1. Тепловые циклы паротурбинных и газотурбинных установок

1.1. Турбина – основной двигатель современной тепловой и атомной

электростанции

Современная энергетика основывается на централизованной выработке электроэнергии. Устанавливаемые на электрических станциях генераторы электрического тока в подавляющем большинстве имеют привод от турбин. Доля электроэнергии, производимой в нашей стране тепловыми электростанциями, где почти всегда применяются паровые турбины, составляет 85 %.

Таким образом, паровая турбина является основным типом двигателя на современной тепловой электростанции, в том числе на атомной. Паровая турбина получила также широкое распространение в качестве двигателя для кораблей военного и гражданского флота. Паровые турбины используются, кроме того, для привода различных машин – насосов, газодувок и др. [1].

Первый прототип аксиальной одноступенчатой активной турбины с расширяющимися соплами был предложен в 1883 г. шведским инженером Густавом Лавалем. Схематический разрез одноступенчатой активной турбины представлен на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схематический разрез одноступенчатой активной турбины: 1 – вал; 2 – диск; 3 – рабочие лопатки; 4 – сопловая решётка; 5 - корпус; 6 – выхлопной патрубок

В этой турбине расширение пара происходило только в сопловой решётке одной ступени от начального до конечного давления, что обуславливало очень высокие скорости истечения пара из сопловых каналов. Поскольку для наивыгоднейшего использования кинетической энергии струи пара окружная скорость рабочих лопаток должна быть примерно в два раза меньше абсолютной скорости истечения пара из сопла, турбины Лаваля должны иметь чрезмерно большую окружную скорость, а, следовательно, и большую частоту вращения. Так, самые малые из турбин Лаваля имели частоту вращения 500 с^1. К тому же эти турбины имели очень низкий КПД.

В 1884 г. английский инженер Чарльз Парсонс предложил многоступенчатую реактивную турбину, расширение пара в которой происходило не в одной, а в ряде следующих друг за другом ступеней, причём не только в сопловых, но и в рабочих решётках. Схематический разрез многоступенчатой реактивной турбины изображён на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Многоступенчатая реактивная турбина:

1 – корпус; 2 – барабан; 3 – подшипник; 4 – сопловые лопатки одной из ступеней; 5 – рабочие лопатки одной из ступеней

Первая советская паровая турбина была построена в 1924 г. ЛМЗ. Она была рассчитана на начальные параметры пара 1,1 МПа (11 кгс/см²), 300 С и имела мощность 2000 кВт.

В 1934 г. всупил в строй ХТЗ и начал изготавливать турбины мощностью 50 и 100 МВт при частоте 25 с^1 на параметры пара 2,85 МПа (29 кгс/см²) и 400 С.

1.2. Принцип действия паровой турбины

Неотъемлемым элементом мощной современной электростанции является паротурбинный (или газотурбинный) агрегат – совокупность паровой (или газовой) турбины и приводимого ею электрического генератора – электрической машины, преобразующей механическую энергию вращения ротора в электрическую энергию. В свою очередь турбина – это машина, в которой тепловая энергия рабочего тела (пара или газа) преобразуется в механическую энергию вращения ротора. Котёл вырабатывает пар, который затем поступает на турбину. В турбине пар расширяясь совершает работу вращая её ротор. Ротор турбины соединён с помощью муфты с валом электрического генератора. Таким образом, вращающийся ротор турбины одновременно вращает вал генератора, который вырабатывает электрический ток. Отработанный пар поступает в конденсатор, где конденсируется и направляется на регенеративный подогрев, после которого снова поступает в экономайзер котла.