Противодавленческая турбина принцип работы: Ерёмин Б.М. «Турбины с противодавлением и как обеспечивается промышленная безопасность при их использовании»

Содержание

Ерёмин Б.М. «Турбины с противодавлением и как обеспечивается промышленная безопасность при их использовании»


Ерёмин Борис Михайлович,

технический директор АНО «ДИЭКС»


Турбины с противодавлением и как обеспечивается промышленная безопасность при их использовании


В работе подробно описывается принцип работы турбины с противодавлением, предлагаются формулы по определению необходимых параметров и указываются требования промышленной безопасности при ее использовании.


Турбина с противодавлением


В профессиональном мире под турбинами понимают ротативный тепловой двигатель, который способен беспрерывно преобразовывать тепловую энергию рабочего вещества в механическую. Такая турбина состоит из двух составляющих:


  • Ротор — вращающаяся часть.                                           


  • Статор — неподвижная часть.                                        


Чтобы работа турбины была возможна необходимо, чтобы соблюдалось одно главное условие — наличие разности в давлениях между рабочими лопатками и сопловым аппаратом.


В современных энергетических системах турбины с противодавлением работают не отдельно от конденсационных, а параллельно с ними. В этом случае турбина противодавления вырабатывает то количество энергии, которое определяется расходом пара. Нет необходимости устанавливать на одном объекте конденсационные турбины, достаточно, чтобы оба вида агрегатов были включены в единую сеть. К сожалению, мощность турбины с противодавлением определена нагрузкой потребителя, что существенно ограничивает область их использования.


Устанавливать такое оборудование стоит там, где оно сможет работать с постоянной нагрузкой, к примеру, в северных районах, когда тепловое потребление практически не прекращается. Если рассматривать с конструкционной стороны разницу между конденсационной турбиной и с противодавлением, то в последней нет ступеней, работающих в области низкого давления.


Графически изобразить схему установки турбины с противодавлением можно следующим образом:


Схема установки турбины с противодавлением


1 — турбина с противодавлением;                                                 


2 — конденсационная турбина;                                                      


3 — редукционно-охладительная установка.                                  


В нашем случае пар выходит из парогенератора с Р0 давлением, затем идет в турбину, здесь наблюдается его расширение до давления Рп. далее пар отправляется в сетевые подогреватели, а отсюда к потребителю тепла. Если говорить о промышленных целей, то пар используется с давлением от 0,4 до 0,7 МПа, а в некоторых случаях и до 1,8 МПа.


Мощность используемой турбины можно рассчитать по формуле:


Рэ=GH0Ƞоэ


где G — расход свежего пара;


H0 — располагаемый теплоперепад;


Ƞоэ
— относительный электрический КПД, равный отношению электрической мощности к мощности идеальной турбины.


Именно потому, что Ƞоэ при неизменных процессах зависит от пропуска пара сквозь турбину, мощность будет определяться исключительно из расхода пара, проходящего через нее.


Использование этого типа оборудования совместно с конденсационным связано с тем, что работая изолированно турбины с противодавлением не могут обеспечить одновременно потребителя электроэнергией и теплом. при совместной работе ответственность за электроэнергию в большей степени берет на себя компенсационное оборудование.


Как правило, давление пара в данном случае приходится поддерживать все время постоянным. Уравнение расходов, которое будет связывать противодавление и тепловую нагрузку, в данном случае будет иметь вид:


  V        dP


____  ____ = G1-G2


 RT       dt


где V — емкость паропровода, ведущего от турбины к тепловому потребителю;


G— секундный расход пара, проходящего через систему регулирующих клапанов турбины;


G— секундный расход пара, отводимый к потребителю;


P и T — давление и температура отработавшего в турбине пара.


Наше уравнение демонстрирует что давление отработавшего пара будет неизменным лишь тогда, когда количество пара прошедшего через турбин G1,у, равно количеству пара поступающему к потребителю G2. Если G1>G2, то dP/dt>0, то есть давление растет и наоборот, если G1<G2, то dP/dt<0, и давление понижается.


Собственно становится понятно, что всякое нарушение равенства приводит лишь к одному результату — изменению давления. Можно сделать так, чтобы турбина противодавления во время работы автоматически поддерживала расход пара. Для этого необходимо оснастить ее не только регулятором скорости, но и давления.


Система регулирования будет полностью зависеть от регулятора и лишь тогда, когда произойдет отключение агрегата и генератор полностью разгрузиться вступит в работу регулятор скорости.


Промышленная безопасность требует подбирать конструкцию турбин в соответствии с объемом пропуска пара, с которым должно справляться оборудование. Принимают во внимание и график нагрузки.


Если учитывать конструкционные особенности этого типа оборудования, то можно откинуть все сложности с проектированием лопаток для больших объемом пропуска пара. Даже агрегаты, которые используют для массового расхода высота лопаток умеренная. Стоит помнить, что чем больше будет отношение давлений Р20>0, где Р0 —давление свежего пара, Р— давление в выходном патрубке, тем сильнее сказывается потеря пара в регулирующем клапане при недогрузке оборудования.


Поскольку в ТПД отношение Р20 велико, дроссельное парораспределение применять не рекомендуется. Чем выше Р20, тем большее число клапанов необходимо устанавливать.


Важно отметить, что использование соплового распределения еще не оправдывает характер экономичности при полной нагрузке турбины. Коэффициент полезного действия ТПД при недозагрузке лучше сохраняется при большем теплоперепаде для регулирующей степени. Если имеется идеальное парораспределение, то и перепад ступни будет постоянным независимо от нагрузки, а следовательно отношение скоростей тоже не меняется U/Сф, U — окружная скорость рабочей решетки U= Wd/2.


Где W — угловая скорость рабочих лопаток;


d — диаметр ступени;


Сф — фиктивная скорость.


Использование установок с одной степенью стало востребовано с агрегатами, у которых небольшие теплоперепады, работающих в условиях большой переменной нагрузки. Если необходима в условиях создания котельных турбина с большой мощностью, устанавливать такое оборудование нельзя, одной ступни может быть недостаточно. Если мы будем говорить конкретно о производственных мощностях, то там чаще всего используется одна регулируемая ступни и последующие нерегулируемые. Получается, что многоступенчатая конструкция одна из наиболее безопасных и востребованных в промышленных масштабах.


В рамках таблицы можно рассмотреть параметры комбинированной установки для мини-ТЭЦ, которая состоит из нескольких котлов ДКВр и ДЕ, бутанового контура и противодавленческой турбины.



























Наименование параметра


Значение


Неотопительное время


Отопительное время


Коллектор пара ДКВр и ДЕ


— давление, бар


— температура, оС


— расход, кг/с // т/ч


13,0


230


14,4/ 52,0


13,0


191,6


19,4/ 70,0


Турбина с противодавлением


Расход пара, кг/с // т/ч


12,5 / 45,0


12,5 / 45,0


Давление пара за установкой, бар


1,6


1,2


Мощность, кВт


3130


3507


Испаритель бутана


Температура конденсации греющего водяного пара, оС


113,0


-


Параметры сухого насыщенного пара бутана за испарителем:


— давление, бар


— температура , 0С


— энтальпия, кДж/кг


— расход, кг/с // т/ч


15,1


100


719


85,6/ 308,2


-


-


-


-


Бутановая турбина


Расход пара в турбину, кг/с // т/ч


68,5/ 246,6


-


— давление, бар


— температура , 0С


2,8


30,0


-


-


— температура вход/выход


— расход, кг/с // т/ч


12/23


500/ 1800


-


-


Электрическая мощность бутановой турбины, кВт


3130,0


-


Теплофикационная установка


Температура прямой/обратной сетевой воды, оС


-


115/65


Тепловая мощность ПСВ, МВт//Гкал/ч


-


25,0 / 21,4


Расход сетевой воды через ПСВ, т/ч


-


662,0


Комбинированная установка


Электрическая мощность, кВт


6260


3507


Тепловая мощность, МВт//Гкал/ч


0,67 / 0,58


26,7 / 22,85


Коэффициент использования теплоты топлива в топке


0,23


0,88


Вопрос обеспечения необходимого уровня промышленной безопасности на промышленных объектах с турбинами противодавления стоит остро. Первое, что требуется от руководства — разработка местных инструкций по эксплуатации оборудования, с подробным изложением правил остановки, пуска, ввода в ремонт. Персонал проходит аттестацию по предотвращению и устранению возможных аварий в момент использования агрегата.


В рамках требований промышленной безопасности есть несколько дефектов, которые в обязательном порядке устраняются перед запуском турбины. Среди них можно назвать:


  • Неисправность или полное отсутствие основных приборов, отвечающих за контроль теплового процесса. Сюда входят: термометры, манометры, тахометры и другое оборудование.


  • Если неисправна система смазки, то есть перед запуском обязательно проводится полный осмотр маслоблока.


  • Неисправности в системе защиты по контурам, отвечающим за прекращение подачи пара в турбину. Важно проверять перед запуском всю цепочку, начиная от датчиков и заканчивая запорной арматурой.


  • Если неисправна система регулирования.


  • В случае, если валоповоротное устройство не работает. При подаче пара на ротор, который не двигается, может произойти его изгиб.


По правилам промышленной безопасности особое внимание уделяется технологии запуска турбины. Она будет зависеть от ее температурного состояния, если меньше 150 градусов, то принято считать, что агрегат запускается из холодного состояния. Требуется не меньше трех суток после остановки.


Пуск из горячего состояния производится, когда температура 400 и выше градусов. Если температура находится между 150 и 400 градусов, такое состояние называют неостывшее. Основной принцип безопасности, который важно использовать при запуске — не навреди.


Использование, ремонт, запуск и иные действия относительно турбин с противодавлением должны производиться в соответствии с имеющимся законодательством и нормативами. Обязательно принимают во внимание следующие документы:


  • ФЗ № 116.                                                                          


  • ГОСТ 3618-82.                                                                 


  • ГОСТ 23269-78.                                                            


В процессе пуска обязательно должны соблюдаться три этапа:


  • Подготовительный.                                                              


  • Период разворота с повышением числа оборотов до 3000 в минуту.      


  • Синхронизация с последующим нагружением.  


На подготовительном этапе проверяется состояние всего имеющегося оборудования, исправность приборов, отсутствие видимых дефектов, нарушений герметичности. Особое внимание уделяется работе сигнализирующих устройств.


Паропровод подогревается в течение 1,5 часа, в это время подготавливают раствор в конденсатор и проверяют маслонасос. После обращают внимание на системы защиты и регулировки, в том числе задвижки. Важно, чтобы перед стопорным клапаном не было давления пара. После набора вакуума вводится в эксплуатацию автомат безопасности, происходит открытие дренажей.


Во время эксплуатации турбины руководитель должен строго следить за тем, чтобы обслуживание и ремонт агрегата мог проводить только квалифицированный персонал с соответствующими навыками и знаниями. Чтобы работа такого агрегата была максимально безопасной важно соблюдать ряд требований:


  • Постоянный контроль параметров пара.                                         


  • Недопущение перегрева подшипников.                                             


  • Регулирование системы смазки.                                                


  • Проводить мероприятия по предотвращению образования заноса солей, которые содержатся в паре.


  • Тщательный контроль и уход за системами защиты и регулирования.


  • Тщательный и регулярный осмотр узлов, крепежных элементов, стыков, соединений.


  • Согласно ПТЭ в установленные инструкцией сроки необходимо проводить испытания обратных и регулирующих клапанов.


  •  После ремонта, монтажа оборудования оно обязательно проходит испытания.


  • При перевооружении или после окончания нормативного срока использования турбины обязательно проводится экспертиза промышленной безопасности.


Конечно, это далеко не все мероприятия позволяющие обеспечить должный уровень безопасности на объектах, где используют турбины противодавления.


Не только эксплуатация, но и остановка такого оборудования требует соблюдения требований безопасности. Во время остановки важно попытаться сохранить температуру металла как можно выше, а перед ней разгрузить оборудование с отключением отборов.


После снижения нагрузки на 15% прекращают последующую подачу пара. В этот момент оборудование начинает вращаться электрической цепью, то есть генератор начинает работать как двигатель. Чтобы хвостовая часть не перегрелась важно проверять закрытие стопорных и регулирующих клапанов. После этого отключают генератор.


Если вдруг на ваттметре имеется нагрузка, значит, в турбину все еще поступает пар, а это говорит о наличие неплотности или зависании клапанов. В этом случае отключать генератор строго воспрещается, потому что и того пара может быть достаточно для разгона турбины. Срочно нужно закрыть паровую задвижку, потом обстучать клапаны и убедиться в том, что подача пара была полностью прекращена.


Уже после того, как турбина начинает работать на холостом ходу важно, соблюдая инструкцию, провести необходимые исследования. Особенно специалисты уделяют внимание выбегу ротора, при котором частота вращения должна быть нулевой. Это важный показатель, по которому часто прослеживают качество работы турбины. В обязательном порядке снимается кривая этого показателя с зависимостью вращения от времени. Если выявлены отклонения их обязательно устраняют.


Список литературы:


1.      ФЗ № 116 «О промышленной безопасности».


2.      ГОСТ 3618-82 «Турбины паровые стационарные для привода турбогенераторов типы и основные параметры».


3.      ГОСТ 23269-78 «Турбины стационарные паровые. Термины и определения». 

Турбины с противодавлением — Студопедия

Электрической энергии

Турбины для комбинированной выработки тепла и

ЛЕКЦИЯ №9

Экономический выигрыш у таких турбин обусловлен тем, что в конденсационных установках скрытая теплота парообразования теряется, а здесь используется для бытовых и промышленных потребителей.

Турбины, которые не только служат приводом генератора электрического тока, но и снабжают теплом внешних потребителей, получили общее название теплофикационных и разбиваются на следующие основные типы:

· Турбины с противодавлением;

· Турбины с одним регулируемым отбором пара;

· Турбины с регулируемым отбором пара и противодавлением;

· Турбины с двумя регулируемыми отборами пара.

Схема установки турбины с противодавлением изображена на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 Принципиальная схема установки с турбиной с противодавлением и конденсационной турбиной:

1- турбина с противодавлением; 2 — конденсационная турбина;

3 — редукционно-охладительная установка

Свежий пар подводится из парогенератора с давлением и направляется в турбину 1, где происходит расширение пара до давления . Отработавший в турбине 1 пар поступает в сетевые подогреватели (бойлеры), откуда подогретая вода идет к потребителю тепла. Для отопления применяется пар с давлением =70…250кПа, для промышленных целей требуется пар с давлением =0.4…0.7МПа, а в некоторых случаях с =1.3…1.8МПа.

Пар, проникающий в турбину 1 с противодавлением, расходуется лишь в том количестве, которое необходимо потребителю. Поэтому мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, не является произвольной, а связана с нагрузкой теплового потребителя. Мощность турбины выражается равенством:



где — расход свежего пара;

— располагаемый теплоперепад;

— относительный электрический к.п.д., равный отношению электрической мощности к мощности идеальной турбины.

Поскольку к.п.д. при постоянных параметрах процесса зависит только от пропуска пара через турбину, а располагаемый теплоперепад не меняется, мощность турбины с противодавлением однозначно определяется расходом протекающего через нее пара.

Турбина с противодавлением, работая изолированно, не может полностью обеспечивать потребителей электрической энергией, так как графики потребителей электрической энергии и тепла не совпадают. Поэтому в современных энергосистемах турбины с противодавлением обычно не устанавливаются изолированно, а применяются для параллельной работы с конденсационными турбинами (рис. 9.1).

При такой работе турбина с противодавлением вырабатывает лишь ту электрическую мощность, которая определяется пропуском пара, идущего к тепловому потребителю, в то время как остальную выработку электрической энергии обеспечивают компенсационные турбины

Таким образом, работая по тепловому графику, турбина с противодавлением покрывает лишь часть электрической нагрузки; остальная электрическая нагрузка ложится на конденсационную турбину. В часы максимальных тепловых нагрузок в линию теплового потребителя добавляется редуцированный свежий пар в том случае, если расход пара, требуемый тепловым потребителям, превышает максимальную пропускную способность турбины с противодавлением. Установленный редуктор давления пара 3 позволяет также снабжать теплового потребителя паром в периоды ремонтов турбины с противодавлением.

То обстоятельство, что мощность, развиваемая турбиной с противодавлением, целиком определяется нагрузкой теплового потребителя, часто не позволяет достаточно эффективно использовать установленную мощность турбогенератора, что ограничивает область применения таких турбин (т.е. зимой из-за максимального потребления тепла мощность турбины максимальна, а летом турбина может оказаться без нагрузки). Поэтому такие турбины устанавливают вблизи постоянных потребителей тепла, например, вблизи химпроизводства.

Давление пара, идущего к тепловому потребителю, как правило, требуется поддерживать постоянным.

Для турбины с противодавлением уравнение расходов, связывающее тепловую нагрузку с противодавлением турбины, имеет вид:

(9.1)

где — емкость паропровода, ведущего от турбины к тепловому потребителю;

— секундный расход пара, проходящего через систему регулирующих клапанов турбины;

— секундный расход пара, отводимый к потребителю;

и — давление и температура отработавшего в турбине пара.

Уравнение (9.1) показывает, что давление отработавшего в турбине пара будет сохраняться лишь в том случае, когда количество пара G1, прошедшего через турбину, равно количеству пара G2, идущему к тепловому потребителю. Если , то ,то есть давление отработавшего пара растет и наоборот, если то и давление отработавшего пара понижается.

Таким образом, всякое нарушение равенства между количеством пара, идущего от турбины, и количеством пара, расходуемого тепловым потребителем, приводят к изменению давления отработавшего пара.

Для того чтобы турбина с противодавлением могла автоматически поддерживать расход пара, необходимого тепловому потребителю, турбина, помимо регулятора скорости снабжается регулятором давления.

Система регулирования при работе турбины по тепловому графику находится под воздействием регулятора давления. Лишь в том случае, если при работе по тепловому графику произойдет отключение агрегата от сети и генератор разгрузится до нуля, в работу под влиянием повышения частоты вращения вступит регулятор скорости.

В конструктивном отношении турбины с противодавлением отличаются от конденсационных только тем, что в ней нет ступеней, работающих в области низких давлений. Поэтому турбина с противодавлением выполняется так же, как часть высокого давления конденсационной турбины, и обычно состоит из ряда последующих нерегулируемых ступеней.

При выборе конструкции турбины с противодавлением (ТПД) решающее значение имеют объемный пропуск пара, на который должна быть рассчитана турбина, и график нагрузки, с которым турбина будет работать.

Поскольку в ТПД нет ступеней, работающих в области вакуума, отпадают все трудности, связанные с проектированием лопаток для больших объемных пропусков пара. Даже в ТПД, рассчитанных на очень большие массовые расходы пара, высоты последних лопаток, обычно, умеренные. Расходы пара, которые могут быть пропущены через однопоточную турбину, при ее работе с противодавлением, очень велики.

Для больших ТПД целесообразно повышение быстроходности, чтобы не увеличивать высоту лопаток при малых объемных пропусках пара.

Чем больше для всей турбины отношение давлений , где — давление свежего пара, — давление в выходном патрубке, тем сильнее сказывается потеря пара от его дросселирования в регулирующем клапане при недогрузке турбины. Поскольку в ТПД, по сравнению с конденсаторными турбинами отношение велико, дроссельное парораспределение в таких турбинах применять не рекомендуется. Чем выше , тем большее число клапанов следовало бы иметь в системах соплового парораспределения ТПД.

Однако применение соплового парораспределения само по себе еще не оправдывает характер изменения экономичности при нагрузках турбины. К.п.д. ТПД при ее недогрузках сохраняется тем устойчивее, чем больший расчетный теплоперепад принят для регулирующей ступени. При этом желательно чтоб турбина представляла как ступень скорости, когда при одной сопловой решетке преобразование кинетической энергии производится в нескольких рабочих решетках. В этом случае при идеальном сопловом парораспределении можно считать, что тепловой перепад ступени сохраняется постоянным при всех нагрузках, а следовательно, сохраняется постоянным отношение скоростей (— окружная скорость рабочей решетки ,

где — угловая скорость рабочих лопаток;

— диаметр ступени;

– фиктивная скорость.

Если располагаемый теплоперепад ступени представлен как , то есть кинетическая энергия.

Выполнение ТПД в виде одной ступени нашло применение для турбин с небольшими теплоперепадами и пропуском пара, работающих при переменной в больших пределах нагрузки. Для турбин значительной мощности такая конструкция не может быть допущена в виду недостаточной ступени скорости. Поэтому наиболее распространенной для ТПД является конструкция, состоящая из регулирующей ступени и последующих нерегулируемых ступеней.

Таким образом, наилучшим вариантом ТПД является многоступенчатая конструкция, состоящая из регулируемой и нерегулируемой ступеней при использовании регуляторов как по давлению выходного пара, идущего к потребителю, так и по частоте, в зависимости от нагрузки теплового потребителя.

Турбина противодавления и паровой парогенератор

В прошлых статьях мы рассматривали котельную установку низкого давления и ее элементы, а также теплосиловые котельные установки. В данной статье более подробно рассмотрены турбины с противодавлением и паровой турбогенератор.

Турбины с противодавлением

На схеме в статье «Теплосиловые котельные установки» показана важная часть теплосиловой установки – турбина с противодавлением и генератор.

В водотрубном котле производится перегретый пар высокого давления. Перегретый пар используется для привода турбогенератора. Не до конца отработанный в турбине противодавления для цели производства электроэнергии и не сконденсировавшийся пар, используется дальше для целей технологии. Пар из отбора турбины обычно находится в слегка перегретом состоянии.

Паровой турбогенератор

Принцип работы парового турбогенератора – это довольно обширная тема, которая была раскрыта в книге Ari-Armaturen очень кратко.

Полученный в паровом котле перегретый пар подается в турбину с противодействием: в стальном паропроводе, работающем на принципе трубы Вентури (направляющий аппарат), происходит расширение пара, при этом энергия давления преобразуется в кинетическую энергию или энергию скорости потока. Кинетическая энергия пара передается на лопатки турбины и дальше генератору.

Изображение. Принцип работы паровой турбины

Турбина обычно имеет несколько расположенных друг за другом рабочих колес, поскольку энергия, которой обладает пар, не может быть полностью отработана на одном рабочем колесе. Чтобы направить пар на следующее рабочее колесо между колесами устанавливают стационарные направляющие лопатки. По мере прохождения пара через турбину давление его снижается, а удельный объем соответственно увеличивается. Поэтому к концу турбины высота ее лопаток увеличивается.

Источник: «Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010»




Получить консультацию и приобрести оборудование для паро-конденсатных систем можно по телефону (495) 268-0-242.

Противодавленческие турбины — ООО Промпривод

Увеличить

Противодавленческие турбины

Увеличить

Противодавленческие турбины

Увеличить

Противодавленческие турбины

Увеличить

Противодавленческие турбины

Увеличить

Противодавленческие турбины

Увеличить

Противодавленческие турбины

Противодавленческие турбины с повторным подводом рабочего тела

Паровая турбина выполнена на основе ступени давления с повторным подводом рабочего тела (рисунок 1).

Рисунок 1 

Такое конструктивное исполнение  позволяет реализовать на одном рабочем колесе принцип многоступенчатой турбины (от 3 до 7 ступеней).   После   любой  из ступеней  паровой  турбины могут быть организованы промежуточные отборы пара одного или нескольких давлений для нужд промышленных потребителей.

Сплошной контроль в ходе изготовления установок обеспечивает их высокое качество изготовления и высокие технические характеристики.

В силу применения в турбине  подшипников качения вместо подшипников скольжения система смазки значительно упростилась. Вместо громоздкой традиционной системы смазки с баками, насосами и пр. оборудованием в предлагаемой установке применена консистентная смазка подшипников качения. Это позволило снизить пожарную опасность системы смазки до нуля. Периодическое обслуживание заключается в пополнении объема смазки в обоймах подшипников.  Для смазки подшипников паровой турбины и генератора применяется высококачественная консистентная смазка, сохраняющая свои гарантированные свойства до температуры 150°С, что значительно превышает максимально-допустимую рабочую температуру металла подшипников (70 — 80°С).

Система удаления паровоздушной смеси от концевых уплотнений обеспечивает удаление и утилизацию протечек пара через концевые уплотнения вращающихся деталей. Удаление пара от концевых уплотнений производится  паровым эжектором отсоса уплотнений.

Трубопроводы пара, конденсата оборудованы фланцами для разъемного присоединения трубопроводов  первичного пара и  отработанного пара. Для отвода удаляемого пара от концевых уплотнений также предусмотрены фланцевые соединения.

Система дренажей с арматурой включает дренажную трубку с установленным запорным вентилем и фланцем для присоединения внешнего трубопровода. Эта конструкция обеспечивает отвод дренажа при прогреве паровой турбины и рабочего пара  при ее охлаждении из нижней части корпуса турбины.

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду и обеспечения безопасности эксплуатации предусмотрен теплоизолирующий кожух турбины. Конструктивно он разъемный, состоящий из отдельных элементов.

Технические характеристики







Наименование показателя

Типы установок — Р

Рабочий диапазон

Мощность, кВт

100 – 350

Частота вращения валопровода ТГУ, об/мин

3000 +30

Параметры пара перед турбиной:   

— давление абс., МПа

— температура, 0С

— давление за турбиной абс., МПа

 

1,3 – 2,4

190 – 250

0,2 – 1,1

Расход пара, не более, т/ч

6 – 25

Аксиальные противодавленческие турбины

Аксиальные паровые турбины с противодавлением оснащены одним или двумя турбинными модулями с высокооборотистыми валами, на выступающем конце которых всегда установлено одно рабочее колесо турбины радиального или аксиального турбинного уровня. Тихоходный вал редуктора (с оборотами — обычно 3 000 об/мин или 1 500 об/мин) связан с ротором электрического генератора или иного приводимого агрегата.

Турбины серии I имеют один турбинный модуль, встроенный с высокооборотистым торцевым редуктором, который имеет один высокооборотистый вал с оборотами до 28 000 об/мин. Турбины серии II имеют два турбинных модуля, встроенных с высокооборотистым торцевым редуктором, который имеет два параллельных высокооборотистых вала с оборотами до 28 000 об/мин.

Основным преимуществом таких турбоагрегатов является более высокая эффективность по сравнению со стандартными одноколесными турбинами благодаря использованию высоких оборотов и широкому регистру турбинных уровней различных типов, которые как правило сконструированы на заказ, в целях достижения максимальной эффективности турбины.

В зависимости от диапазона регулируемых параметров пара аксиальные паровые турбины с противодавлением могут быть укомплектованы поворотными распределительными лопатками статора. Эта поворотная регулировка значительно повышает общую эффективность парового турбоагрегата в режимах работы турбины с отклонением от оптимальных.

Аксиальные паровые турбины с противодавлением типа позволяют использование регулируемого или нерегулируемого отбора пара из передающего трубопровода, соединяющего на стороне пара высоконапорный и низконапорный модуль. Давление в отборе может в широком диапазоне протока регулироваться при помощи поворотных распределительных лопаток низконапорного модуля.

Аксиальные турбины типа являются оптимальными для следующих параметров 

Входящий пар

  • давление: макс. 6,5 МПа абс.
  • температура: макс. 535 °C
  • проточное количество: макс. 60 т/час

Выходящий пар

  • давление: с 0,12 МПа абс. до 2,5 МПа абс.

Мощность на валу

  • с 500 кВт до 3 MBт

Конструкция паровых турбин — Уралэнергомаш

Общие представления об устройстве паровых турбин

Основные технические требования к паровым турбинам и их характеристики

Паровая турбина представляет собою роторный лопаточный двигатель, в котором энергия давления поступающего из котла пара сначала преобразуется в кинетическую энергию пара, вытекающего с большой скоростью из сопел, а затем, на лопатках ротора,- в механическую энергию вращения вала. Сопла это направляющие аппараты, предназначенные для преобразования внутренней энергии пара в кинетическую энергию упорядоченного движения молекул.

Схема простейшей паровой турбины представлена на рис. 1.

Основной частью турбины является ротор, состоящий из вала 1 с насаженным на нем рабочим колесом 2, на котором укреплены рабочие лопатки 3 изогнутой формы. Перед диском с рабочими лопатками имеется сопло 4, из которого пар поступает на рабочие лопатки турбины.

паровая турбина
1 – вал; 2 – рабочее колесо; 3 – рабочая лопатка; 4 – сопло
Рисунок 3.1– Принцип действия турбины

Сопло и рабочее колесо составляют одну ступень. На рисунке 1.1, таким образом, представлена принципиальная схема одноступенчатой турбины.

Полученный в парогенераторе перегретый пар при температуре 600 С и давлении 30 МПа по паропроводам передаётся в сопла.

Если перед входом в сопло пар имел некоторую начальную скорость паровая турбинаи начальное давление паровая турбина(см. рис. 2), то после выхода из сопла в результате расширения пара происходит увеличение его скорости до значения паровая турбинаи уменьшение давления до значения паровая турбина. Скорость входа пара на рабочую лопатку паровая турбинаназывают абсолютной скоростью. Температура пара также при этом значительно понижается.

После выхода из сопла пар подается на рабочие лопатки турбины. Если турбина активная, то между ее рабочими лопатками расширения пара не происходит, следовательно, давление пара не меняется. Абсолютная скорость движения пара уменьшается с паровая турбинадо паровая турбинавследствие вращения турбины со скоростью V. V – это окружная или переносная скорость.

паровая турбина
Рис.2 – Схема активной турбины

Конструктивно турбина выполняется в виде нескольких ступеней, каждая из которых состоит из одного венца сопловых лопаток и одного венца рабочих лопаток.

Реактивными турбинами называют такие турбины, у которых расширение пара происходит не только в соплах перед поступлением пара на рабочие лопатки, но и на лопатках самого рабочего колеса. Это достигается тем, что канал, образованный рабочими лопатками выполняется суживающимся.

Изменение параметров пара в реактивной ступени турбины показано на рис. 3. В соплах турбины происходит частичное расширение пара до промежуточного давления паровая турбина.

Дальнейшее расширение пара до давления паровая турбинапроисходит в каналах между лопатками. Абсолютная скорость пара в сопле увеличивается до значения паровая турбина, а в началах между лопатками уменьшается из-за вращения лопаток до значения паровая турбина.

паровая турбина
Рис.3 – Схема работы реактивной турбины

В настоящее время турбины выполняют многоступенчатыми, причем водной и той же турбине могут быть как активные, так и реактивные ступени.

Устройство паровой турбины

Турбина состоит из трех цилиндров (ЦВД, ЦСД и ЦНД), нижние половины корпусов которых обозначены соответственно 39, 24 и18. Каждый из цилиндров состоит из статора, главным элементом которого являются неподвижный корпус, и вращающегося ротора. К полумуфте 12 присоединяется полумуфта ротора электрогенератора (не показан), а к нему — ротор возбудителя. Цепочка из собранных отдельных роторов цилиндров, генератора и возбудителя называется валопроводом. Его длина при большом числе цилиндров (а самое большое их число в современных турбинах — 5) может достигать 80 м.

паровая турбина
Рис.4 Устройство паровой турбины

Валопровод вращается во вкладышах 42, 29, 23, 20 и т.д. опорных подшипников скольжения на тонкой масляной пленке Как правило, каждый из роторов размещают на двух опорных подшипниках. Расширяющийся в турбине пар заставляет вращаться каждый из роторов, возникающие на них мощности складываются и достигают на полумуфте 12 максимального значения.

Каждый из роторов помещают в корпус цилиндра (см., например, поз. 24). При больших давлениях (а в современных турбинах оно может дос­тигать 30 МПа » 300 ат) корпус цилиндра (обычно ЦВД) выполняют двухстенным (из внутреннего 35 и внешнего 46 корпусов). Это уменьшает разность давлений на каждый из корпусов, позволяет сделать его стенки более тонкими, облегчает затяжку фланцевых соединений и позволяет турбине при необходимости быстро изменять свою мощность.

Все корпуса в обязательном порядке имеют горизонтальные разъемы 13, необходимые для установки роторов внутри цилиндров при монтаже, а также для легкого доступа внутрь цилиндров при ревизиях и ремонтах. Пар внутри турбины имеет высокую температуру, а ротор вращается во вкладышах на масляной пленке, температура масла которой как по соображениям пожаробезопасности, так и необходимости иметь определенные смазочные свойства, не должна превышать 100 °С (а температура подаваемого и отводимого масла должна быть еще ниже). Поэтому вкладыши подшипников выносят из корпусов цилиндров и размещают их в специальных строениях — опорах Таким образом, вращающиеся концы каждого из роторов соответствующего цилиндра необходимо вывести из невращающегося статора, причем так, чтобы с одной стороны исключить какие-либо (даже малейшие) задевания ротора о статор, а с другой — не допустить значительную утечку пара из цилиндра в зазор между ротором и статором, так как это снижает мощность и экономичность турбины. Поэтому каждый из цилиндров снабжают концевыми уплотнениями (см. поз. 40, 32, 19) специальной конструкции.

Турбина устанавливается в главном корпусе ТЭС на верхней фундаментной плите. В плите выполняются прямоугольные окна по числу цилиндров, в которых размещаются нижние части корпусов цилиндров, а также осуществляется вывод трубопроводов, питающих регенеративные подогреватели, паропроводы свежего и вторично перегретого пара, переходный патрубок к конденсатору.

После изготовления турбина проходит контрольную сборку и опробование на заводе-изготовителе. После этого ее разбирают на более-менее крупные блоки, доводят до хорошего товарного вида, консервируют, упаковывают в деревянные ящики и отправляют для монтажа на ТЭС.

При работе турбины пар из котла по одному или нескольким паропроводам (это зависит от мощности турбины) поступает сначала к главной паровой задвижке, затем к стопорному (одному или нескольким) и, наконец, к регулирующим клапанам (чаще всего — 4). От регулирующих клапанов (на рис. 4 не показаны) пар по перепускным трубам 1 (на рис. 4 их четыре: две из них присоединены к крышке 46 внешнего корпуса ЦВД, а две других подводят пар в нижние половины корпуса) подается в паровпускную камеру 33 внутреннего корпуса ЦВД. Из этой полости пар попадает в проточную часть турбины и, расширяясь, движется к выходной камере ЦВД 38. В этой камере в нижней половине корпуса ЦВД имеются два выходных патрубка 37. К ним приварены паропроводы, направляющие пар в котел для промежуточного перегрева.

Вторично перегретый пар по трубопроводам поступает через стопорный клапан (не показан на рис. 4) к регулирующим клапанам 4, а из них — в паровпускную полость ЦСД 26. Далее пар расширяется в проточной части ЦСД и поступает в его выходной патрубок 22, а из него — в две перепускные трубы 6 (иногда их называют ресиверными), которые подают пар в паровпускную камеру ЦНД 9. ЦВД и ЦСД, ЦНД почти всегда выполняют двухпоточными: попав в камеру 9, пар расходится на два одинаковых потока и, пройдя их, поступает в выходные патрубки ЦНД 14. Из них пар направляется вниз в конденсатор. Перед передней опорой 41 располагается блок регулирования и управления турбиной 44. Его механизм управления 43 позволяет пускать, нагружать, разгружать и останавливать турбину.

Уплотнение представлено на рис. 5.

паровая турбина
Рис.5. Лабиринтное уплотнение для валов турбин

В обойме 7, имеющей такую же конструкцию, как и обойма диафрагм выполнена кольцевая расточка 1, в которую вставляются сегменты уплотнений 3 (по три сегмента в каждую половину обоймы). Сегменты имеют тонкие (до 0,3 мм) кольцевые гребни, устанавливаемые по отношению к валу с очень малым зазором (0,5—0,6 мм). Совокупность кольцевых щелей между гребнями 4 и кольцевыми выступами 6 и кольцевых камер между ними называется лабиринтовым уплотнением. Высокое гидравлическое сопротивление, которым оно обладает, обеспечивает малую утечку пара помимо проточной части турбины.

Типичная рабочая лопатка (рис. 6) состоит из трех основных элементов: профильной части 1; хвостовика 2, служащего для крепления лопатки на диске; шипа 6 прямоугольной, круглой или овальной формы, выполняемого на торце профильной части лопатки за одно целое.

паровая турбина
Рис.6.Рабочая лопатка ЦВД и ЦСД

Лопатки изготавливаются из нержавеющей стали, содержащей 13 % хрома, методом штамповки и последующего фрезерования и набираются на диске через два специальных колодца, в которые затем устанавливаются замковые лопатки с хвостовиками специальной формы.

Отдельно прокатывают бандажную ленту 7, в которой пробивают отверстия, соответствующие форме шипов и расстоянию между ними. Лента нарезается на куски со строго рассчитанным числом объединяемых лопаток. Бандажная лента надевается на шипы, которые затем расклепываются. Ряд соседних лопаток (обычно от 5 до 14), объединенных бандажной лентой (бандажом), называется пакетом рабочих лопаток. Главная цель пакетирования — обеспечить вибрационную надежность рабочих лопаток (не допустить их поломки от усталости вследствие колебаний). После расклепки шипов на бандажах рабочих лопаток ротор устанавливают на токарный станок и окончательно протачивают гребни уплотнений.

На рис. 6 показана лишь одна из типичных конструкций, которые отличаются большим разнообразием как типов хвостовиков, так и бандажей. В современных конструкциях бандажи фрезеруют заодно с профильной частью (с шириной бандажа, равной шагу лопаток), иногда соединяют рабочие лопатки в пакете сваркой.

паровая турбина
Рис.7 Ротор двухпоточного ЦНД мощной турбины

На рис. 7 показан двухпоточный ротор ЦНД в процессе обработки на токарном станке. Первые две ступени имеют ленточ­ные бандажи, а последние ступени — две проволочные связи.

Главным элементом проточной части турбины, определяющим весь ее облик, является рабочая лопатка последней ступени. Чем большую длину она имеет и чем на большем диаметре она установлена (иными словами, чем больше площадь для прохода пара последней ступени), тем более экономичнее турбина. Поэтому история совершенствования турбин — это история создания последних ступеней. В начале 50-х годов ЛМЗ была разработана рабочая лопатка длиной 960 мм для последней ступени со средним диаметром 2,4 м, и на ее базе созданы турбины мощностью 300, 500 и 800 МВт. В конце 70-х была создана новая рабочая лопатка длиной 1200 мм для ступени со средним диаметром 3 м. Это позволило создать новую паровую турбину для ТЭС мощностью 1200 МВт и для АЭС мощностью 1000 МВт.

паровая турбина
Рис.8 Опора валопровода

На рис. 8 показана одна из опор валопровода. Основанием 12 нижняя половина корпуса 2 устанавливается на фундаментную раму (на рисунке не показана). В расточку корпуса на колодках 1, 4 и 10 помещается нижняя половина вкладыша 3. Внутренняя поверхность 8 обеих половин вкладыша выполнена цилиндрической или овальной и залита баббитом, — легкоплавким антифрикционным сплавом на основе олова, допускающего вращение ротора на очень низкой частоте вращения даже при отсутствии смазки. Прямо на поверхность вкладыша 8 и на аналогичную поверхность соседнего вкладыша при монтаже турбины укладывается ротор. Сверху его накрывают верхней половиной вкладыша и притягивают к нижней половине шпильками, ввинчиваемыми в отверстия 9. Затем устанавливается крышка корпуса подшипника.

Масло для смазки шеек валов подается насосами из масляного бака, установленного на нижней отметке конденсационного помещения. Размер масляного бака зависит от мощности турбины: чем больше мощность, тем больше цилиндров и, следовательно, роторов и их опор, требующих смазки. Кроме того, с ростом мощности растет диаметр шеек, и эти два обстоятельства требуют большого расхода масла и соответственно масляного бака большой емкости, достигающей 50—60 м3. Для смазки подшипников используется либо специальное (турбинное) минеральное масло, либо синтетические негорючие масла. Последние намного дороже, но зато пожаробезопаснее.

От насосов по трубопроводам масло, пройдя через маслоохладители, поступает к емкостям, располагаемым в крышках подшипника, а из них — к отверстиям 6 и к выборке 7, раздающей масло на всю ширину шейки вала. Масло за счет гидродинамических сил «загоняется» под шейку вала, и таким образом вал «плавает» на масляной пленке, не касаясь баббитовой заливки. Масло, пройдя под шейкой вала, выходит через торцевые зазоры вкладыша и стекает на дно корпуса подшипника, откуда самотеком направляется обратно в масляный бак. Вкладыш опоры показан на рис. 9.

паровая турбина
Рис.9 Опорный вкладыш опоры валопровода

Типы паровых турбин и области их использования

Для понимания места и роли паровых турбин рассмотрим их общую классификацию. Из большого разнообразия используемых паровых турбин, прежде всего можно выделить турбины транспортные и стационарные.

Транспортные паровые турбины чаще всего используются для привода гребных винтов крупных судов.

Стационарные паровые турбины — это турбины, сохраняющие при эксплуатации неизменным свое местоположение. В настоящей книге рассматриваются только стационарные паровые турбины.

В свою очередь стационарные паровые турбины можно классифицировать по ряду признаков.

  1. По назначению различают турбины энергетические, промышленные и вспомогательные.

Энергетические турбины служат для привода электрического генератора, включенного в энергосистему, и отпуска тепла крупным потребителям, например жилым районам, городам и т.д. Их устанавливают на крупных ГРЭС, АЭС и ТЭЦ. Энергетические турбины характеризуются, прежде всего, большой мощностью, а их режим работы — постоянной частотой вращения, определяемой постоянством частоты сети.

Основным производителем энергетических паровых турбин в России является Ленинградский металлический завод (Санкт-Петербург). Он выпускает мощные паровые турбины для ТЭС (мощностью 1200, 800, 500, 300 и 200 МВт), ТЭЦ (мощностью 180, 80 и 50 МВт и менее), АЭС (мощностью 1000 МВт).

Другим крупным производителем энергетических паровых турбин является Турбомоторный завод (ТМЗ, г. Екатеринбург). Он выпускает только теплофикационные турбины (мощностью 250, 185, 140, 100 и 50 МВт и менее).

На ТЭС России установлено достаточно много мощных паровых тур­бин Харьковского турбинного завода (ХТЗ, Украина) (мощностью 150, 300 и 500 МВт). Им же произведены все паровые турбины, установленные на АЭС России мощностью 220, 500 и 1000 МВт.

Таким образом, в настоящее время в России функционирует всего два производителя мощных паровых турбин. Если говорить о зарубежных производителях турбин, то их число также является небольшим. Большинство из них являются транснациональными объединениями. В Европе главными производителями паровых турбин являются компании Siemens (Германия), Acea Brown Bovery (ABB, германско-швейцарское объединение), GEC-Alsthom (англо-французское объединение), Scoda (Чехия). В США производителями мощных энергетических турбин являются компании General Electric и Westinghouse, в Японии — Hitachi, Toshiba, Mitsubisi. Все перечисленные производители выпускают паровые турбины вплоть до мощности 1000 МВт и выше. Технический уровень некоторых из них не только не уступает нашим производителям, но и превосходит их.

Промышленные турбины также служат для производства тепловой и электрической энергии, однако их главной целью является обслуживание промышленного предприятия, например, металлургического, текстильного, химического, сахароваренного и др. Часто генераторы таких турбин работают на маломощную индивидуальную электрическую сеть, а иногда используются для привода агрегатов с переменной частотой вращения, например воздуходувок доменных печей. Мощность промышленных турбин существенно меньше, чем энергетических. Основным производителем промышленных турбин в России является Калужский турбинный завод (КТЗ).

Вспомогательные турбины используются для обеспечения технологического процесса производства электроэнергии — обычно для привода питательных насосов и воздуходувок котлов.

Питательные насосы энергоблоков мощностью вплоть до 200 МВт приводятся электродвигателями, а мощностью выше — с помощью паровых турбин, питаемых паром из отбора главной турбины. Например, на энергоблоках мощностью 800 и 1200 МВт установлено соответственно по два и три питательных турбонасоса мощностью 17 МВт каждый, на энергоблоках мощностью 250 (для ТЭЦ) и 300 МВт — один питательный турбонасос мощностью 12 МВт; на энергоблоках мощностью 1000 МВт для АЭС используется два питательных насоса мощностью 12 МВт.

Котлы энергоблоков мощностью 800 и 1200 МВт оборудованы соответственно двумя и тремя воздуходувками, привод которых осуществляется также паровыми турбинами мощностью по 6 МВт каждая. Основным производителем вспомогательных паровых турбин в России является КТЗ.

  1. По виду энергии, получаемой от паровой турбины, их делят на конденсационные и теплофикационные.

В конденсационных турбинах (типа К) пар из последней ступени отводится в конденсатор, они не имеют регулируемых отборов пара, хотя, как правило, имеют много нерегулируемых отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды, а иногда и для внешних тепловых потребителей. Главное назначение конденсационных турбин — обеспечивать производство электроэнергии, поэтому они являются основными агрегатами мощных ТЭС и АЭС. Мощность самых крупных конденсационных турбоагрегатов достигает 1000—1500 МВт.

Теплофикационные турбины имеют один или несколько регулируемых отборов пара, в которых поддерживается заданное давление. Они предназначены для выработки тепловой и электрической энергии, и мощность самой крупной из них составляет 250 МВт. Теплофикационная турбина может выполняться с конденсацией пара и без нее. В первом случае она может иметь отопительные отборы пара (турбины типа Т) для нагрева сетевой воды для обогрева зданий, предприятий и т.д., или производственный отбор пара (турбины типа П) для технологических нужд промышленных предприятий, или тот и другой отборы (турбины типа ПТ и ПР). Во втором случае турбина носит название турбины с противодавлением (турбины типа Р). В ней пар из последней ступени направляется не в конденсатор, а обычно производственному потребителю. Таким образом, главным назначением турбины с противодавлением является производство пара заданного давления (в пределах 0,3—3 МПа). Турбина с противодавлением может также иметь и регулируемый теплофикационный или промышленный отбор пара, и тогда она относится к типу ТР или ПР.

Теплофикационные турбины с отопительным отбором пара (типа Т) спроектированы так, чтобы при максимальной теплофикационной нагрузке ступени, расположенные за зоной отбора, мощности не вырабатывали. В последние годы ряд турбин проектируются так, что даже при максимальной нагрузке последние ступени вырабатывают мощность. Такие турбины относятся к типу ТК.

  1. По используемым начальным параметрам пара паровые турбины можно разделить на турбины докритического и сверхкритического начального давления, перегретого и насыщенного пара, без промежуточного перегрева и с промежуточным перегревом пара.

Как уже известно критическое давление для пара составляет примерно 22 МПа, поэтому все турбины, начальное давление пара перед которыми меньше этого значения, относятся к паровым турбинам докритического начального давления. В России стандартное докритическое давление для паровых турбин выбрано равным 130 ат (12,8 МПа), кроме того, имеется определенный процент турбин на начальное давление 90 ат (8,8 МПа). На докритические параметры выполняются все паровые турбины для АЭС и ТЭЦ (кроме теплофикационной турбины мощностью 250 МВт), а также турбины мощностью менее 300 МВт для ТЭС. Докритическое начальное давление зарубежных паровых турбин обычно составляет 16—17 МПа, а максимальная единичная мощность достигает 600—700 МВт.

Все мощные конденсационные энергоблоки (300, 500, 800, 1200 МВт), а также теплофикационный энергоблок мощностью 250 МВт выполняют на сверхкритические параметры пара (СКД) — 240 ат (23,5 МПа) и 540 °С. Переход от докритических параметров пара к СКД позволяет экономить 3—4 % топлива.

Все турбины ТЭС и ТЭЦ работают перегретым паром, а АЭС — насыщенным (с небольшой степенью влажности).

Все мощные конденсационные турбины на докритические и сверхкритические параметры пара выполняют с промежуточным перегревом. Из теплофикационных турбин только турбина ЛМЗ на докритические параметры мощностью 180 МВт и турбина ТМЗ на СКД мощностью 250 МВт имеют промежуточный перегрев. Устаревшие конденсационные турбины мощностью 100 МВт и менее и многочисленные теплофикационные паровые турбины вплоть до мощности 185 МВт строятся без промперегрева.

  1. По зоне использования турбин в графике электрической нагрузки паровые турбины можно разделить на базовые и полупиковые. Базовые турбины работают постоянно при номинальной нагрузке или близкой к ней. Они проектируются так, чтобы и турбина, и турбоустановка имели максимально возможную экономичность. К этому типу турбин следует, безусловно, отнести атомные и теплофикационные турбины. Полупиковыетурбины создаются для работы с периодическими остановками на конец недели (с ночи пятницы до утра в понедельник) и ежесуточно (на ночь). Полупиковые турбины (и турбоустановки) с учетом их малого числа часов работы в году выполняют более простыми и соответственно более дешевыми (на сниженные параметры пара, с меньшим числом цилиндров). Электроэнергетика России в силу ряда причин всегда страдала от недостатка в энергосистеме полупиковых мощностей. Примерно 25 лет назад ЛМЗ спроектировал полупиковую конденсационную турбину мощностью 500 МВт на параметры 12,8 МПа, 510 °С/510 °С. Головной образец этой турбины предполагалось установить на Лукомльской ГРЭС (б. Белоруссия). Однако до сих пор ни одной специальной полупиковой турбины в России не работает. Вместе с тем в Японии и США работают десятки полупиковых турбин упрощенной конструкции.
  2. По конструктивным особенностям паровые турбины можно классифицировать по числу цилиндров, частоте вращения и числу валопроводов.

По числу цилиндров различают турбины одно- и многоцилиндровые. Количество цилиндров определяется объемным пропуском пара в конце процесса расширения. Чем меньше плотность пара, т.е. меньше его конечное давление, и чем больше мощность турбины, т.е. больше массовый расход, тем больше объемный пропуск и соответственно требуемая площадь для прохода пара через рабочие лопатки последней ступени. Однако если рабочие лопатки делать длиннее, а радиус их вращения больше, то центробежные силы, отрывающие профильную часть лопатки, могут возрасти настолько, что лопатка оторвется. Поэтому с увеличением мощности сначала переходят на двухпоточный ЦНД, а затем увеличивают их число. Конденсационные турбины можно выполнить одноцилиндровыми вплоть до мощности 50—60 МВт, двухцилиндровыми — до 100—150 МВт, трехцилиндровыми — до 300 МВт, четырехцилиндровыми — до 500 МВт, пятицилиндровыми — вплоть до 1300 МВт.

По частоте вращения турбины делятся на быстроходные и тихоходные. Быстроходные турбины имеют частоту вращения 3000 об/мин = 50 об/с. Они приводят электрогенератор, ротор которого имеет два магнитных полюса, и поэтому частота вырабатываемого им тока равна 50 Гц. На эту частоту строят большинство паровых турбин для ТЭС, ТЭЦ и частично для АЭС в нашей стране и почти во всем мире. В Северной Америке и на части территории Японии быстроходные турбины строят на частоту вращения 3600 об/мин = 60 об/с, так как там принятая частота сети равна 60 Гц.

Ранее в говорилось о том, что поскольку из-за низких начальных параметров работоспособность пара в турбинах АЭС мала, а снижение капитальных затрат требует увеличения мощности, т.е. массы пропускаемого пара, то объемный расход на выходе из турбины оказывается столь значительным, что оказывается целесообразным переход на меньшую частоту вращения. Так как число магнитных полюсов в электрогенераторе должно быть целым и четным, то переход на использование четырехполюсного электрогенератора и получения той же частоты сети, что и при двухполюсном электрогенераторе, требует снижения частоты вдвое. Таким образом, тихоходные турбины в нашей стране имеют частоту вращения 1500 об/мин = 25 об/с.

паровая турбина
Рис.10 Тихоходная турбина насыщенного пара мощностью 1160 МВт для американской АЭС

На рис. 10 показана тихоходная атомная турбина фирмы ABB мощностью 1160 МВт на частоту вращения 30 об/с. Гигантские размеры турбины хорошо видны в сравнении с фигурой человека, стоящего у средней опоры ее валопровода. Турбина не имеет ЦСД, и пар из ЦВД направляется в два горизонтальных сепаратора-пароперегревателя (СПП), а из них — раздается на три двухпоточных ЦНД. По такой же схеме на частоту вращения 25 об/с построены энергоблоки мощностью 1000 МВт на Балаковской и Ростовской АЭС.

Для АЭС, построенных для теплых климатических условий, т.е. для высокой температуры охлаждающей воды и соответственно высокого давления в конденсаторе), можно строить и быстроходные атомные турбины (рис. 11). Пар к ЦВД турбины поступает из реакторного отделения по четырем паропроводам 11. Пройдя ЦВД, пар поступает к СПП 10 вертикального типа, а после них с помощью ресивера 3 раздается на три одинаковых двухпоточных ЦНД 4. Под каждым ЦНД установлен свой конденсатор, также хорошо видный на макете.

По числу валопроводов различают турбины одновальные (имеющие один валопровод — соединенные муфтами роторы отдельных цилиндров и генератора) и двухвальные(имеющие два валопровода каждый со своим генератором и связанные только потоком пара). На российских тепловых электростанциях используют только одновальные турбины.В начале 70-х годов на Славянской ГРЭС на Украине построена единственная двухвальная турбина мощностью 800 МВт, да и то потому, что в то время не было электрогенератора мощностью 800 МВт.

паровая турбина
Рис.11 Быстроходная атомная турбина мощностью 1093 МВт для испанской АЭС (“ Трилло”), построенная фирмой Siemens

Для обозначения типов турбин ГОСТ предусматривает специальную маркировку, состоящую из буквенной и числовой частей. Буквенная часть указывает тип турбины, следующее за ней число — номинальную мощность турбины в мегаваттах. Если необходимо указать и максимальную мощность турбины, то ее значение приводят через косую черту. Следующее число указывает номинальное давление пара перед турбиной в МПа: для теплофикационных турбин далее через косую черту указывают давление в отборах или противодавление в МПа. Наконец, последняя цифра, если она имеется, указывает номер модификации турбины, принятый на заводе-изготовителе.

Приведем несколько примеров обозначений турбин.

Турбина К-210-12,8-3 — типа К, номинальной мощностью 210 МВт с начальным абсолютным давлением пара 12,8 МПа (130 кгс/см2), третьей модификации.

Трубина П-6-3,4/0,5 — типа П, номинальной мощностью 6 МВт, с на­чальным абсолютным давлением пара 3,4 МПа и абсолютным давлением отбираемого пара 0,5 МПа.

Турбина Т-110/120-12,8 — типа Т, номинальной мощностью 110 МВт и максимальной мощностью 120 МВт, с начальным абсолютным давлением пара 12,8 МПа.

Турбина ПТ-25/30-8,8/1 — типа ПТ, номинальной мощностью 25 МВт и максимальной мощностью 30 МВт, с начальным абсолютным давлением пара 8,8 МПа (90 ат) и абсолютным давлением отбираемого пара 1 МПа.

Турбина Р-100/105-12,8/1,45 — типа Р, номинальной мощностью 100 МВт максимальной мощностью 105 МВт, с начальным абсолютным давлением пара 12,8 МПа и абсолютным противодавлением 1,45 МПа.

Турбина ПР-12/15-8,8/1,45/0,7 — типа ПР, номинальной мощностью 12 МВт и максимальной мощностью 15 МВт, с начальным абсолютным давлением 8,8 МПа, давлением в отборе 1,45 МПа и противодавлением 0,7 МПа.

Основные технические требования к паровым турбинам и их характеристики

Для того чтобы увидеть, насколько совершенной машиной является паровая турбина, достаточно рассмотреть технические требования, предъявляемые к ней. Они сформулированы в государственных стандартах (ГОСТ). Здесь мы остановимся только на наиболее важных из них.

Прежде всего, к турбине предъявляется ряд требований, которые мож­но охватить одним термином — надежность. Надежность технического объекта — это его свойство выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования. Применительно к паровой турбине надежность — это бесперебойная выработка мощности при предусмотренных затратах топлива и установленной системе эксплуатации, технического обслуживания и ремонтов, а также недопущения ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.

Важно подчеркнуть, что понятие надежности включает в себя и понятие экономичности. Бесперебойно работающая турбина, работающая с низкой экономичностью из-за износа или с ограничением мощности из-за внутренних неполадок, не может считаться надежной. Надежность — это комплексное свойство, характеризуемое такими подсвойствами, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, управляемость, живучесть, безопасность. Не вдаваясь в строгие определения этих подсвойств, отметим главные из них.

Безотказность — это свойство турбины непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторой наработки. Средняя наработка на отказ для турбин ТЭС мощностью 500 МВт и более должна быть не менее 6250 ч, а меньшей мощности — не менее 7000 ч, а для турбин АЭС — не менее 6000 ч. Если учесть, что в календарном году 8760 ч и что какое-то время турбина не работает (например, по указанию диспетчера энергосистемы), то это означает, что отказы по вине турбины в среднем должны происходить не чаще 1 раза в год.

Полный установленный срок службы турбины ТЭС должен быть не менее 40 лет, а турбин АЭС — не менее 30 лет. При этом оговаривается два важных обстоятельства. Первое: этот срок службы не относится к быстро­изнашивающимся деталям, например, рабочим лопаткам, уплотнениям, крепежным деталям. Для таких деталей важен средний срок службы до капитального ремонта (межремонтный период). В соответствии с ГОСТ он должен быть не менее 6 лет (кроме того, на ТЭС и АЭС реализуется плановая система текущих и планово-предупредительных ремонтов).

Для турбин ТЭС, а точнее для их деталей, работающих при температуре свыше 450 °С, кроме такого показателя долговечности, как срок службы, вводится другой показатель — ресурс — суммарная наработка турбины от начала эксплуатации до достижения предельного состояния. На этапе проектирования предельное состояние определяется как назначенный ресурс. По определению — это ресурс, при достижении которого эксплуатация турбины должна быть прекращена независимо от ее технического состояния. На самом деле при достижении назначенного ресурса турбина может сохранить значительную дополнительную работоспособность (остаточный ресурс) и, учитывая ее высокую стоимость, срок работы турбины продляют. Учитывая нелогичность применительно к турбине термина «назначенный ресурс», стали употреблять термин «расчетный ресурс». Таким образом, расчетный (назначенный) ресурс — это наработка турбины, которая гарантируется заводом-изготовителем; при ее достижении должен быть рассмотрен вопрос о ее дальнейшей эксплуатации.

ГОСТ не регламентирует расчетного ресурса (он должен быть установлен в технических условиях или техническом задании на ее проектирование в каждом конкретном случае). Долгие годы расчетный ресурс составлял 100 тыс. ч, сейчас — как правило, 200 тыс. ч. Важнейшим требованием к турбине является высокая экономичность. Коэффициент полезного действия турбины оценивается по КПД ее цилиндров.

Коэффициент полезного действия цилиндра характеризуется той долей работоспособности пара, которую удалось преобразовать в механическую энергию. Наивысшую экономичность имеет ЦСД: в хороших турбинах он составляет 90—94 %. Коэффициент полезного действия ЦВД и ЦНД существенно меньше и в среднем составляет 84—86 %. Это уменьшение обусловлено существенно более сложным характером течения пара в решетках очень малой (несколько десятков миллиметров в первых ступенях ЦВД) и очень большой (1 м и более) в последних ступенях ЦНД высотой решеток. Рассчитать это течение и подобрать под него профили лопаток затруднительно даже при современных вычислительных средствах. Кроме того, значительная часть проточной части ЦНД работает влажным паром, капли влаги имеют скорость существенно меньшую, чем пар, и оказывают на вращающиеся рабочие лопатки тормозящее действие.

Кроме приведенных технических требований ГОСТ содержит многочисленные другие требования, в частности, к системе защиты турбины при возникновении аварийных ситуаций, к маневренности (диапазон длительной работы — обычно 30—100 % номинальной мощности; продолжительности пуска и остановки, число возможных пусков и т.д.), к системе регулирования и управления турбиной, к ремонтопригодности и безопасности (пожаробезопасности, уровня вибрации, шума и т.д.), методов контроля параметров рабочих сред (пара, масла, конденсата), транспортирования и хранения.

Источник: Языки программирования — Life-prog

как горячий пар превращается в электричество / Блог компании Toshiba / Хабр

Учёные до сих пор бьются над поиском самых эффективных способов по выработке тока — прогресс устремился от гальванических элементов к первым динамо-машинам, паровым, атомным, а теперь солнечным, ветряным и водородным электростанциям. В наше время самым массовым и удобным способом получения электричества остаётся генератор, приводимый в действие паровой турбиной.

Паровые турбины были изобретены задолго до того, как человек понял природу электричества. В этом посте мы упрощённо расскажем об устройстве и работе паровой турбины, а заодно вспомним, как древнегреческий учёный опередил своё время на пятнадцать веков, как произошёл переворот в деле турбиностроения и почему Toshiba считает, что тридцатиметровую турбину надо изготавливать с точностью до 0,005 мм.

Как устроена паровая турбина

Принцип работы паровой турбины относительно прост, а её внутреннее устройство принципиально не менялось уже больше века. Чтобы понять принцип работы турбины, рассмотрим, как работает теплоэлектростанция — место, где ископаемое топливо (газ, уголь, мазут) превращается в электричество.

Сама по себе паровая турбина не работает, для функционирования ей нужен пар. Поэтому электростанция начинается с котла, в котором горит топливо, отдавая жар трубам с дистиллированной водой, пронизывающим котел. В этих тонких трубах вода превращается в пар.

Понятная схема работы ТЭЦ, вырабатывающей и электричество, и тепло для отопления домов. Источник: Мосэнерго


Турбина представляет собой вал (ротор) с радиально расположенными лопатками, словно у большого вентилятора. За каждым таким диском установлен статор — похожий диск с лопатками другой формы, который закреплён не на валу, а на корпусе самой турбины и потому остающийся неподвижным (отсюда и название — статор).

Пару из одного вращающегося диска с лопатками и статора называют ступенью. В одной паровой турбине десятки ступеней — пропустив пар всего через одну ступень тяжёлый вал турбины с массой от 3 до 150 тонн не раскрутить, поэтому ступени последовательно группируются, чтобы извлечь максимум потенциальной энергии пара.

На вход в турбину подаётся пар с очень высокой температурой и под большим давлением. По давлению пара различают турбины низкого (до 1,2 МПа), среднего (до 5 МПа), высокого (до 15 МПа), сверхвысокого (15—22,5 МПа) и сверхкритического (свыше 22,5 МПа) давления. Для сравнения, давление внутри бутылки шампанского составляет порядка 0,63 МПа, в автомобильной шине легковушки — 0,2 МПа.

Чем выше давление, тем выше температура кипения воды, а значит, температура пара. На вход турбины подается пар, перегретый до 550-560 °C! Зачем так много? По мере прохождения сквозь турбину пар расширяется, чтобы сохранять скорость потока, и теряет температуру, поэтому нужно иметь запас. Почему бы не перегреть пар выше? До недавних пор это считалось чрезвычайно сложным и бессмысленным —нагрузка на турбину и котел становилась критической.

Паровые турбины для электростанций традиционно имеют несколько цилиндров с лопатками, в которые подается пар высокого, среднего и низкого давления. Сперва пар проходит через цилиндр высокого давления, раскручивает турбину, а заодно меняет свои параметры на выходе (снижается давление и температура), после чего уходит в цилиндр среднего давления, а оттуда — низкого. Дело в том, что ступени для пара с разными параметрами имеют разные размеры и форму лопаток, чтобы эффективней извлекать энергию пара.

Но есть проблема — при падении температуры до точки насыщения пар начинает насыщаться, а это уменьшает КПД турбины. Для предотвращения этого на электростанциях после цилиндра высокого и перед попаданием в цилиндр низкого давления пар вновь подогревают в котле. Этот процесс называется промежуточным перегревом (промперегрев).

Цилиндров среднего и низкого давления в одной турбине может быть несколько. Пар на них может подаваться как с края цилиндра, проходя все лопатки последовательно, так и по центру, расходясь к краям, что выравнивает нагрузку на вал.

Вращающийся вал турбины соединён с электрогенератором. Чтобы электричество в сети имело необходимую частоту, валы генератора и турбины должны вращаться со строго определённой скоростью — в России ток в сети имеет частоту 50 Гц, а турбины работают на 1500 или 3000 об/мин.

Упрощённо говоря, чем выше потребление электроэнергии, производимой электростанцией, тем сильнее генератор сопротивляется вращению, поэтому на турбину приходится подавать бо́льший поток пара. Регуляторы частоты вращения турбин мгновенно реагируют на изменения нагрузки и управляют потоком пара, чтобы турбина сохраняла постоянные обороты. Если в сети произойдет падение нагрузки, а регулятор не уменьшит объём подаваемого пара, турбина стремительно нарастит обороты и разрушится — в случае такой аварии лопатки легко пробивают корпус турбины, крышу ТЭС и разлетаются на расстояние в несколько километров.

Как появились паровые турбины

Примерно в XVIII веке до нашей эры человечество уже укротило энергию стихии, превратив её в механическую энергию для совершения полезной работы — то были вавилонские ветряные мельницы. К II веку до н. э. в Римской империи появились водяные мельницы, чьи колёса приводились в движение нескончаемым потоком воды рек и ручьёв. И уже в I веке н. э. человек укротил потенциальную энергию водяного пара, с его помощью приведя в движение рукотворную систему.

Эолипил Герона Александрийского — первая и единственная на следующие 15 веков реактивная паровая турбина. Источник: American Mechanical Dictionary / Wikimedia


Греческий математик и механик Герон Александрийский описал причудливый механизм эолипил, представляющий собой закреплённый на оси шар с исходящими из него под углом трубками. Подававшийся в шар из кипящего котла водяной пар с силой выходил из трубок, заставляя шар вращаться. Придуманная Героном машина в те времена казалась бесполезной игрушкой, но на самом деле античный учёный сконструировал первую паровую реактивную турбину, оценить потенциал которой удалось только через пятнадцать веков. Современная реплика эолипила развивает скорость до 1500 оборотов в минуту.

В XVI веке забытое изобретение Герона частично повторил сирийский астроном Такиюддин аш-Шами, только вместо шара в движение приводилось колесо, на которое пар дул прямо из котла. В 1629 году схожую идею предложил итальянский архитектор Джованни Бранка: струя пара вращала лопастное колесо, которое можно было приспособить для механизации лесопилки.

Активная паровая турбина Бранка совершала хоть какую-то полезную работу — «автоматизировала» две ступки.


Несмотря на описание несколькими изобретателями машин, преобразующих энергию пара в работу, до полезной реализации было еще далеко — технологии того времени не позволяли создать паровую турбину с практически применимой мощностью.

Турбинная революция

Шведский изобретатель Густаф Лаваль много лет вынашивал идею создания некоего двигателя, который смог бы вращать ось с огромной скоростью — это требовалось для функционирования сепаратора молока Лаваля. Пока сепаратор работал от «ручного привода»: система с зубчатой передачей превращала 40 оборотов в минуту на рукоятке в 7000 оборотов в сепараторе. В 1883 году Лавалю удалось адаптировать эолипил Герона, снабдив-таки молочный сепаратор двигателем. Идея была хорошая, но вибрации, жуткая дороговизна и неэкономичность паровой турбины заставили изобретателя вернуться к расчетам.

Турбинное колесо Лаваля появилось в 1889 году, но его конструкция дошла до наших дней почти в неизменном виде.

Спустя годы мучительных испытаний Лаваль смог создать активную паровую турбину с одним диском. На диск с лопатками из четырех труб с соплами под давлением подавался пар. Расширяясь и ускоряясь в соплах, пар ударял в лопатки диска и тем самым приводил диск в движение. Впоследствии изобретатель выпустил первые коммерчески доступные турбины с мощностью 3,6 кВт, соединял турбины с динамо-машинами для выработки электричества, а также запатентовал множество новшеств в конструкции турбин, включая такую их неотъемлемую в наше время часть, как конденсатор пара. Несмотря на тяжёлый старт, позже дела у Густафа Лаваля пошли хорошо: оставив свою прошлую компанию по производству сепараторов, он основал акционерное общество и приступил к наращиванию мощности агрегатов.

Параллельно с Лавалем свои исследования в области паровых турбин вёл англичанин cэр Чарлз Парсонс, который смог переосмыслить и удачно дополнить идеи Лаваля. Если первый использовал в своей турбине один диск с лопатками, то Парсонс запатентовал многоступенчатую турбину с несколькими последовательно расположенными дисками, а чуть позже добавил в конструкцию статоры для выравнивания потока.

Турбина Парсонса имела три последовательных цилиндра для пара высокого, среднего и низкого давления с разной геометрией лопаток. Если Лаваль опирался на активные турбины, то Парсонс создал реактивные группы.

В 1889 году Парсонс продал несколько сотен своих турбин для электрификации городов, а еще пять лет спустя было построено опытное судно «Турбиния», развивавшее недостижимую для паровых машин прежде скорость 63 км/ч. К началу XX века паровые турбины стали одним из главных двигателей стремительной электрификации планеты.

Сейчас «Турбиния» выставляется в музее в Ньюкасле. Обратите внимание на количество винтов. Источник: TWAMWIR / Wikimedia

Турбины Toshiba — путь длиной в век

Стремительное развитие электрифицированных железных дорог и текстильной промышленности в Японии заставило государство ответить на возросшее электропотребление строительством новых электростанций. Вместе с тем начались работы по проектированию и производству японских паровых турбин, первые из которых были поставлены на нужды страны уже в 1920-х годах. К делу подключилась и Toshiba (в те годы: Tokyo Denki и Shibaura Seisaku-sho).

Первая турбина Toshiba была выпущена в 1927 году, она имела скромную мощность в 23 кВт. Уже через два года все производимые в Японии паровые турбины выходили из фабрик Toshiba, были запущены агрегаты с общей мощностью 7500 кВт. Кстати, и для первой японской геотермальной станции, открытой в 1966 году, паровые турбины также поставляла Toshiba. К 1997 году все турбины Toshiba имели суммарную мощность 100000 МВт, а к 2017 поставки настолько возросли, что эквивалентная мощность составила 200000 МВт.

Такой спрос обусловлен точностью изготовления. Ротор с массой до 150 тонн вращается со скоростью 3600 оборотов в минуту, любой дисбаланс приведёт к вибрациям и аварии. Ротор балансируется с точностью до 1 грамма, а геометрические отклонения не должны превышать 0,01 мм от целевых значений. Оборудование с ЧПУ помогает снизить отклонения при производстве турбины до 0,005 мм — именно такая разница с целевыми параметрами среди сотрудников Toshiba считается хорошим тоном, хотя допустимая безопасная погрешность на порядок больше. Также каждая турбина обязательно проходит стресс-тест при повышенных оборотах — для агрегатов на 3600 оборотов тест предусматривает разгон до 4320 оборотов.

Удачное фото для понимания размеров ступеней низкого давления паровой турбины. Перед вами коллектив лучших мастеров завода Toshiba Keihin Product Operations. Источник: Toshiba

Эффективность паровых турбин

Паровые турбины хороши тем, что при увеличении их размеров значительно растёт вырабатываемая мощность и КПД. Экономически гораздо выгодней установить один или несколько агрегатов на крупную ТЭС, от которой по магистральным сетям распределять электричество на большие расстояния, чем строить местные ТЭС с малыми турбинами, мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт. Дело в том, что при уменьшении габаритов и мощности в разы растёт стоимость турбины в пересчёте на киловатт, а КПД падает вдвое-втрое.

Электрический КПД конденсационных турбин с промперегревом колеблется на уровне 35-40%. КПД современных ТЭС может достигать 45%.

Если сравнить эти показатели с результатами из таблицы, окажется, что паровая турбина — это один из лучших способов для покрытия больших потребностей в электричестве. Дизели — это «домашняя» история, ветряки — затратная и маломощная, ГЭС — очень затратная и привязанная к местности, а водородные топливные элементы, про которые мы уже писали — новый и, скорее, мобильный способ выработки электроэнергии.

Интересные факты

Самая мощная паровая турбина: такой титул могут по праву носить сразу два изделия — немецкая Siemens SST5-9000 и турбина производства ARABELLE, принадлежащей американской General Electric. Обе конденсационных турбины выдают до 1900 МВт мощности. Реализовать такой потенциал можно только на АЭС.

Рекордная турбина Siemens SST5-9000 с мощностью 1900 МВт. Рекорд, но спрос на такие мощности очень мал, поэтому Toshiba специализируется на агрегатах с вдвое меньшей мощностью. Источник: Siemens

Самая маленькая паровая турбина была создана в России всего пару лет назад инженерами Уральского федерального университета — ПТМ-30 всего полметра в диаметре, она имеет мощность 30 кВт. Малютку можно использовать для локальной выработки электроэнергии при помощи утилизации избыточного пара, остающегося от других процессов, чтобы извлекать из него экономическую выгоду, а не спускать в атмосферу.

Российская ПТМ-30 — самая маленькая в мире паровая турбина для выработки электричества. Источник: УрФУ

Самым неудачным применением паровой турбины стоит считать паротурбовозы — паровозы, в которых пар из котла поступает в турбину, а затем локомотив движется на электродвигателях или за счет механической передачи. Теоретически паровая турбина обеспечивала в разы больший КПД, чем обычный паровоз. На деле оказалось, что свои преимущества, как то высокая скорость и надежность, паротурбовоз проявляет только на скоростях выше 60 км/ч. При меньшей скорости движения турбина потребляет чересчур много пара и топлива. США и европейские страны экспериментировали с паровыми турбинами на локомотивах, но ужасная надежность и сомнительная эффективность сократили жизнь паротурбовозов как класса до 10-20 лет.

Угольный паротурбовоз C&O 500 ломался почти каждую поездку, из-за чего уже спустя год после выпуска был отправлен на металлолом. Источник: Wikimedia

Как работает турбокомпрессор

Как работает турбокомпрессор

 

Содержание статьи

 


  1. Введение

  2. Турбокомпрессоры и двигатели

  3. Устройство турбокомпрессора

  4. Детали турбокомпрессора

  5. Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей

  6. Узнать больше

  7. Читайте также » Все статьи про работу двигателя


 

 

В этой статье мы узнаем, каким образом турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя в жестких условиях эксплуатации. Мы также узнаем о том, как регуляторы давления наддува, керамические лопатки турбины и шариковые подшипники улучшают работу турбокомпрессора. Турбокомпрессоры являются своего рода системой наддува. Они сжимают воздух, поступающий в двигатель (читайте статью «Как работает автомобильный двигатель» для описания движения воздуха в обычном двигателе). Преимущество сжатия воздуха состоит в том, что при этом можно впустить больше воздуха в цилиндр, и, соответственно, больше топлива. Таким образом, при каждом взрыве в цилиндрах высвобождается больше энергии. Двигатель с турбонаддувом является более мощным по сравнению с обычным двигателем. Благодаря этому существенно увеличивается удельная мощность двигателя (для получения более подробной информации, рекомендуем прочитать статью «Как работает лошадиная сила»).

 

Для увеличения мощности двигателя, турбокомпрессор использует выхлопные газы для вращения турбины, которая, в свою очередь, вращает нагнетатель воздуха. Турбина турбокомпрессора вращается со скоростью до 150.000 оборотов в минуту (об/мин) — это примерно в 30 раз быстрее, чем скорость вращения большинства автомобильных двигателей. В связи с тем, что выхлоп идет на турбокомпрессор, температура в турбине очень высокая.

 

Далее мы расскажем о том, как узнать, насколько увеличится мощность двигателя, если установить турбокомпрессор.

 

 

 

Система турбонаддува автомобиля Mitsubishi Lancer Evolution IX.

 
Турбокомпрессоры и двигатели

 

Одним из самых эффективных способов увеличения мощности двигателя является увеличение количества сгораемого воздуха и топлива. Для этого можно установить дополнительные цилиндры или увеличить их объем. В некоторых случаях невозможно осуществить эти модификации, поэтому установка турбокомпрессора может стать более простым и компактным способом увеличения мощности, особенно для подержанных автомобилей.

 

Турбокомпрессоры позволяют двигателю сжигать больше топлива и воздуха благодаря увеличению подачи смеси в цилиндры. Стандартное давление сжатия воздуха турбокомпрессором составляет 6-8 фунт/дюйм2 (0,4 — 0,55 бар). Учитывая, что нормальное атмосферное давление составляет 14,7 фунт/дюйм2 (1 бар), при помощи турбокомпрессора в двигатель поступает на 50% больше воздуха. Следовательно, можно рассчитывать на увеличение мощности двигателя на 50%. Однако, эта технология не идеальна, поэтому мощность увеличивается на 30 — 40%.

 

Одна причина недостаточной эффективности состоит в том, что энергия, которая вращает турбину, не является свободной. Турбина, установленная в потоке выхлопных газов, создает препятствие для выхода газов. Это означает, что во время такта выпуска двигатель должен преодолеть высокое противодавление. В связи с этим происходит расход энергии работающих цилиндров.

 


 

Расположение турбокомпрессора в автомобиле

 
Устройство турбокомпрессора

 

Турбокомпрессор крепится к выпускному коллектору двигателя при помощи болтового соединения. Выхлопы из цилиндра вращают турбину, которая работает как газотурбинный двигатель. Турбина при помощи вала соединяется с компрессором, который установлен между воздушным фильтром и впускным коллектором. Компрессор сжимает воздух, поступающий в цилиндры.

 

Отработанные газы от цилиндра проходят через лопатки турбины, вызывая ее вращение. Чем больше выхлопных газов проходит через лопатки, тем быстрее происходит вращение.

 

С другой стороны вала, который установлен на турбине, компрессор вводит воздух в цилиндры. Компрессор представляет собой своего рода центробежный насос — он втягивает воздух в центр лопаток и выпускает его под давлением во время вращения.

 

Для того, чтобы выдержать скорость вращения до 150.000 об/мин, вал турбины должен иметь надежную опору. Большинство подшипников не выдержит такую скорость и взорвется гидростатические подшипники. Такой тип подшипников поддерживает вал на тонком слое масла, которое непрерывно подается. Это обусловлено двумя причинами: Масло охлаждает вал и некоторые другие детали турбокомпрессора и позволяет валу вращаться, снижая трения.

 

Существует много различных решений, связанных с конструкцией турбокомпрессоров для автомобильных двигателей. На следующей странице мы расскажем о некоторых оптимальных вариантах и рассмотрим, как они влияют на работу двигателя.

 



Слишком сильное сжатие?


 


Когда воздух под давлением запускается в цилиндры при помощи турбокомпрессора и затем сжимается поршнями (читайте статью «Как работает автомобильный двигатель» для наглядного описания), существует риск самовозгорания смеси. Возгорание может произойти при сжатии воздуха, т.к. при этом возрастает температура. При высокой температуре может произойти возгорание еще до срабатывания свечи зажигания. Для предотвращения раннего сгорания топлива, автомобили с турбокомпрессором рекомендуется заправлять высокооктановым бензином. Если давление наддува слишком высокое, возможно придется уменьшить степень сжатия двигателя для того, чтобы избежать раннего сгорания топлива.


 

 

Как устанавливается турбокомпрессор

 

 

 


 

Как турбокомпрессор выглядит изнутри

 

 

 
Детали турбокомпрессора

 

Одна из основных проблем турбокомпрессоров состоит в том, что они не обеспечивают мгновенный форсированный наддув по нажатию на педаль газа. Турбине требуется несколько секунд для того, чтобы набрать скорость вращения, необходимую для наддува. В результате возникает задержка между временем нажатия на педаль газа и временем начала ускорения автомобиля при срабатывании турбины.

 

Одним из способов устранения задержки является снижение инерции вращающихся деталей, благодаря снижению их массы. Это способствует более быстрому набору скорости вращения турбины и компрессора и раннему началу наддува. Одним из наиболее надежных способов снижения инерции турбины и компрессора является уменьшение их размеров. Небольшой турбокомпрессор быстрее начнет наддув при низкой скорости работы двигателя, однако он не сможет обеспечить достаточный наддув при больших скоростях двигателя, когда в цилиндры поступает значительные объемы воздуха. Также существует риск слишком быстрого вращения на высоких скоростях двигателя, т.к. при этом через турбину проходит значительный объем выхлопа.

 

Большой турбокомпрессор может обеспечить сильный наддув при высокой скорости вращения двигателя, однако при этом может наблюдаться сильная задержка наддува, т.к. необходимо определенное время на разгон тяжелой турбины и компрессора. К счастью, существует ряд решений данных проблем.

 

В большинстве автомобильных турбокомпрессоров используется регулятор давления наддува, который позволяет уменьшить время задержки наддува небольших турбокомпрессоров, предотвращая слишком быстрое вращение при высокой скорости вращения двигателя. Регулятор давления наддува представляет собой клапан, который обеспечивает выпуск выхлопа в обход лопаток турбины. Регулятор давления наддува измеряет давление наддува. Если давление слишком высокое, это означает, что турбина вращается слишком быстро, поэтому регулятор давления наддува выпускает определенное количество выхлопа в обход лопаток для снижения скорости вращения турбины.

 

В некоторых турбокомпрессорах используются шариковые подшипники вместо гидростатических подшипников для поддержки вала. Но это не обычные шариковые подшипники – это особые подшипники, изготовленные из специального материала, которые могут выдержать скорости и температуры турбокомпрессора. Они снижают трение вала турбины при вращении, как и гидростатические подшипники. Они также позволяют использовать меньший и облегченный вал. Благодаря этому происходит быстрый набор скорости турбокомпрессором, что, в свою очередь, снижает задержку.

 
Керамические лопатки турбины легче стальных лопаток, которые используются в большинстве турбокомпрессоров. Благодаря этому опять же происходит быстрый набор скорости турбокомпрессором, что снижает задержку.

 


 

Турбокомпрессор обеспечивает наддув при большой скорости вращения двигателя.

 

 
Использование двух турбокомпрессоров и других турбо деталей

 

На некоторые двигатели устанавливается два турбокомпрессора разного размера. Малый турбокомпрессор быстрее набирает обороты, снижая тем самым задержку ускорения, а большой обеспечивает больший наддув при высокой скорости вращения двигателя.

 

Когда воздух сжимается, он нагревается, а при нагревании воздух расширяется. Поэтому повышение давления от турбокомпрессора происходит в результате нагревания воздуха до его впуска в двигатель. Для того, чтобы увеличить мощность двигателя, необходимо впустить в цилиндр как можно больше молекул воздуха, при этом не обязательно сжимать воздух сильнее.

 
Охладитель воздуха или охладитель наддувочного воздуха является дополнительным устройством, которое выглядит как радиатор, только воздух проходит как внутри, так и снаружи охладителя. При впуске воздух проходит через герметичный канал в охладитель, при этом более холодный воздух подается снаружи по ребрам при помощи вентиляторов охлаждения двигателя.

 

Охладитель увеличивает мощность двигателя, охлаждая сжатый воздух от компрессора перед его подачей в двигатель. Это значит, что если турбокомпрессор сжимает воздух под давлением 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар), охладитель осуществит подачу охлажденного воздуха под давлением 7 фунт/дюйм2 (0,5 бар), который является более плотним и содержит больше молекул, чет теплый воздух.

 

Турбокомпрессоры также обладают преимуществом на большой высоте, где плотность воздуха ниже. Обычные двигатели будут работать слабее на большой высоте над уровнем моря, т.к. на каждый ход поршня подаваемая масса воздуха будет меньше. Мощность двигателя с турбокомпрессором также снизится, но менее заметно, т.к. разреженный воздух легче сжимать.

 

В старых автомобилях с карбюраторами автоматически увеличивается подачу топлива в соответствии с увеличением подачи воздуха. В современных автомобилях происходит то же самое. Система впрыска топлива ориентируется на данные датчика кислорода в выхлопе для определения необходимого соотношения топлива и воздуха, так что система автоматически увеличивает подачу топлива при установленном турбокомпрессоре.

 

При установке мощного турбокомпрессора на двигатель с впрыском топлива, система может не обеспечить необходимое количество топлива — либо программное обеспечение контроллера не допустит, либо инжекторы и насос не смогут осуществить необходимую подачу. В этом случае необходимо осуществлять уже другие модификации для максимального использования преимуществ турбокомпрессора.

 

Для получения большей информации по турбокомпрессорам, рекомендуем ознакомиться со ссылками на следующей странице.

 


 

Mazda RX-8 купе-кабриолет с установленной системой турбонаддува

 

Источник:  https://auto.howstuffworks.com/

Разница между конденсационной турбиной и турбиной с противодавлением

Последнее обновление

В этой статье мы увидим разницу между «Различием между конденсационной турбиной и турбиной с противодавлением».

Difference Between Back Pressure and Condensing Turbine

Конденсационная турбина против турбины с противодавлением

S. No.

Описание

Конденсаторная турбина

Турбина противодавления

1 Выбор турбины Конденсационная турбина выбирается, когда потребность в паре для приводов процесса больше, чем потребность в паре низкого давления.Его также выбирают, когда нет пара под высоким давлением. Турбина с противодавлением выбирается, когда потребность в технологическом паре превышает количество пара, необходимого для технологических приводов, таких как большие компрессоры. Турбина этого типа также выбирается, когда для процесса требуются различные уровни пара.
2 Управление турбиной Легче управлять по сравнению с турбиной с противодавлением. Потому что эти турбины требуют меньшего изменения свежего пара при различной нагрузке турбины. Управление этой турбиной несколько затруднено по сравнению с конденсационной турбиной. Если требуется другое давление свежего пара при изменении нагрузки турбины.
3 Расход пара При той же рабочей нагрузке турбина этого типа требует меньшего количества пара. Поскольку падение энтальпии велико Для той же рабочей нагрузки требуется больше пара. Потому что падение энтальпии очень меньше.
4 Капитальные затраты Высокие капитальные затраты.Потому что конденсационная турбина больше, чем турбина с противодавлением. Также он содержит больше вспомогательных систем, таких как эжектор, конденсатор, вытяжной насос и т. Д., Низкие капитальные затраты. Никакое вспомогательное оборудование и размер турбины не меньше по сравнению с конденсационной турбиной той же рабочей нагрузки.
5
Отпечаток стопы
Из-за большего размера и большего количества вспомогательного оборудования. Площадь основания этой турбины очень высока Площадь основания турбины небольшая.Благодаря меньшим размерам и не требуется дополнительное оборудование.
6 Риск частоты вращения лопастей и возбуждения Конденсаторная турбина содержит большую лопатку по сравнению с турбиной с противодавлением той же нагрузки. Из-за наличия более крупных лопастей риск изменения частот лопастей и возбуждения лопастей очень высок. В турбине с противодавлением размер лопаток меньше. Следовательно, риск возникновения частот лезвия и возбуждения очень низок.
7 Операционные расходы Из-за большего количества вспомогательного оборудования эксплуатационные расходы высоки. Нет вспомогательного оборудования, поэтому эксплуатационные расходы низкие.
8 Качество питательной воды котла Питательная вода котла, необходимая для данного типа турбины, должна содержать меньше силикатов и солей. Поскольку вероятность осаждения силикатов и солей в лопасти низкого давления очень высока. Следовательно, требуется высококачественная питательная вода для котлов. В случае турбины с противодавлением пар не конденсируется. Следовательно, в этой турбине не происходит образования силикатов и отложений солей.Следовательно, качество питательной воды котла не требуется так же строго, как для конденсационной турбины.
9 Эрозия лезвия Вероятность эрозии лезвия очень высока. Из-за образования капель воды в области низкого давления турбины. Вероятность эрозии лезвия очень низкая. Потому что образования капель воды не происходит.

Следите за нами и ставьте лайки:

Difference Between Back Pressure and Condensing Turbine
13 fb-share-icon.Принцип работы газотурбинного двигателя

Принцип, используемый газотурбинным двигателем, поскольку он обеспечивает силу для движения самолета, основан на законе количества движения Ньютона. Этот закон гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие; поэтому, если двигатель ускоряет массу воздуха (действие), он прикладывает силу к летательному аппарату (реакция). Турбореактивный двигатель создает тягу, давая относительно более медленное ускорение большому количеству воздуха. Старый чисто турбореактивный двигатель достигает тяги за счет передачи большего ускорения меньшему количеству воздуха.Это была его основная проблема с расходом топлива и шумом.

Масса воздуха увеличивается в двигателе за счет использования непрерывного цикла. Окружающий воздух поступает во впускной диффузор, где он подвергается изменениям температуры, давления и скорости из-за ударного воздействия. Затем компрессор механически увеличивает давление и температуру воздуха. Воздух под постоянным давлением поступает в секцию горелки, где его температура повышается за счет сгорания топлива. Энергия забирается из горячего газа за счет расширения через турбину, которая приводит в действие компрессор, и за счет расширения через выхлопное сопло, предназначенное для выпуска отработавшего газа с высокой скоростью для создания тяги.

Высокоскоростные газы из двигателя можно рассматривать как непрерывные, они передают эту силу летательному аппарату, в котором он установлен, создавая таким образом тягу. Формула для тяги может быть получена из второго закона Ньютона, который гласит, что сила пропорциональна произведению массы и ускорения. Этот закон выражается в формуле:

В приведенной выше формуле масса аналогична весу, но на самом деле это другая величина. Масса относится к количеству материи, а вес относится к силе силы тяжести на этом количестве материи.На уровне моря при стандартных условиях 1 фунт массы имеет вес 1 фунт. Чтобы вычислить ускорение данной массы, гравитационная постоянная используется как единица сравнения. Сила тяжести составляет 32,2 фута на секунду в квадрате (фут / сек2). Это означает, что свободно падающий объект весом 1 фунт ускоряется со скоростью 32,2 фута в секунду каждую секунду, когда на него действует сила тяжести. Поскольку масса объекта составляет 1 фунт, что также является действительной силой, сообщаемой ему гравитацией, можно предположить, что сила в 1 фунт ускоряет объект 1-1 со скоростью 32.2 фута / сек2.

Кроме того, сила в 10 фунтов ускоряет массу в 10 фунтов со скоростью 32,2 фута / сек2. Это предполагает отсутствие трения или другого сопротивления, которое необходимо преодолеть. Теперь очевидно, что отношение силы (в фунтах) к массе (в фунтах), поскольку ускорение в фут / сек2 равно 32,2. Используя M для представления массы в фунтах, формулу можно выразить следующим образом:

В любой формуле, включающей работу, необходимо учитывать фактор времени. Удобно иметь все временные факторы в эквивалентных единицах (т.е.е., секунды, минуты или часы). При расчете реактивной тяги удобен термин «фунты воздуха в секунду», поскольку секунда — это та же единица времени, которая используется для силы тяжести.

Летный механик рекомендует

.

Противодавление выхлопных газов двигателя

Противодавление выхлопных газов двигателя

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Компоненты выхлопной системы, такие как глушители и устройства дополнительной обработки выхлопных газов, являются источником противодавления выхлопных газов двигателя. Повышенный уровень противодавления может привести к увеличению выбросов, увеличению расхода топлива и может отрицательно сказаться на характеристиках двигателя.

Введение

Определение

Противодавление выхлопных газов двигателя определяется как давление выхлопных газов, которое создается двигателем для преодоления гидравлического сопротивления выхлопной системы с целью выпуска газов в атмосферу. Для этого обсуждения противодавление выхлопных газов — это избыточное давление в выхлопной системе на выходе из выхлопной турбины в двигателях с турбонаддувом или давление на выходе из выхлопного коллектора в двигателях без наддува.Термин «противодавление» можно также записать одним словом (противодавление) или с помощью дефиса (противодавление).

Следует отметить, что термин «противодавление» противоречит интуиции и может мешать правильному пониманию механики потока выхлопных газов. Слово back , кажется, предполагает давление, которое оказывает на жидкость против направления потока — на самом деле, определения обратного давления такого рода часто встречаются в источниках мягких научных стандартов. Есть две причины возразить.Во-первых, давление — это скалярная величина, а не векторная величина, и она не имеет направления. Во-вторых, поток газа управляется градиентом давления, причем единственно возможное направление потока — от более высокого к более низкому давлению. Газ не может течь против повышения давления — именно дизельный двигатель нагнетает газ, сжимая его до достаточно высокого давления, чтобы преодолеть препятствия потоку в выхлопной системе.

Учитывая, насколько широко он используется среди разработчиков двигателей, мы будем использовать термин противодавление , как определено выше, для обозначения давления выхлопных газов на выходе турбонагнетателя (или выпускного коллектора), которое численно равно падению давления выхлопных газов на выходе из турбины. вся выхлопная система.Однако мы считаем, что использование этого термина не следует расширять для обозначения падения давления выхлопного газа на отдельные компоненты выхлопной системы, как иногда используют некоторые авторы. Например, мы избегаем использования термина «противодавление глушителя» в пользу «падения давления в глушителе» (или «потери давления») в соответствии с терминологией, используемой в гидродинамике.

Обычные метрические единицы противодавления выхлопных газов включают килопаскаль (кПа), который мы используем в этой статье, и миллибар (мбар), последний равен гектопаскалям (гПа).Обычные единицы измерения включают дюйм водяного столба (в H 2 0) и дюйм ртутного столба (в Hg). Между этими единицами существует следующая взаимосвязь:

1 кПа = 10 гПа = 10 мбар = 4,0147 дюймов Hg 2 0 = 0,2953 дюймов Hg (1)

Эффекты противодавления

В то время как конструкторы выхлопных систем всегда сталкивались с соображениями противодавления, повышенный интерес к давлению выхлопных газов был вызван установкой дизельных двигателей с сажевыми фильтрами (DPF) и внедрением сложных систем последующей обработки в целом.Установка сажевых фильтров часто вызывает опасения по поводу повышенного противодавления выхлопных газов. В нормальных условиях уровни падения давления, вызванные выхлопным глушителем и правильно спроектированным сажевым фильтром, могут быть практически одинаковыми. На рис. 1 показан эффект замены глушителя OEM на DPF на дизельном двигателе большой мощности в двух различных режимах цикла ISO 8178. Изменение противодавления составляет менее 1 кПа при чистом фильтре.

Рисунок 1 . Давление на выходе турбины с глушителем и чистым сажевым фильтром

1997 Cummins B3.9-C EPA Tier 1 внедорожный двигатель с глушителем и дооснащенный 6-литровым DPF

Однако большая часть падения давления выхлопных газов на сажевом фильтре, как правило, вызывается накопленной сажей, а не подложкой фильтра. Проблемы возникают, если регенерация DPF не происходит на регулярной основе, что приводит к увеличению падения давления до недопустимого уровня.

Повышенное давление выхлопных газов может иметь следующие последствия для дизельного двигателя:

  • Повышенная прокачка
  • Пониженное давление наддува впускного коллектора
  • Эффекты продувки и сгорания цилиндра
  • Проблемы с турбокомпрессором

При повышенных уровнях противодавления двигатель должен сжимать выхлопные газы до более высокого давления, что требует дополнительной механической работы и / или меньшего количества энергии, извлекаемой выхлопной турбиной, что может повлиять на давление наддува во впускном коллекторе.Это может привести к увеличению расхода топлива, выбросов ТЧ и CO и температуры выхлопных газов. Повышенная температура выхлопных газов может привести к перегреву выхлопных клапанов и турбины. Увеличение выбросов NOx также возможно из-за увеличения нагрузки двигателя.

Возможны и другие воздействия на сгорание дизельного топлива, но они зависят от типа двигателя. Повышенное противодавление может повлиять на производительность турбонагнетателя, вызывая изменения в соотношении воздуха и топлива — обычно обогащение — что может быть источником выбросов и проблем с производительностью двигателя.Величина эффекта зависит от типа систем наддувочного воздуха. Повышенное давление выхлопных газов может также препятствовать выходу некоторых выхлопных газов из цилиндра (особенно в двигателях без наддува), создавая внутреннюю рециркуляцию выхлопных газов (EGR), отвечающую за некоторое снижение NOx. Этим эффектом, возможно, объясняется небольшое снижение NOx, о котором сообщается с некоторыми системами DPF, обычно ограниченное 2-3% процентов.

Турбокомпрессоры обычно используют моторное смазочное масло в качестве смазочной и охлаждающей среды.Чрезмерное давление выхлопных газов может увеличить вероятность выхода из строя уплотнений турбокомпрессора, что приведет к утечке масла в выхлопную систему. В системах с каталитическими сажевыми фильтрами или другими катализаторами такая утечка масла также может привести к дезактивации катализатора фосфором и / или другими каталитическими ядами, присутствующими в масле.

Пределы обратного давления

Все двигатели имеют максимально допустимое противодавление, указанное производителем двигателя. Эксплуатация двигателя с избыточным противодавлением может привести к аннулированию гарантии на двигатель.Чтобы облегчить дооснащение существующих двигателей сажевыми фильтрами, особенно с использованием систем пассивных фильтров, производители систем контроля выбросов и пользователи двигателей просят производителей двигателей увеличить максимально допустимые пределы противодавления в своих двигателях.

Глушители обычно обеспечивают максимальное противодавление в диапазоне 6 кПа. В выхлопных системах с DPF противодавление может возрасти до значительно более высокого уровня, особенно если фильтр сильно загружен сажей. Швейцарская программа VERT определила максимальные пределы противодавления, чтобы можно было устанавливать сажевые фильтры на большое количество оборудования [1319] .В таблице 1 приведены рекомендуемые компанией VERT пределы противодавления для двигателей различных размеров. Давление выхлопа для больших двигателей было ограничено низкими значениями из-за перекрытия клапанов и высокого давления наддува.

Таблица 1
Максимальное рекомендуемое противодавление выхлопных газов VERT
Объем двигателя Предел противодавления
Менее 50 кВт 40 кПа
50-500 кВт 20 кПа
500 кВт и более 10 кПа

Производители двигателей обычно гораздо более консервативны в отношении пределов противодавления.Например, двигатели дизель-генераторных установок от Caterpillar, Cummins, John Deere и DDC / MTU мощностью от 15 до 1000 кВт имеют пределы противодавления от 6,7 до 10,2 кПа.

При установке пределов противодавления необходимо учитывать множество факторов. К ним относятся влияние на производительность турбокомпрессора, выбросы выхлопных газов, расход топлива и температуру выхлопных газов. Предел, который может выдержать конкретный двигатель, будет зависеть от конкретных конструктивных факторов, и дать общие рекомендации сложно.

###

,

Типы паровых турбин — Информация о турбинах

Все паровые турбины можно разделить на две категории; отборная (конденсационная) паровая турбина и неконденсирующаяся паровая турбина, также известные как паровые турбины с противодавлением. Оба этих типа паровых турбин имеют свои собственные схемы работы и преимущества, которые подробно описаны здесь.

Паровая турбина с отводом

Рис. 1: Паровая турбина с отбором (конденсацией)

Турбина с отводом имеет два выхода, как показано на рисунке 1.Первое выпускное отверстие отводит пар с промежуточным давлением для подпитки процесса нагрева, а второе выпускное отверстие отводит оставшийся пар с паром низкого давления для конденсации. Отбор тепла из первого выхода может быть остановлен для увеличения выработки. Регулирующие клапаны пара на этом выходе делают этот пар очень гибким и позволяют регулировать производительность в соответствии с потребностями. Пар из второго выхода попадает в камеру конденсации, где охлаждающая вода снижает температуру пара.Затем конденсированная вода возвращается в котел для регенерации электроэнергии, поэтому она также известна как регенеративная паровая турбина . Схема вытяжной турбины с когенерационной системой представлена ​​на рисунке 1. Эта турбина имеет следующие преимущества и недостатки.

Преимущества:

  • Этот тип паровой турбины можно использовать для выработки большого количества электроэнергии.
  • Это гибкая турбина с возможностью регулирования мощности в соответствии с меняющейся потребностью.

Недостатки :

  • Это дорогостоящая турбина с большим количеством вспомогательных компонентов.
  • Отвод тепла в процессе конденсации снижает общую эффективность системы.
  • Обычно используется на промышленном уровне и требует сложной конфигурации.

Рисунок 1: Отводная (конденсационная) паровая турбина с когенерационной системой

Паровая турбина с обратным процессом

В паровой турбине без конденсации используется высокое давление пар для вращения лопастей.Затем этот пар покидает турбину при атмосферном или более низком давлении. Давление выходящего пара зависит от нагрузки, поэтому эта турбина также известна как паровая турбина с противодавлением. Этот пар низкого давления используется для обработки, а пар не используется для конденсации. Принципиальная схема паровой турбины с обратным технологическим процессом и когенерационной системой показана на рисунке 2. У этой паровой турбины много преимуществ, но в то же время у нее есть несколько недостатков, которые перечислены ниже.

Преимущества:

  • Конфигурация этой паровой турбины очень проста
  • Она относительно недорога по сравнению с паровой турбиной с отбором паров
  • Она требует меньше или совсем не требует охлаждающей воды
  • Ее эффективность выше, чем у нее не отводит тепло в процессе конденсации.

Недостатки:

  • Самый большой недостаток паровой турбины этого типа заключается в ее высокой негибкости.Мощность этой турбины нельзя регулировать, так как она не позволяет изменять давление и температуру пара в турбине, поэтому лучше всего работает при постоянной нагрузке.
  • Тепловая нагрузка этой турбины определяет массовый расход пара, что затрудняет изменение выходного значения. Другие методы регулирования выпуска снижают эффективность всей системы.

Рисунок 2: Паровая турбина без конденсации (противодавление)

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о