Maszynoznastwo- Turbiny Parowe.odt

Praca kontrolna z maszynoznawstwa.

xxxx sem VI TM

1. Turbiny parowe

Najszersze zastosowanie w energetyce do napędu generatorów prądotwórczych znajdują wirnikowe silniki parowe, czyli turbiny parowe. Są one stosowane zarówno w elektrowniach cieplnych z kotłami ogrzewanymi paliwem tradycyjnym, jak też w nowoczesnych elektrowniach jądrowych, w których energia reakcji termojądrowej stanowi jedynie źródło ciepła do ogrzewania kotła.

Turbiny parowe odznaczają się prostą budową. Poza ułożyskowaniem nie mają ślizgających się elementów, jak tłok i rozrząd w silnikach tłokowych, przez co ich trwałość jest większa. Głównymi elementami turbiny parowej są: wirnik z łopatkami na obwodzie oraz dysze kierujące parę na łopatki wirnika (rys. 4.4). Para doprowadzana do turbiny jest w dyszach całkowicie lub częściowo rozprężana, przy czym energia potencjalna jej ciśnienia zmienia się w kinetyczną. Wylatująca z dysz para natrafia na łopatki wirnika, wywołując jego ruch obrotowy. Dysze mogą być wykonane

                                                                   Rys. 4.4. Turbina parowa

                                                                                 1 - wlot pary, 2 - dysza, 3 - łopatka wirnika

w formie rur lub wieńca nieruchomego z łopatkami kierowniczymi o kształcie podobnym do wirnika.

Turbiny, w których rozprężanie odbywa się tylko w dyszach, noszą nazwę akcyjnych. Łopatki turbin akcyjnych są ukształtowane symetrycznie względem płaszczyzny prostopadłej do osi (rys. 4.5), a dysze są ustawione możliwie stycznie do tej płaszczyzny. Cząsteczki pary uderzając w łopatki przekazują im swoją energię.

                                                           Rys. 4.5. Rozwinięcie        Rys. 4.6. Rozwinięcie

                                                                        turbiny akcyjnej                 turbiny reakcyjnej

                                                                                          1 - dysza, 2 - wirnik                      1 - kierownica (dysza), 2 – wirnik

Turbiny, w których rozprężanie pary odbywa się częściowo w dyszach, a częściowo między łopatkami wirnika, noszą nazwę reakcyjnych. Łopatki turbin reakcyjnych są niesymetrycznie pochylone względem płaszczyzny prostopadłej do osi (rys. 4.6); rozprężająca się między nimi para wytwarza nacisk (reakcję), którego składowa obwodowa wywołuje moment obrotowy. Składowa poosiowa nacisku pary jest przenoszona przez wał.

.

Turbiny parowe rzadko są budowane jako jednostopniowe (o jednym rzędzie łopatek), ponieważ wyzyskanie w jednym stopniu całego ciśnienia pary wymagałoby nadania jej bardzo dużej prędkości, co wiąże się ze znacznymi stratami energii przepływu oraz osiąganiem przez wirnik zbyt dużej prędkości obrotowej.

Rys. 4.7. Wielostopniowa turbina parowa1 — wlot pary, 2 — kierownica, 3 — wirnik, 4 — wylot pary, 5 — tłok odciążający

Bardzo duża prędkość obrotowa jest niebezpieczna, gdyż wywołuje siłę odśrodkową, która może spowodować rozerwanie wirnika. Duża prędkość obrotowa jest zwykle nieodpowiednia do napędu maszyn, co pociąga za sobą konieczność stosowania reduktorów o dużym przełożeniu. Najczęściej są budowane turbiny wielostop­niowe (rys. 4.7). Liczba stopni wynosi zwykle kilkadziesiąt. W każdym stopniu turbiny następuje częściowe rozprężenie pary. Ze względu na to, że para rozprężając się zwiększa swoją objętość, kolejne stopnie turbiny muszą mieć coraz wieksze przekroje przelotów. Tłok odciążający zmniejsza obciążenie osiowe łożyska.

Turbiny rzadko są budowane jako wydmuchowe (z odlotem pary do atmosfery). Para zazwyczaj jest skraplana (turbiny kondensacyjne) lub pobierana do celów grzejnych pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego (turbina przeciwprężna). W turbinach kondensacyjnych (stosowanych w elektrowniach) woda chłodząca skraplacz pobiera dużą ilość ciepła, które jednak nie może być wykorzystane do celów grzejnych ze względu na niską temperaturę wody chłodzącej (25÷40°C). Dobre wykorzystanie energii jest możliwe przy tzw. skojarzonej gospodarce ciepinej (w elektrocieplowni).

Gorąca para odlotowa z turbiny przeciwprężnej lub pobierana spomiędzy stopni turbiny (para upustowa) może być wykorzystana do ogrzewania pomieszczeń lub do celów technologicznych. Uzyskiwana w elektrociepłowni energia mechaniczna (przetwarzana przez turbogenerator w elektryczną) jest niekiedy trak­towana jako produkt uboczny. Energia ciepina może być do odbiorcy dostarczana za pośrednictwem gorącej pary na odległość do ok. 3 km lub za pośrednictwem wody podgrzewanej przez parę w wymiennikach ciepła.

Turbiny parowe nadają się dobrze do napędu maszyn o stałej i dużej prędkości obrotowej, np. generatorów. Mniej sprawne silniki parowe tłokowe znajdują zastosowanie przede wszystkim do napędu wolnoobrotowych urządzeń o mniejszej mocy. Ich zaletą jest możliwość elastycznego regulowania prędkości obrotowej przy zachowaniu dużej wartości momentu obrotowego.

Przy zmiennym obciążeniu turbiny zachodzi potrzeba regulacji jej mocy (prędkości, momentu). W turbozespołach (przy generatorze o jednej parze biegunów) jest konieczne utrzymywanie stałej pręd­kości obrotowej (3000 obr/min) dla utrzymania stałej częstotliwości sieci (50 Hz).

Najprostsza jest regulacja jakościowa polegająca na dławieniu pary wlotowej zaworem. Przy tym sposobie regulacji występują jednak znaczne straty energii. Bardziej ekonomiczna jest regulacja jakościowo-ilościowa, możliwa do realizacji w turbozespołach akcyjnych. Wówczas para jest przez oddzielne zawory, doprowadzana do wydzielonych grup dysz i dławi się ją w poszczególnych zaworach, aż do ich całkowitego zamknięcia.