Принцип действия активной и реактивной ступеней турбины. Преобразование энергии пара

Турбинной ступенью называется совокупность неподвижного ряда сопловых (направляющих) лопаток, в каналах которых происходит расширение и ускорение потока пара (преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую энергию движущейся струи пара), и следующего за ним подвижного вращающегося ряда рабочих лопаток, в которых кинетическая энергия движущегося потока пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора.

Простейшая одноступенчатая активная турбина (рис. 42.а) состоит из ряда неподвижных сопловых лопаток, образующих сужающиеся каналы – сопла в дозвуковых турбинах, и сужающе-расширяющиеся сопла – в сверхзвуковых турбинах. В каналах соплового аппарата потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию движущейся струи, при
этом происходит расширение пара и он с большой скоростью поступает в каналы, образованные рабочими лопатками. Так как каналы рабочих лопаток активной турбины имеют постоянное (по ходу движения пара) проходное сечение, то расширения пара в них не происходит. В каналах рабочих лопаток пар только изменяет направление движения, оказывая силовое
воздействие на рабочие лопатки, закрепленные на диске. Усилие, развиваемое паром на рабочих лопатках, через диск передается на вал турбины, приводя его во вращение. Вал турбины вращается в подшипниках, установленных в корпусе. Корпус турбины образует замкнутое пространство, организуя движение пара и препятствуя его рассеянию в окружающую среду.
Пройдя ряд сопловых и рабочих лопаток, отработавший пар покидает корпус турбины, и через выхлопной патрубок поступает в главный конденсатор (у конденсационных турбин) или в магистраль отработавшего пара (у противодавленческих турбин). Каналы рабочих и сопловых лопаток составляют проточную часть турбины.

Принцип действия реактивной турбины (рис. 42.б) несколько иной. На пустотелый вал насажены пустотелые спицы, заканчивающиеся в радиальных направлениях соплами. Пар поступает по валу и спицам к соплам, разгоняется в них до больших скоростей, и при истечении через сопла оказывает реактивное воздействие на спицы, приводя во вращение вал.

Описанная конструкция реактивной турбины из-за огромной частоты вращения на практике не применяется. Наибольшее распространение в судовых паротурбинных установках нашли реактивные турбины, использующие рассмотренный выше принцип работы, но схожие по своему устройству с активными турбинами. В таких реактивных турбинах расширение пара осуществляется как в направляющем аппарате, так и на рабочих лопатках.

Активная турбинная ступень

В активной турбине (рис. 43) свежий пар с начальными параметрами: давлением p₀ , температурой t₀ и абсолютной скоростью c₀ , подводится к
сопловому аппарату (сечение 0). В каналах соплового аппарата происходит расширение пара, в результате чего скорость потока пара на выходе из сопл (сечение 1) увеличивается до значения c ₁ , а давление снижается до значения p₁. С этой скоростью пар поступает в каналы, образованные рабочими лопатками. В каналах рабочих лопаток происходит изменение направления движения потока пара без его расширения. Абсолютная скорость пара на выходе из каналов рабочих лопаток (сечение 2) уменьшается до величины
выходной скорости c₂ , а давление пара остается равным значению p₁ . В результате обтекания рабочих лопаток и поворота потока пара возникает
сила, направленная от вогнутой поверхности лопатки в сторону выпуклой, передающаяся через диск на вал и создающая крутящий момент на валу турбины. Диск турбины приходит во вращение, при этом рабочие лопатки на среднем диаметре движутся с окружной скоростью u .

На диаграмме i — s начальным параметрам пара на входе в сопловый аппарат соответствует точка A₀ . Теоретически (без учета потерь) процесс расширения пара в сопловом аппарате от давления p₀ до давления p₁ протекает изоэнтропно. Параметрам пара после соплового аппарата при изоэнтропном расширении соответствует точка А_Нt , а сам процесс расширения выглядит как вертикальная линия A₀ — A_Нt .

Разность значений энтальпии в начальной и конечной точках при изоэнтропном расширении пара представляет собой располагаемый (изоэнтропийный) теплоперепад в сопловом аппарате –h_ai . В реальных условиях при движении пара через проточную часть турбины неизбежны потери энергии. Процесс расширения пара в этом случае не является изоэнтропным, а точка, характеризующая действительные параметры пара за соплами – А_Н , смещается вправо по изобаре p₁ на величину потерь энергии в сопловом аппарате – q_Н.

В каналах рабочих лопаток активной турбины расширения пара не происходит, поэтому значения давлений пара на входе в каналы рабочих лопаток и на выходе из них одинаковы. На диаграмме i — s действительные параметры пара на выходе из рабочих лопаток обозначены точкой А_Р , а процесс, протекающий изобарно в каналах рабочих лопаток – линией
A_H — A_P. Точка А_Р отстоит от точки А_Н на величину потерь энергии – q_Р .

Пар, выходящий из каналов рабочих лопаток, обладает конечной скоростью c₂ и уносит с собой некоторую часть кинетической энергии. Эта энергия пара не используется в турбине и называется потерей с выходной скоростью – q_A . Действительные параметры пара на выходе из турбины характеризуются точкой A_a .

Весь располагаемый теплоперепад h_a , срабатываемый в активной турбине, полностью срабатывается в сопловом аппарате: h_a = h_aH.

Реактивная турбинная ступень

В реактивной турбине (рис. 44) свежий пар с начальными параметрами: p₀ , t₀ , и абсолютной скоростью c₀, подводится к направляющему аппарату
(сечение 0). В сужающихся каналах направляющего аппарата происходит расширение пара, в результате чего на выходе из него (сечение 1) скорость потока пара увеличивается до значения c₁, а его давление снижается до значения p₁. С этой скоростью пар поступает к рабочим лопаткам турбины. В реактивной турбине рабочие лопатки образуют сужающиеся каналы, в результате чего в них происходит дальнейшее расширение пара. При этом на выходе из лопаток (сечение 2) давление пара снижается до величины p₂ , а
скорость потока пара – до значения c₂. При обтекании потоком пара рабочих лопаток и повороте потока на рабочих лопатках возникает сила, направленная от вогнутой поверхности лопатки к выпуклой. Вместе с тем, при расширении и ускорении потока пара, в каналах рабочих лопаток возникает дополнительная реактивная сила, воздействующая на них в том
же направлении. Суммарное усилие, действующее на рабочие лопатки, передается валу турбины и создает на нем крутящий момент. Ротор турбины приходит во вращение, при этом рабочие лопатки на среднем диаметре движутся с окружной скоростью u.

Теоретический процесс расширения пара в реактивной турбине протекает изоэнтропно и изображается на диаграмме i — s в виде вертикальной линии А_о – А_2t(рис. 44). Линия A_o – A_1t на диаграмме изображает теоретический процесс расширения пара в каналах направляющего аппарата. При расширении пара в направляющем аппарате срабатывается теплоперепад – h_ai. Фактически процесс расширения пара в направляющем аппарате протекает по линии A₀ — A_H, а точка A_I
характеризует действительные параметры пара на выходе из направляющего аппарата. Точка A_Í отстоит от теоретической A_1t на величину потерь – qÍ .
Дальнейший процесс расширения пара в каналах рабочих лопаток начинается из точки A_Í , и при изоэнтропийном расширении выглядит как вертикальная линия A_H — A_pt . При расширении пара в каналах рабочих лопаток срабатывается теплоперепад h_ad . Фактически процесс расширения пара в каналах рабочих лопаток протекает по линии A_h — A_p , а точка A_Р характеризует действительные параметры пара за выходной кромкой рабочих лопаток. Точка A_Р отстоит от теоретической A_Рt на величину потерь – q_Ð .
По аналогии с активной турбиной, в реактивной также имеют место потери с выходной скоростью – q_Â , при этом действительные параметры пара за реактивной турбиной описываются состоянием рабочего тела в точке A_Â .

В отличие от активной, в реактивной турбине весь располагаемый теплоперепад – h_à срабатывается частично в направляющем аппарате – h_àÍ , частично на рабочих лопатках – h_àÐ .

Степенью реактивности турбинной ступени – p называется отношение величины изоэнтропийного теплоперепада на рабочих лопатках к сумме располагаемых изоэнтропийных теплоперепадов на направляющих и рабочих лопатках, которая примерно равна располагаемому теплоперепаду всей
турбинной ступени:

Таким образом, чем больше степень расширения пара в каналах рабочих лопаток, тем больше степень реактивности турбинной ступени:

P = 0 – для чисто активных турбин (расширение пара происходит только в сопловом (направляющем) аппарате: h_aD = 0; h_a = h_aI

P = 0,5 – для чисто реактивных степеней (расширение пара происходит в равной степени в направляющем аппарате и рабочих лопатках: h_aI = h_aD).

В настоящее время в турбостроении чисто активные ступени не применяются ввиду сложности подвода пара к рабочим лопаткам (пар должен поступать перпендикулярно плоскости лопаток). В действительности активные турбины всегда имеют некоторую степень реактивности – p = 0,03 ÷ 0,2 , что позволяет снизить величину потерь энергии в турбинной ступени. Поэтому когда речь идет об активных и реактивных турбинах, в большей степени имеют ввиду конструктивные отличия в исполнении проточных частей этих типов паровых турбин.

Литература

Судовые энергетические установки. Котлотурбинные энергетические установки. Болдырев О.Н. [2004]

Похожие статьи

4. Активная и реактивная ступени турбины

4.1 Активная ступень турбины

Рассмотрение
условий образования крутящего момента
под действием окружного усилия не
сопровождалось выявлением источников
возникновения этого усилия. В зависимости
от особенностей кинематики газового
потока и, прежде всего, от профиля рабочих
лопаток, равнодействующая сил давления
на них может складываться из активной
и реактивной составляющих.

Центробежную
силу, возникающую при перетекании газа
по криволинейному межлопаточному каналу
с постоянной скоростью
принято называть активной силой.

Когда давления
на входе в рабочее колесо и на выходе
из него не равны (<),
поток газа в межлопаточных каналах
ускоряется и за счет этого возникает
реактивная сила,
воздействующая на рабочую лопатку.

Рис. 4.1

Если основная
часть крутящего момента создается за
счет активной силы, то такая ступень
турбины называется активной. Если же
основным источником образования
крутящего момента является реактивная
сила, то ступень турбины называется
реактивной. Соответственно различают
активный и реактивный процессы расширения
газа в турбине.

Активный процесс
расширения (рис. 4.1а) отличается тем, что
преобразование потенциальной энергии
газа в кинетическую, т.е. срабатывание
располагаемого теплоперепада, происходит
только в сопловом аппарате. В рабочем
колесе происходит преобразование
кинетической энергии в механическую
работу вращения ротора турбины. Давление
газа на входе в рабочее колесо и на
выходе из него остается неизменным
(=).
В данном случае окружное усилие, вращающее
рабочее колесо, создается за счет
поворота потока газа (изменения
направления вектора относительной
скорости), т.е. за счет его активного
воздействия на лопатки. Для активной
ступени турбины характерна симметричная
форма рабочих лопаток. При этом
межлопаточные каналы рабочего колеса
имеют равные поперечные сечения на
входе и выходе и равные углыи.

Лопатки соплового
аппарата образуют сужающиеся каналы,
где поток газа ускоряется от
до.
В рабочем колесе абсолютная скорость
снижается до.

Рис. 4.2 Процесс
расширения газа в активной ступени
турбины

Энергия 1 кг газа
превращается в механическую работу,
равную
.
Очевидно, что с увеличением разностивозрастает полнота преобразования
кинетической энергии в работу и
уменьшается доля неиспользованной
энергии газов. Чем меньше величина,
тем меньше выходные потери, составляющие.

В случае отсутствия
потерь в рабочих лопатках при
,и данных значенияхи,
наименьшая выходная скоростьполучается, если,
что видно из совмещенных треугольников
скоростей активной ступени. Прииз треугольника скоростей получаем:

или
(4.1)

Рис. 4.3

Формулой 4.1
устанавливается оптимальное соотношение
между окружной скоростью U
и абсолютной скоростью газа на входе в
рабочее колесо С, которое обеспечивает
наиболее эффективное использование
энергии газов с минимальными выходными
потерями. Всякое отклонение вектора
от осевого направления вызывает
увеличение выходных потерь, т.к. возрастает
скорость.

Рис. 4.4

В реактивной
ступени турбины расширение газа
происходит в сопловом аппарате и в
рабочем колесе. Следовательно,
преобразование потенциальной энергии
в кинетическую (срабатывание располагаемого
теплоперепада) происходит последовательно
в сопловом аппарате и в рабочем колесе.

Для осуществления
реактивного процесса расширения газа
рабочие лопатки, как и сопловые,
выполняются сужающимися. Давление газа
уменьшается от
дов сопловом аппарате и отдов рабочем колесе.

В активной ступени,
если не принимать во внимание потери
при перетекании газа в межлопаточных
каналах,
.

На рис. 4.2 показан
график изменения относительной скорости
для действительных условий с учетом
потерь, поэтому
.

Т.к. часть
кинетической энергии превращается в
тепловую, то теплосодержание газа на
выходе из рабочих лопаток
больше теплосодержания на входе.
В реактивной ступени (см. рис. 4.1) происходит
увеличение относительной скорости газа
в рабочем колесе (),
поэтому<.

Степенью реактивности
называется отношение адиабатного
теплоперепада в рабочем колесе
к полному адиабатному теплоперепадув турбинной ступени.

(4.2)

Рис. 4.5

На рис. 4.5 в
координатах i
– S
изображен процесс расширения газа в
реактивной ступени. Начальные параметры
заторможенного потока соответствуют
Г*. (Если начальная скорость газа перед
сопловым аппаратом,
то полный адиабатный теплоперепад
отсчитывается отГ до2 по адиабате Г – 1 – 2 и равен).
В активной ступени (см. рис. 4.1);и,
а следовательно.
Если предположить крайний случай –
турбину без соплового аппарата, то
расширение газа будет происходить
только в рабочем колесе, а следовательно,;и.

В надувочных
газовых турбинах не применяются ни
чисто активные, ни чисто реактивные
ступени. Активной принято называть
ступень, у которой степень реактивности
на среднем диаметре рабочего колеса не
превышает 0,15. При больших значениях
ступень считается реактивной; обычно
у реактивных ступеней осевых турбин.
Прирасполагаемый теплоперепад распределяется
поровну между сопловым аппаратом и
рабочим колесом.

Степень реактивности
условно относят к среднему диаметру
рабочего колеса, т.к. по высоте рабочей
лопатки действительная степень
реактивности изменяется, возрастая от
корня к периферии. Объясняется это тем,
что по высоте лопатки давление
возрастает незначительно или остается
неизменным, в то время какрастет существенно (т.к.значительно больше).
Поэтому разностьи степень реактивности по высоте лопатки
увеличиваются. Величинау корня лопатки всегда меньше, чем на
ее периферии. Т.к. возрастание степени
реактивности сопровождается увеличением
разности давления,
то при этом увеличиваются утечки газа
через радиальный зазормежду рабочим колесом и корпусом турбины.
С увеличениемрастет также осевая составляющая,
следовательно, возрастают нагрузки на
упорный подшипник турбины.

Активные и реактивные турбины — Студопедия

Турбины, в которых весь располагае­мый теплоперепад преобразуется в кине­тическую энергию потока в соплах, а в каналах между рабочими лопатками расширения не происходит (давление ра­бочего тела не меняется), называются активными или турбинами равного давления.

В простейшей активной турбине ра­бочее тело поступает в сопло 1 (или группу сопл), разгоняется в нем до высо­кой скорости и направляется на рабочие лопатки 2 (рис. 35). Усилия, вызванные поворотом струи в каналах рабочих ло­паток (см. рис. 34,в), вращают диск 3 и связанный с ним вал 4. Диск с закрепленными на нем рабочими ло­патками и валом называется рото­ром. Один ряд сопл и один диск с рабо­чими лопатками составляют ступень.

Рис. 35. Схема ступени турбины

На лопатках рабочего колеса кинети­ческая энергия потока преобразуется в работу. При входе на лопатку окружная составляющая скорости потока со­впадает с направлением движения ло­патки, а при выходе — противоположна ей (рис. 28). Поэтому абсолютная ско­рость потока на выходе много меньше, чем на входе.

Движущийся поток действует на ра­бочие лопатки с силой Р. Проекция этой силы на ось машины Р_z(осевая сила) воспринимается упорными подшипника­ми, предотвращающими смещение рото­ра вдоль оси, а проекция на направление окружной скорости Р_и(окружная сила) вызывает вращение ротора.

Одноступенчатая активная турбина была построена Лавалем в 1883г. (рис. 36).

Рис. 36. Схема одноступенчатой турбины Лаваля

Пар поступает в одно или несколько сопл 4, приобретает в них значительную скорость и направляется на рабочие ло­патки 5. Отработанный пар удаляется через выхлопной патрубок 8. Ротор тур­бины, состоящий из диска 3, закреплен­ных на нем лопаток и вала 1, заключен в корпус 6. В месте прохода вала через корпус установлены переднее 2 и за­днее 7 лабиринтовые уплотнения, предот­вращающие утечки пара. Так как весь располагаемый теплоперепад срабатыва­ется в одной ступени, то скорости потока в соплах оказываются большими. При расширении, например, перегретого па­ра, имеющего параметры 1 МПа и 500°С, до давления 10 кПа теплопере­пад округленно равен 980 кДж/кг, что соответствует скорости потока 1400м/с. При таких скоростях потока неизбежны большие потери и, самое главное, недо­пустимые по условиям прочности лопа­ток окружные скорости в них. Поэтому одноступенчатые турбины Лаваля имеют ограниченную мощность (до 1 МВт) и низкий КПД. Все крупные турбины делают многоступенчатыми. На рис. 37 показана схема активной многоступенчатой турбины, которая включает несколько последовательно расположенных по ходу пара ступеней, сидящих на одном валу. Ступени отделе­ны друг от друга диафрагмами, в которые встроены сопла.

В таких турбинах давление падает при проходе пара через сопла и остается постоянным на рабочих лопатках. Абсо­лютная скорость пара в ступени, называ­емой ступенью давления, то воз­растает — в соплах, то снижается — на рабочих лопатках. Так как, объем пара по мере его расширения увеличивается, то геометрические размеры проточной части по ходу пара возрастают. Если общий телоперепад (h₀ — h_вых) распределить по­ровну между z ступенями давления, то скорость истечения пара из сопл каж­дой ступени, м/с, . Отсюда следует, что применением ступе­ней давления можно достичь умеренных значений с₁, обеспечив высокий КПД.

Рис. 37. Схема активной турбины с тремя ступенями давления:

1— сопло; 2 — входной патрубок; 3 — рабочая ло­патка I ступени; 4 — сопло; 5 — рабочая лопатка II ступени; 6 — сопло; 7 — рабочая лопатка III ступени; 8 — выхлопной патрубок; 9 — диафрагмы

Первая модель двигателя, использу­ющего реактивную силу, была построена Героном Александрийским за 120 лет до н.э. (рис. 38).

При истечении пара из сопл здесь возникают реактивные силы, вращаю­щие систему против часовой стрелки. Ступень турбины, по модели Герона, представляла бы собой вращающийся диск с соплами, к которым необходимо организовать непрерывный подвод рабо­чего тела. Ввиду сложности конструиро­вания таких ступеней, а тем более много­ступенчатых турбин, чисто реактивные турбины не создавались. Реактивный принцип нашел широкое применение лишь в реактивных двигателях летатель­ных аппаратов (ракет, самолетов и др.).

Практически реактивными называ­ются турбины, у которых располагаемый теплоперепад преобразуется в кинетическую энергию потока не только в соплах, но и на рабочих лопатках.

Рис. 38. Схема первой модели реактивной паровой турбины

Современные мощные турбины вы­полняют многоступенчатыми с опреде­ленной степенью реактивности, чаще все­го Ohm = 0,5. В каждой ступени такой тур­бины расширение рабочего тела происхо­дит не только в сопловых каналах, но и на рабочих лопатках. Ступень сраба­тывает лишь часть общего перепада дав­ления на турбине, и при большом их числе разность давлений в отдельной ступени получается небольшой, а скоро­сти потока — умеренными. При степени реактивности Ohm = 0,5 сопловые и рабочие лопатки имеют одинаковую форму. Более того, один и тот же профиль лопаток может быть использован во всех ступе­нях турбины, и только длина лопаток изменяется в соответствии с увеличением объема рабочего вещества по мере пони­жения давления. Это удобно с точки зре­ния их изготовления.

На левой половине рисунка 39 пока­зан корпус или цилиндр высокого дав­ления (ЦВД) конденсационной трехкорпусной турбины мощностью 300 МВт на сверхкритические параметры пара с про­межуточным перегревом пара до 565 °С. ЦВД представляет собой двустенную литую конструкцию. Пар сначалапоступает в сопловую коробку 4, расположен­ную во внутреннем корпусе 3, проходит через ступень 6 с двумя лопатками и пять ступеней давления справа налево. Выходя из внутреннего корпуса, пар по­ворачивается на 180°, проходит между внутренним и наружным 1 корпусами и поступает далее на шесть ступеней давления. При этом он омывает и охлаж­дает внутренний корпус, а также частич­но разгружает его стенки, испытываю­щие внутреннее давление. Во внутреннем корпусе диафрагмы 2 крепятся непосред­ственно в стенке, а в наружном — в про­межуточных обоймах 5. Обоймы позво­ляют организовать отборы пара для ре­генерации.

После промежуточного перегрева в котле пар с параметрами 3,53МПа и 565 °С поступает в корпус среднего, а затем низкого давления (справа).

Рис. 39. Продольный разрез турбины К-300-240-1 ЛМЗ:

слева — цилиндр высокого давления; справа – цилиндры среднего и низкого давления

АКТИВНО-РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА — это… Что такое АКТИВНО-РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА?

АКТИВНО-РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА

АКТИВНО-РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА

— турбина, у которой расширение пара совершается частично в направляющих лопатках, а частично в каналах между подвижными лопатками рабочих дисков.

Самойлов К. И.
Морской словарь. — М.-Л.: Государственное Военно-морское Издательство НКВМФ Союза ССР,
1941

.

• АКТИВНАЯ ПАРОВАЯ ТУРБИНА
• АКТИВНЫЙ

Смотреть что такое «АКТИВНО-РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА» в других словарях:

• Турбина — У этого термина существуют и другие значения, см. Турбина (значения). Монтаж паровой турбины, произведённой Siemens, Германия. Турбина ( …   Википедия

• КОМБИНИРОВАННАЯ ТУРБИНА — турбина смешанного типа, активно реактивная турбина (Combination turbine) паровая турбина, у которой существует часть высокого давления, действующая как активная турбина, и часть низкого давления, действующая как реактивная турбина. Самойлов К. И …   Морской словарь

• паровая турбина — турбина, преобразующая тепловую энергию водяного пара в механическую работу. Подразделяются на стационарные (например, на ТЭС) и транспортные (судовые). Выполняются одно и многокорпусными (обычно не более 4 корпусов), одновальными (валы всех… …   Энциклопедический словарь

• Паровая турбина —         первичный паровой двигатель с вращательным движением рабочего органа ротора и непрерывным рабочим процессом; служит для преобразования тепловой энергии пара водяного (См. Пар водяной) в механическую работу. Поток водяного пара поступает… …   Большая советская энциклопедия

• Swordfish (Свордфиш) — «Swordfish» («Свордфиш») подводная лодка (Великобритания) Тип: подводная лодка (Великобритания). Водоизмещение: 947/1123 тонны. Размеры: 70,5 м х 7 м х 4,5 м. Силовая установка: двухвальная, активно реактивная турбина. Вооружение: два 533 мм (21… …   Энциклопедия кораблей

• Двигатели судовые — (паровые). Первое примѣненіе паровой машины, какъ суд. Д., сдѣлано въ 1801 г. англичаниномъ Симингтономъ, построившимъ пар. буксир. шлюпъ Charlotte Dundas. Спустя 6 лѣтъ въ Америкѣ построено Робертомъ Фультономъ первое пар. колес. судно Clermont; …   Военная энциклопедия

• Германия — (лат. Germania, от Германцы, нем. Deutschland, буквально страна немцев, от Deutsche немец и Land страна)         государство в Европе (со столицей в г. Берлин), существовавшее до конца второй мировой войны 1939 45.          I. Исторический очерк …   Большая советская энциклопедия

• Воздушно-реактивный двигатель — (ВРД)  тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется смесь забираемого из атмосферы воздуха и продуктов окисления топлива кислородом, содержащимся в воздухе. За счёт реакции окисления рабочее тело нагревается… …   Википедия

• ПВРД — Воздушно реактивный двигатель (ВРД) тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется атмосферный воздух, нагреваемый за счёт химической реакции окисления горючего кислородом, содержащимся в самом рабочем теле. Впервые …   Википедия

• ПуВРД — Воздушно реактивный двигатель (ВРД) тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется атмосферный воздух, нагреваемый за счёт химической реакции окисления горючего кислородом, содержащимся в самом рабочем теле. Впервые …   Википедия

Реактивная турбина — это… Что такое Реактивная турбина?

Реактивная турбина

        Турбина, в которой значительная часть потенциальной энергии рабочего тела (напор жидкости, теплоперепад газа или пара) преобразуется в механическую работу в лопаточных каналах рабочего колеса, имеющих конфигурацию реактивного сопла (См. Реактивное сопло). У современных турбин окружное усилие, вращающее рабочее колесо, создаётся суммарным действием силы, возникающей при изменении направления потока рабочего тела в лопаточных каналах («активный» принцип), и реактивного усилия, развиваемого при возрастании скорости рабочего тела в них («реактивный» принцип). Отношение количества энергии, преобразованной в рабочих лопатках турбины, ко всему использованному количеству энергии называется степенью реактивности ρ (при ρ = 1 турбину называют чисто реактивной, а при ρ = 0 — чисто активной). Практически все турбины работают с какой-то степенью реактивности, однако Р. т. обычно принято называть только те турбины, в которых по «реактивному» принципу преобразуется не менее 50% всей потенциальной энергии рабочего тела, т. е. у Р. т. ρ ≥ ¹/₂.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
1969—1978.

• Реактивная сила
• Реактивная тяга

Смотреть что такое «Реактивная турбина» в других словарях:

• РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА — (газовая гидравлическая, паровая), турбина, ротор которой использует силу реакции потока, возникающую при расширении рабочего тела в каналах, образованных ее лопатками. В реактивной турбине не менее 50% потенциальной энергии рабочего тела… …   Большой Энциклопедический словарь

• РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА — турбина (газовая, паровая, гидравлическая), ротор которой использует силу реакции потока, возникающую при расширении рабочего (см.) в каналах, образованных её лопатками турбины. В Р. т. не менее 50 % потенциальной энергии рабочего тела… …   Большая политехническая энциклопедия

• реактивная турбина — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN pressure turbine …   Справочник технического переводчика

• реактивная турбина — (газовая, гидравлическая, паровая), турбина, ротор которой использует силу реакции потока, возникающую при расширении рабочего тела в каналах, образованных её лопатками. В реактивной турбине не менее 50% потенциальной энергии рабочего тела… …   Энциклопедический словарь

• реактивная турбина — reaktyvioji turbina statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. reaction turbine vok. Überdruckturbine, f; Reaktionsturbine, f rus. реактивная турбина, f pranc. turbine à réaction, f …   Fizikos terminų žodynas

• реактивная турбина — reaktyvioji turbina statusas T sritis Energetika apibrėžtis Turbina, kurios darbinės medžiagos potencinė energija verčiama į srauto kinetinę energiją ne tik nejudančiose tūtose (kaip aktyviojoje turbinoje), bet ir tarp turbinos rotoriaus menčių.… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

• РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА — турбина, в к poй значит. часть потенц. энергии рабочего тела (жидкости, газа или пара) преобразуется в механич. работу в лопаточных каналах рабочего колеса, имеющих конфигурацию реактивного сопла. В паровых и газовых Р. т. окружное усилие на… …   Большой энциклопедический политехнический словарь

• АКТИВНО-РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА — турбина, у которой расширение пара совершается частично в направляющих лопатках, а частично в каналах между подвижными лопатками рабочих дисков. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР,… …   Морской словарь

• турбина — ▲ двигатель ↑ лопаточная машина турбина роторный двигатель, преобразующий в механическую работу кинетическую энергию пара, газа, воды. турбинщик. | турбовинтовой. реактивная турбина. турбореактивный. газотурбинный. турбомашина …   Идеографический словарь русского языка

• реактивная гидравлическая турбина — реактивная гидротурбина Гидравлическая турбина, в которой используется кинетическая и потенциальная энергия потока [ГОСТ 23956 80] реактивная гидравлическая турбина Гидравлическая турбина (горизонтальная, вертикальная, наклонная) с осевым,… …   Справочник технического переводчика

Гидротурбина (ГТ) — Что такое Гидротурбина (ГТ)?

Ротационный двигатель, преобразующий механическую энергию воды

Гидротурбина (ГТ) — гидравлическая турбина, водяная турбина, ротационный двигатель, преобразующий механическую энергию воды (ее энергию положения, давления и скоростную) в энергию вращающегося вала.

По принципу действия ГТ делятся на:

• 
  активные,

• 
  реактивные.

Основным рабочим органом ГТ, в котором происходит преобразование энергии, является рабочее колесо. 

Вода подводится к рабочему колесу в активных ГТ через сопла, в реактивных — через направляющий аппарат. 

В активной ГТ вода перед рабочим колесом и за ним имеет давление, равное атмосферному. 

В реактивной ГТ давление воды перед рабочим колесом больше атмосферного, а за ним может быть как больше, так и меньше атмосферного давления.

Полный КПД гидротурбины h = hг · hm · h0 — отношение полезной мощности, отдаваемой турбинным валом, к мощности пропускаемой через ГТ воды. 

В современной ГТ полный КПД равен 0,85-0,92; у лучших образцов ГТ он достигает 0,94-0,95.

Hr — гидравлический КПД гидротурбины. 

Часть мощности, полученная колесом, расходуется на преодоление механических сопротивлений, эти потери учитываются механический КПД гидротурбин h0. 

Утечка воды в обход рабочего колеса учитывается объёмным КПД гидротурбины.

Геометрические размеры ГТ характеризуются номинальным диаметром Д, рабочего колеса.

ГТ разных размеров образуют турбинную серию, если обладают однотипными рабочими колесами и геометрическими подобными элементами проточной части.

Определив необходимые параметры одной из ГТ данной серии, можно подсчитать, пользуясь формулами подобия, те же параметры для любой гидравлической турбины этой серии.

Каждую турбинную серию характеризует коэффициент быстроходности, численно равный частоте вращения вала ГТ, развивающей при напоре 1 м мощность 0,7355 квт (1 лс).

Чем больше этот коэффициент, тем больше частота вращения вала при заданных напоре и мощности. 

ГТ и электрический генератор обходятся дешевле при увеличении частоты их вращения, поэтому стремятся строить ГТ с возможно большим коэффициентом быстроходности. 

Однако в реактивных ГТ этому препятствует явление кавитации, вызывающее вибрацию агрегата, снижение КПД и разрушение материала ГТ.

Графики, выражающие зависимости величин, характеризующих ГТ, называются турбинными характеристиками.

В реальных условиях ГТ работают при меняющемся напоре; их поведение в этом случае изображается универсальными характеристиками для модели и эксплуатационными характеристиками — для натурной ГТ. 

Универсальные характеристики строятся на основании лабораторных исследований модели, проточная часть которой геометрически подобна натурной.

На универсальных характеристиках, исходя из условий моделирования, в координатах приведенных величин расхода Q’1 л/сек и частоты вращения h’1 об/мин (характерных для ГТ данной серии диаметром рабочего колеса 1 м, работающих при напоре 1 м) наносятся изолинии равных КПД h%, коэффициент кавитации s и открытия направляющего аппарата a0. 

Эксплуатационные характеристики строятся на основании универсальных и показывают зависимость КПД натурной турбины h% от нагрузки N Мвм и напора Нм при номинальной частоте вращения турбины n = const. 

Здесь же обычно наносят линию ограничения мощности, выражающую зависимость гарантированной мощности от напора. 

На этих же характеристиках изображают линии равных допустимых высот отсасывания HS м, показывающих заглубление рабочего колеса ГТ под уровень воды в нижнем бьефе (разность отметок расположения рабочего колеса и уровня нижнего бьефа).

Проточная часть реактивных ГТ состоит из следующих основных элементов:

• 
  спиральной камеры гидротурбины; 

• 
  направляющего аппарата, регулирующего расход воды; 

• 
  рабочего колеса;

• 
  отсасывающей трубы, отводящей воду от ГТ.

Реактивные ГТ по направлению потока в рабочем колесе делятся на:

По способу регулирования мощности реактивные ГТ бывают:

• 
  одинарного регулирования,

• 
  двойного регулирования. 

К ГТ одинарного регулирования относятся ГТ, содержащие направляющий аппарат с поворотными лопатками, через который вода подводится к рабочему колесу (регулирование в этих ГТ производится изменением угла поворота лопаток направляющего аппарата), и лопастно-регулируемые ГТ, у которых лопасти рабочего колеса могут поворачиваться вокруг своих осей (регулирование в этих ГТ производится изменением угла поворота лопастей рабочего колеса). 

ГТ двойного регулирования содержат направляющий аппарат с поворотными лопатками и рабочее колесо с поворотными лопастями. 

Поворотно-лопастные ГТ, применяемые на напоры до 150 м, могут быть осевыми и диагональными гидротурбинами. 

Разновидностью осевых являются двухперовые, в которых на каждом фланце размещаются по две лопасти вместо одной. 

Радиально-осевые ГТ одиночного регулирования применяют на напоры до 500-600 м. 

Активные ГТ строят преимущественно в виде ковшовых ГТ и применяют на напоры выше 500-600 м; их делят на парциальные и непарциальные. 

В парциальных ГТ вода к рабочему колесу подводится в виде струй через одно или несколько сопел и поэтому одновременно работает одна или несколько лопастей рабочего колеса. 

В непарциальных ГТ вода подводится одной кольцевой струей и поэтому одновременно работают все лопасти рабочего колеса. 

В активных ГТ отсасывающие трубы и спиральные камеры отсутствуют, роль регулятора расхода выполняют сопловые устройства с иглами, перемещающимися внутри сопел и изменяющими площадь выходного сечения. 

Крупные ГТ снабжаются автоматическими регуляторами скорости.

По расположению вала рабочего колеса ГТ делятся на:

• 
  вертикальные, 

• 
  горизонтальные,

• 
  наклонные. 

Сочетание ГТ с гидрогенератором называют гидроагрегатом. 

Горизонтальные гидроагрегаты с поворотно-лопастными или пропеллерными ГТ могут выполняться в виде капсульного гидроагрегата.

Конструкция паровых турбин — Уралэнергомаш

Общие представления об устройстве паровых турбин

Основные технические требования к паровым турбинам и их характеристики

Паровая турбина представляет собою роторный лопаточный двигатель, в котором энергия давления поступающего из котла пара сначала преобразуется в кинетическую энергию пара, вытекающего с большой скоростью из сопел, а затем, на лопатках ротора,- в механическую энергию вращения вала. Сопла это направляющие аппараты, предназначенные для преобразования внутренней энергии пара в кинетическую энергию упорядоченного движения молекул.

Схема простейшей паровой турбины представлена на рис. 1.

Основной частью турбины является ротор, состоящий из вала 1 с насаженным на нем рабочим колесом 2, на котором укреплены рабочие лопатки 3 изогнутой формы. Перед диском с рабочими лопатками имеется сопло 4, из которого пар поступает на рабочие лопатки турбины.

1 – вал; 2 – рабочее колесо; 3 – рабочая лопатка; 4 – сопло
Рисунок 3.1– Принцип действия турбины

Сопло и рабочее колесо составляют одну ступень. На рисунке 1.1, таким образом, представлена принципиальная схема одноступенчатой турбины.

Полученный в парогенераторе перегретый пар при температуре 600 С и давлении 30 МПа по паропроводам передаётся в сопла.

Если перед входом в сопло пар имел некоторую начальную скорость и начальное давление (см. рис. 2), то после выхода из сопла в результате расширения пара происходит увеличение его скорости до значения и уменьшение давления до значения . Скорость входа пара на рабочую лопатку называют абсолютной скоростью. Температура пара также при этом значительно понижается.

После выхода из сопла пар подается на рабочие лопатки турбины. Если турбина активная, то между ее рабочими лопатками расширения пара не происходит, следовательно, давление пара не меняется. Абсолютная скорость движения пара уменьшается с до вследствие вращения турбины со скоростью V. V – это окружная или переносная скорость.

Рис.2 – Схема активной турбины

Конструктивно турбина выполняется в виде нескольких ступеней, каждая из которых состоит из одного венца сопловых лопаток и одного венца рабочих лопаток.

Реактивными турбинами называют такие турбины, у которых расширение пара происходит не только в соплах перед поступлением пара на рабочие лопатки, но и на лопатках самого рабочего колеса. Это достигается тем, что канал, образованный рабочими лопатками выполняется суживающимся.

Изменение параметров пара в реактивной ступени турбины показано на рис. 3. В соплах турбины происходит частичное расширение пара до промежуточного давления .

Дальнейшее расширение пара до давления происходит в каналах между лопатками. Абсолютная скорость пара в сопле увеличивается до значения , а в началах между лопатками уменьшается из-за вращения лопаток до значения .

Рис.3 – Схема работы реактивной турбины

В настоящее время турбины выполняют многоступенчатыми, причем водной и той же турбине могут быть как активные, так и реактивные ступени.

Устройство паровой турбины

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. 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.

Рис.4 Устройство паровой турбины

Валопровод вращается во вкладышах 42, 29, 23, 20 и т.д. опорных подшипников скольжения на тонкой масляной пленке Как правило, каждый из роторов размещают на двух опорных подшипниках. Расширяющийся в турбине пар заставляет вращаться каждый из роторов, возникающие на них мощности складываются и достигают на полумуфте 12 максимального значения.

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. 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 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. 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.

При работе турбины пар из котла 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. 4 не показаны) пар по перепускным трубам 1 (на рис. 4 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. 4) 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. 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.

Уплотнение представлено на рис. 5.

Рис.5. Лабиринтное уплотнение для валов турбин

В обойме 7, имеющей такую же конструкцию, как и обойма диафрагм выполнена кольцевая расточка 1, в которую вставляются сегменты уплотнений 3 (по три сегмента в каждую половину обоймы). Сегменты имеют тонкие (до 0,3 мм) кольцевые гребни, устанавливаемые по отношению к валу с очень малым зазором (0,5—0,6 мм). Совокупность кольцевых щелей между гребнями 4 и кольцевыми выступами 6 и кольцевых камер между ними называется лабиринтовым уплотнением. Высокое гидравлическое сопротивление, которым оно обладает, обеспечивает малую утечку пара помимо проточной части турбины.

Типичная рабочая лопатка (рис. 6) состоит из трех основных элементов: профильной части 1; хвостовика 2, служащего для крепления лопатки на диске; шипа 6 прямоугольной, круглой или овальной формы, выполняемого на торце профильной части лопатки за одно целое.

Рис.6.Рабочая лопатка ЦВД и ЦСД

Лопатки изготавливаются из нержавеющей стали, содержащей 13 % хрома, методом штамповки и последующего фрезерования и набираются на диске через два специальных колодца, в которые затем устанавливаются замковые лопатки с хвостовиками специальной формы.

Отдельно прокатывают бандажную ленту 7, в которой пробивают отверстия, соответствующие форме шипов и расстоянию между ними. Лента нарезается на куски со строго рассчитанным числом объединяемых лопаток. Бандажная лента надевается на шипы, которые затем расклепываются. Ряд соседних лопаток (обычно от 5 до 14), объединенных бандажной лентой (бандажом), называется пакетом рабочих лопаток. Главная цель пакетирования — обеспечить вибрационную надежность рабочих лопаток (не допустить их поломки от усталости вследствие колебаний). После расклепки шипов на бандажах рабочих лопаток ротор устанавливают на токарный станок и окончательно протачивают гребни уплотнений.

На рис. 6 показана лишь одна из типичных конструкций, которые отличаются большим разнообразием как типов хвостовиков, так и бандажей. В современных конструкциях бандажи фрезеруют заодно с профильной частью (с шириной бандажа, равной шагу лопаток), иногда соединяют рабочие лопатки в пакете сваркой.

Рис.7 Ротор двухпоточного ЦНД мощной турбины

На рис. 7 показан двухпоточный ротор ЦНД в процессе обработки на токарном станке. Первые две ступени имеют ленточ­ные бандажи, а последние ступени — две проволочные связи.

Главным элементом проточной части турбины, определяющим весь ее облик, является рабочая лопатка последней ступени. Чем большую длину она имеет и чем на большем диаметре она установлена (иными словами, чем больше площадь для прохода пара последней ступени), тем более экономичнее турбина. Поэтому история совершенствования турбин — это история создания последних ступеней. В начале 50-х годов ЛМЗ была разработана рабочая лопатка длиной 960 мм для последней ступени со средним диаметром 2,4 м, и на ее базе созданы турбины мощностью 300, 500 и 800 МВт. В конце 70-х была создана новая рабочая лопатка длиной 1200 мм для ступени со средним диаметром 3 м. Это позволило создать новую паровую турбину для ТЭС мощностью 1200 МВт и для АЭС мощностью 1000 МВт.

Рис.8 Опора валопровода

На рис. 8 показана одна из опор валопровода. Основанием 12 нижняя половина корпуса 2 устанавливается на фундаментную раму (на рисунке не показана). В расточку корпуса на колодках 1, 4 и 10 помещается нижняя половина вкладыша 3. Внутренняя поверхность 8 обеих половин вкладыша выполнена цилиндрической или овальной и залита баббитом, — легкоплавким антифрикционным сплавом на основе олова, допускающего вращение ротора на очень низкой частоте вращения даже при отсутствии смазки. Прямо на поверхность вкладыша 8 и на аналогичную поверхность соседнего вкладыша при монтаже турбины укладывается ротор. Сверху его накрывают верхней половиной вкладыша и притягивают к нижней половине шпильками, ввинчиваемыми в отверстия 9. Затем устанавливается крышка корпуса подшипника.

Масло для смазки шеек валов подается насосами из масляного бака, установленного на нижней отметке конденсационного помещения. Размер масляного бака зависит от мощности турбины: чем больше мощность, тем больше цилиндров и, следовательно, роторов и их опор, требующих смазки. Кроме того, с ростом мощности растет диаметр шеек, и эти два обстоятельства требуют большого расхода масла и соответственно масляного бака большой емкости, достигающей 50—60 м3. Для смазки подшипников используется либо специальное (турбинное) минеральное масло, либо синтетические негорючие масла. Последние намного дороже, но зато пожаробезопаснее.

От насосов по трубопроводам масло, пройдя через маслоохладители, поступает к емкостям, располагаемым в крышках подшипника, а из них — к отверстиям 6 и к выборке 7, раздающей масло на всю ширину шейки вала. Масло за счет гидродинамических сил «загоняется» под шейку вала, и таким образом вал «плавает» на масляной пленке, не касаясь баббитовой заливки. Масло, пройдя под шейкой вала, выходит через торцевые зазоры вкладыша и стекает на дно корпуса подшипника, откуда самотеком направляется обратно в масляный бак. Вкладыш опоры показан на рис. 9.

Рис.9 Опорный вкладыш опоры валопровода

Типы паровых турбин и области их использования

Для понимания места и роли паровых турбин рассмотрим их общую классификацию. Из большого разнообразия используемых паровых турбин, прежде всего можно выделить турбины транспортные и стационарные.

Транспортные паровые турбины чаще всего используются для привода гребных винтов крупных судов.

Стационарные паровые турбины — это турбины, сохраняющие при эксплуатации неизменным свое местоположение. В настоящей книге рассматриваются только стационарные паровые турбины.

В свою очередь стационарные паровые турбины можно классифицировать по ряду признаков.

1. По назначению различают турбины энергетические, промышленные и вспомогательные.

Энергетические турбины служат для привода электрического генератора, включенного в энергосистему, и отпуска тепла крупным потребителям, например жилым районам, городам и т.д. Их устанавливают на крупных ГРЭС, АЭС и ТЭЦ. Энергетические турбины характеризуются, прежде всего, большой мощностью, а их режим работы — постоянной частотой вращения, определяемой постоянством частоты сети.

Основным производителем энергетических паровых турбин в России является Ленинградский металлический завод (Санкт-Петербург). Он выпускает мощные паровые турбины для ТЭС (мощностью 1200, 800, 500, 300 и 200 МВт), ТЭЦ (мощностью 180, 80 и 50 МВт и менее), АЭС (мощностью 1000 МВт).

Другим крупным производителем энергетических паровых турбин является Турбомоторный завод (ТМЗ, г. Екатеринбург). Он выпускает только теплофикационные турбины (мощностью 250, 185, 140, 100 и 50 МВт и менее).

На ТЭС России установлено достаточно много мощных паровых тур­бин Харьковского турбинного завода (ХТЗ, Украина) (мощностью 150, 300 и 500 МВт). Им же произведены все паровые турбины, установленные на АЭС России мощностью 220, 500 и 1000 МВт.

Таким образом, в настоящее время в России функционирует всего два производителя мощных паровых турбин. Если говорить о зарубежных производителях турбин, то их число также является небольшим. Большинство из них являются транснациональными объединениями. В Европе главными производителями паровых турбин являются компании Siemens (Германия), Acea Brown Bovery (ABB, германско-швейцарское объединение), GEC-Alsthom (англо-французское объединение), Scoda (Чехия). В США производителями мощных энергетических турбин являются компании General Electric и Westinghouse, в Японии — Hitachi, Toshiba, Mitsubisi. Все перечисленные производители выпускают паровые турбины вплоть до мощности 1000 МВт и выше. Технический уровень некоторых из них не только не уступает нашим производителям, но и превосходит их.

Промышленные турбины также служат для производства тепловой и электрической энергии, однако их главной целью является обслуживание промышленного предприятия, например, металлургического, текстильного, химического, сахароваренного и др. Часто генераторы таких турбин работают на маломощную индивидуальную электрическую сеть, а иногда используются для привода агрегатов с переменной частотой вращения, например воздуходувок доменных печей. Мощность промышленных турбин существенно меньше, чем энергетических. Основным производителем промышленных турбин в России является Калужский турбинный завод (КТЗ).

Вспомогательные турбины используются для обеспечения технологического процесса производства электроэнергии — обычно для привода питательных насосов и воздуходувок котлов.

Питательные насосы энергоблоков мощностью вплоть до 200 МВт приводятся электродвигателями, а мощностью выше — с помощью паровых турбин, питаемых паром из отбора главной турбины. Например, на энергоблоках мощностью 800 и 1200 МВт установлено соответственно по два и три питательных турбонасоса мощностью 17 МВт каждый, на энергоблоках мощностью 250 (для ТЭЦ) и 300 МВт — один питательный турбонасос мощностью 12 МВт; на энергоблоках мощностью 1000 МВт для АЭС используется два питательных насоса мощностью 12 МВт.

Котлы энергоблоков мощностью 800 и 1200 МВт оборудованы соответственно двумя и тремя воздуходувками, привод которых осуществляется также паровыми турбинами мощностью по 6 МВт каждая. Основным производителем вспомогательных паровых турбин в России является КТЗ.

2. По виду энергии, получаемой от паровой турбины, их делят на конденсационные и теплофикационные.

В конденсационных турбинах (типа К) пар из последней ступени отводится в конденсатор, они не имеют регулируемых отборов пара, хотя, как правило, имеют много нерегулируемых отборов пара для регенеративного подогрева питательной воды, а иногда и для внешних тепловых потребителей. Главное назначение конденсационных турбин — обеспечивать производство электроэнергии, поэтому они являются основными агрегатами мощных ТЭС и АЭС. Мощность самых крупных конденсационных турбоагрегатов достигает 1000—1500 МВт.

Теплофикационные турбины имеют один или несколько регулируемых отборов пара, в которых поддерживается заданное давление. Они предназначены для выработки тепловой и электрической энергии, и мощность самой крупной из них составляет 250 МВт. Теплофикационная турбина может выполняться с конденсацией пара и без нее. В первом случае она может иметь отопительные отборы пара (турбины типа Т) для нагрева сетевой воды для обогрева зданий, предприятий и т.д., или производственный отбор пара (турбины типа П) для технологических нужд промышленных предприятий, или тот и другой отборы (турбины типа ПТ и ПР). Во втором случае турбина носит название турбины с противодавлением (турбины типа Р). В ней пар из последней ступени направляется не в конденсатор, а обычно производственному потребителю. Таким образом, главным назначением турбины с противодавлением является производство пара заданного давления (в пределах 0,3—3 МПа). Турбина с противодавлением может также иметь и регулируемый теплофикационный или промышленный отбор пара, и тогда она относится к типу ТР или ПР.

Теплофикационные турбины с отопительным отбором пара (типа Т) спроектированы так, чтобы при максимальной теплофикационной нагрузке ступени, расположенные за зоной отбора, мощности не вырабатывали. В последние годы ряд турбин проектируются так, что даже при максимальной нагрузке последние ступени вырабатывают мощность. Такие турбины относятся к типу ТК.

3. По используемым начальным параметрам пара паровые турбины можно разделить на турбины докритического и сверхкритического начального давления, перегретого и насыщенного пара, без промежуточного перегрева и с промежуточным перегревом пара.

Как уже известно критическое давление для пара составляет примерно 22 МПа, поэтому все турбины, начальное давление пара перед которыми меньше этого значения, относятся к паровым турбинам докритического начального давления. В России стандартное докритическое давление для паровых турбин выбрано равным 130 ат (12,8 МПа), кроме того, имеется определенный процент турбин на начальное давление 90 ат (8,8 МПа). На докритические параметры выполняются все паровые турбины для АЭС и ТЭЦ (кроме теплофикационной турбины мощностью 250 МВт), а также турбины мощностью менее 300 МВт для ТЭС. Докритическое начальное давление зарубежных паровых турбин обычно составляет 16—17 МПа, а максимальная единичная мощность достигает 600—700 МВт.

Все мощные конденсационные энергоблоки (300, 500, 800, 1200 МВт), а также теплофикационный энергоблок мощностью 250 МВт выполняют на сверхкритические параметры пара (СКД) — 240 ат (23,5 МПа) и 540 °С. Переход от докритических параметров пара к СКД позволяет экономить 3—4 % топлива.

Все турбины ТЭС и ТЭЦ работают перегретым паром, а АЭС — насыщенным (с небольшой степенью влажности).

Все мощные конденсационные турбины на докритические и сверхкритические параметры пара выполняют с промежуточным перегревом. Из теплофикационных турбин только турбина ЛМЗ на докритические параметры мощностью 180 МВт и турбина ТМЗ на СКД мощностью 250 МВт имеют промежуточный перегрев. Устаревшие конденсационные турбины мощностью 100 МВт и менее и многочисленные теплофикационные паровые турбины вплоть до мощности 185 МВт строятся без промперегрева.

4. По зоне использования турбин в графике электрической нагрузки паровые турбины можно разделить на базовые и полупиковые. Базовые турбины работают постоянно при номинальной нагрузке или близкой к ней. Они проектируются так, чтобы и турбина, и турбоустановка имели максимально возможную экономичность. К этому типу турбин следует, безусловно, отнести атомные и теплофикационные турбины. Полупиковыетурбины создаются для работы с периодическими остановками на конец недели (с ночи пятницы до утра в понедельник) и ежесуточно (на ночь). Полупиковые турбины (и турбоустановки) с учетом их малого числа часов работы в году выполняют более простыми и соответственно более дешевыми (на сниженные параметры пара, с меньшим числом цилиндров). Электроэнергетика России в силу ряда причин всегда страдала от недостатка в энергосистеме полупиковых мощностей. Примерно 25 лет назад ЛМЗ спроектировал полупиковую конденсационную турбину мощностью 500 МВт на параметры 12,8 МПа, 510 °С/510 °С. Головной образец этой турбины предполагалось установить на Лукомльской ГРЭС (б. Белоруссия). Однако до сих пор ни одной специальной полупиковой турбины в России не работает. Вместе с тем в Японии и США работают десятки полупиковых турбин упрощенной конструкции.
5. По конструктивным особенностям паровые турбины можно классифицировать по числу цилиндров, частоте вращения и числу валопроводов.

По числу цилиндров различают турбины одно- и многоцилиндровые. Количество цилиндров определяется объемным пропуском пара в конце процесса расширения. Чем меньше плотность пара, т.е. меньше его конечное давление, и чем больше мощность турбины, т.е. больше массовый расход, тем больше объемный пропуск и соответственно требуемая площадь для прохода пара через рабочие лопатки последней ступени. Однако если рабочие лопатки делать длиннее, а радиус их вращения больше, то центробежные силы, отрывающие профильную часть лопатки, могут возрасти настолько, что лопатка оторвется. Поэтому с увеличением мощности сначала переходят на двухпоточный ЦНД, а затем увеличивают их число. Конденсационные турбины можно выполнить одноцилиндровыми вплоть до мощности 50—60 МВт, двухцилиндровыми — до 100—150 МВт, трехцилиндровыми — до 300 МВт, четырехцилиндровыми — до 500 МВт, пятицилиндровыми — вплоть до 1300 МВт.

По частоте вращения турбины делятся на быстроходные и тихоходные. Быстроходные турбины имеют частоту вращения 3000 об/мин = 50 об/с. Они приводят электрогенератор, ротор которого имеет два магнитных полюса, и поэтому частота вырабатываемого им тока равна 50 Гц. На эту частоту строят большинство паровых турбин для ТЭС, ТЭЦ и частично для АЭС в нашей стране и почти во всем мире. В Северной Америке и на части территории Японии быстроходные турбины строят на частоту вращения 3600 об/мин = 60 об/с, так как там принятая частота сети равна 60 Гц.

Ранее в говорилось о том, что поскольку из-за низких начальных параметров работоспособность пара в турбинах АЭС мала, а снижение капитальных затрат требует увеличения мощности, т.е. массы пропускаемого пара, то объемный расход на выходе из турбины оказывается столь значительным, что оказывается целесообразным переход на меньшую частоту вращения. Так как число магнитных полюсов в электрогенераторе должно быть целым и четным, то переход на использование четырехполюсного электрогенератора и получения той же частоты сети, что и при двухполюсном электрогенераторе, требует снижения частоты вдвое. Таким образом, тихоходные турбины в нашей стране имеют частоту вращения 1500 об/мин = 25 об/с.

Рис.10 Тихоходная турбина насыщенного пара мощностью 1160 МВт для американской АЭС

На рис. 10 показана тихоходная атомная турбина фирмы ABB мощностью 1160 МВт на частоту вращения 30 об/с. Гигантские размеры турбины хорошо видны в сравнении с фигурой человека, стоящего у средней опоры ее валопровода. Турбина не имеет ЦСД, и пар из ЦВД направляется в два горизонтальных сепаратора-пароперегревателя (СПП), а из них — раздается на три двухпоточных ЦНД. По такой же схеме на частоту вращения 25 об/с построены энергоблоки мощностью 1000 МВт на Балаковской и Ростовской АЭС.

Для АЭС, построенных для теплых климатических условий, т.е. для высокой температуры охлаждающей воды и соответственно высокого давления в конденсаторе), можно строить и быстроходные атомные турбины (рис. 11). Пар к ЦВД турбины поступает из реакторного отделения по четырем паропроводам 11. Пройдя ЦВД, пар поступает к СПП 10 вертикального типа, а после них с помощью ресивера 3 раздается на три одинаковых двухпоточных ЦНД 4. Под каждым ЦНД установлен свой конденсатор, также хорошо видный на макете.

По числу валопроводов различают турбины одновальные (имеющие один валопровод — соединенные муфтами роторы отдельных цилиндров и генератора) и двухвальные(имеющие два валопровода каждый со своим генератором и связанные только потоком пара). На российских тепловых электростанциях используют только одновальные турбины.В начале 70-х годов на Славянской ГРЭС на Украине построена единственная двухвальная турбина мощностью 800 МВт, да и то потому, что в то время не было электрогенератора мощностью 800 МВт.

Рис.11 Быстроходная атомная турбина мощностью 1093 МВт для испанской АЭС (“ Трилло”), построенная фирмой Siemens

Для обозначения типов турбин ГОСТ предусматривает специальную маркировку, состоящую из буквенной и числовой частей. Буквенная часть указывает тип турбины, следующее за ней число — номинальную мощность турбины в мегаваттах. Если необходимо указать и максимальную мощность турбины, то ее значение приводят через косую черту. Следующее число указывает номинальное давление пара перед турбиной в МПа: для теплофикационных турбин далее через косую черту указывают давление в отборах или противодавление в МПа. Наконец, последняя цифра, если она имеется, указывает номер модификации турбины, принятый на заводе-изготовителе.

Приведем несколько примеров обозначений турбин.

Турбина К-210-12,8-3 — типа К, номинальной мощностью 210 МВт с начальным абсолютным давлением пара 12,8 МПа (130 кгс/см2), третьей модификации.

Трубина П-6-3,4/0,5 — типа П, номинальной мощностью 6 МВт, с на­чальным абсолютным давлением пара 3,4 МПа и абсолютным давлением отбираемого пара 0,5 МПа.

Турбина Т-110/120-12,8 — типа Т, номинальной мощностью 110 МВт и максимальной мощностью 120 МВт, с начальным абсолютным давлением пара 12,8 МПа.

Турбина ПТ-25/30-8,8/1 — типа ПТ, номинальной мощностью 25 МВт и максимальной мощностью 30 МВт, с начальным абсолютным давлением пара 8,8 МПа (90 ат) и абсолютным давлением отбираемого пара 1 МПа.

Турбина Р-100/105-12,8/1,45 — типа Р, номинальной мощностью 100 МВт максимальной мощностью 105 МВт, с начальным абсолютным давлением пара 12,8 МПа и абсолютным противодавлением 1,45 МПа.

Турбина ПР-12/15-8,8/1,45/0,7 — типа ПР, номинальной мощностью 12 МВт и максимальной мощностью 15 МВт, с начальным абсолютным давлением 8,8 МПа, давлением в отборе 1,45 МПа и противодавлением 0,7 МПа.

Основные технические требования к паровым турбинам и их характеристики

Для того чтобы увидеть, насколько совершенной машиной является паровая турбина, достаточно рассмотреть технические требования, предъявляемые к ней. Они сформулированы в государственных стандартах (ГОСТ). Здесь мы остановимся только на наиболее важных из них.

Прежде всего, к турбине предъявляется ряд требований, которые мож­но охватить одним термином — надежность. Надежность технического объекта — это его свойство выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях функционирования. Применительно к паровой турбине надежность — это бесперебойная выработка мощности при предусмотренных затратах топлива и установленной системе эксплуатации, технического обслуживания и ремонтов, а также недопущения ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.

Важно подчеркнуть, что понятие надежности включает в себя и понятие экономичности. Бесперебойно работающая турбина, работающая с низкой экономичностью из-за износа или с ограничением мощности из-за внутренних неполадок, не может считаться надежной. Надежность — это комплексное свойство, характеризуемое такими подсвойствами, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость, управляемость, живучесть, безопасность. Не вдаваясь в строгие определения этих подсвойств, отметим главные из них.

Безотказность — это свойство турбины непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторой наработки. Средняя наработка на отказ для турбин ТЭС мощностью 500 МВт и более должна быть не менее 6250 ч, а меньшей мощности — не менее 7000 ч, а для турбин АЭС — не менее 6000 ч. Если учесть, что в календарном году 8760 ч и что какое-то время турбина не работает (например, по указанию диспетчера энергосистемы), то это означает, что отказы по вине турбины в среднем должны происходить не чаще 1 раза в год.

Полный установленный срок службы турбины ТЭС должен быть не менее 40 лет, а турбин АЭС — не менее 30 лет. При этом оговаривается два важных обстоятельства. Первое: этот срок службы не относится к быстро­изнашивающимся деталям, например, рабочим лопаткам, уплотнениям, крепежным деталям. Для таких деталей важен средний срок службы до капитального ремонта (межремонтный период). В соответствии с ГОСТ он должен быть не менее 6 лет (кроме того, на ТЭС и АЭС реализуется плановая система текущих и планово-предупредительных ремонтов).

Для турбин ТЭС, а точнее для их деталей, работающих при температуре свыше 450 °С, кроме такого показателя долговечности, как срок службы, вводится другой показатель — ресурс — суммарная наработка турбины от начала эксплуатации до достижения предельного состояния. На этапе проектирования предельное состояние определяется как назначенный ресурс. По определению — это ресурс, при достижении которого эксплуатация турбины должна быть прекращена независимо от ее технического состояния. На самом деле при достижении назначенного ресурса турбина может сохранить значительную дополнительную работоспособность (остаточный ресурс) и, учитывая ее высокую стоимость, срок работы турбины продляют. Учитывая нелогичность применительно к турбине термина «назначенный ресурс», стали употреблять термин «расчетный ресурс». Таким образом, расчетный (назначенный) ресурс — это наработка турбины, которая гарантируется заводом-изготовителем; при ее достижении должен быть рассмотрен вопрос о ее дальнейшей эксплуатации.

ГОСТ не регламентирует расчетного ресурса (он должен быть установлен в технических условиях или техническом задании на ее проектирование в каждом конкретном случае). Долгие годы расчетный ресурс составлял 100 тыс. ч, сейчас — как правило, 200 тыс. ч. Важнейшим требованием к турбине является высокая экономичность. Коэффициент полезного действия турбины оценивается по КПД ее цилиндров.

Коэффициент полезного действия цилиндра характеризуется той долей работоспособности пара, которую удалось преобразовать в механическую энергию. Наивысшую экономичность имеет ЦСД: в хороших турбинах он составляет 90—94 %. Коэффициент полезного действия ЦВД и ЦНД существенно меньше и в среднем составляет 84—86 %. Это уменьшение обусловлено существенно более сложным характером течения пара в решетках очень малой (несколько десятков миллиметров в первых ступенях ЦВД) и очень большой (1 м и более) в последних ступенях ЦНД высотой решеток. Рассчитать это течение и подобрать под него профили лопаток затруднительно даже при современных вычислительных средствах. Кроме того, значительная часть проточной части ЦНД работает влажным паром, капли влаги имеют скорость существенно меньшую, чем пар, и оказывают на вращающиеся рабочие лопатки тормозящее действие.

Кроме приведенных технических требований ГОСТ содержит многочисленные другие требования, в частности, к системе защиты турбины при возникновении аварийных ситуаций, к маневренности (диапазон длительной работы — обычно 30—100 % номинальной мощности; продолжительности пуска и остановки, число возможных пусков и т.д.), к системе регулирования и управления турбиной, к ремонтопригодности и безопасности (пожаробезопасности, уровня вибрации, шума и т.д.), методов контроля параметров рабочих сред (пара, масла, конденсата), транспортирования и хранения.

Источник: Языки программирования — Life-prog

Контроль зазора между турбинами авиационных газовых турбин

По мере того, как глобальное воздушное движение продолжает расти, вместе с ним растет потребность в более чистых и эффективных самолетах. Стремясь уменьшить глобальное воздействие загрязнения, связанного с авиацией, Международная организация гражданской авиации (ИКАО) приняла в 2017 году новые стандарты выбросов CO ₂ для коммерческих самолетов, требуя, чтобы конструкции новых типов самолетов соответствовали этим стандартам перед поставкой.Эти нормативные требования в сочетании с желанием авиакомпаний сократить расходы на топливо и другие расходы побуждают производителей двигателей искать все возможные преимущества в производстве более эффективных авиационных двигателей.

Одним из способов снижения выбросов авиационного двигателя и улучшения характеристик двигателя является активный контроль зазора (ACC). Это достигается за счет регулирования зазора между корпусом газовой турбины и вершинами вращающихся лопаток, называемого зазором между концами турбины. Система управления зазором турбины двигателя (TCCS) полагается на клапаны управления зазором турбины (TCCV) для управления этим зазором на конце за счет управления тепловым расширением корпуса турбины, который окружает ступени турбины двигателя.

Подразделение гидравлических систем компании Parker Aerospace разработало линейку TCCV с целью превышения требований заказчиков по надежности, безопасности и производительности. Продукт предлагает производителям двигателей проверенный механизм управления, который не только прошел обширные испытания, но и продемонстрировал улучшения в сжигании топлива двигателя, что дает ощутимую экономию для его двигателей и клиентов авиакомпаний.

Регулировка зазора турбины: помогает двигателям добиться максимальной эффективности

Зазор между лопатками турбины и корпусом турбины является ключевым параметром, влияющим на КПД турбины и КПД двигателя.Зазор наконечника должен быть минимальным с учетом лопатки турбины и расширения корпуса в результате скачков температуры в течение всего рабочего диапазона двигателя. Эти колебания температуры являются результатом чрезвычайно горячих сгоревших газов, которые входят в ступень турбины двигателя после камеры сгорания и обеспечивают тягу, необходимую для приведения в действие двигателя.

Температура сгоревшего воздуха может превышать 2000 ° F, что приводит к расширению лопаток и корпуса турбины, что увеличивает зазор между наконечниками и снижает КПД турбины.В результате необходимо сжечь больше топлива, чтобы компенсировать эту потерю эффективности, чтобы создать требуемую тягу, что приведет к увеличению расхода топлива и увеличению удельного расхода топлива.

Мониторинг температуры турбины, контролируемой TCCV

Контролируя тепловое расширение и сжатие корпуса турбины двигателя в пределах рабочего диапазона, производители двигателей могут лучше оптимизировать зазоры между наконечниками турбины в двигателе.Проверенный метод управления этим зазором — либо направлять более холодный воздух вокруг корпуса турбины для охлаждения и сжатия корпуса, либо — ограничивать более холодный воздух, позволяя корпусу расширяться при необходимости для компенсации расширения лопаток турбины. тем самым сохраняя зазор наконечника.

Этот тонкий баланс достигается с помощью датчиков температуры в двигателе, которые измеряют температуру воздуха в турбине в течение всего цикла полета. Эта информация передается в режиме реального времени в полностью управляемую цифровую систему управления двигателем (FADEC), автономную систему, которая отслеживает и контролирует все аспекты работы двигателя, включая систему контроля зазора между наконечниками турбины.

В зависимости от состояния полета FADEC отправляет электрические команды на клапаны управления зазором турбины двигателя, сигнализируя им о постепенном открытии или закрытии (модуляции потока через клапан) для управления тепловым расширением корпуса. Открытие и закрытие этих клапанов в конечном итоге регулирует количество охлаждающего воздуха, отбираемого из байпасного потока двигателя, для управления температурой корпуса двигателя, тем самым облегчая управление оптимальным зазором между лезвиями.

Parker TCCV состоит из дроссельной заслонки, которая приводится в действие встроенным топливным приводом.Топливный привод состоит из электрогидравлического сервоклапана Parker (EHSV), встроенного в привод. EHSV получает электрическую команду от FADEC и направляет поток топлива соответствующим образом, чтобы исполнительный механизм выдвигал или втягивал шток исполнительного механизма. Втягивание или выдвижение привода приводит к изменению положения клапана либо до полностью открытого, либо до полностью закрытого, либо в любое промежуточное положение, в зависимости от стадии полета.

Привод и положение клапана контролируются линейным датчиком переменного смещения (LVDT), встроенным в шток привода.LVDT обеспечивает обратную связь по положению с FADEC, который через встроенное программное обеспечение определяет положение клапана (следовательно, расход TCCV). Следовательно, клапанная система TCCV образует подсистему с замкнутым контуром с FADEC; он получает команду, выполняет и возвращает результат своего действия обратно в FADEC для дальнейших инструкций.

Регулирующие клапаны зазора турбины Parker: проверенные «привратники»

Клапаны управления зазором турбины работают в агрессивной среде, подвергаясь воздействию авиационного двигателя окружающей среды с температурой воздуха в диапазоне от -65 ° до 350 ° по Фаренгейту.Клапаны также справляются с загрязненным воздухом, проходящим через них, а также с вибрацией, вызванной двигателем, и продолжают работать в течение всего срока службы двигателя.

Чтобы выжить и работать в этих условиях, дроссельный клапан Parker имеет несколько конструктивных особенностей, повышающих срок службы, надежность и производительность. Такие характеристики, как специально разработанные динамические уплотнения, были проверены на долгосрочную работу в экстремальных условиях, обеспечивая превосходную герметизирующую способность, низкое трение и высокую износостойкость.

Эти уплотнения имеют решающее значение для предотвращения утечки воздуха, проходящего через клапан. Этот тип утечки расточителен; Это не только снижает объем воздуха, создающего тягу, но и приводит к неоптимальной функциональности подсистемы TCCV. Вместе конструкции клапана и привода доказали, что они соответствуют строгим требованиям пожарной безопасности во время летной сертификации. Механические связи между приводом и валом дроссельной заслонки спроектированы так, чтобы выдерживать вибрацию и длительные циклы, необходимые для обеспечения точной обратной связи по положению и управления системой TCCV.

Электрогидравлический сервоклапан Parker Jet-Pipe® (EHSV), разработанный и изготовленный подразделением Parker Aerospace Control Systems. EHSV — это проверенная, надежная двухступенчатая конструкция, устойчивая к загрязнениям, обеспечивающая точность, необходимую для точного перемещения привода в заданное положение, при этом обеспечивая долговечность, необходимую для длительного безотказного срока службы.

Подразделение гидравлических систем Parker Aerospace в Ирвине, Калифорния, уже почти 40 лет поставляет TCCV производителям двигателей, постоянно улучшая конструкцию и характеристики своих клапанов, делая их чрезвычайно точными и долговечными.Среди наших давних клиентов по двигателям, в частности, Rolls-Royce, GE Aviation и Pratt & Whitney.

Проверено и перепроверено снова и снова

Подразделение гидравлических систем Parker предлагает своим клиентам преимущества обширных возможностей внутреннего тестирования для своих TCCV, а также всей линейки продуктов и систем. Гидравлические клапаны Parker TCCV разработаны и испытаны таким образом, чтобы соответствовать требованиям к вибрации и долговечности и превосходить их.

Полное испытание клапанов на долговечность в течение нескольких жизненных циклов, которое включает применение полного профиля полета для моделирования условий полета и имитации характеристик клапана в полете, помогает гарантировать, что конструкция TCCV достигла зрелости при вводе в эксплуатацию.Наши процедуры испытаний на долговечность также включают введение загрязняющих веществ для дальнейшего подтверждения целостности клапанов. Кроме того, мы предоставляем полные имитационные модели системы управления для системы управления TCCV, используя SIMULINK или Amesym для наших заказчиков двигателей, которые, в свою очередь, используют эту модель в своей более крупной модели системы управления двигателем.

Разработан для длительных перевозок, прост в обслуживании

Работая с нашими заказчиками двигателей и эксплуатантами самолетов, инженеры Parker FSD превратили извлеченные уроки в экономию для конечных пользователей.Клапаны разработаны с учетом ремонтопригодности с целью сокращения времени демонтажа и установки на крыле при достижении оптимального времени ремонта и капитального ремонта. Проще говоря, клапаны Parker предлагают нашим клиентам более низкую стоимость полного жизненного цикла.

Заключение

Тщательно испытанная и проверенная технология регулирующих клапанов зазора турбины Parker позволяет производителям авиационных двигателей достичь желаемых характеристик двигателя, включая увеличенный срок службы при одновременном снижении расхода топлива (более низкий удельный расход топлива) и выбросов топлива.Помогая авиакомпаниям соответствовать более строгим международным стандартам по выбросам CO ₂ , Parker и его партнеры по производству двигателей стали частью глобального обязательства по обеспечению экологически ответственного будущего для авиации.

Для получения дополнительной информации о системах и возможностях Parker Aerospace посетите наш веб-сайт.

Этот пост предоставил Санджай Бхат, новый менеджер по развитию бизнеса подразделения гидравлических систем Parker Aerospace.

Связанное содержание

Инициатива по тихому самолету снижает объем кабины

Новая оптическая система изменит систему измерения расхода топлива в самолетах

Инновации приводят к снижению веса и выбросов для авиационных двигателей

Поддержание здоровья парка воздушных судов в любое время суток и во всем мире

Достигнута новая веха в области инертных систем самолетов

Эволюция инертизации топливных баков для аэрокосмической промышленности

Для увеличения продолжительности жизни самолета требуются уникальные решения

Система подачи топлива и инертизации F-35 Lightning II на базе Parker Aerospace

Высокотемпературный гибкий шланг нового поколения

обеспечивает беспрецедентную надежность

Численное моделирование активного управления потоком с синтетическими струями в турбине Дарье

Основные моменты

•

Предложена вычислительная модель для исследования синтетических струйных приводов на водяной турбине с вертикальной осью.

•

Численные результаты показывают значительное глобальное улучшение характеристик турбины.

•

Тангенциальное срабатывание синтетической струи на лопатках турбины задерживало явление динамического срыва.

•

Для турбины с вертикальной осью предлагается заранее заданный метод активного управления потоком на основе синтетических струй.

Abstract

В данном исследовании представлено двумерное численное моделирование обтекания поперечно-направленной водяной турбины с вертикальной осью (типа Дарье с прямыми лопастями) с использованием активного управления потоком с помощью синтетических струй.Производительность турбины количественно анализируется с помощью гидродинамических коэффициентов (коэффициент крутящего момента, коэффициент мощности, коэффициент касательной силы, коэффициент нормальной силы, коэффициент подъемной силы и коэффициент сопротивления), а качественно — по поведению потока (поле завихренности). Численное моделирование турбины проводилось с использованием точного по времени усредненного по Рейнольдсу метода Навье-Стокса (RANS) в ANSYS FLUENT с использованием модели турбулентности k-ω для переноса касательного напряжения. Модель нестационарного ротора-статора со скользящей сеткой использовалась для фиксации изменений поля потока на каждом временном шаге.Численные результаты показывают, что использование синтетических струй над внешними и внутренними поверхностями аэродинамического профиля увеличивает полезный крутящий момент и выходную мощность турбины. Кроме того, это прирост полезной мощности, вырабатываемой турбиной, превышает мощность, потребляемую синтетическими струями. Таким образом, показано, что общий КПД турбины увеличивается с помощью этого метода активного управления потоком. Также были изучены и проанализированы некоторые явления потока, такие как образование вихрей и их взаимодействие с лопастями.

Ключевые слова

Computational Fluid Dynamics

Водяная турбина с вертикальной осью

Турбина Дарье

Активное управление потоком

Синтетические форсунки

Динамическая задержка сваливания

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Посмотреть полный текст © Else

Ltd . Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Power Turbine

Самые современные пассажирские и военные самолеты оснащены двигателями
газотурбинные двигатели, которые также называют
реактивные двигатели. Есть несколько разных типов
газотурбинных двигателей, но все газотурбинные двигатели имеют некоторые детали
в общем. Все газотурбинные двигатели имеют силовую турбину .
расположен после горелки для извлечения
энергии от горячего потока и включите
компрессор.Работа
делается на
мощность турбины горячим выхлопным потоком горелки.

Описание изображений

В нижней части рисунка показано:

• компьютерные чертежи турбореактивного двигателя
  с расположением турбины относительно другого двигателя
  компоненты, справа
• только турбинная секция с центральным валом, прикрепленным к
  турбина слева.

На обоих рисунках турбина пурпурного цвета и
вал окрашен в синий цвет. Слева
конец вала будет прикреплен к
компрессор,
который на рисунке справа окрашен в голубой цвет.
Вот анимированная версия секции турбины:

вверху слева на рисунке показывает действительную силовую турбину.
Турбина, как и компрессор, состоит из нескольких рядов
каскады профилей.Некоторые из рядов, называемые роторами , являются
соединен с центральным валом и вращается
на большой скорости. Остальные ряды, называемые статорами , являются фиксированными и выполняют
не вращать. Задача статоров — удерживать поток от спирали.
вокруг оси, возвращая поток обратно параллельно оси.

В зависимости от типа двигателя могут
быть несколькими ступенями турбины, присутствующими в двигателе. Турбовентилятор
и турбовинтовые двигатели обычно используют
отдельные турбина и вал для привода вентилятора и коробки передач
соответственно.Такое расположение называется с двумя катушками .
двигатель. Для некоторых высокопроизводительных двигателей требуется дополнительная турбина и
вал присутствует для питания отдельных частей компрессора. Этот
Компоновка производит трехконтактный двигатель . Силовая турбина
показано в верхнем левом углу рисунка для двухкатушечного турбовентиляторного двигателя.
двигатель.

Детали конструкции

Есть несколько интересных деталей конструкции турбины, представленных на
этот слайд.Поскольку турбина извлекает энергию из потока,
давление
уменьшается
через турбину. Градиент давления помогает сохранить
пограничный слой
поток прилагается
к поверхности лопаток турбины. Поскольку граница
слой меньше отделяется на лопатке турбины
чем на лопатке компрессора,
перепад давления на одной ступени турбины
может быть намного больше, чем увеличение давления
через соответствующую ступень компрессора. Одна ступень турбины может
использоваться для управления несколькими ступенями компрессора.
Из-за высокого изменения давления в турбине,
поток имеет тенденцию течь вокруг концов лопастей.
Наконечники лопаток турбин часто соединяются тонким
металлическая лента для предотвращения утечки потока,
как показано на картинке вверху слева.

Лопатки турбины существуют в гораздо более агрессивной среде, чем
лопатки компрессора. Находясь сразу после горелки, лопасти
испытать температуру потока более тысячи градусов
По Фаренгейту.Лопатки турбины должны быть изготовлены из специальных
материалы, выдерживающие тепло, либо их необходимо активно охлаждать.
На
справа вверху рисунка мы показываем изображение одиночного, активно
охлаждаемая лопатка турбины. Лезвие полое и прохладное, воздух
откачивается из компрессора, прокачивается через лопасть и выходит через
небольшие отверстия на поверхности, чтобы поверхность оставалась прохладной.

Действия:

Экскурсии с гидом

Навигация..

Руководство для начинающих Домашняя страница

Реактивные двигатели

Базовый обзор

На изображении выше показано, как реактивный двигатель будет расположен в современном
военный самолет. В базовом реактивном двигателе воздух поступает в передний воздухозаборник и
сжат (посмотрим, как позже). Затем воздух нагнетается в
камеры сгорания, в которые впрыскивается топливо, и воздушная смесь
и топливо воспламеняется.Образующиеся газы быстро расширяются и истощаются
через заднюю часть камер сгорания. Эти газы обладают одинаковой силой
во всех направлениях, обеспечивая тягу вперед, когда они уходят назад. В виде
газы выходят из двигателя, они проходят через веерный набор лопаток
(турбина), которая вращает вал, называемый валом турбины. Этот вал, в
повернуть, вращает компрессор, обеспечивая приток свежего воздуха
через впуск. Ниже представлена ​​анимация изолированного реактивного двигателя, который
иллюстрирует процесс притока, сжатия, сгорания, истечения воздуха.
и только что описанное вращение вала.

процесс можно описать следующей схемой, взятой с сайта
Rolls Royce, популярного производителя реактивных двигателей.

Этот процесс является сутью того, как работают реактивные двигатели, но как именно
что-то вроде сжатия (сдавливания) происходит? Чтобы узнать больше о каждом
о четырех этапах создания тяги реактивным двигателем см. ниже.

SUCK

Двигатель всасывает большой объем воздуха через вентилятор и компрессор
этапы.Типичный коммерческий реактивный двигатель потребляет 1,2 тонны воздуха в секунду.
во время взлета — другими словами, он может выпустить воздух на корте для сквоша в
меньше секунды. Механизм
при котором реактивный двигатель всасывает воздух, в значительной степени является частью сжатия
сцена. Во многих двигателях
компрессор отвечает как за всасывание воздуха, так и за его сжатие. Некоторые двигатели имеют дополнительный вентилятор, который
не является частью компрессора для втягивания дополнительного воздуха в систему. Вентилятор — это крайний левый компонент
двигатель, показанный выше.

SQUEEZE

Помимо всасывания воздуха в двигатель, компрессор также создает давление в
воздух и подает его в камеру сгорания. Компрессор показан на изображении выше слева от
огонь в камере сгорания и справа от вентилятора. Компрессионные вентиляторы приводятся в действие
турбина валом (турбина, в свою очередь, приводится в движение воздухом,
оставив двигатель). Компрессоры могут достигать чрезмерных степеней сжатия
40: 1, что означает, что давление воздуха в конце
компрессор более чем в 40 раз превышает объем воздуха, поступающего в компрессор.На полную мощность лопасти типового
коммерческий струйный компрессор вращается со скоростью 1000 миль в час (1600 км / ч) и принимает 2600 фунтов
(1200 кг) воздуха в секунду.

Сейчас
мы обсудим, как компрессор на самом деле сжимает воздух.

Как видно на изображении выше, зеленые вееры, составляющие
компрессор постепенно становится все меньше и меньше, как и полость, проходящая через
который воздух должен путешествовать. Воздух
должен продолжать движение вправо, к камерам сгорания
двигатель, так как вентиляторы вращаются и выталкивают воздух в этом направлении.Результат — заданное количество воздуха.
переходя от большего пространства к меньшему, и, таким образом, увеличивая
давление.

BANG

В камере сгорания топливо смешивается с воздухом, чтобы произвести взрыв, который
отвечает за расширение, которое заставляет воздух попадать в турбину.
В типичном коммерческом реактивном двигателе топливо горит при сгорании.
камера при температуре до 2000 градусов Цельсия. Температура, при которой металлы в
эта часть двигателя начинает плавиться — 1300 градусов по Цельсию, поэтому продвинутый
необходимо использовать методы охлаждения.

Горение
камера имеет сложную задачу сжигания большого количества топлива,
подается через топливные форсунки с большим объемом воздуха,
подаваемый компрессором, и выделяя образующееся тепло таким образом
что воздух расширяется и ускоряется, давая плавный поток
равномерно нагретый газ. Эта задача должна быть выполнена с минимальными потерями.
по давлению и с максимальным тепловыделением в ограниченном пространстве
имеется в наличии.

Количество топлива
добавление в воздух будет зависеть от требуемого повышения температуры.Однако,
максимальная температура ограничена определенным диапазоном, определяемым
материалы, из которых изготовлены лопатки и сопла турбин. В воздухе есть
уже были нагреты до температуры от 200 до 550 C в результате работы, проделанной в
компрессор, требующий повышения температуры примерно от 650 до
1150 C от процесса сгорания. Поскольку температура газа
определяет тягу двигателя, камера сгорания должна быть способна
поддержание стабильного и эффективного сгорания в широком диапазоне двигателей
условия эксплуатации.

Воздух, принесенный
вентилятор, который не проходит через ядро ​​двигателя и, следовательно, не
используется для сжигания, что составляет около 60 процентов от общего количества
поток воздуха, постепенно вводится в жаровую трубу, чтобы снизить
температура внутри камеры сгорания и охладите стенки жаровой трубы.

УДАР

Вынужденная реакция расширенного газа — смеси топлива и воздуха.
через турбину, приводит в действие вентилятор и компрессор и выдувает из
выхлопное сопло, обеспечивающее тягу.

Таким образом, турбина должна обеспечивать мощность для привода
компрессор и аксессуары. Это
делает это за счет извлечения энергии из горячих газов, выделяемых из
системы сгорания и расширения их до более низкого давления и температуры. Непрерывный поток газа, к которому
открытая турбина может попасть в турбину при температуре от 850 до
1700 ° C, что снова намного выше точки плавления текущего
материаловедение.

Для производства
крутящего момента, турбина может состоять из нескольких ступеней, каждая из которых использует
один ряд подвижных лопастей и один ряд неподвижных направляющих лопаток для направления
воздух по желанию на лезвия.Количество ступеней зависит от
соотношение между мощностью, требуемой от газового потока, вращательной
скорость, с которой она должна производиться, и допустимый диаметр турбины.

Желание
для обеспечения высокого КПД двигателя требуется высокая температура на входе в турбину,
но это вызывает проблемы, поскольку лопатки турбины должны выполнять
и выдерживают длительные периоды эксплуатации при температурах выше их плавления
точка. Эти лезвия, хотя и раскаленные докрасна, должны быть достаточно прочными, чтобы нести
центробежные нагрузки из-за вращения с высокой скоростью.

Для работы в этих условиях холодный воздух вытесняется из множества мелких
отверстия в лезвии. Этот воздух остается близко к лезвию, предотвращая его
плавится, но не сильно ухудшает общий
представление. Никелевые сплавы используются для изготовления лопаток турбин и
направляющие лопатки сопла, поскольку эти материалы демонстрируют хорошие свойства при
высокие температуры

Контроль шума / Подавление

Контроль шума / Подавление

Назад на главную страницу Purdue AAE Propulsion. Назад на страницу «Основы турбинного двигателя».

Подавление шума реактивного двигателя стало одной из важнейших областей
исследований в соответствии с правилами аэропорта и сертификацией по авиационному шуму
требования. Они регулируют максимально допустимый уровень шума для самолетов.
производить. Хотя шум, создаваемый планером, является фактором
общая шумовая характеристика самолета, основной источник шума в
в двигателе.

Назад на главную страницу Purdue AAE Propulsion.

Назад на страницу «Основы турбинного двигателя».

GE, предприятие Safran по разработке радикально нового реактивного двигателя

• CFM построит демонстрационный образец реактивного двигателя с открытым ротором
• Ключевой шаг на пути к созданию следующего поколения среднемагистральных самолетов
• Французско-американское предприятие по производству двигателей продлено до 2050 года
• Титан индустрии родился в результате саммита Никсона-Помпиду

ПАРИЖ, 14 июня (Рейтер) — General Electric (GE.N) и французская Safran (SAF.PA) обнародовали планы испытательной сборки реактивного двигателя с открытыми лопастями, способного сократить потребление топлива и выбросы на 20%, поскольку они продлили свое историческое совместное предприятие CFM International на десятилетие до 2050 года.

Двигатель RISE, позиционируемый как возможный преемник модели LEAP, используемой в Boeing 737 MAX и некоторых Airbus A320neo, будет иметь конструкцию с видимыми лопастями вентилятора, известную как открытый ротор, и может быть введен в эксплуатацию к середине 2030-х годов. .

Система будет содержать гибридно-электрическую силовую установку и будет способна работать на 100% экологически безопасном топливе или водороде, источнике энергии, одобренном Airbus (AIR.PA) для будущих концепций.

CFM — крупнейший в мире производитель реактивных двигателей по количеству проданных единиц. Она является единственным поставщиком двигателей для Boeing 737 MAX и конкурирует с подразделением Raytheon Technologies (RTX.N) Pratt & Whitney за выбор двигателей для самолетов Airbus A320neo.

Проект демонстрации технологий реализуется в то время, когда промышленность готовится к битве за следующее поколение узкофюзеляжных самолетов, таких как MAX и A320neo, в самой загруженной части рынка самолетов, сталкивающейся с растущим давлением окружающей среды.

Источники в отрасли сообщили, что Boeing рассматривает возможность запуска замены для своего немного большего и дальнего узкофюзеляжного самолета 757, которая могла бы подготовить почву для замены MAX.

Но он отложил решение о том, двигаться ли относительно быстро — шаг, который потребует доступного обычного двигателя — или ждать появления таких технологий, как открытый ротор с гибридной силовой установкой, как недавно сообщило Reuters. подробнее

Генеральный директор GE Aviation Джон Слэттери заявил, что CFM будет готова конкурировать за любой выпущенный самолет, и призвал других производителей двигателей конкурировать с этой технологией.

«Если Boeing или любой другой авиастроитель запустит платформу и бизнес-модель будет иметь для нас смысл, то мы представим наши лучшие совокупные технологии, которые у нас есть на данный момент», — сказал он на пресс-конференции в понедельник.

Компания Boeing сообщила, что регулярно проводит технологические исследования и сотрудничает с поставщиками. Он не дал никаких свежих указаний на то, сможет ли технология с открытым ротором привести в действие его следующий реактивный лайнер.

Компания Airbus, которая заявляет, что работает над самолетом с нулевым уровнем выбросов, который будет введен в эксплуатацию в 2035 году, заявила во вторник, что приветствует тот факт, что двигатель, как ожидается, будет «не зависеть от типа топлива».

«Мы ждем новостей о том, куда направляются Airbus и Boeing», — сказал аналитик Jefferies Сэнди Моррис.

Акции Safran выросли на 1,6% в начале вторника, чему способствовали также признаки перемирия в торговой войне с самолетами. читать дальше

SUMMIT BIRTH

В концепции двигателя с открытым ротором на внешней стороне двигателя размещаются ранее скрытые жужжащие детали, чтобы захватить больше воздуха и снизить нагрузку на топливную сердцевину двигателя.

Предыдущие попытки разработать такие двигатели с 1980-х годов были связаны с проблемами, включая шум.

Генеральный директор Safran Оливье Андрис сказал, что прототип, испытанный в 2017 году, производил не больше шума, чем LEAP.

«Я очень уверен, что мы будем соответствовать самым строгим требованиям по шуму … и требованиям безопасности», — сказал он Рейтер.

Все внимание теперь приковано к конкурентам во главе с компанией Pratt & Whitney, которая, как ожидается, представит обновленную информацию о своем турбовентиляторном двигателе с редуктором в конце этого года.

«Мы намерены продолжать инвестировать в развивающиеся силовые установки, чтобы приводить в действие следующее поколение коммерческих самолетов», — заявили в Pratt & Whitney.

Основанная в 1974 году, CFM увидела свет после заключения саммита между президентом США Ричардом Никсоном и французским коллегой Жоржем Помпиду после попыток Пентагона заблокировать его на том основании, что его двигатель был связан с бомбардировщиком B-1.

В соответствии с компромиссом, французским инженерам сначала запретили заглядывать внутрь герметичного корпуса оригинального сердечника CFM.

Хотя такие ограничения давно исчезли, GE и Safran все еще поддерживают необычную китайскую стену между собой из-за расходов на самые продаваемые в мире реактивные двигатели, чтобы избежать споров.

«Одним из составляющих успеха CFM является то, что мы разделяем доходы; мы не разделяем расходы. Если один из нас неконкурентоспособен, это не отражается на (другом) партнере. Каждый несет полную ответственность, «Сказал Андрис.

Отчет Тим ​​Хефер; редактирование Дэвид Эванс

Наши стандарты: принципы доверия Thomson Reuters.

Масляная система реактивного двигателя, часть 1

Имя*

Телефон*

Название организации*

Вебсайт компании*

Местонахождение компании (родная страна) *

Рабочий адрес электронной почты *

Предмет*

}
—Выбирать—
Техническая поддержка продукта — Азиатско-Тихоокеанский регион

Техническая поддержка продукта — Америка

Техническая поддержка продукта — Европа, Африка, Ближний Восток

Новый бизнес-запрос — Америка

Новый бизнес-запрос — Азиатско-Тихоокеанский регион

Новый бизнес-запрос — Европа, Африка, Ближний Восток

Техническая поддержка продукта — Америка

Техническая поддержка продукта — Азиатско-Тихоокеанский регион

Техническая поддержка продукта — Европа, Африка, Ближний Восток

Другие запросы — Америка

Другие запросы — Азиатско-Тихоокеанский регион

Другие запросы — Европа, Африка, Ближний Восток

Интересующий продукт

}

Масло Mobil Jet ™ 387

Масло Mobil Jet ™ 254

Масло Mobil Jet ™ II

Mobil ™ HyJet ™ V

Mobil ™ HyJet ™ IV-Aplus

Серия Mobil Aero ™ HF

Mobilgrease ™ 33

Mobilgrease ™ 28

Смазка для авиации Mobil ™ SHC 100

Exxon Aviation Oil Elite ™ 20W-50

Mobil Avrex ™ S Turbo 256

Mobil Avrex ™ M Turbo 201/1010

Mobil AGL ™

Mobil COOLANOL ™

Другой

Какой объем вас интересует? *

Вопрос или комментарии *

.