Вход
Регистрация Зарегистрируйтесь, чтобы получить расширенные возможности...

Паровая турбина

Парова́я турби́на, турбина, преобразующая тепловую энергию водяного пара в механическую работу. Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение. В отличие от поршневой паровой машины, паровая турбина использует не потенциальную, а кинетическую энергию пара.
По направлению движения потока пара различают аксиальные паровые турбины, у которых поток пара движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока пара в которых перпендикулярно, а рабочие лопатки расположены параллельно оси вращения. По числу корпусов (цилиндров) паровые турбины подразделяют на однокорпусные и 2-, 3-, редко 4-корпусные. По числу валов различают одновальные паровые турбины, у которых валы всех корпусов находятся на одной оси, и 2-, редко 3-вальные, состоящие из двух или трех параллельно размещенных одновальных паровых турбин, связанных общностью теплового процесса, а у судовых турбин — также общей зубчатой передачей (редуктором). В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины обычно подразделяют на 3 основные группы: чисто конденсационные, теплофикационные и специального назначения.
Чисто конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Эти турбины работают с выпуском отработавшего пара в конденсатор, где поддерживается вакуум. Чисто конденсационные паровые турбины могут быть стационарными или транспортными. Стационарные паровые турбины в соединении с генераторами переменного электрического тока (турбогенераторы)— основное оборудование конденсационных электростанций. В зависимости от назначения турбины для 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 турбин требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80%), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надежность в работе.
Транспортные паровые турбины используются в качестве главных и вспомогательных двигателей на кораблях и судах. Неоднократно делались попытки применить паровые турбины на локомотивах, однако паротурбовозы распространения не получили. Для соединения быстроходных паровых турбин с гребными винтами, требующими невысокой (от 100 до 500 об/мин) частоты вращения, применяют зубчатые редукторы. В отличие от стационарных турбин (кроме турбовоздуходувок), судовые турбины работают с переменной частотой вращения, определяемой необходимой скоростью хода судна.
Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. К ним относятся паровые турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением. У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой 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 паровой 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 идет в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень паровой турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара. У паровых турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из одной или двух промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему.
Паровые турбины специального назначения обычно работают на отбросном тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся паровые турбины мятого пара, двух давлений и предвключенные (форшальт). Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющий давление немного выше атмосферного. Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней. Предвключенные турбины представляют собой турбины с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие турбины с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключенных паровых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны турбины, ранее установленные на электростанции. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.
Попытки создать паровые турбины делались очень давно. Известно описание примитивной паровой турбины, сделанное Героном Александрийским (1 век до н. э.). Однако только в конце 19 века, когда термодинамика, машиностроение и металлургия достигли достаточного уровня, К. Г. П. Лаваль (Швеция) и Ч. А. Парсонс (Великобритания) независимо друг от друга в 1884—89 создали промышленно пригодные паровые турбины. Лаваль применил расширение пара в конических неподвижных соплах в один прием от начального до конечного давления и полученную струю (со сверхзвуковой скоростью истечения) направил на один ряд рабочих лопаток, насаженных на диск. Паровые турбины, работающие по этому принципу, получили название активных турбин. Парсонс создал многоступенчатую реактивную паровую турбину, в которой расширение пара осуществлялось в большом числе последовательно расположенных ступеней не только в каналах неподвижных (направляющих) лопаток, но и между подвижными (рабочими) лопатками. Паровая турбина оказалась очень удобным двигателем для привода ротативных механизмов (генераторы электрического тока, насосы, воздуходувки) и судовых винтов; она была более быстроходной, компактной, легкой, экономичной и уравновешенной, чем поршневая паровая машина. Развитие паровых турбин шло чрезвычайно быстро как в направлении улучшения экономичности и повышения единичной мощности, так и по пути создания специализированных паровых турбин различного назначения. Невозможность получить большую агрегатную мощность и очень высокая частота вращения одноступенчатых турбин Лаваля (до 30 000 об/мин у первых образцов) привели к тому, что они сохранили свое значение только для привода вспомогательных механизмов. Активные турбины развивались в направлении создания многоступенчатых конструкций, в которых расширение пара осуществлялось в ряде последовательно расположенных ступеней. Это позволило значительно увеличить единичную мощность турбин, сохранив умеренную частоту вращения, необходимую для непосредственного соединения вала паровой турбины с вращаемым ею механизмом. Реактивная турбина Парсонса некоторое время применялась (в основном на военных кораблях), но постепенно уступила место более компактным комбинированным активно-реактивным турбинам, у которых реактивная часть высокого давления заменена одно- или двухвенчатым активным диском. В результате уменьшились потери на утечки пара через зазоры в лопаточном аппарате, турбина стала проще и экономичнее.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика