Парова турбіна

Монтаж ротора парової турбіни, Німеччина

Парова турбіна ( фр. turbine від лат. turbo вихор, обертання) - це тепловий двигун безперервної дії, в лопатковому апараті якого потенційна енергія стислої і нагрітої водяної пари перетворюється в кінетичну, яка в свою чергу здійснює механічну роботу на валу. Потік водяної пари поступає через направляючі апарати на криволінійні лопатки, закріплені по колу ротора, і, впливаючи на них, призводить ротор в обертання. Парова турбіна є одним з елементів паротурбінної установки (ПТУ). Окремі типи парових турбін також призначені для забезпечення споживачів тепловою енергією. Парова турбіна і електрогенератор складають турбоагрегат.

Основні конструкції парових турбін

Модель одного щабля парової турбіни

Парова турбіна складається з двох основних частин. Ротор з лопатками - рухома частина турбіни. Статор з соплами - нерухома частина. У напрямку руху потоку пари розрізняють аксіальні парові турбіни, у яких потік пари рухається уздовж осі турбіни, і радіальні, напрям потоку пари в яких перпендикулярний, а робочі лопатки розташовані паралельно осі обертання. За кількістю контурів (циліндрів) турбіни підрозділяють на одноконтурні та двох-трьох-, чотирьох-рідко пятиконтурні. Багатоциліндрова турбіна дозволяє використовувати великі теплові перепади ентальпії, розмістивши велике число ступенів тиску, застосувати високоякісні матеріали в частинах високого тиску і роздвоєння потоку пари в частинах середнього і низького тиску. Така турбіна виходить дорожчою, важкою і складною. Тому багатокорпусні турбіни використовуються в потужних паротурбінних установках. За кількістю валів розрізняють одновальні, двохвальні, рідше трьохвальні, які пов'язані спільністю теплового процесу або загальною зубчастою передачею (редуктором). Нерухому частину - корпус (статор) - виконують роз’ємною в горизонтальній площині для можливості виїмки чи монтажу ротора. У корпусі є виточки для установки діафрагм, роз'єм яких збігається з площиною роз'єму корпусу турбіни. За периферії діафрагм розміщені соплові канали (грати), утворені криволінійними лопатками, залитими в тіло діафрагм або привареними до нього. У місцях проходу вала крізь стінки корпусу встановлені кінцеві ущільнення для попередження витоків пари назовні (з боку високого тиску) і засмоктування повітря в корпус (з боку низького). На передньому кінці валу встановлюється граничний регулятор (регулятор безпеки), автоматично зупиняє турбіну при збільшенні частоти обертання на 10-12% понад номінальну.

Класифікація парових турбін

Залежно від характеру теплового процесу парові турбіни поділяються на 3 основні групи: конденсаційні, теплофікаційні та турбіни спеціального призначення. Також за типом ступенів турбін вони класифікуються як активні та реактивні.

---

Конденсаційні парові турбіни Конденсаційні парові турбіни служать для перетворення максимально можливої частини теплоти пари в механічну роботу. Вони працюють з випуском (вихлопом) відпрацьованої пари в конденсатор, в якому підтримується вакуум (звідси виникло найменування). Конденсаційні турбіни бувають стаціонарними і транспортними. Стаціонарні турбіни виготовляються на одному валу з генераторами змінного струму. Такі агрегати називають турбогенераторами. Теплові електростанції, на яких встановлені конденсаційні турбіни, називаються конденсаційними електричними станціями ( КЕС). Транспортні парові турбіни використовуються як головних так і в допоміжних двигунах на кораблях і суднах. Неодноразово робилися спроби застосувати парові турбіни на локомотивах, проте паротурбовози поширення не отримали. Для з'єднання швидкохідних турбін з гребними гвинтами, які вимагають невеликої (від 100 до 500 об / хв) частоти обертання, застосовують зубчасті редуктори. На відміну від стаціонарних турбін (крім турбовоздуходувок), суднові працюють зі змінною частотою обертання, що визначається необхідною швидкістю ходу судна.

---

Теплофікаційні парові турбіни Теплофікаційні парові турбіни служать для одночасного отримання електричної та теплової енергії. Але основний кінцевий продукт таких турбін - тепло. Теплові електростанції, на яких встановлені теплофікаційні парові турбіни, називаються теплоелектроцентралями ( ТЕЦ). До теплофікаційних парових турбін відносяться турбіни з протитиском, з регульованим відбором пари, а також з відбором і протитиском. У турбін з відбором і протитиском частина пари відводиться з 1 або 2 проміжних ступенів, а вся відпрацьована пара прямує з випускного патрубка в опалювальну систему або до мережевого підігрівача.

---

Парові турбіни спеціального призначення Парові турбіни спеціального призначення зазвичай працюють на теплі металургійних, машинобудівних, і хімічних підприємств. До турбін спеціального призначення відносяться приводні турбіни різних агрегатів, що вимагають високої потужності приводу. Наприклад живильні насоси потужних енергоблоків електростанцій, нагнітачі і компресори газокомпресорних станцій і т. д. Зазвичай стаціонарні парові турбіни мають нерегульовані відбори пари із ступенів тиску для регенеративного підігріву живильної води. Парові турбіни спеціального призначення не будують серіями, як конденсаційні і теплофікаційні, а в більшості випадків виготовляють за окремими замовленнями.