Лекція №6 принципи роботи парових турбін

Мета і завдання: Знати стислий зміст: перетворення енергії в каналах робочих граток аксіального ступення; втрати і коефіцієнт корисної дії турбінного ступення; вибір початкового тиску пари перед турбіною; газові турбіни.

Конспект лекцій

1. Загальні поняття і класифікація парових турбін

Парові турбіни — теплові двигуни, в яких теплота пари перетворюється на механічну енергію обертання ротора турбіни. Вказане перетворення здійснюється в ступенях турбіни, що складаються з двох основних елементів:

- нерухомих соплових каналів;

- робочих грат, що обертаються разом з валом турбіни, утворених робочими лопатками, закріпленими на дисках, пов'язаних з валом турбіни.

Якщо є одна соплова і одні робочі грати, то турбіна називається одноступінчастою. Якщо ж таких грат декілька, то турбіна називається багатоступінчастою.

Стаціонарні парові турбіни класифікуються.

1.По цілі використання

Енергетичні турбіни, служать для приводу електричного генератора, включеного в енергетичну систему, і відпустки теплоти. Характерною особливістю роботи таких турбін є практично постійна частота обертання.

2. По характеру теплового процесу

Конденсаційні турбіни в першу чергу служать для вироблення електроенергії і є основним устаткуванням крупних теплових електростанцій. Вся відпрацьована в конденсаційних турбінах пара скидається в конденсатор, в якому підтримується вакуум (до 3,43 кПа). Сучасні енергетичні конденсаційні турбіни мають нерегульовані відбори пари для регенеративного підігріву живильної води з метою підвищення економічності їх роботи.

3. По використовуваних параметрах пари

Турбіни докритичного і надкритичного тиску виконуються на високу початкову температуру, що забезпечує термін служби не менше 30 років. Могутні базові турбіни проектуються на надкритичні параметри, тоді як напівпікові і пікові турбіни виготовляються на істотно понижені параметри з метою здешевлення турбіни і устаткування теплової електростанції і підвищення їх надійності в умовах частих пусків.

4. По числу годин використовування в році

Базові турбіни — найекономічніші, працюючі більше 5000 год в році. Звично це наймогутніші і сучасніші конденсаційні турбіни, а також агрегати теплофікацій.

Напівпікові турбіни зупиняються на ніч, на вихідні і святкові дні, коли зменшується споживання електроенергії. Виконуються такі турбіни менш економічними і дешевшими, а головне, маневренішими, ніж базові турбіни.

5. По конструктивних особливостях

Одноциліндрові турбіни — всі ступені розміщені в одному циліндрі (корпусі), багатоциліндрові — в яких ступені розміщені в декількох корпусах.Одновальні турбіни — ротори всіх циліндрів сполучені між собою муфтами і мають один генератор.

Витік пари з соплових грат

У разі адіабатичного витоку можна вважати, що згідно закону збереження і перетворення енергії зміна кінетичної енергії потоку в соплових гратах (мал. 6.2), дорівнює :

, має місце через розширення пари в адіабатнім процесі l_ад і роботи зовнішніх сил, повідомленої пару, яку позначимо через l_вн, тобто ,

Для 1 кг маси газу кінетична енергія l=c²/2

Рис. 6.1 Схема сопла

де c_1α — швидкість газу на виході з соплових грат при адіабатному процесі розширення, м/с;

с_о — швидкість газу на вході в соплові грати, м/с.

Робота розширення для адіабатного процесу , як відомо, рівна різниці значень внутрішньої енергії на початку і в кінці процесу розширення

Знаючи, що u=pv=i, кДж/кг, де і— ентальпія пари, маємо:

(6.1)

Різницю ентальпій в адіабатному процесі називають перепадом, , позначаючи через h_o= .

Мал. 6.2. Адіабатний процес витоку пари

Даний теплоперепад зручно знаходити за допомогою і, s-діаграми (мал. 6.3). В цьому випадку, щоб визначити і_о, потрібно знати р_о t_o, а для знаходження i₁ — тільки Р₁ Швидкість закінчення пари з соплових грат може бути знайдена з (6.1)

(6.2)