Eng Ru
Отправить письмо

Паровая турбина: принцип работы 3 разновидностей агрегата. Паротурбинная установка принцип работы


устройство своими руками, схема на 10 кВт, самодельная газовая, как сделать

Паровая турбина приносит в наши дома свет и теплоПаровая турбина приносит в наши дома свет и теплоПаровая турбина – это тепловой двигатель, который преобразует тепловую энергию из пара в энергию механическую вращения вала. Посредством паропровода нагретый свежий пар, поступая из котла, подходит к паровой турбине, после чего значительная часть высвобожденной тепловой энергии превращается в механическую работу.

Работа паровой турбины

В турбинной установке находящейся в котле, три среды: вода, пар, а также конденсат образуют такой себе замкнутый цикл. В процессе преобразования, при этом, теряется лишь небольшое количество пара и воды. Это количество воды постоянно восполняется добавкой в установку сырой воды, которая проходит предварительно через водоочиститель. Там вода подвергается обработке химическими составами, необходимыми для удаления содержащихся в воде, не нужных примесей.

Принцип работы:

  • Отработавший пар с довольно-таки пониженными давлением и температурой попадает из турбины в конденсатор.
  • Там он встречает на пути систему различных трубок, по которым непрерывно прокачивается с помощью циркуляционного насоса охлаждающая вода. Берут ее преимущественно из рек, озер или прудов.
  • Соприкасаясь с холодной поверхностью трубка конденсатора, выработавший пар конденсируется, превращаясь тем самым, в воду (конденсат).
  • Непрерывно откачиваясь из конденсатора специальным насосом, конденсат через подогреватель попадает в деаэратор.
  • Оттуда насос передает его в паровой котел.

В установке имеется также турбонаддув и подогреватель. Его функцией является необходимость сообщить конденсату добавочное количество тепла. Современные паротурбинные установки преимущественно оборудованы несколькими подогревателями. К тому же, для подогрева питательной жидкости необходима, главным образом, теплота от пара, который отбирается из промежуточных ступеней самой турбины в пределах 15-30% от совокупного расхода пара. Это дает хорошее повышение КПД установки.

Современная паровая электростанция в действии

Тепло, отработанного в турбине пара поступает в конденсатор через трубки. Количество высвобождаемого тепла велико, и, следовательно, охлаждающая вода должна быть нагрета незначительно. В виду этого, расход у мощных паротурбинных установок очень велик. Иногда он достигает до 20000 м3/час. Особенно если мощность станции 100000 кВт. В этих случаях охлаждающая вода подается циркуляционным насосам из речки и после выполнения своей функции сливается снова в реку, только ниже места забора.

Воздействие сильной струи пара на лопасти приводит вал во вращение в паровых турбинахВоздействие сильной струи пара на лопасти приводит вал во вращение в паровых турбинах

В паровых турбинах строение таково, что потенциальная энергия пара, пройдя процесс расширении в соплах, преобразуется в кинетическую энергию, способную двигаться с большой скоростью. Мощная струя пара подается на изогнутые лопатки, которые закреплены по окружности диска, насаженного на вал. Воздействие сильной струи пара на лопасти и приводит вал во вращение.

Чтобы преобразовать энергию пара в кинетическую, нужно обеспечить ему беспрепятственный выход из парогенератора, в котором он находится, по соплу, в пространство. При всем этом, давление пара необходимо выше, чем давление того самого пространства. Следует знать, что пар будет выходить с очень высокой скоростью.

Скорость выхода пара из сопла зависит от таких факторов:

  • От температуры и давления до расширения;
  • Какое давление присутствует в пространстве, в которое он вытекает;
  • Форма сопла, по которому вытекает пар, также влияет на скорость.

Вал турбины должен соединяться с валом самой рабочей машины. Какой она будет, зависит от области, в которой применяется рабочая машина. Это может быть энергетика, металлургия, приводы турбогенераторов, воздуходувные машины, компрессоры, насосы, водный и железнодорожный транспорт.

Устройство паровой турбины

Паротурбинная установка – является основным типом двигателей на современных тепловых и атомных электростанциях, которые вырабатывают 85 – 90% электроэнергии, потребляемой во всем мире.

Вид и устройство паротурбинной установкиВид и устройство паротурбинной установки

Паровые турбины отличаются большой быстроходностью. Она преимущественно равна 3000 об. мин., и имеют при этом сравнительно малые габариты и массу. В современной промышленности сегодня выпускают турбоагрегаты различных мощностей, даже такие, где в одном агрегате при высокой экономичности свыше тысячи мегаватт.

Изобретен данный агрегат очень давно. В его создании принимали участие многие ученые. В России основоположником строительства паровых турбин принято считать Поликарпа Залесова, который внедрял данные сооружения на Алтае в начале девятнадцатого века.

Паровые турбины делятся на:

  • Конденсационные;
  • Теплофикационные;
  • Специального назначения;
  • Активные;
  • Реактивные;
  • Активно-раективные.

Наиболее распространенная – конденсационная турбина – работает с выпуском отработанного пара в конденсатор с глубоким вакуумом. От промежуточных ступеней ее турбин, как правило, берется некоторое количество пара в целях регенерации. Главное назначение конденсационных установок – выработка электроэнергии.

Строение паровой турбины

Паровые турбины строят в качестве стационарных конструкций, которые используют в основном на заводских силовых установках или электростанциях, и транспортных, необходимых для работы судовых котлов.

Независимо от принципа работы, суть происходящих действий будет оставаться неизменной – струя пара, вытекающая из сопла, будет направляться на лопатки диска, имеющегося на валу, и тот приводится в действие.

Паровые турбины различают по следующим характеристикам:

  • Оборотам;
  • Количеству корпусов;
  • Направлению движения струи пара;
  • Числу валов;
  • Расположению конденсационной установки;
  • Функциональности.

Паровые турбины обеспечивают длительную выработку механической энергии при температуре охлаждающей их воды до 330 С Цельсия. Также турбины должны выполнять продолжительную надежную работу с нагрузкой номинальной от 30 до 100%. Что необходимо для регулирования распределения электрической нагрузки. Самые распространенные конденсационные турбины обязаны обеспечивать длительное действие при температуре выхлопного процесса до 700 С.

Паровая электростанция: особенности работы установки

Система регулирования работы турбины при резком сбросе мощности и отключении ТГ от сети, должна ограничивать быстрый заброс частоты вращения ее ротора, и не допустить срабатывания датчика безопасности. Работа турбины допускает возможность мгновенного сброса электронапряжения до нуля. Также турбины должны давать возможность восстановить нагрузку до исходной, или любой другой цифры в регулировочном диапазоне, при скорости не менее 10% от номинальной мощности за секунду.

Паровые турбины используют в основном на заводских силовых установках или электростанциях

Паровые турбины используют в основном на заводских силовых установках или электростанциях

Обязательные режимы работы:

  • С отключенным подогревателем высокого давления;
  • С нагрузкой в рамках собственных нужд в пределах 40 минут после сброса;
  • На холостом ходу 15 минут после сброса электро- нагрузки;
  • Для проведения испытания на холостом ходу 20 часов после пуска турбины;
  • Срок службы рабочих турбин между ремонтами должен быть не менее 4 лет;
  • Новые агрегаты имеют гарантию в 5 лет;
  • Период работы на отказ у паровой турбины не менее 6000 часов;
  • Коэффициент готовности у установки не менее 0,98.

Паровая турбина имеет срок службы более 30 лет. Исключением являются лишь быстроизнашивающиеся детали и элементы.

Паровая турбина (видео)

Паровая турбина своими руками – агрегат, который является сердцем практически любой электростанции, работает по принципу превращения энергии из паровой в механическую. Однако такую машину вполне можно сделать и в домашних условиях. Конечно же это будет мини-устройство, и скорее всего ваша самодельная турбина будет газовая или воздушная, но такая модель так же пригодится в быту как и паровая турбина для ТЭЦ. Правильно разработанные схема, чертеж и рисунок помогут вам добиться положительного результата от самоделки.

Добавить комментарий

teploclass.ru

1.2. Принцип действия пту

На Рис. 1 представлена схема паротурбинной установки.

Рис. 1. Схема паротурбинной установки

1- гребной винт, 2- редуктор, 3 - турбина, 4 - котлоагрегат,

5 - пароперегреватель, 6 - питательный насос, 7 - питательный бак,

8 - конденсационный насос, 9 - конденсатор

Пар, получаемый в котлоагрегате 4, поступает в пароперегреватель 5, а затем в турбину 3. Механическая энергия вырабатываемая турбиной, через редуктор 2 передается на гребной винт 1.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор 9. Конденсатор прокачивается забортной водой, которая и служит теплоприемником. В нем пар охлаждается и конденсируется; конденсат насосом 8 подается в питательный бак 7, из которого питательным насосом подается котлоагрегат.

Схема современного парового двухкорпусного турбозубчатого агрегата (ТЗА) приведена на Рис. 2.

Пар от котлов через маневровое устройство поступает к сопловым клапанам 1 турбины высокого давления (ТВД) 2. Маневровое устройство состоит из двух клапанов для подачи пара к турбине переднего хода и заднего хода (ТЗХ).

Пар, отработавший в ТВД по паропроводу 12, называемому ресивером попадает во входной патрубок 11, в корпус турбины низкого давления (ТНД) 10, где расположен ротор 8, а затем в конденсатор 9.

Рис. 2. Схема двухкорпусного турбозубчатого агрегата

1 - сопловые клапана, 2 - турбина высокого давления, 3 - ротор ТВД,

4, 7 - первые ступени редуктора, 5 - вторая ступень редуктора,

6 - выходной фланец редуктора, 8 - ротор ТНД, 9 - конденсатор,

10 - турбина низкого давления, 11- входной патрубок, 12 - паропровод.

Соприкасаясь с поверхностью трубок, внутри которых прокачивается вода, он превращается в конденсат, отводимый в питательную систему котла.

Передача мощности от турбины к гребному валу осуществляется посредством двухступенчатого редуктора. Крутящий момент от роторов 3 ТВД и 8 ТНД передается через соответствующие первые ступени редуктора 4 и 7, далее через общую вторую ступень 5 на выходной фланец редуктора 6, который соединен валопроводом с гребным винтом.

К конструкции судовых турбин и турбозубчатым агрегатам (ТЗА) в целом предъявляются высокие требования надежности и экономичности. При этом ТЗА должен обладать хорошими маневренными качествами, быть простым в обслуживании. Применение повышенных параметров пара по сравнению существующими, введение промежуточного перегрева пара, развитие системы подогрева питательной воды позволяет существенно повысить экономичность паротурбинной установки.

1.3. Конструкции пту Общий вид

К конструкциям современных судовых турбин и ТЗА в целом предъявляются высокие требования надежности и экономичности. При этом ТЗА должен обладать хорошими маневренными качествами, быть простым в обслуживании.

Конструкция турбоагрегата с промежуточным подогревом пара приведена на Рис. 3.

Рис. 3. Продольный разрез турбоагрегата

1 - подвод пара из вторичного пароперегревателя, 7 - подвод свежего пара, 8 - сопловая коробка ТВД, 9 - ТВД, 10 - отвод пара во вторичный пароперегреватель, 11 - концевое уплотнение, 12 - упорный подшипник, 13 - импеллер, 14 - гибкая опора, 15 - отбор пара.

Он состоит из двух корпусной турбины, трехступенчатого редуктора и конденсационной установки. Турбины высокого давления (ТВД) и турбины среднего давления (ТСД) размещены в одном корпусе, турбина низкого давления (ТНД) - в отдельном корпусе.

Турбина заднего хода (ТЗХ) отсутствует, поскольку реверсирование турбиной не предусмотрено.

ТВД-ТСД состоит из пяти активных ступеней высокого давления, после которых пар направляется в промежуточный пароперегреватель, и пяти активных ступеней среднего давления, к которым пар подводится после промежуточного перегрева. Потоки пара в ТВД-ТСД направлены от середины в противоположные стороны, что уменьшает утечки через концевые уплотнения.

Полости ступеней высокого и среднего давления разделены разъемной перегородкой с уплотнениями. Концевые части корпуса образуют выпускные патрубки.

На Рис. 4 представлена конструкция турбины низкого давления.

Рис. 4. Турбина низкого давления

1 - кормовой стул, 2 - отвод масла, 3 - зубчатая муфта, 4 - упорный подшипник,

5 - опорный подшипник, 6 - подвод пара из ТСД, 7 - ротор, 8 - концевое уплотнение,

9 - импеллер, 10 - патрубки отсоса пара от уплотнений, 11- гибкая опора,

12 - паровыпускной патрубок, 13 - диск, 14 - рабочие лопатки, 15 - диафрагмы,

16 - корпус, 17 - камера отбора пара.

Отработавший в ТВД пар по ресиверу поступает в паровпускную часть корпуса. Далее через проточную часть турбины и выходной патрубок идет в конденсатор.

Проточная часть ТНД состоит из 10 ступеней активного типа. Ротор жесткий, цельнокованый. С кормовой стороны ротора выточен гребень упорного подшипника и полумуфта, зубчатым венцом соединяющая с торсионным валом зубчатой передачи редуктора. На носовом торце укреплен импеллер, служащий для подачи импульса в систему регулирования.

studfiles.net

3 Описание тепловой схемы паротурбинной установки.

Принцип действия паровой турбины состоит в преобразовании тепловой энергии пара, которая поступает из парогенератора, в кинетическую энергию потока пара, который, воздействуя на лопасти турбины, приводит во вращение вал турбины, отдавая при этом часть своей энергии.

Перед поступлением в проточную часть паровой турбины пар проходит через специальное запорное устройство, которое называется главным стопорным клапаном. Стопорный клапан представляет собой определенное сопротивление. Преодолевая это сопротивление, пар совершает только работу трения, т.е. происходит процесс снижение давления пара без изменения энтальпии (дросселирование пара).

Эжекторы применяются для удаления воздуха из конденсатора. Работа пароструйного эжектора основана на использовании кинетической энергии струи пара, которая выходит из сопла и увлекает за собой паровоздушную смесь, поступающего из конденсатора. Тепло конденсации пара эжектора используется для подогрева конденсата турбины.

Эффективность цикла преобразования тепла в работу может быть увеличена, как мы уже описывали в введении, за счет введения регенерации, состоящей в частичной передаче тепла пара, работающего в турбине. В одной из промежуточных ступеней турбины часть вошедшего в турбину пара при давлении Ротб и энтальпии hотб, отводится в поверхностный подогреватель, через трубную систему, которого прокачивается конденсат из конденсатора.

Деаэратор предназначен для удаления растворенных в питательной воде агрессивных газов (О2 и СО2), вызывающих коррозию металлических поверхностей. Кислород и свободная углекислота попадают в питательную воду из-за присосов воздуха через неплотности в элементах регенеративной системы, находящихся под разрежением, и с добавочной водой. В результате смешения конденсата греющего пара деаэратора и основной питательной воды температура воды в деаэраторном баке близка к температуре насыщения греющего пара.

В современных турбоустановках с высоким давлением питательной воды, с которым она подается в парогенератор, устанавливают деаэраторы повышенного давления с давлением греющего пара 5,9—6,86 бар (6—7 атм), что соответствует температуре кипения воды 158—164° С. Одним из достоинств этих деаэраторов является уменьшение числа подогревателей высокого давления в тепловой схеме турбоустановки, что понижает стоимость и повышает надежность работы тепловой электростанции. Кроме основного конденсата, в деаэратор подаются: дренажи греющего пара подогревателей высокого и, в ряде случаев, низкого давления; конденсат тепловых потребителей; пар концевых уплотнений и уплотнений штоков регулирующих клапанов турбины; добавочная химически очищенная вода; дистиллят испарительной установки и др. Образовавшаяся в деаэраторе паровоздушная смесь (выпар) может быть использована в паровых эжектор например, в эжекторе отсоса, а также частично на концевых уплотнениях турбин.

Питательная вода, подаваемая питательным насосом, поступает в парогенератор, состоящий из топочной камеры и газоходов, барабана, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды, воздухоподогревателя, соединительных трубопроводов и воздуховодов. Питательная вода подогревается в водяном экономайзере и испаряется в экранных трубах. После разделения пара и воды в барабане, сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель, а перегретый пар направляется в паровую турбину.

В современных турбоустановках в целях повышения их экономичности применяют развитую систему регенерации. Представленная на схеме (рис. 2) тепловая схема относится к конденсационным паровым турбоагрегатам. Подогрев питательной воды осуществляется в трёх подогревателях высокого давления, а также в деаэраторе и двух подогревателях низкого давления, в охладителях пара рабочих эжекторов. В деаэратор направляются каскадно дренажи греющего пара первого и второго отборов. Кроме этого в деаэратор поступает химически очищенная вода (для восполнения потерь конденсата) и конденсат греющего пара подогревателей высокого давления, т.е. деаэратор питается паром второго регенеративного отбора вместе с отбором пара на подогреватель П1. Давление в деаэраторе поддерживается постоянным и регулируется игольчатым клапаном в зависимости от изменения давления в отборе. Основной конденсат из конденсатора турбины прокачивается насосом через охладители пароструйных эжекторов, затем через подогреватели низкого давления и поступает в деаэратор. Конденсат собирается в нижней части конденсатора и отводится конденсатным насосом. Конденсат рабочего пара эжекторов из охладителей отводится каскадно (т. е. последовательный: из подогревателя более высокого давления в подогреватель более низкого давления - для использования тепла более высокого потенциала) в конденсатор через U-образную сифонную трубку и смешиваются с основным конденсатом.

Питание рабочих эжекторов может осуществляться как от главной паровой магистрали, так и из линии регенеративного отбора пара высокого давления, где он перед входом в эжекторы редуцируется игольчатым вентилем обычно до давления 6 – 18 бар в зависимости от типа эжектора. Для поддержания вакуума в конденсаторе на расчетном уровне давление рабочего пара перед эжектором должно сохранятся постоянным независимо от возможных снижений давлений в паровом тракте.

Все потоки конденсата греющего пара отборов и основной питательной воды, поступающие в деаэратор, откачиваются питательным насосом.

Питательная вода нагнетается в парогенератор, где за счет теплоты сжигаемого топлива превращается в водяной пар, перегревающийся в пароперегревателе. Затем этот пар через систему стопорных и регулирующих клапанов поступает в турбину, вращающую электрогенератор. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая, в свою очередь, преобразуется в генераторе в электроэнергию. Из турбины пар поступает в конденсатор. Потом цикл повторяется.

studfiles.net

3 Описание тепловой схемы паротурбинной установки.

Принцип действия паровой турбины состоит в преобразовании тепловой энергии пара, которая поступает из парогенератора, в кинетическую энергию потока пара, который, воздействуя на лопасти турбины, приводит во вращение вал турбины, отдавая при этом часть своей энергии.

Перед поступлением в проточную часть паровой турбины пар проходит через специальное запорное устройство, которое называется главным стопорным клапаном. Стопорный клапан представляет собой определенное сопротивление. Преодолевая это сопротивление, пар совершает только работу трения, т.е. происходит процесс снижение давления пара без изменения энтальпии (дросселирование пара).

Эжекторы применяются для удаления воздуха из конденсатора. Работа пароструйного эжектора основана на использовании кинетической энергии струи пара, которая выходит из сопла и увлекает за собой паровоздушную смесь, поступающего из конденсатора. Тепло конденсации пара эжектора используется для подогрева конденсата турбины.

Эффективность цикла преобразования тепла в работу может быть увеличена, как мы уже описывали в введении, за счет введения регенерации, состоящей в частичной передаче тепла пара, работающего в турбине. В одной из промежуточных ступеней турбины часть вошедшего в турбину пара при давлении Ротб и энтальпии hотб, отводится в поверхностный подогреватель, через трубную систему, которого прокачивается конденсат из конденсатора.

Деаэратор предназначен для удаления растворенных в питательной воде агрессивных газов (О2 и СО2), вызывающих коррозию металлических поверхностей. Кислород и свободная углекислота попадают в питательную воду из-за присосов воздуха через неплотности в элементах регенеративной системы, находящихся под разрежением, и с добавочной водой. В результате смешения конденсата греющего пара деаэратора и основной питательной воды температура воды в деаэраторном баке близка к температуре насыщения греющего пара.

В современных турбоустановках с высоким давлением питательной воды, с которым она подается в парогенератор, устанавливают деаэраторы повышенного давления с давлением греющего пара 5,9—6,86 бар (6—7 атм), что соответствует температуре кипения воды 158—164° С. Одним из достоинств этих деаэраторов является уменьшение числа подогревателей высокого давления в тепловой схеме турбоустановки, что понижает стоимость и повышает надежность работы тепловой электростанции. Кроме основного конденсата, в деаэратор подаются: дренажи греющего пара подогревателей высокого и, в ряде случаев, низкого давления; конденсат тепловых потребителей; пар концевых уплотнений и уплотнений штоков регулирующих клапанов турбины; добавочная химически очищенная вода; дистиллят испарительной установки и др. Образовавшаяся в деаэраторе паровоздушная смесь (выпар) может быть использована в паровых эжектор например, в эжекторе отсоса, а также частично на концевых уплотнениях турбин.

Питательная вода, подаваемая питательным насосом, поступает в парогенератор, состоящий из топочной камеры и газоходов, барабана, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды, воздухоподогревателя, соединительных трубопроводов и воздуховодов. Питательная вода подогревается в водяном экономайзере и испаряется в экранных трубах. После разделения пара и воды в барабане, сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель, а перегретый пар направляется в паровую турбину.

В современных турбоустановках в целях повышения их экономичности применяют развитую систему регенерации. Представленная на схеме (рис. 2) тепловая схема относится к конденсационным паровым турбоагрегатам. Подогрев питательной воды осуществляется в трёх подогревателях высокого давления, а также в деаэраторе и двух подогревателях низкого давления, в охладителях пара рабочих эжекторов. В деаэратор направляются каскадно дренажи греющего пара первого и второго отборов. Кроме этого в деаэратор поступает химически очищенная вода (для восполнения потерь конденсата) и конденсат греющего пара подогревателей высокого давления, т.е. деаэратор питается паром второго регенеративного отбора вместе с отбором пара на подогреватель П1. Давление в деаэраторе поддерживается постоянным и регулируется игольчатым клапаном в зависимости от изменения давления в отборе. Основной конденсат из конденсатора турбины прокачивается насосом через охладители пароструйных эжекторов, затем через подогреватели низкого давления и поступает в деаэратор. Конденсат собирается в нижней части конденсатора и отводится конденсатным насосом. Конденсат рабочего пара эжекторов из охладителей отводится каскадно (т. е. последовательный: из подогревателя более высокого давления в подогреватель более низкого давления - для использования тепла более высокого потенциала) в конденсатор через U-образную сифонную трубку и смешиваются с основным конденсатом.

Питание рабочих эжекторов может осуществляться как от главной паровой магистрали, так и из линии регенеративного отбора пара высокого давления, где он перед входом в эжекторы редуцируется игольчатым вентилем обычно до давления 6 – 18 бар в зависимости от типа эжектора. Для поддержания вакуума в конденсаторе на расчетном уровне давление рабочего пара перед эжектором должно сохранятся постоянным независимо от возможных снижений давлений в паровом тракте.

Все потоки конденсата греющего пара отборов и основной питательной воды, поступающие в деаэратор, откачиваются питательным насосом.

Питательная вода нагнетается в парогенератор, где за счет теплоты сжигаемого топлива превращается в водяной пар, перегревающийся в пароперегревателе. Затем этот пар через систему стопорных и регулирующих клапанов поступает в турбину, вращающую электрогенератор. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая, в свою очередь, преобразуется в генераторе в электроэнергию. Из турбины пар поступает в конденсатор. Потом цикл повторяется.

studfiles.net

Описание тепловой схемы паротурбинной установки.

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Реферат

Расчетно – пояснительная записка к курсовой работе содержит 20 листов ; 1 рисунка, на котором изображена: принципиальная схема паротурбинной установки; h-s-диаграмму; 1 таблицу с основными расчетными параметрами регенеративной схемы по пару и воде и 5 источников информации согласно перечню ссылок.

Графическая часть курсовой работы состоит из одного листа формата А1.

В данной курсовой работе мы проводим тепловой расчет паровой турбины, для этого мы расчитываем параметры основных элементов принципиальной схемы паротурбинной установки и проводим предварительное построение теплового процесса расширения пара в турбине в h-s-диаграмме.

ПАРОВАЯ ТУРБИНА, ДЕАЭРАТОР, ЭЖЕКТОР, ПОДОГРЕВАТЕЛЬ, ДАВЛЕНИЕ, ПАР, КОНДЕНСАТ, ВОДА, H-S-ДИАГРАММА, ЭНТАЛЬПИЯ, КОНДЕНСАТОР.

 

СОДЕРЖАНИЕ:

1. Реферат…………………………………………………………………...

2. Введение………………………………………………………………….

3. Описание паровой схемы паротурбинной установки………………....

4. Предварительный процесс построения пара…………………………..

5. Тепловой расчет регенеративной схемы……………………………….

6. Расчет подогревателей, деэратора……………………………………....

7. Расчет ПНД и охладителя эжэкторов…………………………………...

8. Расчет экономических показателей паротурбинной установки с

регенерацией………………………………………………………………

9. Выводы…………………………………………………………………….

10. Список используемой литературы…………………………………….....

 

 

Введение

В наши дни трудно представить себе современную электростанцию без паровой (газовой) турбины. Паровая (газовая) турбина – это двигатель в котором рабочее тело – пар (газ) последовательно преобразуется в кинетическую энергию струи, а затем в механическую работу.

В данной курсовой работе мне предстоит произвести тепловой расчет паровой турбины на экономный режим.

При проектировании паровой турбины необходимо также учитывать то, что турбина должна быть высокоэкономичной, надежной в работе, но в тоже время иметь относительно невысокие весовые и стоимостные характеристики.

Самым эффективных способов повышения экономичности паротурбинной установки является регенеративный подогрев питательной воды. Объясняется это тем, что отбираемый из промежуточных ступеней турбины пар при конденсации его в регенеративных подогревателях отдает почти все свое тепло, включая и скрытую теплоту парообразования, на подогрев питательной воды, направляемой в котельный агрегат, в то время как в турбине, например, конденсационного типа (без регенеративных отборов) значительная часть тепла (свыше 50% тепла, заключенного в топливе) теряется в конденсаторе с охлаждающей водой.

Таким образом, в турбоустановке с регенеративным подогревом питательной воды расход тепла на образование 1 кг пара меньше, чем в установке, в которой отсутствует этот подогрев. Из-за этого такие установки широко применяются в промышленности и народном хозяйстве.

Кроме того КПД и экономичность турбоустановки прежде всего определяется начальными и конечными параметрами пара. И поэтому, в зависимости от начальных параметров пара и числа точек оборотов на регенерацию относительное повышение КПД установки за счет регенерации может составлять от 8 до 15%, что сопоставимо с эффектом, получаемым за счет повышения начальных параметров пара.

 

 

Описание тепловой схемы паротурбинной установки.

 

Принцип действия паровой турбины состоит в преобразовании тепловой энергии пара, которая поступает из парогенератора, в кинетическую энергию потока пара, который, воздействуя на лопасти турбины, приводит во вращение вал турбины, отдавая при этом часть своей энергии.

Перед поступлением в проточную часть паровой турбины пар проходит через специальное запорное устройство, которое называется главным стопорным клапаном. Стопорный клапан представляет собой определенное сопротивление. Преодолевая это сопротивление, пар совершает только работу трения, т.е. происходит процесс снижение давления пара без изменения энтальпии (дросселирование пара).

Эжекторы применяются для удаления воздуха из конденсатора. Работа пароструйного эжектора основана на использовании кинетической энергии струи пара, которая выходит из сопла и увлекает за собой паровоздушную смесь, поступающего из конденсатора. Тепло конденсации пара эжектора используется для подогрева конденсата турбины.

Эффективность цикла преобразования тепла в работу может быть увеличена, как мы уже описывали в введении, за счет введения регенерации, состоящей в частичной передаче тепла пара, работающего в турбине. В одной из промежуточных ступеней турбины часть вошедшего в турбину пара при давлении Ротб и энтальпии hотб, отводится в поверхностный подогреватель, через трубную систему, которого прокачивается конденсат из конденсатора.

Деаэратор предназначен для удаления растворенных в питательной воде агрессивных газов (О2 и СО2), вызывающих коррозию металлических поверхностей. Кислород и свободная углекислота попадают в питательную воду из-за присосов воздуха через неплотности в элементах регенеративной системы, находящихся под разрежением, и с добавочной водой. В результате смешения конденсата греющего пара деаэратора и основной питательной воды температура воды в деаэраторном баке близка к температуре насыщения греющего пара.

В современных турбоустановках с высоким давлением питательной воды, с которым она подается в парогенератор, устанавливают деаэраторы повышенного давления с давлением греющего пара 5,9—6,86 бар (6—7 атм), что соответствует температуре кипения воды 158—164° С. Одним из достоинств этих деаэраторов является уменьшение числа подогревателей высокого давления в тепловой схеме турбоустановки, что понижает стоимость и повышает надежность работы тепловой электростанции. Кроме основного конденсата, в деаэратор подаются: дренажи греющего пара подогревателей высокого и, в ряде случаев, низкого давления; конденсат тепловых потребителей; пар концевых уплотнений и уплотнений штоков регулирующих клапанов турбины; добавочная химически очищенная вода; дистиллят испарительной установки и др. Образовавшаяся в деаэраторе паровоздушная смесь (выпар) может быть использована в паровых эжектор например, в эжекторе отсоса, а также частично на концевых уплотнениях турбин.

Питательная вода, подаваемая питательным насосом, поступает в парогенератор, состоящий из топочной камеры и газоходов, барабана, поверхностей нагрева, находящихся под давлением рабочей среды, воздухоподогревателя, соединительных трубопроводов и воздуховодов. Питательная вода подогревается в водяном экономайзере и испаряется в экранных трубах. После разделения пара и воды в барабане, сухой насыщенный пар поступает в пароперегреватель, а перегретый пар направляется в паровую турбину.

В современных турбоустановках в целях повышения их экономичности применяют развитую систему регенерации. Представленная на схеме (рис. 2) тепловая схема относится к конденсационным паровым турбоагрегатам. Подогрев питательной воды осуществляется в трёх подогревателях высокого давления, а также в деаэраторе и двух подогревателях низкого давления, в охладителях пара рабочих эжекторов. В деаэратор направляются каскадно дренажи греющего пара первого и второго отборов. Кроме этого в деаэратор поступает химически очищенная вода (для восполнения потерь конденсата) и конденсат греющего пара подогревателей высокого давления, т.е. деаэратор питается паром второго регенеративного отбора вместе с отбором пара на подогреватель П1. Давление в деаэраторе поддерживается постоянным и регулируется игольчатым клапаном в зависимости от изменения давления в отборе. Основной конденсат из конденсатора турбины прокачивается насосом через охладители пароструйных эжекторов, затем через подогреватели низкого давления и поступает в деаэратор. Конденсат собирается в нижней части конденсатора и отводится конденсатным насосом. Конденсат рабочего пара эжекторов из охладителей отводится каскадно (т. е. последовательный: из подогревателя более высокого давления в подогреватель более низкого давления - для использования тепла более высокого потенциала) в конденсатор через U-образную сифонную трубку и смешиваются с основным конденсатом.

Питание рабочих эжекторов может осуществляться как от главной паровой магистрали, так и из линии регенеративного отбора пара высокого давления, где он перед входом в эжекторы редуцируется игольчатым вентилем обычно до давления 6 – 18 бар в зависимости от типа эжектора. Для поддержания вакуума в конденсаторе на расчетном уровне давление рабочего пара перед эжектором должно сохранятся постоянным независимо от возможных снижений давлений в паровом тракте.

Все потоки конденсата греющего пара отборов и основной питательной воды, поступающие в деаэратор, откачиваются питательным насосом.

Питательная вода нагнетается в парогенератор, где за счет теплоты сжигаемого топлива превращается в водяной пар, перегревающийся в пароперегревателе. Затем этот пар через систему стопорных и регулирующих клапанов поступает в турбину, вращающую электрогенератор. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая, в свою очередь, преобразуется в генераторе в электроэнергию. Из турбины пар поступает в конденсатор. Потом цикл повторяется.

 

mykonspekts.ru

Судовые силовые и энергетические установки (часть 1)

 

Возможно, первый судовой двигатель появился так. Наш далекий предок, усевшись на упавшее в водный поток бревно, решил переправиться на другой берег реки. Загребая воду ладонями, как веслами, он сочетал в себе и первый двигатель - в одну «человеческую» силу - и первый движитель, которым являлись его руки. Но постепенно люди, изучив законы природы, поставили их себе на службу. Ветер, вода и, наконец, пар отчасти заменили силу мышц. На смену веслам пришел парус, а паруса начала вытеснять машина.

Идея создать паровой двигатель возникла более 2000 лет назад. Греческий ученый Герон, живший в Александрии, сконструировал оригинальную паровую машину. Значительно позже английский механик Джеймс Уатт создал паровую машину, которой суждено было стать первой судовой силовой установкой.

ПАРОХОДЫ

11 августа 1807 года принято считать днем рождения парового судна. В этот день произошло испытание парохода, построенного талантливым американским инженером Робертом Фултоном. Пароход «Клермонт» открыл регулярные рейсы по реке Гудзон между Нью-Йорком и Олбени. В 1838 году британский пароход «Great Eastern» пересек Атлантику, не поднимая парусов, хотя и имел парусное вооружение. Рост промышленности требовал корабли и суда, которые могли бы независимо от воли стихии совершать регулярные рейсы по Атлантическому и Тихому океанам. В XIX веке резко возросли размеры паровых судов, а вместе с ними и мощности паровых машин. К 90-м годам мощность их была доведена до 9000 лошадиных сил.

Постепенно паровые машины становились все более мощными и надежными. Первые судовые силовые установки состояли из поршневой паровой машины и больших маломощных котлов, отапливаемых углем.

Сто лет спустя коэффициент полезного действия (КПД) паровой силовой установки уже равнялся 30 процентам, и развивала мощность до 14720 кВт, а число обслуживающего персонала сократилось до 15 человек. Но малая производительность паровых котлов требовала увеличения их количества.

На грани двух веков паровыми машинами оборудовались в основном пассажирские суда и грузопассажирские корабли, чисто грузовыми судами были только парусники. Это объяснялось несовершенством и малой эффективностью паровой силовой установки того времени.

 

Применение появившихся в 80-х годах XIX века водотрубных котлов, которые сейчас работают на жидком топливе, улучшило эффективность паровых силовых установок. Но коэффициент полезного действия их достиг всего лишь 15 процентов, чем и объясняется прекращение постройки пароходов. Но в наше время еще можно встретить суда, приводимые в движение поршневыми паровыми машинами это речной пароход «American Queen».

 

СУДОВЫЕ ПОРШНЕВЫЕ ПАРОВЫЕ МАШИНЫ

 

поршневой паровой двигатель

 

В судовых силовых установках с паровыми машинами в качестве рабочего тела используется водяной пар. Поскольку пресную воду на судах можно перевозить только в ограниченном количестве, в данном случае применяют замкнутую систему циркуляции воды и пара. Разумеется, при работе силовой установки возникают определенные потери пара или воды, однако они незначительны и возмещаются водой из цистерны или испарителей. Упрощенная схема такой циркуляции дана на рисунке 1.

 

принцип действия паровой установки

 

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВОЙ ПАРОВОЙ МАШИНЫ

 

Рабочий пар подается в паровой цилиндр через паровые поршни. Он расширяется, давит на поршень и заставляет его скользить вниз. Когда поршень достигает своей нижней точки, парораспределительный золотник изменяет свое положение. Свежий пар подается под поршень, в то время как пар, заполнявший прежде цилиндр, вытесняется.

Теперь поршень движется в противоположном направлении. Таким образом, поршень совершает во время работы движения вверх и вниз, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма, состоящего из штока, ползуна и соединенного с коленчатым валом шатуна, преобразуются во вращательные движения коленчатого вала. Впуск и выпуск свежего и отработавшего пара регулируют клапаном. Клапан приводится в действие от коленчатого вала посредством двух эксцентриков, которые через штанги и шатун соединены с золотниковой штангой.

Перемещение шатуна с помощью переводного рычага вызывает изменение количества пара, заполнившего цилиндр за один подъем поршня, а следовательно, меняются мощность и частота вращения машины. Когда шатун находится в среднем положении, пар уже не входит в цилиндр, и паровая машина прекращает движение. При дальнейшем перемещении шатуна с помощью переводного рычага машина снова приводится в движение, на этот раз в противоположном направлении. Это обусловливает обратное движение судового движителя.

В первых судовых силовых установках применяли поршневые паровые машины, в которых расширение от входного до выходного давления и до давления в конденсаторе происходило в одном цилиндре. Принцип действия поршневой паровой машины показан на рисунке 2. Со временем стали применять машины многоступенчатого расширения. Принцип действия машины трехступенчатого расширения схематично показан на рисунке 3.

 

поршневая паровая машина

 

поршневая паровая машина трехкратного росширения

 

ЭЛЕКТРОХОДЫ

 

В 1838 году жители Петербурга могли наблюдать, как по Неве двигалась небольшая лодка без парусов, весел и трубы. Это и был первый в мире электроход, построенный академиком  Б. С. Якоби. Моторы судна потребляли энергию от аккумуляторных батарей. Изобретение ученого почти на целый век опередило мировую судостроительную науку. Но практическое применение на судах этот двигатель получил только на подводных лодках для движения в подводном положении. К недостаткам электроходов относят относительную сложность силовой установки.

 

ТУРБОХОДЫ

 

судно «Turbinia» 

 

Применение турбины в качестве главного двигателя нашло себя на судне под названием «Turbinia» водоизмещением 45 тонн, которое было спущено на воду в Англии конструктором Чарльзом Парсонсом.

Многоступенчатая паротурбинная установка состояла из паровых котлов и трех турбин, напрямую соединенных с гребным валом. На каждом гребном вале находилось по три гребных винта (система тандем). Общая мощность турбин составляла 2000 л. с. при 200 оборотов в минуту. В 1896 году во время ходовых испытаний судно «Turbinia» развило скорость 34,5 узла.

Военные моряки по достоинству оценили появление новой силовой установки. Турбину начали устанавливать на линкоры и броненосцы, а со временем стал главным двигателем почти всех пассажирских судов.

В середине XX века началась конкурентная борьба между паротурбинными и дизельными силовыми установками за применение их на больших судах для транспортировки объемных грузов, в том числе и танкерах. Первоначально на судах дедвейтом до 40000 тонн преобладали паротурбинные силовые установки, но стремительное развитие двигателей внутреннего сгорания привело к тому, что некоторые корабли и суда водоизмещением более 100000 тонн и в настоящее время оборудуются дизельными силовыми установками. Паротурбинные установки сохранились даже на крупных боевых кораблях, а также на быстроходных и больших контейнеровозах, когда мощность главного двигателя составляет 40000 л. с. и более.

 

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СУДОВОЙ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

 

паровая турбина мощностью 20000 л. с.

 

Паровая турбина относится к силовым установкам, в которых тепловая энергия подведенного пара изначально превращается в кинетическую, а только после этого используется для работы.

Паровые турбины являются гидравлическими тепловыми двигателями, у которых в отличие от поршневых паровых машин и поршневых двигателей внутреннего сгорания не требуется преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение гребного винта. За счет этого упрощается конструкция, и решаются многие технические проблемы. Кроме того, паровые турбины даже при очень большой мощности имеют сравнительно небольшие размеры, так как частота вращения ротора довольно высока и в зависимости от типа и назначения турбины составляет от 3000 до 8000 оборотов в минуту.

Использование кинетической энергии для совершения механической работы происходит следующим образом. Выходящий из расширительных устройств пар попадает на вогнутые профили лопаток, отклоняется от них, изменяет свое направление и за счет этого воздействует тангенциальной силой на ротор. В результате создается вращающий момент, который вызывает вращение ротора турбины.

Современные паровые турбины судовой силовой установки состоят обычно из двух корпусов. В одном корпусе находится ротор турбины высокого давления, а в другом - низкого. Каждая турбина состоит из нескольких ступеней, которые в зависимости от вида турбины обозначаются как ступени давления или ступени скорости. Рабочий пар последовательно проходит через неподвижные венцы расширительных устройств и венцы рабочих лопаток. Так как объем пара во время процесса расширения постоянно увеличивается, рабочие лопатки по мере падения давления должны быть длиннее.

В корпусе турбины низкого давления находятся особые венцы рабочих лопаток турбины заднего хода. Турбины главной энергетической установки на судах, гребные винты которых имеют изменяющийся шаг, не нуждаются в турбинах заднего хода. Наряду с турбинами главной энергетической установки в машинных отделениях судов устанавливают вспомогательные турбины, которые служат для привода генераторов, насосов, вентиляторов и т. д. Принцип действия ступени паровой турбины показан на рисунке 4.

 

судовая паровая турбина

В коммерческом флоте паровая турбина получила признание только после ее применения на лайнерах «Lusitania», «Мавритания» и «Aquitania» построенные в 1907 году. Эти круизные лайнеры с легкостью развивали скорость 26 узлов. Голубую ленту Атлантики - пассажирское судно «Мавритания» сохраняло за собой на протяжении 20 лет.

 

ТУРБОЭЛЕКТРОХОДЫ

 

Силовой установкой, состоящей из парового котла, турбины, генератора и электромотора, были оснащены турбоэлектроходы. Широкое применение они нашли в США. Со временем тяжелые электрогенераторы и электродвигатели постепенно были вытеснены редукторами.

Значительный интерес вызвала постройка турбоэлектрохода «Канберра». Весовые показатели не остановили конструкторов. Было подсчитано, что при мощностях от 75000 до 100000 л. с. потери энергии при применении переменного тока соизмерим с потерями в редукторе и гидравлической передаче, а отказ от ступеней заднего хода даже увеличил экономические показатели силовой установки. Как правило, турбоэлектроходами считаются только крупные суда, чаще - пассажирские.

При меньших мощностях более целесообразно применять редукторные передачи, потери в которых составляют лишь 1,5 - 4 процента.

 

 

AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDetect languageDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatinLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUkrainianUrduVietnameseWelshYiddish⇄AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatinLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianRussianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUkrainianUrduVietnameseWelshYiddish

English (auto-detected) » Russian

 

korabley.net

Паровая турбина — как сделать своими руками. Жми!

Применение пара на практике довольно известно в промышленных целях, поскольку паровые турбины уже давно используют данный принцип.

Именно такое оборудование работает на ТЭЦ и электростанциях. Правда, для некоторых мастеровых людей не составляет особой трудности сделать их аналоги скромных размеров в домашних условиях.

Принцип функционирования

Схема работы паровой турбины. (Для увеличения нажмите)

Дело в том, что паровая турбина по большому счету это часть специального механизма, основная задача которого преобразование энергии пара в электрическую или тепловую.

Технологически весь процесс выглядит следующим образом:

  1. При сжигании различных видов топлива в топке вода превращается в пар.
  2. При дальнейшем перегреве пара до 435 ºС и давлении 3.43 МПа пар по трубам передается на турбину, где при помощи особых частей происходит его равномерное распределение по соплам.
  3. С сопел пар подается на специальные лопатки изогнутой формы, что крепятся на валу, из-за этого они вращаются, в результате чего кинетическая энергия трансформируется в механическую.
  4. Вал генератора является «электродвигателем» наоборот и вращается при помощи ротора турбины, и это позволяет вырабатывать электричество.
  5. Далее пар в конденсаторе при контакте с холодной водой опять превращается в воду, которую насосы снова закачивают на разогрев.

Как соорудить мини-паротурбину своими руками

В Сети можно столкнуться с большим количеством вариантов, в которых рассматривается самодельный способ изготовления данного агрегата.

Для этих целей будет использоваться обычная консервная банка, проволока из алюминия, кусочек жести, и крепежные материалы.

Перечисленные материалы позволят сделать задуманное дома, не применяя для этих целей специальное оборудование и инструмент. Данная турбина будет наглядно демонстрировать превращение энергии пара в электричество.

Процесс изготовления

В крышке банки проделывается два отверстия, в одно из которых впаивается часть трубки. Берется жесть и вырезается крыльчатка турбины и крепится к П-образной полоске.

После этого крепится полоска на другое отверстие, крыльчатка закрепляется лопастями напротив трубки.

Сооружение крепят на проволочную подставку, берут шприц с водой и ее заполняют, а снизу зажигают сухое топливо. Из трубки будет вырываться струя пара, что приведет в движение импровизированный ротор.

Правда, мощности такой турбины ни на что не хватит, поскольку кпд ее очень низкий. Она может рассматриваться только в качестве макета для того, чтобы понять принцип работы оборудования.

Изготовление небольшого генерирующего устройства электроэнергии своими руками

Для этих целей вполне подойдет компьютерный кулер, из которого для изготовления крыльчатки будет сооружена маломощная турбина.

С кулера следует снять электрический двигатель и установить на одной оси с крыльчаткой.

Полученное устройство следует монтировать в круглом алюминиевом корпусе. За основу берется крышка чайника, а точнее ее диаметр.

В его дне проделывают отверстие, куда при помощи паяльника монтируется трубка, из которой делают змеевик. Противоположный конец трубки следует подвести к лопаткам крыльчатки, благодаря чему конструкция и работает.

Змеевик – это наиболее важная часть всего устройства. Для его изготовления лучше использовать проволоку из меди, правда с учетом малой толщины и постоянным перегревом она имеет небольшой срок эксплуатации. Поэтому, оптимально в устройство ставить нержавеющую трубку.

Функционирование самодельного парового оборудования и его особенности

Итак, мини-электрическая машина готова и можно приступать к ее проверке.

Залив воду в чайник и поставив его на плиту замечаем, что при закипании образуется пар, энергии которого хватит для зарядки мобильного телефона или работы светодиодной лампочки.

Характерно, что в домашних условиях подобная электростанция может использоваться, как игрушка, поскольку ввиду малой мощности электричества его не хватит для работы оборудования или бытовой техники.

Стоит отметить: если вы отправляетесь в многодневный поход и возьмете с собой данное оборудование, то по достоинству сможете оценить все плюсы, которые оно дает. Например, вы сможете подзарядить аккумулятор мобильного телефона, фотоаппарата или других гаджетов.

К сожалению, дома сооружение паровой турбины, мощность которой будет порядка 500 Вт и более очень сложно и сопряжено с большими денежными затратами.

Смотрите видео, в котором опытный пользователь демонстрирует возможности и устройство паровой турбины, изготовленной своими руками:

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

teplo.guru


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта