Turbină cu abur: dispozitiv, principiu de funcționare, elemente de bază

Proiectarea acestei unități este descrisă în manualele din clasa a VIII-a din fizică. Structura unei turbine cu abur este descrisă în cărți după cum urmează. Acest tip de turbină este un fel de motor în care aburul sau aerul încălzit pot roti arborele motorului fără a interacționa cu pistonul, tija de legătură sau arborele cotit.

Scurtă descriere a dispozitivului

Pe scurt, dispunerea unei turbine cu abur poate fi descrisă după cum urmează. Elementul principal, adică axul, este fixat pe discul la care sunt atașate lamele. În plus față de aceste elemente, sunt localizate și părți precum conductele de duze. Prin ele, aburul este alimentat de la cazan. Când aburul trece prin duza, aceasta exercită o anumită presiune asupra lamelor, precum și a discului din întreaga instalație. Acesta este efectul care acționează discul turbinei împreună cu lamele.

În prezent, în astfel de unități, cel mai adesea au fost folosite mai multe discuri, montate pe un ax. Cu acest aranjament al turbinei cu abur, apar următoarele: Energia aburului, care trece prin fiecare lamă a fiecărui disc, va da o parte din energia sa acestor elemente. Principala utilizare a turbinelor cu abur se găsește atât în ​​centralele atomice, cât și în centralele termice, unde sunt conectate la un arbore de curent electric. Viteza de rotație a arborelui turbinei cu abur ajunge la 3000 rotații pe minut. Această valoare este suficientă pentru funcționarea acceptabilă a generatoarelor de curent electric.

Dacă vorbim despre aplicarea acestor unități, merită menționat faptul că acestea sunt operate cu succes pe nave și nave. Cu toate acestea, datorită aranjamentului turbinei cu abur, în special datorită faptului că este necesară o cantitate mare de apă pentru funcționarea turbinei, funcționarea acesteia pe vehicule terestre și aeriene este imposibilă.

Dispozitivul unei duze a turbinei. Ce afectează?

Unul dintre cele mai importante elemente pentru funcționarea dispozitivului a fost duza, prin care trecea aburul.

În cea mai veche amenajare a unei turbine cu abur, când lucruri precum expansiunea aburului nu fuseseră încă studiate, a fost dificil să se construiască o unitate funcțională rațional, cu o eficiență ridicată. Motivul a fost că duza, care a fost folosită la început, avea același diametru de-a lungul întregii sale lungimi. Și aceasta a dus la faptul că aburul, care trece prin conductă și intra în spațiu cu mai puțină presiune decât înăuntru, a pierdut presiunea și a crescut viteza, dar numai la o anumită valoare. Dacă vorbim despre saturația aburilor uscați, atunci presiunea lor la ieșirea tubului nu poate fi mai mică de 0,58 din presiunea inițială. Acest parametru se numește presiune critică. Pe baza acestei valori, este posibil să se obțină viteza de limitare a aburului, numită și viteza critică, iar valoarea sa pentru aburul supraîncălzit este de 0,546 la presiunea inițială.

Acești parametri nu erau suficienți pentru funcționarea normală a turbinei. În plus, atunci când părăsiți duza acestei forme, aburul a început să se clatine din cauza expansiunii în atmosferă. Toate aceste dezavantaje au fost eliminate atunci când dispozitivul turbinei cu abur, duzele sale, a fost schimbat. La începutul selecției, tubul era îngust, extinzându-se treptat până la capăt. Principala caracteristică distinctivă, care a devenit factorul decisiv, constă în faptul că prin această formă a fost posibilă aducerea presiunii la capătul duzei la presiunea mediului după conductă. Acest lucru a rezolvat problema cu cluburile de aburi, care a redus foarte mult viteza, și, de asemenea, a reușit să obțină valori supercritice pentru acest parametru, precum și presiune.

Dispozitivul turbinei cu abur și principiul funcționării

Aici este important să spunem că turbina cu abur utilizează două principii de funcționare diferite, care depind de dispozitivul său.

Primul principiu se numește turbine active. În acest caz, se referă la dispozitive în care extinderea aburului se efectuează numai în duze staționare și, de asemenea, înainte de a intra în lamele de lucru.

Dispozitivul turbinei cu abur și principiul de funcționare a celui de-al doilea tip sunt denumite reactive. Aceste unități includ cele ale căror extindere a vaporilor are loc nu numai înainte de a intra în lamelele de lucru, ci și în timpul trecerii între ele. Totuși, astfel de dispozitive sunt numite care funcționează asupra reacției. Dacă căderea de căldură în duze reprezintă aproximativ jumătate din pierderea totală de căldură, turbina se numește și reactivă.

Dacă luăm în considerare structura unei turbine cu abur și elementele principale, trebuie să fim atenți la următoarele. In interiorul turbinei are loc un astfel de proces: cu jet de lichid, care este îndreptată la lama, va exercita o presiune asupra acestuia, care va depinde de astfel de parametri ca debit la intrare și la ieșire la forma suprafeței suprafeței lamei, direcția jet de unghi relativ la o anumită suprafață. Aici este important să rețineți că în astfel de lucrări nu este deloc necesar să se facă astfel încât debitul de apă să bată împotriva lamei. Dimpotrivă, în dispozitivele unităților de abur este obișnuit să se evite acest lucru și, mai des, se face astfel încât jetul să curgă ușor în jurul lamei.

Muncă activă

Care este structura unei turbine cu abur care funcționează pe un astfel de principiu. Aceasta se bazează pe legea potrivit căreia orice organism care are chiar o viteză mică poate avea o energie cinetică ridicată dacă se mișcă cu viteză mare. Cu toate acestea, trebuie să luăm imediat în considerare faptul că această energie dispare foarte repede dacă viteza corpului începe să scadă. În acest caz, există două variante ale evoluției evenimentelor dacă un jet de abur lovește o suprafață plană care va fi perpendiculară pe mișcarea sa.

Prima opțiune este că impactul are loc pe o suprafață fixă. În acest caz, toată energia cinetică pe care o posedă corpul va fi parțial transformată în energie termică, iar restul va fi folosit pentru a arunca particulele de fluid în direcția opusă, precum și înapoi. Firește, nu se face nici o muncă utilă în timp ce acest lucru nu se va întâmpla.

A doua opțiune este că suprafața se poate mișca. În acest caz, o parte din energie va merge pentru a muta platforma de la locul ei, iar restul va fi irosit.

În dispozitivul turbinei cu abur și principiul acțiunii, numit activ, se folosește a doua opțiune. Firește, trebuie să înțelegeți că, atunci când unitatea rulează, este necesar să se asigure că consumul de energie pentru munca inutilă este minim. O altă condiție importantă este aceea că este necesară direcționarea jetului de abur astfel încât să nu deterioreze lamele în timpul impactului. Este posibil să se atingă această condiție numai cu o anumită formă a suprafeței.

Prin teste și calcule sa constatat că cea mai bună suprafață de lucru cu jeturi de abur este cea care poate asigura o întoarcere netedă, după care mișcarea substanței active va fi redirecționată în direcția opusă celei originale. Cu alte cuvinte, este necesar ca lamele să aibă o formă de semicerc. În acest caz, atunci când se confruntă cu un obstacol, partea maximă a energiei cinetice va fi transferată pe dispozitivul mecanic, determinând-o să se rotească. Pierderea este redusă la minim.

Cum funcționează o turbină activă

Dispozitivul și principiul de funcționare a unei turbine cu abur active sunt după cum urmează.

Aburul proaspăt, cu anumite valori ale presiunii și vitezei, este transferat pe duza, unde se extinde și la o anumită valoare a presiunii. Firește, împreună cu acest parametru, va crește și viteza jetului. Cu viteza mărită, debitul aburului ajunge la piesele mecanice - lamele. Prin influențarea acestor elemente, jetul de substanță activă determină rotirea discului, precum și arborele pe care este fixat.

Mai mult, atunci când părăsesc lamele, debitul de abur are o valoare diferită de viteză, care va fi în mod necesar mai mică decât înainte de aceste elemente. Acest lucru se datorează faptului că o parte din energia cinetică a fost transformată într-una mecanică. De asemenea, este important de menționat faptul că în timpul trecerii prin lame, valoarea presiunii se modifică. Totuși, este important ca acest parametru să aibă aceeași valoare la intrarea și ieșirea acestor elemente. Acest lucru se datorează faptului că canalele dintre lame au aceeași secțiune transversală de-a lungul întregii lor lungimi și nu există o extindere suplimentară a vaporilor în interiorul acestor părți. Pentru a elibera aburul, care a fost deja produs, există o conductă de ramificație specială.

Dispozitivul mecanic al turbinei

Proiectarea și funcționarea turbinei cu abur în ceea ce privește mecanica arata astfel.

Unitatea este formată din trei cilindri, fiecare dintre ele fiind un stator având un corp fix, precum și un rotor rotativ. Rotoarele amplasate separat sunt conectate prin cuplaje. Lanțul, care este asamblat din rotoarele individuale ale cilindrilor, precum și din generatorul și excitatorul, se numește linia arborelui. Lungimea acestui dispozitiv la valoarea maximă a componentelor componente (în prezent - nu mai mult de 5 generatoare) este de 80 de metri.

În plus, dispozitivul și funcționarea turbinei cu aburi arată astfel. Arborele funcționează într-o mișcare de rotație în elemente cum ar fi lagărele de lagăr ale garniturilor. Rotația are loc pe un strat subțire de ulei, în timp ce partea metalică a acestor căptușeli nu atinge arborele în timpul rotației. Până în prezent, toate rotoarele structurii sunt așezate pe două lagăre de susținere.

În unele cazuri, între rotoarele aparținând CVP și DCS există doar o singură poartă. Tot aburul, care se extinde în turbină, determină fiecare rotor să efectueze o mișcare rotativă. Toată puterea produsă de fiecare dintre rotoare este adăugată la valoarea globală la jumătate de cuplare și atinge valoarea maximă acolo.

În plus, fiecare element este sub influența forței axiale. Aceste eforturi sunt rezumate, iar valoarea lor maximă, adică sarcina axială totală, este transferată de la creastă la segmentele de oprire. Aceste părți sunt instalate în carcasa lagărului axial.

Dispozitiv rotor turbină

Fiecare rotor este plasat în corpul cilindrului. Indicatorii de presiune până în prezent, pot ajunge la 300 MPa, astfel încât corpul acestor dispozitive este realizat din pereți dubli. Acest lucru ajută la reducerea diferenței de presiune pentru fiecare dintre ele, ceea ce permite reducerea grosimii fiecăruia. În plus, acest lucru ajută la simplificarea procesului de strângere a îmbinărilor cu flanșă și, de asemenea, permite turbinei să își schimbe rapid puterea, dacă este necesar.

Este obligatoriu să aveți un conector orizontal care este proiectat pentru un proces de montare facilă în interiorul carcasei și trebuie să asigure, de asemenea, un acces rapid la rotorul deja instalat, în timpul auditului sau reparației. Atunci când este direct instalarea turbinelor, apoi toate planurile conectorilor carcasei inferioare sunt montate într-un mod special. Pentru a simplifica această operație, se presupune, în general, că toate planurile orizontale sunt conectate la un plan comun.

Când vine momentul pentru instalarea dispozitivului de strunjire a arborelui cu abur, acesta este plasat într-un conector orizontal deja existent, care asigură centrarea acestuia. Acest lucru este necesar pentru a evita stresarea rotorului împotriva statorului în timpul rotirii. Un astfel de defect poate duce la un accident destul de grav la instalație. Datorită faptului că aburul din interiorul turbinei este caracterizat printr-o temperatură foarte ridicată, iar rotația rotorului are loc pe filmele de ulei, temperatura uleiului nu trebuie să fie mai mare de 100 de grade Celsius. Această valoare este potrivită atât pentru cerințele de siguranță la foc, cât și pentru a corespunde prezenței anumitor proprietăți lubrifiante ale materialului. Pentru a obține astfel de indicatori, carcasele de rulmenți sunt efectuate dincolo de corpul cilindrului. Ele sunt plasate în puncte speciale - suporturi.

Instalații de abur la centralele nucleare

Dispozitivul unei turbine cu abur la o centrală nucleară poate fi luat în considerare pentru exemplul instalațiilor cu abur saturat, care sunt disponibile numai în acele instalații în care este utilizat un agent de răcire cu apă. Trebuie remarcat faptul că caracteristicile inițiale ale turbinelor cu abur la centralele nucleare sunt caracterizate de indicatori slabi. Acest lucru obligă substanța mai activă să treacă pentru a obține rezultatul dorit. În plus, datorită acestui fapt, există o umiditate ridicată, care construiește rapid etapele turbinelor. Acest lucru a dus la faptul că la astfel de instalații este necesar să se utilizeze dispozitive de turbină interioară și dispozitive externe de colectare a umidității.

Datorită umidității ridicate a aburului utilizat, coeficientul de eficiență scade, iar uzura erozivă a părților de curgere se dezvoltă destul de rapid. Pentru a evita această problemă, trebuie să utilizăm diferite metode pentru a întări suprafața. Astfel de metode includ crom, întărire, eroziune, și așa mai departe. D. În cazul în care alte site-uri nu se poate utiliza un dispozitiv simplu de turbine cu abur, centrala nucleară trebuie să se gândească nu numai de protecție la coroziune, dar, de asemenea, retragerea de umiditate.

Cea mai eficientă modalitate de a elimina umezeala excesivă din turbină a fost alegerea aburului. Selectarea substanței se face pe încălzitoare regenerative. Aici este important de menționat că, dacă astfel de selecții sunt stabilite după fiecare etapă de expansiune, atunci nevoia de a dezvolta separatoare de umiditate intra-turbine dispare. Se poate adăuga, de asemenea, că limitele admise de umiditate a aburului se bazează pe diametrul lamei, precum și pe viteza de rotație.

Care este aranjamentul turbinelor cu abur și gaz

Cea mai bună calitate, care a devenit un avantaj important al unei turbine cu abur, este că nu necesită nicio legătură cu arborele generatorului electric. De asemenea, acest dispozitiv a reușit să se descurce perfect cu supraîncărcări și ar putea fi ușor reglat de viteza de rotație. Eficiența acestor unități este, de asemenea, destul de ridicată, care, în combinație cu alte avantaje, le-a adus în prim-plan, în cazul în care era nevoie să se conecteze la generatoare electrice. La fel este și amenajarea turbinei de abur AEG.

Turbinele cu gaz au devenit obiecte similare. Dacă luăm în considerare aceste dispozitive din punct de vedere al designului, atunci ele sunt practic aceleași. Ca o turbină cu abur, turbina cu gaz este o mașină de tip lamă. În plus, în ambele unități se realizează rotația rotorului datorită faptului că energia cinetică a fluxului substanței active este transformată.

Diferența esențială dintre aceste instalații este tocmai în tipul de substanță de lucru. În mod natural, într-o turbină cu abur o astfel de substanță este vapori de apă, iar într-o instalație de gaz este un gaz care este cel mai adesea obținut prin arderea oricăror produse sau este un amestec de abur și aer. O altă diferență este că pentru formarea acestor substanțe de lucru este necesar să existe diferite echipamente suplimentare. Astfel, se pare că turbinele în sine sunt foarte asemănătoare, însă instalațiile formate pe obiectele din jurul lor sunt destul de diferite.

Turbină cu condens cu condens

Dispozitive de condensare și turbine cu abur Losev SM descrise în cartea sa, lansată în 1964. Publicația conținea teoria, proiectarea și funcționarea instalațiilor de abur, precum și a unităților de condensare.

Unitatea de turbină, care este amplasată în cazan, are trei suporturi - apă, abur și condens. Aceste trei substanțe formează un ciclu închis între ele. Aici este important să rețineți că într-un astfel de mediu în timpul transformării se pierde o cantitate destul de mică de vapori și lichid. Pentru a compensa pierderile mici, se adaugă apă brută la unitate, care este precedată de un dispozitiv de purificare a apei. În această unitate, lichidul este expus la diferite substanțe chimice, al căror scop principal este eliminarea impurităților inutile din apă.

Principiul de funcționare în astfel de instalații este după cum urmează:

• Aburul, care a fost deja prelucrat și are o presiune redusă și temperatură, vine de la turbină la condensator.
• Atunci când această secțiune a traseului trece, există un număr mare de tuburi prin care apa de răcire pompează continuu cu ajutorul unei pompe. Cel mai adesea acest lichid este preluat din râuri, lacuri sau iazuri.
• În momentul contactului cu suprafața rece a tubului, aburul epuizat începe să formeze un condens, deoarece temperatura acestuia este încă mai mare decât în ​​tuburi.
• Toate condensul acumulat intră constant în condensator, de unde este pompat continuu de pompă. După aceea, lichidul este transferat la deaerator.
• Din acest element, apa intră din nou în cazanul cu aburi, unde se transformă în abur, iar procesul începe din nou.

Pe lângă elementele de bază și principiul simplu de funcționare, există câteva unități suplimentare, cum ar fi un turbocompresor și un încălzitor.