Паровая турбина

Ротор современной паровой турбины, используемой на электростанции

Паровая турбина представляет собой устройство , которое извлекает тепловую энергию из сжатого пара и использует его , чтобы сделать механическую работу на вращающийся выходной валу. Его современное воплощение было изобретено Чарльзом Парсонсом в 1884 году. ^{[1] [2]}

Паровая турбина - это разновидность теплового двигателя , термодинамический КПД которого во многом улучшается за счет использования нескольких стадий расширения пара, что приводит к более близкому подходу к идеальному процессу обратимого расширения. Поскольку турбина генерирует вращательное движение , она особенно подходит для использования в качестве привода электрического генератора - около 85% всей выработки электроэнергии в США в 2014 году приходилось на паровые турбины. ^[3] Паровая турбина, подключенная к электрическому генератору, называется турбогенератором .

История [ править ]

Первое устройство, которое можно классифицировать как реактивную паровую турбину, было не более чем игрушкой, классическим Эолипилом , описанным в I веке героем Александрии в римском Египте . ^{[4] [5]} В 1551 году Таки ад-Дин в Османском Египте описал паровую турбину с практическим применением вращения вертела . Паровые турбины были также описаны итальянцами Джованни Бранка (1629 г.) ^[6] и Джоном Уилкинсом в Англии (1648 г.). ^{[7] [8]} Устройства, описанные Таки ад-Дином и Уилкинсом, сегодня известны как паровые домкраты.. В 1672 году Фердинанд Вербист спроектировал автомобиль с импульсным приводом от паровой турбины . Более современная версия этого автомобиля была произведена в конце 18 века неизвестным немецким механиком. В 1775 году в Сохо Джеймс Ватт сконструировал реактивную турбину, которая и была введена в действие. ^[9] В 1827 году французы Реал и Пишон запатентовали и сконструировали составную импульсную турбину. ^[10]

Современная паровая турбина была изобретена в 1884 году Чарльзом Парсонсом , первая модель которого была подключена к динамо-машине , вырабатывающей 7,5 киловатт (10,1 л.с.) электроэнергии. ^[11] Изобретение паровой турбины Парсонса сделало возможным дешевое и обильное электричество и произвело революцию в морском транспорте и военно-морской войне. ^[12] Дизайн Парсонса был реакционным . Его патент был лицензирован, и вскоре после этого американец Джордж Вестингауз увеличил масштабы турбины.. Турбина Парсонса также оказалась легко масштабируемой. Парсонс был удовлетворен тем, что его изобретение было принято на всех основных мировых электростанциях, а размер генераторов увеличился с его первых 7,5 киловатт (10,1 л.с.) до агрегатов мощностью 50 000 киловатт (67 000 л.с.). За время существования Парсонса генерирующая мощность блока была увеличена примерно в 10 000 раз ^[13], а общая выработка турбогенераторов, построенных его фирмой CA Parsons and Company и их лицензиатами только для наземных целей, превысила тридцать миллионов лошадиных сил. ^[11]

Были разработаны другие варианты турбин, которые эффективно работают с паром. Де Лаваль турбина (изобретено Густаф де Лаваль ) ускорила пара к полной скорости перед его запуском против лопатки турбины. Импульсная турбина Де Лаваля проще, дешевле и не требует защиты от давления. Он может работать с любым давлением пара, но значительно менее эффективен. ^{[ необходима цитата ]} Огюст Рато еще в 1896 году разработал импульсную турбину с компаундом давления, используя принцип де Лаваля, ^[14] получил патент США в 1903 году и применил турбину на французском торпедном катере в 1904 году. Он преподавал в École des шахты Сент-Этьенв течение десяти лет до 1897 года, а затем основал успешную компанию, которая после его смерти была включена в состав фирмы Alstom . Одним из основоположников современной теории паровых и газовых турбин был Аурел Стодола , словацкий физик и инженер, профессор Швейцарского политехнического института (ныне ETH ) в Цюрихе. Его работа Die Dampfturbinen und ihre Aussichten als Wärmekraftmaschinen (на английском: Паровая турбина и ее перспективное использование в качестве теплового двигателя) была опубликована в Берлине в 1903 году. Следующая книга Dampf und Gas-Turbinen (на английском: паровые и газовые турбины) была опубликована в 1922. ^[15]

Brown-Curtis турбина , импульс типа, который был первоначально разработан и запатентован американской компанией International Curtis Marine Turbine Company, была разработана в 1900 - х годах совместно с Джоном Брауном & Company . Он использовался на торговых и военных кораблях с двигателями Джона Брауна, включая лайнеры и военные корабли Королевского флота.

Производство [ править ]

В современной обрабатывающей промышленности паровых турбин доминируют китайские производители энергетического оборудования. По данным Platts, Harbin Electric , Shanghai Electric и Dongfang Electric , три крупнейших производителя энергетического оборудования в Китае, в совокупности владеют контрольным пакетом на мировом рынке паровых турбин в 2009-2010 годах . ^[16] К другим производителям с незначительной долей рынка относятся Bharat Heavy Electricals Limited , Siemens , Alstom , General Electric , Doosan Škoda Power , Mitsubishi Heavy Industries и Toshiba . ^{[16][ нуждается в обновлении ]} Консалтинговая фирма Frost & Sullivan прогнозирует, что производство паровых турбин станет более консолидированным к 2020 году, поскольку китайские производители электроэнергии приобретают все более активный бизнес за пределами Китая. ^[17]

Типы [ править ]

Паровые турбины производятся различных размеров: от небольших агрегатов мощностью <0,75 кВт (<1 л.с.) (редко), используемых в качестве механических приводов для насосов, компрессоров и другого оборудования с приводом от вала, до турбин мощностью 1500 МВт (2000000 л.с.), используемых для выработки электроэнергии. . Существуют несколько классификаций современных паровых турбин.

Клинок и сценический дизайн [ править ]

Лопатки турбины бывают двух основных типов: лопатки и сопла . Лопасти полностью перемещаются из-за воздействия на них пара, и их профили не сходятся. Это приводит к падению скорости пара и практически отсутствию падения давления при прохождении пара через лопасти. Турбина состоит из лопаток , чередующихся с неподвижными соплами называется импульсной турбины , Кертис турбины , Рато турбины , или коричневый-Кертис турбины. Сопла похожи на лопасти, но их профили сходятся у выхода. Это приводит к падению давления пара и увеличению скорости при прохождении пара через сопла. Сопла перемещаются как за счет воздействия на них пара, так и за счет реакции из-за высокоскоростного пара на выходе. Турбина, состоящая из движущихся сопел, чередующихся с неподвижными соплами, называется реакционной турбиной или турбиной Парсонса .

За исключением применений с низким энергопотреблением, лопатки турбины расположены в несколько ступеней последовательно, что называется компаундированием , что значительно повышает эффективность на низких скоростях. ^[18] Стадия реакции представляет собой ряд неподвижных сопел, за которыми следует ряд подвижных сопел. Несколько стадий реакции делят перепад давления между входом пара и выхлопом на множество мелких капель, в результате чего получается турбина с повышенным давлением . Импульсные ступени могут быть смешанными по давлению, по скорости или по давлению и скорости. Импульсная ступень с нагнетанием давления представляет собой ряд неподвижных сопел, за которыми следует ряд движущихся лопастей, с несколькими ступенями для компаундирования. Эта турбина также известна как турбина Рато по имени ее изобретателя. Сложный по скоростиимпульсная ступень (изобретенная Кертисом и также называемая «колесом Кертиса») представляет собой ряд неподвижных сопел, за которыми следуют два или более рядов движущихся лопастей, чередующихся с рядами неподвижных лопастей. Это делит падение скорости на ступени на несколько более мелких капель. ^[19] Серия импульсных ступеней с комбинированной скоростью называется турбиной с компаундом скорости и давления .

К 1905 году, когда паровые турбины начали использоваться на быстрых кораблях (таких как HMS  Dreadnought ) и в наземных энергетических установках, было определено, что желательно использовать одно или несколько колес Кертиса в начале многоступенчатой турбина (где давление пара наибольшее), за которой следуют стадии реакции. Это было более эффективно с паром высокого давления из-за уменьшения утечки между ротором турбины и корпусом. ^[20] Это показано на чертеже немецкой морской паровой турбины AEG 1905 года . Пар из котлов поступает справа под высоким давлением через дроссель , управляемый вручную оператором (в данном случае матросом).известный как дроссель). Он проходит через пять колес Кертиса и многочисленные реакционные ступени (маленькие лопасти по краям двух больших роторов посередине) перед тем, как выйти при низком давлении, почти наверняка в конденсатор . Конденсатор создает вакуум, который максимизирует энергию, извлекаемую из пара, и конденсирует пар в питательную воду, которая возвращается в котлы. Слева несколько дополнительных реакционных ступеней (на двух больших роторах), которые вращают турбину в обратном направлении для работы за кормой, при этом пар поступает через отдельный дроссель. Поскольку корабли редко работают задним ходом, эффективность кормовых турбин не является приоритетом, поэтому для экономии затрат используется всего несколько ступеней.

Проблемы конструкции лезвия [ править ]

Основной проблемой, стоящей перед конструкцией турбины, было снижение ползучести лопаток. Из-за высоких температур и высоких нагрузок при работе материалы паровой турбины повреждаются из-за этих механизмов. При повышении температуры с целью повышения эффективности турбины ползучесть становится значительной. Для ограничения ползучести в конструкциях лопаток используются термические покрытия и суперсплавы с твердорастворным упрочнением и упрочнением границ зерен .

Защитные покрытия используются для уменьшения термического повреждения и ограничения окисления . Эти покрытия часто представляют собой стабилизированную керамику на основе диоксида циркония . Использование термозащитного покрытия ограничивает температурное воздействие жаропрочного никелевого сплава. Это уменьшает механизмы ползучести, возникающие в лопасти. Окислительные покрытия ограничивают потери эффективности, вызванные отложениями на внешней стороне лопастей, что особенно важно в высокотемпературной среде. ^[21]

Лезвия на никелевой основе легированы алюминием и титаном для повышения прочности и сопротивления ползучести. Микроструктура этих сплавов состоит из различных областей композиции. Равномерная дисперсия фазы гамма-прайма - комбинации никеля, алюминия и титана - способствует прочности и сопротивлению ползучести лопасти благодаря микроструктуре. ^[22]

В сплав могут быть добавлены тугоплавкие элементы, такие как рений и рутений, для повышения сопротивления ползучести. Добавление этих элементов уменьшает диффузию первичной гамма-фазы, тем самым сохраняя сопротивление усталости , прочность и сопротивление ползучести. ^[23]

Условия подачи и отвода пара [ править ]

Типы турбин включают конденсационные, неконденсирующие, подогреваемые, вытяжные и индукционные.

Конденсаторные турбины чаще всего встречаются на электростанциях. Эти турбины получают пар от котла и отводят его в конденсатор . Отработанный пар находится под давлением значительно ниже атмосферного и находится в частично конденсированном состоянии, как правило, с качеством около 90%.

Неконденсирующиеся турбины или турбины с противодавлением наиболее широко используются для технологических паров, в которых пар будет использоваться для дополнительных целей после выпуска из турбины. Давление выхлопных газов регулируется регулирующим клапаном в соответствии с потребностями давления технологического пара. Их обычно можно найти на нефтеперерабатывающих заводах, установках централизованного теплоснабжения, целлюлозно-бумажных заводах и опреснительных установках, где требуется большое количество технологического пара низкого давления.

Турбины повторного нагрева также используются почти исключительно на электростанциях. В турбине повторного нагрева поток пара выходит из секции высокого давления турбины и возвращается в котел, где добавляется дополнительный перегрев. Затем пар возвращается в секцию промежуточного давления турбины и продолжает свое расширение. Использование повторного нагрева в цикле увеличивает выходную мощность турбины, а также расширение достигает своего завершения до того, как конденсируется пар, тем самым сводя к минимуму эрозию лопаток в последних рядах. В большинстве случаев максимальное количество повторных нагревов, используемых в цикле, равно 2, поскольку стоимость перегрева пара сводит на нет увеличение выходной мощности турбины.

Турбины вытяжного типа распространены во всех сферах применения. В турбине вытяжного типа пар выпускается из различных ступеней турбины и используется для производственных нужд или направляется в нагреватели питательной воды котла для повышения общей эффективности цикла. Потоки экстракции можно контролировать с помощью клапана или оставить неуправляемыми. Отводимый пар приводит к потере мощности на последующих ступенях турбины.

Индукционные турбины вводят пар низкого давления на промежуточной ступени для выработки дополнительной мощности.

Корпус или валы [ править ]

Эти конструкции включают турбины с одинарным корпусом, сдвоенные и комбинированные турбины. Блоки с одним корпусом - это самый простой тип, в котором один корпус и вал соединяются с генератором. Тандемный состав используется там, где два или более кожуха напрямую соединены вместе для привода одного генератора. Компоновка турбины с поперечным соединением включает два или более вала, расположенных не на одной линии, приводящие в движение два или более генераторов, которые часто работают с разными скоростями. Турбина с поперечным соединением обычно используется во многих крупных приложениях. Типичная военно-морская установка 1930-1960-х годов проиллюстрирована ниже; на нем показаны турбины высокого и низкого давления, приводящие в движение общий редуктор, с крейсерской турбиной с редуктором на одной турбине высокого давления.

Двухпоточные роторы [ править ]

Движущийся пар создает как тангенциальную, так и осевую тягу на валу турбины, но осевая тяга в простой турбине не встречает сопротивления. Чтобы поддерживать правильное положение ротора и балансировку, этой силе необходимо противодействовать противодействующей силе. Для подшипников вала можно использовать упорные подшипники, в роторе можно использовать фиктивные поршни, он может быть двухпотоковым - пар входит в середину вала и выходит с обоих концов, или комбинация любого из них. В роторе с двойным потоком лопасти каждой половины обращены в противоположные стороны, так что осевые силы нейтрализуют друг друга, а тангенциальные силы действуют вместе. Такая конструкция ротора также называют два потока , дважды осевого потока или двойного выхлопа. Такое расположение является обычным для кожухов низкого давления составной турбины. ^[24]

Принцип работы и конструкция [ править ]

Идеальная паровая турбина считается изоэнтропическим процессом или процессом с постоянной энтропией, в котором энтропия пара, входящего в турбину, равна энтропии пара, выходящего из турбины. Однако ни одна паровая турбина не является по-настоящему изоэнтропической, с типичным изоэнтропическим КПД в диапазоне от 20 до 90% в зависимости от области применения турбины. Внутренняя часть турбины состоит из нескольких комплектов лопастей или ведра . Один комплект неподвижных лопастей соединен с корпусом, а один комплект вращающихся лопастей соединен с валом. Установки зацепляются с определенными минимальными зазорами, при этом размер и конфигурация наборов варьируются, чтобы эффективно использовать расширение пара на каждой стадии.

Практический тепловой КПД паровой турбины зависит от размера турбины, условий нагрузки, потерь в зазоре и потерь на трение. Они достигают максимальных значений примерно до 50% в турбине мощностью 1200 МВт (1600 000 л.с.); меньшие имеют меньшую эффективность. ^{[ необходима цитата ]} Чтобы максимизировать КПД турбины, пар расширяется, выполняя работу, в несколько этапов. Эти ступени характеризуются тем, как из них извлекается энергия, и известны как импульсные или реактивные турбины. В большинстве паровых турбин используется смесь реактивной и импульсной конструкции: каждая ступень ведет себя как одна или другая, но вся турбина использует оба. Обычно секции более низкого давления являются реакционными, а ступени более высоких давлений - импульсными. ^{[ необходима цитата ]}

Импульсные турбины [ править ]

Импульсная турбина имеет неподвижные сопла, которые направляют поток пара в высокоскоростные струи. Эти форсунки содержат значительную кинетическую энергию, которая преобразуется во вращение вала лопастями ротора в форме лопатки, когда струя пара меняет направление. Падение давления происходит только на неподвижных лопастях с чистым увеличением скорости пара на ступени. Когда пар проходит через сопло, его давление падает от давления на входе до давления на выходе (атмосферное давление или, чаще, вакуум в конденсаторе). Благодаря такой высокой степени расширения пара пар выходит из сопла с очень высокой скоростью. Пар, покидающий движущиеся лопасти, имеет большую часть максимальной скорости пара при выходе из сопла. Потери энергии из-за этой более высокой выходной скорости обычно называют переносящей скоростью или выходными потерями.

Закон момента количества движения гласит, что сумма моментов внешних сил, действующих на жидкость, временно занимающую контрольный объем , равна чистому изменению во времени потока углового момента через контрольный объем.

Закручивающаяся жидкость входит в контрольный объем на радиусе с тангенциальной скоростью и выходит на радиусе с тангенциальной скоростью .${\ displaystyle r_ {1}}$${\displaystyle V_{w1}}$${\displaystyle r_{2}}$${\displaystyle V_{w2}}$

Скорость треугольник прокладывает путь для лучшего понимания взаимосвязи между различными скоростями. На соседнем рисунке мы имеем:

${\displaystyle V_{1}}$и - абсолютные скорости на входе и выходе соответственно.${\displaystyle V_{2}}$

${\displaystyle V_{f1}}$и - скорости потока на входе и выходе соответственно.${\displaystyle V_{f2}}$

${\displaystyle V_{w1}}$и - скорости завихрения на входе и выходе соответственно в движущемся эталоне.${\displaystyle V_{w2}}$

${\displaystyle V_{r1}}$и - относительные скорости на входе и выходе соответственно.${\displaystyle V_{r2}}$

${\displaystyle U_{1}}$и - скорости лопасти на входе и выходе соответственно.${\displaystyle U_{2}}$

${\displaystyle \alpha }$- угол направляющей лопатки; - угол лопасти.${\displaystyle \beta }$

Тогда по закону количества движения крутящий момент в жидкости определяется выражением:

${\displaystyle T={\dot {m}}\left(r_{2}V_{w2}-r_{1}V_{w1}\right)}$

Для импульсной паровой турбины: . Следовательно, касательная сила на лопасти составляет . Работа в единицу времени или мощности , развиваемой: .${\displaystyle r_{2}=r_{1}=r}$${\displaystyle F_{u}={\dot {m}}\left(V_{w1}-V_{w2}\right)}$${\displaystyle W=T\omega }$

Когда ω - угловая скорость турбины, тогда скорость лопастей равна . Тогда сила развита .${\displaystyle U=\omega r}$${\displaystyle W={\dot {m}}U(\Delta V_{w})}$

Эффективность клинка [ править ]

Эффективность лопастей ( ) может быть определена как отношение работы, выполняемой лопастями, к кинетической энергии, подводимой к жидкости, и определяется выражением${\displaystyle {\eta _{b}}}$

${\displaystyle \eta _{b}={\frac {\mathrm {Work~Done} }{\mathrm {Kinetic~Energy~Supplied} }}={\frac {U\Delta V_{w}}{{V_{1}}^{2}}}}$

Сценическая эффективность [ править ]

Ступень импульсной турбины состоит из соплового блока и подвижного колеса. Эффективность ступени определяет соотношение между падением энтальпии в сопле и работой, выполняемой на ступени.

${\displaystyle {\eta _{\mathrm {stage} }}={\frac {\mathrm {Work~done~on~blade} }{\mathrm {Energy~supplied~per~stage} }}={\frac {U\Delta V_{w}}{\Delta h}}}$

Где падение удельной энтальпии пара в сопле.${\displaystyle \Delta h=h_{2}-h_{1}}$

По первому закону термодинамики :

${\displaystyle h_{1}+{\frac {1}{2}}{V_{1}}^{2}=h_{2}+{\frac {1}{2}}{V_{2}}^{2}}$

Предполагая, что это заметно меньше , мы получаем . Кроме того, КПД ступени является продуктом КПД лопасти и КПД сопла, или .${\displaystyle V_{1}}$${\displaystyle V_{2}}$${\displaystyle {\Delta h}\approx {\frac {1}{2}}{V_{2}}^{2}}$${\displaystyle \eta _{\text{stage}}=\eta _{b}\eta _{N}}$

Эффективность сопла определяется выражением , где энтальпия пара (в Дж / кг) пара на входе в сопло равна, а энтальпия пара на выходе из сопла .${\displaystyle \eta _{N}={\frac {{V_{2}}^{2}}{2\left(h_{1}-h_{2}\right)}}}$${\displaystyle h_{1}}$${\displaystyle h_{2}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}\Delta V_{w}&=V_{w1}-\left(-V_{w2}\right)\\&=V_{w1}+V_{w2}\\&=V_{r1}\cos \beta _{1}+V_{r2}\cos \beta _{2}\\&=V_{r1}\cos \beta _{1}\left(1+{\frac {V_{r2}\cos \beta _{2}}{V_{r1}\cos \beta _{1}}}\right)\end{aligned}}}$

Отношение косинусов углов лопастей на выходе и входе можно взять и обозначить . Отношение скоростей пара относительно скорости ротора на выходе из лопасти на входе определяется коэффициентом трения .${\displaystyle c={\frac {\cos \beta _{2}}{\cos \beta _{1}}}}$${\displaystyle k={\frac {V_{r2}}{V_{r1}}}}$

${\displaystyle k<1}$и изображает потерю относительной скорости из-за трения, когда пар обтекает лопасти ( для гладких лопастей).${\displaystyle k=1}$

${\displaystyle \eta _{b}={\frac {2U\Delta V_{w}}{{V_{1}}^{2}}}={\frac {2U}{V_{1}}}\left(\cos \alpha _{1}-{\frac {U}{V_{1}}}\right)(1+kc)}$

Отношение скорости лопасти к абсолютной скорости пара на входе называется отношением скорости лопасти .${\displaystyle \rho ={\frac {U}{V_{1}}}}$

${\displaystyle \eta _{b}}$максимально когда или ,. Что подразумевает и поэтому . Теперь (для одноступенчатой ​​импульсной турбины).${\displaystyle {\frac {d\eta _{b}}{d\rho }}=0}$${\displaystyle {\frac {d}{d\rho }}\left(2{\cos \alpha _{1}-\rho ^{2}}(1+kc)\right)=0}$${\displaystyle \rho ={\frac {1}{2}}\cos \alpha _{1}}$${\displaystyle {\frac {U}{V_{1}}}={\frac {1}{2}}\cos \alpha _{1}}$${\displaystyle \rho _{opt}={\frac {U}{V_{1}}}={\frac {1}{2}}\cos \alpha _{1}}$

Таким образом, максимальное значение эффективности ступени получается, если подставить значение в выражение .${\displaystyle {\frac {U}{V_{1}}}={\frac {1}{2}}\cos \alpha _{1}}$${\displaystyle \eta _{b}}$

Мы получаем: .${\displaystyle {\eta _{b}}_{\text{max}}=2\left(\rho \cos \alpha _{1}-\rho ^{2}\right)(1+kc)={\frac {1}{2}}\cos ^{2}\alpha _{1}(1+kc)}$

Для равноугольных лопастей, следовательно , и получаем . Если трением о поверхность лезвия пренебречь .${\displaystyle \beta _{1}=\beta _{2}}$${\displaystyle c=1}$${\displaystyle {\eta _{b}}_{\text{max}}={\frac {1}{2}}\cos ^{2}\alpha _{1}(1+k)}$${\displaystyle {\eta _{b}}_{\text{max}}=\cos ^{2}\alpha _{1}}$

Выводы о максимальной эффективности [ править ]

${\displaystyle {\eta _{b}}_{\text{max}}=\cos ^{2}\alpha _{1}}$

1. Для данной скорости пара работа, выполняемая на кг пара, будет максимальной, когда или .${\displaystyle \cos ^{2}\alpha _{1}=1}$${\displaystyle \alpha _{1}=0}$
2. По мере увеличения работа, выполняемая на лезвиях, уменьшается, но в то же время уменьшается площадь поверхности лезвия, поэтому потери на трение меньше.${\displaystyle \alpha _{1}}$

Реакционные турбины [ править ]

В реакции турбины , то ротор лопасти сами расположены с образованием сходящихся сопла . В турбине этого типа используется сила реакции, возникающая при ускорении пара через сопла, образованные ротором. Пар направляется на ротор неподвижными лопатками статора.. Он выходит из статора в виде струи, заполняющей всю окружность ротора. Затем пар меняет направление и увеличивает свою скорость относительно скорости лопастей. Падение давления происходит как на статоре, так и на роторе, при этом пар ускоряется через статор и замедляется через ротор без общего изменения скорости пара на ступени, но с уменьшением как давления, так и температуры, отражая работу, выполняемую в привод ротора.

Эффективность клинка [ править ]

Подвод энергии к лопаткам в ступени:

${\displaystyle E=\Delta h}$ равна кинетической энергии, подводимой к неподвижным лопастям (f) + кинетической энергии, подводимой к движущимся лопастям (m).

Или = энтальпия падение над неподвижными лопатками, + энтальпия падение более подвижных лопаток, .${\displaystyle E}$${\displaystyle \Delta h_{f}}$${\displaystyle \Delta h_{m}}$

Эффект расширения пара над движущимися лопастями заключается в увеличении относительной скорости на выходе. Следовательно, относительная скорость на выходе всегда больше относительной скорости на входе .${\displaystyle V_{r2}}$${\displaystyle V_{r1}}$

В терминах скоростей падение энтальпии на движущихся лопастях определяется выражением:

${\displaystyle \Delta h_{m}={\frac {V_{r2}^{2}-V_{r1}^{2}}{2}}}$

(способствует изменению статического давления)

Падение энтальпии в неподвижных лопастях при предположении, что скорость пара, входящего в неподвижные лопасти, равна скорости пара, покидающего ранее движущиеся лопасти, определяется как:

${\displaystyle \Delta h_{f}={\frac {V_{1}^{2}-V_{0}^{2}}{2}}}$

где V ₀ - скорость пара на входе в сопло.

${\displaystyle V_{0}}$очень мала, и поэтому им можно пренебречь. Следовательно,${\displaystyle \Delta h_{f}={\frac {V_{1}^{2}}{2}}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}E&=\Delta h_{f}+\Delta h_{m}\\&={\frac {V_{1}^{2}}{2}}+{\frac {V_{r2}^{2}-V_{r1}^{2}}{2}}\end{aligned}}}$

Очень широко используемая конструкция имеет половину степени реакции или 50% реакции, и она известна как турбина Парсона . Он состоит из симметричных лопаток ротора и статора. Для этой турбины треугольник скоростей аналогичен, и мы имеем:

${\displaystyle \alpha _{1}=\beta _{2}}$, ${\displaystyle \beta _{1}=\alpha _{2}}$

${\displaystyle V_{1}=V_{r2}}$, ${\displaystyle V_{r1}=V_{2}}$

Принимая турбину Парсона и получая все выражения, мы получаем

${\displaystyle E=V_{1}^{2}-{\frac {V_{r1}^{2}}{2}}}$

Из треугольника входных скоростей имеем ${\displaystyle V_{r1}^{2}=V_{1}^{2}+U^{2}-2UV_{1}\cos \alpha _{1}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}E&=V_{1}^{2}-{\frac {V_{1}^{2}}{2}}-{\frac {U^{2}}{2}}+{\frac {2UV_{1}\cos \alpha _{1}}{2}}\\&={\frac {V_{1}^{2}-U^{2}+2UV_{1}\cos \alpha _{1}}{2}}\end{aligned}}}$

Выполненная работа (для единицы массового расхода в секунду): ${\displaystyle W=U\Delta V_{w}=U\left(2V_{1}\cos \alpha _{1}-U\right)}$

Следовательно, эффективность лопасти определяется выражением

${\displaystyle \eta _{b}={\frac {2U(2V_{1}\cos \alpha _{1}-U)}{V_{1}^{2}-U^{2}+2V_{1}U\cos \alpha _{1}}}}$

Условие максимальной эффективности клинка [ править ]

Если , то${\displaystyle {\rho }={\frac {U}{V_{1}}}}$

${\displaystyle {\eta _{b}}_{\text{max}}={\frac {2\rho (\cos \alpha _{1}-\rho )}{V_{1}^{2}-U^{2}+2UV_{1}\cos \alpha _{1}}}}$

Для максимальной эффективности получаем${\displaystyle {d\eta _{b} \over d\rho }=0}$

${\displaystyle \left(1-\rho ^{2}+2\rho \cos \alpha _{1}\right)\left(4\cos \alpha _{1}-4\rho \right)-2\rho \left(2\cos \alpha _{1}-\rho \right)\left(-2\rho +2\cos \alpha _{1}\right)=0}$

и это наконец дает ${\displaystyle \rho _{opt}={\frac {U}{V_{1}}}=\cos \alpha _{1}}$

Следовательно, можно найти, подставив значение в выражение КПД лопасти${\displaystyle {\eta _{b}}_{\text{max}}}$${\displaystyle \rho =\cos \alpha _{1}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}{\eta _{b}}_{\text{reaction}}&={\frac {2\cos ^{2}\alpha _{1}}{1+\cos ^{2}\alpha _{1}}}\\{\eta _{b}}_{\text{impulse}}&=\cos ^{2}\alpha _{1}\end{aligned}}}$

Эксплуатация и обслуживание [ править ]

Из-за высокого давления, используемого в паровых контурах, и используемых материалов, паровые турбины и их корпуса имеют высокую тепловую инерцию . При прогреве паровой турбины для использования главные запорные клапаны пара (после котла) имеют байпасную линию, позволяющую перегретому пару медленно обходить клапан и продолжать нагревать линии в системе вместе с паровой турбиной. Кроме того, когда нет пара, включается поворотный механизм, который медленно вращает турбину для обеспечения равномерного нагрева и предотвращения неравномерного расширения.. После первого вращения турбины поворотным механизмом, давая ротору время принять прямую плоскость (без изгиба), поворотное устройство отключается, и пар поступает в турбину, сначала к задним лопастям, а затем к передним лопаткам медленно. вращение турбины со скоростью 10–15 об / мин (0,17–0,25 Гц) для медленного нагрева турбины. Процедура прогрева больших паровых турбин может превышать десять часов. ^[25]

Во время нормальной работы дисбаланс ротора может привести к вибрации, которая из-за высоких скоростей вращения может привести к отрыву лопасти от ротора через корпус. Чтобы снизить этот риск, значительные усилия затрачиваются на балансировку турбины. Также турбины работают с качественным паром: либо перегретым (сухим) паром , либо насыщенным паром.пар с высокой долей сухости. Это предотвращает быстрое столкновение и эрозию лопастей, возникающую при попадании на лопасти конденсированной воды (перенос влаги). Также жидкая вода, попадающая на лопасти, может повредить упорные подшипники вала турбины. Для предотвращения этого, наряду с регуляторами и перегородками в котлах для обеспечения качественного пара, в паропроводе, ведущем к турбине, устанавливаются отводы конденсата.

Требования к техническому обслуживанию современных паровых турбин просты и связаны с низкими затратами (обычно около 0,005 долл. США за кВтч); ^[25] их срок эксплуатации часто превышает 50 лет. ^[25]

Регулировка скорости [ править ]

Управление турбиной с помощью регулятора имеет важное значение, так как турбины должны запускаться медленно, чтобы предотвратить повреждение, а некоторые приложения (например, генерация электроэнергии переменного тока) требуют точного управления скоростью. ^[26] Неконтролируемое ускорение ротора турбины может привести к отключению по превышению скорости, что приводит к закрытию регулирующего и дроссельного клапанов, регулирующих поток пара к турбине. Если эти клапаны выходят из строя, турбина может продолжать ускоряться до тех пор, пока не развалится, часто катастрофически. Турбины дороги в производстве, требуют точного изготовления и специальных качественных материалов.

Во время нормальной работы, синхронизированной с электросетью, электростанции регулируются с пятипроцентным регулированием скорости вращения . Это означает, что скорость полной нагрузки составляет 100%, а скорость холостого хода составляет 105%. Это необходимо для стабильной работы сети без рывков и отключений электростанций. Обычно изменения скорости незначительны. Регулировка выходной мощности осуществляется путем медленного увеличения кривой спада за счет увеличения давления пружины на центробежном регуляторе . Как правило, это основное системное требование для всех электростанций, потому что старые и новые станции должны быть совместимы в ответ на мгновенные изменения частоты вне зависимости от внешней связи. ^[27]

Термодинамика паровых турбин [ править ]

Паровая турбина работает на основных принципах термодинамики с использованием части 3-4 цикла Ренкина, показанной на прилагаемой диаграмме. Перегретыйпар (или сухой насыщенный пар, в зависимости от применения) выходит из котла с высокой температурой и высоким давлением. На входе в турбину пар приобретает кинетическую энергию, проходя через сопло (неподвижное сопло в турбине импульсного типа или неподвижные лопатки в турбине реактивного типа). Когда пар выходит из сопла, он с большой скоростью движется к лопаткам ротора турбины. На лезвия создается сила из-за давления пара на лезвия, заставляющего их двигаться. Генератор или другое подобное устройство можно разместить на валу, и энергия, которая была в паре, теперь может быть сохранена и использована. Пар покидает турбину в виде насыщенного пара (или смеси жидкость-пар в зависимости от применения) при более низких температуре и давлении, чем на входе, и направляется в конденсатор для охлаждения.^[28] Первый закон позволяет нам найти формулу скорости развития работы на единицу массы. Предполагая, что теплопередача в окружающую среду отсутствует и что изменения кинетической и потенциальной энергии незначительны по сравнению с изменением удельной энтальпии, мы приходим к следующему уравнению

${\displaystyle {\frac {\dot {W}}{\dot {m}}}=h_{3}-h_{4}}$

куда

• Ẇ - скорость выполнения работы в единицу времени
• ṁ - массовый расход через турбину

Изэнтропическая эффективность [ править ]

Чтобы измерить, насколько хорошо работает турбина, мы можем посмотреть на ее изоэнтропический КПД. При этом фактическая производительность турбины сравнивается с производительностью, которая была бы достигнута с помощью идеальной изэнтропической турбины. ^[29] При расчете этой эффективности предполагается, что потери тепла в окружающую среду равны нулю. Начальное давление и температура пара одинаковы как для реальной, так и для идеальной турбины, но на выходе из турбины содержание энергии пара («удельная энтальпия») для реальной турбины больше, чем для идеальной турбины из-за необратимости реальной турбины. . Удельная энтальпия оценивается при одинаковом давлении пара для реальной и идеальной турбин, чтобы обеспечить хорошее сравнение между ними.

Изэнтропическая эффективность определяется путем деления фактической работы на идеальную. ^[29]

${\displaystyle \eta _{t}={\frac {h_{3}-h_{4}}{h_{3}-h_{4s}}}}$

куда

• h ₃ - удельная энтальпия в состоянии три
• h ₄ - удельная энтальпия в состоянии 4 для реальной турбины.
• h _4s - удельная энтальпия в состоянии 4s для изоэнтропической турбины.

(но обратите внимание, что на соседней диаграмме не показано состояние 4s: оно находится вертикально ниже состояния 3)

Прямой привод [ править ]

Электростанции используют большие паровые турбины, приводящие в движение электрогенераторы, чтобы производить большую часть (около 80%) мировой электроэнергии. Появление больших паровых турбин сделало производство электроэнергии на центральной станции практичным, поскольку поршневые паровые двигатели большой мощности стали очень громоздкими и работали на малых скоростях. Большинство центральных станций представляют собой электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции ; некоторые установки используют геотермальный пар или концентрированную солнечную энергию (CSP) для создания пара. Паровые турбины также могут использоваться непосредственно для привода больших центробежных насосов , таких как насосы питательной воды на тепловых электростанциях .

Турбины, используемые для выработки электроэнергии, чаще всего напрямую соединяются с их генераторами. Поскольку генераторы должны вращаться с постоянной синхронной скоростью в соответствии с частотой системы электроснабжения, наиболее распространенные скорости составляют 3000 об / мин для систем с частотой 50 Гц и 3600 об / мин для систем с частотой 60 Гц. Поскольку ядерные реакторы имеют более низкие температурные пределы, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, с более низким качеством пара , турбоагрегаты могут работать на половине этих скоростей, но с четырехполюсными генераторами, чтобы уменьшить эрозию лопаток турбины. ^[30]

Морская силовая установка [ править ]

На пароходах преимущества паровых турбин перед поршневыми двигателями заключаются в меньшем размере, меньшем техническом обслуживании, меньшем весе и меньшей вибрации. Паровая турбина эффективна только при работе на тысячах оборотов в минуту, в то время как наиболее эффективные гребные винты предназначены для скоростей менее 300 оборотов в минуту; следовательно, обычно требуются точные (а значит и дорогие) редукторы, хотя многие первые корабли времен Первой мировой войны , такие как Turbinia , имели прямой привод от паровых турбин к гребным валам. Другая альтернатива - турбо-электрическая трансмиссия., в котором электрический генератор, приводимый в действие высокоскоростной турбиной, используется для запуска одного или нескольких тихоходных электродвигателей, соединенных с гребными валами; прецизионное нарезание зубчатых колес может быть узким местом производства во время войны. Турбоэлектрический привод чаще всего использовался на крупных военных кораблях США, спроектированных во время Первой мировой войны, и в некоторых быстроходных лайнерах, а также в некоторых войсковых транспортных средствах и эсминцах эсминца массового производства во время Второй мировой войны .

Более высокая стоимость турбин и связанных с ними шестерен или генераторных / моторных агрегатов компенсируется меньшими требованиями к техническому обслуживанию и меньшими размерами турбины по сравнению с поршневым двигателем равной мощности, хотя затраты на топливо выше, чем у дизельного двигателя, поскольку паровые турбины имеют более низкий тепловой КПД. Чтобы снизить затраты на топливо, с годами повысился тепловой КПД обоих типов двигателей.

Раннее развитие [ править ]

При разработке судовых двигателей с паровой турбиной с 1894 по 1935 годы преобладала необходимость согласовать высокую эффективную скорость турбины с низкой эффективной скоростью (менее 300 об / мин) гребного винта корабля при общей стоимости, конкурентоспособной с поршневыми двигателями . В 1894 году не было эффективных редукторов для высоких мощностей, необходимых для кораблей, поэтому был необходим прямой привод . В Турбинии, который имеет прямой привод на каждый гребной вал, эффективная частота вращения турбины была снижена после первоначальных испытаний за счет направления потока пара через все три турбины с прямым приводом (по одной на каждый вал) последовательно, что, вероятно, всего около 200 ступеней турбины, работающих последовательно. . Также на каждом валу было по три гребных винта для работы на высоких скоростях. ^[31] Высокие скорости вала той эпохи представлены одним из первых американских эсминцев с турбинными двигателями , USS  Smith , спущенным на воду в 1909 году, с турбинами с прямым приводом и тремя валами, вращающимися со скоростью 724 об / мин и 28,35 узлов (52,50 км / ч; 32,62 миль / ч). ^[32]

Использование турбин в нескольких корпусах, последовательно отводящих пар друг от друга, стало стандартом в большинстве последующих морских силовых установок и является формой перекрестного смешения . Первая турбина называлась турбиной высокого давления (HP), последняя турбина была турбиной низкого давления (LP), а любая промежуточная турбина была турбиной среднего давления (IP). Более поздняя компоновка, чем Turbinia, можно увидеть на RMS  Queen Mary в Лонг-Бич, Калифорния , запущенной в 1934 году, в которой каждый вал приводится в движение четырьмя турбинами, последовательно соединенными с концами двух входных валов одноступенчатой ​​коробки передач. Это турбины высокого давления, 1-го, 2-го и низкого давления.

Крейсерская техника и зубчатые передачи [ править ]

Стремление к экономии было еще более важным, если принять во внимание крейсерскую скорость. Крейсерская скорость составляет примерно 50% максимальной скорости корабля и 20-25% его максимальной мощности. Это будет скорость, используемая в дальних рейсах, когда требуется экономия топлива. Хотя это привело к снижению частоты вращения гребного винта до эффективного диапазона, эффективность турбины была значительно снижена, и ранние турбинные корабли имели плохую дальность плавания. Крейсерская турбина оказалась полезным решением на протяжении большей части эры паровых турбин. Это была дополнительная турбина для добавления еще большего количества ступеней, сначала присоединенная непосредственно к одному или нескольким валам, выходящая на ступень частично вдоль турбины высокого давления и не использовавшаяся на высоких скоростях. Когда редукторы стали доступны примерно в 1911 году, некоторые корабли, в частности линкор USS  Nevada, имел их на маршевых турбинах, сохранив при этом главные турбины с прямым приводом. Редукторы позволяли турбинам работать в своем эффективном диапазоне на гораздо более высоких скоростях, чем вал, но были дорогими в производстве.

Крейсерские турбины сначала конкурировали с поршневыми двигателями за экономию топлива. Примером сохранения поршневых двигателей на быстрых кораблях был знаменитый RMS  Titanic 1911 года, у которого вместе с его сестрами RMS  Olympic и HMHS  Britannic были двигатели тройного расширения на двух внешних валах, оба выходили на турбину LP на центральном валу. . После принятия на вооружение турбин линейных кораблей класса Делавэр, спущенных на воду в 1909 году, ВМС США вернулись к возвратно-поступательным механизмам на линейных кораблях класса Нью-Йорк 1912 года, а затем вернулись к турбинам в Неваде.в 1914 году. Сохраняющаяся любовь к поршневым машинам объяснялась тем, что военно-морские силы США не планировали выпускать крупные корабли со скоростью более 21 узла (39 км / ч; 24 мили в час) до окончания Первой мировой войны, поэтому максимальная скорость была менее важна, чем экономичное плавание. Соединенные Штаты приобрели Филиппины и Гавайи в качестве территорий в 1898 году, и у Британского Королевского флота не было всемирной сети угольных станций . Таким образом, военно-морской флот США в 1900–1940 годах больше всех нуждался в экономии топлива среди всех стран, особенно в связи с перспективой войны с Японией.возникла после Первой мировой войны. Эта потребность усугублялась тем, что США не спустили на воду крейсеров в 1908–1920 годах, поэтому от эсминцев требовалось выполнять задачи дальнего действия, обычно поручаемые крейсерам. Так, на эсминцы США, спущенные на воду в 1908–1916 годах, были установлены различные крейсерские решения. Сюда входили небольшие поршневые двигатели, а также крейсерские турбины с редуктором или без редуктора на одном или двух валах. Однако когда-то полностью зацепленные турбины оказались экономичными с точки зрения первоначальной стоимости и топлива, они были быстро приняты на вооружение, и крейсерские турбины также были включены на большинство судов. Начиная с 1915 года все новые эсминцы Королевского флота имели полностью редукторные турбины, а в 1917 году последовали их примеру США.

В Королевском флоте скорость была приоритетом до тех пор, пока Ютландская битва в середине 1916 года не показала, что на линейных крейсерах для их погони было пожертвовано слишком много брони. Британцы использовали боевые корабли исключительно с турбинными двигателями с 1906 года. Поскольку они понимали, что для их всемирной империи желательна большая дальность плавания, некоторые военные корабли, в частности линкоры класса Queen Elizabeth , с 1912 года оснащались крейсерскими турбинами после более ранних экспериментальных установок. .

В военно-морском флоте США на эсминцах класса Mahan , спущенных на воду в 1935–36 гг., Внедрена двухступенчатая передача. Это дополнительно увеличило скорость турбины по сравнению со скоростью вала, что позволило использовать турбины меньшего размера, чем одноступенчатая передача. Давление пара и температура также постепенно увеличивались с 300 фунтов на квадратный дюйм (2100 кПа) / 425 ° F (218 ° C) [насыщенный пар] в классе Wickes времен Первой мировой войны до 615 фунтов на квадратный дюйм (4240 кПа) / 850 ° F ( 454 ° C) [перегретый пар] на некоторых эсминцах времен Второй мировой войны класса Fletcher и более поздних кораблях. ^{[33] [34]}Появилась стандартная конфигурация осевой турбины высокого давления (иногда с присоединенной крейсерской турбиной) и двухосевой турбины низкого давления, соединенной с двухступенчатой ​​коробкой передач. Такое расположение использовалось на протяжении всей эры пара в ВМС США, а также использовалось в некоторых конструкциях Королевского флота. ^{[35] [36]} Технику этой конфигурации можно увидеть на многих сохранившихся военных кораблях времен Второй мировой войны в нескольких странах. ^[37]

Когда в начале 1950-х годов строительство военных кораблей ВМС США возобновилось, большинство надводных кораблей и авианосцев использовали пар с давлением 1200 фунтов на квадратный дюйм (8300 кПа) / 950 ° F (510 ° C). ^[38] Так продолжалось до конца эры паровых военных кораблей ВМС США с фрегатами класса Knox начала 1970-х годов. Десантные и вспомогательные корабли продолжали использовать паровой корабль под давлением 600 фунтов на квадратный дюйм (4100 кПа) после Второй мировой войны, с USS  Iwo Jima , спущенным на воду в 2001 году, возможно, последним неядерным паровым кораблем, построенным для ВМС США.

Турбо-электрический привод [ править ]

Турбо-электрический привод был представлен на линейном корабле USS  New Mexico , спущенном на воду в 1917 году. В течение следующих восьми лет ВМС США спустили на воду пять дополнительных линкоров с турбонаддувом и два авианосца (первоначально заказанных как линейные крейсеры класса Lexington ). Были запланированы еще десять турбокомпрессоров, но они были отменены из-за ограничений, установленных Вашингтонским военно-морским договором .

Хотя в Нью-Мексико в 1931–1933 годах были переоборудованы турбины с редуктором, на оставшихся турбоэлектрических кораблях эта система сохранялась на протяжении всей своей карьеры. В этой системе использовались два больших паротурбинных генератора для привода электродвигателя на каждом из четырех валов. Первоначально эта система была менее дорогостоящей, чем редукторы, и делала корабли более маневренными в порту, а валы могли быстро реверсировать и выдавать большую обратную мощность, чем в большинстве редукторных систем.

Некоторые океанские лайнеры также были построены с турбо-электрическим приводом, как и некоторые транспортные средства для перевозки войск и эскортные эсминцы серийного производства во время Второй мировой войны . Однако, когда США спроектировали «крейсеры по договору», начиная с USS  Pensacola, спущенного на воду в 1927 году, редукторные турбины использовались для снижения веса и после этого продолжали использоваться на всех быстрых паровых кораблях.

Текущее использование [ править ]

С 1980-х годов паровые турбины были заменены газовыми на быстроходных судах и дизельными двигателями на других судах; Исключение составляют атомные корабли, подводные лодки и танкеры для перевозки СПГ . ^[39] Некоторые вспомогательные суда продолжают использовать паровые двигатели.

В ВМС США паровая турбина с традиционным приводом все еще используется на всех десантных кораблях класса « Wasp», кроме одного . Royal Navy списан свой последний обычный паровой класс надводный корабль, на бесстрашных -класса посадки платформы док , в 2002 году, с ВМС Италии следуя в 2006 году вывода из эксплуатации своих последних обычных паросиловых надводных кораблей, в Audace -класса эсминцев . В 2013 году французский флот завершил свою паровую эру, списав свой последний фрегат класса Tourville . Среди других морских флотовВ настоящее время в составе ВМФ России находятся паровые авианосцы класса « Кузнецов» и эсминцы класса « Современный» . ВМС Индии в настоящее время работает INS Викрамадитие , модифицированный киевский -класс авианосец ; он также управляет тремя фрегатами класса « Брахмапутра», введенными в строй в начале 2000-х годов, и одним фрегатом класса « Годавари», который планируется списать. ВМС Китая в настоящее время работают паровой Кузнецов -класса авианосцев , Современный -класса эсминцы вместе с эсминцами класса Luda и единственным эсминцем Type 051B . Большинство других военно-морских сил либо сняли с вооружения, либо переоборудовали свои паровые боевые корабли. По состоянию на 2020 год в составе ВМС Мексики находятся четыре паровых фрегата бывшего американского класса Knox . Египетский флот и Республика Китай ВМС соответственно работают два и шесть бывших США Нокс -класса фрегатов . В настоящее время в составе ВМС Эквадора находятся два паровых фрегата класса Condell (модифицированный фрегат класса Leander фрегаты ).

Сегодня КПД пропульсивного цикла паровой турбины еще не превышает 50%, а дизельные двигатели обычно превышают 50%, особенно в морских применениях. ^{[40] [41] [42]} Дизельные электростанции также имеют более низкие эксплуатационные расходы, поскольку требуется меньше операторов. Таким образом, обычная паровая энергия используется на очень небольшом количестве новых судов. Исключением являются танкеры для перевозки СПГ, которые часто считают более экономичным использование отпарного газа с паровой турбиной, чем его повторное сжижение.

Атомные корабли и подводные лодки используют ядерный реактор для производства пара для турбин. Атомная энергетика часто выбирается там, где дизельная энергия нецелесообразна (например, для подводных лодок ) или логистика дозаправки топлива создает значительные проблемы (например, ледоколы ). Было подсчитано , что реакторное топливо для Royal Navy «s Vanguard -класса подводных лодок достаточно последние 40 кругосветных земного шара - потенциально достаточной для всего срока службы судна. Ядерная силовая установка применялась только к очень немногим коммерческим судам из-за затрат на техническое обслуживание и регулирующего контроля, необходимого для ядерных систем и топливных циклов.

Локомотивы [ править ]

Паротурбинный локомотивный двигатель - это паровоз, приводимый в движение паровой турбиной. Первый рельсовый локомотив с паровой турбиной был построен в 1908 году для Officine Meccaniche Miani Silvestri Grodona Comi, Милан, Италия. В 1924 году компания Krupp построила паровоз T18 001, введенный в эксплуатацию в 1929 году, для Deutsche Reichsbahn .

Основные преимущества паровоза - лучший баланс вращения и меньший удар молота по рельсам. Однако недостатком является менее гибкая выходная мощность, поэтому турбинные локомотивы лучше всего подходят для дальних перевозок при постоянной выходной мощности. ^[43]

Тестирование [ править ]

Британские, немецкие, другие национальные и международные коды испытаний используются для стандартизации процедур и определений, используемых для испытаний паровых турбин. Выбор используемого кода испытаний является соглашением между покупателем и производителем и имеет некоторое значение для конструкции турбины и связанных с ней систем.

В Соединенных Штатах ASME разработала несколько кодов испытаний на производительность паровых турбин. К ним относятся ASME PTC 6–2004, Паровые турбины, ASME PTC 6.2-2011, Паровые турбины в комбинированных циклах , PTC 6S-1988, Процедуры для текущих испытаний производительности паровых турбин. Эти коды испытаний производительности ASME получили международное признание и признание для испытаний паровых турбин. Единственная наиболее важная и отличительная характеристика кодов испытаний производительности ASME, включая PTC 6, заключается в том, что неопределенность измерения указывает на качество теста и не должна использоваться в качестве коммерческого допуска. ^[44]

См. Также [ править ]

• Балансировочная машина
• Турбина на парах ртути
• Паровой двигатель
• Турбина тесла

Ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

Источники [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Хлопок, KC (1998). Оценка и повышение производительности паровой турбины . Хлопковый факт.
• Джонстон, Ян (2019). "Взлет турбины Брауна-Кертиса". В Иордании, Джон (ред.). Военный корабль 2019 . Оксфорд: Osprey Publishing. С. 58–68. ISBN 978-1-4728-3595-6.
• Терстон, Р.Х. (1878). История развития парового двигателя . Нью-Йорк: D Appleton and Co.
• Траупель, В. (1977). Thermische Turbomaschinen (на немецком языке). Springer Verlag : Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк.
• Валиулла, Ноушад (2017). «Обзор технологий Concentrated Solar Power (CSP) и их возможностей в Бангладеш». 2017 Международная конференция по электротехнике, вычислительной технике и коммуникационной технике (ECCE) . КУЭТ. С. 844–849. DOI : 10.1109 / ECACE.2017.7913020 . ISBN 978-1-5090-5627-9.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме паровых турбин .

• Паровые турбины: инструкция по настройке и эксплуатации основных типов первичных двигателей этого класса, написанная Хьюбертом Коллинзом.
• Конструкция паровой турбины в компании Mike's Engineering Wonders
• Учебное пособие: «Перегретый пар»
• Явление течения в полостях диска статора паровой турбины, направленных через уравновешивающие отверстия
• Руководство по испытанию паровой турбины Де Лаваль мощностью 100 кВт с введением в принципы проектирования около 1920 г.
• Extreme Steam - необычные вариации на паровозе
• Интерактивное моделирование паровой турбины мощностью 350 МВт с котлом, разработанное Университетом Квинсленда в Брисбене, Австралия
• "Супер-Steam ... Удивительная история достижений". Популярная механика , август 1937 г.
• Современная энергетика - Паровая турбина