Принцип работы паровой турбины

Активный принцип

Так как кинетическая энергия тела пропорциональна квадрату скорости его движения, то даже тела с очень малой массой, но движущиеся с большими скоростями могут обладать большой кинетической энергией. С другой стороны, кинетическая энергия чрезвычайно быстро уменьшается при уменьшении скорости движения тела. По закону сохранения энергии всякое тело, движущееся с некоторой скоростью и задержанное в своем движении должно отдать при этом всю ту энергию, которую нужно было затратить, чтобы сообщить ему скорость, с которой оно двигалось.

При ударе струи о плоскую поверхность, перпендикулярную направлению движения струи, можно предположить два возможных случая:

а) Поверхность закреплена неподвижно; тогда кинетическая энергия задержанной в своем движении струи частично превратится в тепловую энергию, а частично будет расходоваться на отбрасывание частиц жидкости в стороны и в обратном направлении, на образование вихрей в струе и на разрушение поверхности. Никакой полезной работы при этом не будет совершено вследствие неподвижности поверхности.

б) Поверхность может перемещаться (рис 6,а); тогда кинетическая энергия частично превратится в работу перемещения поверхности, которую можно полезно использовать, а частично будет затрачена бесполезно (как и при неподвижной поверхности).

Очевидно, что в паровой турбине потеря энергии, то есть та часть энергии, которая не превращается в полезную работу, должна быть минимальной; кроме того, струя пара не должна повреждать поверхностей лопаток, на которые она направлена. Достигнуть этого при ударном действии струи нельзя; фурма лопаток турбины должна быть выбрана такой, чтобы струя пара, выходящая из сопла, плавно вступала на лопатки и передавала им наибольшую возможную часть своей энергии.

Путем расчета и опытов было найдено, что поверхности тела, на которую направлена струя, следует придать такую форму, чтобы направленная на него струя совершала поворот и меняла направление своего движения на прямо противоположное (рис. 6,б).

Законы механики так объясняют взаимодействие между струей и предметом. На предмет (лопатку) действует со стороны движущейся криволинейно струи центробежная сила; она распределена по поверхности лопатки, оказывает на нее давление и заставляет перемещаться и совершать работу.

На (рис. 7) изображена полукруглая лопатка. Предположим, что на нее направлена струя пара. Каждая частица пара действует на лопатку с силой, равной центробежной силе и направленной по нормали к поверхности лопатки, то есть по линии, соединяющей центр А полуокружности лопатки с центром тяжести частицы. Рассмотрим три такие частицы а, b, и с. Центробежные силы Р, возникающие от частиц а и с, по законам механики можно разложить на силы Р₁, напралвенные вертикально, и на силы Р₂, направленные горизонтально. Вертикальные силы Р₁ направлены во взаимно противоположные стороны и, будучи равными по величине, взаимно уничтожаются, то есть не оказывают влияния на движение лопатки.

Горизонтальные силы Р₂ становятся тем больше, чем ближе частица расположена к точке В, в которой Р₂=Р₁, а Р₁=0. Сумма сил Р₂ представляет собой ту силу, которая заставляет перемещаться лопатку вправо; помножив эту силу на путь, пройденный лопаткой, мы получим полезную работу, совершенную струей пара. При каких условиях эта работа будет максимально малой, мы рассмотрим ниже

На практике струя обычно направлена под некоторым углом к направлению движения лопаток (рис. . Профили лопаток не представляют собой полуокружностей; они образуются отрезками кривых и прямых линий так, чтобы было обеспечено безударное вступление струи пара и высокое использование ее скорости.

Пароводяная циркуляционная система судовой паротурбинной установки

Схема пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки.

На схеме Пароводяной циркуляционной системы судовой паротурбинной установки топливо поступает в парогенератор, где вступает в реакцию окисления с кислородом воздуха. Горячие продукты сгорания конвекцией и излучением нагревает питательную воду в трубках, превращая ее в пар. Получившийся пар высокого давления поступает в турбину, где приводит в движение ротор турбины, а через редуктор приводится в движение и гребной вал. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе. Охлаждающей средой в конденсаторе служит морская вода, которая подается циркуляционными насосами. Охлажденный до нужной температуры конденсат с помощью конденсатного насоса закачивается в подогреватель низкого давления. Греющей средой в нем служит часть пара, отобранного из турбины. Подогретый до нужной температуры конденсат закачивается питательным насосом обратно в парогенератор, замыкая цикл.

Устройство и принцип действия

По своим конструктивным особенностям, котельные установки обладают достаточно схожей структурой. В их состав входит несколько рабочих узлов, которые принято считать определяющими — непосредственно сам котел, электрический генератор и турбина. Последние два составляющих образуют кинетическую связь между собой, а одной из разновидностей подобных систем является турбинный электрогенератор парового типа.

Если смотреть более глобально, то подобные установки представляют собой полноценные тепловые электростанции, пусть и меньших габаритов. Благодаря своей работе, они способны обеспечивать электричеством не только гражданские объекты, но и крупные промышленные отрасли.

Сам же принцип действия паровых электрических генераторов сводится к следующий основным моментам:

• Специальное оборудование производит нагрев воды до оптимальных значений, при которых она испаряется, образуя пар.
• Получившийся пар поступает дальше, на роторные лопатки паровой турбины, что приводит сам ротор в движение.
• В результате мы получаем сначала кинетическую энергию, преобразованную из получившейся энергии сжатого пара. Затем кинетическая энергия переходит в механическую, что приводит к началу работы турбинного вала.

Электрический генератор, входящий в конструкцию таких паровых установок, является определяющим. Это объясняется тем, что именно электрогенераторы осуществляют переход механической энергии в электрическую.

Это описание одной установки парового типа. Если требуется выделение большего количества энергии, то используется совокупность нескольких установок, объединенных вместе.

Подобное решение должно приниматься строго индивидуально, в зависимости от типов объекта, а также параметров требуемой мощности энергии. Только при таком грамотном подходе можно избежать убыточности в данном вопросе.

Основные конструкции паровых турбин

Модель одной ступени паровой турбины

Паровая турбина состоит из двух основных частей. Ротор с лопатками — подвижная часть турбины. Статор с соплами — неподвижная часть.

По направлению движения потока пара различают аксиальные паровые турбины, у которых поток пара движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока пара в которых перпендикулярно, а рабочие лопатки расположены параллельно оси вращения.

По числу цилиндров турбины подразделяют на одноцилиндровые и двух—трёх-, четырёх-пятицилиндровые. Многоцилиндровая турбина позволяет использовать бо́льшие располагаемые тепловые перепады энтальпии, разместив большое число ступеней давления, применить высококачественные материалы в частях высокого давления и раздвоение потока пара в частях среднего и низкого давления. Такая турбина получается более дорогой, тяжёлой и сложной. Поэтому многокорпусные турбины используются в мощных паротурбинных установках.

По числу валов различают одновальные, двувальные, реже трёхвальные, связанных общностью теплового процесса или общей зубчатой передачей (редуктором). Расположение валов может быть как соосным, так и параллельным — с независимым расположением осей валов.

• Неподвижную часть — корпус (статор) — выполняют разъёмной в горизонтальной плоскости для возможности выемки или монтажа ротора. В корпусе имеются выточки для установки диафрагм, разъём которых совпадает с плоскостью разъёма корпуса турбины. По периферии диафрагм размещены сопловые каналы (решётки), образованные криволинейными лопатками, залитыми в тело диафрагм или приваренными к нему.

• В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые уплотнения для предупреждения утечек пара наружу (со стороны высокого давления) и засасывания воздуха в корпус (со стороны низкого). Уплотнения устанавливают в местах прохода ротора сквозь диафрагмы во избежание перетечек пара из ступени в ступень в обход сопел.

На переднем конце вала устанавливается предельный (регулятор безопасности), автоматически останавливающий турбину при увеличении частоты вращения
на 10—12 % сверх номинальной.

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 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.

Плюсы и минусы электростанции на дровах

Электростанция на дровах – это:

• Доступность топлива;
• Возможность получить электроэнергию в любом месте;
• Параметры получаемой электроэнергии – самые разные;
• Можно сделать устройство и самому.
• Среди недостатков же отмечается:
• Не всегда высокое КПД;
• Громоздкость конструкции;
• В некоторых случаях получение электроэнергии – лишь побочный эффект;
• Для получения электроэнергии для промышленного использования нужно сжечь большое количество топлива.

В целом, изготовление и использование электростанций, работающих на твердом топливе – вариант, заслуживающий внимания, и он может стать не только альтернативой электросетям, но еще и помочь в местах, удаленных от цивилизации.

Классический вариант

Как уже отмечено, в электростанции на дровах используется несколько технологий для получения электричества. Классической среди них является энергия пара, или попросту паровой двигатель.

Здесь все просто – дрова или любое другое топливо сгорая, разогревает воду, в результате чего она переходит в газообразное состояние – пар.

Полученный пар подается на турбину генераторной установки, и за счет вращения генератор вырабатывает электроэнергию.

Поскольку паровой двигатель и генераторная установка соединены в единый закрытый контур, то после прохождения турбины пар охлаждается, снова подается в котел, и весь процесс повторяется.

Такая схема электростанции – одна из самых простых, но у нее имеется ряд существенных недостатков, одним из которых является взрывоопасность.

После перехода воды в газообразное состояние давление в контуре значительно повышается, и если его не регулировать, то высока вероятность порыва трубопроводов.

И хоть в современных системах применяются целый набор клапанов, регулирующих давление, но все же работа парового двигателя требуется постоянного контроля.

К тому же обычная вода, используемая в этом двигателе, может стать причиной образования накипи на стенках труб, из-за чего понижается КПД станции (накипь ухудшает теплообмен и снижает пропускную способность труб).

Но сейчас эта проблема решается использованием дистиллированной воды, жидкостей, очищенных примесей, выпадающих в осадок, или же специальных газов.

Но с другой стороны эта электростанция может выполнять еще одну функцию – обогревать помещение.

Здесь все просто – после выполнения своей функции (вращения турбины) пар необходимо охладить, чтобы он снова перешел в жидкое состояние, для чего нужна система охлаждения или попросту – радиатора.

И если разместить этот радиатор в помещении, то в итоге от такой станции получим не только электроэнергию, но еще и тепло.

Каково устройство паровых и газовых турбин

Наилучшим качеством, которое стало важнейшим преимуществом паровой турбины, является то, что она не требует какого-либо соединения с валом электрического генератора. Также это устройство отлично справлялось с перегрузками, и его легко можно было регулировать по частоте вращения. Коэффициент полезного действия у таких агрегатов также довольно высок, что в сочетании с другими преимуществами и вывело их на передний план, если возникала необходимость соединения с электрическими генераторами. Таким же является и устройство паровой турбины AEG.

Схожими объектами стали и газовые турбины. Если рассматривать эти приспособления с точки зрения конструкции, то они практически ничем не отличаются. Как и паровая турбина, газовая является машиной лопаточного типа. Кроме этого, в обоих агрегатах вращение ротора достигается за счет того, что происходит трансформация кинетической энергии потока рабочего вещества.

Существенное отличие между этими установками заключается как раз в типе рабочего вещества. Естественно, что в паровой турбине таким веществом является водяной пар, а в газовой установке — это газ, который чаще всего получен при сжигании каких-либо продуктов, либо является смесью пара и воздуха. Еще одно отличие заключается в том, что для образования этих рабочих веществ необходимо иметь разное дополнительное оборудование. Таким образом, получается, что сами по себе турбины очень похожи, но установки, образующиеся на объектах вокруг них, довольно сильно отличаются.

Самодельные станции

Также многие умельцы создают самодельные станции (обычно на основе газогенератора), которые после продают.

Все это указывает на то, что можно и самостоятельно изготовить электростанцию из подручных средств и использовать ее для своих целей.

Далее рассмотрим, как можно сделать устройство самостоятельно.

На основе термоэлектрогенератора.

Первый вариант – электростанция на основе пластины Пельтье. Сразу отметим, что изготовленное в домашних условиях устройство подойдет разве что для зарядки телефона, фонаря или для освещения с использованием светодиодных ламп.

Для изготовления потребуется:

• Металлический корпус, который будет играть роль печи;
• Пластина Пельтье (отдельно приобретается);
• Регулятор напряжения с установленным USB-выходом;
• Теплообменник или просто вентилятор для обеспечения охлаждения (можно взять компьютерный кулер).

Изготовление электростанции — очень простое:

1. Изготавливаем печь. Берем металлический короб (к примеру, корпус от компьютера), разворачиваем так, чтобы печь не имела дна. В стенках внизу проделываем отверстия для подачи воздуха. Вверху можно установить решетку, на которую можно установить чайник и т. д.
2. На заднюю стенку монтируем пластину;
3. Сверху на пластину монтируем кулер;
4. К выводам от пластины подключаем регулятор напряжения, от которого и запитываем кулер, а также делаем выводы для подключения потребителей.

Работает все просто: разжигаем дрова, по мере нагрева пластины на ее выводах начнется генерация электроэнергии, которая будет подаваться на регулятор напряжения. От него же начнет и работать кулер, обеспечивая охлаждение пластины.

Остается только подключить потребители и следить за процессом горения в печке (подкидывать своевременно дрова).

На основе газогенератора.

Второй способ сделать электростанцию – это изготовить газогенератор. Такое устройство значительно сложнее в изготовлении, но и выход электроэнергии – значительно больше.

Для его изготовления потребуется:

• Цилиндрическая емкость (к примеру, разобранный газовый баллон). Она будет играть роль печки, поэтому следует предусмотреть люки для загрузки топлива и очистки твердых продуктов горения, а также подвод воздуха (потребуется вентилятор для принудительной подачи, чтобы обеспечить более лучший процесс горения) и вывод для газа;
• Радиатор охлаждения (может быть изготовлен в виде змеевика), в котором газ будет охлаждаться;
• Емкость для создания фильтра типа «Циклон»;
• Емкость для создания фильтра тонкой очистки газа;
• Бензиновая генераторная установка (но можно просто взять любой бензиновый мотор, а также обычный асинхронный электродвигатель 220 В).

После этого все необходимо соединить в единую конструкцию. От котла газ должен поступать на радиатор охлаждения, а после на «Циклон» и фильтр тонкой очистки. И только после этого полученный газ подается на двигатель.

Это указана принципиальная схема изготовления газогенератора. Исполнение же может быть самым разным.

К примеру, возможна установка механизма принудительной подачи твердого топлива из бункера, который, кстати, тоже будет запитываться от генератора, а также всевозможных контролирующих устройств.

Создавая электростанцию на основе эффекта Пельтье, особых проблем не возникнет, поскольку схема простая. Единственное, следует принимать некоторые меры безопасности, поскольку огонь в такой печке практически открытый.

А вот создавая газогенератор, следует учитывать множество нюансов, среди них — обеспечение герметичности на всех соединениях системы, по которой проходит газ.

Чтобы двигатель внутреннего сгорания нормально работал, следует побеспокоиться о качественной очистке газа (наличие примесей в нем недопустимо).

Газогенератор – конструкция громоздкая, поэтому для него необходимо правильно подобрать место, а также обеспечить нормальную вентиляцию, если он будет установлен в помещении.

Поскольку такие электростанции не новь, и любителями они изготавливаются уже сравнительно давно, то и отзывов о них накопилось немало.

В основном, все они положительные. Даже у самодельной печи с элементом Пельтье отмечается, что она полностью справляется с поставленной задачей. А что касается газогенераторов, то здесь наглядным примером может выступить установка таких устройств даже на современных авто, что говорит об их эффективности.

Состав паровых турбин

На самом деле основной состав паровых турбин примерно одинаковый на всех моделях. Паровая турбина состоит из корпуса, лопатки ротора и сопла. Пар проводится по трубопроводам к оборудованию из внешнего источника. Проходя через сопла, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию струи пара. Через специально спрофилированные лопатки из сопел вырывается пар и начинает вращать ротор. Вытекая с большой скоростью под углом к плоскости лопаток, пар приводит их в движение.

В некоторых конструкциях паровая турбина имеет сопловой аппарат, состоящий из ряда неподвижных лопаток. Они расположены радиально и искривлены в направлении поступающего потока.

Специалисты проектируют паровые турбины таким образом, чтобы они находились на одном валу с потребляющим энергию устройством. От прочности материалов, из которых изготовлены лопатки и диск, зависит скорость вращения рабочего колеса. Многоступенчатые турбины позволяют более эффективно преобразовывать энергию пара..Специалисты «АГТ» проектируют паровые турбины таким образом, чтобы они находились на одном валу с потребляющим энергию устройством. От прочности материалов, из которых изготовлены лопатки и диск, зависит скорость вращения рабочего колеса. Многоступенчатые турбины позволяют более эффективно преобразовывать энергию пара.

Тепловые циклы паровых турби

• Экологически чистый цикл Ранкина. Пар поступает в установку от внешнего источника. В этой ситуации между ступенями нет дополнительного прогрева и отмечаются потери тепла;
• Цикл с промежуточным подогревом. Пройдя первые ступени, пар направляется в теплообменник для дополнительного подогрева. Далее он возвращается в оборудование, где и происходит окончательное расширение. При повышении температуры рабочего тела значительно повышается экономичность;
• Цикл с промежуточным отбором, утилизацией тепла отработанного пара. При выходе из турбины пар имеет значительное количество тепловой энергии, которая рассеивается в конденсаторе. Некоторую часть энергии можно отобрать на промежуточных ступенях, а часть — при конденсации. Эту энергию можно использовать для технологических процессов.

Необходимо обратить внимание и на конструкцию. Так как именно тут происходит расширение рабочего тела, необходим большой диаметр для пропуска увеличенного объемного расхода

Увеличение диаметра паровой турбины определено максимальными допустимыми напряжениями, которые обусловлены центробежными нагрузками.

Применение паровых турбин

Паровые турбины с небольшой мощностью успешно применяются во всех сферах промышленности. Успешно используются на предприятиях с когенерационным циклом в составе электростанций, для получения не только электрической, но и тепловой энергии, а так же на утилизационных станциях, использующих тепловую энергию технологических процессов. В настоящее время набирает популярность применение паровых турбин на возобновляемых источниках энергии. Компания «АГТ» спроектирует турбину, согласна вашего применения.

Паровые турбины вращаясь с большой скоростью, обеспечивает высокий КПД. На тепловых электростанциях располагают электрогенераторы со скоростью вращения от 1500 до 6500 об/мин. На валу паровой турбины могут быть установлены вентиляторы, насосы, центрифуги, нагнетатели. В качестве понижающего редуктора может быть установлено низкоскоростное оборудование.

Нужна более подробная информация — паровые турбины?

Москва + 7 (499) 704-24-48Санкт-Петербург + 7 (812) 389-23-48Ростов на Дону + 7 (863) 303-48-46Казань + 7 (843) 202-37-55Красноярск + 7 (3919) 89-80-89Челябинск + 7 (351) 240-80-89Краснодар + 7 (8612) 05-69-05Калининград + 7 (4012) 65-80-99Самара + 7 (846) 300-23-73Новосибирск + 7 (383) 207-88-90Екатеринбург + 7 (343) 226-02-11

История

Турбоход Turbinia на испытаниях. 1897 год.

При современных мощностях XX века паровая машина как главный судовой двигатель уже не могла обеспечить нужную мощность и экономичность, установки получались громоздкими и малоэффективными. Настало время этому двигателю передать эстафету турбине и двигателям внутреннего сгорания.

Turbinia в Музее Открытий. 1897 год.

Турбина в качестве главного двигателя первый раз была использована на судне Turbinia. Корабль имел водоизмещение 45 тонн и был спущен на воду в Англии конструктором Чарлзом Парсонсом.
Многоступенчатая паротурбинная установка включала в себя паровые котлы и три турбины, соединенных напрямую с гребным валом. Каждый гребной вал имел три винта. Общая мощность турбин составляла 2000 л.с. при 200 оборотов в минуту. В ходе проведения ходовых испытаний в 1896 году турбоход развил скорость 34,5 узла. В настоящее время судно находится в Музее Открытий в Ньюкасле, а её турбина — в Лондонском Музее науки.

Яхта-миноносец «Ласточка».

В России первым турбинным судном была яхта-миноносец «Ласточка» (1904 г.). Это бывшее английское опытное судно Carolina, построенное в 1904—1905 гг., было куплено Морведом для обучения персонала и производства опытов с турбоагрегатами. Корабль имел две силовые установки по 1000 л.с. каждая и при водоизмещении 140 тонн развивал максимальную скорость хода 18,5 узлов.

Линкор Bismarck.

Во время Второй мировой войны паровая турбина использовалась как главная энергетическая установка. На гордости Германии — линкоре Bismarck были установлены 3 турбозубчатых агрегата мощностью 46000 л.с. каждая. Корабль со стандартным водоизмещением 41700 т. развивал скорость около 30 узлов.

Линкор Tirpitz.

На втором корабле этой серии (Tizpitz), который британцы прозвали «Гитлеровская зверюга», стояли три турбины Brown Boveri & Cie. Скорость хода была 30,8 узлов при водоизмещении 45474 тонны.

Японский линкор Yamato.

На крупнейшем линкоре в истории флота — японском «Ямато» были установлены 4 ТЗА Kampon. При водоизмещении 63200 тонн корабль развивал скорость 27,5 узлов.

Линкор «Севастополь».

На «Севастополе», линкоре русского и советского флота, стояло десять турбин Парсонса общей мощностью 32000 л.с, что обеспечивало кораблю скорость хода около 22 узлов.

«Адмирал флота Советского Союза Кузнецов».

В настоящее время паровые турбины отошли на второй план. Но их эксплуатация на некоторых судах продолжается. Например, на тяжелом авианесущем крейсере «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов» стоят 4 паровые турбины по 50 тыс. л.с. каждая. Максимально допустимая скорость составляла 29 .

Два принципа работы пара в турбине

Из сказанного выше вытекает, что, используя расширение пара в турбине, мы можем получить механическую работу, эквивалентную располагаемому перепаду тепла за вычетом потерь. Процесс преобразования тепловой энергии в механическую работу может происходить различным образом в зависимости от типа турбины.

Турбины, у которых расширение пара происходит только в неподвижных соплах до вступления его на рабочие лопатки, называется активными турбинами.

Турбины, у которых расширение пара совершается не только до вступления его на рабочие (подвижные) лопатки, но и во время прохождения между ними, называются турбинами, работающими с реакцией. Если теплопадение в соплах составляет примерно половину общего теплопадения (или меньше), турбину принято называть реактивной.

Струя жидкости, направленная на лопатку, оказывает на нее давление, которое зависит от расхода жидкости, скорости ее при входе на поверхность и при выходе с нее, формы поверхности лопатки, угла направления струи относительно этой поверхности и разности давлений жидкости перед и за лопаткой. При этом вовсе не требуется, чтобы струя ударяла о лопатку; наоборот, этого нужно всегда избегать и стремиться к тому, чтобы поток не ударял о лопатку, а плавно ее обтекал.

Дело в том, что при обтекании паром лопаток, так же как при обтекании воздухом крыла самолета, с обеих сторон поверхности лопатки образуется разное давление: с вогнутой стороны давление всегда выше, чем с выпуклой. Вследствие этого получается сила, действующая на лопатку с вогнутой стороны; она заставляет лопатки перемещаться и совершать работу. Отцом русской авиации» профессором Н. Е. Жуковским установлены основные законы для определения «подъемной силы» крыла самолета, обтекаемого воздухом; применение этих законов помогает конструкторам современных турбин создавать наилучшие профили лопаток, обеспечивающие малые потери.

Однако при элементарном изучении преобразования энергии в турбине и конструкций турбин удобнее и нагляднее разделять и рассматривать особо активные и реактивные ступени и происходящие в них процессы. При этом часто вводятся еще некоторые упрощения; в частности, поток пара в соплах и между лопатками рассматривается в ряде случаев как некоторая сплошная струя несжимаемой жидкости, имеющая одинаковые скорости и давления в любой точке входного или выходного сечения.

Ниже рассмотрим подробнее, как работают активная и реактивная ступени турбины.

Сравнение с другими энергетическими установками

Примечание к таблице

Продолжительное время пуска паровой турбины объясняется необходимостью прогрева как самой турбины, так и парогенератора со всеми необходимыми паропроводами. Все это занимает много времени.

Эксплуатация газовой турбины значительно проще чем паровой, т.к. вода не используется как рабочее тело цикла. Следовательно, нет необходимости в конденсаторе, питательном, конденсатном и циркуляционном насосах, трубопроводах.

Относительная безопасность эксплуатации паровой и газовой турбин достигается заключением в отдельный корпус всех движущихся частей.

Критерии выбора

Использование крупногабаритного оборудования, вроде турбоагрегата или мини-ТЭС, оправданно только лишь в случае его использования для электроснабжения крупных объектов (котельных и прочее).

Электрогенератор, функционирующий на пару, может быть выбран, исходя из следующих критериев:

• Мощность номинальная электрическая и тепловая;
• Скорость вращения роторов двух основных узлов конструкции (турбины и генератора);
• Род тока, обычно такое оборудование рассчитано на трехфазный ток, соответственно выходное напряжение будет также трехфазным;
• Величина давления пара в сжатом и свободном состоянии.

Совокупность электрогенератора и паровой турбины может называться еще турбогенератором. Но в данном случае будет подразумеваться, что используется синхронный генератор.

Обзор моделей

Калужский турбинный завод производит и поставляет в разные страны оборудование для обеспечения объектов разной величины электричеством. В частности паровые турбины отечественного производства Турбопар. Техника такого рода предлагается в различных исполнениях, диапазон мощностей составляет 100-1000 кВт. Ротор генератора и турбины вращается с одинаково высокой скоростью – 3000 об/мин. Охлаждение генератора – воздушное. Давление пара не превышает 0,8 МПа.

турбогенератор ТАП 6

По стоимости техника такого рода довольно высока, равно как и ее обслуживание. Если рассматривать полнофункциональную мини-теплоэлектростанцию, то речь идет о суммах в несколько миллионов рублей.

С помощью оборудования этого рода можно обеспечить электроэнергией крупные объекты, как промышленного, так и гражданского целевого использования. Компания «Силовые машины» предлагает турбогенераторы в разных исполнениях.

Например, устройство серии ТА, в частности, модель ТАП-6-2 рассчитана на мощность 6 МВт. КПД такой машины составляет 98%, частота вращения – 3000 об/мин.

Целесообразность эксплуатации

Купить турбинный паровой электрогенератор для домашнего пользования, конечно, можно, только затея эта окупится через десятки лет, если не через сотни, так как стоимость такого оборудования высока, равно как вес и габариты. Поэтому в быту лучше обойтись устройством, работающим на жидком топливе, а турбинный генератор на пару эксплуатировать для энергоснабжения крупных объектов промышленности или сельского хозяйства.

Автомобили на паровых двигателях

Электрогенераторы для установок котельных сегодня пользуются большой популярностью, так как, начиная с определенных значений мощности, оборудование этого типа проявляет высокую степень производительности. А в домашних условиях при желании, а также при наличии определенных знаний и опыта можно попытаться сделать паровой компактный электрогенератор своими руками. Только если для крупногабаритной техники промежуточным звеном выступает паровая турбина, то в домашних условиях для привода генератора в движение используется двигатель. Однако в этом случае придется решить задачу подключения бойлера.

Турбинный зал мини-ТЭС

Как видно, задача по созданию парового генератора не из легких. А на выходе пользователь не получит желаемого уровня КПД ввиду небольших нагрузок на систему. Поэтому, взвесив все «за» и «против» все же лучше эксплуатировать технику по назначению.

И только при наличии твердой уверенности в успехе и опыта в решении подобных задач следует переходить к конструированию парового генератора. В качестве отличного подспорья станут расчеты, на основании которых пользователь сможет определиться с ответом на вопрос, действительно ли подобный механизм оправдает себя в работе.

Таким образом, использование турбинных электрогенераторов, а также мини-ТЭС на базе такой техники сегодня весьма востребовано. Обслуживание крупных объектов, в частности, обеспечение их электроснабжения имеет свои преимущества, а также недостатки. Учитывая высокую стоимость подобной техники, следует для начала рассчитать предполагаемую эффективность ее функционирования.

В быту парогенератор не используется ввиду крупных габаритов оборудования, а также его высокой цены и стоимости обслуживания. Производители изначально рекомендуют применять такую технику, начиная с определенных значений мощностей. Недаром ведь большинство устройств выпускается в исполнении от 100 и выше кВт. Только такие модели позволят увидеть эффективность от эксплуатации паровых турбинных электрогенераторов.

Паровая турбина

Одним из видов тепловых двигателей, использующих энергию водяного пара, является паровая турбина, в которой происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую работу. Паровая турбина оказалась более удобной в применении, компактной и экономичной, чем поршневая паровая машина.

В 130 г. до н.э. Герон Александрийский изобрел устройство под названием «эолипил». Это была примитивная паровая турбина. Оно представляло собой полую сферу, заполнявшуюся паром.

Сфера имела два Г-образными сопла. Пар вытекал из сопел, расположенных с противоположных сторон сферы, с большой скоростью, и сфера начинала вращаться. В основе действия такой паровой турбины лежал реактивный принцип.

В 1629 году Джованни Бранки была создана паровая турбина, использующая активный принцип. Потенциальная энергия пара преобразовывалась в кинетическую и совершала работу. В этой машине струя пара приводила в движение колесо с лопатками, напоминающее колесо водяной мельницы.

Но первые турбины, подобные машине Бранки, обладали ограниченной мощностью, поскольку паровые котлы не были способны создавать высокое давление.

В 1815 г. инженер Ричард Трейвисик установил два сопла на ободе колеса паровоза и пропустил через них пар. На сходном принципе было основано устройство лесопильной машины, построенной в 1837 г. американцем Уильямом Эйвери. В одной лишь Англии за 20 лет, с 1864 по 1884 г., было запатентовано более сотни изобретений, так или иначе относящихся к турбинам. Но ни одна из этих попыток не завершилась созданием пригодной для промышленности машин.

Независимо друг от друга в 1884 — 1889 гг. шведский инженер Карл Густав де Лаваль и Чарлз Парсонс из Ирландии создали промышленно пригодные паровые турбины.

Лаваль применил сопло, расширяющееся на выходе. Такое сопло позволило получить гораздо большую скорость пара, и вследствие этого скорость вращения ротора турбины также существенно увеличилась. Полученную струю Лаваль направил на один ряд рабочих лопаток, насаженных на диск.Это была паровая турбина, работающая по активному принципу. Невозможность получить большую агрегатную мощность и очень высокая частота вращения одноступенчатых паровых турбин Лаваля (до 30 000 об/мин у первых образцов) привели к тому, что турбины Лаваля, на раннем этапе турбостроения широко применявшиеся в качестве агрегатов небольшой мощности (до 500 кВт), в дальнейшем уступили место турбинам других типов.

Парсонс создал многоступенчатую реактивную паровую турбину. Она отличалась меньшей скоростью вращения, и в то же время в ней максимально использовалась энергия пара. Это достигалось за счет того, что в турбине Парсонса пар расширялся постепенно по мере прохождения через 15 ступеней, каждая из которых представляла собой пару венцов лопаток: один — неподвижный (с направляющими лопатками, закрепленными на корпусе турбины), другой — подвижный (с рабочими лопатками на диске, насаженном на вращающийся вал). Лопатки неподвижных и подвижных венцов были ориентированы в противоположных направлениях, т.е. так, что если бы оба венца были подвижными, то пар заставлял бы их вращаться в разные стороны. Так турбогенератор Парсонса стал первой паровой турбиной, нашедшей применение в промышленности.

Реактивная паровая турбина Парсонса некоторое время применялась на военных кораблях, но постепенно уступила место более компактным комбинированным активно-реактивным турбинам. Хотя и в настоящее время паровые турбины сохранили основные черты турбины Парсонса.

Первый пароход «Turbinia» с турбинным двигателем был спущен на воду в 1894 году.

Русские изобретатели турбин

На Алтае, явившемся колыбелью ползуновского парового двигателя, на Сузунском заводе в начале прошлого века работал замечательный «огневых дел» мастер П. М. Залесов. С 1806 по 1813 год на заводе, где он работал, Залесов создал не одну модель паровой турбины.
Строителем турбин был и другой изобретатель, П. Д. Кузьминский (1849 — 1900). Работая в области судостроения и воздухоплавания, П. Д. Кузьминский пришел к выводу о нецелесообразности использования паровой машины поршневого типа в качестве судового двигателя. В начале девяностых годов Кузьминский построил и опробовал судовую паровую турбину своей конструкции. Она имела очень малый удельный вес — всего лишь 15 килограммов на лошадиную силу мощности. Кузьминский прекрасно понимал всю трудность технического творчества в условиях, когда отечественные открытия предавались забвению. и писал о новых временах, «…когда открытия и изобретения русского творческого ума и настойчивого труда» будут находить достойное применение.

Следующая страница «Паровые велосипеды»

Назад в раздел

Процесс расширения пара в паровой турбине

h, s-диаграмма расширения пара в одноступенчатой паровой турбине

P1 h1 s1 — давление, энтальпия и энтропия пара на входе в турбину;

P2 h2 s2 — давление, энтальпия и энтропия отработанного пара на выходе из турбины;

1 — расширение пара в турбине;

2 — насыщенный пар;

3 — вода в состоянии насыщения (кипения);

4 — изотерма начальной температуры;

5 — изотерма конечной температуры;

6 — начального давления;

7 — изобара конечного давления;

8 — критическая точка

(в критической точке происходит превращение всего объёма воды в пар (исчезает различие между жидкой и газообразной фазами воды).);

9 — кривая постоянной влажности пара.

Паровая турбина с конденсатом

Конденсационные устройства и паровые турбины Лосев С. М. описывал в своей книге, выпущенной в 1964 году. Издание содержало теорию, конструкцию и эксплуатацию паровых установок, а также конденсационных агрегатов.

Турбинная установка, которая находится в котле, имеет три среды — вода, пар и конденсат. Эти три вещества образуют между собой некий замкнутый цикл

Тут важно отметить, что в такой среде во время преобразования теряется достаточно малое количество пара и жидкости. Чтобы компенсировать небольшие потери, в установку добавляют сырую воду, которая перед этим проходит водоочистительное устройство

В этом агрегате жидкость подвергается воздействию различных химикатов, основное предназначение которых в удалении ненужных примесей из воды.

Принцип работы в таких установках следующий:

• Пар, который уже отработал и обладает пониженным давлением и температурой, попадает из турбины в конденсатор.
• При прохождении этого участка пути имеется большое количество трубок, по которым непрерывно качается охлаждающая вода при помощи насоса. Чаще всего эта жидкость берется из рек, озер или прудов.
• В момент соприкосновения с холодной поверхностью трубки отработавший пар начинает образовывать конденсат, так как его температура все еще выше, чем в трубах.
• Весь скопившийся конденсат постоянно поступает в конденсатор, откуда он непрерывно откачивается насосом. После этого жидкость передается в деаэратор.
• Из этого элемента вода снова поступает в паровой котел, где превращается в пар, и процесс начинается сначала.

Кроме основных элементов и простого принципа работы, имеется пара дополнительных агрегатов, таких как турбонаддув и подогреватель.

Классификация паровых турбин

По прин­ци­пу дей­ст­вия вы­де­ля­ют ак­тив­ные тур­би­ны и ре­ак­тив­ные тур­би­ны. По ко­ли­че­ст­ву сту­пе­ней П. т. под­раз­де­ля­ют на од­но­сту­пен­ча­тые и мно­го­сту­пен­ча­тые тур­би­ны. В од­но­сту­пен­ча­той П. т. не уда­ёт­ся дос­та­точ­но пол­но ис­поль­зо­вать энер­гию па­ра, по­это­му совр. П. т. стро­ят мно­го­сту­пен­ча­ты­ми. По на­прав­ле­нию по­то­ка ра­бо­че­го те­ла вы­де­ля­ют осе­вые (ак­си­аль­ные) П. т. (на­прав­ле­ние по­то­ка сов­па­да­ет с на­прав­ле­ни­ем оси ро­то­ра, наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный тип П. т., ис­поль­зуе­мых для при­во­да элек­тро­ге­не­ра­то­ров) и ра­ди­аль­ные П. т. (по­ток осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ра­ди­аль­ном на­прав­ле­нии ли­бо от оси ро­то­ра к пе­ри­фе­рии дис­ков, ли­бо на­обо­рот – от пе­ри­фе­рии к оси). В за­ви­си­мо­сти от дав­ле­ния па­ра П. т. бы­ва­ют: низ­ко­го (не вы­ше 0,9 МПа), сред­не­го (не вы­ше 4 МПа), вы­со­ко­го (9–14 МПа) и сверх­кри­тич. дав­ле­ния (24 МПа и бо­лее).

В за­ви­си­мо­сти от ха­рак­те­ра те­п­ло­во­го про­цес­са П. т. под­раз­де­ля­ют на 3 груп­пы: кон­ден­са­ци­он­ные тур­би­ны, те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные и спец. на­зна­че­ния.

Те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные П. т. слу­жат для од­но­врем. по­лу­че­ния элек­трич. и те­п­ло­вой энер­гии. Осн. ко­неч­ный про­дукт та­ких П. т. – те­п­ло­та. ТЭС, на ко­то­рых ус­та­нов­ле­ны те­п­ло­фи­ка­ци­он­ные П. т., на­зы­ва­ют­ся . К те­п­ло­фи­ка­ци­он­ным П. т. от­но­сят­ся тур­би­ны с про­ти­во­дав­ле­ни­ем, с ре­гу­ли­руе­мым от­бо­ром па­ра, а так­же с от­бо­ром и про­ти­во­дав­ле­ни­ем. У тур­бин с про­ти­во­дав­ле­ни­ем от­сут­ст­ву­ет кон­ден­са­тор. От­ра­бо­тав­ший пар, имею­щий дав­ле­ние вы­ше ат­мо­сфер­но­го, по­сту­па­ет в спец. сбор­ный кол­лек­тор, от­ку­да на­прав­ля­ет­ся к те­п­ло­вым по­тре­би­те­лям для тех­но­ло­гич. це­лей (вар­ка, суш­ка, ото­пле­ние и др.). В тур­би­нах с ре­гу­ли­руе­мым от­бо­ром часть па­ра от­во­дит­ся из пер­вой или вто­рой про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней, а ос­таль­ной пар идёт в кон­ден­са­тор. Дав­ле­ние от­би­рае­мо­го па­ра на всех ре­жи­мах ра­бо­ты тур­бо­аг­ре­га­та ав­то­ма­ти­че­ски под­дер­жи­ва­ет­ся по­сто­ян­ным или же ре­гу­ли­ру­ет­ся в за­дан­ных пре­де­лах, с тем что­бы по­тре­би­тель по­лу­чал пар оп­ре­де­лён­но­го ка­че­ст­ва. Су­ще­ст­ву­ет два ви­да те­п­ло­вых по­тре­би­те­лей: про­мыш­лен­ные, где тре­бу­ет­ся пар с дав­ле­ни­ем до 1,3–1,5 МПа (про­из­водств. от­бор), и ото­пи­тель­ные, с дав­ле­ни­ем 0,05–0,25 МПа (те­п­ло­фи­ка­ци­он­ный от­бор). Ес­ли тре­бу­ет­ся пар как про­из­вод­ст­вен­но­го, так и ото­пит. на­зна­че­ния, то в од­ной тур­би­не мо­гут быть осу­ще­ст­в­ле­ны два ре­гу­ли­руе­мых от­бо­ра; ме­сто от­бо­ра (сту­пень тур­би­ны) вы­би­ра­ют в за­ви­си­мо­сти от нуж­ных па­ра­мет­ров па­ра. У тур­бин с от­бо­ром и про­ти­во­дав­ле­ни­ем часть па­ра от­во­дит­ся из пер­вой или вто­рой про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней, а весь от­ра­бо­тав­ший пар на­прав­ля­ет­ся из вы­пу­ск­но­го пат­руб­ка в ото­пит. сис­те­му или к се­те­вым по­до­гре­ва­те­лям.

П. т. спе­ци­аль­но­го на­зна­че­ния обыч­но ра­бо­та­ют на от­брос­ном те­п­ле ме­тал­лур­гич., ма­ши­но­стро­ит. и хи­мич. пред­при­ятий. К ним от­но­сят­ся П. т. «мя­то­го па­ра», с про­ме­жу­точ­ным под­во­дом па­ра (тур­би­ны двух дав­ле­ний) и пред­вклю­чён­ные. П. т. «мя­то­го па­ра» ис­поль­зу­ют от­ра­бо­тав­ший пар низ­ко­го дав­ле­ния по­сле тех­но­ло­гич. про­цес­сов (пар порш­не­вых ма­шин, па­ро­вых мо­ло­тов и прес­сов), ко­то­рый по к.-л. при­чи­нам не мо­жет быть ис­поль­зо­ван для ото­пит. или тех­но­ло­гич. нужд. Дав­ле­ние та­ко­го па­ра обыч­но несколько вы­ше ат­мо­сфер­но­го, и он на­прав­ля­ет­ся в спец. кон­ден­сац. тур­би­ну (тур­би­ну «мя­то­го па­ра»). П. т. двух дав­ле­ний ра­бо­та­ют как на све­жем, так и на от­ра­бо­тав­шем па­ре па­ро­вых ме­ха­низ­мов, под­во­ди­мом в од­ну из про­ме­жу­точ­ных сту­пе­ней. Пред­вклю­чён­ные П. т. пред­став­ля­ют со­бой тур­би­ны с вы­со­ким на­чаль­ным дав­ле­ни­ем и вы­со­ким про­ти­во­дав­ле­ни­ем; весь от­ра­бо­тав­ший пар этих П. т. на­прав­ля­ют да­лее в обыч­ные кон­ден­са­ци­он­ные тур­би­ны.

Паровые турбины специального назначения

Паровые турбины специального назначения обычно работают на технологическом тепле металлургических, машиностроительных, и химических предприятий. К ним относятся турбины мятого (дросселированного) пара, турбины двух давлений и предвключённые (форшальт).

• Турбины мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющих давление немного выше атмосферного.
• Турбины двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней.
• Предвключённые турбины представляют собой агрегаты с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих турбин направляют в другие с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых турбинах возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на которое не рассчитаны ранее установленные на электростанции турбоагрегаты.
• Также к турбинам специального назначения относятся и приводные турбины различных агрегатов, требующих высокой мощности привода. Например, питательные насосы мощных энергоблоков электростанций, нагнетатели и компрессоры газокомпрессорных станций и т. д.

Обычно стационарные паровые турбины имеют нерегулируемые отборы пара из ступеней давления для регенеративного подогрева питательной воды. Паровые турбины специального назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные, а в большинстве случаев изготовляют по отдельным заказам.

Обзор моделей

Купить дровяной электрогенератор можно в специализированных компаниях. Связаться с ними и получить исчерпывающую информацию удобно на сайтах этих компаний:

• интернет-магазин AvtoStudio
• сайт madrobots.ru,
• компания Термофор.

Предлагаем вашему вниманию несколько моделей таких печей-генераторов, предназначенных для бытовых нужд.

Портативные модели

Они представлены щепочницами и грилями, оснащенными электропреобразующим элементом. Такая печка хороша в походе для разогрева еды, на ней можно согреть кружку чая, пожарить небольшой кусочек мяса и заодно зарядить гаджеты. На большее они не рассчитаны.

К примеру, печь BioLite CampStove способна работать на любом древесном топливе: веточки, щепки, шишки. Она выдает до 5 Вт мощности, оборудована USB. Чтобы вскипятить литр воды, достаточно совсем немного древесины, а займет это буквально 5 минут. Цена BioLite CampStove 9 600 рублей.

Индигирка

Печь Индигирка — это наиболее известная модель дровяных электрогенераторов. Эта печь отапливает помещение до 50 м3, весит 37 килограммов, выполнена она из жаростойкой стали и служит не один десяток лет. Объем топки – 30 литров. Выходное напряжение Индигирки — 12 вольт, максимальная выходная мощность — 50 Вт. Конечно, основное предназначение печи — обогрев, удобная чугунная конфорка позволяет приготовить пищу или согреть чай. В качестве электрогенератора печь в состоянии работать уже через 15 минут после розжига.

В комплект поставки входят

• Кабель с зажимами «крокодил»,
• Кабель с разъемом как у прикуривателя автомобиля,
• USB 5 вольт.

Конечно, 50 Вт – это немного, однако 2-3 светодиодных лампы для освещения, 10 дюймовый телевизор и зарядку для мобильного телефона такой электрогенератор «потянет».

Индигирка 2

Это обновленная модель, которая немного больше по размерам и вырабатывает электричества на 10 Вт больше, то есть 60, что дает дополнительные возможности.

Стоимость такой печки порядка 30 000 — 50 000 рублей в зависимости от комплектации и поставщика.

Печи kibor с электрогенератором

Компания Kibor представляет две модели электрогенераторов на дровах. Первая модель весит всего 22 килограмма, объем топки у нее 30 литров, выходная мощность – 25 Вт. Стоит такая печь 45 000 рублей.

Более мощная модель способна вырабатывать 60 Вт. Она больше по размерам, весит 59 килограммов, а объем топки у нее 60 литров. Цена – 60 000 рублей.

Термоэлектрический генератор

Не обязательно покупать целую печь с электрогенератором. Можно приобрести отдельно термоэлектрический генератор, который монтируется на горячие поверхности, и приспособить его к уже имеющейся печи. Такой агрегат стоит порядка 15 000 рублей.

При эксплуатации дровяного генератора образуются продукты горения, для удаления которых из помещения обязательно нужен дымоход.

Критическое давление и критическая скорость

Первые попытки изобретателей еще не изучивших процесса расширения пара, построить промышленно пригодную паровую турбину натолкнулись на следующее затруднение: оказывается, что если сосуд, в котором находится пар под давлением, снабдить нерасширяющейся трубкой (соплом) цилиндрической или иной формы (рис. 4), через которую будет происходить истечение пара в пространство с меньшим давлением, то пар в этой трубке будет терять давление и приобретать скорость, но только до определенного предела; в случае сухого насыщенного пара у выхода из трубки давление его не может быть меньше 0,58 начального давления. Это давление называется критическим давлением. Соответственно этому давлению мы получим и некоторую предельную скорость истечения, которая называется критической скоростью. Для перегретого пара критическое давление равно 0,546 от начального давления.

Таким образом, если в нашем сосуде находится сухой насыщенный пар при давлении р₀=10 ата, а выпускаем мы его в атмосферу, то в конце сопла мы получим давление

то есть мы используем для превращения в скоростной напор перепад давлений, равный только

Дальше, выйдя из устья сопла, пар, расширяясь уже в атмосфере, будет клубиться и увеличения скорости движения его в направлении оси сопла почти не произойдет. Следовательно, пользоваться цилиндрическим (нерасширяющимся)соплом целесообразно только тогда, когда начальное давление пара не превышает примерно двойного давления в пространстве, куда он вытекает; например, при выпуске пара в атмосферу рабочее давление перед соплом не должно превышать 1,8 ата.

Если отношение давлений перед и за трубкой больше 1,8, то для полного преобразования энергии давления в скоростную энергию нужно, чтобы трубка (сопло) имела после узкого сечения расширяющуюся часть (рис. 5).

Отличительная особенность расширяющегося сопла заключается в том, что давление пара у выхода из сопла может быть доведено до давления среды, в которую он вытекает. При этих условиях пар вытекает из сопла с сверхкритической скоростью и идет ровной струей, вся энергия которой может быть использована на лопатках турбины. Расширяющееся сопло дает возможность использовать любые перепады давлений, полностью преобразовываю в пределах данного перепада давлений потенциальную энергию пара в кинетическую.

См. также

• Турбина
• Газотурбинный двигатель
• Двигатель
• Паровая машина
• ГТ-МГР
• Распределённая энергетика
• Паротурбинная установка

Эта страница в последний раз была отредактирована 11 октября 2018 в 09:04.

Термоэлектрогенераторы

Электростанции с генераторами, построенными по принципу Пельтье – достаточно интересный вариант.

Физик Пельтье обнаружил эффект, который сводится к тому, что при пропускании электроэнергии через проводники, состоящие из двух разнородных материалов, на одном из контактов происходит поглощение тепла, а на втором – выделение.

Причем эффект этот обратный – если с одной стороны проводник разогревать, а со второй – охлаждать, то в нем будет образовываться электроэнергия.

Именно обратный эффект используется в электростанциях на дровах. При сгорании они разогревают одну половину пластины (она и является термоэлектрогенератором), состоящую их кубиков, сделанных из разных металлов, а вторая же ее часть – охлаждается (для чего используются теплообменники), в результате чего на выводах пластины появляется электроэнергия.

Но есть у такого генератора несколько нюансов. Один из них – параметры выделяемой энергии напрямую зависят от разницы температуры на концах пластины, поэтому для их выравнивания и стабилизации необходимо использование регулятора напряжения.

Второй нюанс заключается в том, что выделяемая энергия – лишь побочный эффект, большая часть энергии при сгорании дров просто преобразуется в тепло. Из-за этого КПД такого типа станции не очень высокая.

К достоинствам электростанций с термоэлектрогенераторами относятся:

• Длительный срок службы (нет подвижных частей);
• Одновременно вырабатывается не только энергия, но и тепло, которое можно использоваться для обогрева или приготовления пищи;
• Бесшумность работы.

Электростанции на дровах, использующие принцип Пельтье, — достаточно распространенный вариант, и выпускаются как портативные устройства, которые способны лишь выделить электроэнергии для зарядки маломощных потребителей (телефона, фонаря), так и промышленные, способные запитать мощные агрегаты.

Целесообразность эксплуатации

Говорить о целесообразности покупки парового электрогенератора для личных нужд не приходится, потому что его стоимость очень высока для обычного бытового использования. Иными словами, подобные вложения вряд ли окупятся в течение жизни потенциального покупателя. Кроме того, габаритные размеры подобных установок, что размещать их необходимо на очень большой территории. Именно поэтому, на бытовом уровне используются агрегаты, у которых двигатель работает на бензине или дизеле, а для крупных предприятий как раз и подходит двигатель, работающий на пару.

Что касается использования электрогенераторов, работающих на пару, то их использование в котельных установках может принести определенные плоды. Дело в том, что по достижении некоторых показателей мощности, данные установки показывают очень хорошие рабочие характеристики, выгодные отличающие их от своих аналогов.

Подробный рассказ про паровой генератор

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

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.

Назначение

Подобного рода агрегаты имеет смысл использовать в тех отраслях современной промышленности или бытовой сферы, где наблюдается достаточное большое количество парообразований, которые можно использовать в качестве преобразователя в электроэнергию. Именно генераторы парового типа получили широкое использование в котельных установках, где они образуют некую тепловую электростанцию вместе котлом и турбиной.

Такие агрегаты позволяют существенно экономить на своей эксплуатации, а также снизить затраты на получение электрической энергии. Именно поэтому, паровые установки зачастую считаются одними из основных рабочих узлов многих электростанций.

Кроме того, если изучить принцип действия, а также конструктивные особенности подобных паровых генераторов, можно попытаться реализовать их своими руками, с помощью определенных средств. Однако, о данной возможности пойдет речь чуть позже.

Заключение

Электрогенераторы турбинного типа пользуются определенной популярностью среди множества промышленных предприятий и электростанций. Однако, прежде чем приобретать подобные устройства, необходимо произвести точный расчет целесообразности их использования, чтобы предприятие работало не в убыток себе.

Что касается применения на бытовом уровне, то в этом нет абсолютно никакой необходимости. Кроме того, это технически и практически невозможно, т.к. габариты данных установок очень велики, не говоря уже об их стоимости. Вопрос изготовления своими руками также достаточно спорный, в силу объективных причин сложности конструкции.

Владельцам же предприятий, которые намереваются использовать паровые установки, можно дать один совет: приобретите сначала генератор небольшой мощности, чтобы можно было оценить на практике эффективность его использования. Неслучайно ведь, что производители выпускают агрегаты от 100 кВт, подразумевая такой рациональный подход.