2. Типи і класифікація парових турбін

Найпростіша одноступінчата парова турбіна активного типу складається з основних частин (рисунок 1.2): сопла, валу і диску з робочими лопатками, закріпленими на диску. Вал разом з диском складає найважливішу частину турбіни в називається ротором турбіни. Ротор вкладається в корпусі турбіни. Шийки валу лежать на опорних підшипниках.

Рисунок 1.2 – Принципова схема парової конденсаційної турбіни:

1 – регулюючий клапан; 2 – соплова коробка; 3 – сопла регулюючого східця; 4 – робочі лопатки регулюючого східця; 5 – діафрагма проміжного східця; 6 – сопла проміжного східця; 7 – робочі лопатки проміжного східця; 8 – диск проміжного східця; 9 – обойма; 10 – корпус турбіни; 11 – вихідний патрубок турбіни; 12 – опорний підшипник ротора турбіни; 13 – корпус заднього підшипника; 14 – опорний підшипник генератора; 15 – навпівмуфта ротора генератора; 16 – навпівмуфта ротора турбіни; 17 – патрубок регенеративного відбору; 18 – опорно-упорний підшипник; 19 – головний масляний насос; 20 – корпус переднього підшипника.

Розширення пари від початкового до кінцевого тиску відбувається в одному соплі або у їх групі, які закріплені і корпусі перед робочими лопатками диску, що обертається.

Пониження тиску пари у соплових каналах супроводжується зменшенням його ентальпії; у соплах спрацьовує перепад тепла, що витрачається на отримання кінетичної енергій. В процесі розширення швидкість пари в соплах зростає від початкової величини С₀ перед соплами до С₁ за соплами.

В каналах робочих лопаток відбувається зниження абсолютної швидкості від С₁ до С₂; кінетична енергія пари знижується. Під впливом пари на робочі лопатки, частина його кінетичної енергій перейде в механічну роботу на валу ротора турбіни.

Турбіни, в яких весь процес розширення і, отже, прискорення пари іде тільки у нерухомих каналах (соплах), а на робочих лопатках відбувається тільки перетворення кінетичної енергії в механічну роботу без додаткового розширення називається активними.

Потужність односхідцевих турбін навіть при окружній швидкості, що досягла 350 м/с, не перевищує 500-800 КВт.

Розглянемо роботу турбіни за іншим принципом: свіжа пара до лопаток турбіни надходить з камери підведення. В нерухомому корпусі і на зовнішньому боці ротора закріплені відповідно, спрямовуючи та робочі лопатки, що утворюють канали для проходу пари. З камери пара, протікаючи через між лопаткові канали надходить у випускний патрубок. Рухаючись з камери до патрубку пара поступово розширюється від початкового тиску Р₀ до кінцевого тиску Р₂. Розширення пари і зниження ентальпії відбувається у всіх міжлопаткових каналах, як рухомих, так і нерухомих. Спочатку свіжа пара з камери надходить до каналів першого ряду, спрямовуючих лопаток, закріплених в корпусі. З каналів нерухомих спрямовуючих лопаток першого ряду пара надходить в канали першого ряду робочих лопаток, закріплених на барабані, який обертається. З каналів робочих лопаток першого ряду пара спрямовується в канали нерухомих лопаток другого ряду і т.д., минаючи послідовно, через канали спрямовуючих і робочих лопаток. Пара, що залишає останній ряд рухомих лопаток турбіни, називається відпрацьованою.

Два суміжних ряду лопаток, закріплених відповідно в корпусі і на роторі, утворюють так звану ступінь або східець. Турбіну, яка має декілька послідовно розташованих рядів нерухомих (спрямованих) лопаток і відповідно таку ж саму кількість рядів рухомих (робочих) лопаток, називають багатосхідцевою. Східці турбіни складають її проточну частину.

Турбіни, в яких розширення пари відбувається не тільки в спрямовуючих, але і в робочих каналах, при чому загальний перепад тепла в східці розподіляється приблизно рівно між ними, називаються реактивними (рисунок 1.3).

Класифікація турбін:

• За призначенням:

• транспортні;

• стаціонарні;

• енергетичні – для приводу електрогенератора і відпуску теплоти крупним споживачам на АЕС встановлюють:

швидкохідні – п = 3000 об/хв.

тихохідні – п = 1500 об/хв.

• промислові – для виробництва електроенергії і теплоти для промислових підприємств.

• допоміжні – для забезпечення технологічного процесу виробництва електроенергії (турбопривід живильного насосу).

• За кількістю корпусів (циліндрів):

• одноциліндрові;

• двоциліндрові;

• трьохциліндрові;

• чотирьохциліндрові.

- За напрямом потоку пари:

- осьові (пара подається вздовж осі турбіни)

- радіальні (пара подається перпендикулярно осі турбіни)

• За кількістю східців:

• односхідчасті – невеликої потужності – для приводу відцентрових насосів вентиляторів;

• багатосхідчасті.

Рисунок 1.3 – Схематичний розріз реактивної турбіни:

1 - барабан ротора;

2,3 – робочі лопатки;

4,5 – направляючі лопатки;

6 – корпус;

7 – кільцева камера підведення свіжої пари;

8 – розвантажувальний поршень;

9 – з’єднувальний паропровід;

10 – випускний патрубок

- За кількістю валів:

- одновальні – багатокорпусні турбіни, в яких вали окремих корпусів є продовженням один одного, і які приєднані до одного генератора.

- багатовальні – це турбіни з паралельним розташуванням валів, де кожний вал має свій генератор (в Україні немає).

• За принципом паророзподілу:

• з дросельним – свіжа пара надходить через один або декілька клапанів, що відкриваються одночасно.

• з сопловим – свіжа пара надходить через два або більше регулюючих клапанів, що відкриваються послідовно

• з обвідним – окрім підходу свіжої пари до сопел першого східця, наявний також підхід свіжої пари до першого, другого або третього.

- За характером теплового процесу:

- конденсаційного типу (К) – пара з останнього східця вводиться в конденсатор. Вони не мають регулюючих відборів пари, але мають багато не регулюючих відборів для регенеративного підігріву живильної води.

Головне їх призначення – забезпечити виробництво електроенергії.

• теплофікаційного типу (Т) – мають один або декілька регулюючих відборів пари, в яких підтримується заданий тиск. Призначені для виробництва теплоти і електроенергії. Вони можуть бути:

• з конденсацією пари;

- без конденсації пари.

• За використаними початковими парами пари:

• турбіни до критичного тиску (Р<22 МПа);

• турбіни надкритичного тиску (Р≥22 МПа);

• турбіни перегрітої пари (ТЕС і ТЕЦ);

• турбіни насиченої пари (АЕС);

• турбіни без проміжного перегріву;

• турбіни з проміжним перегрівом.