Принцип действия системы, протекающие в ней процессы

ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

Целью курсовой работы является овладение навыками сбора, обработки и систематизации научно-технической информации по заданному направлению профессиональной деятельности, изучения специальной литературы, анализа достижений отечественной и зарубежной науки и техники в области профессиональной деятельности.

ЗАДАНИЕ

Исследовать математическую модель системы управления (объект управления - реактивная паровая турбина).

модель величина техническая система турбина

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

. Анализ технической системы

Наименование системы

Область применения

 Назначение системы

 Структура системы

Принцип действия системы, протекающие в ней процессы

. Математическая модель технической системы

 Входные и выходные величины

Взаимодействие системы с внешней средой

Величины, характеризующие режим функционирования системы

Способы воздействия на систему

Физические законы, которым подчиняются процессы, протекающие в системе

Заключение

Перечень использованных источников

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Огромное значение для энергетики и электрификации имело изобретение и распространение паровых турбин. Принцип их действия был подобен гидравлическим, с той, однако, разницей, что гидравлическую турбину приводила во вращение струя воды, а паровую - струя разогретого пара. Точно так же, как водяная турбина представляла собой новое слово в истории водяных двигателей, паровая продемонстрировала новые возможности парового двигателя.

В конце XIX столетия была построена многоступенчатая турбина, у которой расширение пара производилось в каналах, образуемых лопатками неподвижных и подвижных лопаточных венцов, т. е. как в соплах, так и на рабочих лопатках. Именно такая турбина получила развитие под названием реактивной турбины.

В 1884г. английский инженер Чарльз Парсонс предложил многоступенчатую реактивную турбину, расширение пара в которой происходило не в одной, а в ряде следующих друг за другом ступеней, причем не только в сопловых (неподвижных), но и в рабочих (вращающихся) решетках (Рис. 1), благодаря чему стала возможна работа машины со значительно меньшими, чем в активной турбине, скоростями пара на выходе из сопловых решеток и соответственно с меньшими окружными скоростями рабочих лопаток.

 

Рис. 1

В конце XIX в. в связи с развитием электрических машин и широким внедрением электроэнергии развитие паротурбостроения пошло быстрыми темпами. Первые паровые турбины в России начали выпускать в 1907 г. на Металлическом заводе в Петербурге.

На протяжении всей истории развития турбостроения прослеживается линия на повышение экономичности паротурбинных установок и паровых турбин, а также увеличения единичной мощности энергетических турбин. В настоящее время как для станций на органическом топливе, так и для атомных электростанций, максимальная единичная мощность паровых турбин находится на уровне 1000-1200 МВт.

 

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Наименование системы

 

Реактивная паровая турбина.

 

Область применения

 

«Современная энергетика основывается на централизованной выработке электроэнергии. Генераторы электрического тока, устанавливаемые на электрических станциях, в подавляющем большинстве приводятся паровыми турбинами. Доля энергии, производимой в нашей стране тепловыми и атомными электростанциями, где применяются паровые турбины, составляет 83 - 85%.

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

Использование в энергетике другой тепловой турбины - газовой - не привело к вытеснению паровых турбин. Собственно газовые турбины нашли применение как пиковые агрегаты, работающие в течение года относительно мало времени. В суммарной выработке электроэнергии они занимают небольшую долю, не превышающую 1 - 2%. В тоже время комбинации газовой и паровой турбины, так называемые парогазовые установки, весьма перспективны, поскольку они могут обеспечить наивысший КПД теплосилового цикла, т.е. производство электроэнергии с минимальным расходом топлива.» [Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. Книга 1. - М.: Энергоатомиздат, 1993.]

«Преимущества паровой турбины по сравнению с поршневыми двигателями, в частности с паровой машиной, заключаются в благоприятных динамических условиях работы (равномерность вращения и уравновешенность сил инерции), быстроходности, компактности, возможности осуществления весьма крупных мощностей в одном агрегате. От двигателей внутреннего сгорания паровая турбина, кроме того, выгодно отличается, как и паровая машина, возможностью использования любого топлива для получения пара (в паровых котлах), в том числе местных видов его, что имеет большое народнохозяйственное значение. Поэтому крупные паровые турбины являются основными двигателями электростанций. Кроме того, паровые турбины часто используются в качестве привода для компрессоров, для освещения поездов и т. п.» [Врашев С.П., Летник А.Л., Шифрин Д.М., Машиноведение, -М.: МАШГИЗ, 1954]

Таким образом, реактивные паровые турбины применяются главным образом в области энергетики (в том числе и на АЭС), а также в качестве привода для разнообразных устройств, таким образом, может считаться достаточно универсальным устройством, применяется в разных отраслях промышленности. Кроме того, применяется на транспорте.

 

Назначение системы

 

Реактивная паровая турбина- это машина, в которой происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую работу.

Основным назначением реактивных паровых турбин является выработка тепловой и электрической энергии.

Кроме того, конкретные модели реактивных паровых турбин могут быть предназначены для привода компрессоров, нагнетателей, насосов, вентиляторов и других механизмов собственных нужд вместо электропривода, а также электрогенераторов для собственного производства электроэнергии. Отработавший в турбине пар используется для технологических нужд и теплоснабжения.

Эффективное управление энергетическим хозяйством предусматривает рациональное использование ресурсов и применение энергосберегающих технологий. Внедрение паровых турбин малой мощности (от 100 кВт до 1000 кВт), предназначенных для утилизации избыточной энергии водяного пара от паровых котлов является активной мерой по энергосбережению. Паровые турбины могут использоваться во всех энергосистемах, имеющих источники пара - это предприятиях различных отраслей, таких как металлургические производства, имеющие контур охлаждения, химические и фармацевтические заводы, использующие систему выпаривания, многочисленные котельные и во многих других местах.

 

Структура системы

 

«Паровая турбина является двигателем, в котором потенциальная энергия пара превращается в механическую работу вращающегося ротора по преодолению сил сопротивления приводимой машины (электрического генератора, питательного насоса, компрессора, вентилятора и др.).

Всякая турбина состоит из неподвижных и вращающихся частей. Совокупность всех неподвижных частей принято называть статором турбины, а вращающихся - ротором.» [Беляев Л.А., Турбины тепловых и атомных электрических станций, Томск, 2009]

«Паровая турбина состоит из следующих основных частей и механизмов: фундаментной плиты, корпуса (цилиндра) с направляющими аппаратами, диафрагмами и уплотнениями, подшипников, ротора, механизма регулирования, системы смазки.» [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства, 1964]

«Паровая турбина относится к числу ротативных лопаточных двигателей. Ротативными называются такие машины, в которых движение получается сразу во вращательной форме. Основная часть таких машин - ротор, представляющий собой вал, на который надсажены диски. В лопаточных машинах диски ротора снабжены по окружности лопатками (изогнутыми пластинками). Лопатки паровой турбины получают энергию от непрерывно протекающего по ним пара и передают ее через диски на вал, с которого она поступает к потребителю (например, к электрическому генератору). Следует заметить, что от гидротурбины паровая турбина конструктивно отличается весьма существенно, но газовая турбина близка к паровой.

 

Рис. 2 Ротор простейшей паровой турбины

 

Ротор простейшей паровой турбины показан на рис. 2: вал - 1, диск - 2, рабочие лопатки - 3. Рядом с диском укреплено сопло - 4, в котором струя пара получает необходимую по величине и направлению скорость.

Сопловой аппарат, состоящий из группы сопел, и венец рабочих лопаток (т.е. совокупность лопаток, занимающих окружность диска) образуют одну ступень давления. Обычно турбина состоит из нескольких последовательно расположенных ступеней давления, одноступенчатыми же выполняются лишь турбины малой мощности.

Преимущества паровой турбины по сравнению с поршневыми двигателями, в частности с паровой машиной, заключаются в благоприятных динамических условиях работы (равномерность вращения и уравновешенность сил инерции), быстроходности, компактности, возможности осуществления весьма крупных мощностей в одном агрегате. От двигателей внутреннего сгорания паровая турбина, кроме того, выгодно отличается, как и паровая машина, возможностью использования любого топлива для получения пара (в паровых котлах), в том числе местных видов его, что имеет большое народнохозяйственное значение. Поэтому крупные паровые турбины являются основными двигателями электростанций. Кроме того, паровые турбины часто используются в качестве привода для компрессоров, для освещения поездов и т. п.» [Врашев С.П., Летник А.Л., Шифрин Д.М., Машиноведение, -М.: МАШГИЗ, 1954]

«Совокупность неподвижной сопловой решетки, закрепленной в сопловых коробках или диафрагмах, со своей вращающейся рабочей решеткой, закрепленной на следующем по ходу пара диске, принято называть ступенью турбины.» [Беляев Л.А., Турбины тепловых и атомных электрических станций, Томск, 2009]

  «В каждой сопловой решетке поток пара ускоряется в сопловых каналах специально выбранного профиля и приобретает необходимое направление для безударного входа в каналы между рабочими лопатками. Усилия, развиваемые потоком пара на рабочих лопатках, вращают диски и связанный с ними вал. который передает вращающий момент ротора турбины на приводимую машину (генератор, воздуходувку и др.).

По мере понижения давления пара при прохождении от первой к последней ступени удельный объем его сильно растет, что требует увеличения проходных сечений сопловых и рабочих решеток и соответственно высоты лопаток и среднего диаметра ступеней.

К переднему торцу ротора прикреплен приставной конец вала, на котором установлены бойки двух предохранительных выключателей (датчики автомата безопасности 22), воздействующие на стопорный и регулирующие клапаны, которые прекращают доступ пара в турбину при повышении частоты вращения ротора на 10-12 % по сравнению с расчетной. Приставной конец вала с помощью гибкой муфты соединен с валом главного масляного насоса, корпус которого своим всасывающим патрубком прикреплен к приливу картера переднего подшипника.

Главный масляный насос предназначен для подачи масла в систему смазки подшипников турбины и генератора (при давлении 0, 15 МПа) и в систему регулирования (при давлении 2 МПа), обеспечивающую автоматическое поддержание заданной частоты вращения ротора турбины. Датчиком частоты вращения является быстроходный упругий регулятор скорости, установленный на конце вала насоса. Со стороны выхода пара ротор турбины соединен полугибкой муфтой с ротором генератора.» [Беляев Л.А., Турбины тепловых и атомных электрических станций, Томск, 2009]

«Ротор турбины выполняется в виде барабана, на котором укреплены лопатки. Направляющие лопатки укреплены в корпусе турбины. Расширение пара происходит как на неподвижных, так и на подвижных лопатках. Тепловые перепады на ступень и скорости пара невелики (от 50 до 250 м/сек), поэтому число ступеней велико (в некоторых случаях достигает 75 - 100).

Реактивные турбины также нередко выполняются в виде радиальных турбин, в которых поток пара идет в направлении, перпендикулярном валу (Рис. 3).» [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства, 1964]

 

Рис. 3 Схематический чертеж радиальной турбины 1, 2 - диски турбины; 3 - паропроводы свежего пара; 4, 5 - валы турбины; 6, 7 - лопатки промежуточных ступеней

«Турбины с одними только реактивными ступенями в настоящее время почти не строят. Причина этого кроется в том, что при высоких начальных давлениях пара лопатки первых ступеней получаются слишком короткими, вследствие чего размеры радиальных зазоров получаются большими по сравнению с высотой лопаток. В связи с этим КПД части высокого давления оказывается невысоким из-за повышенных потерь на утечки через радиальные зазоры. Кроме того, в чисто реактивной турбине нельзя применять более совершенное сопловое перераспределение. Поэтому обычно прибегают к комбинированию активной части высокого давления с реактивными ступенями.

Полезно помнить, что характерным признаком, по которому можно, глядя на чертеж, сразу отличить реактивную турбину от активной со ступенями давления, является наличие у последней диафрагм, расположенных между рабочими дисками и разделяющих корпус на отдельные камеры; у реактивной же турбины между рабочими лопатками, как правило, укрепленными на барабане, диафрагм нет, а имеются только прикрепленные к корпусу неподвижные направляющие лопатки.» [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства, 1964]

 

Входные и выходные величины

 

«В паровых турбинах потенциальная энергия пара при его расширении в соплах преобразуется в кинетическую энергию движущегося с большой скоростью пара.

Используя расширение пара в турбине, мы можем получить механическую работу, эквивалентную располагаемому перепаду тепла за вычетом потерь.» [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства, 1964]

Таким образом, входными величинами являются температура и давление пара. Именно от них зависит скорость истечения пара. Чем выше до расширения были температура и давление пара, тем большую скорость истечения мы можем получить, пропуская пар через сопло правильной формы.

«Скорость истечения пара также зависит от давления в пространстве, куда он вытекает (противодавления), от формы канала (сопла), через который он вытекает.

Геометрические размеры и степень шероховатости стенок сопла также влияют на скорость истечения пара.» [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства, 1964]

Вследствие закона сохранения энергии, энергия пара на лопатках турбин преобразуется в кинетическую энергию, которая является выходным параметром реактивной паровой турбины.

 

Уравнение состояния

Из термодинамики известно, что состояние вещества однозначно определено, если известны два независимых параметра. Т.е. если известны два независимых параметра, то можно определить все другие.

Для идеального газа уравнение состояния имеет вид

 

 

где R - газовая постоянная.

Для перегретого пара это уравнение неточно, так как коэффициент R зависит от давления и температуры. Значительно точнее соблюдается зависимость

 

где k - показатель изоэнтропы: для перегретого водяного пара изменяется в пределах k= 1.26 ± 1.33 и в среднем принимается k=1.3; для сухого насыщенного пара k = 1.135. Недостаточная точность, которая получается, если пользоваться приведенными формулами, а также то обстоятельство, что при расширении пара процесс часто переходит из области перегретого в область влажного пара, когда расчет по этим формулам еще менее надежен, заставляют пользоваться таблицами водяного пара. Широкое распространение при расчетах получили также различные диаграммы водяного пара. В настоящее время взаимозависимости термодинамических свойств водяного пара представлены формулами, обеспечивающими точность согласно таблицам водяного пара или аппроксимирующие зависимости. Если предположить, что расширение пара происходит без потерь и без теплообмена с внешней средой, то этот процесс называется изоэнтропийным и изменение состояния пара подчиняется уравнению изоэнтропы

 

,

 

где индекс t характеризует в данном случае удельный объем пара при изоэнтропийном процессе.

 

Уравнение неразрывности

Рис. 5 К выводу уравнения неразрывности

Уравнение неразрывности построено на основе закона сохранения массы.

Рассмотрим канал, в котором движение сжимаемой жидкости можно считать одномерным и установившимся. Сечениями 0-0 и 1-1, перпендикулярными направлению местной скорости потока, выделим участок каната (рис. 5а). На основании закона сохранения массы и условия неразрывности течения для установившегося движения можно считать, что масса газа, поступившая в выделенный участок канала через сечение 0-0, равна массе газа, вытекающей через сечение 1-1 в единицу времени, т.е. G ₀ = G ₁ [кг/с]. При нарушении этого равенства между сечениями 0-0 и 1-1 происходило бы накопление или уменьшение количества газа и, следовательно, изменение параметров газа с течением времени, что противоречит условию установившегося движения. Расход массы газа за одну секунду в сечении 0-0 легко подсчитывается, если известны параметры потока в этом сечении - скорость с₀. удельный объем v₀, а также площадь поперечного сечения F ₀, на основании тождественной записи объема газа, проходящего через сечение 0-0 за единицу времени: объемный расход V ₀ = G ₀ v ₀ = F ₀ с₀, откуда

 

 

В реальных условиях скорость потока по сечению канала переменная в следствии ее изменения в пограничном слое (рис. 5б), поэтому массовый расход надо определять путем интегрирования по площади канала, либо осреднив скорость и удельный объем по расходной составляющей:

 

В дальнейшем индекс осреднения будем опускать, полагая для реальных потоков, что с₁, и v₁ усреднены, а для идеальных потоков (без трения и, соответственно, без пограничного слоя) будем добавлять индекс t. Аналогично вычисляется расход массы в сечении 1-1:

 

Из равенства массовых расходов в сечениях 0-0 и 1-1 следует

 

 

В общем виде для канала уравнение неразрывности записывается в виде

 

 

Если прологарифмировать данное выражение, а затем взять производную (по длине канала G = соп st), то в дифференциальной форме это уравнение принимает вид

 

 

показывая, что приращение площади поперечного сечения канала определяется суммой приращения скорости потока и приращения удельного объема, которое зависит от термодинамического изменения состояния при истечении. Если записывается уравнение неразрывности для канала, образуемого вращающимися рабочими лопатками, то в зависимости (2.4) - (2.5) вместо скорости с подставляется скорость в относительном движении (относительная скорость) w т. е.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В ходе данной работы проведен анализ технической системы, рассмотрена ее математическая модель, проанализированы физические законы, которым подчиняются основные процессы, происходящие в реактивной паровой турбине в ходе ее функционирования. Рассмотрены преимущества и недостатки данного объекта. Подобный анализ может быть основой для разработки каких-либо программных продуктов, предназначенных для повышения качества режима функционирования объекта, его эксплуатации. 

Сейчас турбины работают на всех тепловых электростанциях, в том числе и атомных, благодаря своему высокому КПД им нет альтернативы. Турбины применяются как самые экономичные в авиации, судах, автомобилях и т.д.

 

ЦЕЛЬ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

 

Целью курсовой работы является овладение навыками сбора, обработки и систематизации научно-технической информации по заданному направлению профессиональной деятельности, изучения специальной литературы, анализа достижений отечественной и зарубежной науки и техники в области профессиональной деятельности.

ЗАДАНИЕ

Исследовать математическую модель системы управления (объект управления - реактивная паровая турбина).

модель величина техническая система турбина

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение

. Анализ технической системы

Наименование системы

Область применения

 Назначение системы

 Структура системы

Принцип действия системы, протекающие в ней процессы

. Математическая модель технической системы

 Входные и выходные величины

Взаимодействие системы с внешней средой

Величины, характеризующие режим функционирования системы

Способы воздействия на систему

Физические законы, которым подчиняются процессы, протекающие в системе

Заключение

Перечень использованных источников

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Огромное значение для энергетики и электрификации имело изобретение и распространение паровых турбин. Принцип их действия был подобен гидравлическим, с той, однако, разницей, что гидравлическую турбину приводила во вращение струя воды, а паровую - струя разогретого пара. Точно так же, как водяная турбина представляла собой новое слово в истории водяных двигателей, паровая продемонстрировала новые возможности парового двигателя.

В конце XIX столетия была построена многоступенчатая турбина, у которой расширение пара производилось в каналах, образуемых лопатками неподвижных и подвижных лопаточных венцов, т. е. как в соплах, так и на рабочих лопатках. Именно такая турбина получила развитие под названием реактивной турбины.

В 1884г. английский инженер Чарльз Парсонс предложил многоступенчатую реактивную турбину, расширение пара в которой происходило не в одной, а в ряде следующих друг за другом ступеней, причем не только в сопловых (неподвижных), но и в рабочих (вращающихся) решетках (Рис. 1), благодаря чему стала возможна работа машины со значительно меньшими, чем в активной турбине, скоростями пара на выходе из сопловых решеток и соответственно с меньшими окружными скоростями рабочих лопаток.

 

Рис. 1

В конце XIX в. в связи с развитием электрических машин и широким внедрением электроэнергии развитие паротурбостроения пошло быстрыми темпами. Первые паровые турбины в России начали выпускать в 1907 г. на Металлическом заводе в Петербурге.

На протяжении всей истории развития турбостроения прослеживается линия на повышение экономичности паротурбинных установок и паровых турбин, а также увеличения единичной мощности энергетических турбин. В настоящее время как для станций на органическом топливе, так и для атомных электростанций, максимальная единичная мощность паровых турбин находится на уровне 1000-1200 МВт.

 

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Наименование системы

 

Реактивная паровая турбина.

 

Область применения

 

«Современная энергетика основывается на централизованной выработке электроэнергии. Генераторы электрического тока, устанавливаемые на электрических станциях, в подавляющем большинстве приводятся паровыми турбинами. Доля энергии, производимой в нашей стране тепловыми и атомными электростанциями, где применяются паровые турбины, составляет 83 - 85%.

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

Использование в энергетике другой тепловой турбины - газовой - не привело к вытеснению паровых турбин. Собственно газовые турбины нашли применение как пиковые агрегаты, работающие в течение года относительно мало времени. В суммарной выработке электроэнергии они занимают небольшую долю, не превышающую 1 - 2%. В тоже время комбинации газовой и паровой турбины, так называемые парогазовые установки, весьма перспективны, поскольку они могут обеспечить наивысший КПД теплосилового цикла, т.е. производство электроэнергии с минимальным расходом топлива.» [Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин. Книга 1. - М.: Энергоатомиздат, 1993.]

«Преимущества паровой турбины по сравнению с поршневыми двигателями, в частности с паровой машиной, заключаются в благоприятных динамических условиях работы (равномерность вращения и уравновешенность сил инерции), быстроходности, компактности, возможности осуществления весьма крупных мощностей в одном агрегате. От двигателей внутреннего сгорания паровая турбина, кроме того, выгодно отличается, как и паровая машина, возможностью использования любого топлива для получения пара (в паровых котлах), в том числе местных видов его, что имеет большое народнохозяйственное значение. Поэтому крупные паровые турбины являются основными двигателями электростанций. Кроме того, паровые турбины часто используются в качестве привода для компрессоров, для освещения поездов и т. п.» [Врашев С.П., Летник А.Л., Шифрин Д.М., Машиноведение, -М.: МАШГИЗ, 1954]

Таким образом, реактивные паровые турбины применяются главным образом в области энергетики (в том числе и на АЭС), а также в качестве привода для разнообразных устройств, таким образом, может считаться достаточно универсальным устройством, применяется в разных отраслях промышленности. Кроме того, применяется на транспорте.

 

Назначение системы

 

Реактивная паровая турбина- это машина, в которой происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую работу.

Основным назначением реактивных паровых турбин является выработка тепловой и электрической энергии.

Кроме того, конкретные модели реактивных паровых турбин могут быть предназначены для привода компрессоров, нагнетателей, насосов, вентиляторов и других механизмов собственных нужд вместо электропривода, а также электрогенераторов для собственного производства электроэнергии. Отработавший в турбине пар используется для технологических нужд и теплоснабжения.

Эффективное управление энергетическим хозяйством предусматривает рациональное использование ресурсов и применение энергосберегающих технологий. Внедрение паровых турбин малой мощности (от 100 кВт до 1000 кВт), предназначенных для утилизации избыточной энергии водяного пара от паровых котлов является активной мерой по энергосбережению. Паровые турбины могут использоваться во всех энергосистемах, имеющих источники пара - это предприятиях различных отраслей, таких как металлургические производства, имеющие контур охлаждения, химические и фармацевтические заводы, использующие систему выпаривания, многочисленные котельные и во многих других местах.

 

Структура системы

 

«Паровая турбина является двигателем, в котором потенциальная энергия пара превращается в механическую работу вращающегося ротора по преодолению сил сопротивления приводимой машины (электрического генератора, питательного насоса, компрессора, вентилятора и др.).

Всякая турбина состоит из неподвижных и вращающихся частей. Совокупность всех неподвижных частей принято называть статором турбины, а вращающихся - ротором.» [Беляев Л.А., Турбины тепловых и атомных электрических станций, Томск, 2009]

«Паровая турбина состоит из следующих основных частей и механизмов: фундаментной плиты, корпуса (цилиндра) с направляющими аппаратами, диафрагмами и уплотнениями, подшипников, ротора, механизма регулирования, системы смазки.» [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства, 1964]

«Паровая турбина относится к числу ротативных лопаточных двигателей. Ротативными называются такие машины, в которых движение получается сразу во вращательной форме. Основная часть таких машин - ротор, представляющий собой вал, на который надсажены диски. В лопаточных машинах диски ротора снабжены по окружности лопатками (изогнутыми пластинками). Лопатки паровой турбины получают энергию от непрерывно протекающего по ним пара и передают ее через диски на вал, с которого она поступает к потребителю (например, к электрическому генератору). Следует заметить, что от гидротурбины паровая турбина конструктивно отличается весьма существенно, но газовая турбина близка к паровой.

 

Рис. 2 Ротор простейшей паровой турбины

 

Ротор простейшей паровой турбины показан на рис. 2: вал - 1, диск - 2, рабочие лопатки - 3. Рядом с диском укреплено сопло - 4, в котором струя пара получает необходимую по величине и направлению скорость.

Сопловой аппарат, состоящий из группы сопел, и венец рабочих лопаток (т.е. совокупность лопаток, занимающих окружность диска) образуют одну ступень давления. Обычно турбина состоит из нескольких последовательно расположенных ступеней давления, одноступенчатыми же выполняются лишь турбины малой мощности.

Преимущества паровой турбины по сравнению с поршневыми двигателями, в частности с паровой машиной, заключаются в благоприятных динамических условиях работы (равномерность вращения и уравновешенность сил инерции), быстроходности, компактности, возможности осуществления весьма крупных мощностей в одном агрегате. От двигателей внутреннего сгорания паровая турбина, кроме того, выгодно отличается, как и паровая машина, возможностью использования любого топлива для получения пара (в паровых котлах), в том числе местных видов его, что имеет большое народнохозяйственное значение. Поэтому крупные паровые турбины являются основными двигателями электростанций. Кроме того, паровые турбины часто используются в качестве привода для компрессоров, для освещения поездов и т. п.» [Врашев С.П., Летник А.Л., Шифрин Д.М., Машиноведение, -М.: МАШГИЗ, 1954]

«Совокупность неподвижной сопловой решетки, закрепленной в сопловых коробках или диафрагмах, со своей вращающейся рабочей решеткой, закрепленной на следующем по ходу пара диске, принято называть ступенью турбины.» [Беляев Л.А., Турбины тепловых и атомных электрических станций, Томск, 2009]

  «В каждой сопловой решетке поток пара ускоряется в сопловых каналах специально выбранного профиля и приобретает необходимое направление для безударного входа в каналы между рабочими лопатками. Усилия, развиваемые потоком пара на рабочих лопатках, вращают диски и связанный с ними вал. который передает вращающий момент ротора турбины на приводимую машину (генератор, воздуходувку и др.).

По мере понижения давления пара при прохождении от первой к последней ступени удельный объем его сильно растет, что требует увеличения проходных сечений сопловых и рабочих решеток и соответственно высоты лопаток и среднего диаметра ступеней.

К переднему торцу ротора прикреплен приставной конец вала, на котором установлены бойки двух предохранительных выключателей (датчики автомата безопасности 22), воздействующие на стопорный и регулирующие клапаны, которые прекращают доступ пара в турбину при повышении частоты вращения ротора на 10-12 % по сравнению с расчетной. Приставной конец вала с помощью гибкой муфты соединен с валом главного масляного насоса, корпус которого своим всасывающим патрубком прикреплен к приливу картера переднего подшипника.

Главный масляный насос предназначен для подачи масла в систему смазки подшипников турбины и генератора (при давлении 0, 15 МПа) и в систему регулирования (при давлении 2 МПа), обеспечивающую автоматическое поддержание заданной частоты вращения ротора турбины. Датчиком частоты вращения является быстроходный упругий регулятор скорости, установленный на конце вала насоса. Со стороны выхода пара ротор турбины соединен полугибкой муфтой с ротором генератора.» [Беляев Л.А., Турбины тепловых и атомных электрических станций, Томск, 2009]

«Ротор турбины выполняется в виде барабана, на котором укреплены лопатки. Направляющие лопатки укреплены в корпусе турбины. Расширение пара происходит как на неподвижных, так и на подвижных лопатках. Тепловые перепады на ступень и скорости пара невелики (от 50 до 250 м/сек), поэтому число ступеней велико (в некоторых случаях достигает 75 - 100).

Реактивные турбины также нередко выполняются в виде радиальных турбин, в которых поток пара идет в направлении, перпендикулярном валу (Рис. 3).» [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства, 1964]

 

Рис. 3 Схематический чертеж радиальной турбины 1, 2 - диски турбины; 3 - паропроводы свежего пара; 4, 5 - валы турбины; 6, 7 - лопатки промежуточных ступеней

«Турбины с одними только реактивными ступенями в настоящее время почти не строят. Причина этого кроется в том, что при высоких начальных давлениях пара лопатки первых ступеней получаются слишком короткими, вследствие чего размеры радиальных зазоров получаются большими по сравнению с высотой лопаток. В связи с этим КПД части высокого давления оказывается невысоким из-за повышенных потерь на утечки через радиальные зазоры. Кроме того, в чисто реактивной турбине нельзя применять более совершенное сопловое перераспределение. Поэтому обычно прибегают к комбинированию активной части высокого давления с реактивными ступенями.

Полезно помнить, что характерным признаком, по которому можно, глядя на чертеж, сразу отличить реактивную турбину от активной со ступенями давления, является наличие у последней диафрагм, расположенных между рабочими дисками и разделяющих корпус на отдельные камеры; у реактивной же турбины между рабочими лопатками, как правило, укрепленными на барабане, диафрагм нет, а имеются только прикрепленные к корпусу неподвижные направляющие лопатки.» [Лосев С.М. Паровые турбины и конденсационные устройства, 1964]

 

Принцип действия системы, протекающие в ней процессы

 

«В реактивных турбинах преобразование тепловой энергии в механическую энергию совершается при участии внешней кинетической энергии струи пара. В турбинах кинетическая энергия струи пара вызывает вращающий момент колеса.

12Следующая ⇒

Поделиться: