Czym jest turbina? Rodzaje turbin. Urządzenie i zasada działania turbiny

W tym artykule przyjrzymy się odpowiedzi na pytanie, czym jest turbina. Tutaj czytelnik znajdzie informacje na temat jego cech, rodzajów i metod eksploatacji człowieka, a także rozważyć informacje historyczne związane z rozwojem tego urządzenia mechanicznego.

Wprowadzenie

Co to jest turbina i jak działa? Jest to szkaplerz (maszyna), który jest zaangażowany w konwersję energie: wewnętrzne i / lub kinetyczne. Ten zasób daje ciału roboczemu i umożliwia wałowi wykonanie jego mechanicznego celu. Ostrza są dotknięte strumieniem płynu roboczego, który jest zamocowany na obwodzie wirników. Prowadzi również do ich ruchu.

Może być stosowany jako turbina elektrowni (elektrownie jądrowe, elektrociepłownie, elektrownie wodne), fragment napędów do różnych rodzajów transportu, a także może stanowić integralną część pomp hydraulicznych i silników turbinowych. Prawdziwy przemysł energetyczny nie może obejść się bez tych urządzeń. Rodzaj rotacji przenoszenia ciepła turbiny w elektrowniach cieplnych ma wysoką wydajność, jest bardzo energochłonny. Pozwala to osobie korzystać z różnych zasobów w stosunkowo niewielkich ilościach w porównaniu z ilością wyprodukowanej energii elektrycznej.

Dane historyczne

Wiele prób stworzenia urządzenia podobnego do nowoczesnej turbiny powstało na długo przed jego pełnoprawnym wyglądem, nabytym przez niego pod koniec XIX wieku. Pierwsza próba dotyczy Heron z Aleksandrii (I wne).

I. V. Linde dowodził, że w XIX wieku narodziła się masa planów i projektów, które pozwoliły człowiekowi przekroczyć "trudności materialne", które utrudniają wdrożenie i stworzenie takiego sprzętu. Głównymi wydarzeniami tamtych lat był rozwój nauki termodynamicznej, a także hutnictwa i inżynierii. Pod koniec XIX wieku dwóch naukowców, indywidualnie i niezależnie, było w stanie stworzyć turbinę parową odpowiednią dla różnych gałęzi przemysłu. Byli to Gustav Laval ze Szwecji i Charles Parsons z Wielkiej Brytanii.

Chronologiczne dane zdarzeń

A teraz rzućmy okiem na niektóre z wydarzeń związanych z historia wynalazku turbiny :

• W 1 wieku n e. Czapla z Aleksandrii próbowała stworzyć turbinę parową, ale przez kilka stuleci później nie była ona badana z powodu błędnej opinii, że idea ta jest nie do utrzymania.
• W 1500 roku można znaleźć wzmiankę o "parasolu dymnym" - urządzeniu, które unosi gorące powietrze z płomienia przez ostrza połączone ze sobą i obracając szpikulec.
• Giovanni Branca w 1629 roku, był stworzenie turbiny, którego ostrza zostały podniesione ze względu na działanie silnego strumienia pary.
• W 1791 r. John Barber, pochodzący z Anglii, nabył prawo do posiadania patentu, co pozwoliło mu stać się pierwszym właścicielem i twórcą nowoczesnej turbiny gazowej.
• Turbiny wodne zostały po raz pierwszy utworzone w 1832 roku przez francuskiego naukowca Burdena.
• W 1894 roku pomysł statku napędzanego przez turbinę parową został opatentowany, a Sir C. Parsons stał się jego właścicielem.
• 1903: Egidius Elling z Norwegii zaprojektował pierwszy w swoim rodzaju system turbiny gazowej, który był w stanie przekazać więcej energii niż wydać na wewnętrzną konserwację komponentów samej turbiny. Ta technologia była przełomem tamtych czasów. Problemy były spowodowane niedostatecznym poziomem rozwoju wiedzy termodynamicznej, jednak zostały przezwyciężone.
• W 1913 r. Nikola Tesla wygrał patent na turbinę działającą w oparciu o efekt warstwy granicznej.
• 1920: praktyczna teoria przepływu gazu przez kanały pozwoliła sformułować jasne dane dla rozwoju teoretycznego zrozumienia procesu przepływu, w którym gaz porusza się wzdłuż płaszczyzny aerodynamicznej. Prace te wykonał dr A. A. Griffitz.
• Do turbiny powietrznej napęd odrzutowy został stworzony przez Sir F. Whittle'a, a sam silnik został przetestowany z powodzeniem w kwietniu 1937 roku.

Dzieła Gustawa Lavala

Pierwszym twórcą turbiny parowej był Gustav Laval, wynalazca pochodzący ze Szwecji. Istnieje opinia, że ​​dążenie do stworzenia samowystarczalnego separatora mleka z mechanicznym działaniem, które odbywa się bez bezpośredniej interwencji człowieka, doprowadziło do zaprojektowania takiego mechanizmu. Silniki tamtych czasów nie pozwalały na stworzenie niezbędnej prędkości obrotowej.

Ciało robocze w maszynie Lavala służyło jako para. W 1889 roku dodał dysze turbinowe, które wprowadziły stożkowe ekspandery. Jego praca stała się przełomem inżynieryjnym i jest to jasne, ponieważ analiza wielkości ładunku umieszczonego na wirniku pokazuje, że był on bardzo mocny. Taki wpływ, nawet przy najmniejszym zakłóceniu, doprowadziłby do niepowodzenia w zachowaniu środka ciężkości i spowodowałby natychmiastowe problemy z łożyskami. Wynalazca był w stanie uniknąć takiego problemu, stosując cienką oś, zginając się podczas obracania.

Charles Parsons i jego praca

Charles Parsons uzyskał patent na wynalazek pierwszej wielostopniowej turbiny i zrobił to w 1884 roku. Działanie mechanizmu wyzwoliło urządzenie generatora elektrycznego. Rok później, w 1885 r., Zmodyfikował swoją własną wersję, która zaczęła być szeroko rozpowszechniana i wykorzystywana w elektrowniach. Urządzenie miało urządzenie poziomujące, które zostało utworzone z koron, z łopatami turbinowymi, które zostały wysłane w przeciwnym kierunku. Same korony pozostały bez ruchu. Mechanizm miał 3 etapy o różnych ciśnieniach i geometrycznych parametrach ostrzy, a także sposoby ich ustanawiania. Turbina wykorzystywała moc czynną i bierną.

Urządzenie turbinowe

Teraz zastanowimy się nad tym, czym jest turbina, zagłębiając się w mechanizm jej działania.

Stopień turbiny składa się z dwóch głównych części:

1. Wirnik (łopatki na wirniku, bezpośrednio tworząc obrót);
2. Mechanizm dysz (ostrza rozrusznika, odpowiedzialne za obrót płynu roboczego, które zapewnią przepływ o pożądany kąt do ataku w stosunku do wirnika).

W zależności od kierunku przepływu ciała robocze można podzielić na osiowe i promieniowe mechanizmy turbinowe. Przy pierwszym przepływie p. t. porusza się w kierunku wzdłuż osi turbiny. Promieniowa turbina nazwana, w której przepływ jest skierowany prostopadle do osi głównej.

Liczba konturów pozwala dzielić takie mechanizmy na jeden, dwa i trzy obwody. Czasami można znaleźć turbiny z czterema lub pięcioma obwodami, ale zdarza się to niezwykle rzadko. Wielotorowe urządzenie turbinowe pozwala wykorzystać duże skoki w różnicach termicznych entalpii. Wynika to z umieszczenia dużej liczby stopni o różnym ciśnieniu, a także wpływa na moc turbiny.

W zależności od liczby wałów można wyróżnić turbiny jedno-, dwu-, a czasem trójwałkowe. Są one związane z powszechnymi parametrami zjawisk cieplnych lub mechanizmu przekładniowego. Wały mogą być współosiowe i równoległe.

Urządzenie i zasada działania turbiny są następujące: w miejscach, w których szyb przechodzi przez ścianki obudowy, występują zgrubienia, które zapobiegają wyciekaniu płynu roboczego na zewnątrz i powietrze jest zasysane do obudowy.

Przedni koniec wału jest wyposażony w kontroler graniczny, który w razie potrzeby automatycznie zatrzyma turbinę. Dzieje się tak na przykład w wyniku zwiększenia częstotliwości obrotowej, która jest dopuszczalna dla określonego urządzenia.

Konwersja energii gazowej

Czym jest turbina? Ogólnie rzecz biorąc, jest to maszyna, której celem jest przekształcenie energii w pracę. Istnieje kilka ich rodzajów, a jedną z nich jest turbina gazowa.

Urządzenie turbiny gazowej opiera się na przesunięciu potencjału energetycznego gazu w stanie sprężonym lub ogrzanym do pracy wykonywanej przez mechanizm wału. Głównymi elementami są wirnik i stojan. Znajduje swoją aplikację jako część silnik turbogazowy GTU i PSU.

Mechanizm turbin gazowych

Działanie turbiny jest wykonywane, gdy urządzenie dyszowe przepuszcza gazy pod ciśnieniem do ciała, do miejsc, w których jest ono małe. W tym przypadku cząsteczki gazu rozszerzają się i przyspieszają. Następnie spadają na powierzchnię pracujących łopatek i dają im procent swojego kinetycznego ładunku energii. Pojawia się komunikat o momencie obrotowym ostrzy.

Mechaniczne ułożenie turbiny gazowej może być znacznie prostsze niż ruch posuwisto-zwrotny silnika spalinowego. Nowoczesne turboodrzutniki mogą mieć kilka wałków i setki łopatek na rozruszniku i na wale. Przykładem mogą być turbiny samolotów. Ich cechą charakterystyczną jest również obecność złożonego układu ułożenia rurociągu, wymienników ciepła i komór przeznaczonych do spalania.

Zarówno łożyska promieniowe, jak i oporowe są kluczowym elementem tego rozwoju. Tradycyjnie stosowane łożyska kulkowe w kształcie hydrodynamicznego lub chłodzonego olejem, ale wkrótce obeszły powietrze. Do dziś są wykorzystywane do tworzenia mikroturbin.

Silniki cieplne

Turbina ciepła przekształca pracę wykonywaną przez parę na mechaniczne. Wewnątrz szkaplerza następuje transformacja potencjalna energia para w stanie podgrzanym i skompresowanym w formie kinetycznej. Ten z kolei przekształca się w mechaniczny i powoduje obrót wału.

Odbiór pary odbywa się przez urządzenie z parownikiem i jest kierowany do każdego zakrzywionego ostrza zamocowanego na obwodzie wirnika. Następnie para działa na nią, a wszystkie razem ostrza powodują obrót wirnika. Turbina parowa jest elementem szkoły zawodowej. Zespół turbiny jest utworzony przez połączenie pracy turbiny parowej i generatora elektrycznego.

Główna część silnika parowego

Powstają mechanizmy parowe, a także gaz za pomocą wirnika i stojana. Na pierwszym ostrza zdolne do poruszania się są ustalone, a na ostatnim - niezdolne.

Przepływ płynie zgodnie z kształtem osiowym lub promieniowym, w zależności od rodzaju kierunku przepływu pary. Osiowy kształt charakteryzuje się przesunięciem pary obwodu osi, którą posiada turbina. Turbina promieniowa ma przepływy pary, które poruszają się prostopadle. W tym przypadku ostrza są rozmieszczone równolegle do osi, wzdłuż której odbywa się obrót. Może mieć od jednego do pięciu cylindrów. Liczba wałków również może być różna. Istnieją urządzenia, które mają jeden, dwa lub trzy wałki.

Obudowa jest częścią stałą, zwaną stojanem. Posiada szereg wycięć, w których są zainstalowane membrany, z łącznikami odpowiadającymi płaszczyźnie złącza obudowy turbiny. Wiele kanałów dysz (krat) jest umieszczonych wzdłuż ich obrzeża, które są utworzone za pomocą ostrzy krzywoliniowych osadzonych w przeponie lub przyspawanych do niego.

Turbosprężarka

Istnieje mechanizm, który wykorzystuje straty gazów w celu zwiększenia ciśnienia w przestrzeni komory wlotowej. Taka jednostka nazywa się turbosprężarką.

Główne części są reprezentowane przez docentralną lub osiową sprężarkę i turbinę gazową, która jest niezbędna do jej uruchomienia. Ma jeden wałek. Główną funkcją jest zwiększenie ciśnienia wywieranego przez płyn roboczy. Staje się to możliwe dzięki ogrzewaniu silnika turbogazowego przez działanie samej sprężarki, która pobiera energię z turbiny.

Podsumowując

Teraz czytelnik ma ogólną wiedzę na temat urządzenia, zasady działania, mechanizmu działania, metod obsługi turbin. Przeanalizowano również poszczególne typy turbin, różniące się rodzajem ciała roboczego, oraz informacje historyczne ukazujące ogólny przebieg rozwoju tych mechanizmów. Podsumowując, możemy powiedzieć, że turbiny są urządzeniami, które przetwarzają energię. Próby ich stworzenia zostały dokonane na długo przed naszą erą. Obecnie są one szeroko stosowane przez ludzi w różnych branżach, co znacznie upraszcza proces pracy, zwiększa produktywność i umożliwia wykonywanie czynności mechanicznych, które wcześniej były niedostępne dla ludzkości.