Турбина это: ТУРБИНА — это… Что такое ТУРБИНА?

ТУРБИНА — это… Что такое ТУРБИНА?

Турбина — это… Что такое Турбина?

Монтаж паровой турбины, произведённой Siemens, Германия.

Турби́на (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение) — ротационный двигатель с непрерывным рабочим процессом^[1] и вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию и/или внутреннюю энергию рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу. Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение.

Применяется в качестве привода электрического генератора на тепловых, атомных и гидро электростанциях, как составная часть приводов на морском, наземном и воздушном транспорте, а также гидродинамической передачи.

История

Попытки создать механизмы, похожие на турбины, делались очень давно. Известно описание примитивной паровой турбины, сделанное Героном Александрийским (1 в. до н. э.). Однако только в конце XIX века, когда термодинамика, машиностроение и металлургия достигли достаточного уровня, Густаф Лаваль (Швеция) и Чарлз Парсонс (Великобритания) независимо друг от друга создали пригодные для промышленности паровые турбины.^[2]

Хронология

• I в. н. э.: Паровая турбина Герона Александрийского (эолипил) — на протяжении столетий рассматривалась как игрушка и её полный потенциал не был изучен.
• 1500: В чертежах Леонардо да Винчи встречается «дымовой зонт». Горячий воздух от огня поднимается через ряд лопастей, которые соединены между собой и вращают вертел для жарки.
• 1551: Таги-аль-Дин придумал паровую турбину, которая использовалась для питания самовращающегося вертела.
• 1629: Сильная струя пара вращала турбину, которая затем вращала ведомый механизм, позволяющий работать мельнице Джованни Бранка.
• 1678: Фердинанд Вербейст построил модель повозки на основе паровой машины.
• 1791: Англичанин Джон Барбер получил патент на первую настоящую газовую турбину. Его изобретение имело большинство элементов, присутствующих в современных газовых турбинах. Турбина была разработана для приведения в действие безлошадной повозки.
• 1872: Франц Столц разработал первый настоящий газотурбинный двигатель.
• 1894: Сэр Чарльз Парсонс запатентовал идею корабля, приводимого в действие паровой турбиной и построил демонстрационное судно Турбиния. Этот принцип тяги используется до сих пор.
• 1895: Три четырёхтонных 100 кВт генераторов радиального потока Парсонса были установлены на электростанции в Кэмбридже и использовались для электрического освещения улиц города.
• 1903: Норвежец, Эджидиус Эллинг, смог построить первую газовую турбину, которая могла произвести больше энергии, чем требовалось для её работы, что рассматривалось как значительное достижение в те времена, когда знания о термодинамике были ограничены. Используя вращающиеся компрессоры и турбины, она производила 11 л.с. (существенно для того времени). Его работа впоследствии была использована сэром Фрэнком Уиттлом.
• 1913: Никола Тесла запатентовал турбину Тесла, основанную на эффекте граничного слоя.
• 1918: General Electric, один из ведущих производителей турбин в настоящее время, запустил своё подразделение газовых турбин.
• 1920: Практическая теория протекания газового потока через каналы была переработана в более формализованную (и применяемую к турбинам) теорию течения газа вдоль аэродинамической поверхности доктором Аланом Арнольдом Грифицем.
• 1930: Сэр Фрэнк Уиттл запатентовал газовую турбину для реактивного движения. Впервые этот двигатель был успешно использован в апреле 1937.
• 1934: Рауль Патерас Пескара запатентовал поршневой двигатель в качестве генератора для газовой турбины.
• 1936: Ханс фон Охайн и Макс Хан в Германии разработали собственный патентованный двигатель в то же самое время, когда сэр Фрэнк Уиттл разрабатывал его в Англии.

Разработки Густафа Лаваля

Первую паровую турбину создал шведский изобретатель Густаф Лаваль. По одной из версий, Лаваль создал его для того, чтобы приводить в действие сепаратор молока собственной конструкции. Для этого нужен был скоростной привод. Двигатели того времени не обеспечивали достаточную частоту вращения. Единственным выходом оказалось сконструировать скоростную турбину. В качестве рабочего тела Лаваль выбрал широко используемый в то время пар. Изобретатель начал работать над своей конструкцией и в конце концов собрал работоспособное устройство. В 1889 году Лаваль дополнил сопла турбины коническими расширителями, так появилось знаменитое сопло Лаваля, которое стало прародителем будущих ракетных сопел. Турбина Лаваля стала прорывом в инженерии. Достаточно представить себе нагрузки, которые испытывало в ней рабочее колесо, чтобы понять, как нелегко было изобретателю добиться стабильной работы турбины. При огромных оборотах турбинного колеса даже незначительное смещение в центре тяжести вызывало сильную вибрацию и вызывало перегрузку подшипников. Чтобы избежать этого, Лаваль использовал тонкую ось, которая при вращении могла прогибаться.

Разработки Чарлза Парсонса

В 1884 году английский инженер Чарлз Парсонс получил патент на многоступенчатую турбину. Турбина предназначалась для приведения в действие электрогенератора. В 1885 году он разработал усовершенствованную версию, которая получила широкое применение на электростанциях. В конструкции турбины был применен выравнивающий аппарат, представляющий из себя набор неподвижных венцов (дисков) с лопатками, имевшими обратное направление. Турбина имела три ступени разного давления с разной геометрией лопаток и шагом их установки. Таким образом, в турбине использовалась как активная, так и реактивная его сила.

В 1889 году уже около трехсот таких турбин использовалось для выработки электроэнергии. Парсонс старался расширить сферу применения своего изобретения и в 1894 году он построил опытное судно Турбиния с приводом от паровой турбины. На испытаниях оно продемонстрировало рекордную скорость — 60 км/ч.

Невозможность получить большую агрегатную мощность и очень высокая частота вращения одноступенчатых паровых турбин Лаваля (до 30 000 об/мин у первых образцов) привели к тому, что они сохранили своё значение только для привода вспомогательных механизмов. Активные паровые турбины развивались в направлении создания многоступенчатых конструкций, в которых расширение пара осуществлялось в ряде последовательно расположенных ступеней. Это позволило значительно повысить единичную мощность, сохранив умеренную частоту вращения, необходимую для непосредственного соединения вала турбины с вращаемым ею механизмом.

Реактивная паровая турбина Парсонса некоторое время применялась (в основном, на военных кораблях), но постепенно уступила место более компактным комбинированным активно-реактивным турбинам, у которых реактивная часть высокого давления заменена одно- или двухвенчатым активным диском. В результате уменьшились потери на утечки пара через зазоры в лопаточном аппарате, турбина стала проще и экономичнее.

Конструкция турбин

Модель одной ступени паровой турбины

Паровая турбина с раскрытым статором. На верхней части статора видны лопатки выравнивающего аппарата

Турбина состоит из двух основных частей. Ротор с лопатками — подвижная часть турбины. Статор с выравнивающим аппаратом — неподвижная часть.

По направлению движения потока рабочего тела различают аксиальные паровые турбины, у которых поток рабочего тела движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока рабочего тела в которых перпендикулярно оси вала турбины. Центробежные турбины (турбокомпрессоры) также выделяют как отдельный тип турбин.

По числу контуров турбины подразделяют на одноконтурные, двухконтурные и трёхконтурные. Очень редко турбины могут иметь четыре или пять контуров. Многоконтурная турбина позволяет использовать большие тепловые перепады энтальпии, разместив большое число ступеней разного давления.

По числу валов различают одновальные, двухвальные, реже трёхвальные, связанных общностью теплового процесса или общей зубчатой передачей (редуктором). Расположение валов может быть как коаксиальным так и параллельным с независимым расположением осей валов.

В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые уплотнения для предупреждения утечек рабочего тела наружу и засасывания воздуха в корпус.

На переднем конце вала устанавливается предельный регулятор (регулятор безопасности), автоматически останавливающий (замедляющий) турбину при увеличении частоты вращения на 10—12 % сверх номинальной.

Выравнивающий аппарат

Выравнивающий аппарат (англ. fixed nozzles) — лопатки, закрепленные на статоре (неподвижны), задача которых выравнивать воздушный поток между вентиляторными ступенями. Выравнивание шаговой неравномерности потока за лопаточным венцом рабочего колеса производится для повышения аэродинамической эффективности вентиляторных ступеней и снижения уровня шума.^[3]

Классификация

Устройство гидротурбины

По типу рабочего тела

Примечания

1. ↑ Техническая энциклопедия / Главный редактор Л. К. Мартенс. — М: Государственное словарно-энциклопедическое издательство «Советская энциклопедия», 1934. — Т. 24. — 31 500 экз.
2. ↑ Константин Владиславович Рыжов [lib.aldebaran.ru/author/ryzhov_konstantin/ryzhov_konstantin_100_velikih_izobretenii/ 100 великих изобретений]. — М., 2006. — ISBN 5‑9533‑0277‑0
3. ↑ ВЕНТИЛЯТОРНАЯ СТУПЕНЬ КОМПРЕССОРА (ВАРИАНТЫ)

См. также

Ссылки

ТУРБИНА — это… Что такое ТУРБИНА?

Турбина — Что такое Турбина

Турбина — ротационный двигатель с непрерывным рабочим процессом и вращательным движением рабочего органа

Турбина — ротационный двигатель с непрерывным рабочим процессом и вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию и/или внутреннюю энергию рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу.

Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение.

Применяется в качестве привода электрического генератора на тепловых, атомных и гидро электростанциях, как составная часть приводов на морском, наземном и воздушном транспорте, а также гидродинамической передачи, гидронасосах.

Турбина состоит из 2-х основных частей.

Ротор с лопатками — подвижная часть турбины.

Статор с выравнивающим аппаратом — неподвижная часть.

По направлению движения потока рабочего тела различают аксиальные паровые турбины, у которых поток рабочего тела движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока рабочего тела в которых перпендикулярно оси вала турбины.

Центробежные турбины (турбокомпрессоры) также выделяют как отдельный тип турбин.

По числу контуров турбины подразделяют на 1-контурные, 2-контурные и 3-контурные.

Очень редко турбины могут иметь 4 или 5 контуров.

Многоконтурная турбина позволяет использовать большие тепловые перепады энтальпии, разместив большое число ступеней разного давления.

По числу валов различают 1-вальные, 2-вальные, реже 3-вальные, связанных общностью теплового процесса или общей зубчатой передачей (редуктором).

Расположение валов может быть как коаксиальным так и параллельным с независимым расположением осей валов.

В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые уплотнения для предупреждения утечек рабочего тела наружу и засасывания воздуха в корпус.

На переднем конце вала устанавливается предельный регулятор (регулятор безопасности), автоматически останавливающий (замедляющий) турбину при увеличении частоты вращения на 10-12 % сверх номинальной.

По типу рабочего тела турбины делятся на Газовые турбины, Паровые турбины и Гидротурбины.

Для того чтобы увидеть внутреннее устройство турбины, при ее изображении «вырезана» передняя верхняя четверть. Точно также показана лишь задняя часть кожуха 2. 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. Отдельные роторы цилиндров (ротор ЦВД 47, ротор ЦСД 5 и ротор ЦНД 11) жестко соединяются муфтами 31 и 21. 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.

Валопровод вращается во вкладышах 42, 29, 23, 20 и т.д. опорных подшипников скольжения на тонкой масляной пленке и не касается металлической части вкладышей подшипников. Как правило, каждый из роторов размещают на двух опорных подшипниках. Иногда между роторами ЦВД и ЦСД устанавливают только один общий для них опорный подшипник (см. позицию 29 на рис. 6.1). Расширяющийся в турбине пар заставляет вращаться каждый из роторов, возникающие на них мощности складываются и достигают на полумуфте 12 максимального значения.

К каждому из роторов приложено осевое усилие. Они суммируются, и их результирующая осевая сила передается с гребня 30 на упорные сегменты, установленные в корпусе упорного подшипника.

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. При монтаже турбины все плоскости разъемов нижних половин корпусов устанавливают специальным образом (для простоты можно считать, что все плоскости разъема совмещают в одной горизонтальной плоскости). При последующем монтаже ось валопровода помещают в эту плоскость разъема, что обеспечивает центровку — ось валопровода будет точно совпадать с осью кольцевых расточек корпусов. Этим будут исключены задевания ротора о статор, которые могут привести к тяжелой аварии.

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 (см. поз. 45, 28, 7 на рис. 6.1). 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 36 (см. рис. 2.6). 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.

Монтаж турбины осуществляют в следующем порядке. Сначала устанавливают нижнюю половину ЦНД 18 опорным поясом 15, расположенным по периметру обоих выходных патрубков ЦНД. ЦНД имеет собственные вваренные в них опоры ротора. Затем на перемычке между окнами под ЦВД и ЦСД и слева от окна под ЦВД размещают нижние половины корпусов опор соответственно 28 и 41. После этого на опоры подвешивают нижние половины корпусов наружных цилиндров 39 и 24, в них помещают статорные элементы и осуществляют центровку всех цилиндров турбины.

В опоры ротора вставляются нижние половины опорных вкладышей 42, 29, 23, 20 и 16, и на них опускают отдельные роторы. Их строго прицентровывают друг к другу и соединяют с помощью муфт 31 и 21.

Затем в верхние половины корпусов помещают необходимые внутренние статорные элементы и турбину закрывают. Для этого в отверстия на горизонтальные разъемы корпусов ввинчивают шпильки и опускают верхние половины (крышки — см., например, поз. 46 на рис. 6.1), после чего с помощью шпилек и специальных приспособлений верхние и нижние половины корпусов плотно стягиваются по фланцевым разъемам.

Аналогичным образом закрываются опоры роторов. После изоляции турбины, ограждения кожухом и многочисленных проверок ее доводят для состояния, пригодного к несению нагрузки.

При работе турбины пар из котла (см. рис. 2.2) 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. 6.1 не показаны) пар по перепускным трубам 1 (на рис. 6.1 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. 6.1) 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. В отличие от однопоточных 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.

ТУРБИНА — это… Что такое ТУРБИНА?

турбина — это… Что такое турбина?

Турбина — это… Что такое Турбина?

Что такое турбина? — Информация о турбинах

Что такое турбина? Есть много определений турбины. Мы сортируем определения турбин из разных источников.

Турбина : Турбина имеет лопасти на одном конце и электромагниты на другом, которые вырабатывают электричество при движении лопастей. Турбины используются в производстве электроэнергии из энергии ветра, воды и пара. Биомасса

Турбина : Часть генерирующей установки, которая приводится в движение силой воды или пара для привода электрического генератора.Турбина обычно состоит из ряда изогнутых лопаток или лопаток на центральном шпинделе. Chelanpud

Турбина: Роторный двигатель, в котором кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в механическую энергию за счет вращения лопастного ротора. Princeton

Турбины

• Вода под давлением содержит энергию.
• Турбины преобразуют энергию воды во вращающуюся механическую энергию.
• Импульсные турбины преобразуют кинетическую энергию струи воды в механическую.
• Реакционные турбины преобразуют потенциальную энергию воды под давлением в механическую энергию.

Импульсные турбины

Импульсные турбины Потенциальная энергия, или напор воды, сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы. Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые ковши, закрепленные на периферии рабочего колеса, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу. Ic реакционной турбины

• Переносить песок.
• Простота изготовления.
• Эффективен в широком диапазоне напора и расхода.
• Сопло преобразует воду под давлением в высокоскоростную струю воды.

Схема импульсной турбины

Турбина Пелтона

Пелтон

–низкий расход

–Средний и высокий напор

Turgo

–Средний расход

0002 –Средний расход

0002

0002 Средний расход

0002

–высокий расход

–– низкий и средний напор

Турбина Пелтона

Колесо Пелтона является одним из наиболее эффективных типов гидротурбин.Он был изобретен Лестером Алланом Пелтоном (1829–1908) в 1870-х годах и представляет собой импульсную машину, что означает, что он использует принцип второго закона Ньютона для извлечения энергии из струи жидкости.

• По крайней мере, одна струя воды ударяет по ведрам при атмосферном давлении.
• Максимальный диаметр форсунки около 1/3 ширины ковша.
• Дополнительные форсунки увеличивают поток и используются при низком напоре.

Turgo Turbines

Турбина Turgo — это импульсная водяная турбина, разработанная для применений со средним напором.Операционные турбины Turgo достигают КПД около 87%. При заводских и лабораторных испытаниях турбины Turgo работают с КПД до 90%.

• Аналогичен бегунку Пелтона, но имеет более сложную конструкцию.
• Возможен больший расход

Турбины с поперечным потоком

Турбина Банки или Митчелла. Турбина с поперечным потоком, турбина Банки-Мичелла или турбина Осбергера — это водяная турбина, разработанная австралийцем Энтони Мичеллом, венгерской компанией Донат Банки и Немец Фриц Оссбергер.

• Вал ориентирован горизонтально.
• Форсунка прямоугольного сечения.
• Вода дважды ударяет по лопастям.
• Управляющая лопасть изменяет размер струи

Реакционные турбины

В реакционной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочего колеса реактивные турбины могут использоваться с гораздо большим диапазоном напоров.

• Дорогостоящее изготовление клинка.
• Высокий расход.
• Более узкоспециализированный, чем импульсный.
• Использует падение давления на турбине.
• Следует избегать кавитации.
• Высокая частота вращения турбины при низком напоре.

Различия между импульсной и реактивной турбиной

Реакционные турбины

— Средний напор

— Низкий напор

— Средний напор

Турбина Фрэнсиса

Фрэнсис турбина, вероятно, используется наиболее широко у них более широкий диапазон подходящих голов, обычно от трех до 600 метров.В диапазоне высокого напора расход и мощность должны быть большими; в противном случае бегунок станет слишком маленьким для разумного изготовления. В области низкого напора пропеллер с турбиной s обычно более эффективен, если выходная мощность также не мала.

• Направляющие лопатки могут регулироваться регулятором.
• Эффективность уменьшается при уменьшении потока.
• Поток воды радиальный от наружной части к внутренней.
• Поток постепенно изменяется с радиального на осевой.

Пропеллерная турбина

Фиксированный пропеллер Тип Турбина обычно используются для больших агрегатов с низким напором, что приводит к большим диаметрам и низкой скорости вращения.

• Аналогично судовым гребным винтам.
• Имеет направляющие лопатки, аналогичные турбине Фрэнсиса.
• Турбина Каплан имеет лопасти с регулируемым шагом.
• Низкий КПД по частичному потоку

Насос в качестве турбины

• Центробежные насосы могут использоваться в качестве турбин.
• Низкая стоимость за счет массового производства.
• Нет прямой зависимости между характеристиками насоса и характеристиками турбины.
• Расход фиксирован для данного напора.
• Некоторые производители испытывали свои насосы в качестве турбин.
• Подходит для связывания с асинхронными двигателями.

Источники

1 2 3 4

• Microhydroby Scott Davis
• MicrohydroDesign Manual by Adam Harvey
• Waterturbine.com для пикогидроагрегатов
• BC Hydro Handbook
• Idaho National Labs

.

Турбина | Британника

Турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию. Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему стационарных каналов или лопаток, которые чередуются с каналами, состоящими из лопастей, похожих на ребра, прикрепленных к ротору. Путем организации потока так, чтобы на лопасти ротора действовала тангенциальная сила или крутящий момент, ротор вращался, и работа извлекалась.

Ветряные турбины возле Техачапи, Калифорния. © Greg Randles / Shutterstock.com

Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер. Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслужить отдельное описание.

Гидравлическая турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы в высоте между верхним водным резервуаром и уровнем воды на выходе из турбины (отводом) для преобразования этого так называемого напора в работу.Водяные турбины — современные преемники простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрогенераторами. Турбины приводятся в действие паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в атомном генераторе. Энергию, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии в турбине.Энтальпия отражает как тепловую, так и механическую энергию в процессе потока и определяется как сумма внутренней тепловой энергии и произведение давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с увеличением температуры и давления парогенератора и с уменьшением давления на выходе из турбины.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.
Подпишитесь сегодня

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из жидкости, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры в турбине.В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включает, по крайней мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они монтируются как единое целое и работают как законченный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу. Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать устройство в целом, которое фактически является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбиной.По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье двигатель внутреннего сгорания.

Энергия ветра может быть извлечена ветровой турбиной для производства электроэнергии или для откачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важным источником энергии с позднего средневековья до 19 века.

Фред Лэндис

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реакционные турбины, обычно используемые для напора ниже примерно 450 метров и среднего или высокого расхода.Эти два класса включают в себя основные типы, обычно используемые, а именно импульсные турбины Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсис, пропеллер, Каплана и Дериаза. Турбины могут иметь горизонтальный или, чаще, вертикальный вал. Для каждого типа возможны широкие вариации конструкции для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидравлических турбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Импульсные турбины

В импульсной турбине потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы.Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые лопатки, закрепленные на периферии рабочего колеса, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.

Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная водная струя попадает в лопасти турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется, оставляя желоб с обеих сторон. Колеса Пелтона подходят для высоких напоров, обычно выше 450 метров при относительно низком расходе воды.Для максимальной эффективности скорость конца рабочего колеса должна составлять примерно половину скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.

Мощность одного колеса можно увеличить, используя более одного жиклера. Для горизонтальных валов характерны двухструйные устройства. Иногда на одном валу устанавливаются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.

Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потребностями. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждое сопло регулируется расположенным в центре наконечником или иглой аккуратной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Правильная конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из сопла, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянную эффективность в большей части рабочего диапазона.Нецелесообразно внезапно уменьшать поток воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидроудару) в подающем трубопроводе или водопроводе. Таких скачков можно избежать, добавив временное сопло для разлива, которое открывается при закрытии основного сопла, или, что чаще, частично вставляя отражающую пластину между струей и колесом, отклоняя и рассеивая часть энергии при медленном закрытии иглы.

Другой тип импульсной турбины — турбина турго.Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает двигаться по единственному пути, выбрасывая его с другой стороны. Этот тип турбины использовался в установках среднего размера с умеренно высоким напором.

Реакционные турбины

В реакционной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочего колеса реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и расходов, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный впускной кожух, который включает регулирующие заслонки для регулирования расхода воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Впоследствии энергия воды отбирается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерные.В турбинах Каплана с фиксированными лопастями и турбинами с регулируемыми лопастями (названными в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана), по существу, существует осевой поток через машину. Турбины типа Фрэнсиса и Дериаза (в честь американского изобретателя британского происхождения Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Поля Дериаза, соответственно) используют «смешанный поток», когда вода входит радиально внутрь и выпускается в осевом направлении. Рабочие лопасти на турбинах Фрэнсиса и пропеллера состоят из неподвижных лопастей, в то время как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к ​​главному валу.

,

Водяная турбина — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Водяная турбина — это роторный двигатель, который получает энергию от движущейся воды.

Водяные турбины были разработаны в девятнадцатом веке и широко использовались в промышленности до появления электрических сетей. Сейчас они в основном используются для выработки электроэнергии. Они используют чистый и возобновляемый источник энергии.

Swirl [изменить | изменить источник]

Гидравлические колеса тысячелетиями использовались в промышленности.Их главный недостаток — размер, который ограничивает расход и напор, который можно использовать.

Переход от водяных колес к современным турбинам занял около ста лет. Развитие произошло во время промышленной революции с использованием научных принципов и методов. Они также широко использовали новые материалы и методы производства, разработанные в то время.

Слово турбина было придумано французским инженером Клодом Бурденом в начале 19 века и происходит от латинского слова «вихрь» или «вихрь».Основное различие между ранними водяными турбинами и водяными колесами заключается в вихревой составляющей воды, которая передает энергию вращающемуся ротору. Этот дополнительный компонент движения позволил турбине быть меньше водяного колеса той же мощности. Они могли обрабатывать больше воды, вращая быстрее, и могли использовать гораздо большие головки. (Позже были разработаны импульсные турбины, в которых не было завихрения).

График времени [изменение | изменить источник]

Рабочее колесо турбины Фрэнсиса мощностью около миллиона л.с. устанавливается на плотине Гранд-Кули.

Ян Андрей Сегнер разработал турбину с реактивной водой в середине 1700-х годов.Он имел горизонтальную ось и был предшественником современных водяных турбин. Это очень простая машина, которая до сих пор производится для использования на небольших гидроэлектростанциях. Сегнер работал с Эйлером над некоторыми из первых математических теорий конструкции турбин.

В 1820 году Жан-Виктор Понселе разработал турбину с внутренним потоком.

В 1826 году Бенуа Фурнейрон разработал турбину с обратным потоком. Это была эффективная машина (~ 80%), которая пропускала воду через бегунок с изогнутыми в одном направлении лезвиями.Стационарная розетка также имела изогнутые направляющие.

В 1844 году Юрай А. Бойден разработал турбину с выходным потоком, которая улучшила характеристики турбины Фурнейрона. Форма рабочего колеса была подобна турбине Фрэнсиса.

В 1849 году Джеймс Б. Фрэнсис улучшил реактивную турбину с внутренним потоком до КПД более 90%. Он также провел сложные испытания и разработал технические методы проектирования гидротурбин. Турбина Фрэнсиса, названная в его честь, является первой современной водяной турбиной.Это по-прежнему самая широко используемая водяная турбина в мире.

Гидравлические турбины с обратным потоком имеют лучшую механическую конструкцию, и все современные реактивные водяные турбины имеют такую ​​конструкцию. Кроме того, когда водоворот закручивается в более плотное вращение, он пытается ускориться, чтобы сохранить энергию. Это свойство действует на бегуна в дополнение к падающему весу воды и вихревому движению. Давление воды снижается до нуля, когда она проходит через лопатки турбины и отдает свою энергию.

Примерно в 1890 году был изобретен современный гидравлический подшипник, который теперь повсеместно используется для поддержки шпинделей тяжелой водяной турбины. По состоянию на 2002 год средний наработка на отказ гидравлических подшипников составляла более 1300 лет.

Примерно в 1913 году Виктор Каплан создал турбину Каплана, пропеллерную машину. Это была эволюция турбины Фрэнсиса, но она произвела революцию в возможностях разработки гидроузлов с низким напором.

Новая концепция [изменение | изменить источник]

Все обычные водяные машины до конца 19 века (включая водяные колеса) были реакционными машинами; напор воды напор воздействовал на машину и произвел работу.Реакционная турбина должна полностью удерживать воду во время передачи энергии.

В 1866 году калифорнийский слесарь Сэмюэл Найт изобрел машину, основанную на совершенно другой концепции. ^{[1] [2]} Вдохновленный системами струи высокого давления, используемыми в гидравлической добыче на золотых приисках, Найт разработал колесо с выступом, которое улавливало энергию свободной струи, которая преобразовывала высокий напор (сотни вертикальных ноги в трубу или напорный) воды в кинетическую энергию.Это называется импульсной или тангенциальной турбиной. Скорость воды, примерно в два раза превышающая скорость периферии ковша, делает разворот в ведре и выпадает из раструба с нулевой скоростью.

В 1879 году Лестер Пелтон, экспериментируя с Рыцарским Колесом, разработал конструкцию двойного ведра, которая откачивала воду в сторону, устраняя некоторую потерю энергии Рыцарского колеса, которое истощало немного воды обратно в центр колеса. Примерно в 1895 году Уильям Добл усовершенствовал полуцилиндрическую форму ковша Пелтона, добавив в него эллиптическое ведро, в котором имелся вырез, позволяющий струе более чистое проникновение в ведро.Это современная форма турбины Пелтона, эффективность которой сегодня достигает 92%. Пелтон был весьма эффективным пропагандистом своего дизайна, и хотя Добл принял на себя руководство компанией Пелтон, он не изменил название на Добл, потому что это было узнаваемым брендом.

Турбины Turgo и Crossflow были более поздними импульсными конструкциями.

Текущая вода направляется на лопатки рабочего колеса турбины, создавая силу на лопатках. Поскольку бегун вращается, сила действует на расстоянии (сила, действующая на расстоянии, — это определение работы).Таким образом, энергия передается от водяного потока к турбине.

Гидравлические турбины делятся на две группы; реактивные турбины и импульсные турбины.

Реакционные турбины [изменить | изменить источник]

На реакционные турбины воздействует вода, которая изменяет давление при движении через турбину и отдает свою энергию. Они должны быть закрыты, чтобы выдерживать давление воды (или всасывание), или они должны быть полностью погружены в поток воды.

Третий закон движения Ньютона описывает передачу энергии реакционными турбинами.

Большинство используемых водяных турбин являются реактивными. Они используются в приложениях с низким и средним напором.

Импульсные турбины [изменить | изменить источник]

Импульсные турбины изменяют скорость водяной струи. Струя толкает изогнутые лопатки турбины, которые реверсируют поток. Результирующее изменение количества движения (импульса) создает силу на лопатках турбины. Поскольку турбина вращается, сила действует через расстояние (работа), и отклоненный поток воды остается с уменьшенной энергией.

Перед ударом о лопатки турбины давление воды (потенциальная энергия) преобразуется соплом в кинетическую энергию и фокусируется на турбине. На лопатках турбины не происходит изменения давления, и турбина не требует корпуса для работы.
Второй закон Ньютона описывает передачу энергии для импульсных турбин.

Импульсные турбины чаще всего используются в системах с очень высоким напором.

Мощность [изменить | изменить источник]

Мощность в потоке воды составляет;

P = η⋅ρ⋅g⋅h⋅v˙ {\ Displaystyle P = \ eta \ cdot \ rho \ cdot g \ cdot h \ cdot {\ dot {v}}}

где:

• v˙ {\ displaystyle {\ dot {v}}} = расход (м ³ / с)

Накачиваемый резервуар [изменить | изменить источник]

Некоторые гидротурбины предназначены для гидроаккумулирующих установок.Они могут реверсировать поток и работать как насос для заполнения высокого резервуара в непиковые электрические часы, а затем возвращаться к турбине для выработки электроэнергии во время пикового потребления электроэнергии. Этот тип турбины обычно имеет конструкцию Дериаза или Фрэнсиса.

КПД [изменить | изменить источник]

Большие современные водяные турбины работают с механическим КПД более 90% (не путать с термодинамическим КПД).

Реакционные турбины:

Импульсные турбины:

Схема применения водяной турбины.

Выбор турбины в основном основан на имеющемся напоре воды и в меньшей степени на имеющемся расходе. Обычно импульсные турбины используются для участков с высоким напором, а реактивные турбины — для участков с низким напором. Турбины Каплана хорошо адаптированы к широкому диапазону параметров потока или напора, поскольку их максимальная эффективность может быть достигнута в широком диапазоне условий потока.

Небольшие турбины (в основном менее 10 МВт) могут иметь горизонтальные валы, и даже довольно большие турбины колбочего типа мощностью до 100 МВт или около того могут быть горизонтальными.Очень большие машины Фрэнсиса и Каплана обычно имеют вертикальные валы, потому что это позволяет наилучшим образом использовать имеющуюся головку и делает установку генератора более экономичной. Колеса Пелтона могут быть как с вертикальными, так и с горизонтальными валами, потому что размер машины намного меньше имеющейся головки. В некоторых импульсных турбинах для увеличения удельной скорости и уравновешивания тяги вала используется несколько водяных струй на рабочую часть.

Типовой ассортимент головок [изменение | изменить источник]

• Каплан 2 < H <40 ( H = напор в метрах)
• Фрэнсис 10 < H <350
• Пелтон 50 < H <1300
• Turgo 50 < H <250

Турбины

рассчитаны на десятилетнюю работу при минимальном техническом обслуживании основных элементов; межремонтные интервалы составляют несколько лет.Техническое обслуживание бегунов и частей, подверженных воздействию воды, включает снятие, осмотр и ремонт изношенных частей.

Нормальный износ — это точечная коррозия, усталостное растрескивание и истирание взвешенными твердыми частицами в воде. Ремонт стальных элементов осуществляется сваркой, как правило, прутком из нержавеющей стали. Области повреждений вырезаются или шлифуются, а затем свариваются до их исходного или улучшенного профиля. К концу срока службы рабочих колес старых турбин таким образом может быть добавлено значительное количество нержавеющей стали.Для достижения высочайшего качества ремонта можно использовать тщательно продуманные процедуры сварки. ^[3]

К другим элементам, требующим осмотра и ремонта во время капитального ремонта, относятся подшипники, сальниковая коробка и втулки вала, серводвигатели, системы охлаждения подшипников и обмоток генератора, уплотнительные кольца, элементы рычажного механизма калитки и все поверхности. ^[4]

Гидротурбины оказывают как положительное, так и отрицательное воздействие на окружающую среду.

Они являются одними из самых экологически чистых производителей энергии, заменяющих сжигание ископаемого топлива и устраняющих ядерные отходы.При сжигании ископаемого топлива образуется дым и пепел, а также токсичные газы, такие как окись углерода. Ядерные отходы испускают опасную радиацию, и их трудно утилизировать. Они используют возобновляемые источники энергии и рассчитаны на работу десятилетиями. Они производят значительные объемы электроэнергии в мире.

Исторически тоже были негативные последствия. Вращающиеся лопасти или закрытые рабочие колеса водяных турбин могут нарушить естественную экологию рек, убивая рыбу, останавливая миграции и нарушая жизнедеятельность людей.Например, у племен американских индейцев на северо-западе Тихого океана средства к существованию строились на ловле лосося, но агрессивное строительство плотин разрушило их образ жизни. С конца 20-го века стало возможным построить гидроэнергетические системы, которые отводят рыбу и другие организмы от водозаборов турбин без значительного ущерба или потери мощности; такие системы требуют меньше очистки, но их строительство значительно дороже. В Соединенных Штатах в настоящее время запрещено блокировать миграцию рыбы, поэтому строители плотин должны предоставлять рыбные лестницы.

1. ↑ W. A. ​​Doble, The Tangential Water Wheel , Transactions of the American Institute of Mining Engineers, Vol. XXIX, 1899 г.
2. ↑ В. Ф. Дюрранд, Водяное колесо Пелтона , Стэнфордский университет, Машиностроение, 1939.
3. ↑ Клайн, Роджер: Процедуры капитального ремонта механической части гидроагрегатов (Инструкции, стандарты и методы, том 2-7) ; Департамент внутренних дел США, Бюро мелиорации, Денвер, Колорадо, июль 1994 г. (800 КБ pdf).
4. ↑ Отдел мелиорации Министерства внутренних дел США; Дункан, Уильям (отредактировано в апреле 1989 г.): Ремонт турбины (Инструкции, стандарты и методы, том 2-5) (1,5 МБ pdf).

,

определение турбины по The Free Dictionary

Поговаривали о газотурбинных двигателях, прямом применении пара и отсутствии поршней, штоков и кривошипов — все это было вне меня, поскольку я был знаком только с парусными судами; но я все же понял последние слова инженера.

Двигатель миделя, обычно используемый в качестве подкрепления, не работает; Таким образом, вакуумные камеры турбины левого и правого борта втягиваются непосредственно в возвратную магистраль.

Мы прошли восемь тысяч футов с тех пор, как бросили бродягу, и наши турбины дают нам честные двести десять узлов.

Наши турбины пронзительно кричат; пропеллеры не могут грызть воздух; Тим выводит лифт из пяти резервуаров сразу и за счет собственного веса гонит ее пулю сквозь водоворот, пока она не смягчит кувшин при порыве ветра на глубине трех тысяч футов.

Через десять секунд карета со своими служащими натолкнулась на приемный кессон; хостлеры сместили инженеров у неработающих турбин, и Тим, гордый этим больше, чем все, познакомил меня с девушкой с фотографии на полке.

Гул турбин и гул воздуха на нашей коже — не что иное, как ватная обертка всеобщей тишины.

И это такое же чудо мира для воображаемых мужчин и женщин, как сталелитейные заводы в Хомстеде или турбинные левиафаны, которые пересекают Атлантический океан за четыре с половиной дня. [3.] Дальнейшие свидетельства воздействия Ветряные турбины в AD RADARS, Air Warfare Center, Королевские военно-воздушные силы, Великобритания, август. Очистка, более дешевая энергия — цель для Боро, который станет первым крупным футбольным клубом и спортивным сооружением, которое будет использовать ветряные турбины для обеспечения самоокупаемости. использование электроэнергии.4 Местоположение ВАШЕГО дома будет определять, насколько полезной будет ветряная турбина. Турбина освещает два светодиода, которые потребляют всего 36 Вт в час против 500 Вт / час у лампочек. Информация о новой турбине является частью проекта Геологической службы США. чтобы оценить, как энергия ветра влияет на дикую природу в Соединенных Штатах.
,