3.2.Паровые турбины

Паровая турбина – это тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия пара пре­вращается в кинетическую, а последняя в свою очередь, преобразуется в механиче­скую энергию вращения вала.

По своему назначению различают турбины энерге­тические, промышленные и вспомога­тельные.

Энергетические турбины служат для привода электрического генератора, включенного в энерго­систему, и отпуска тепла крупным потребителям, например, жилым районам, городам и т.д. Их уста­навливают на крупных ТЭС, АЭС и ТЭЦ. Энерге­тические турбины характеризуются, прежде всего, большой мощностью (до 1000-1200 МВт), а их режим работы − прак­тически постоянной частотой вращения. Большинство энергетических турбин выполняют на номи­нальную частоту вращения 3000 об/мин.

Промышленные турбины также служат для производства тепловой и электрической энергии, однако их главной цепью является обслуживание про­мышленного предприятия, например, металлурги­ческого, текстильного, химического и др. Часто та­кие турбины работают на маломощную индивиду­альную электрическую сеть, а иногда используются для привода агрегатов с переменной частотой вра­щения, например, воздуходувок доменных печей. Мощность промышленных турбин существенно меньше, чем энергетических.

Вспомогательные турбины используются для обеспечения технологического процесса производ­ства электроэнергии ─ обычно для привода пита­тельных насосов и воздуходувок котла.

Принципиально паровая турбина содержит ряд ступеней, каждая из которых образуется венцом неподвижных лопаток корпуса и подвижных лопаток ротора.

Профили подвижных и неподвижных лопаток обычно выполняют совершенно одина­ковыми. Устройство и рабо­чий процесс нетрудно уяснить из схематического разреза турбины.

Свежий пар с давлением р_о поступает в коль­цеобразную камеру 7, откуда идёт на непод­вижные (направляющие) лопатки первой сту­пени. В междулопаточных каналах пар расши­ряется и давление его несколько понижается, а скорость возрастает от с_о до с₁. Затем пар попадает в первый ряд подвижных (рабочих) лопаток. Между рабочими лопатками тоже происходит расширение пара, т. е. давление его продолжает понижаться; относительная скорость пара возрастает, но абсолютная ско­рость пара с₂ при выходе будет меньше с₁, так как работа получается за счет уменьшения ки­нетической энергия.

Со скоростью с₂ пар поступает во второй ряд направляющих лопаток. Здесь снова про­исходят его расширение и возрастание скорости до с₁. На рабочих лопатках второй ступени­ скорость пара вновь падает до с₂ и т.д.

Объём пара по мере понижения его давления возрастает, поэтому приходится посте­пенно увеличивать длину лопаток, чтобы полу­чить увеличивающиеся сечения междулопаточ­ных каналов. Начиная с того места, где длина лопаток получается уже достаточно большой, увеличен диаметр барабана, на котором они закреплены. Это позволяет разместить боль­шее число лопаток на окружности ротора и тем самым увеличить суммарное сечение каналов не за счет высоты лопаток.

При прохождении пара от одного конца турбины до другого давление его падает от давления при входе в турбину до противодав­ления конденсатора. Так как на каждом ряде лопаток возникает осевое усилие и имеется разность давлений, действующая на кольцевые уступы барабана, то в общем на вал турбины передается значительное осевое давление, направленное в сторону выпуска пара. Поэтому турбины прихо­дится снабжать для компенсации осевого уси­лия специальными разгрузочными приспособлениями, в данном случае это разгрузочный поршень 8.

Отработанный в турбине пар поступает в конденсатор. Здесь пар конденсируется при соприкосновении его с поверхно­стью, температура которой ниже, чем температура насыщения при данном давлении в конденсаторе. Конденсация пара сопровождается выделением теп­лоты, затраченной ранее на испарение жидкости, ко­торая отводится при помощи охлаждающей среды.

Теоретической основой обеспечения низкого давления пара в конденсаторе является однозначная связь между давлением и тем­пературой конденсирующейся среды. Поскольку температура конденсации определяется климатическими условиями и составляет 25-45, то в кон­денсаторе поддерживается низкое давление, со­ставляющее в зависимости от режима 3-10 кПа. Чем ниже температура и больше расход охлаждаю­щей среды, тем более глубокий вакуум можно по­лучить в конденсаторе. Образующийся конденсат стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора, а затем в конденсатосборник.