Департамент образования и науки Приморского края

краевое государственное автономное профессиональное образовательное

учреждение

«Владивостокский судостроительный колледж»

Паровые турбины

Преподаватель

Миргеев А.А.

Студент гр.12-126

Затолокин И.Р.

2018

Паровыми

предшественниками

современных

паровых

турбин

может

считаться

игрушечный

двигатель,

который

изобрел

еще

во II

веке

александрийский ученый Герон.

В 1696 году итальянец Бранка создал проект колеса с лопатками. Оно

должно было вращаться, если струя пара с силой ударяет по лопаткам колеса.

Это был первый проект паровой турбины, которая впоследствии получила

название

паровой

турбины.

Геронов

шар

и

колесо

Бранка

не

нашли

применения, но идеи, заложенные в этих приборах, возможно повлияли на

работы позднейших изобретателей.

Турбостроение по существу началось только с конца XIX века, когда стала

ощущаться нужда в быстроходном двигателе. Владельцы угольных копей

были заинтересованы в новом паровом двигателе, так как для получения пара

можно использовать уголь. В 1883 году шведский инженер Карл Густов

Лаваль

получил

патент

на

активную

паровую

турбину;

в

1884

году

английский

инженер

Чарлз

Алджернон

Парсонс

построил

реактивную

паровую турбину. В паровых турбинах используется не энергия упругости

пара, а кинетическая энергия струи пара.

Цикл Ренкина:

Рисунок 1 – Схема паросиловой установки, работающей по циклу

Ренкина.

Схема паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина с

перегретым паром, представлена на рисунке 1. На схеме приняты следующие

обозначения: ПК - паровой котел; ПП - пароперегреватель; ПТ - паровая

турбина; ЭГ - электрогенератор; К - конденсатор; ПН - питательный насос.

Влажный пар, получаемый в котле, направляется в пароперегреватель, где

подсушивается и перегревается. Перегретый пар направляется в турбину, где,

расширяясь

адиабатно,

совершает

работу,

которая

в

электрогенераторе

преобразуется

в

электрическую

энергию.

Из

турбины

отработанный

пар

направляется в конденсатор (представляющий из себя теплообменник), где

отдает тепло охлаждающей воде и полностью конденсируется. Полученный

конденсат засасывается из конденсатора, сжимается питательным насосом и

направляется вновь в котел для повторного парообразования.

В конденсаторе вследствие резкого уменьшения удельного объема пара при

его

конденсации

создается

высокий

вакуум

(абсолютное

давление

в

конденсаторах современных паровых турбин равно 0,04 - 0,06 бар), то есть

пар может за счет этого дополнительно расширяться в турбине примерно на

одну атмосферу и совершать дополнительную работу.

На

рисунке

2

представлен

цикл

Ренкина

с

перегревом

паром

в

T-S

диаграмме. В этом случае средняя температура подвода тепла увеличивается

по сравнению с температурой подвода тепла в цикле без перегрева. Кроме

того, процесс расширения пара в турбине заканчивается в области более

высокой степени сухости, поэтому условия работы проточной части турбины

оказываются более легкими.

Рисунок 2 – Цикл Ренкина в Ts-диаграмме.

Пар

после

турбины

поступает

в

конденсатор

и

полностью

в

нём

конденсируется

(процесс

2-3)

при

давлении р

2

.

Затем

вода

сжимается

насосом

по

адиабате

3-5

до

давления р

1

.

Малая

длина

отрезка

3-5

свидетельствует о малой работе сжатия. Под давлением р

1

вода подается в

котёл, где к ней в изобарном процессе р

1

= const подводится тепло. Сначала

вода в котле нагревается до кипения (участок 5-4 изобары р

1

= const), затем

после достижения температуры насыщения происходит изотермический и

изобарный процесс кипения (процесс 4-6). Далее в пароперегревателе пар

перегревается (процесс 6-1) и в точке 1 поступает на лопатки турбины.

Адиабатное расширение пара в турбине (процесс 1-2) – процесс получения

работы в цикле.

Количество тепла подводимого к рабочему телу в цикле q

1

изображается в

T-S

диаграмме

площадью

a-3-5-4-6-1-b-a. Тело,

отводимое

в

цикле

q

2

,

эквивалентно площади a-3-2-b-a.Работа, полученная в цикле эквивалентна

площади 3-5-4-6-1-2-3.

В цикле Ренкина процессы подвода и отвода тепла осуществляются по

изобарам,

и

поэтому

количество

подведенного/отведенного

тепла

равно

разности энтальпии рабочего тела в начале и в конце процесса.

Конструкция турбин:

Ступень турбины состоит из двух основных частей. Рабочего колеса -

лопаток

установленных

на

роторе

(подвижная

часть

турбины),

которое

непосредственно

создаёт

вращение.

И Соплового

аппарата

-

лопаток

установленных

на

статоре

(неподвижная

часть

турбины),

которые

поворачивают рабочее тело для придания потоку необходимого угла атаки по

отношению к лопаткам рабочего колеса

Рисунок 3 – Модель одноступеньчатой паровой турбины

В

1889

году

уже

около

трехсот

таких

турбин

использовалось

для

выработки электроэнергии. Чарлз Алджернон Парсонс старался расширить

сферу применения своего изобретения и в 1894 году он построил опытное

судно «Турбиния» с приводом от паровой турбины. На испытаниях оно

продемонстрировало рекордную скорость — 60 км/ч.

Реактивная паровая турбина Парсонса некоторое время применялась (в

основном,

на

военных

кораблях),

но

постепенно

уступила

место

более

компактным

комбинированным

активно-реактивным

турбинам,

у

которых

реактивная

часть

высокого

давления

заменена

одно-

или

двух-венчатым

активным диском. В результате уменьшились потери на утечки пара через

зазоры в лопаточном аппарате, турбина стала проще и экономичнее.

Активная турбина — турбина, в которой потенциальная энергия рабочего

тела (газа, пара, жидкости) преобразуется в кинетическую (то есть давление

рабочего

тела

уменьшается,

а

скорость

растёт)

в

неподвижных

каналах

(соплах),

а

превращение

кинетической

энергии

в

механическую

работу

происходит на рабочих лопатках. Альтернативная конструкция, в которой

давление

рабочего

тела

падает

во

время

прохождения

через

турбину,

называется реактивной турбиной.

Рису

нок 4–Вид паровой турбины

Рисунок 5 – Паровая турбина изнутри.