A gőzturbina olyan turbina , amelyben vízgőzt használnak munkaközegként , amelyet gőzkazánokban történő víz melegítésével nyernek . [egy]
A gőzturbina a gőzturbina üzem (STP) egyik eleme .
Egy gőzturbina és egy elektromos generátor alkot egy turbinaegységet .
A gőzturbina két fő részből áll. A lapátokkal ellátott rotor a turbina mozgó része. A fúvókákkal ellátott állórész fix alkatrész.
A gőzáramlás iránya szerint megkülönböztetünk axiális gőzturbinákat, amelyekben a gőzáramlás a turbina tengelye mentén mozog, és radiálist , amelyben a gőzáramlás iránya merőleges , és a rotorlapátok párhuzamosak a turbina tengelye mentén. forgástengely.
A hengerek száma szerint a turbinákat egyhengeresre és két-három-, négy-öthengeresre osztják. A többhengeres turbina lehetővé teszi a nagy rendelkezésre álló termikus entalpia -különbségek kihasználását nagyszámú nyomásfokozatok befogadásával, kiváló minőségű anyagok felhasználását a nagynyomású részeken, valamint a gőzáram megosztását a közepes és alacsony nyomású részeken. Egy ilyen turbina drágábbnak, nehezebbnek és összetettebbnek bizonyul. Ezért a többkazettás turbinákat nagy teljesítményű gőzturbinás üzemekben használják.
A tengelyek száma szerint megkülönböztetünk egytengelyes, kéttengelyes, ritkábban háromtengelyes, közös termikus eljárással vagy közös fogaskerékkel (reduktorral) összekötött. A tengelyek elrendezése lehet koaxiális és párhuzamos is - a tengelyek tengelyeinek független elrendezésével.
A tengely elülső végén egy határérték- szabályozó (biztonsági szabályozó) van felszerelve, amely automatikusan leállítja a turbinát, ha a fordulatszám 10-12%-kal a névleges fölé emelkedik.
P1 h1 s1 - a gőz nyomása, entalpiája és entrópiája a turbina bemeneténél ;
P2 h2 s2 - a kipufogógáz nyomása, entalpiája és entrópiája a turbina kimeneténél ;
1 - gőz expanzió a turbinában ;
2 - telített gőz ;
3 - víz telített állapotban ( forrásban );
4 a kezdeti hőmérsékleti izoterma ;
5 a végső hőmérsékleti izoterma ;
6 a kezdeti nyomás izobar ;
7 a végső nyomás izobar ;
8 - kritikus pont
(a kritikus ponton a teljes víztérfogat gőzzé alakul (a víz folyékony és gázfázisa közötti különbség eltűnik).) ;
Az állandó páratartalom 9 - es görbéje .
A termikus folyamat természetétől függően a gőzturbinákat 3 fő csoportra osztják:
A kondenzációs gőzturbinák a gőz hőjének lehető legnagyobb részét mechanikai munkává alakítják át . Úgy működnek, hogy a kipufogógázt a kondenzátorba engedik ( innen a név), amelyben vákuumot tartanak fenn . A kondenzációs turbinák álló és szállítóak.
Az álló turbinákat ugyanazon a tengelyen gyártják, mint a generátorokat . Az ilyen egységeket turbógenerátoroknak nevezik . A kondenzációs turbinákkal rendelkező hőerőműveket kondenzációs erőműveknek ( CPP ) nevezik. Az ilyen erőművek fő végterméke a villamos energia . A hőenergiának csak egy kis részét használják fel az erőmű saját szükségleteire, illetve esetenként a közeli települések hőellátására . Általában ez az energiamérnökök faluja. Bebizonyosodott, hogy minél nagyobb a turbógenerátor teljesítménye, annál gazdaságosabb, és annál alacsonyabb az 1 kW beépített teljesítmény költsége. Ezért a kondenzációs erőművekben megnövelt teljesítményű turbinás generátorokat telepítenek.
Az álló turbógenerátor forgórészének fordulatszáma arányos az 50 Hertz elektromos áram frekvenciájával ( szinkrongép ). Vagyis a kétpólusú generátorokon 3000 fordulat / perc, a négypólusú generátorokon 1500 fordulat / perc. Az elektromos áram frekvenciája a szolgáltatott villamos energia minőségének egyik fő mutatója . A modern technológiák lehetővé teszik a hálózati frekvencia 0,2% -os pontosságú fenntartását (GOST 13109-97). Az elektromos frekvencia éles csökkenése a hálózatról való leválasztást és a tápegység vészleállítását vonja maga után , amiben hasonló meghibásodás figyelhető meg.
Az erőművek gőzturbinái rendeltetéstől függően lehetnek alap, állandó főterhelést hordozók; csúcs, rövid távú működés a terhelési csúcsok fedezésére; az erőmű villamosenergia-szükségletét kielégítő segédturbinák. Az alapoktól a nagy hatásfok szükséges a teljes terheléshez közel (körülbelül 80%), a csúcsoktól - a gyors indítás és az üzembe helyezés képessége, a segédturbináktól - a különleges üzembiztonság. Az erőművek gőzturbináinak flotta erőforrása 270 ezer óra, átfutási ideje 4-5 év.
A szállító gőzturbinákat fő- és segédmotorként használják hajókon és hajókon. Ismételten próbálkoztak gőzturbinákkal a mozdonyokon , azonban a gőzturbinás mozdonyokat nem alkalmazták széles körben. A nagy sebességű turbinák kis (100-500 ford./perc) fordulatszámot igénylő propellerekkel való összekapcsolásához sebességváltókat használnak . Az álló turbinákkal ellentétben (kivéve a turbófúvókat) a tengeri turbinák változó sebességgel működnek, amelyet a hajó szükséges sebessége határoz meg.
A kondenzációs turbina működési sémája: Az (1) kazánegységből a (2) gőzvezetéken keresztül friss (forró) gőz jut be a (3) gőzturbina munkalapátjaiba . Táguláskor a gőz kinetikus energiája a turbina forgórészének mechanikai forgási energiájává alakul át, amely ugyanazon a tengelyen (4) van elhelyezve egy (5) elektromos generátorral . A turbinából kilépő (gyűrött) gőz a kondenzátorba (6) kerül, amelyben a hűtőtó , hűtőtorony vagy tározó keringető vizével (7) a csővezetéken keresztül hőcserével vízállapotra hűlt. (8) , egy szivattyú (9) segítségével visszakerül a kazánegységbe . A kapott energia nagy részét villamos energia előállítására használják fel .
A kogenerációs gőzturbinákat elektromos és hőenergia egyidejű előállítására használják. Azokat a hőerőműveket, amelyekbe kapcsolt hő- és villamosenergia-gőzturbinákat telepítenek, kombinált hő- és erőműveknek ( CHP ) nevezik. A kogenerációs gőzturbinák közé tartoznak a következők:
Az ellennyomású turbináknál az összes kipufogó gőzt technológiai célokra (főzés, szárítás, fűtés) használják fel. Az ilyen gőzturbinával működő turbinaegység által termelt villamos teljesítmény a termelési igénytől vagy a gőzfűtési fűtési rendszertől függ, és ezzel együtt változik. Ezért az ellennyomású turbinát általában kondenzációs turbinával vagy elektromos hálózattal párhuzamosan üzemeltetik, amely fedezi az ebből eredő teljesítményhiányt .
A szabályozott elszívású turbinákban a gőz egy részét egy vagy két közbenső fokozatból eltávolítják, a gőz többi része pedig a kondenzátorba kerül. A légtelenítő gőz nyomását a vezérlőrendszer a megadott határokon belül tartja (a szovjet turbinákban a beállított nyomás fenntartásához a légtelenítő kamra mögött leggyakrabban egy vezérlőmembránt használnak - számos vezetőlapátot, amely egy merőleges síkban van elvágva a turbina tengelye; a lapátok egyik fele a másikhoz képest elfordul, megváltoztatva a fúvókák területét). A kiválasztás helye ( turbina fokozat ) a kívánt gőzparaméterek függvényében kerül kiválasztásra.
Az elszívásos és ellennyomású turbináknál a gőz egy részét egy vagy két közbenső fokozatból eltávolítják, és a kipufogócsőből az összes távozó gőzt a fűtési rendszerbe vagy a hálózati fűtőberendezésekbe irányítják.
A fűtőturbina működési sémája: Az (1) kazánegységből a friss (forró) gőz a gőzvezetéken (2) keresztül a (3) gőzturbina nagynyomású hengerének (HPC) munkalapátjaihoz kerül . Táguláskor a gőz kinetikus energiája a turbina forgórészének mechanikai forgási energiájává alakul át, amely az (5) elektromos generátor tengelyéhez ( 4 ) kapcsolódik . A középnyomású hengerekből történő gőztágulás során fűtőelszívásokat hajtanak végre, amelyekből a gőzt a fűtővíz (7) fűtőelemeibe ( 6 ) irányítják . Az utolsó fokozatból kilépő gőz a kondenzátorba kerül, ahol lecsapódik, majd a (8) csővezetéken keresztül a (9) szivattyú segítségével visszakerül a kazánegységbe . A kazánba kapott hő nagy részét a hálózati víz melegítésére fordítják.
A speciális célú gőzturbinák általában kohászati, gépgyártási és vegyi üzemek hulladékhőjével működnek. Ide tartoznak a gyűrött (fojtott) gőzturbinák, a kétnyomású turbinák és az áramlási irányban elhelyezett (előszoba) turbinák.
Az álló gőzturbinák gyakran szabályozott vagy nem szabályozott gőzelszívással rendelkeznek a nyomásfokozatokból regeneratív tápvízmelegítés céljából .
A speciális célú gőzturbinák nem sorozatban épülnek, mint a kondenzációs és fűtőturbinák, hanem a legtöbb esetben egyedi megrendelés alapján készülnek.
A villamosenergia-iparban kis termelőegységek alatt a 10 MW-nál kisebb teljesítményű blokkokat értjük. Jelenleg Oroszországban, csakúgy, mint a piacgazdasággal rendelkező országokban, a távoli területeken lévő vállalkozások és települések áramellátásának kérdése nagyon akut, ahol nincs központosított áramellátás. A régi dízelgyártású rendszerek ugyanis rendkívül drágává válnak a gázolaj árának emelkedésével. Az új kis- és középvállalkozások áramellátáshoz való csatlakoztatásának kérdése is olykor akut, amikor nincs számukra tartalék elektromos kapacitás. Ilyenkor mindig meg van határozva, hogy mi az olcsóbb: új hálózatokat építeni a főtávvezetékekhez és rájuk csatlakozni a helyi villamosmérnökök tarifái alapján, majd az ő áraikon kapni energiát, vagy építeni saját autonóm kiserőművet, ill. teljesen energiafüggetlen legyen. Ebben az esetben az olcsó szilárd tüzelőanyaggal működő kis gőzerőművek mindig olcsóbban tudják biztosítani az áramot, mint amennyit az energetikusok javasolnak a hálózatról kapni.
De az autonóm áramellátás ezen az útján mindig felmerül egy kis gőzerőmű költségének kérdése. A turbinával rendelkező gőzerőmű teljes méretének csökkenésével termodinamikai hatásfoka csökken, és az aggregált teljesítmény 1 kW-os ára nő. Tehát a gőzturbinás gőzerőművek ára az olasz TURBODEN gyártó ORC ciklusán körülbelül 3 ezer euró 1 kW beépített kapacitásonként. És egy ilyen drága villamosenergia-telepítés hatékonysága nagyon kicsi - csak 18%.
A szabványos, gőzturbinás kis gőzerőművek gyártására tett kísérleteket mindig is korlátozta az ilyen erőművek csekély hatékonysága. Például F. Boyko "Ipari szállító gőzmozdonyok" című könyvében az szerepel, hogy az 50-es évek közepén egy 1 kW-os gőzmozdony turbógenerátora 100 kg gőzt fogyasztott 1 kWh teljesítményenként (hatékonyság - 1%% ), valamint a P. Chernyaev „Hajóerőművek és működésük” (egyetemi tankönyv) című könyvében szerepel, hogy a 70-es évek közepén a fő turbinás gőzerőművek 35%-os hatásfokot értek el, de a kishajós gőz. A 15-50 kW teljesítményű erőművek (kiegészítő hajómechanizmusok hajtásához) óránként 30 kg gőzt fogyasztanak 1 kW teljesítményenként, ami 5-ször rosszabb, mint a főgép. A kis turbinák számára a nagy turbinákra jellemző nagy hatásfok elérésének nehézsége a fúvókákból kiáramló gőz sebességének és a turbinalapátok kerületi sebességének arányának változásában rejlik, mivel a turbinák átmérője a kis turbinák rotorjai csökkennek. Éppen ezért a kis gőzturbinákat ritkán alkalmazzák az autonóm, elosztott energiatermelésben.