Типы турбин: Типы паровых турбин и их назначение

Типы паровых турбин и их назначение

Паровая турбина — это механизм, осуществляющий переработку тепловой энергии, полученной от пара, в энергию вращения

Турбины работают при наличии в них нагретого пара, который является источником энергии. Поступает такой пар в турбины из специального котла. Температура пара, поступившего в турбину, может различаться. Но основные показатели находятся в пределах 490-580 градусов Цельсия. Давление также отличается. Основные его показатели — 90 атмосфер, 140 атмосфер, 230 атмосфер.

Классифицируются паровые турбины следующим образом: противодавленческие, теплофикационные с отбором пара на производство, конденсационные, теплофикационные.

Все эти турбины отличаются количеством пара, использованного в работе и количеством пара, не участвовавшего в производстdе, а использующийся для других нужд.

Конденсационные турбины

Является самым распространенным в производстве типом паровых турбин. Обычно, с такой турбиной в комплекте идет конденсатор-устройство, предназначенной для сбора использованного пара. Абсолютно весь отработавший пар поступает в конденсатор.

Основной задачей конденсационных паровых турбин является выработка электричества. Соответственно, подобного типа турбины используются на электростанциях. На ТЭЦ также можно поставить, но обычно они там не используются. Пар из котла поступает в турбину и совершает работу, необходимую для получения электроэнергии. Возможность получения тепловой энергии с таких турбин присутствует, но обычно не используется.

В Советское время производством таких труб занимался Ленинградский металлический завод. Сейчас же это ОАО «Силовые машины».

Теплофикационные турбины

Представляют собой турбины типа «Т». Широко используются на тепловых электростанциях, так как с их помощью имеется возможность вырабатывать не только электричество но и тепловую энергию.

Турбина способна отбирать пар с помощью поворотной диафрагмы. Данный процесс является контролируемым. Отобранный пар затем поступает в определенные обогреватели, с которых энергия тепла уже передается воде.

В летнее время теплофикационные турбины способны работать в конденсационном режиме. В данном случае пар до сетевых подогревателей не доходит, а в полном объеме используется для выработки электричества.

Производством теплофикационных турбин занимается Уральский турбинный завод.

Теплофикационные турбины с промышленным отбором пара

Турбины с маркировкой «ПТ»

Название данных турбин дает понять, что определенная часть пара в процессе производства энергии уходит на промышленные нужды( к примеру для работы самого завода и т.п). После пар возвращается в виде жидкости, то есть конденсата, либо же полностью испаряется.

На данный момент теплофикационные турбины на производстве практически не используются, за редким исключением. В СССР они пользовались популярность для установки на тепловые электростанции недалеко от промышленных предприятий, заводов и т.д.

Противодавленческие турбины

Маркирова противодавленческих турбин «P».

Особенность противодавленческих турбин является отсутствия конденсатора, куда бы поступал использованный пар. Поэтому последний в свою очередь поступает на использование стороннему потребителю, что немного схоже с теплофикационными турбинами промышленного типа.

На данный момент противодавленческие турбины также как и турбины с маркировкой «ПТ» не используются в производстве, если не брать во внимание отдельные случаи. В Советское время данная модель еще находила себе применение, но после распада союза надобность в таких типах турбин отпала, так как возникла проблема в нахождении внешнего потребителя. При отсутствии последнего невозможно использование противодавленческих турбин для осуществления выработки энергии, соответственно они пришли в ненадобность.

Но затем инженеры нашли отличное решение для усовершенствования противодавленческих турбин. В придачу к ним устанавливались турбины с маркировкой «К», то есть конденсационные, рассчитанные на работу с паром, имеющим низкое давление. Как известно, турбинам типа «Р» необходимо наличие стороннего потребителя, что решается с помощью конденсационных турбин. После того как пар отработал в противодавленческих турбинах, он поступает в турбины типа К, где уже окончательно завершает свою работу и переходит в конденсат.

Турбина — Что такое Турбина?

Турбина — ротационный двигатель с непрерывным рабочим процессом и вращательным движением рабочего органа

Турбина — ротационный двигатель с непрерывным рабочим процессом и вращательным движением рабочего органа (ротора), преобразующий кинетическую энергию и/или внутреннюю энергию рабочего тела (пара, газа, воды) в механическую работу.

Струя рабочего тела воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение.
Применяется в качестве привода электрического генератора на тепловых, атомных и гидро электростанциях, как составная часть приводов на морском, наземном и воздушном транспорте, а также гидродинамической передачи, гидронасосах.

Состав турбины

Турбина состоит из 2-х основных частей.
Ротор с лопатками — подвижная часть турбины.
Статор с выравнивающим аппаратом — неподвижная часть.

Виды турбин

По направлению движения потока рабочего тела различают аксиальные паровые турбины, у которых поток рабочего тела движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока рабочего тела в которых перпендикулярно оси вала турбины.

Центробежные турбины (турбокомпрессоры) также выделяют как отдельный тип турбин.

По числу контуров турбины подразделяют на 1-контурные, 2-контурные и 3-контурные.
Очень редко турбины могут иметь 4 или 5 контуров.

Многоконтурная турбина позволяет использовать большие тепловые перепады энтальпии, разместив большое число ступеней разного давления.

По числу валов различают 1-вальные, 2-вальные, реже 3-вальные, связанных общностью теплового процесса или общей зубчатой передачей (редуктором).

Расположение валов может быть как коаксиальным так и параллельным с независимым расположением осей валов.
В местах прохода вала сквозь стенки корпуса установлены концевые уплотнения для предупреждения утечек рабочего тела наружу и засасывания воздуха в корпус.
На переднем конце вала устанавливается предельный регулятор (регулятор безопасности), автоматически останавливающий (замедляющий) турбину при увеличении частоты вращения на 10-12 % сверх номинальной.

По типу рабочего тела турбины делятся на Газовые турбины, Паровые турбины и Гидротурбины.

Устройство турбины

Для того чтобы увидеть внутреннее устройство турбины, при ее изображении «вырезана» передняя верхняя четверть. Точно также показана лишь задняя часть кожуха 2. Турбина состоит из трех цилиндров (ЦВД, ЦСД и ЦНД), нижние половины корпусов которых обозначены соответственно 39, 24 и18. Каждый из цилиндров состоит из статора, главным элементом которого являются неподвижный корпус, и вращающегося ротора. Отдельные роторы цилиндров (ротор ЦВД 47, ротор ЦСД 5 и ротор ЦНД 11) жестко соединяются муфтами 31 и 21. К полумуфте 12 присоединяется полумуфта ротора электрогенератора (не показан), а к нему — ротор возбудителя. Цепочка из собранных отдельных роторов цилиндров, генератора и возбудителя называется валопроводом. Его длина при большом числе цилиндров (а самое большое их число в современных турбинах — 5) может достигать 80 м.

Валопровод вращается во вкладышах 42, 29, 23, 20 и т.д. опорных подшипников скольжения на тонкой масляной пленке и не касается металлической части вкладышей подшипников. Как правило, каждый из роторов размещают на двух опорных подшипниках. Иногда между роторами ЦВД и ЦСД устанавливают только один общий для них опорный подшипник (см. позицию 29 на рис. 6.1). Расширяющийся в турбине пар заставляет вращаться каждый из роторов, возникающие на них мощности складываются и достигают на полумуфте 12 максимального значения.

К каждому из роторов приложено осевое усилие. Они суммируются, и их результирующая осевая сила передается с гребня 30 на упорные сегменты, установленные в корпусе упорного подшипника.

Каждый из роторов помещают в корпус цилиндра (см., например, поз. 24). При больших давлениях (а в современных турбинах оно может дос­тигать 30 МПа  300 ат) корпус цилиндра (обычно ЦВД) выполняют двухстенным (из внутреннего 35 и внешнего 46 корпусов). Это уменьшает разность давлений на каждый из корпусов, позволяет сделать его стенки более тонкими, облегчает затяжку фланцевых соединений и позволяет турбине при необходимости быстро изменять свою мощность.

Все корпуса в обязательном порядке имеют горизонтальные разъемы 13, необходимые для установки роторов внутри цилиндров при монтаже, а также для легкого доступа внутрь цилиндров при ревизиях и ремонтах. При монтаже турбины все плоскости разъемов нижних половин корпусов устанавливают специальным образом (для простоты можно считать, что все плоскости разъема совмещают в одной горизонтальной плоскости). При последующем монтаже ось валопровода помещают в эту плоскость разъема, что обеспечивает центровку — ось валопровода будет точно совпадать с осью кольцевых расточек корпусов. Этим будут исключены задевания ротора о статор, которые могут привести к тяжелой аварии.

Пар внутри турбины имеет высокую температуру, а ротор вращается во вкладышах на масляной пленке, температура масла которой как по соображениям пожаробезопасности, так и необходимости иметь определенные смазочные свойства, не должна превышать 100 °С (а температура подаваемого и отводимого масла должна быть еще ниже). Поэтому вкладыши подшипников выносят из корпусов цилиндров и размещают их в специальных строениях — опорах (см. поз. 45, 28, 7 на рис. 6.1). Таким образом, вращающиеся концы каждого из роторов соответствующего цилиндра необходимо вывести из невращающегося статора, причем так, чтобы с одной стороны исключить какие-либо (даже малейшие) задевания ротора о статор, а с другой — не допустить значительную утечку пара из цилиндра в зазор между ротором и статором, так как это снижает мощность и экономичность турбины. Поэтому каждый из цилиндров снабжают концевыми уплотнениями (см. поз. 40, 32, 19) специальной конструкции.

Турбина устанавливается в главном корпусе ТЭС на верхней фундаментной плите 36 (см. рис. 2.6). В плите выполняются прямоугольные окна по числу цилиндров, в которых размещаются нижние части корпусов цилиндров, а также осуществляется вывод трубопроводов, питающих регенеративные подогреватели, паропроводы свежего и вторично перегретого пара, переходный патрубок к конденсатору.

После изготовления турбина проходит контрольную сборку и опробование на заводе-изготовителе. После этого ее разбирают на более-менее крупные блоки, доводят до хорошего товарного вида, консервируют, упаковывают в деревянные ящики и отправляют для монтажа на ТЭС.

Монтаж турбины

Монтаж турбины осуществляют в следующем порядке. Сначала устанавливают нижнюю половину ЦНД 18 опорным поясом 15, расположенным по периметру обоих выходных патрубков ЦНД. ЦНД имеет собственные вваренные в них опоры ротора. Затем на перемычке между окнами под ЦВД и ЦСД и слева от окна под ЦВД размещают нижние половины корпусов опор соответственно 28 и 41. После этого на опоры подвешивают нижние половины корпусов наружных цилиндров 39 и 24, в них помещают статорные элементы и осуществляют центровку всех цилиндров турбины.

В опоры ротора вставляются нижние половины опорных вкладышей 42, 29, 23, 20 и 16, и на них опускают отдельные роторы. Их строго прицентровывают друг к другу и соединяют с помощью муфт 31 и 21.

Затем в верхние половины корпусов помещают необходимые внутренние статорные элементы и турбину закрывают. Для этого в отверстия на горизонтальные разъемы корпусов ввинчивают шпильки и опускают верхние половины (крышки — см., например, поз. 46 на рис. 6.1), после чего с помощью шпилек и специальных приспособлений верхние и нижние половины корпусов плотно стягиваются по фланцевым разъемам.

Аналогичным образом закрываются опоры роторов. После изоляции турбины, ограждения кожухом и многочисленных проверок ее доводят для состояния, пригодного к несению нагрузки.

При работе турбины пар из котла (см. рис. 2.2) по одному или нескольким паропроводам (это зависит от мощности турбины) поступает сначала к главной паровой задвижке, затем к стопорному (одному или нескольким) и, наконец, к регулирующим клапанам (чаще всего — 4). От регулирующих клапанов (на рис. 6.1 не показаны) пар по перепускным трубам 1 (на рис. 6.1 их четыре: две из них присоединены к крышке 46 внешнего корпуса ЦВД, а две других подводят пар в нижние половины корпуса) подается в паровпускную камеру 33 внутреннего корпуса ЦВД. Из этой полости пар попадает в проточную часть турбины и, расширяясь, движется к выходной камере ЦВД 38. В этой камере в нижней половине корпуса ЦВД имеются два выходных патрубка 37. К ним приварены паропроводы, направляющие пар в котел для промежуточного перегрева.

Вторично перегретый пар по трубопроводам поступает через стопорный клапан (не показан на рис. 6.1) к регулирующим клапанам 4, а из них — в паровпускную полость ЦСД 26. Далее пар расширяется в проточной части ЦСД и поступает в его выходной патрубок 22, а из него — в две перепускные трубы 6 (иногда их называют ресиверными), которые подают пар в паровпускную камеру ЦНД 9. В отличие от однопоточных ЦВД и ЦСД, ЦНД почти всегда выполняют двухпоточными: попав в камеру 9, пар расходится на два одинаковых потока и, пройдя их, поступает в выходные патрубки ЦНД 14. Из них пар направляется вниз в конденсатор. Перед передней опорой 41 располагается блок регулирования и управления турбиной 44. Его механизм управления 43 позволяет пускать, нагружать, разгружать и останавливать турбину.

ᐈ Виды турбин. Какие бывают на автомобиле, что выбрать ≡ Блог Turbomicron

Турбокомпрессор для авто – это одна из самых важных деталей для увеличения мощности мотора. Большинство современных транспортных средств выпускают с турбинами. Делают это не только для того, чтобы повысить мощь главного агрегата, но и для того, чтобы снизить процент вредного выхлопа от эксплуатации авто.

Разновидности турбин

Чтобы ориентироваться в выборе нагнетателя мощности мотора, стоит понимать, какие бывают турбины на авто. Различают такие виды турбин:

• с перепуском отработанного выхлопного газа;
• с изменяемой геометрией турбины VNT;
• с дросселированием.

Турбина с перепуском отработанного выхлопного газа оснащена специальным клапаном, который выпускает выхлопные газа так, что они не проходят через ротор агрегата. Благодаря этому давление нагнетается, а ротор при этом не изнашивается. Так как поток отработанных газов уменьшен, турбина в меньшем объеме сжимает воздух, и вал турбокомпрессора не набирает очень больших оборотов. Если нагрузка на мотор незначительная, клапан перекрывается и выхлопные газы проходят через турбину.

Агрегат с изменяемой геометрией турбины VNT позволяет уменьшить объем потока отработки через турбину тогда, когда коленчатый вал вращается очень быстро. Лопасти могут менять сечение канала, благодаря чему выхлопной газ направляется на крыльчатку. Благодаря этому давление внутри агрегата соответствует давлению надува. Если нагрузка на мотор небольшая, лопасти увеличивают сечение канала, из-за чего противодавление выхлопного газа возрастает. Газы в системе двигаются очень быстро, потому вал может вращаться на высоких оборотах.

Турбина с дросселированием обычно монтируют на легковые авто с небольшим объемом мотора. Заслонка для регулировки постепенно открывает подводящие каналы, из-за чего меняется поперечное сечение прохождения выхлопного газа. Если коленчатый вал вращается на небольших оборотах, открывается лишь один канал. Из-за уменьшения проходимости газа возникает противодавления, и частота вращения ротора возрастает. Когда желаемое давление достигнуто, открывается второй канал и скорость вращения ротора снижается.

Классификация авто турбин построена на принципе их работы. Современные нагнетатели мощности производят обычно из керамики, реже из стали. Керамические турбины быстрее раскручиваются, благодаря чему имеют лучший процент отдачи. Но воздействие на них микрочастиц большее, они более чувствительны к ударным нагрузкам.

Выбираем турбину для автомобиля

Типы турбин для авто различаются по множеству факторов, поэтому выбрать и приобрести подходящий агрегат непросто. Автовладельцы не понимают, какой должен быть размер турбины, ее КПД, давление и т.д.

Чтобы выбрать подходящую турбину, следуют обращать внимание на такие критерии:

1. Размер. От того, насколько правильно будет подобрана турбина, зависит правильность работы мотора: обеспечено необходимое давление, температура и порог надува. Выбирая размер турбины, в первую очередь учитывают объем мотора. Если двигатель больше, чем 2 литра, то на него можно установить большой турбокомпрессор. Так можно увеличить мощность двигателя и вместе с тем увеличить и расход.
2. Небольшие турбины не могут значительно увеличить мощность двигателя, но они отлично работают на низких оборотах и гарантированно обеспечивают хорошую производительность. Лучшие малогабаритные турбокомпрессоры это шарикоподшипниковые.
3. Конструкция. Данный показатель влияет на мощность и долговечность турбокомпрессора. Если мотор мощный, более 3-х литров, то можно монтировать 2 турбины. Так можно отрегулировать баланс надува и количества вращений.
4. КПД. Данный показатель говорит о температуре отработанных газов на выходе из компрессора. Если компрессор работает максимально эффективно, то температура должна быть невысокой.
5. Давление в коллекторе. От данного показателя зависит соответствие турбины мотору, на автомобиле где она установлена. Давление в коллекторе не должно быть больше, чем в 2,5 раза, чем давление надува.

Автомобильные турбины разделяют на виды также типу подшипника. Так они могут быть с подшипником или маслоподшипником. Турбины с подшипником могут работать без смазочного материала. Менять их просто, стоят они недорого. Им не нужен дополнительный отвод для охлаждения. Маслоподшипники же стоят дороже, но, если они установлены, турбину можно максимально раскручивать и не бояться, что подшипники выйдут из-за этого из строя.

Многие автовладельцы, не имея достаточно средств на покупку новой турбины, ищут варианты б/у. Специалисты не рекомендуют покупать подержанные типы турбокомпрессоров, но если выхода нет, то советуют быть очень внимательными и обращать внимание на внешний вид агрегата и соответствие технических характеристик для конкретной марки авто.

Виды и типы турбин двигателя автомобиля. —

Роль турбины заключается в увеличении мощности двигателя. Турбина увеличивает плотность воздуха, поступающего в камеру сгорания, обеспечивая возможность сжигать больше топливной смеси, менее богатой топливом. Больше сгоревшей смеси — больше энергии от сгорания и соответственно прибавку мощности.

В данной статье поговорим о турбинах двигателя, рассмотрим устройство и принцип работы.

Устройство и принцип работы турбины

Турбина состоит из двух основных частей — турбина и компрессор. Выпускной газ проходя через турбину раскручивает крыльчатку. Вращение крыльчатки передается к другой части турбины — компрессору. Он обеспечивает нагнетание воздуха в двигатель, это осуществляется по принципу что и работа турбины, только в направлении к двигателю.

Чем больше давление — тем больше воздуха поступает в двигатель. Нельзя бесконечно увеличивать давление в двигателе и если турбина «перерабатывает» возникает излишнее тепло, обратное давление, корпус турбины может треснуть, подшипники сокращают срок службы, может потечь масло и даже повредить двигатель. Поэтому давление увеличивают незначительно, типичные значения это от 8 до 12-14 psi.

Замена стандартной турбины

Одна из стандартных модификаций турбины заключается в установке более производительного компрессора и большей крыльчатки турбины. Обратный эффект от этого заключается в уменьшении воздействии выпускных газов на турбину, что способствует снижению ее скорости и как следствие снижению давления в начале цикла раскручивания. Оба корпуса, компрессора и турбины, можно заменить на большие и открыть возможность для пропуска большего количества газа.

Следует помнить, что для каждого автомобиля, турбину тщательно подбирал производитель. Это означает правильное соотношение между диаметрами выхода и входа (турбины и компрессора), обычно, производитель устанавливает одинаковые размеры. Производители автомобилей подбирают турбину, чтобы была хорошая тяга с низов, при этом естественно теряется некоторый момент при высоких оборотах.

Модификация турбин может вызвать эффект обратного давления — поток воздуха начинает двигаться в обратном направлении, что приводит к повреждению крыльчатки турбины.

Современные турбины

В современных турбинах используют керамику. Керамика имеет меньшую плотность, чем аналоги из стали, таким образом уменьшается инерция, и турбина быстрей раскручивается. Большинство современных турбин используют сплав на основе никеля. Полезные свойства керамики для турбин выражаются в улучшении отдачи до 45%, и времени на раскрутку турбины (уменьшается ~ на 20%, в сравнении с обычной турбиной).

Однако керамические турбины больше подвержены воздействию микрочастиц поступающих из выпускного коллектора. Керамические турбины больее чувствительны и к ударным нагрузкам.

Турбины с двойным ходом

Они имеют раздельные пути ведущие к турбине, это поддерживает пульс от выпускных газов в более изолированном состоянии, соответственно разные цилиндры оказывают меньше дурного влияния друг на друга, поэтому отдача улучшается. Так называемые турбинные с раздвоенным пульсом (или с двойным входом) доступны от многих тюнинг ателье.

Турбины с изменяемой геометрией

Один из примеров изменяющейся геометрии это сопло турбины. Там несколько лопаток расположены по кругу корпуса турбины, и соединены с механизмом, регулирующим углы. Зазор между лопатками может меняться, таким образом изменяется раскручивание турбины.

Для работы требуется специальный управляющий механизм, который обеспечивает оптимальную производительность турбины во всем диапазоне работы. К сожалению такие турбины достаточно дорогие и очень не надежны.

Типы турбин — котельное оборудование

По назначению различают два основных типа турбин – изображение ниже.

Турбины с противодавлением

Отработанный в турбине пар используется для технологических целей. Для этого давление пара после турбины приводится регулятором давления в соответствии с требованием процесса. Этот процесс называется объединенная выработка тепло- и электроэнергии (когенерация). При этом генератор производит электроэнергию с одновременным отбором пара из турбины на технологические нужды. Объединенное значение КПД такой установки составляет в среднем 85%. Чтобы обеспечить соответствие качества пара его назначению, пар отбирается из турбины в определенных местах.

Конденсационные турбины

Отработанный после турбины пар конденсируется в конденсаторе, который находится под вакуумом. Благодаря этому турбины работают с большей разностью энтальпии (между входом и выходом), чем турбины с противодавлением и это позволяет производить больше электроэнергии на тонну пара. Конденсационные турбины применяются в основном на электростанциях. КПД такой электростанции с конденсационными турбинами лежит в пределах между 40 и 50%.

Изображение. Типы турбин

Полное обессоливание

В эксплуатации паровых котлов высокого давления для целей водоподготовки могут рассматриваться только установки полного обессоливания воды. Режимные параметры пара – давление и температура, в этом случае настолько высоки, что простые установки умягчения не достаточны для подготовки воды подпитки. Кроме компонентов жесткости кальция и магния из воды должны быть удалены и другие химические компоненты как сульфаты, силикаты, хлориды и натрий. В процессе полного обессоливания с помощью реагентов удаляется также химически связанная углекислота.

Источник: «Рекомендации по применению оборудования ARI. Практическое руководство по пару и конденсату. Требования и условия безопасной эксплуатации. Изд. ARI-Armaturen GmbH & Co. KG 2010»

Получить консультацию и приобрести оборудование для паро-конденсатных систем можно по телефону (495) 268-0-242.

Холдинг РОТЕК представил на «ИННОПРОМе» новые типы турбин и разработки в области накопителей энергии

13 июля 2015

С 8 по 11 июля 2015 г. в Екатеринбурге  состоялась  международная промышленная выставка «ИННОПРОМ». Холдинг РОТЕК представил на ней свои новые разработки в области проектирования и производства паровых турбин и сервиса энергетического оборудования. Были продемонстрированы также экспериментальные образцы модулей суперконденсаторов, применение которых возможно в различных отраслях: альтернативной энергетике, судостроении, общественном легковом транспорте.

Входящий в холдинг РОТЕК Уральский турбинный завод представил на «ИННОПРОМе» энергетические турбины для парогазовых циклов и турбину судового назначения. Накануне, в мае 2015 года, завод завершил реализацию пилотного проекта по производству оборудования турбоустановки для атомного ледокола «Арктика» (проект 22220). Это первый в постсоветкой истории завода проект по изготовлению турбин, которые могут работать в составе энергоустановок судов.

Специалисты Центра удаленного мониторинга и прогностики ЗАО «РОТЕК» продемонстрировали участникам промышленной выставки собственную систему, которая в настоящее время используется для сопровождения контрактов по сервису газотурбинного оборудования. В текущем году осуществлен монтаж этой системы на 4-х российских ТЭЦ. Потенциально система может использоваться для мониторинга любого промышленного оборудования и быть интегрирована в создаваемый глобальный индустриальный интернет вещей, фактически являясь его базовым элементом.

Входящая в холдинг РОТЕК инжиниринговая компания «ТЭЭМП» представила экспериментальные образцы накопителей энергии на основе суперконденсаторов, которые по своим характеристикам: внутреннему сопротивлению, удельным энергетическим и стоимостным параметрам, сопоставимы или превосходят мировые аналоги.

В рамках деловой программы «ИННОПРОМа» состоялись встречи и переговоры руководства РОТЕК с главами делегаций Республики Беларусь и стран Африки о реализации новых проектов.

9 июля Уральский турбинный завод посетили представители энергетических компаний и ключевых отраслевых государственных структур Кении, ЮАР, Нигерии, Замбии, Анголы, Танзании, ДР Конго и Руанды. Обсуждалась возможность поставок паровых турбин для строительства геотермальных электростанций в африканских странах. Визит на УТЗ прошел в рамках Российско-Африканского форума, организованного «ЭкспортКлубом» (ООО «B2B-Экспорт») на площадке международной промышленной выставки «ИННОПРОМ 2015». 

Van Oord изготовит и установит новейшие типы фундаментов для ветряных турбин морского ветропарка Deutsche Bucht (Германия)

В рамках проекта немецкого морского ветропарка Deutsche Bucht по контракту с международным подрядчиком Van Oord будет установлено вспомогательное оборудование, а также изготовлены и установлены инновационные кессонные фундаменты типа Mono Bucket под две турбины MHI Vestas V164s мощностью по 8,4 МВт, говорится в сообщении Van Oord.

Все финансовые вопросы по проекту пилотной пробной версии фундаментов Mono Bucket (Deutsche Bucht Mono Bucket) вчера закрыты компанией Northland.

Tретья морская ветроэлектростанция в Северном море Deutsche Bucht будет построена канадским производителем электроэнергии Northland Power. Этот морской ветропарк станет первым в мире, где будет протестирован новый тип конструкции фундамента в условиях коммерческой эксплуатации.

Конструкция представляет собой стальную емкость (кессон) гигантского размера, которая устанавливается на дно без всякой предварительной его подготовки. Кессон Mono Bucket («моно-ведро») состоит из большого стального цилиндра или «ведра всасывания» (весом до 1100 тонн), на котором устанавливается вал. На этом валу будет закреплен переходный элемент и ветротурбина мощностью 8,4 МВт. Технология установки обеспечивают заглубление (всасывание) кессона в грунт строго горизонтально под собственной тяжестью конструкции и массой воды. Данный принцип впервые будет применен в ветроэнергетике.

Процесс установки новой конструкции экологичен: монтаж бесшумен, поскольку никаких операций, связанных с бурением и забиванием, не производится. Также фундамент Mono Bucket требует на 25% меньше стали в сравнении с моно-сваей. Фундамент может быть полностью выведен из эксплуатации в конце срока службы.

По проекту морского ветропарка Deutsche Bucht будет установлено 33 ветрогенератора: 31 турбина будет покоиться на моно-свайном фундаменте и две турбины – на кессонном инновационном фундаменте Mono Bucket. Мощность сети составит почти 269 МВт.

Морская ветроэлектростанция будет поставлять электроэнергию, достаточную для удовлетворения потребностей примерно 328 тыс. домашних хозяйств в год. По планам морские инженерные работы начнутся уже этим летом. Фундаменты Mono Bucket будут установлены во II квартале 2019 года. Ввод в эксплуатацию морского ветропарка намечен на II половину 2019 года.

Нидерландская компания Van Oord Dredging and Marine Contractors B.V. (Van Oord) является ведущим международным подрядчиком крупных проектов в области дноуглубления, берегоукрепления, морских инженерных проектов (на нефтегазовых шельфовых месторождениях и ветровых энергоустановках). В частности, компания занимается установкой подводных конструкций, прокладкой труб, строительством выносных причалов и гравитационных конструкций. Головной офис компании находится в Роттердаме (Нидерланды). Van Oord является независимым семейным предприятием. В компании трудятся около 4,5 тыс. специалистов по всему миру. В составе флота компании — более ста современных судов и другой специализированной техники. Van Oord участвовала в таких крупнейших проектах, как Palm Jumeirah в Дубае и прокладке второго Суэцкого канала в Египте. С 2002 года, Van Oord участвует в строительстве морских ветропарков в Северном море.

Типы турбин: классификации и типы

Различные типы турбин разработаны для извлечения механической энергии из гидравлической энергии для выработки электроэнергии. Есть несколько способов объяснить типы турбин. Методы классификации включают метод обмена импульсом между жидкостью и турбиной, путь потока жидкости через турбину, гидравлический диапазон активности турбины и удельную скорость турбины.

Различные образцы колес водяных турбин (Ссылка: publicresearchinstitute.org )

Далее мы попытаемся объяснить каждый из этих методов классификации.

Типы турбин на основе обмена энергией между водой и машиной

Учитывая, как поток жидкости воздействует на лопатки турбины, гидротурбины можно разделить на две категории: импульсные и реактивные.

Импульсные турбины

Если турбинное колесо приводится в движение кинетической энергией жидкости, которая ударяется о лопатки турбины через сопло или иным образом, турбина называется импульсной турбиной.В этих типах турбин набор вращающихся механизмов работает при атмосферном давлении. Импульсные турбины обычно подходят для высокого напора и низкого расхода.

Турбины Pelton, Turgo и Cross-flow — это три типа импульсных турбин. Конструкция турбин Пелтона и Турго аналогична. Однако турбина с перекрестным потоком представляет собой модифицированный тип импульсных турбин, который классифицируется как импульсная турбина из-за вращения рабочего колеса при атмосферном давлении, а не как погруженная турбина.

Реакционные турбины

Если сумма потенциальной энергии и кинетической энергии воды, которые обусловлены давлением и скоростью, соответственно, вызывают вращение лопаток турбины, турбина классифицируется как реакционная турбина. В этих типах турбин вся турбина погружена в воду, и изменения давления воды вместе с кинетической энергией воды вызывают обмен энергией. Реакционные турбины обычно применяются при более низких напорах и более высоких расходах, чем импульсные турбины.

Реакционные турбины очень разнообразны. Фрэнсис, Каплан и Дериаз входят в число этих турбин.

В этом видео представлен обзор этих двух типов турбин и их сравнение.

Типы турбин в зависимости от направления потока жидкости в машине

Водяной канал через турбину делит эти турбины на следующие четыре категории:

Радиальная турбина

Если поток в литнике движется радиально , турбина — радиально-проточная.Эти турбины делятся на два типа: с радиальным потоком внутрь и с радиальным потоком наружу . Турбины Фрэнсиса могут быть в виде турбин с радиальным потоком.

Турбины с радиальным потоком внутрь

В этих турбинах вода входит в корпус турбины через затвор, проходит через неподвижные направляющие лопатки к ротору и выходит оттуда. Следовательно, внутренний и внешний диаметры равны выходному и входному диаметрам соответственно. На следующем рисунке показано направление воды в турбине с радиальным потоком внутрь.

Направление потока в турбине с радиальным потоком внутрь (Ссылка: Quora.com )

Вода поступает из корпуса в центр неподвижных направляющих лопаток. Они направляют воду в ротор вокруг неподвижного направляющего колеса. Отвод воды происходит от внешнего диаметра желоба. Следовательно, внутренний диаметр бегунка — это вход, а внешний диаметр — выход.

На рисунке ниже показано, как жидкость проходит через турбину этого типа.

Направление потока в турбине с радиальным потоком наружу (Ссылка: Quora.com )

Турбины с тангенциальным или периферийным потоком

В этих турбинах вода течет по касательной к рабочему колесу. Pelton относится к этой категории турбин.

Турбины с осевым потоком

В турбинах этого типа жидкость течет параллельно валу турбины (оси турбины). Каплан — одна из таких турбин.

Турбины со смешанным потоком

Турбина, в которой поток входит в турбину в радиальном направлении и покидает ее в осевом направлении, является турбиной со смешанным потоком, как и современные турбины Фрэнсиса.

Типы турбин в зависимости от рабочего диапазона гидравлики

Соответственно, водяные турбины делятся на три категории:

Турбины с низким напором

Гидравлические турбины, работающие в диапазоне напора менее 45 метров, считаются низконапорными. турбины. Турбина Каплана — одна из таких турбин. Если напор меньше 3 метров, он считается сверхнизким напором.

Турбины со средним напором

Рабочий диапазон для напоров от 45 до 250 метров известен как средний напор.Турбины Фрэнсиса обычно работают в таких условиях.

Турбины с высоким напором

Турбины с напором выше 250 метров известны как высоконапорные турбины, подобные турбине Пелтона.

На рисунке ниже вы можете увидеть рабочий диапазон различных турбин в зависимости от изменений напора и расхода.

Рабочий диапазон различных турбин (Ссылка: river.bee.oregonstate.edu )

Типы турбин в зависимости от удельной скорости

Удельная скорость турбины (обозначается N _s ) определяется как скорость турбины с геометрическим подобием, которая может генерировать единицу мощности под головным агрегатом.На основании этого параметра водяные турбины подразделяются на три класса:

Турбина с низкой удельной скоростью

Значения от 1 до 10 являются низкими удельными скоростями. В этом диапазоне работают импульсные турбины. Например, турбина Пелтона обычно работает с удельной скоростью около 4.

Турбина со средней удельной скоростью

Турбины, которые работают в определенном диапазоне скоростей от 10 до 100, такие как Фрэнсис, имеют среднюю удельную скорость.

Турбина с высокой удельной скоростью

Удельные скорости выше 100 считаются высокими значениями. Турбина Каплана работает на высокой удельной скорости.

Введение в широко используемые промышленные водяные турбины и их классификации

После объяснения различных методов классификации турбин и упоминания некоторых примеров для каждой из них мы дадим краткое описание турбин, которые очень хорошо известны в производстве электроэнергии. промышленность, упомянутая в предыдущих разделах.

Pelton

Турбина Pelton представляет собой тип импульсной турбины , в которой поток входит в колесо по касательной . Вся установка находится под атмосферным давлением, поток с потенциальной энергией и высоким давлением течет в затворной трубке и достигает сопла (ей). Сопло отвечает за преобразование потока с высоким давлением в поток с высокой скоростью. Таким образом, ток с высокой скоростью ударяет по лопаткам этой турбины, имеющим форму лопасти, и заставляет бегунок вращаться.

Эти турбины подходят для высоких напоров (до 2000 метров) и малых расходов (4-15 м ³ / с). Они классифицируются как турбины с низкой удельной скоростью . Они производятся в различных размерах и используются даже до 200 МВт.

На рисунке ниже вы можете увидеть основные компоненты турбины Пелтона, включая сопло (и), дефлекторную пластину (для предотвращения водяных струй в случае остановки нагрузки), бегунок и лопасти в форме лопатки.

Основные части турбины Пелтона (Ссылка: Renewablesfirst.co.uk )

Поперечный поток

Поперечно-проточная турбина представляет собой вид модифицированной импульсной турбины . Несмотря на то, что он похож на Pelton или Turgo, у него нет лопаток, и поток не попадает в лопатки по касательной, поскольку турбина не погружается в воду, она попадает в эту категорию турбин.

Основными компонентами этих турбин являются рабочее колесо, лопатки, установленные на рабочем колесе, направляющая лопатка (и) и отсасывающая труба.Вода течет в поперечном направлении в желоб, обмениваясь импульсом один раз с верхними лопастями и один раз с нижними.

Эти турбины обычно используются на малых гидроэлектростанциях. Они могут работать в широком диапазоне напоров ( от 2 до 200 метров) и расходах ( от 20 до 2000 литров в секунду). Эти турбины могут быть очень хорошо адаптированы в случаях, когда поток изменяется для поддержания эффективности. Количество лопастей от 10 до 34.

На изображении ниже показаны различные части турбины с перекрестным потоком.

Компоненты турбины с перекрестным потоком (Ссылка: en.wikipedia.org )

Фрэнсис

Турбина Фрэнсиса — реакционная турбина , используемая для средних напоров (10-650 метров) и средних потоков . Выходная мощность может составлять от 10 МВт до 750 МВт. Эти турбины находятся в диапазоне турбин средней удельной скорости . Основными компонентами этих турбин являются спиральный корпус, упорные лопатки, направляющие лопатки, бегунок и отсасывающая труба.

Спиральный кожух распределяет воду по колесу, и, поскольку его площадь поперечного сечения постепенно уменьшается, он не позволяет уменьшаться скорости воды. Поток направляется к колесу с помощью упорных лопаток. Направляющие лопатки отвечают за изменения направления и скорости воды при изменении расхода.

Наконец, энергообмен происходит в секции бегунка. Вытяжная труба также действует как выпускное отверстие, которое увеличивает чистый напор за счет перемещения уровня выходящей воды вверх.

Колеса этих турбин радиальные внутрь или смешанные . Чем выше удельная скорость, тем ближе колесо подходит к смешанному потоку. Ось этих турбин выполнена вертикально или горизонтально; Горизонтальный тип используется для менее мощных и небольших электростанций.

Принципиальная схема различных частей турбины Фрэнсиса (Ссылка: Mechanicalbooster.com )

Каплан

Каплан представляет собой пропеллерную реактивную турбину .Турбины Каплана используются для низкого напора и высокого расхода . Основные компоненты этих турбин включают спиральный корпус, упорные лопатки, калитку, рабочий ход и отсасывающую трубу. Вода поступает в направляющий регулятор радиально. Шпиль, лопасть и подвижные лопатки действуют аналогично турбине Фрэнсиса. В отличие от пропеллеров , лопасти регулируются по Каплану. Следовательно, регулируя направляющие лопатки и лопасти, можно изменять скорость потока для поддержания эффективности.

Турбина Каплана с осевым колесом установлена ​​вертикально для большой мощности и горизонтально для малой мощности и низкого напора.

Удельная скорость этих турбин в 2–3 раза выше, чем у Фрэнсиса, и они классифицируются в категории высокоскоростных турбин .

Диаграмма эффективности этих турбин плоская и может сохранять свою эффективность в более широком диапазоне расхода, в отличие от Фрэнсиса.

Количество лезвий от 3 до 6, что намного меньше, чем у Фрэнсиса с 11 до 17.

На рисунке ниже показаны основные компоненты турбины Каплана.

Основные компоненты турбины Каплана (Ссылка: en.wikipedia.org )

В этом видео вы можете увидеть схематическое сравнение турбин Каплана, Фрэнсиса и Пелтона.

Типы ветра — Управление энергетической информации США (EIA)

• Горизонтально-осевые турбины
• Вертикально-осевые турбины

Размеры ветряных турбин сильно различаются.Длина лопастей — самый важный фактор в определении количества электроэнергии, которую может генерировать ветряная турбина. Небольшие ветряные турбины, которые могут привести в действие один дом, могут иметь электрическую мощность до 10 киловатт (кВт). Самые большие действующие ветряные турбины имеют электрическую мощность до киловатт (10 мегаватт), а турбины большего размера находятся в стадии разработки. Большие турбины часто группируются вместе для создания ветряных электростанций или ветряных электростанций , которые обеспечивают энергией электрические сети.

Источник: адаптировано из Национального проекта развития энергетического образования (общественное достояние)

Вертикально-осевой ветряк Дарье в Мартиньи, Швейцария

Источник: Лисипп, автор Wikimedia Commons (лицензия свободной документации GNU) (общественное достояние)

Горизонтально-осевые турбины аналогичны винтовым двигателям самолетов

Горизонтально-осевые турбины имеют лопасти, как воздушные винты, и обычно имеют три лопасти.Самые большие турбины с горизонтальной осью имеют высоту 20-этажного здания и имеют лопасти длиной более 100 футов. Более высокие турбины с более длинными лопастями производят больше электроэнергии. Практически все используемые в настоящее время ветряные турбины представляют собой турбины с горизонтальной осью.

Вертикальные турбины похожи на взбиватели яиц

Турбины с вертикальной осью имеют лопасти, которые прикреплены к верхней и нижней части вертикального ротора. Самый распространенный тип турбины с вертикальной осью — ветряк Дарье, названный в честь французского инженера Жоржа Дарье, запатентовавшего эту конструкцию в 1931 году, — выглядит как гигантский двухлопастный взбиватель для яиц.Некоторые версии турбины с вертикальной осью имеют высоту 100 футов и ширину 50 футов. Сегодня используется очень мало ветряных турбин с вертикальной осью, потому что они не работают так же хорошо, как турбины с горизонтальной осью.

Ветряные электростанции или ветряные электростанции производят электроэнергию

Ветряные электростанции — это группы ветряных турбин, которые производят большое количество электроэнергии. Ветряная электростанция обычно имеет много турбин, разбросанных по большой площади. Одна из крупнейших ветряных электростанций США — Центр ветроэнергетики Хорс-Холлоу в Техасе, в котором по состоянию на конец 2019 года было 422 ветряных турбины, расположенных на площади около 47000 акров.Общая электрическая мощность проекта составляет около 735 мегаватт (или 735 000 киловатт).

Горизонтально-осевые ветряки на ветроэлектростанции

Источник: стоковая фотография (защищена авторским правом)

Последнее обновление: 4 декабря 2020 г.

Турбина

— Типы турбин — паровая, водяная, энергетическая и энергетическая

В то время как турбины можно классифицировать как импульсные или реактивные, в зависимости от того, как они функционируют, существует четыре основных типа турбин, которые классифицируются в зависимости от текучей среды, которая обеспечивает движущую силу: пар, газ, вода или ветер.Паровые, водяные и ветряные турбины используются для выработки электроэнергии, а газовые турбины чаще всего используются реактивными самолетами для приведения в движение. Паровая турбина в основном используется электростанциями, которые сжигают ископаемого топлива или используют ядерную энергию для привода генераторов, вырабатывающих электроэнергию для потребителей. Паровые турбины также приводят в действие подводные лодки и корабли. Гидравлическая турбина используется почти исключительно на гидроэлектростанциях для питания электрического генератора , который затем вырабатывает электроэнергию для домов, офисов и фабрик.Ветряные турбины — наименее распространенные, но в настоящее время в Шотландии используются вертикальные машины, называемые турбинами Дарье, чьи гигантские дугообразные лопасти выглядят как огромные взбиватели для яиц, для выработки электроэнергии с помощью ветра. Газовая турбина в основном используется на реактивных самолетах.

Паровые турбины преобразуют тепловую энергию пара в механическую работу. Самая ранняя паровая турбина была также самой ранней известной паровой машиной . В течение первого века A . D ., Греческий математик и инженер, Герой Александрии, построил то, что было в основном новинкой и не произвел никакой полезной работы, но, тем не менее, это была первая паровая турбина.Он состоял из небольшой полой сферы с двумя торчащими из нее соплами или изогнутыми трубками. Сфера была прикреплена к котлу, производившему пар. Когда пар выходил из полых трубок сферы, сама сфера вращалась вокруг своей оси и продолжала вращаться. В принципе, это была реактивная паровая турбина, потому что сила выходящего пара сама создавала тягу, заставляющую ее вращаться. Пар больше не рассматривался ни в каком контексте турбин, пока итальянец Джованни Бранка не опубликовал в 1629 году работу, в которой он предложил принцип импульсной паровой турбины.В своей книге он подробно описывает, что было бы просто преобразовать линейное движение цилиндра во вращательное движение, необходимое для работы, направив струю пара на лопатки колеса, как воду на водяное колесо. Неизвестно, строил ли он когда-нибудь такой двигатель.

Несмотря на достижения в понимании и управлении паром, достигнутые в восемнадцатом веке, паровая турбина не могла быть построена до тех пор, пока точность и прочность обработки и материалов не достигли определенного уровня.В 1884 году английский инженер Чарльз Алджернон Парсонс (1854-1931) создал первый практический паротурбинный двигатель. Несмотря на то, что он был разработан для производства электроэнергии, он вскоре был применен в морских силовых установках и управлял кораблем под названием Turbinia в 1887 году. Впечатляющая скорость и характеристики этого великого корабля открыли новую эру паровых двигателей на море. Парсонс преодолел несколько серьезных инженерных трудностей, связанных с напряжением, вибрацией и балансировкой, и действительно заслуживает звания отца современной паровой турбины.Помимо использования в море, паровые турбины вырабатывали подавляющую часть электроэнергии, использованной в двадцатом веке. Сегодня большая часть нашей электроэнергии вырабатывается на электростанциях, использующих паровые турбины. Пар производится путем сжигания ископаемого топлива ( угля, или газа) или с помощью ядерной энергии. Большинство согласны с тем, что паровые турбины все еще развиваются и еще какое-то время будут играть значительную роль в производстве электроэнергии.

Водяные или гидравлические турбины отождествляются с плотинами и производством гидроэлектроэнергии.Когда турбина приводится в действие быстро текущей или падающей водой, она называется импульсной турбиной. Огромная гидроэлектростанция на Ниагарском водопаде, построенная в конце девятнадцатого века, является турбиной этого типа. Водные условия обычно определяют, какой тип турбины требуется, а импульсным водяным турбинам для эффективной работы требуется постоянный поток воды. Два аспекта этого водного потока имеют решающее значение: его объем , и его напор. Напор воды — это расстояние, на которое вода должна упасть, прежде чем ударится о колесо турбины.Импульсная турбина с достаточным объемом и напором, как у Niagara, может иметь колесо или ротор, установленный на вертикальном или горизонтальном валу. Концы лопастей турбины действуют как чашеобразные ведра, и, поскольку вода направляется на них с очень высокой скоростью струями, лопасти вращаются. Как и следовало ожидать, большинство гидравлических турбин относятся к реактивному типу, поскольку они лучше всего подходят для работы с низким напором. Здесь турбина находится под водой и вращается под действием веса и скорости потока.Его вал вертикальный и имеет либо изогнутые по спирали лопасти, либо те, которые напоминают гребной винт корабля. В отличие от импульсных турбин, которые достигают вращения за счет ускорения воды из подающих форсунок, реактивные турбины работают за счет ускорения воды в роторе или рабочем колесе. Оба затем преобразуют энергию стремительной воды в механическую энергию.

Ветровые турбины являются наименее распространенными или значимыми из всех типов турбин, и во многих технических текстах они даже не упоминаются.В отличие от водяных колес, которые напрямую вели к гидравлической турбине, ветряная мельница по большей части не превратилась в значительный источник современной энергии. Однако, как и в случае с отмеченными турбинами Дарье в Шотландии, ветряные турбины действительно существуют и доказали свою полезность в районах с сильными непрерывными ветрами. Группы ветряных турбин вырабатывают электроэнергию в горах Техачапи недалеко от Барстоу, Калифорния, а также в некоторых районах Гавайев и Нью-Гэмпшира.

Наиболее известное применение газовых турбин — реактивные двигатели.В газовых турбинах используются горячие газы, как следует из их названия, и они являются новейшим типом газотурбинных двигателей. Их газы образуются при сжигании какого-либо вида топлива, например керосина. Затем воздух втягивается в переднюю часть Производство газовых турбин в Южной Каролине. Фотография Брауни Харриса. Фондовый рынок. Воспроизведено с разрешения автора.

турбины и проходит через компрессор, где сжатый воздух смешивается с топливом в камере сгорания и сжигается.Это производит горячие газы, которые расширяются и, следовательно, устремляются через роторы турбины, заставляя их вращаться. Это вращение можно использовать для питания электрического генератора или насоса, но в случае реактивного самолета горячие расширяющиеся газы выбрасываются с очень высокой скоростью из заднего сопла двигателя, создавая тягу, которая затем толкает двигатель и самолет вперед. Газовые турбины достигают более высоких температур, чем паровая турбина (чем горячее газовая турбина, тем эффективнее она работает) и, следовательно, не могут быть построены из обычных металлов.

Турбинные двигатели являются примером идеи, которая не могла быть реализована на практике, пока технологии не достигли определенных успехов. Вероятно, наиболее важным техническим достижением было повсеместное внедрение стали , стали и ее сплавов, которое произошло во второй половине девятнадцатого века. Популярность и использование определенных типов газотурбинных двигателей растет и падает по мере изменения потребностей, приоритетов и ситуаций. Хороший пример — использование паровых турбин для движения кораблей.После того, как в течение многих лет преобладали морские перевозки, паровые турбины пришли в упадок после нефтяного эмбарго 1973 года, потому что топливо для производства пара стало чрезмерно дорогим. Их место заняли дизели, поскольку им требовалось меньше топлива. Однако в дизелях можно использовать только жидкое топливо, а поскольку в следующем столетии нефти станет все меньше, паровые турбины для кораблей снова могут стать выбором, поскольку они могут приводиться в движение котлами, работающими на угле.

турбина | Британника

Полная статья

турбина , любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию.Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему неподвижных каналов или лопастей, которые чередуются с каналами, состоящими из лопастей, похожих на ребра, прикрепленных к ротору. Путем организации потока на лопасти ротора действует тангенциальная сила или крутящий момент, ротор вращается, и работа извлекается.

Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: вода, пар, газ и ветер. Хотя одни и те же принципы применимы ко всем турбинам, их конкретные конструкции достаточно различаются, чтобы заслужить отдельное описание.

Гидравлическая турбина использует потенциальную энергию, возникающую в результате разницы в высоте между верхним водным резервуаром и уровнем воды на выходе из турбины (отводящий трубопровод), для преобразования этого так называемого напора в работу. Водяные турбины — современные преемники простых водяных колес, которым около 2000 лет. Сегодня гидротурбины в основном используются для производства электроэнергии.

Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами, соединенными с электрогенераторами.Турбины приводятся в действие паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в генераторе, работающем на атомной энергии. Энергия, которую можно извлечь из пара, удобно выражать через изменение энтальпии в турбине. Энтальпия отражает формы тепловой и механической энергии в процессе потока и определяется суммой внутренней тепловой энергии и произведением давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с увеличением температуры и давления парогенератора и с уменьшением давления на выходе из турбины.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Для газовых турбин энергия, извлекаемая из текучей среды, также может быть выражена через изменение энтальпии, которое для газа почти пропорционально перепаду температуры в турбине. В газовых турбинах рабочим телом является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включает, по крайней мере, компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они монтируются как единое целое и работают как законченный первичный двигатель в так называемом открытом цикле, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания, наконец, снова выбрасываются в атмосферу.Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать устройство в целом, которое на самом деле является двигателем внутреннего сгорания, а не только турбиной. По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье двигатель внутреннего сгорания.

Энергия ветра может быть извлечена ветряной турбиной для производства электроэнергии или для откачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важным источником энергии с позднего средневековья до XIX века.

Fred Landis

Водяные турбины обычно делятся на две категории: (1) импульсные турбины, используемые для высокого напора воды и низкого расхода, и (2) реактивные турбины, обычно используемые для напора ниже примерно 450 метров и среднего или высокого расхода. Эти два класса включают в себя основные типы, обычно используемые, а именно, импульсные турбины Пелтона и реактивные турбины типа Фрэнсиса, пропеллера, Каплана и Дериаза. Турбины могут быть оборудованы как горизонтальными, так и, чаще, вертикальными валами.Для каждого типа возможны широкие вариации конструкции для соответствия конкретным местным гидравлическим условиям. Сегодня большинство гидравлических турбин используются для выработки электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Импульсные турбины

В импульсных турбинах потенциальная энергия или напор воды сначала преобразуется в кинетическую энергию путем выпуска воды через сопло тщательно продуманной формы. Струя, выбрасываемая в воздух, направляется на изогнутые ведра, закрепленные на периферии бегунка, для извлечения энергии воды и преобразования ее в полезную работу.

Современные импульсные турбины основаны на конструкции, запатентованной в 1889 году американским инженером Лестером Алленом Пелтоном. Свободная водная струя попадает в лопатки турбины по касательной. Каждый ковш имеет высокий центральный гребень, так что поток разделяется, оставляя желоб с обеих сторон. Колеса Пелтона подходят для высоких напоров, обычно выше 450 метров при относительно низком расходе воды. Для максимальной эффективности скорость конца рабочего колеса должна составлять примерно половину скорости ударной струи. КПД (работа, производимая турбиной, деленная на кинетическую энергию свободной струи) может превышать 91 процент при работе с 60–80 процентами полной нагрузки.

Мощность одного колеса можно увеличить, используя более одной форсунки. Для горизонтальных валов характерны двухструйные устройства. Иногда на одном валу устанавливаются два отдельных бегунка, приводящих в движение один электрогенератор. Агрегаты с вертикальным валом могут иметь четыре или более отдельных форсунок.

Если электрическая нагрузка на турбину изменяется, ее выходная мощность должна быть быстро отрегулирована в соответствии с потреблением. Это требует изменения расхода воды, чтобы поддерживать постоянную скорость генератора. Скорость потока через каждое сопло регулируется расположенным в центре наконечником или иглой аккуратной формы, которая скользит вперед или назад под управлением гидравлического серводвигателя.

Правильная конструкция иглы гарантирует, что скорость воды, выходящей из сопла, остается практически неизменной независимо от отверстия, обеспечивая почти постоянный КПД в большей части рабочего диапазона. Нецелесообразно внезапно уменьшать поток воды, чтобы соответствовать уменьшению нагрузки. Это может привести к разрушительному скачку давления (гидроудару) в подающем трубопроводе или напорном затворе. Таких скачков можно избежать, добавив временное сопло для разлива, которое открывается при закрытии основного сопла, или, что более часто, частично вставляя отражающую пластину между струей и колесом, отклоняя и рассеивая часть энергии при медленном закрытии иглы.

Другой тип импульсной турбины — турбонагнетатель. Струя падает под косым углом на бегунок с одной стороны и продолжает двигаться по единственному пути, выходя на другую сторону бегунка. Этот тип турбины использовался в установках среднего размера с умеренно высоким напором.

Реакционные турбины

В реакционной турбине силы, приводящие в движение ротор, достигаются за счет реакции ускоряющегося потока воды в рабочем колесе при падении давления. Принцип реакции можно наблюдать в роторном оросителе для газонов, где выходящая струя вращает ротор в противоположном направлении.Из-за большого разнообразия возможных конструкций рабочих колес реактивные турбины могут использоваться в гораздо большем диапазоне напоров и расходов, чем импульсные турбины. Реакционные турбины обычно имеют спиральный впускной кожух, который включает регулирующие заслонки для регулирования потока воды. На входе часть потенциальной энергии воды может быть преобразована в кинетическую энергию по мере ускорения потока. Впоследствии энергия воды отбирается в роторе.

Как отмечалось выше, широко используются четыре основных типа реактивных турбин: турбины Каплана, Фрэнсиса, Дериаза и пропеллерные.В турбинах Каплана с фиксированными лопастями и турбинами с регулируемыми лопастями (названными в честь австрийского изобретателя Виктора Каплана) через машину, по существу, существует осевой поток. Турбины типа Фрэнсиса и Дериаза (в честь американского изобретателя британского происхождения Джеймса Б. Фрэнсиса и швейцарского инженера Поля Дериаза, соответственно) используют «смешанный поток», когда вода поступает радиально внутрь и выпускается в осевом направлении. Рабочие лопасти на турбинах Фрэнсиса и пропеллера состоят из неподвижных лопастей, в то время как в турбинах Каплана и Дериаза лопасти могут вращаться вокруг своей оси, которая находится под прямым углом к ​​главному валу.

Основные типы ветряных турбин, используемых сегодня

Улавливание естественной энергии Земли с помощью ветра когда-то было абстрактной идеей. В конце концов, однако, инженеры смогли сфокусировать идею и воплотить ее в жизнь с помощью инновационных технологий. Во время разработки ветряных турбин было создано множество прототипов, и многие из первых разработанных двигателей используются до сих пор, только с более современной техникой. Вот несколько различных ветряных турбин, которые мы привыкли видеть сегодня, а некоторые мы определенно не видим.

Ветряные турбины HAWT

«HAWT» — это ветряные турбины с горизонтальным доступом. Это типы ветряных турбин, которые используются наиболее широко и обычно первыми приходят в голову, когда мы думаем о ветровой энергии. Эти турбины могут иметь две, но чаще всего три лопасти на вершине башни, достигающей 120 метров в высоту. Лопасти могут иметь длину более 60 м и могут вырабатывать до 20 МВт энергии.

Ветровые турбины

Это турбины, направленные против ветра.Это означает, что ветер дует прямо в турбину, а не из-за нее. Это наиболее часто используемые ветряные турбины HAWT.

Pro: это более эффективный способ получения энергии от ветра, поскольку он помогает предотвратить попадание ветровой тени позади башни.

Против: Ветровая тень возникает перед башней, когда ветер приближается к ней. Чтобы этого избежать, ротор должен располагаться подальше от башни, что требует больших затрат.

Турбины с обратным ветром

Эти турбины не обращены к ветру, поэтому ветер фактически ударяет по задней части турбины, заставляя ее двигаться.

Pro: ротор можно сделать более гибким. Это означает, что тень от ветра может быть легче уменьшена, и может быть разработана более легкая модель, чтобы снять нагрузку с башни при сильном ветре.

Против: Сила ветра переменная, потому что ветер дует прямо сквозь ветровую тень. Хотя его конструкция может более легко уменьшить тень от ветра, в турбинах с нисходящим потоком все же есть значительно больше.

Закрытые турбины

Закрытые турбины, также известные как ветряные турбины с диффузором, имеют лопасти, расположенные в кольцеобразном аэродинамическом профиле, который увеличивает воздушный поток в системе.

Pro: Как объяснили в Open Source Ecology, эта конструкция может увеличить мощность HAWT до 5 раз из-за увеличенного воздушного потока, создаваемого аэродинамическим профилем. Кроме того, уменьшаются турбулентность и шум, поскольку концы лопастей покрыты аэродинамическим профилем.

Против: это очень дорогие турбины, которые не могут конкурировать с современными высокоскоростными турбинами.

** Ветряные турбины VAWT **

«VAWT» — ветряные турбины с вертикальным доступом. Эти типы ветряных турбин используют энергию ветра в противоположном направлении, чем HAWT.VAWT используются реже, потому что их вертикальная конструкция не так эффективна или эффективна, как горизонтальная.

Savonius Turbines

Эта ветряная турбина имеет форму буквы S и работает так же, как чашечный анемометр. Его изгибы улавливают ветер, который перемещает устройство по кругу.

Pro: это гораздо меньший по размеру дизайн, что означает, что его можно использовать в качестве «небольшого» возобновляемого источника энергии.

Против: лопасти имеют чрезвычайно низкую скорость вращения и поэтому не могут производить столько электроэнергии, сколько могут другие турбины.

Панельные турбины

С этой турбиной ветер может дуть с любого направления. Он разработан с подвижными панелями, каждая из которых прикреплена к основанию с помощью двух полюсов.

Pro: Ветер может ударить по турбине с любого направления, чтобы произвести энергию.

Против: этой турбине не хватает скорости и прочности при сильном ветре.

Darrieus Turbines

Это самый известный из VAWT. Он имеет от двух до трех лопастей в форме буквы «C», улавливающих ветер.

Pro: эта конструкция намного меньше, поэтому она производит меньше шума и занимает гораздо меньше места.

Против: они не запускаются автоматически, поэтому для запуска им требуется дополнительная энергия, а выработка энергии не сравнима с производством энергии HAWT.

Giromill Turbines

Приводится в действие тремя вертикальными лопастями с горизонтальными опорами.

Pro: Эта конструкция чрезвычайно недорогая в изготовлении и хороша в условиях турбулентного ветра.

Минус: для сравнения, помимо низкой стоимости, он не выдерживает выработки энергии HAWT.

В целом, конструкции HAWT занимают первое место благодаря высокому производству энергии при минимальных затратах. Хотя VAWT по-прежнему полезны в меньшем масштабе, горизонтальная конструкция — лучший вариант для крупномасштабного производства энергии ветра.

Новые конструкции турбин появляются каждый день. Теперь есть даже безлопастные турбины, которым нужен только ветер, чтобы перемещаться по конструкции, а не ветер, чтобы циркулировать по конструкции. Они даже начинают проектировать турбины, основываясь на том, как летают птицы, используя природу птичьих крыльев, чтобы узнать, как лучше использовать энергию ветра, используя меньше материала.

Тот факт, что инженеры нашли способ использовать ветер в наших интересах, уже впечатляет. Тот факт, что ежедневно выходит все больше и больше дизайнов, — это просто бонус. Вскоре наиболее эффективные конструкции станут нормой для производства энергии ветра.

Хотите поддержать американские ветряные фермы? Подпишитесь на получение чистой энергии дома с Arcadia, чтобы совместить использование энергии с чистой энергией ветряных электростанций без каких-либо дополнительных затрат. Уменьшите свое влияние сегодня.

Что такое турбины? | Типы турбин и их применение — MechStuff

Звучит круто, а? Ага, ну они классные! Итак, в этом подробном посте мы увидим, что такое турбина, каковы типы турбин, их работа и применение в различных силовых установках.

Что такое турбина?

Турбина — это вращающаяся часть, которая преобразует кинетическую энергию рабочего тела в полезную механическую энергию и / или электрическую энергию. Все просто, правда? Что ж, нет ничего простого, если углубиться.
На роторе установлены лопасти, которые помогают извлекать энергию из движущейся жидкости. КПД турбин зависит от конструкции лопаток.
Разным приложениям нужен разный дизайн, и их разработка — задача не непрофессионала.

Четыре типа турбин:

1. Водяные турбины
2. Паровые турбины
3. Газовые турбины и
4. Ветровые турбины

Турбины, используемые на гидроэлектростанциях: вода в качестве рабочей жидкости.

Во-первых, в плотине собираются миллионы литров воды. Чем выше высота дамбы, тем больше давление. Затем вода под высоким давлением течет по большой трубе, называемой напорной трубой .
Турбина расположена на конце напорного трубопровода, откуда вода под давлением ударяется о лопасти турбины с высокой скоростью, заставляя ее вращаться. Эта турбина подключена к генератору, вырабатывающему электричество.
Форма лопаток турбины зависит от давления и скорости воды. Водяные турбины подразделяются на 2 типа —

1. Импульсный тип
2. Реакционный тип

Типы водяных турбин с наиболее распространенным типом Френсиса. Кредиты — Изучите инженерное дело

Турбины импульсного типа —

Импульсные турбины в основном работают по 2-му закону Ньютона.
В импульсных турбинах несколько эллиптических лопаток половинного размера устанавливаются вместо лопастей на ступице ротора. Когда вода попадает на ковши на высокой скорости, ротор начинает вращаться. Короче говоря, кинетическая энергия воды преобразуется в механическую энергию вращения!
Таким образом, электричество вырабатывается, когда один конец вала турбины подсоединяется к генератору!
Пример — турбина Пелтона

Реакционные турбины —

Лопатки турбины или лопасти крыльчатки сконструированы таким образом, что сила создается с одной стороны, когда вода течет через нее, как аэродинамический профиль.Сила, создаваемая аэродинамическим профилем, отвечает за подъемную силу самолета. Точно так же эта сила заставляет лезвия вращаться.
Пример — турбина Каплана

Различные типы турбин имеют свои идеальные условия эксплуатации. Например,

→ Турбины Пелтона предпочтительны там, где может быть получена низкая скорость нагнетания и доступен высокий напор (80-1600 м).
→ Турбины Каплана требуют высокой скорости нагнетания при низком или среднем напоре (2-70 м).
→ Турбина Фрэнсиса работает на среднем расходе и среднем напоре.Турбина Фрэнсиса представляет собой комбинацию импульсных и реактивных турбин. Турбины Фрэнсиса являются наиболее широко используемыми турбинами, поскольку они обеспечивают высочайший КПД и могут работать в широком диапазоне рабочих условий.

1 м водяного столба = 9810 Па (100 м напора почти в 7 раз больше атмосферного давления)

---

Турбины, используемые на тепловых электростанциях: —

Также называемые паровыми турбинами, они используются на атомных и тепловых электростанциях где вода нагревается для образования пара, а затем проходит через турбины для производства электроэнергии.Как и водяные турбины, паровые турбины также подразделяются на импульсные и реактивные, но их расположение и конструкция отличаются. Все современные паровые турбины представляют собой сочетание импульсного и реактивного типа.

Лопатки импульсных и реактивных турбин

Паровые турбины состоят не только из вращающихся лопаток, называемых ротором, но и статических лопаток, называемых статором . Роторы и статоры размещаются поочередно, чтобы извлечь из них большую часть энергии. Этот метод называется , составляющим .

Кроме того, если вы заметили, движущиеся лопасти импульсной турбины сконструированы так, чтобы их толкал пар. В то время как лопасти ротора в реакционных турбинах имеют форму крыла, которая позволяет самим генерировать реакцию, а также позволяет пару поддерживать свою скорость!

Разрез паровой турбины

На изображении: Пар сначала проходит через турбину высокого давления (HP), а затем через турбину промежуточного давления (I.P). Затем снова, после повторного нагрева пара, его заставляют течь через низкое давление (L.П) турбины (огромный набор лопастей).
Причина увеличения размеров лопастей с внутренней стороны на внешнюю заключается в том, что пар расширяется, теряя при этом давление и кинетическую энергию, передавая ее турбинам.

---

Газовые турбины: —

Части газовой турбины, обычно называемой реактивным двигателем.

Другими словами, газовые турбины — это двигатели внутреннего сгорания, которые используются не только в силовых установках для выработки электроэнергии, но также для приведения в движение самолетов и вертолетов.Газовые турбины в целом имеют на входе осевой компрессор. Это наборы вращающихся лопастей, которые всасывают огромное количество воздуха и сжимают его, что также увеличивает температуру. Затем этот воздух подается в камеру сгорания. Топливо добавляется в камеру сгорания, и воспламенитель воспламеняет топливо. Таким образом образуется большое количество выхлопных газов, которые проходят через турбины.
Различные типы газовых турбин / реактивных двигателей:

1. Турбореактивный
2. Турбореактивный двухконтурный
3. Турбореактивный
4. Турбовальный
5. Ramjet

Вышеупомянутые газовые турбины открытого цикла попадают непосредственно в выхлопные газы. Атмосфера.Другой тип, а именно , газовые турбины с замкнутым циклом , где выхлопные газы снова используются для повторного нагрева, используются в энергетических установках.
Вот более подробная информация о работе газовых турбин и различных типов газовых турбин.

---

Ветровые турбины: —

Детали ветряной турбины

Ветровые турбины — благо для человечества — доступные, чистые и экологически безопасные! Некоторые ветряные электростанции настолько велики, что могут производить 50 МВт электроэнергии.
Что ж, что касается работы ветряных турбин, история остаётся такой же, как и с другими турбинами.Ротор имеет 3 лопасти и сконструирован таким образом, что, когда ветер проходит сквозь них, они начинают вращаться. Единственная проблема здесь в том, что ветряные турбины вращаются на очень низких оборотах. Низкие обороты не производят электричество необходимой частоты, поэтому нам нужна коробка передач, которая увеличивает скорость вала. Затем выходной вал подключается к генератору.
Три основных типа ветряных турбин:

1. Горизонтально-осевые ветряные турбины (HAWT)
2. Вертикально-осевые ветряные турбины Савониуса (Savonius VAWT)
3. Вертикально-осевые ветряные турбины Дарье (Darrieus VAWT)

3 основных типа ветряных турбин

HAWT намного старше и распространены, в то время как VAWT вырабатывают меньше энергии, менее эффективны и поэтому обычно не используются.

Что интересно, почему у ветряных турбин 3 лопасти?

Добавление дополнительных лопастей увеличивает крутящий момент, в чем здесь нет необходимости. Увеличение крутящего момента снижает частоту вращения, что нежелательно. Также значительно возрастает стоимость.
Также уменьшение количества лопастей до 2 приводит к гироскопической нестабильности и периодическим напряжениям, что делает его небезопасным.
Следовательно, 3 лопасти делают ветряные турбины наиболее эффективными во всех отношениях 🙂

---

Поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже.Буду рад, если смогу развеять ваши малейшие сомнения.

Связанные

Типы ветряных турбин — Энергетическое образование

Есть два разных типа ветряных турбин . Эти турбины часто используются для микрогенерации, что означает, что их можно установить в доме для выработки электроэнергии. У обоих этих типов ветряных турбин есть свои преимущества и недостатки.

Ветряные турбины с горизонтальной осью

Рисунок 1. Горизонтальная ветряная турбина мощностью 1 кВт для выработки электроэнергии. ^[1] Рисунок 2. Турбина с вертикальной осью мощностью 6,5 кВт, используемая для выработки электроэнергии. ^[2]

Ветровые турбины с горизонтальной осью являются наиболее часто используемыми турбинами из-за их прочности и эффективности. Основание башен должно быть чрезвычайно прочным, чтобы вал ротора мог быть установлен наверху башни, что позволяет турбине подвергаться воздействию более сильных ветров. Поскольку лопасти турбины перпендикулярны ветру, вращение лопастей может генерировать большую мощность по сравнению с ветряной турбиной с вертикальной осью.Однако конструкция турбины этого типа требует тяжелой опоры для башни, чтобы выдержать вес лопастей, коробки передач и генератора, а также использования большого крана для подъема компонентов на вершину башни.

В ситуации, когда ветер дует вниз, конструкция турбины может страдать от усталости металла, что может привести к разрушению конструкции. Это решается проектированием турбин с противветренной конструкцией. Дополнительное управление рысканием необходимо для ветряных турбин с горизонтальной осью, чтобы отслеживать направление ветра и предотвращать повреждение турбины. ^[3]

Ветрогенераторы с вертикальной осью

Ветровые турбины с вертикальной осью менее подвержены частым изменениям направления ветра по сравнению с ветряными турбинами с горизонтальной осью из-за того, что лопасти вращаются на валу ротора перпендикулярно земле. С установленными таким образом лопастями и валом турбине не нужно вращаться, чтобы отслеживать направление ветра. Вал устанавливается на уровне земли из-за трудностей установки вала и его компонентов на башне.

No related posts.