Схемы гидротурбин для разных напоров
Страница 6 из 82
Глава II
ОСОБЕННОСТИ И ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ГИДРОТУРБИН
II.1. СХЕМЫ ГИДРОТУРБИН ДЛЯ РАЗНЫХ НАПОРОВ И ИХ КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Схема осевой поворотно-лопастной турбины изображена на рис. II. 1. Вода из водохранилища станции, созданного плотиной, подводится к турбине по спиральной камере 8. Направляющий аппарат 2 путем поворота лопаток создает нужное направление потока. Изменяя с помощью направляющего аппарата расход воды через турбину, можно регулировать ее мощность.
Направляющий аппарат турбины 2 представляет собой механизм, состоящий из большого количества расположенных по окружности направляющих лопаток, тело которых имеет в сечении обтекаемую форму.
Рис. II.1. Схема осевой поворотно-лопастной турбины.
Направляющие лопатки могут одновременно поворачиваться с помощью сервомотора 7 на нужный угол, образуя при этом, между собой каналы для прохода воды; ширина этих каналов меняется в зависимости от угла поворота направляющих лопаток.
Колесо поворотно-лопастной турбины 1 обычно имеет несколько лопастей (четыре—восемь), которые своими цапфами закреплены в корпусе. Внутри корпуса расположен механизм поворота лопастей с сервомотором, который при помощи масла создает усилие, необходимое для соответствующего их поворота. Снизу корпус колеса закрыт конусом. Масло к сервомотору рабочего колеса подается по трубам-штангам, расположенным внутри вала 11. Штанги соединяются с маслоприемником 4, установленным над генератором 3. К маслоприемнику масло подается от маслонапорной установки 5. Лопасти колеса с помощью автоматического регулятора 6 могут синхронно устанавливаться под наивыгоднейшим углом в соответствии с открытием направляющего аппарата.
Из рабочего колеса вода поступает в отсасывающую трубу 9, сечение которой постепенно увеличивается, вследствие чего уменьшается скорость потока воды. Из отсасывающей трубы вода уходит в нижний бьеф станции. Вал вращается в направляющем подшипнике 10.
На рис. II.2 изображена диагональная поворотно-лопастная гидротурбина, которая в последнее время находит все большее применение.
Рис. II.2. Схема диагональной поворотно-лопастной турбины
В отличие от осевой турбины лопасти 1. рабочего колеса расположены под углом и закреплены в конической втулке 2. Внутри втулки сверху расположен сервомотор 3, создающий усилия для поворота лопастей. Направляющий аппарат 4 — цилиндрический, вода от него подводится к лопастям по конической камере 5 и отводится в отсасывающую трубу 6.
Схема горизонтального капсульного агрегата изображена на рис. II.3. Прямоосный подвод и отвод воды обеспечивает простую форму гидротехнических подводных сооружений. В этой конструкции вода, обтекая металлический кожух 1 в осевом направлении, через конический направляющий аппарат 4 подводится к консольному рабочему колесу 5 с поворотными лопастями и отводится по прямоосной отсасывающей трубе 6.
Рис. II.3. Схема горизонтального капсульного гидроагрегата
Внутри кожуха расположен малогабаритный генератор 7 и некоторые узлы турбины: подшипник, вал, маслоприемник, подводящий масло к сервомотору рабочего колеса. Капсула опирается на бетон с помощью массивного обтекаемого ребра 2 и ребер статора 3.
Схема радиально-осевой турбины изображена на рис. ΙΙ.4. Конструкция ее аналогична поворотно-лопастной турбине. В отличие от последней рабочее колесо 1 радиально-осевой турбины имеет большее число лопастей (14—20 шт.), соединенных между собой наружным ободом 2. Этот тип турбин имеет лучшие кавитационные свойства и может устанавливаться для работы на значительно более высоких напорах, чем турбины с поворотными лопастями. Система регулирования этих турбин более проста, так как у них отсутствует механизм поворота лопастей рабочего колеса.
На рис. ΙΙ.5 изображена схема горизонтальной турбины ковшового типа. Вода к колесу подводится по напорному трубопроводу 5, имеющему в конце сопло 6.
Из сопла струя воды попадает на ковши колеса 3 и заставляет его вращаться. Колесо в кожухе 2 с помощью вала 1 соединено с генератором. Регулирование расхода воды, поступающей на рабочее колесо, осуществляется с помощью подвижной иглы 4, расположенной в сопле, и отклонителя струи 7, которые связаны с регулятором турбины.
На рис. II.6 изображена схема вертикальной ковшовой турбины. Такие турбины получили широкое применение вследствие большей компактности конструкции и возможности подвода воды к колесу через большее количество сопл 1, что увеличивает расход турбины. Сопла, подводящие воду, расположены вокруг рабочего колеса 2, установленного на вертикальном валу 4. Вал направляется подшипником 3. Подвод воды к соплам осуществляется через трубопровод-коллектор 6. Над колесом устанавливается кожух турбины. К верхнему концу вала крепится генератор 5.
Рис. II.4. Схема радиально-осевой турбины
Рис.
II.5. Схема горизонтальной ковшовой турбины
Рис. II.6. Схема вертикальной ковшовой турбины
Компоновка гидроагрегатов меняется в зависимости от напоров. Вертикальные гидроагрегаты имеют более широкое применение. Компоновка гидроагрегата определяется также типом турбины и типом генератора. У вертикальных гидроагрегатов генератор обычно располагается над турбиной и вместе с ней составляет единый агрегат. Различают подвесные и зонтичные генераторы: у подвесных — опора ротора располагается над ротором, у зонтичных — опора помещается под ротором. Колесо турбины и ротор генератора закрепляются на соответствующих валах, жестко соединенных друг с другом с помощью болтов. Вертикальный вал агрегата направляется турбинным и генераторным подшипниками.
- Назад
- Вперёд
Паровые турбины
Паровые турбины — принцип работы
Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины.
Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.
Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.
В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.
Конденсационные паровые турбины
Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.
Стационарные турбины изготавливаются на одном валу с генераторами переменного тока. Такие агрегаты называют турбогенераторами.
Тепловые электростанции, на которых установлены конденсационные турбины, называются конденсационными электрическими станциями (КЭС). Основной конечный продукт таких электростанций — электроэнергия. Лишь небольшая часть тепловой энергии используется на собственные нужды электростанции и, иногда, для снабжения теплом близлежащего населённого пункта. Обычно это посёлок энергетиков. Доказано, что чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее, и тем ниже стоимость 1 кВт установленной мощности. Поэтому на конденсационных электростанциях устанавливаются турбогенераторы повышенной мощности.
Частота вращения ротора стационарного турбогенератора связана с частотой электрического тока 50 Герц. То есть на двухполюсных генераторах 3000 оборотов в минуту, на четырёхполюсных соответственно 1500 оборотов в минуту. Частота электрического тока вырабатываемой энергии является одним из главных показателей качества отпускаемой электроэнергии. Современные технологии позволяют поддерживать частоту вращения с точностью до трёх оборотов.
Резкое падение электрической частоты влечёт за собой отключение от сети и аварийный останов энергоблока, в котором наблюдается подобный сбой.
В зависимости от назначения паровые турбины электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную основную нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (около 80 %), от пиковых — возможность быстрого пуска и включения в работу, от турбин собственных нужд — особая надёжность в работе. Все паровые турбины для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).
Схема работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) попадает на рабочие лопатки паровой турбины (3). При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу (4) с электрическим генератором (5).
Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор (6), в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой (7) пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.
Теплофикационные паровые турбины служат для одновременного получения электрической и тепловой энергии. Но основной конечный продукт таких турбин — тепло. Тепловые электростанции, на которых установлены теплофикационные паровые турбины, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением.
У турбин с противодавлением весь отработавший пар используется для технологических целей (варка, сушка, отопление).
Электрическая мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой паровой турбиной, зависит от потребности производства или отопительной системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной турбиной или электросетью, которые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии.
В турбинах с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень турбины) выбирают в зависимости от нужных параметров пара.
У турбин с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопительную систему или к сетевым подогревателям.
Схема работы теплофикационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3).
При расширении, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Большая часть тепла, полученного в котле используется для подогрева сетевой воды.
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.
- работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое
- высокая единичная мощность
- свободный выбор теплоносителя
- широкий диапазон мощностей
- внушительный ресурс паровых турбин
- высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова)
- дороговизна паровых турбин
- низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии
- дорогостоящий ремонт паровых турбин
- снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива
Как работает ветряная турбина. Схема и руководство
Изучить принцип работы ветряной турбины легко, если вы сначала убедитесь, что знаете , как работает турбогенератор.
Схема ветряной турбины выше представляет собой вид сбоку ветряной турбины с горизонтальной осью с лопастями турбины слева. Большинство современных ветряных турбин построены с горизонтальной осью, подобной той, что показана на рисунке.
На рисунке также показана обычная ветряная турбина, а это означает, что для эффективной работы турбины нос и лопасти турбины должны быть обращены к ветру.
Чтобы узнать больше о том, как работают ветряные турбины, можно начать с рассмотрения приведенной выше схемы и изучения каждого компонента ветряной турбины.
Пошаговый просмотр каждой части ветряной турбины на схеме выше:
(1) Обратите внимание на рисунок, что направление ветра дует вправо и в носовую часть ветряной турбины сталкивается с ветром.
(2) Носовая часть ветряной турбины имеет аэродинамическую конструкцию и обращена к ветру.
(3) лопасти ветряной турбины крепятся к носу и ротору и начинают вращаться при достаточной скорости ветра.
(4) Главный вал турбины соединяет вращающиеся лопасти с внутренними механизмами машины. Вал турбины вращается вместе с лопастями и является механизмом, передающим вращательную/механическую энергию лопастей электрическому генератору.
(5) A тормоз устанавливается для предотвращения механических повреждений от сильного ветра и высоких скоростей вращения. Он также может останавливать турбину, когда в ней нет необходимости.
(6) Редуктор используется для увеличения скорости вращения вала турбины. Коробка передач работает как шестерня на велосипеде, когда шестерни меняются, скорость вращения тоже меняется. Затем он передает энергию вращения на вал высокоскоростной турбины и на генератор.
(7) 9Вал высокоскоростной турбины 0018 соединяет коробку передач и генератор.
Высокие скорости вращения — это то, что вращает турбогенератор.
(8) Турбогенератор – это наиболее важная часть работы ветряной турбины. Турбогенератор преобразует механическую энергию ветра в электрическую энергию, используя вращающую силу, передаваемую от шестерен и вала турбины.
(9) Анемометр – устройство для измерения скорости ветра. Обычно они устанавливаются, чтобы дать контроллеру команду остановить или запустить турбину при определенных условиях скорости ветра.
(10) Контроллер устанавливается на случай, если скорость ветра достигает нежелательной скорости, анемометр может дать указание контроллеру использовать тормоз и остановить вращающиеся лопасти. Контроллер также используется для запуска вращения лопастей и ротора при низких скоростях ветра.
(11) флюгер — это прибор для измерения направления ветра.
Флюгер важен для направленных вверх ветряных турбин, которые должны быть обращены к ветру, чтобы работать должным образом.
(12) Привод рыскания в механизме, который получает данные от флюгера и дает команду ветряной турбине повернуться лицом к ветру.
(13) Двигатель рыскания – это устройство, которое физически поворачивает турбину по направлению ветра или в соответствии с указаниями привода рыскания.
(14) Башня турбины содержит электропроводку, поэтому генератор может подавать электроэнергию в трансформатор или аккумулятор, который в конечном итоге будет распределять полезную электроэнергию. Башня также является важной структурной опорной системой, которая удерживает турбину высоко в воздухе, где скорость ветра более желательна.
(15) Ветряная турбина хорошо работает на открытом воздухе и при сильном ветре благодаря тому, что все компоненты установлены наверху башни турбины и безопасно размещены внутри турбины гондола .
Башня и гондола ветряной турбины обычно изготавливаются из цилиндрической стали и могут поддерживаться растяжками и растяжками или стоять отдельно, используя решетчатое стоячее основание.
Опять же, на этой диаграмме показан пример ветряной турбины с горизонтальной осью, направленной против ветра, которая может быть сделана из стали и иметь высоту в несколько этажей. То, как работает ветряная турбина, требует не только тщательного проектирования, но и вдумчивого анализа и стратегии, чтобы найти желаемые места с достаточной скоростью ветра.
Сколько энергии производят ветряные турбины?
В 1919 году немецкий физик Альберт Бетц обнаружил, что ни один ветряк не может физически уловить более 59,3% кинетической энергии ветра. Простой способ объяснить это состоит в том, что если бы ветряная турбина когда-либо захватывала 100% ветра, через другую сторону лопастей ветряной турбины не проходил бы ветер. Если нет ветра, проходящего с другой стороны, то, согласно физическому закону движения ветра, больше не будет места для прохождения ветра через переднюю часть ветряной турбины, что сделает ветряную турбину бесполезной.
3 )
Обратите внимание на взаимосвязь каждой переменной в уравнении и на то, как она связана с работой ветряной турбины. Площадь лопасти ротора (A) имеет прямую положительную зависимость от выходной мощности, а скорость ветра (v) имеет положительную кубическую зависимость от выходной мощности.
Количество электроэнергии, которое может генерировать ветряная турбина, в основном зависит от размера турбины, площади, охватываемой лопастями турбины, плотности воздуха и скорости ветра. Общая конструкция ветряной турбины также имеет решающее значение для того, насколько эффективно лопасти могут захватывать ветер.
Меньшие ветряные турбины, используемые для лодок, караванов или небольших машин, обычно производят от 250 Вт до 100 киловатт ветровой электроэнергии. Некоторые из самых больших ветряных турбин в мире производят около 7 мегаватт электроэнергии.
Важно помнить, что скорость ветра непостоянна, поэтому теоретическая мощность электроэнергии, которую может производить ветряная турбина, представляет собой максимальный потенциал выработки энергии, который редко достигается.
Фактическая энергия, вырабатываемая ветровой турбиной, в соотношении с теоретическими ожиданиями ветряной турбины называется коэффициентом мощности.
Ветряная турбина мощностью 10 киловатт в районе со скоростью ветра около 12 миль в час будет производить около 10 киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что примерно соответствует количеству, необходимому для снабжения электроэнергией среднего домохозяйства.
Ветряная турбина мощностью 5 мегаватт может производить около 15 миллионов киловатт-часов ветровой электроэнергии в год, что может обеспечивать электроэнергией более 1000 домохозяйств.
Вывод: Ветряная турбина работает только тогда, когда дует ветер, и понимание того, как работает ветряная турбина, означает понимание аэродинамики ветра и лопастей, а также знание того, как турбогенератор вырабатывает электричество. По своей сути ветряная турбина работает, позволяя ветру вращать турбогенератор.
Большинство современных пассажирских и военных самолетов оснащены
газотурбинные двигатели, которые также называют
реактивные двигатели. Реактивные двигатели представляют собой сложные механизмы с множеством движущихся частей. части. Чтобы понять, как работают машины, инженеры часто рисуют упрощенные диаграммы, называемые схема двигателя. Схема часто представляет собой плоский двухмерный чертеж двигателя. представляющие важные компоненты. Это не должно быть «картинка» двигателя, а только для указания важных частей двигатель. На этом слайде мы показываем трехмерную компьютерную модель форсажного ТРД вверху и соответствующий схематический рисунок внизу. Различные части на модель компьютера помечены, а соответствующие части на указаны схемы. Когда мы обсуждаем основы турбореактивный, турбовентиляторный, и турбовинтовой эксплуатации, мы будем использовать подобные схематические рисунки. В качестве дальнейшего сокращения для инженеров-двигателей, местоположения
на схеме двигателя присвоены номера станций . Почему инженеры присваивают номера станциям?
Во-первых, это упрощает язык, используемый при описании операции.
газотурбинного двигателя. С этим
соглашение о нумерации, инженеры могут ссылаться на «вход турбины».
температура» как просто «T4», или «давление на выходе компрессора» как
«П3». Это делает технические отчеты, документы и разговоры много
более лаконичным и понятным.
Во-вторых, в ГТД станции соответствуют началу
и окончание термодинамических процессов в двигателе. Наверх
|
Реактивные двигатели бывают разных
форм и размеров, но все реактивные двигатели имеют определенные детали
в общем.
Свободно
условия потока помечены 0 и вход в
вход — станция 1 . Выход из входа,
что является началом компрессора,
помечен как станция 2 .
Выход компрессора и горелка
вход станция 3 а выход горелки
и турбина
вход на станцию 4 . Выход турбины — станция 5 и
условия потока перед камерой дожигания возникают на станции 6 .
Станция 7 находится на входе в патрубок
а станция 8 находится на горловине форсунки . Некоторые насадки имеют
дополнительная секция ниже по течению от горловины, которая будет станцией 9 .