Паровой турбины: Паровые турбины

Содержание

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.

Паровые турбины — преимущества

работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое
высокая единичная мощность
свободный выбор теплоносителя
широкий диапазон мощностей
внушительный ресурс паровых турбин

Паровые турбины — недостатки

высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)
дороговизна паровых турбин
низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии
дорогостоящий ремонт паровых турбин
снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива

Паровая и газовая турбина: особенности и обслуживание

Газовые и паровые турбины являются важными элементами производства энергии. Они представляют собой силовые двигатели, преобразующие кинетическую энергию движущихся тел в механическую работу посредством вращения лопастного ротора.

Рис. 1. Газовая турбина

Компонентами газовой турбины являются:

Компрессор – сжимает входящий воздух и под давлением подает в камеру сгорания.
Камера сгорания – здесь газ или топливная жидкость воспламеняется, образуя расширяющийся газовый поток высокой температуры.
Лопаточный ротор – преобразует расширяющийся газ в механическую энергию за счет вращения лопастей, которые приводят в действие генератор электрической энергии.

Преимущества газовой турбины:

Простое устройство и меньший вес по сравнению с паровой турбиной

Небольшой расход воды и масла
Быстро вводится в работу
Работает на топливе любого качества и в любых условиях
Вырабатывает меньше вредных веществ
В конструкцию входит минимальное число трущихся деталей, поэтому турбина имеет долгий срок службы, и при ее работе создаётся меньшее число вибраций
Высокая энергоэффективность, благодаря чему затраты на покупку турбины быстро окупаются

Недостатки:

Высокий уровень шума
Ограниченная мощность
Большая часть мощности уходит на работу компрессора
Начальная температура при работе турбины должна быть около 500 °С

Рис.

2. Паровая турбина

Паровая турбина преобразует энергию пара в механическую работу. Ее компонентами являются:

Лопатки турбины – пар воздействует на лопасти, закрепленные по окружности ротора параллельно оси вращения, приводя ротор в действие.
Ротор – рабочий подвижный элемент с установленными лопастями передает энергию пара на вал.
Статор – неподвижная часть с соплами для подачи под давлением нагретого до высокой температуры пара, направленного вдоль роторного вала или перпендикулярно ему.
Вал – преобразует пар в механическую работу и обеспечивает необходимую герметизацию.

Плюсы паровой турбины:

Работает на всевозможных видах топлива: газ, уголь, отработанный пар промышленных процессов, возобновляемые источники энергии и т.д.
Высокий КПД
Длительный срок службы
Широкий диапазон мощностей

Минусы:

Процесс ввода турбины в работу занимает несколько суток
Сложная технология сервисного обслуживания и ремонта
Высокая стоимость
Образует большое количество вредных выбросов
В электроэнергию преобразуется меньшая часть тепловой энергии, образовавшейся от сгорания топлива

Рис. 3. Обслуживание турбины

Элементы турбин функционируют в условиях колоссальных нагрузок, агрессивной среды и высокой температуры, что приводит к их повреждениям.

Детали изготавливаются из высококачественных материалов и проходят термическую обработку, но этого не всегда бывает достаточно. Инновационной разработкой для защиты элементов, функционирующих в экстремальных условиях, являются антифрикционные твердосмазочные покрытия.

Материалы MODENGY 1001, MODENGY 1002, MODENGY 1005, MODENGY 1007, MODENGY 1014 от российской компании «Моденжи» увеличивают ресурс деталей турбин (клапанов стравливания давления, подшипников скольжения, прессовых посадок, ходовых винтов, крепежа, конденсатоотводчиков), снижают трение и износ, защищают их от перегревов и других неблагоприятных факторов, а также обеспечивает легкую сборку и демонтаж при обслуживании или ремонте.

Рис. 4. Лопатки турбин до и после нанесения покрытия MODENGY 1001 на хвостовики

Двигатель турбины необходимо периодически прослушивать и проверять, чем и занимается специальный обслуживающий персонал. Специалисты внимательно следят за показателями соответствия функциональным требованиям и определяют степень загрязненности внутренних полостей турбины, работоспособность теплообменников, компрессора.

При малейших неисправностях производится ремонт установки, пренебрегать которым нельзя ни в коем случае, поскольку халатное отношение может привести к плачевным последствиям.

Возврат к списку

ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, 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. Общая эффективность паровых турбин (электроэнергия + тепло) доходит до ~85% в расчете на единицу потраченного топлива.

Фирма “Gandras Energoefektas” оказывает услуги по подбору и поставке паротурбогенераторов (далее ПТГ) с противодавлением (давление пара на выходе турбины до 0,7 бар абс.), а также конденсационных (давление пара на выходе турбины ниже 0,7 бар абс.).

ПТГ могут быть включены в тепловую схему котельных, пар которых используется для теплофикационных и технологических целей. Тем самым удается получить с минимальными капитальными затратами независимый от энергосистемы источник промышленной и бытовой электроэнергии, превратив котельную в мини – ТЭС.

При этом ПТГ должен работать параллельно с энергосистемой или другими источниками электрического тока, а в случае аварии в энергосистеме, ПТГ должен автоматически переходить в автономный режим, а после устранения аварии в системе, автоматически восстанавливать режим параллельной работы. Пар, отработавший в турбине, поступает на теплофикационные или технологические нужды.

Основные преимущества предлагаемых нами паровых турбин (производители: Германия, Италия, Россия, Украина):

Широкий выбор различных типов турбин: конденсационные, с противодавлением, с производственным отбором для пара низких, средних и высоких параметров.
Конструкция предлагаемых нами ПТГ позволяет использовать энергию пара низких параметров — давление 13 бар абс, температура насыщения, срабатываемую, как правило, в редукционных устройствах котельных. Такой пар, как правило, производится в котельных установках, работающих на биотопливе.
ПТГ электрической мощностью до 5 МВт представляет собой автоматизированный агрегат, все основные элементы и вспомогательные системы которого смонтированы на единой раме (свыше 5 МВт также все монтируется на единой раме, кроме генератора). ПТГ включает в себя паровую турбину, редуктор, электрогенератор, систему регулирования и автоматики, масляную систему, силовую раму. Сравнительно малые габариты позволяют устанавливать ПТГ на небольших площадках и низком фундаменте, при этом могут быть использованы свободные площади в котельной или других производственных зданиях.
Основным преимуществом является сопловое регулирование расхода пара – возможность работы турбины в зимнем режиме, когда турбина работает на 100 % мощности, и в летнем режиме, когда тепловая нагрузка уменьшается до 10 %.
Все типы турбин, в том числе и конденсатные, могут поставляться с выхлопом направленным вверх или вниз (по желанию Заказчика). Выхлоп направленный вверх, позволяет существенно сократить объем строительных и проектных работ, по сравнению с турбиной, у которой выхлоп направлен вниз или по оси – экономия составляет до 800 %; при этом нет необходимости высоко задирать подкрановые пути – будет экономия на строительстве каркаса машинного зала и подкрановых путей до 200 %.

Поставляемые нами турбины предназначена для эксплуатации в тяжелых условиях работы (heavy-duty design) – выдаваемая турбиной характеристика остается стабильной (не падает КПД). На стадии подписания договора, по желанию Заказчика, может быть оговорено не ограниченное количество пусков и остановок турбины (при этом время работы до капремонта и общий ресурс работы не будут сокращены). Турбины имеют сертификат NATO AQAP-110 (высший стандарт качества в проектировании и производстве машинного оборудования для использования в вооруженных силах НАТО), или технические условия, согласованные с военно-морским флотом Российской Федерации, что говорит о надежности, высочайшем качестве и простоте обслуживания.
Общая маслосистема для подачи масла на регулирование и смазку, расположение маслобака в раме турбины и сокращение длины маслопроводов до минимально возможной величины позволяют уменьшить объем масла, используемого на объекте. Это облегчит процесс согласования с пожарными инстанциями во время проектирования, строительства и эксплуатации, а также снизит во много раз риск протечек масла и его возгорания. Также данная конструкция ликвидирует необходимость строительства / монтажа маслопроводов, которые должны быть либо из нержавеющей стали (дорогостоящие), либо фосфатироваными (грязное, вредное производство требующее дополнительных затрат на проведение данных работ).
Ресурс паротурбогенераторов до капитального ремонта составляет до 120000 часов. Полный ресурс — до 40 лет.

Основные параметры паровых турбин

Номинальная мощность — 0,4 — 35 МВт
Давление свежего пара — 8 — 120 бар а

Диапазон измерения производственного отбора — по запросу
Заказчика Давление пара за турбиной — 0,13 — 25 бар а

Фирма “Gandras Energoefektas” предлагает полный комплекс услуг по установке оборудования на объекте у Заказчика: рекомендации по проектированию, монтаж, сборка, пуско-наладочные работы, испытательная эксплуатация, обучение персонала.

Конденсационные турбины

Турбины с противодавлением

FaLang translation system by Faboba

Паровая турбина | 8 класс

Содержание

Вы уже познакомились с самым распространенным видом теплового двигателя — двигателем внутреннего сгорания. Следующий вид, который мы рассмотрим — это турбина.

Турбины бывают газовые, паровые и гидравлические. Рабочим телом паровой турбины является пар. У газовой турбины же рабочим телом являются газы, образующиеся при сгорании топлива в специальных камерах. Устройство и работа газовой турбины аналогичны устройству и работе паровой турбины.

Для изучения мы выберем паровую турбину. На данном уроке вы узнаете, как она устроена, ее принцип действия, историю создания и применение в жизни.

Устройство и работа паровой турбины

Турбина — это тепловой двигатель, в котором пар или газ, нагретый до высокой температуры, вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.

Схема простейшего варианта паровой турбины представлена на рисунке 1.

Диск 4 насажен на вал 5. На ободе диска закреплены лопатки 2. Около лопаток располагаются трубы — сопла 1, в которые поступает пар 3 из котла.

Принцип действия паровой турбины достаточно прост. Из сопел вырываются струи пара и оказывают на лопатки значительное давление. Таким образом струи пара приводят диск турбины в быстрое движение. Так внутренняя энергия пара переходит в механическую энергию.

{"questions":[{"content":"В устройстве паровой турбины пар выходит из[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["сопел","диска","вала","клапанов"],"answer":[0]}}}]}

В настоящее время в турбинах устанавливают несколько дисков сразу, насаженных на один общий вал. Так пар будет проходить через все лопатки дисков, при этом отдавая каждому часть своей энергии.

История создания паровой турбины

В ходе истории было предпринято большое количество попыток создания механизмов, похожих на паровую турбину именно в том виде, какой мы ее рассматриваем сейчас. Можно сказать, что все началось еще в I веке. Герон Александрийский создал интересный механизм (рисунок 2). Но его потенциал не оценили и восприняли как забавную игрушку.

Это изобретение по праву можно назвать первым прототипом паровой турбины. В котле кипела вода и образовывался пар. По трубке пар подавался к шару и вылетал из сопел. Шар начинал вращаться.

Считается, что первую паровую турбину создал в 1883 году шведский изобретатель Густав Лаваль. В 1889 году Лаваль дополнил сопла турбины коническими расширителями. Такой вариант сопел стал прародителем будущих ракетных сопел. Турбина Лаваля стала прорывом в инженерии.

С этого момента турбины стали активно использовать для приведения в действие электрогенераторов. В этом же году количество используемых турбин выросло до трехсот.

В 1894 году английский инженер Чарлз Парсонс построил опытное судно “Турбиния” с приводом от паровой турбины. Скорость этого судна достигала $60 \frac{км}{ч}$. В настоящее время судно находится в музее Newcastle’s Discovery Museum (рисунок 3), а её турбина находится в Лондонском музее науки.

{"questions":[{"content":"Создателем паровой турбины является[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Густав Лаваль","Герон Александрийский","Чарлз Парсонс","Джеймс Уатт"],"answer":[0]}}}]}

Применение паровых турбин

Современные паровые турбины широко используются во многих сферах.

Например, на электростанциях генератор электрического тока зачастую соединяют с турбиной. Такие турбины могут вращаться, выполняя до 3000 оборотов в минуту. Это позволяет использовать их для приведения в движение генераторов тока.

Также тепловые турбины устанавливают на тепловых электростанциях. В 2017 году на Уральском турбинном заводе была выпущена паровая турбина, электрическая мощность которой достигает $335 \space МВт$, а тепловая нагрузка — $385 \frac{Гкал}{ч}$ (рисунок 4). Этого достаточно, чтобы обеспечить теплом более 100 000 квартир.

Паровые турбины стоят и на различных заводах. На производстве данные турбины функционируют на отработавшем паре, позволяя получить из практически “отходов производства” полезную энергию. Используют их и на кораблях в качестве главного или вспомогательного двигателя.

Одной из самых мощных паровых турбин в мире на сегодняшний день является турбина Siemens SST5-9000 (рисунок 5). Ее мощностью составляет $1900 \space МВт$. Спрос на такие мощности очень мал, так как реализовать такой потенциал можно только на атомных электростанциях.

На сухопутном и воздушном транспорте паровые турбины не используют, потому что для их функционирования необходимо большое количество пара, а следовательно, и жидкости.

Основные плюсы и минусы паровой турбины

Плюсы и минусы > Техника > Основные плюсы и минусы паровой турбины

Паровые турбины уже несколько веков находятся на службе у человека. Благодаря им работают предприятия различных отраслей промышленности, обеспечены теплом и светом большие и малые населённые пункты.

Это мощный двигатель, которые заслуживает более детального изучения.

Принцип работы, виды

Паровая турбина служит для преобразования тепловой энергии водяного пара в механическую работу.

Она состоит из двух главных частей – ротора и статора.

Ротор – подвижная часть. Представляет собой вал, вращающийся вокруг своей оси, оснащенный лопатками.
Статор – неподвижная часть, в которой имеются сопла для подачи под давлением нагретого до высокой температуры пара. Его поток направлен либо вдоль роторного вала (аксиальная турбина), либо перпендикулярно ему (радиальная турбина).

По количеству валов их делят на одновальные, двувальные и трехвальные, связанные между собой зубчатыми передачами.

Дополнительно на паровых турбинах устанавливают цилиндры, сопловые каналы, диафрагмы, концевые уплотнения, регуляторы безопасности, генераторы электрического тока.

Производят тепловую и электрическую энергию для нужд предприятий металлургии, химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленностей. Снабжают население электричеством, теплом. Имеют свои достоинства и недостатки перед остальными видами тепловых машин. Рассмотрим их подробнее.

Преимущества

Работают на различных видах топлива. Для нагрева воды до газообразного состояния используют разные энергоносители. На теплоэлектростанциях – мазут, газ, уголь, торф. На атомных – энергию распада радиоактивного топлива. Можно использовать отработанный пар металлургического, химического, машиностроительного производств. Малые паровые турбины работают на бензине.
Высокая единичная мощность. Мощность одной турбины для ТЭС может равняться 1200 МВт, а для АЭС – до 1900 МВт. Самые мощные разработаны немецкой компанией Siemens и американской General Electric. Каждая имеет мощность – 1900 МВт и установлены на АЭС. Самые производительные паровые турбины в России работают на Сургутской ГРЭС-2 – по 800 МВт каждая. Всего их 6. Станция обеспечивает электроэнергией всю Тюменскую область и часть Урала.
Большой диапазон мощностей. Позволяет использовать паровые турбины для разных нужд. Самые производительные — установлены на крупных атомных и теплоэлектростанциях. Средние и малые — вырабатывают тепло и электричество для заводов, фабрик, небольших городов, отдаленных поселков. Номинальная мощность находится в пределах 50-1900 МВт. Самая маленькая – мощностью 30 кВт – позволяет автономно вырабатывать электроэнергию для коттеджа площадью до 300 квадратных метров.
Большой срок службы. Нормативными документами установлены сроки эксплуатации турбины на ТЭС – 40 лет, на АЭС – 30 лет. Для быстроизнашивающихся деталей, такие как лопатки, крепежные детали — до 6 лет. Обычно по истечении нормативных сроков службы, сохраняется остаточный ресурс и срок работы турбины продлевают.
Высокий коэффициент полезного действия. При преобразовании тепловой энергии водяного пара в механическую энергию вращения ротора паровой турбины. В современных установках КПД достигает 90%. Поэтому они установлены на электростанциях во всем мире.

Недостатки

Инерционность. Пуск ротора процесс сложный, требует много времени и энергии. Перед запуском сначала проверяют исправность всех запорных, защитных механизмов, регулирующих клапанов, прочее. Затем прогревают при определенных температуре и давлении пара паропроводы, клапаны, ротор. Синхронизируют генератор, а затем дают полную нагрузку. На все это уходит несколько суток. На остановку и остывание турбины для планового ремонта требуется 5-6 суток.
Сложность монтажа, обслуживания. Для перевозки и установки турбины создаются особые условия. Она транспортируется специальными автопоездами или железной дорогой в собранном виде, чтобы исключить попадание пыли, загрязнений. Для её погрузки/разгрузки, монтажа/демонтажа применяют краны большой грузоподъёмности, такелажное оборудование. Требуется большое количество грамотных специалистов для ведения работ по установке, обслуживанию, ремонту: машинисты паровых турбин, электрики, слесари, монтажники, инженеры и другие мастера.
Дороговизна. Это высокотехнологичное оборудование. Его стоимость зависит от производителя, размеров, мощности. Чем мощнее, тем дороже. Одна паровая турбина стоит от 5 000 до 200 000 американских долларов.
Загрязнение окружающей среды. Чтобы нагреть воду до состояния пара температурой порядка 400-600 ^оС используют разные виды топлива. Это может быть мазут, уголь, газ. Для их сгорания необходим кислород, который забирается из воздуха, а в атмосферу выделяется большое количество продуктов горения, вредных для человека и природы. Это углекислый газ, хлор, сернистые соединения, угарный газ, оксид азота, свинец. Кроме того, отработанный пар выделяется в атмосферу, повышая уровень «парникового эффекта» на нашей планете. На атомных электростанциях главная проблема – захоронение радиоактивных отходов.
Низкая эффективность преобразования тепловой энергии топлива в электрическую. Паровые турбины являются главным механизмом на электростанциях. Для производства 1 млн. кВт/ч электроэнергии необходимо сгенерировать 2,9 млн. кг водяного пара и сжечь в котле 500 тонн угля за 1 час. Лишь 40 % тепловой энергии, образовавшейся от сгорания топлива, преобразуется в электрическую энергию. Еще 20% тепловой энергии пара используется для централизованного теплоснабжения.

Выводы

Несмотря на имеющиеся недостатки паровые турбины популярны в теплоэнергетике. Это обусловлено большими сроками службы, надежностью, универсальностью, широким диапазоном мощностей.

Постоянно ведутся работы по улучшению характеристик паровой турбины: повышение КПД, экологической чистоты, снижение трудоёмкости технологических процессов.

Однако альтернативные технологии производства тепла и электроэнергии становятся все более популярными, постепенно вытесняя паровую турбину с лидирующих позиций.

Паровые турбины | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Паровые турбины / М. Д. Потёмкина, Н. Г. Геворгян, К. Н. Михайлова [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 31 (217). — С. 77-80. — URL: https://moluch.ru/archive/217/52238/ (дата обращения: 15.09.2022).

Термин «турбина» происходит от французского слова «turbine», возникшего из латинского «turbo» — вихрь, вращение с большой скоростью. Паровая турбина — это основной силовой технологический узел электрической станции, в котором внутренняя энергия пара преобразуются в механическую энергию вращения ротора. В отличие от паровой машины, совершающей непосредственное преобразование внутренней энергии пара в работу движущегося поршня с использованием сил упругости пара, паровая турбина при помощи сопловых лопаток сначала преобразует потенциальную энергию пара в кинетическую энергию парового потока, а затем уже кинетическая энергия потока рабочего тела превращается в механическую энергию вращающегося ротора. Подобное двойное преобразование энергии позволяет осуществить в турбине непрерывный рабочий процесс.

Для разработки паровой турбины требовались глубокие знания физических свойств пара. Также необходимо было завершить формулировку законов термодинамики и найти новые инженерные решения для производства работы с использованием тепловых свойств воды и водяного пара. Изготовление турбины стало возможным только при достаточно высоком уровне развития технологий работы с металлами, поскольку необходимая точность получения отдельных частей и прочность элементов должны были быть существенно более высокими, чем в случае паровой машины.

Только в 1883 году шведу Карлу Густаву Патрику де Лавалю удалось преодолеть данные затруднения и создать первую работающую одноступенчатую паровую турбину. За несколько лет до этого Лаваль получил патент на сепаратор (аппарат, производящий разделение продукта на фракции с разными характеристиками) для молока. Однако для того чтобы приводить его в действие, нужен был очень скоростной привод. Ни один из существовавших тогда двигателей не удовлетворял поставленной задаче.

Лаваль убедился, что только паровая турбина может дать ему необходимую скорость вращения. Он стал работать над ее конструкцией и, в конце концов, добился желаемого. Турбина Лаваля представляла собой легкое колесо, на лопатки которого через несколько поставленных под острым углом сопел наводился пар. В 1889 году Лаваль значительно усовершенствовал свое изобретение, дополнив сопла коническими расширителями. Это значительно повысило КПД турбины и превратило ее в универсальный двигатель.

Первую уже многоступенчатую паровую турбину реактивного типа разработал Чарльз Алджернон Парсонс в 1884 г. Она предназначалась вовсе не для привода относительно маломощных сепараторов, а для работы совместно с электрическим генератором. Таким образом, уже с первого шага Парсонс правильно предугадал одну из наиболее перспективных областей применения паровых турбин, и в дальнейшем ему не пришлось разыскивать потребителей для своего изобретения. С целью уравновешивания осевого усилия пар подавался к середине вала турбины, а затем протекал к ее концам. Первая паровая турбина Парсонса имела мощность всего 6 л.с. и была подвергнута разнообразным испытаниям. Основные затруднения представляла разработка рациональной конструкции лопаток и способов их крепления в диске, а также обеспечение уплотнений. Уже в конструкции, датированной 1887 г., Парсонс применил лабиринтные уплотнения, что позволило перейти к турбинам с однонаправленным потоком пара. Такие турбины применялись преимущественно для привода электрических генераторов.

Чарльз Парсон в 1893 году основал компанию морских паровых турбин Marine Steam Turbine Company и предложил Британскому Адмиралтейству построить турбоход. Первый турбоход «Турбиния» длинной 37,8 м, максимальной шириной 3,2 м, водоизмещением 44,5 т, был заложен 2 августа 1894 года.

В 1896 году турбоход был спущен на воду и начались ходовые испытания, после которых потребовалось пересмотреть существующие для пароходов представления о проектировании корпуса и винта.

После перехода на трехвинтовую систему пропульсивного комплекса (гидромеханическая система, включающая корпус судна и установку, в которой энергия рабочего тела преобразуется в упор, сообщающий движение корпусу судна), решения проблем с кавитацией винтов и заменой турбогенератора на три многоступенчатые турбины судно было сдано заказчику, показав на испытаниях максимальную скорость в 34,5 уз (61 км/час) при мощности энергетической установки 2300 л.с. Успех «Турбинии» вдохновил Адмиралтейство на немедленную постройку для флота кораблей, оснащенных турбинами.

Рис. 1. «Турбиния» Чарльза Парсонса — первое в мире судно с паровой турбиной

В середине XX века началась конкурентная борьба между паротурбинными и дизельными силовыми установками за применение их на больших судах для транспортировки объемных грузов, в том числе и танкерах. Первоначально на судах дедвейтом до 40000 тонн преобладали паротурбинные силовые установки, но стремительное развитие двигателей внутреннего сгорания привело к тому, что некоторые корабли и суда водоизмещением более 100000 тонн и в настоящее время оборудуются дизельными силовыми установками. Паротурбинные установки сохранились даже на крупных боевых кораблях, а также на быстроходных и больших контейнеровозах, когда мощность главного двигателя составляет 40000 л. с. и более.

Литература:

А. Н. Дядик, С. Н. Сурин. Энергетика атомных судов.− СПб: Судостроение, 2014.-477с.
Энергетика: история, настоящее и будущее. Эволюция паровых турбин и их основные типы. http://energetika.in.ua/ru
Энергетическое образование. Паровые турбины. http://www.energyed.ru
История изобретений. Паровая турбина. http://istoriz.ru

Основные термины (генерируются автоматически): паровая турбина, турбина, внутренняя энергия пара, корпус судна, паровая машина, рабочее тело, установка.

Способы повышения эффективности энергоустановок на базе ГТД

Для получения пара в паровом котле, работающем на природном газе, к топке отдельно подаются природный газ и воздух.

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной температуры воздуха за камерой сгорания и нарушенного охлаждения рабочей лопатки.

Паровые турбины для производства электроэнергии

Сила Да

Может ли GE повысить эффективность моей паровой установки?

ДА. Уже более века мы разрабатываем и производим новейшие технологии для производства высокоэффективных и надежных паровых турбин для ископаемых, атомных и возобновляемых источников энергии. Компания GE поставила более 30% мировой установленной мощности паровых турбин и 50% атомных паровых турбин, которые в совокупности производят более 1200 ГВт электроэнергии.

Результаты для клиентов

Ваши преимущества при выборе паровой турбины GE

Продвинутые технологии

Новаторские характеристики паровой турбины, ставшие отраслевыми стандартами

Платформа паровых турбин GE предлагает широкий ассортимент решений, которые подходят для широкого спектра условий на месте, эксплуатационных потребностей, усовершенствованных паровых циклов и приложений. Наши паровые турбины имеют общие характеристики и компоненты, которые повышают надежность, эффективность и эксплуатационную готовность вашего предприятия.

Сварные роторы паровых турбин

Наша технология сварки роторов, представленная в 1930 году, выдержала испытание временем: в наших роторах паровых турбин большого диаметра, изготовленных путем сварки отдельных небольших поковок, не было сообщений о разрывах. Это позволяет:

Выбор подходящего материала поковок в зависимости от уровня температуры в каждой секции паровой турбины
Снижение напряжения во время тепловых переходных процессов для более быстрой и частой циклической нагрузки
Улучшенный доступ к оборудованию для ультразвуковых испытаний, что повышает надежность

Конструкция термоусадочного кольца

Выбор подходящего материала поковки в зависимости от уровня температуры в каждой секции паровой турбины
Снижение напряжения во время тепловых переходных процессов для более быстрой и частой циклической нагрузки
Улучшенный доступ к оборудованию для ультразвуковых испытаний, что повышает надежность

Опережающие лопатки паровых турбин GE

Инновационная технология лопаток проявляется в наших:

Современный трехмерный профиль, обеспечивающий более высокую эффективность использования пара
Лопасти передней ступени высокого давления (HP), среднего давления (IP) и низкого давления (LP), изготовленные из цельной поковки для обеспечения превосходной механической целостности и повышенной надежности

Большие лопатки последней ступени модуля низкого давления

Наш расширенный ассортимент лопаток последней ступени для паровых турбин предлагает:

Лопасти последней ступени с плотным расположением в шахматном порядке для особых условий холодного конца проекта и повышения эффективности паровой турбины
Прочный модуль с усиленными канавками и узлами крепления лопаток для повышения надежности турбины

Эффективность одного подшипника

Наши многокорпусные паровые турбины имеют один подшипник между каждой секцией турбины для:

Предотвращения смещения нагрузки для повышения надежности
Эффективная центровка валов для сокращения времени строительства
Меньшая общая длина вала турбины для снижения затрат на строительство

Товары

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом паровых турбин

Просмотр по типу мощности:

Выбирать
Ядерный пар
Возобновляемый пар
Ископаемый пар

Применение

Параметры пара
(стр. _{острый пар} / т _{острый пар} / т _{прогрев} )

Диапазон мощности [МВт]

Атомный пар

ARABELLE 1700

Ядерный перегрев

До 75 бар/300 °C

1 200 – 1 900 МВт

1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

АРАБЕЛЬ 1000

Ядерный перегрев

До 75 бар/300 °C

700 – 1 200 МВт

1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

STF-N700

Ядерный перегрев

До 75 бар/300 °C

500 – 800 МВт

1090 фунтов на кв. дюйм изб./570 °F

Возобновляемый пар

STF-D650

Разогреть

до 190 бар/585°С/585°С

200 – 700 МВт

2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085°F /1085°F

STF-A650 (MT)

Разогреть

До 190 бар/585°C/585°C

100 – 300 МВт

2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

STF-D250

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

100 – 300 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм / 1050 °F

STF-A200 (MT)

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

50 – 250 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

СТФ-А100 (GRT)

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

20 – 135 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

STF-G220 (GST)

геотермальная

До 16 бар/360 °C

20 – 50 МВт

230 фунтов на кв. дюйм (680 °F)

Ископаемый пар

STF-D2250

Двойной подогрев, нареч. ОСК

До 330 бар/620°C/630°C

600 – 1 200 МВт

4786 фунтов на кв. дюйм изб./1148 °F/1166 °F

STF-D1250

Разогреть, нареч. ОСК

До 330 бар/650°C/670°C

400 – 1 200 МВт

4786 фунтов на кв. дюйм изб./1202 °F/1238 °F

STF-D1050

Разогрев, USC

До 300 бар/600°C/620°C

200 – 1 200 МВт

4350 фунтов на кв. дюйм/1112 °F/1148 °F

СТФ-А1050

Разогрев, USC

До 300 бар/600°C/600°C

150 – 300 МВт

4350 фунтов на кв. дюйм изб./1112 °F/1112 °F

STF-D850

Перегрев, сверхкритический

До 245 бар/585°C/585°C

200 – 1000 МВт

3550 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

STF-A850

Перегрев, сверхкритический

До 245 бар/585°C/585°C

150 – 300 МВт

3550 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

STF-D650

Разогреть

до 190 бар/585°С/585°С

200 – 700 МВт

2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

STF-A650 (MT)

Разогреть

До 190 бар/585°C/585°C

100 – 300 МВт

2750 фунтов на кв. дюйм изб./1085 °F/1085 °F

STF-D250

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

100 – 300 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

STF-A200 (MT)

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

50 – 250 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

СТФ-А100 (GRT)

Без повторного нагрева

До 140 бар/565 °C

20 – 135 МВт

2030 фунтов на кв. дюйм изб./1050 °F

Выберите тип питания выше.

Свяжитесь с нами

Хотите узнать больше?

турбина | Определение, типы и факты

ветряные турбины

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:: Жан-Виктор Понселе

Связанные темы:: газотурбинный двигатель ветряная мельница реактивная турбина импульсная турбина мощность удельная скорость

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию. Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему стационарных каналов или лопастей, которые чередуются с каналами, состоящими из реберных лопастей, прикрепленных к ротору. Организовав поток таким образом, что тангенциальная сила или крутящий момент воздействует на лопасти ротора, ротор вращается и совершается работа.

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 заслуживать отдельного описания.

Водяная турбина использует потенциальную энергию, возникающую из-за разницы высот между водохранилищем выше по течению и уровнем воды на выходе из турбины (отводящий канал), для преобразования этого так называемого напора в работу. Водяные турбины являются современными преемниками простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрическими генераторами. Турбины приводятся в движение паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в атомном генераторе. Энергию, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии на турбине. Энтальпия отражает как тепловую, так и механическую формы энергии в процессе течения и определяется как сумма внутренней тепловой энергии и произведения давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с температурой и давлением парогенератора и с пониженным давлением на выходе из турбины.

Викторина «Британника»

Энергия и ископаемое топливо

От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Николы Теслы — мир живет за счет энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из жидкости, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры на турбине. В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включают как минимум компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они монтируются как единое целое и работают как полный 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 все устройство, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбину. По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье как двигатели внутреннего сгорания.

Энергия ветра может извлекаться с помощью ветряной турбины для производства электроэнергии или для откачивания воды из колодцев. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важными источниками энергии с позднего средневековья до 19 века.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Fred Landis

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реактивные турбины, обычно используемые для напора менее 450 метров и умеренного или высокого скорости потока. Эти два класса включают в себя основные широко используемые типы, а именно импульсную турбину Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсиса, пропеллерные, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть расположены как с горизонтальным, так и, чаще, с вертикальным валом. Для каждого типа возможны широкие конструктивные изменения 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 правильной формы. Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые ковши, 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 струя воды ударяется о лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется так, что желоб остается с обеих сторон. Колеса пелтона подходят для высокого напора, обычно более 450 метров, при относительно низком расходе воды. Для максимальной эффективности скорость кончика литника должна равняться примерно половине 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 данного колеса можно увеличить, используя более одного жиклера. Двухструйные устройства являются общими для горизонтальных валов. Иногда на один вал монтируются 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 каждую форсунку регулируется расположенным в центре копьем или иглой тщательной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Надлежащая конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из форсунки, остается практически неизменной независимо от отверстия, что обеспечивает почти постоянную эффективность в большей части рабочего диапазона. Нецелесообразно резко уменьшать расход воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидравлическому удару) в подающем трубопроводе или затворе. Таких всплесков можно избежать, добавив временное разливное сопло, которое открывается, когда основное сопло закрывается, или, что чаще, частично вставляя дефлекторную пластину между струей и колесом, отводя и рассеивая часть энергии, пока игла медленно закрывается.

Еще один тип импульсной турбины — турботурбина. Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает движение по единственному пути, выходя с другой стороны бегуна. Этот тип турбины использовался в агрегатах среднего размера с умеренно высоким напором.

Реактивные турбины

В реактивной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются реакцией ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в ротационном дождевателе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении. Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочих колес реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и скоростей потока, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный входной корпус с регулирующими заслонками для регулирования расхода воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Энергия воды впоследствии извлекается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерного типа. В турбинах Каплана с неподвижными лопастями и турбинах Каплана с регулируемыми лопастями (названных в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана) через машину проходит осевой поток. Турбины типа Фрэнсиса и Дериаза (в честь американского изобретателя британского происхождения Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Пола Дериаза соответственно) используют «смешанный поток», когда вода входит радиально внутрь и выходит в осевом направлении. Рабочие лопатки на турбинах Фрэнсиса и винтовых турбинах состоят из неподвижных лопастей, тогда как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к главному валу.

Паровые турбины / Демпферные турбины | Товары и услуги

Паровые турбины Howden обеспечивают выходную мощность до 40 МВт

Наши паровые турбины имеют богатую историю. Эти «Dampfturbin» были первоначально разработаны и изготовлены компанией Kuhnle, Kopp & Kausch AG, основанной в 1899 году, и впоследствии производились под названием Siemens Turbomachinery Equipment.

Уникальной особенностью этих паровых турбин является то, что они спроектированы как модульные, так что их можно соединять в самых разных комбинациях. Это делает их невероятно гибкими и, следовательно, способными удовлетворить широкий спектр требований клиентов.

В 2021 году компания Howden приобрела Peter Brotherhood, расширив линейку наших паровых турбин с 24 МВт до 40 МВт.

Паровые турбины предназначены для преобразования энергии жидкости в ротор, и наши продукты считаются самыми экономичными и универсальными турбинами, которые вы можете приобрести. Паровые турбины можно использовать в качестве привода генератора для выработки электроэнергии или в качестве механического привода для вашего вращающегося оборудования, такого как компрессоры и насосы.

Мы можем предложить решения для всех требований клиентов, от простого CORE для пэкиджеров до специально разработанных систем мощностью до 40 МВт.

От нашего самого маленького турбогенератора до нашей одноступенчатой турбины и вплоть до нашей многоступенчатой паровой турбины — у нас есть идеальное промышленное решение для ваших нужд в области турбонаддува.

Загрузить брошюру

Свяжитесь с нами

Готовы узнать больше?

Модульные решения в соответствии с вашими требованиями

Выходная мощность до 40 МВт

Более 100 лет опыта в области турбин

Ознакомьтесь с нашими вариантами обучения работе с паровыми турбинами

Если вы хотите отправить запрос, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Сделать запрос

Почему выбирают паровые турбины Howden?

Стандартный, предварительно спроектированный, спроектированный

Наш широкий ассортимент означает, что мы можем предложить вам готовые решения или мы можем разработать для вас совершенно новое решение.

Полный ассортимент

Ассортимент паровых турбин Howden доступен мощностью до 40 мегаватт и подходит для всех промышленных применений.

Вспомогательное оборудование

Наши приборы и средства управления дополняют наши паровые турбины, чтобы вы могли максимально эффективно использовать турбомашины.

Глобальное покрытие

Наши региональные центры продаж и обслуживания, расположенные по всему миру, гарантируют, что у наших клиентов есть местный специалист Howden, способный удовлетворить конкретные потребности клиентов.

Подтвержденная надежность

Паровые турбины Howden отличаются надежностью, подтвержденной за последние 100 лет.

Стандарты качества

Все наши паровые турбины разработаны в соответствии с нашими самыми высокими стандартами качества и соответствуют стандартам ISO 9001 и ISO 14001. , имеет выходную мощность до 1000 кВт.

Применение: Турбогенератор напр. в рекуперации отработанного тепла, малых ТЭЦ и децентрализованных солнечных установках. BASE в качестве механического привода обслуживает широкий спектр отраслей промышленности.

Узнать больше

CORE

Паровые турбины CORE, ранее известные как SST-060, идеально подходят для тех, кто хочет укомплектовать установку для клиентов и использовать в качестве механического привода для производства электроэнергии.

Области применения: Химия, Нефтехимия, Нефтеперерабатывающие заводы, Сахар / Пальмовое масло, Древесина / Бумага, Поставщик электроэнергии, Коммунальные предприятия, Металлургические заводы / Сталелитейные заводы, IPP / Подрядные работы / Машиностроение, Продукты питания, Энергетика. Установки из отходов, Утилизация отработанного тепла, Судно / Оффшор.

Подробнее

MONO

Паровая турбина MONO имеет выходную мощность до 6000 кВт и возможность установки специального многоступенчатого конденсационного модуля.

Подробнее

TWIN

Паровая турбина TWIN, ранее известная как SST-110, представляет собой турбину с двойным корпусом, которая может работать на разных линиях потока с одним редуктором. Кроме того, конструкция с двойным корпусом обеспечивает контролируемое извлечение.

Области применения: Химия, Нефтехимия, Нефтеперерабатывающие заводы, Сахар / Пальмовое масло, Древесина / Бумага, Поставщик электроэнергии, Коммунальные предприятия, Металлургические заводы / Сталелитейные заводы, IPP / Подрядные работы / Машиностроение, Продукты питания, Энергетика. Заводы по переработке отходов, Утилизация отходящего тепла, Судно/оффшорное, Сжигание шлама.

Подробнее

TRI

TRI позволяет соединить три турбины со встроенным редуктором. Подобно TWIN, это позволяет TRI работать на разных линиях потока или обеспечивает до двух контролируемых экстракций.

Области применения: Химия, Нефтехимия, Нефтеперерабатывающие заводы, Сахар / Пальмовое масло, Древесина / Бумага, Поставщик электроэнергии, Коммунальные предприятия, Металлургические заводы / Сталелитейные заводы, IPP / Подрядные работы / Машиностроение, Продукты питания, Энергетика. Заводы по переработке отходов, Утилизация отходящего тепла, Судно/оффшорное, Сжигание шлама.

Узнать больше

Специализированные решения

Все типы турбин также доступны в виде специальных инженерных и индивидуальных решений, например, для Нефть и газ, специальные цели, ATEX и т. д. без ограничений по сложности и в соответствии с требованиями заказчика.

Например, линии COMBI с несколькими отборами или EXP (детандеры) для расширения газа.

Если вы хотите отправить запрос, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Сделать запрос

Вебинары

Howden Turbo — След

Узнайте о преимуществах запроса посадочного места для турбомашин.

Howden Turbo GmbH FrankenthalПослепродажный портфель

Узнайте о портфолио продуктов, поддерживаемых на нашем сайте во Франкентале, Германия.

Паровые турбины

Обзор нашего ассортимента паровых турбин.

Паровые турбины Howden KK&K — послепродажные решения для нефтегазовой и нефтехимической промышленности

Присоединяйтесь к нашим экспертам, чтобы обсудить, как наши решения по модернизации помогают повысить надежность и эксплуатационную готовность вашей паровой турбины на примерах из практики.

Паровые турбины: глубокое погружение

Подробный обзор нашего ассортимента продукции для паровых турбин.

Паровая турбина | Инжиниринг | Fandom

Ротор современной паровой турбины , используемой на электростанции

Паровая турбина представляет собой механическое устройство, извлекающее тепловую энергию из пара под давлением и преобразующее ее в полезную механическую работу.

Содержание

1 Усовершенствования
2 размера
3 типа
- 3.1 На основе условий подачи и отвода пара
  - 3.1.1 Без конденсации
  - 3.1.2 Конденсация
  - 3.1.3 Повторный нагрев
  - 3.1.4 Извлечение
  - 3.1.5 Индукция
- 3.2 Корпус или вал
4 Принцип действия
5 Дизайн
- 5.1 Эффективность турбины
- 5.2 Импульсные турбины
- 5.3 Реакционные турбины
- 5.4 Регулировка скорости
6 Фактор стоимости
7 Эксплуатация и техническое обслуживание
8 вариантов использования
9 См. также

Усовершенствования[]

Он был полностью заменен поршневой паровой машиной с возвратно-поступательным движением (изобретенной Томасом Ньюкоменом и значительно улучшенной Джеймсом Уаттом) в первую очередь из-за ее большей тепловой эффективности и более высокого отношения мощности к весу. Кроме того, поскольку турбина генерирует вращательное движение, она особенно подходит для привода электрического генератора — для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное не требуется рычажный механизм. Паровая турбина представляет собой разновидность теплового двигателя, термодинамическая эффективность которого во многом достигается за счет использования нескольких ступеней расширения пара (в отличие от одной ступени в двигателе Уатта), что приводит к более близкому подходу к идеальный обратимый процесс.

Размеры[]

Паровые турбины изготавливаются различных размеров: от небольших агрегатов мощностью 1 л.с. (0,75 кВт), используемых в качестве механических приводов для насосов, компрессоров и другого оборудования, приводимого в генерировать электроэнергию.

Типы[]

В зависимости от условий подачи и выпуска пара[]

Эти типы включают безконденсационные, конденсационные, с промежуточным подогревом, экстракционные и индукционные.

Без конденсации[]

Турбины без конденсации или с противодавлением наиболее широко используются в системах технологического пара. Давление на выходе контролируется регулирующим клапаном в соответствии с потребностями давления технологического пара. Они обычно используются на нефтеперерабатывающих, целлюлозно-бумажных и опреснительных предприятиях, где требуется большое количество технологического пара низкого давления.

Конденсационные[]

Конденсационные турбины чаще всего используются на электростанциях. Эти турбины выбрасывают пар в частично насыщенном состоянии, как правило, с качеством выше 90%, при давлении значительно ниже атмосферного в конденсатор. Пар извлекается на подходящих ступенях турбины и направляется в подогреватели питательной воды котлов для повышения общей эффективности цикла. В этом случае количество отбора регулируется автоматически в соответствии с потребностью питательной воды в котле.

Промежуточный перегрев[]

Турбины промежуточного нагрева также почти исключительно используются на электростанциях мощностью более 200 МВт. В турбине с промежуточным перегревом поток пара выходит из секции высокого давления турбины и возвращается обратно в котел, где добавляется дополнительный перегрев. Затем пар возвращается в секцию промежуточного давления турбины и продолжает расширяться.

Экстракция[]

Турбины экстракционного типа распространены в обрабатывающей промышленности. В турбине экстракционного типа пар отбирается в значительных количествах из подходящих ступеней турбины и используется для технологических нужд. Потоки экстракции можно контролировать с помощью клапана или оставить без контроля.

Индукционная[]

Индукционные турбины подают пар низкого давления на промежуточной ступени для производства дополнительной мощности.

Корпусные или валовые конструкции[]

К таким конструкциям относятся турбины с одинарным корпусом, тандемные и поперечные компаундные турбины. Блоки с одинарным корпусом представляют собой самый простой тип, в котором один корпус и вал соединены с генератором. Тандемный компаунд используется, когда два или более кожуха напрямую соединены вместе для привода одного генератора. Турбина с перекрестным соединением имеет два или более валов, расположенных не на одной линии, приводящих в движение два или более генераторов, которые часто работают с разными скоростями. Турбина с перекрестным соединением обычно используется во многих крупных приложениях.

Принцип действия[]

Идеальная паровая турбина представляет собой изоэнтропический процесс или процесс с постоянной энтропией, при котором энтропия пара, поступающего в турбину, равна энтропии пара, выходящего из турбины. Однако ни одна паровая турбина не является по-настоящему «изэнтропической» с типичной изэнтропической эффективностью в диапазоне от 20% до 90% в зависимости от применения турбины.

Конструкция[]

Корпус турбины обычно разделен по горизонтали, так называемая верхняя и нижняя половины. Обе половины снабжены 9ковши 0711 или реверсивные ножи , установленные соответствующим образом. Нижний кожух имеет корпуса подшипников на концах для поддержки ротора и позволяет ротору вращаться.

Ротор имеет один набор лопастей, установленных соответствующим образом. Лопасти на роторе и корпусе входят в зацепление с определенными минимальными зазорами.

Эффективность турбины[]

Схематическая диаграмма, показывающая разницу между импульсной и реактивной турбиной

Чтобы максимизировать эффективность турбины, пар расширяется, производя работу, в несколько этапов. Эти стадии характеризуются тем, как из них извлекается энергия, и известны как импульс или реакция турбины. Большинство современных паровых турбин представляют собой комбинацию импульсной и реактивной конструкции. Как правило, секции более высокого давления относятся к импульсному типу, а ступени более низкого давления относятся к реакционному типу.

Импульсные турбины[]

Импульсная турбина имеет фиксированные сопла, которые направляют поток пара в высокоскоростные струи. Эти струи содержат значительную кинетическую энергию, которую лопасти ротора, имеющие форму ковша, преобразуют во вращение вала при изменении направления струи пара. Падение давления происходит только на стационарных лопастях с чистым увеличением скорости пара на ступени.

Реакционные турбины[]

В реактивной турбине сами лопасти ротора расположены так, что образуют сужающиеся сопла. Этот тип турбины использует силу реакции, возникающую при ускорении пара через сопла, образованные ротором. Пар направляется на ротор неподвижными лопатками статора. Он выходит из статора в виде струи, заполняющей всю окружность ротора. Затем пар меняет направление и увеличивает свою скорость относительно скорости лопастей. Падение давления происходит как на статоре, так и на роторе, при этом пар ускоряется в статоре и замедляется в роторе, при этом скорость пара на ступени не изменяется.

Регулирование скорости[]

Для управления скоростью турбины необходим регулятор. Кроме того, турбины необходимо запускать медленно, чтобы детали постепенно нагревались, чтобы предотвратить их повреждение. На сегодняшний день все турбины электростанций имеют гидравлические регуляторы с отключением по превышению скорости. Неконтролируемое ускорение ротора турбины может привести к отключению по превышению скорости, что приведет к закрытию сопловых клапанов, регулирующих подачу пара к турбине. Если это не удается, турбина может продолжать разгоняться до тех пор, пока не сломается, часто эффектно.

Однако турбины, используемые для выработки электроэнергии, напрямую связаны со своими генераторами. Поскольку генераторы должны вращаться с постоянной синхронной скоростью в соответствии с частотой электроэнергетической системы, наиболее распространенными скоростями являются 3000 об/мин для систем с частотой 50 Гц и 3600 об/мин для систем с частотой 60 Гц. Некоторые большие ядерные установки вращаются со скоростью, вдвое меньшей, и имеют 4-полюсный генератор, а не более распространенный 2-полюсный.

Фактор стоимости[]

Турбины дороги в производстве, требуют прецизионного изготовления и материалов особого качества. Паровая турбина эффективна только при работе на номинальных характеристиках. Эта стоимость покупки компенсируется гораздо более низкими требованиями к топливу и техническому обслуживанию, а также небольшим размером турбины по сравнению с поршневым двигателем эквивалентной мощности.

Эксплуатация и техническое обслуживание[]

При прогреве паровой турбины для использования главные запорные клапаны пара на котле имеют перепускные клапаны, позволяющие перегретому пару обходить клапаны и переходить к нагреву линий в системе вместе с паром. турбина. Также включается поворотный механизм, когда в турбину не подается пар, чтобы медленно вращать турбину, чтобы обеспечить равномерный нагрев и предотвратить неравномерное расширение. При первом вращении турбины с помощью пара поворотный механизм отключается, и обычно используются задние лопасти, поскольку они более прочны и не так критичны.

Проблемы с турбинами теперь редки, а требования к техническому обслуживанию относительно невелики. Любой дисбаланс ротора может привести к вибрации, что в крайних случаях может привести к тому, что лопасть оторвется и пробьет корпус. Если вода попадает в пар (влажный пар) и попадает на лопасти, может произойти быстрая эрозия лопастей, что может привести к дисбалансу и выходу из строя. Кроме того, попадание воды на лопатки может привести к разрушению упорного подшипника вала турбины.

Использование[]

Электростанции используют большие паровые турбины, приводящие в движение электрические генераторы, для производства большей части электроэнергии в мире. Эти централизованные станции бывают разных типов: электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции. Еще одно применение паровых турбин — на кораблях, где их небольшой размер является преимуществом. Паротурбовозы также были испытаны, но с ограниченным успехом.

См. также[]

Паровая_турбина [1]

Паровая турбина — все

На этой странице используется лицензированный Creative Commons контент из Википедии (просмотр авторов).

Основы проектирования паровых турбин

На паровые турбины приходится более половины мирового производства электроэнергии на электростанциях по всему миру, и в обозримом будущем они останутся доминирующей силой в производстве электроэнергии. Повышение эффективности паровых турбин становится все более важным, поскольку необходимо срочно сократить выбросы CO 9 .0094 2 Выбросы в атмосферу – проблема, стоящая на переднем крае производства электроэнергии. Повышение эффективности паровых турбин и других компонентов электростанций поможет удовлетворить растущий спрос на электроэнергию во всем мире при одновременном снижении вредных выбросов парниковых газов.

Паровые турбины используются на угольных, атомных, геотермальных, газовых и солнечных тепловых электростанциях. Кроме того, паровые турбины все чаще необходимы для стабилизации колеблющегося спроса на электроэнергию от солнечных и ветряных электростанций по мере роста возобновляемых источников энергии во всем мире. В настоящее время упор в разработке паровых турбин делается на повышение эффективности, в основном за счет увеличения мощности паровой турбины, а также повышения эксплуатационной готовности, что приводит к быстрому запуску и останову.

Что такое паровые турбины?

Паровые турбины преобразуют тепловую (тепло) или кинетическую (движение) энергию в механическую энергию с помощью вращающихся лопастей. В частности, эти вращающиеся лопасти статора ускоряют пар высокого давления и температуры, который затем создает импульс и силу реакции на вращающиеся лопасти. Крутящий момент, создаваемый этой паровой силой на вращающихся лопастях, затем передается на ротор. Паровые турбины могут быть всех форм и размеров, от одноступенчатых до многоступенчатых. Ступень состоит из набора лопастей статора и набора вращающихся лопастей, и каждая ступень и ряд лопастей спроектированы так, чтобы обеспечить наиболее эффективный путь потока и аэродинамические характеристики. КПД паровых турбин увеличивается с увеличением температуры и давления на входе; однако ограничения накладываются из-за тепловых и структурных ограничений форм и материалов лопастей.

Цикл Ренкина — это основной процесс выработки паровой энергии, при котором расширение пара в турбине обеспечивает механическую работу для выработки электроэнергии. Существует множество методов повышения термической эффективности парового цикла, но для каждой конструкции необходимо достичь баланса между повышением эффективности и экономичностью. Увеличение давления пара на входе может привести к повышению теплового КПД, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать чрезмерной доли влаги в турбине низкого давления, которая приводит к увеличению потери влаги. Следовательно, температура пара увеличивается вместе с давлением, чтобы уменьшить эту потерю, но опять же при повышении температуры необходимо учитывать повышенную тепловую нагрузку на лопатки. Это улучшенное тепловое поведение лопастей приводит к инженерным проблемам и увеличению затрат, которые также необходимо учитывать при проектировании.

Существует множество других методов повышения тепловой эффективности, и их количество постоянно растет. Цикл повторного нагрева забирает выхлопной пар из турбины высокого давления и возвращает его в котел, чтобы затем расширить его в турбине среднего давления. В регенеративном цикле пар поступает в подогреватель питательной воды из промежуточных ступеней турбины, который используется для нагрева питательной воды в котле, что приводит к снижению потерь тепла в градирне из конденсатора. Циклы повторного нагрева и регенерации также могут быть объединены за счет дополнительной сложности системы и затрат на оборудование.

Программное обеспечение для моделирования термодинамического цикла, такое как AxCYCLE, дает возможность быстро и легко спроектировать, проанализировать и оптимизировать весь цикл Ренкина или комбинированный цикл, в котором будет функционировать паровая турбина. Это позволяет моделировать проектные и внепроектные условия и даже проводить технико-экономические исследования и оптимизации для определения условий на входе и выходе всех компонентов цикла, включая паровую турбину. Критерии проектирования могут быть легко перенесены в пакет AxSTREAM 9 для проектирования, анализа и оптимизации турбомашин.0797 ® , чтобы начать проектирование настоящей паровой турбины. Проектирование турбины — очень сложная и ответственная задача, но с помощью программного обеспечения для проектирования турбомашин сложность можно значительно снизить.

Как повысить эффективность паровых турбин?

Увеличение высоты коротких лопаток в турбинах высокого и среднего давления приводит к увеличению производительности и, следовательно, повышению эффективности. Самые большие и вторые по величине потери в типичных паровых турбинах — это потери на лопатках низкого давления и потери на выхлопных газах низкого давления соответственно. Эти потери напрямую связаны с лопатками последней ступени. Разработка более длинных и высокоэффективных лопаток последней ступени является одной из наиболее важных задач, стоящих перед инженерами при проектировании паровых турбин. Хороший дизайн может привести к значительному повышению эффективности и производительности. AxSTREAM позволяет проектировщику выполнять проектирование и оптимизацию всех лопастей, включая длинные лопатки последней ступени, а также полное 3D-моделирование CFD с использованием AxCFD и структурный, модальный и гармонический анализ с помощью AxSTRESS. Это приводит к конструкциям лопастей с оптимальной длиной, укладкой, материалом и круткой / наклоном, чтобы обеспечить возможную эффективную конструкцию.

Необходимо соблюдать осторожность при учете факторов, влияющих на работу паровой турбины. К ним относятся: отклонения противодавления турбины; чрезмерная влажность, которая может привести к эрозии полотна; работа с малой нагрузкой, приводящая к нагреву последней ступени и нагреву выхлопными газами; тепловые переходные процессы, приводящие к тепловому напряжению и дифференциальному расширению; регулирование турбины во избежание нежелательного и опасного ускорения; а также уравновешивание осевых усилий, где непроектные условия могут привести к выходу из строя упорного подшипника и затиранию межступенчатых уплотнений. Важность учета всех этих и других эффектов невозможно переоценить при разработке паровой турбины, поскольку игнорирование потенциальных катастрофических последствий приведет к повреждению и возможному отключению паровой турбины и значительным экономическим затратам или еще хуже.

Проектирование паровой турбины — сложная по своей сути задача, требующая глубоких знаний из многих областей техники. Разработка такой машины — это крупная инвестиция, необходимая для сегодняшней экономики и современной жизни. Паровые турбины будут по-прежнему обеспечивать мир большей частью электроэнергии в обозримом будущем. Разрабатываемые в настоящее время технологические инновации будут продолжать повышать эффективность и долговечность паровых турбин.

Проектирование паровых турбин стало более доступным, чем когда-либо, с программной платформой AxSTREAM , которая предлагает всеобъемлющий подход к процессу проектирования турбомашин.