Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 4

В промышленности превращение теплоты в электричество происходит с промежуточным преобразованием ее в механическую работу.

В связи с этим пока основная доля электрической энергии вырабатывается на тепловых электростанциях, где теплота используется для вращения роторов мощных турбогенераторов.

По способу превращения теплоты в механическую работу различают следующие типы тепловых двигателей:

– паровые машины;

– паровые турбины;

– газовые турбины;

– двигатели внутреннего сгорания;

– реактивные двигатели.

Паровые машины (поршневые) ранее, широко использовались в паровозах и пароходах, но в настоящее время заменены более экономическими машинами (установками).

Паровая турбина (ПТ) двигатель, в котором  внутренняя энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая – в механическую энергию вращения ротора. Ротор турбины непосредственно (через муфту) соединен с ротором электрогенератора, либо насоса, либо компрессора и др.

Газовая турбина (ГТ) по принципу действия и конструктивно аналогична паровой.

В газовой турбине (ГТ) рабочим телом являются продукты сгорания топлива (жидкого, твердого, газового) в смеси с воздухом.

Газотурбинные установки (ГТУ) уступают паротурбинным (ПТУ) по мощности и долговечности, могут быть более требовательны к качеству топлива.

ГТ как самостоятельные силовые агрегаты применяются значительно реже (кроме авиации), чем ПТ. Таким образом ГТ устанавливают на ГЭС чаще в качестве резервных, пиковых установок на газоперекачивающих компрессорных станциях (магистральных газопроводов при подаче газа), на крупных предприятиях в качестве утилизованных турбин, на морском флоте, на газотурбовозах ж. д. транспорта.

Если требуются по условиям эксплуатации мобильные компактные силовые установки малой и средней мощности (до 20000 л.с.) и применяют ДВС.

В ДВС рабочим телом является газообразные продукты сгорания топлива (жидкого либо газового). В них преобразование теплоты в механическую работу происходит при высокой разнице термодинамических потенциалов газов – при горении и в конце расширения.

Это и предопределяет получение в ДВС наибольшего КПД среди других тепловых двигателей.

ДВС обладают высокой экономичностью (малым расходом топлива), относительно малой массой и габаритами; быстрым пуском, большой единичной мощностью (до 40 тыс. кВт); широко используются в различных отраслях.

Реактивные двигатели с газовыми турбинами позволяют получать большие скорости движения и широко применяются в авиации (турбореактивные двигатели), устанавливают в ракетах, но в стационарных наземных установках практически не используются

С повышением скорости локомотивов, судов на воздушной подушке и др. перспектива использования в них воздушно–реактивных двигателей вместо традиционных ГТУ и ДВС.

Используют сейчас для различных целей отработавшие летный ресурс турбоактивные авиационные двигатели.

Окислителем топлива на борту ракет является кислород атмосферы.

1.3. Устройство и принцип действия активной одноступенчатой турбины

Паровая турбина состоит из вращающегося ротора и неподвижно установленного корпуса.

Ротор турбины – это вал, на котором прочно закреплен диск, либо диски, каждый из которых имеет венец рабочих лопаток на ободе.

В корпусе турбины закреплены неподвижные диафрагмы с размещенными в них соплами или направляющими лопатками. Направляющие и рабочие лопатки располагаются на окружности одинакового среднего диаметра.

В каналах между сопловыми (направляющими) лопатками пар расширяется, и его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию потока. В каналах между рабочими лопатками кинетическая энергия пара вследствие обтекания криволинейных профилей (по сечению) рабочих лопаток преобразуется в механическую работу вращения ротора турбины. Так пар постепенно расширяется от первой до последней ступени турбины и далее, при низком давлении выходит из турбины. Теоретическим циклом для ПТУ является цикл Ренкина.

Главные преимущества ПТ – их быстроходность (3000 и более оборотов ротора в минуту), и, соответственно, малые габариты.