Паровая турбина: устройство, принцип работы и рекомендации по изготовлению

Паровая турбина: устройство, принцип работы и рекомендации по изготовлению

Применение пара на практике довольно известно в промышленных целях, поскольку паровые турбины уже давно используют данный принцип.

Именно такое оборудование работает на ТЭЦ и электростанциях. Правда, для некоторых мастеровых людей не составляет особой трудности сделать их аналоги скромных размеров в домашних условиях.

Принцип функционирования

Схема работы паровой турбины. (Для увеличения нажмите)

Дело в том, что паровая турбина по большому счету это часть специального механизма, основная задача которого преобразование энергии пара в электрическую или тепловую.

Технологически весь процесс выглядит следующим образом:

  1. При сжигании различных видов топлива в топке вода превращается в пар.
  2. При дальнейшем перегреве пара до 435 ºС и давлении 3.43 МПа пар по трубам передается на турбину, где при помощи особых частей происходит его равномерное распределение по соплам.
  3. С сопел пар подается на специальные лопатки изогнутой формы, что крепятся на валу, из-за этого они вращаются, в результате чего кинетическая энергия трансформируется в механическую.
  4. Вал генератора является «электродвигателем» наоборот и вращается при помощи ротора турбины, и это позволяет вырабатывать электричество.
  5. Далее пар в конденсаторе при контакте с холодной водой опять превращается в воду, которую насосы снова закачивают на разогрев.

Как соорудить мини-паротурбину своими руками

В Сети можно столкнуться с большим количеством вариантов, в которых рассматривается самодельный способ изготовления данного агрегата.

Для этих целей будет использоваться обычная консервная банка, проволока из алюминия, кусочек жести, и крепежные материалы.

Перечисленные материалы позволят сделать задуманное дома, не применяя для этих целей специальное оборудование и инструмент. Данная турбина будет наглядно демонстрировать превращение энергии пара в электричество.

Процесс изготовления

В крышке банки проделывается два отверстия, в одно из которых впаивается часть трубки. Берется жесть и вырезается крыльчатка турбины и крепится к П-образной полоске.

После этого крепится полоска на другое отверстие, крыльчатка закрепляется лопастями напротив трубки.

Сооружение крепят на проволочную подставку, берут шприц с водой и ее заполняют, а снизу зажигают сухое топливо. Из трубки будет вырываться струя пара, что приведет в движение импровизированный ротор.

Правда, мощности такой турбины ни на что не хватит, поскольку кпд ее очень низкий. Она может рассматриваться только в качестве макета для того, чтобы понять принцип работы оборудования.

Изготовление небольшого генерирующего устройства электроэнергии своими руками

Для этих целей вполне подойдет компьютерный кулер, из которого для изготовления крыльчатки будет сооружена маломощная турбина.

С кулера следует снять электрический двигатель и установить на одной оси с крыльчаткой.

Полученное устройство следует монтировать в круглом алюминиевом корпусе. За основу берется крышка чайника, а точнее ее диаметр.

В его дне проделывают отверстие, куда при помощи паяльника монтируется трубка, из которой делают змеевик. Противоположный конец трубки следует подвести к лопаткам крыльчатки, благодаря чему конструкция и работает.

Змеевик – это наиболее важная часть всего устройства. Для его изготовления лучше использовать проволоку из меди, правда с учетом малой толщины и постоянным перегревом она имеет небольшой срок эксплуатации. Поэтому, оптимально в устройство ставить нержавеющую трубку.

Функционирование самодельного парового оборудования и его особенности

Итак, мини-электрическая машина готова и можно приступать к ее проверке.

Залив воду в чайник и поставив его на плиту замечаем, что при закипании образуется пар, энергии которого хватит для зарядки мобильного телефона или работы светодиодной лампочки.

Характерно, что в домашних условиях подобная электростанция может использоваться, как игрушка, поскольку ввиду малой мощности электричества его не хватит для работы оборудования или бытовой техники.

[advice]Стоит отметить: если вы отправляетесь в многодневный поход и возьмете с собой данное оборудование, то по достоинству сможете оценить все плюсы, которые оно дает. Например, вы сможете подзарядить аккумулятор мобильного телефона, фотоаппарата или других гаджетов.[/advice]

К сожалению, дома сооружение паровой турбины, мощность которой будет порядка 500 Вт и более очень сложно и сопряжено с большими денежными затратами.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь демонстрирует возможности и устройство паровой турбины, изготовленной своими руками:

Паровые турбины

Паровые турбины – принцип работы

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.

В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами. Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.

Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов. Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.

В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).

Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5). Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Теплофикационные паровые турбины

Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.

У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление). Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.

В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.

У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.

Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

  • Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
  • Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
  • Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
  • Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Паровая турбина – принцип действия, описание работы и устройство

Общие сведения

Кратко устройство и строение паровой турбины выглядит следующим образом. На вал крепится диск, куда закрепляются лопатки. Возле этих элементов также находятся трубы сопла, через которые подается пар. Во время его подачи он создает некоторое давление на лопатки, что приводит к его вращению.

Сегодня в этом оборудовании обычно применяется несколько дисков, находящихся на общем валу. При использовании этой конструкции энергия пара, которая проходит через все диски, частично передается этим элементам.

Достоинства турбинных установок:

  • коэффициент полезного действия равен одной заданной величине;
  • могут работать на различных видах топлива: твердое, жидкое, газовое;
  • большой ресурс;
  • огромный диапазон мощностей;
  • широкий выбор теплоносителя.

В основном эти агрегаты используются на тепловых и атомных электростанциях, также они нашли применение на морских судах.

Конструкция сопла

Через сопло проходит пар. В первых конструкциях, когда еще не были полностью изучены свойства расширения пара, сконструировать рационально работающую конструкцию с высоким КПД было невозможно.

Основная причина — сопло, которое применялось изначально, по всей длине было одинаковое по диаметру. Это повлекло то, что носитель, переходя в парообразное состояние, проходил через трубу и попадал в пространство с низким давлением. Его не хватало для нормальной работы турбины.

При этом во время выхода из этого сопла пар клубился из-за атмосферных расширений. Эти недостатки получилось исправить, когда изменили устройство трубы. Теперь пар в начале своего прохождения попадал в зауженную часть сопла, а на окончании оно постепенно увеличивалось в диаметре. Это позволило избавиться от клубов пара, поскольку они значительно понижали скорость.

Особенности работы

В этом случае необходимо отметить, что в турбине может использоваться несколько принципов работы. Они отличаются друг от друга и зависят от конструкции оборудования:

  1. Реактивный принцип. К этому оборудованию относится то, где расширение пара начинается до его поступления на лопатки и во время прохода по ним.
  2. Активный принцип. Здесь сообщение пара с дисками начинается в неподвижных соплах перед поступлением на лопатки.

Если тепло в соплах снижается приблизительно наполовину, то турбинную установку по своему определению тоже называют реактивной.

Активный принцип

Принцип работы паровой турбины основан на том, что любое тело имеет большую энергию, если передвигается с высокой скоростью. Но необходимо учесть одно: энергия быстро падает при снижении скорости. Так, есть несколько вариантов развития событий:

  1. Удар пара о статичную платформу. В этом случае энергия, которую имеет тело, частично перейдет в тепловую, а оставшаяся расходуется на то, чтобы отвести частички жидкости назад. Безусловно, какой-то полезной работы не происходит.
  2. Удар об движущуюся поверхность. В этом случае определенная часть энергии затрачивается на то, чтобы сместить платформу, а оставшаяся так же потратится впустую.
Читайте также:  Самопромывные фильтры для очистки воды: принцип работы и тонкости эксплуатации

Во время использования активного принципа в турбине применяется только последний вариант. Но надо понимать, что в процессе работы оборудования нужно минимизировать потери энергии на бесполезную работу. Второе условие состоит в том, что необходимо направить поток пара так, чтобы он не деформировал диски во время удара. Добиться этого можно только с учетом специально созданной формы лопасти.

Идеальной поверхностью является та, которая обеспечивает плавный поворот, после этого пар направится в обратную сторону. Говоря по-другому, требуется, чтобы лопатки были сделаны в виде полукруга. Так, ударяясь о поверхность, основная часть энергии передастся диску и заставит его вращаться. Потери же будут минимальными.

Механическое оборудование

В конструкции устройства находится три цилиндра, они собой представляют статор, который имеет вращающийся ротор и металлический корпус. Отдельно находящиеся роторы соединены муфтами. Цепочку, собирающуюся из котла, генератора и роторов, называют валопроводом. Его максимальный размер может быть не более 80 м.

Валопровод производит вращение во вкладышах в опорных подшипниках. Вся работа происходит в масляной среде, металлических элементов вкладышей вал не касается. Сегодня роторы устанавливаются на двух подшипниках.

В определенных ситуациях между роторами, которые принадлежат к ЦСД и ЦВД, находится только один подшипник. Пар, расширяющийся в турбине, заставляет роторы вращаться. Вся мощность, вырабатывающаяся отдельным элементом, суммируется на полумуфте в общий показатель и здесь же доходит до своего максимума.

Помимо того, все части находятся под действием осевого усилия. Оно суммируется, а общий показатель переходит с гребня на упорные элементы, которые установлены в корпусе подшипника.

Описание ротора

Ротор находится в корпусе цилиндра. Сегодня показатели давления могут доходить до 350 МПа, поэтому корпус и все части этой конструкции делаются двустенным. Это помогает снизить разницу давления на каждую стенку, что дает возможность уменьшать их толщину. Помимо этого, это позволяет облегчить затяжку фланцев и делает возможным быстрое изменение мощности турбины.

Непременным условием является установка горизонтального разъема, он обеспечивает доступ к уже находящемуся ротору при выполнении ремонтных работ или ревизии.

Если производится непосредственная установка турбины, то все плоскости разъемов, которые находятся на нижних корпусах, ставятся специальным образом. Для облегчения этой процедуры они все соединяются в единую конструкцию.

Если в последующем наступит момент установки валоповоротной системы, то ее устанавливают в уже находящийся горизонтальный разъем, это позволяет обеспечить точную центровку. Она помогает избежать удара ротора о статор при вращении. Этот дефект часто приводит к серьезной аварии.

Поскольку пар, который находится в турбине, имеет довольно высокую температуру, а ротор вращается в масляной среде, то масло должно нагреваться не больше чем на 100 °C. Это показатель требуется соблюдать с учетом требований пожарной безопасности, при этом он соответствует смазочным свойства материала. Чтобы добиться этой температуры, вкладыши подшипников устанавливаются за корпусом цилиндра.

Использование на атомных станциях

Конструкцию турбины на атомных станциях можно рассмотреть на примере установок насыщенного пара, они находятся только на объектах, на которых применяется водяной теплоноситель. В этом случае нужно отметить, что изначальные показатели турбин на АЭС отличаются низкими параметрами. Это вынуждает использовать больше рабочего вещества, чтобы достигнуть требуемого результата. Помимо того, из-за этого появляется высокая влажность, быстро нарастающая по ступеням турбины. Это приводит к тому, что на атомных станциях применяются внешние влагоулавливающие и внутритурбинные конструкции.

Из-за повышенной влажности пара понижается КПД, а также очень быстро развивается коррозийный износ проточных элементов. Чтобы не допустить этой проблемы, приходится применять разные способы укрепления поверхности. К этим методам относится электроискровая шлифовка, закаливание, хромирование. Если на остальных объектах можно установить простейшую конструкцию турбин, то на атомной станции необходимо подумать не только о защите от коррозийных процессов, но и о выводе влаги.

Самым эффективным вариантом вывода излишней влаги из турбины является отбор пара, он передается на регенеративные подогреватели. Здесь нужно сказать, что если эти отборы находятся после каждой ступени расширения, то нет необходимости дополнительно разрабатывать внутритурбинные влагоулавливатели. Также необходимо отметить, что допустимая норма влажности пара рассчитывается с учетом размера лопатки и ее скорости вращения.

Турбина с конденсатом

Турбинная конструкция, находящаяся в котле, имеет три среды — жидкость, пар и конденсат. Они находятся в едином замкнутом контуре. В этом случае нужно сказать, что в этой среде при преобразовании теряется минимум воды и пара. В этой конструкции жидкость подвержена действию разных химических реагентов, их главное назначение — удалять из воды различные примеси.

Принцип работы в этом оборудовании состоит в следующем:

  1. Отработанный пар, который уже имеет низкую температуру и давление, переходит по трубам в конденсатор.
  2. Во время прохождения этого участка на пути находится множество дополнительных трубочек, по ним насосом постоянно подкачивается холодная вода. Как правило, она забирается из прудов, озер или речек.
  3. Во время соприкосновения с охлажденной поверхностью отработанный пар образует конденсат.
  4. Весь собранный конденсат постоянно передается в конденсатор, а из него он дальше откачивается помпой. Затем жидкость перемещается в деаэратор.
  5. Из него вода заново транспортируется в котел, в котором переходит в парообразное состояние, и процесс повторяется.

Помимо основных элементов в конструкции находится дополнительно несколько устройств: подогреватель и турбонаддув.

Нужно отметить, что турбина вращается лишь в одном направлении и ее скорость может меняться в широких диапазонах. Другое преимущество турбин — это отсутствие толчков, которые происходят в ДВС во время передвижения поршней. Коэффициент полезного действия современных турбин достигает 45−55%, а мощность — 1700 МВт.

Паровая турбина: принцип работы 3 разновидностей агрегата

Паровая турбина приносит в наши дома свет и тепло Паровая турбина – это тепловой двигатель, который преобразует тепловую энергию из пара в энергию механическую вращения вала. Посредством паропровода нагретый свежий пар, поступая из котла, подходит к паровой турбине, после чего значительная часть высвобожденной тепловой энергии превращается в механическую работу.

Работа паровой турбины

В турбинной установке находящейся в котле, три среды: вода, пар, а также конденсат образуют такой себе замкнутый цикл. В процессе преобразования, при этом, теряется лишь небольшое количество пара и воды. Это количество воды постоянно восполняется добавкой в установку сырой воды, которая проходит предварительно через водоочиститель. Там вода подвергается обработке химическими составами, необходимыми для удаления содержащихся в воде, не нужных примесей.

Принцип работы:

  • Отработавший пар с довольно-таки пониженными давлением и температурой попадает из турбины в конденсатор.
  • Там он встречает на пути систему различных трубок, по которым непрерывно прокачивается с помощью циркуляционного насоса охлаждающая вода. Берут ее преимущественно из рек, озер или прудов.
  • Соприкасаясь с холодной поверхностью трубка конденсатора, выработавший пар конденсируется, превращаясь тем самым, в воду (конденсат).
  • Непрерывно откачиваясь из конденсатора специальным насосом, конденсат через подогреватель попадает в деаэратор.
  • Оттуда насос передает его в паровой котел.

В установке имеется также турбонаддув и подогреватель. Его функцией является необходимость сообщить конденсату добавочное количество тепла. Современные паротурбинные установки преимущественно оборудованы несколькими подогревателями. К тому же, для подогрева питательной жидкости необходима, главным образом, теплота от пара, который отбирается из промежуточных ступеней самой турбины в пределах 15-30% от совокупного расхода пара. Это дает хорошее повышение КПД установки.

Современная паровая электростанция в действии

Тепло, отработанного в турбине пара поступает в конденсатор через трубки. Количество высвобождаемого тепла велико, и, следовательно, охлаждающая вода должна быть нагрета незначительно. В виду этого, расход у мощных паротурбинных установок очень велик. Иногда он достигает до 20000 м3/час. Особенно если мощность станции 100000 кВт. В этих случаях охлаждающая вода подается циркуляционным насосам из речки и после выполнения своей функции сливается снова в реку, только ниже места забора.

Воздействие сильной струи пара на лопасти приводит вал во вращение в паровых турбинах

В паровых турбинах строение таково, что потенциальная энергия пара, пройдя процесс расширении в соплах, преобразуется в кинетическую энергию, способную двигаться с большой скоростью. Мощная струя пара подается на изогнутые лопатки, которые закреплены по окружности диска, насаженного на вал. Воздействие сильной струи пара на лопасти и приводит вал во вращение.

Чтобы преобразовать энергию пара в кинетическую, нужно обеспечить ему беспрепятственный выход из парогенератора, в котором он находится, по соплу, в пространство. При всем этом, давление пара необходимо выше, чем давление того самого пространства. Следует знать, что пар будет выходить с очень высокой скоростью.

Скорость выхода пара из сопла зависит от таких факторов:

  • От температуры и давления до расширения;
  • Какое давление присутствует в пространстве, в которое он вытекает;
  • Форма сопла, по которому вытекает пар, также влияет на скорость.

Вал турбины должен соединяться с валом самой рабочей машины. Какой она будет, зависит от области, в которой применяется рабочая машина. Это может быть энергетика, металлургия, приводы турбогенераторов, воздуходувные машины, компрессоры, насосы, водный и железнодорожный транспорт.

Устройство паровой турбины

Паротурбинная установка – является основным типом двигателей на современных тепловых и атомных электростанциях, которые вырабатывают 85 – 90% электроэнергии, потребляемой во всем мире.

Вид и устройство паротурбинной установки

Паровые турбины отличаются большой быстроходностью. Она преимущественно равна 3000 об. мин., и имеют при этом сравнительно малые габариты и массу. В современной промышленности сегодня выпускают турбоагрегаты различных мощностей, даже такие, где в одном агрегате при высокой экономичности свыше тысячи мегаватт.

Изобретен данный агрегат очень давно. В его создании принимали участие многие ученые. В России основоположником строительства паровых турбин принято считать Поликарпа Залесова, который внедрял данные сооружения на Алтае в начале девятнадцатого века.

Паровые турбины делятся на:

  • Конденсационные;
  • Теплофикационные;
  • Специального назначения;
  • Активные;
  • Реактивные;
  • Активно-раективные.

Наиболее распространенная – конденсационная турбина – работает с выпуском отработанного пара в конденсатор с глубоким вакуумом. От промежуточных ступеней ее турбин, как правило, берется некоторое количество пара в целях регенерации. Главное назначение конденсационных установок – выработка электроэнергии.

Строение паровой турбины

Паровые турбины строят в качестве стационарных конструкций, которые используют в основном на заводских силовых установках или электростанциях, и транспортных, необходимых для работы судовых котлов.

Независимо от принципа работы, суть происходящих действий будет оставаться неизменной – струя пара, вытекающая из сопла, будет направляться на лопатки диска, имеющегося на валу, и тот приводится в действие.

Паровые турбины различают по следующим характеристикам:

  • Оборотам;
  • Количеству корпусов;
  • Направлению движения струи пара;
  • Числу валов;
  • Расположению конденсационной установки;
  • Функциональности.

Паровые турбины обеспечивают длительную выработку механической энергии при температуре охлаждающей их воды до 330 С Цельсия. Также турбины должны выполнять продолжительную надежную работу с нагрузкой номинальной от 30 до 100%. Что необходимо для регулирования распределения электрической нагрузки. Самые распространенные конденсационные турбины обязаны обеспечивать длительное действие при температуре выхлопного процесса до 700 С.

Паровая электростанция: особенности работы установки

Система регулирования работы турбины при резком сбросе мощности и отключении ТГ от сети, должна ограничивать быстрый заброс частоты вращения ее ротора, и не допустить срабатывания датчика безопасности. Работа турбины допускает возможность мгновенного сброса электронапряжения до нуля. Также турбины должны давать возможность восстановить нагрузку до исходной, или любой другой цифры в регулировочном диапазоне, при скорости не менее 10% от номинальной мощности за секунду.

Паровые турбины используют в основном на заводских силовых установках или электростанциях

Обязательные режимы работы:

  • С отключенным подогревателем высокого давления;
  • С нагрузкой в рамках собственных нужд в пределах 40 минут после сброса;
  • На холостом ходу 15 минут после сброса электро- нагрузки;
  • Для проведения испытания на холостом ходу 20 часов после пуска турбины;
  • Срок службы рабочих турбин между ремонтами должен быть не менее 4 лет;
  • Новые агрегаты имеют гарантию в 5 лет;
  • Период работы на отказ у паровой турбины не менее 6000 часов;
  • Коэффициент готовности у установки не менее 0,98.

Паровая турбина имеет срок службы более 30 лет. Исключением являются лишь быстроизнашивающиеся детали и элементы.

Паровая турбина (видео)

Паровая турбина своими руками – агрегат, который является сердцем практически любой электростанции, работает по принципу превращения энергии из паровой в механическую. Однако такую машину вполне можно сделать и в домашних условиях. Конечно же это будет мини-устройство, и скорее всего ваша самодельная турбина будет газовая или воздушная, но такая модель так же пригодится в быту как и паровая турбина для ТЭЦ. Правильно разработанные схема, чертеж и рисунок помогут вам добиться положительного результата от самоделки.

Читайте также:  Почему у каждого в доме должны быть хомуты: советы сантехника

Как сделать паровую турбину

Идея практического применения энергии пара далеко не нова, использование паровых турбин в промышленных масштабах давно стало частью нашей жизни. Именно эти агрегаты, установленные на различных электростанциях и ТЭЦ, на 99% снабжают электричеством наши дома. Однако, некоторые мастера-умельцы умудряются внедрить принцип преобразования тепловой энергии в электрическую у себя дома. Для этого используется самодельная паровая турбина минимальных размеров и мощности. О том, как ее собрать в домашних условиях, и пойдет речь в данной статье.

Как работает паровая турбина?

В сущности, паровые турбины являются составной частью сложной системы, призванной преобразовать энергию топлива в электричество, иногда – в тепло.

На данный момент этот способ считается экономически выгодным. Технологически это происходит следующим образом:

  • твердое или жидкое топливо сжигается в паровой котельной установке. В результате рабочее тело (вода) обращается в пар;
  • полученный пар дополнительно перегревается и достигает температуры 435 ºС при давлении 3.43 МПа. Это необходимо для того, чтобы добиться максимального КПД работы всей системы;
  • по трубопроводам рабочее тело доставляется к турбине, где равномерно распределяется по соплам с помощью специальных агрегатов;
  • сопла подают острый пар на изогнутые лопатки, закрепленные на валу, и заставляет его вращаться. Таким образом, кинетическая энергия расширяющегося пара переходит в механическое движение, это и есть принцип действия паровой турбины;
  • вал генератора, представляющего собой «электродвигатель наоборот», вращается ротором турбины, в результате чего вырабатывается электроэнергия;
  • отработанный пар попадает в конденсатор, где от соприкосновения с охлажденной водой в теплообменнике переходит в жидкое состояние и насосом снова подается в котел на прогрев.

Примечание. В лучшем случае КПД паровой турбины достигает 60%, а всей системы – не более 47%. Значительная часть энергии топлива уходит с теплопотерями и расходуется на преодоления силы трения при вращении валов.

Ниже на функциональной схеме показан принцип работы паровой турбины совместно с котельной установкой, электрическим генератором и прочими элементами системы:

Чтобы не допускать снижения эффективности работы, на валу ротора располагается максимальное расчетное число лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается наименьший зазор посредством специальных уплотнений. Простыми словами, чтобы пар «не крутился вхолостую» внутри корпуса, все зазоры минимизируются. Лопатка сконструирована таким образом, чтобы расширение пара продолжалось не только на выходе из сопла, но и в ее углублении. Как это происходит, отражает рабочая схема паровой турбины:

Следует отметить, что рабочее тело, чье давление после попадания на лопатки снижается, после рабочего цикла в первом блоке не сразу попадает в конденсатор. Ведь оно еще располагает достаточным запасом тепловой энергии, а потому по трубопроводам пар отправляется во второй блок низкого давления, где снова воздействует на вал посредством лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, устройство паровой турбины может предусматривать несколько таких блоков:

1 – подача перегретого пара; 2 – рабочее пространство блока; 3 – ротор с лопатками; 4 – вал; 5 – выход отработанного пара в конденсатор.

Для справки. Скорость вращения ротора генератора может достигать 30 000 об/мин, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.

Как сделать паровую турбину в домашних условиях?

Множество интернет-ресурсов публикует алгоритм, согласно которому в домашних условиях и с применением небольшого количества инструментов изготавливается мини паровая турбина из консервной банки. Помимо самой банки понадобится алюминиевая проволока, небольшой кусочек жести для вырезания полоски и крыльчатки, а также элементы крепежа.

В крышке банки делают 2 отверстия и впаивают в одно кусочек трубки. Из куска жести вырезают крыльчатку турбины, прикрепляют ее к полосе, согнутой в виде буквы П. Затем полосу прикручивают ко второму отверстию, расположив крыльчатку таким образом, чтобы лопасти находились напротив трубки. Все технологические отверстия, сделанные во время работы, тоже запаивают. Изделие нужно установить на подставку из проволоки, заполнить водой из шприца, а снизу разжечь сухое горючее. Импровизированный ротор паровой турбины начнет вращаться от струи пара, вырывающегося из трубки.

Понятно, что такая конструкция может служить лишь прототипом, игрушкой, поскольку данная паровая турбина, сделанная своими руками, не может использоваться с какой-то целью. Слишком мала мощность, а о каком-то КПД и речи не идет. Разве что можно показывать на ее примере принцип действия теплового двигателя.

Мини-генератор электроэнергии можно реально изготовить из старого металлического чайника. Для этого, кроме самого чайника, потребуется медная или нержавеющая трубка с тонкими стенками, кулер от компьютера и небольшой кусочек листового алюминия. Из последнего вырезается круглая крыльчатка с лопатками, из которой будет сделана паровая турбина малой мощности.

С кулера снимается электродвигатель и устанавливается на одной оси с крыльчаткой. Получившееся устройство монтируется в круглом корпусе из алюминия, по размерам он должен подойти вместо крышки чайника. В днище последнего делается отверстие, куда впаивается трубка, а снаружи из нее выполняется змеевик. Как видите, конструкция паровой турбины очень близка к реальности, поскольку змеевик играет роль пароперегревателя. Второй конец трубки, как нетрудно догадаться, подводится к импровизированным лопаткам крыльчатки.

Примечание. Самая сложная и трудоемкая часть устройства – это как раз змеевик. Изготовить его из медной трубки легче, чем из нержавейки, но она долго не прослужит. От контакта с открытым огнем медный перегреватель быстро прогорит, поэтому лучше сделать его своими руками из нержавеющей трубки.

Применение паровой турбины

Налив в чайник воды и поставив его на включенный газ, можно убедиться, что при закипании энергии выходящего из трубки пара достаточно, чтобы на выходе электродвигателя появилась ЭДС. Для этого к нему стоит подключить светодиодный фонарик. Помимо питания для электрических лампочек, возможно и другое применение паровой турбины, например, для зарядки аккумулятора сотового телефона.

В условиях квартиры или частного дома подобная мини-электростанция может показаться простой игрушкой. А вот оказавшись в походе и взяв с собой турбированный чайник с электрогенератором, вы сможете оценить по достоинству его функциональность. Возможно, в процессе вам удастся найти еще какое-нибудь назначение турбины. Больше информации об изготовлении походного генератора из чайника можно узнать, посмотрев видео:

Заключение

К сожалению, конструктивно паровые машины достаточно сложны и сделать дома турбину, чья мощность достигала хотя бы 500 Вт, весьма затруднительно. Если стремиться к тому, чтоб соблюдалась схема работы турбины, то затраты на комплектующие и потраченное время будут неоправданными, КПД самодельной установки не превысит 20%. Пожалуй, проще купить готовый дизель-генератор.

Паровая турбина

Содержание

  • 1 История
  • 2 Состав паротурбинной установки
  • 3 Основные типы турбин
    • 3.1 Турбина Кертиса
    • 3.2 Турбина Парсонса
  • 4 Пароводяная циркуляционная система судовой паротурбинной установки
  • 5 Сравнение с другими энергетическими установками
    • 5.1 Примечание к таблице
  • 6 Литература
  • 7 Ссылки

История

При современных мощностях XX века паровая машина как главный судовой двигатель уже не могла обеспечить нужную мощность и экономичность, установки получались громоздкими и малоэффективными. Настало время этому двигателю передать эстафету турбине и двигателям внутреннего сгорания.

Турбина в качестве главного двигателя первый раз была использована на судне Turbinia. Корабль имел водоизмещение 45 тонн и был спущен на воду в Англии конструктором Чарлзом Парсонсом. Многоступенчатая паротурбинная установка включала в себя паровые котлы и три турбины, соединенных напрямую с гребным валом. Каждый гребной вал имел три винта. Общая мощность турбин составляла 2000 л.с. при 200 оборотов в минуту. В ходе проведения ходовых испытаний в 1896 году турбоход развил скорость 34,5 узла. В настоящее время судно находится в Музее Открытий в Ньюкасле, а её турбина – в Лондонском Музее науки.

В России первым турбинным судном была яхта-миноносец «Ласточка» (1904 г.). Это бывшее английское опытное судно Carolina, построенное в 1904—1905 гг., было куплено Морведом для обучения персонала и производства опытов с турбоагрегатами. Корабль имел две силовые установки по 1000 л.с. каждая и при водоизмещении 140 тонн развивал максимальную скорость хода 18,5 узлов.

Во время Второй мировой войны паровая турбина использовалась как главная энергетическая установка. На гордости Германии — линкоре Bismarck были установлены 3 турбозубчатых агрегата мощностью 46000 л.с. каждая. Корабль со стандартным водоизмещением 41700 т. развивал скорость около 30 узлов.

На втором корабле этой серии (Tizpitz), который британцы прозвали “Гитлеровская зверюга”, стояли три турбины Brown Boveri & Cie. Скорость хода была 30,8 узлов при водоизмещении 45474 тонны.

На крупнейшем линкоре в истории флота — японском «Ямато» были установлены 4 ТЗА Kampon. При водоизмещении 63200 тонн корабль развивал скорость 27,5 узлов.

На «Севастополе», линкоре русского и советского флота, стояло десять турбин Парсонса общей мощностью 32000 л.с, что обеспечивало кораблю скорость хода около 22 узлов.

В настоящее время паровые турбины отошли на второй план. Но их эксплуатация на некоторых судах продолжается. Например, на тяжелом авианесущем крейсере «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов» стоят 4 паровые турбины по 50 тыс. л.с. каждая. Максимально допустимая скорость составляла 29 узлов.

Состав паротурбинной установки

  • Парогенератор, в котором питательная вода под соответствующим давлением превращается в пар;
  • Пароперегреватель, в котором осуществляется повышение температуры пара до заданной величины (может отсутствовать);
  • Турбина, в которой потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а последняя – в механическую энергию на валу;
  • Конденсатор, предназначенный для конденсации отработавшего пара турбины;
  • Конденсатный насос, подающий конденсат в систему;
  • Питательный насос, подающий питательную воду в парогенератор;
  • Регенеративные подогреватели питательной воды.

Основные типы турбин

На кораблях в основном использовались турбины Парсонса (реактивного типа) и турбины Кертиса (активного типа). Турбины этих типов различались по принципу расширения пара. Турбины также разделяли по назначению: на главные и вспомогательные. Главные были конденсационные с выпуском всего отработавшего пара в конденсатор, они приводили в движение гребной винт непосредственно или через редуктор. Вспомогательные турбины служили приводами различных насосов, генераторов и вентиляторов. Главные турбины были двухкорпусными — низкого и высокого давлений. Каждая турбина состоит из нескольких ступеней (ступень — два ряда смежных лопаток, закрепленных соответственно в корпусе и на барабане), которые могут быть или ступенями скорости или ступенями давления. В корпусе турбины низкого давления находятся лопатки заднего хода. Если судно оснащено гребным винтом с переменным шагом, то нет необходимости ставить турбину низкого давления. В настоящее время паровые турбины могут использоваться вкупе с ядерной энергетической установкой.

Турбина Кертиса

Простейшая одноступенчатая паровая турбина состоит из следующих основных частей: сопла, вала и диска с рабочими лопатками, закрепленными на ободе диска. Вал вместе с диском составляет важнейшую часть турбины и носит название ротора.

Ротор заключен в корпусе турбины. Шейки вала лежат в опорных подшипниках.
Расширение пара от начального до конечного давления происходит в одном сопле или группе сопл, закрепленных в корпусе перед рабочими лопатками вращающегося диска. В соплах срабатывается перепад тепла, который затрачивается на получение кинетической энергии паровой струи.
В процессе расширения скорость пара возрастает. В каналах рабочих лопаток происходит снижение скорости; кинетическая энергия пара снижается. При воздействии струи пара на рабочие лопатки часть его кинетической энергии преобразуется в механическую работу на валу ротора турбины.
То есть в активной турбине весь процесс расширения и, следовательно, ускорения пара идет только в неподвижных каналах (соплах), а на рабочих лопатках происходит только превращение кинетической энергии в механическую работу без дополнительного расширения паровой струи.

Турбина Парсонса

По иному принципу работает турбина Парсонса или реактивная турбина. Свежий пар к лопаткам турбины поступает из кольцевой камеры подвода пара. В неподвижной корпусе и на внешней стороне вращающегося барабана ротора закреплены соответственно направляющие и рабочие лопатки, образующие камеры для прохода пара. Из камеры пар, протекая через межлопаточные каналы, поступает в выпускной патрубок . Расширение пара происходит во всех межлопастных каналах, как подвижных, так и неподвижных.
Сначала свежий пар из камеры поступает в каналы первого ряда направляющих лопаток, закрепленных в корпусе. Из каналов неподвижных направляющих лопаток первого ряда пар поступает в каналы первого ряда рабочих лопаток, закрепленных на вращающемся барабане. Из каналов рабочих лопаток первого ряда пар направляется в каналы неподвижных лопаток второго ряда и так далее, проходя последовательно через каналы всех рядов направляющих и рабочих лопаток. Общий перепад тепла в ступенях распределяется примерно равномерно.

Пароводяная циркуляционная система судовой паротурбинной установки

На схеме Пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки топливо поступает в парогенератор, где вступает в реакцию окисления с кислородом воздуха. Горячие продукты сгорания конвекцией и излучением нагревает питательную воду в трубках, превращая ее в пар. Получившийся пар высокого давления поступает в турбину, где приводит в движение ротор турбины, а через редуктор приводится в движение и гребной вал. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе. Охлаждающей средой в конденсаторе служит морская вода, которая подается циркуляционными насосами. Охлажденный до нужной температуры конденсат с помощью конденсатного насоса закачивается в подогреватель низкого давления. Греющей средой в нем служит часть пара, отобранного из турбины. Подогретый до нужной температуры конденсат закачивается питательным насосом обратно в парогенератор, замыкая цикл.

Читайте также:  Розетка usb: правильная установка

Сравнение с другими энергетическими установками

Судовой двигательКПДУсловия эксплуатацииВид топливаБезопасность персоналаЭкологический эффектВремя пускаРазмерыМатериалы изготовления
Паровая машина8%-15%Простота обслуживанияПрактически любой вид топливаВысокая безопасностьВыброс токсичных газов в атмосферуОт получаса до нескольких часовГромоздкая, большое число вспомогательного оборудованияВысокопрочные материалы для цилиндров, движущихся частей
Паровая турбина30%-35%Повышенное обслуживание при номинальном режиме работыУголь, мазутОтносительная опасность из-за работы с рабочей средой высоких параметровВыброс токсичных газов в атмосферу, слив горячей заборной водыОт получаса до нескольких часовГромоздкая, большое число вспомогательного оборудованияЖаропрочные, термостойкие материалы для турбины и основного оборудования
Газовая турбина25%-30%Минимальное обслуживания, повышенная надежность работыГаз, мазутВысокая безопасность при номинальном режиме работыВыброс в атмосферу токсичных газов с достаточно высокой температурой15-30 минутКомпактность, отсутствие большого числа вспомогательного оборудованияТермически устойчивые материалы для лопаток первых ступеней турбины
Двигатель внутреннего сгорания30%-36%Повышенная шумность, наличие прямолинейно-возвратного движения рабочих частейМазут, дизельное топливоНизкая опасность для персоналаТоксичность отработавших газов повышенаПрактически мгновенноГромоздкая (при повышенной мощности), отсутствие большого числа вспомогательного оборудованияВысокопрочные материалы для цилиндров, движущихся частей
Ядерная энергетическая установка35%-40%Постоянный контроль процессаЯдерное топливо (уран-235, плутоний и т.д.)Высокая опасность из-за радиоактивного излученияЗагрязнение отходами отработанного радиоактивного топливаНесколько дней при пуске из холодного состояния, из горячего состояния – минутыГромоздкая, большое число вспомогательного оборудованияВысокопрочные и дорогие материалы для защиты персонала

Примечание к таблице

Продолжительное время пуска паровой турбины объясняется необходимостью прогрева как самой турбины, так и парогенератора со всеми необходимыми паропроводами. Все это занимает много времени.

Эксплуатация газовой турбины значительно проще чем паровой, т.к. вода не используется как рабочее тело цикла. Следовательно, нет необходимости в конденсаторе, питательном, конденсатном и циркуляционном насосах, трубопроводах.

Относительная безопасность эксплуатации паровой и газовой турбин достигается заключением в отдельный корпус всех движущихся частей.

Блог об энергетике

энергетика простыми словами

Паротурбинные установки тепловых электростанций (ТЭС)

Паровая турбина вместе с относящимися к ней регенеративными подогревателями, конденсатором, насосами, трубопроводами и арматурой образует паротурбинную установку.

Современная паровая турбина состоит из большого числа деталей, тщательно изготовленных и собранных в единый агрегат. Мощности современных энергетических турбоагрегатов постоянно повышаются, и в настоящее время основной прирост мощностей в энергосистемах происходит за счет ввода агрегатов 300, 500, 800 МВт. На Костромской ГРЭС сооружен головной агрегат мощностью 1200 МВт.

Увеличение мощности турбоагрегатов позволяет сооружать ТЭС большой мощности при одновременном удешевлении их строительства и эксплуатации и снижении расходов топлива на выработанный киловатт-час. Наряду с экономичностью современная турбина должна отвечать высоким требованиям безопасности, надежности и маневренности. Требование высокой маневренности предъявляется ко всему энергетическому оборудованию. Турбина должна допускать быстрый пуск, набор и изменение нагрузки и остановку. Эта задача весьма сложна для агрегатов, работающих при высоких начальных параметрах пара (26 МПа, 540-570 °С) и имеющих стенки корпусов и фланцы большой толщины.

При разработке и эксплуатации турбин приходится сталкиваться с весьма сложными проблемами аэродинамики, теории колебаний, теплопередачи, изменения свойств материалов при высоких температурах и вибрации, автоматического регулирования и контроля турбоустановки.

Рис. 1. Схема простейшей турбины

На рис. 1 показана схема простейшей турбины, а на рис. 2 — схема устройства многоступенчатой паровой турбины. Простейшая турбина состоит из соплового аппарата 1, рабочей лопатки 2, вала 3 и диска 4.

Рис. 2. Схема устройства многоступенчатой паровой турбины

1 — вал турбины; 2 — диски; 3 — рабочие решетки; 4 — нижняя половина корпуса; 5 — верхняя половина (крышка) корпуса; 6 — диафрагмы (нижние половины); 7, 8 – сопловые решетки; 9 – уплотнения диафрагмы; 10 – сопловая решетка первой ступени давления; 11 – переднее уплотнение; 12 – заднее уплотнение; 13 – опорные подшипники; 14 – упорный подшипник; 15 — соединительная муфта; 16 — червячная передача; 17 — масляный насос; 18 — фундаментные плиты; 19 — регулятор скорости; 20 — масляный бак; 21 — регулятор безопасности; 22 — камера отбора; 23 — окна для отбора пара; 24, 27 — опорные фланцы корпуса; 25, 26 — фланцы опорных блоков

Турбина состоит из вращающейся части — ротора и неподвижной части — статора. К ротору относятся вал и закрепленные на нем диски с рабочими лопатками. Статор включает в себя паровпускные органы, сопловые решетки, подшипники и др. Корпус турбины делается разъемным в горизонтальной плоскости по центровой линии вала. Нижняя его часть опирается на фундамент, а верхняя часть устанавливается на нижнюю и крепится по фланцам с помощью шпилек и гаек. Через паровпускные органы в сопловую коробку вводится свежий пар. Корпус заканчивается выхлопным патрубком, через который отработавший пар отводится из турбины.

В неподвижных каналах-соплах пар расширяется; при этом его давление и температура снижаются, скорость парового потока возрастает до нескольких сот метров в секунду и соответственно увеличивается его кинетическая энергия.

Она используется в подвижных рабочих лопатках, закрепленных на дисках, насаженных на вал турбины (рис. 2). Между дисками располагаются неподвижные перегородки — диафрагмы с закрепленными в них соплами. Диафрагма и диск с рабочими лопатками образуют ступень турбины.

При большом числе ступеней (20 — 30) турбина состоит из нескольких цилиндров. Частота вращения ротора паровых энергетических турбин обычно составляет 3000 об/мин или 50 с -1 , что соответствует принятой в СНГ частоте переменного тока 50 Гц.

На каждой ступени турбины лишь часть внутренней энергии пара преобразуется в механическую энергию, передаваемую с вала турбины на вал генератора электрического тока. Увеличение числа ступеней приводит к повышению КПД турбинной установки, так как в этом случае каждая ступень «работает» в более оптимальном режиме. Однако увеличение числа ступеней оправдывает себя лишь до определенного предела, так как с ростом числа ступеней турбина усложняется и становится дороже.

Крупные энергоблоки, работающие при высоком и закритическом давлении пара, выполняются с промежуточным перегревом. Пар высоких параметров, совершая работу в турбине, на последних ее ступенях увлажняется, а это приводит к снижению КПД и эрозионному воздействию капелек влаги на лопатки турбины. При использовании же промежуточного перегрева пара не только понижается его конечная влажность, но и повышаются показатели тепловой экономичности цикла. На рис. 3 дана схема одной из наиболее распространенных в нашей энергетике конденсационных турбин К- 300 — 240 мощностью 300 МВт, работающей при начальном давлении пара 240 атм (23,5 МПа). Температура свежего пара принята 540 — 560 °С, частота вращения 3000 об/мин.

Турбина состоит из трех цилиндров: цилиндра высокого давления (ЦВД), цилиндра среднего давления (ЦСД) и цилиндра низкого давления (ЦНД). В двенадцати ступенях ЦВД пар расширяется от указанных выше начальных параметров до давления 4 МПа, после чего направляется в промежуточный пароперегреватель (ПП), установленный в котле, и далее с давлением 3,5 МПа и температурой 540 — 560 °С поступает в ЦСД. В двенадцати головных ступенях ЦСД пар расширяется до давления 0,2 МПа, затем разделяется на два потока: одна треть проходит пять ступеней низкого давления, расположенных в ЦСД, и поступает в конденсатор, а две трети пара по перепускным трубам подаются в ЦНД, где, разделяясь на два потока, проходят по пяти ступеням низкого давления и направляются также в конденсатор. Давление пара за последними ступенями перед входом в конденсатор равно 0,0035 МПа. Разделение пара в части низкого давления на три потока связано с большими объемами пара в последних ступенях. Выпуск всего объема пара через одну решетку приводил бы к недопустимым по соображениям прочности высотам рабочих лопаток. Даже при разделении пара в последних ступенях на три потока высота лопаток составляет 960 мм, а окружная скорость на их вершинах — 540 м/с. При массе последней лопатки 9,8 кг центробежная сила, действующая на нее, равна

Еще более сложны турбины большей мощности. Так, у турбин мощностью 500 МВт делается 4 выхлопа в конденсатор, а у турбины К-800-240 мощностью 800 МВт — шесть выхлопов в конденсатор. В турбине К-1200-240 мощностью 1200 МВт, установленной на Костромской ГРЭС, лопатки последних ступеней имеют длину 1200 мм, но для уменьшения центробежных сил они выполнены из более легкого титанового сплава.

Рис. 3. Изменение параметров рабочего тела в активной турбине:

1, 9 — камеры свежего и отработанного пара; 2,4,6 — сопла; 3,5,8 — рабочие лопатки; 7 — диафрагма.

Рис. 4. Схема турбины К-300-240 (z — число ступеней)

Теплофикационные турбины, устанавливаемые на ТЭЦ, могут иметь 1 или 2 регулируемых отбора (например, промышленный и теплофикационный). В теплофикационной турбине Т — 250 — 240 имеются 2 отбора пара для подогрева воды в системе теплоснабжения (из них один регулируемый) и, кроме того, может быть осуществлен предварительный нагрев сетевой воды в специальном подогревателе, встроенном в конденсатор.

Отработавший пар конденсационных турбин и турбин с промышленными и теплофикационными отборами поступает в конденсатор, где поддерживается давление значительно ниже атмосферного. В конденсаторе осуществляется отвод тепла от рабочего тела — пара — при возможно более низкой температуре и давлении с превращением пара в конденсат, идущий вновь на питание котлов. Здесь тепло отдается охлаждающей (циркуляционной) воде. Конденсат не должен смешиваться с охлаждающей водой, имеющей большое количество примесей. Поэтому конденсатор представляет собой теплообменник поверхностного типа.

На рисунке 5 приведена схема конденсатора паровой турбины.

Теплообмен от пара к охлаждающей воде происходит через стенки трубок небольшого диаметра, чаще всего латунных, внутри которых движется охлаждающая вода. В конденсатор поступает влажный пар; температура насыщения конденсирующегося пара tк тем ниже, чем ниже температура циркуляционной воды. При прямоточном водоснабжении, когда вода в конденсатор забирается из реки или пруда, ее температура колеблется от 2 до 20 °С (среднегодовая расчетная температура 10 — 12 °С). Если же водоснабжение является оборотным с охлаждением воды в градирнях, то температура воды меняется в зависимости от времени года от 10 — 12 °С до 35 -40 °С.

Рис.5. Схема конденсатора паровой турбины:
1 – патрубок для выхода воды, 2 – крышка водяных камер, 3 — водяные камеры, 4 – трубные решетки, 5 – корпус конденсатора, 6 – пароприемная горловина, 7 — трубки, 8 — сборник конденсата, 9 — патрубок для подвода воды, 10 — патрубок для удаления воздуха.

Обычно циркуляционная вода в конденсаторе нагревается на 8 -10 °С. При поддержании давления в конденсаторе pк = 0,0035 МПа температура конденсации составляет tk = 26,4 °С. В летнее время, когда температура охлаждающей воды выше среднегодовой расчетной, давление в конденсаторе может повышаться до 0,01 МПа, что соответственно снижает экономичность работы турбоустановки. На одну тонну конденсируемого пара расходуется 50 — 60 т охлаждающей воды.

Для поддержания хороших условий теплообмена и постоянного парциального давления воздуха, а вместе с ним и общего давления в конденсаторе просачивающийся в конденсатор воздух необходимо непрерывно удалять. Для этого устанавливаются воздухоотсасывающие устройства — пароструйные или водоструйные эжекторы.

Конденсат из нижней части конденсатора откачивается конденсатными насосами и подается через подогреватели в котел. Конденсатор устанавливается под турбиной и представляет собой горизонтально расположенный сосуд, сваренный из листовой стали. Внутри корпуса конденсатора на некотором расстоянии от его торцов ввариваются специальные пластины с отверстиями, называемые трубными досками, в которые завальцовываются трубки, образующие поверхности теплообмена. Корпус с торцов закрывается крышками так, что между крышками и трубными досками образуются водяные камеры.

Если в одной из камер установить горизонтальную перегородку, то по-лучим двухходовой конденсатор: охлаждающая вода поступает в нижний (подводящий) патрубок передней камеры, проходит по нижним рядам труб и через заднюю камеру поступает в верхние ряды труб, после чего удаляется из конденсатора.

Для рассмотренной выше турбины К-300-240 Ленинградского металлического завода конденсатор имеет следующие характеристики:

Количество трубок, шт.19600
Длина трубок, м8,9
Диаметр dн, мм28
Диаметр dвн, мм26
Расход пара при номинальной нагрузке турбины, т/ч570
Номинальный расход охлаждающей жидкости, т/ч36000

Источник: Полещук И.З., Цирельман Н.М. Введение в теплоэнергетику: Учебное пособие пособие / Уфимский государственный авиационный технический университет. – Уфа, 2003.

Оцените статью
Добавить комментарий