato energie zmizí velmi rychle, jestliže začne klesat rychlost těla. V tomto případě existují dva varianty vývoje událostí, jestliže proud pary narazí na rovný povrch, který bude kolmý k jeho pohybu.

První možností je, že náraz na pevný povrch. V tomto případě je veškerá kinetická energie vlastnil těleso, které částečně transformována na energii tepelnou, a zbytek se spotřebuje na zajištění toho, aby kapalina pokles částice v opačném směru, a zpět. Přirozeně se nedělá žádná užitečná práce, pokud se tak nestane.

Druhou možností je, že se povrch může pohybovat. V takovém případě se určitá část energie dostane k přesunutí platformy z jejího místa a zbytek bude ještě zbytečný.

V zařízení parní turbíny a principu působení, který se nazývá aktivní, se používá druhá možnost. Samozřejmě je třeba si uvědomit, že když je jednotka v chodu, je nutné zajistit, aby spotřeba energie pro zbytečnou práci byla minimální. Další důležitou podmínkou je, že je nutné nasměrovat trysku páry tak, aby při nárazu nedošlo k poškození nožů. Tento stav je možné dosáhnout pouze s určitým tvarem povrchu.

Ze zkoušek a výpočtů bylo zjištěno, že nejlepší povrch pro práci s parními tryskami je ten, který může zajistit hladký obrat, po kterém bude pohyb pracovní látky přesměrován v opačném směru od původního. Jinými slovy, je nutné dát lopatkám polokruhový tvar. V tomto případě bude při překonání překážky převedena maximální část kinetické energie na mechanické zařízení, což způsobí jeho otáčení. Ztráta je omezena na minimum.

Jak funguje aktivní turbína

Zařízení a princip činnosti aktivní parní turbíny jsou následující.

Čerstvá pára s určitými hodnotami tlaku a rychlosti se přenáší na trysku, kde se také rozkládá na určitou hodnotu tlaku. Přirozeně spolu s tímto parametrem bude také zvyšovat rychlost trysky. Se zvýšenou rychlostí proudění páry dosáhne mechanických částí - nožů. Ovlivněním těchto prvků způsobí, že proud pracího prostředku rotuje disk, stejně jako hřídel, na kterém je pevně fixován.

Dále při opuštění lopatek proudění páry má jinou hodnotu rychlosti, která bude nutně nižší než předtím. To je způsobeno skutečností, že část kinetické energie byla přeměněna na mechanickou energii. Důležité je také poznamenat, že při průchodu listy se změní hodnota tlaku. Je však důležité, aby tento parametr měl stejnou hodnotu na vstupu a výstupu těchto prvků. To je způsobeno tím, že kanály mezi lopatkami mají stejný průřez po celé své délce a v těchto částech nedochází k další expanzi par. Aby se uvolnila pára, která již byla vyřešena, existuje speciální odbočná trubka.

Mechanické zařízení turbíny

Konstrukce a provoz parní turbíny v mechanice tak vypadá.

Jednotka se skládá ze tří válců, z nichž každý je stator s pevným tělesem, stejně jako rotující rotor. Samostatně umístěné rotory jsou spojeny spojkami. Řetěz, který je sestaven z jednotlivých rotorů válců, stejně jako z generátoru a budiče, se nazývá linie šachty. Délka tohoto zařízení při maximální hodnotě komponentů (v současnosti - ne více než 5 generátorů) je 80 metrů.

Dále zařízení a provoz parní turbíny vypadají takto. Hřídel pracuje v rotačním pohybu v takových prvcích, jako jsou ložiska ložisek. Otáčení se provádí na tenké olejové fólii, zatímco kovová část těchto vložky se během otáčení nedotýká hřídele. K dnešnímu dni jsou všechny rotory konstrukce umístěny na dvou nosných ložiscích.

V některých případech existuje pouze jedno společné ložisko mezi rotory patřícími k CVP a DCS. Veškerá pára, která expanduje do turbíny, způsobí, že každý z rotorů provede rotační pohyb. Veškerá síla, kterou produkuje každý z rotorů, se přidává k celkové hodnotě polovodičové vazby a dosáhne její maximální hodnoty.

Kromě toho je každý prvek pod vlivem axiální síly. Toto úsilí je shrnuto a jeho maximální hodnota, tj. Celková axiální zátěž, se přenáší z hřebene do zastavovacích segmentů. Tyto díly jsou instalovány v pouzdře axiálního ložiska.

Uspořádání rotoru turbíny

Každý rotor je umístěn v těle válce. Tlakové ukazatele dosud dosahují 300 MPa, takže tělo těchto zařízení je vyrobeno z dvojitých stěn. To pomáhá snížit tlakový rozdíl pro každý z nich, což umožňuje snížit tloušťku každého z nich. Navíc to pomáhá zjednodušit proces utahování příruby a také umožňuje, aby turbína v případě potřeby rychle změnila svůj výkon.

Je nutno mít k dispozici horizontální konektor, který je navržen pro snadný montáž do vnitřku skříně a musí také zajistit rychlý přístup k již nainstalovanému rotoru během auditu nebo opravy. Když je přímý instalace turbíny, pak jsou všechny roviny konektorů spodních skříní namontovány zvláštním způsobem. Pro zjednodušení této operace se obecně předpokládá, že všechny vodorovné roviny jsou spojeny s jednou společnou rovinou.

Když nastane čas instalace zařízení pro otáčení hřídele parní turbíny, je umístěna do již existujícího vodorovného konektoru, který zajišťuje jeho vystředění. To je nezbytné, aby se zabránilo namáhání rotoru proti statoru během otáčení. Taková vada může vést k poměrně závažné nehodě v zařízení. Vzhledem k tomu, že pára uvnitř turbíny je charakterizována velmi vysokou teplotou a rotace rotoru nastává na ropných filmech, teplota oleje by neměla být vyšší než 100 stupňů Celsia. Tato hodnota je vhodná jak pro požární bezpečnost, tak i pro splnění určitých mazacích vlastností materiálu. Pro dosažení takových indikátorů se ložiskové pláště provádějí mimo tělo válce. Jsou umístěny ve speciálních bodech - podpěry.

Parní instalace v jaderných elektrárnách

Zařízení parní turbíny v jaderné elektrárně může být považováno za příklad instalací nasycené páry, které jsou k dispozici pouze v těch zařízeních, kde se používá chladicí kapalina. Je třeba poznamenat, že počáteční vlastnosti parních turbín v jaderných elektrárnách jsou charakterizovány nízkými ukazateli. To přinutí více aktivní látky projít, aby bylo dosaženo požadovaného výsledku. Navíc je kvůli tomu vysoká vlhkost, která rychle vytváří turbínové stupně. To vedlo k tomu, že u takových zařízení je nutné použít vnitřní turbínu a externí zařízení pro sběr vlhkosti.

Vzhledem k vysoké vlhkosti použité páry klesá koeficient účinnosti a erozivní opotřebení průtokových částí se vyvíjí poměrně rychle. Abychom tomuto problému zabránili, musíme použít různé metody k posílení povrchu. Takové metody zahrnují chrom, kalení, zapalovací erozi, a tak dále. D. Jestliže jiné stránky nelze použít jednoduché zařízení parních turbín, by NPP nejen myslet na ochranu proti korozi, ale také vyřazení vlhkosti.

Nejúčinnějším způsobem odstranění přebytečné vlhkosti z turbíny byl výběr páry. Výběr látky se provádí na regeneračních ohřívačích. Zde je důležité poznamenat, že pokud jsou takové výběry zavedeny po každé etapě expanze, zmizí potřeba vyvinout další oddělovače vlhkosti uvnitř turbíny. Lze také dodat, že povolené limity vlhkosti páry jsou založeny na průměru kotouče a také na rychlosti otáčení.

Co je uspořádání parních a plynových turbín

Nejvyšší kvalita, která se stala významnou výhodou parní turbíny, spočívá v tom, že nevyžaduje žádné připojení k hřídeli elektrického generátoru. Také toto zařízení se dokonale vyrovnalo s přetížením a mohlo by být snadno nastaveno rychlostí otáčení. Efektivita těchto jednotek je také poměrně vysoká, což v kombinaci s dalšími výhodami přineslo je do popředí, kdyby bylo třeba se připojit k elektrickým generátorům. Stejné je uspořádání parní turbíny AEG.

Plynové turbíny se staly podobnými objekty. Pokud zvážíme tato zařízení z hlediska designu, pak jsou prakticky stejné. Stejně jako parní turbína je plynová turbína strojem typu břitů. Navíc v obou jednotkách je rotace rotoru dosažena díky tomu, že se mění kinetická energie proudění pracovní látky.

Základní rozdíl mezi těmito instalacemi je přesně v typu pracovní látky. Samozřejmě, že v parní turbíně, jako je látka parní a plynové instalace - plyn, který je nejčastěji získané ze spalování jakýchkoli produktů, nebo směsi páry a vzduchu. Dalším rozdílem je, že pro tvorbu těchto pracovních látek je nutné mít k dispozici různé doplňkové vybavení. Ukázalo se tedy, že samotné turbíny jsou velmi podobné, ale instalace vytvořená na předmětech kolem nich jsou zcela odlišné.

Parní turbína s kondenzátem

Kondenzační zařízení a parní turbíny Losev SM popsané ve své knize vydané v roce 1964. Publikace obsahovala teorii, návrh a provoz parních zařízení, jakož i kondenzačních jednotek.

Jednotka turbíny, která je umístěna v kotli, má tři média - vodu, páru a kondenzát. Tyto tři látky tvoří mezi sebou uzavřený cyklus. Zde je důležité poznamenat, že v takovém prostředí během transformace dochází ke ztrátě poměrně malého množství par a kapaliny. Aby se kompenzovaly malé ztráty, do zařízení se přidává surová voda, která je předcházena zařízením na čištění vody. V této jednotce je kapalina vystavena různým chemikáliím, jejichž hlavním účelem je odstranění nepotřebných nečistot z vody.

Princip činnosti v těchto instalacích je následující:

• Pára, která již byla zpracována a má snížený tlak a teplotu, pochází z turbíny do kondenzátoru.
• Když prochází tento úsek cesty, existuje velké množství trubek, kterými chladicí voda nepřetržitě pumpuje pomocí čerpadla. Nejčastěji tato kapalina pochází z řek, jezírek nebo rybníků.
• V okamžiku kontaktu se studeným povrchem trubky začíná vyčerpaná pára vytvářet kondenzát, protože jeho teplota je stále vyšší než v potrubí.
• Veškerý nahromaděný kondenzát neustále vstupuje do kondenzátoru, odkud je čerpáním čerpadla nepřetržitě. Potom se kapalina přenese do odvzdušňovače.
• Z tohoto prvku voda opět vstoupí do parního kotle, kde se změní na páru a proces se znovu začne.

Kromě základních prvků a jednoduchého principu fungování je k dispozici několik dalších jednotek, jako je turbodmychadlo a ohřívač.