En dampturbine er en turbine , hvori vanddamp bruges som arbejdsvæske , opnået ved opvarmning af vand i dampkedler . [en]
En dampturbine er et af elementerne i et dampturbineanlæg (STP).
En dampturbine og en elektrisk generator udgør en turbinenhed .
Dampturbinen består af to hoveddele. Rotoren med vinger er den bevægelige del af turbinen. Statoren med dyser er en fast del.
I henhold til dampstrømmens retning skelnes der mellem aksiale dampturbiner, hvor dampstrømmen bevæger sig langs turbinens akse, og radial , hvor retningen af dampstrømmen er vinkelret , og rotorbladene er parallelle med rotationsakse.
Ifølge antallet af cylindre er turbiner opdelt i en-cylindrede og to-tre-, fire-fem-cylindrede. Den flercylindrede turbine tillader brugen af store tilgængelige termiske entalpiforskelle ved at rumme et stort antal tryktrin, brugen af materialer af høj kvalitet i højtryksdelene og opsplitning af dampstrømmen i mellem- og lavtryksdelene. Sådan en turbine viser sig at være dyrere, tung og kompleks. Derfor bruges multi-kassette-turbiner i kraftige dampturbineanlæg.
I henhold til antallet af aksler skelnes enkeltakslet, toakslet, sjældnere treakslet, forbundet med en fælles termisk proces eller et fælles gear (reducer). Arrangementet af akslerne kan være både koaksialt og parallelt - med et uafhængigt arrangement af akslerne.
I den forreste ende af akslen er der monteret en grænseregulator (sikkerhedsregulator), som automatisk stopper turbinen, når omdrejningstallet stiger med 10-12 % over den nominelle.
P1 h1 s1 - tryk, entalpi og entropi af damp ved turbineindløbet ;
P2 h2 s2 - tryk, entalpi og entropi af udstødningsdampen ved turbinens udløb ;
1 - dampekspansion i turbinen ;
2 - mættet damp ;
3 - vand i en tilstand af mætning ( kogende );
4 er initialtemperaturisotermen ; _
5 er sluttemperaturisotermen ;
6 er starttrykket isobar ;
7 er sluttrykket isobar ;
8 - kritisk punkt
(på det kritiske punkt omdannes hele mængden af vand til damp (forskellen mellem vandets flydende og gasformige fase forsvinder).) ;
9 - kurve med konstant dampfugtighed .
Afhængigt af arten af den termiske proces er dampturbiner opdelt i 3 hovedgrupper:
Kondenserende dampturbiner bruges til at omdanne den størst mulige del af dampvarmen til mekanisk arbejde . De arbejder med frigivelsen (udstødningen) af udstødningsdampen ind i kondensatoren (deraf navnet), hvor der opretholdes et vakuum . Kondenserende turbiner er stationære og transporterer.
Stationære turbiner fremstilles på samme aksel som generatorer . Sådanne enheder kaldes turbogeneratorer . Termiske kraftværker, der har kondenserende turbiner, kaldes kondenskraftværker ( CPP'er ). Det vigtigste slutprodukt af sådanne kraftværker er elektricitet . Kun en lille del af den termiske energi bruges til kraftværkets egne behov og nogle gange til at levere varme til en nærliggende bebyggelse . Normalt er dette en landsby af kraftingeniører. Det er bevist, at jo større turbogeneratorens effekt er, jo mere økonomisk er den, og jo lavere er prisen på 1 kW installeret effekt. Derfor installeres turbinegeneratorer med øget effekt på kondenskraftværker.
Rotorhastigheden af en stationær turbogenerator er proportional med frekvensen af den elektriske strøm 50 Hertz ( synkron maskine ). Det vil sige på topolede generatorer henholdsvis 3000 o/min, på firepolede generatorer henholdsvis 1500 o/min. Frekvensen af den elektriske strøm er en af hovedindikatorerne for kvaliteten af den tilførte elektriske energi . Moderne teknologier gør det muligt at opretholde netværksfrekvensen med en nøjagtighed på 0,2% (GOST 13109-97). Et kraftigt fald i den elektriske frekvens medfører en afbrydelse fra netværket og et nødstop af kraftenheden , hvor en lignende fejl observeres.
Afhængigt af formålet kan dampturbiner i kraftværker være grundlæggende og bære en konstant hovedbelastning; spidsbelastning, kortsigtet drift for at dække belastningsspidser; hjælpemøller, der opfylder kraftværkets behov inden for el. Fra de grundlæggende kræves høj effektivitet ved belastninger tæt på fuld (ca. 80%), fra spidsbelastninger - evnen til hurtigt at starte op og sætte i drift, fra hjælpeturbiner - særlig driftssikkerhed. Dampturbiner til kraftværker har en flådressource på 270 tusind timer med en ekspeditionstid på 4-5 år.
Transportdampturbiner bruges som hoved- og hjælpemotorer på skibe og skibe. Der blev gjort gentagne forsøg på at bruge dampturbiner på lokomotiver , men dampturbine -lokomotiver blev ikke brugt meget. For at forbinde højhastighedsturbiner med propeller , der kræver en lille (fra 100 til 500 rpm) hastighed, anvendes gearreduktionsgear . I modsætning til stationære turbiner (undtagen turboblæsere) opererer marineturbiner med en variabel hastighed, bestemt af fartøjets påkrævede hastighed.
Skema for drift af kondensatorturbinen: Frisk (varm) damp fra kedelenheden (1) gennem dampledningen (2) kommer ind i dampturbinens arbejdsblade (3) . Ved ekspansion omdannes dampens kinetiske energi til mekanisk rotationsenergi af turbinerotoren, som er placeret på samme aksel (4) med en elektrisk generator (5) . Udstødningsdampen (krøllet) fra turbinen sendes til kondensatoren (6) , hvori, efter at være afkølet til vandtilstanden ved varmeveksling med det cirkulerende vand (7) i køledammen , køletårnet eller reservoiret gennem rørledningen (8) , sendes den tilbage til kedelenheden ved hjælp af en pumpe (9) . Det meste af den modtagne energi bruges til at producere elektricitet.
Kogenerationsdampturbiner bruges til samtidig produktion af elektrisk og termisk energi. Termiske kraftværker, hvori der er installeret kraftvarme- og dampturbiner, kaldes kombinerede varme- og kraftværker ( CHP ). Kogenerationsdampturbiner omfatter turbiner med:
Til modtryksturbiner bruges al udstødningsdamp til teknologiske formål (madlavning, tørring, opvarmning). Den elektriske effekt, der udvikles af en turbinenhed med en sådan dampturbine, afhænger af behovet for produktion eller varmesystemet til opvarmning af damp og ændringer sammen med det. Derfor drives modtryksturbinen normalt parallelt med en kondenserende turbine eller elnet, som dækker den resulterende strømmangel .
I turbiner med kontrolleret udsugning fjernes en del af dampen fra et eller to mellemtrin, og resten af dampen går til kondensatoren. Udluftningsdampens tryk holdes inden for de specificerede grænser af styresystemet (i sovjetiske turbiner bruges oftest en styremembran bag udluftningskammeret for at opretholde det indstillede tryk - et antal ledeskovle skåret langs et plan vinkelret på turbinens akse; den ene halvdel af vingerne roterer i forhold til den anden, hvilket ændrer dysernes område). Valgstedet ( turbinetrin ) vælges afhængigt af de nødvendige dampparametre.
For turbiner med udsugning og modtryk fjernes en del af dampen fra et eller to mellemtrin, og al udstødningsdamp ledes fra udstødningsrøret til varmesystemet eller til netværksvarmerne.
Driftsskema for varmeturbinen: Frisk (varm) damp fra kedelenheden (1) ledes gennem damprørledningen (2) til arbejdsbladene på højtrykscylinderen (HPC) i dampturbinen (3) . Ved ekspansion omdannes dampens kinetiske energi til mekanisk rotationsenergi af turbinerotoren, som er forbundet med akslen (4) på den elektriske generator (5) . I processen med dampudvidelse fra mellemtrykscylindrene laves varmeudtræk, og fra dem ledes dampen til varmelegemerne (6) af opvarmningsvandet (7) . Udstødningsdampen fra sidste trin kommer ind i kondensatoren, hvor den kondenseres, og derefter sendes den tilbage gennem rørledningen (8) til kedelenheden ved hjælp af pumpen (9) . Det meste af den varme, der modtages i kedlen, bruges til at opvarme netværksvandet.
Dampturbiner til specielle formål opererer normalt på spildvarme fra metallurgiske, maskinbygnings- og kemiske anlæg. Disse omfatter sammenkrøllede (droslede) dampturbiner, to-tryksturbiner og opstrøms (foregangs) turbiner.
Ofte har stationære dampturbiner kontrollerede eller ukontrollerede dampudtræk fra tryktrin til regenerativ fødevandsopvarmning .
Dampturbiner til specielle formål bygges ikke i serie, som kondens- og varmeturbiner, men i de fleste tilfælde fremstilles de efter individuelle ordrer.
I elkraftindustrien forstås små produktionsenheder som enheder med en kapacitet på mindre end 10 MW. På nuværende tidspunkt, i Rusland, som i andre lande med en markedsøkonomi, er spørgsmålet om strømforsyning til virksomheder og bosættelser i fjerntliggende områder, hvor der ikke er nogen centraliseret strømforsyning, meget akut. For de gamle ordninger med dieselproduktion bliver ekstremt dyre i takt med, at prisen på dieselolie stiger. Spørgsmålet om at tilslutte nye små og mellemstore virksomheder til strømforsyningen er nogle gange også akut, når der ikke er reserver af elektrisk kapacitet til dem. I dette tilfælde bestemmes det altid, hvad der er billigere: at bygge nye netværk til de vigtigste krafttransmissionslinjer og oprette forbindelse til dem til lokale elingeniørers tariffer og derefter modtage energi til deres priser, eller bygge dit eget autonome lille kraftværk og være fuldstændig energiuafhængig. I dette tilfælde kan små dampkraftværker, der kører på billigt fast brændsel, altid levere elektricitet billigere, end elingeniørerne foreslår at modtage fra netværket.
Men på denne vej med autonom strømforsyning er der altid spørgsmålet om prisen på et lille dampkraftværk. Med et fald i de overordnede dimensioner af et dampkraftværk med en turbine, falder dets termodynamiske effektivitet, og prisen pr. 1 kW samlet effekt stiger. Så prisen for dampkraftværker med dampturbiner på ORC-cyklussen af den italienske producent TURBODEN er omkring 3 tusinde euro pr. 1 kW installeret kapacitet. Og effektiviteten af en så dyr installation til elektricitet er meget lille - kun 18%.
Forsøg på at lave standard små dampkraftværker med dampturbiner har altid været begrænset af sådanne anlægs ringe effektivitet. For eksempel er det i bogen af F. Boyko "Industrielle transport damplokomotiver" angivet, at i midten af 50'erne forbrugte turbogeneratoren til et 1 kW damplokomotiv 100 kg damp pr. 1 kWh strøm (effektivitet - 1%% ), og i bogen P. Chernyaev "Ship power plants and their operation" (lærebog for universiteter) - er det angivet, at i midten af 70'erne nåede de vigtigste dampkraftværker med turbiner en effektivitet på 35%, men små skibsdamp kraftenheder med en kapacitet på 15 - 50 kW (til kørsel af hjælpeskibsmekanismer) forbrugte op til 30 kg damp i timen pr. 1 kW effekt, hvilket er 5 gange værre end hovedmaskinen. Vanskeligheden for små turbiner med at opnå høje virkningsgradsværdier, som er typiske for store turbiner, ligger i ændringen i forholdet mellem hastighederne af dampen, der strømmer ud af dyserne og turbinebladenes periferihastigheder, da diametrene af rotorer på små turbiner falder. Det er grunden til, at små dampturbiner sjældent bruges til autonom, distribueret elproduktion.