Garo turbina - tai šiluminis variklis, turintis sukamąjį darbo ratą, kuriame garo šiluminė energija paverčiama mechaniniu darbu.
Garo turbinos veikimo principas
Garo turbinos veikimo principas priklauso nuo dinaminio garo veikimo. Didelio greičio garai sklinda iš purkštukų ir atsitrenkia į besisukančias mentes, kurios yra sumontuotos ant disko, pritvirtinto prie veleno. Šie didelio greičio garai sukuria dinaminį slėgį mentėms, dėl ko mentės ir velenas pradeda suktis ta pačia kryptimi.
Iš esmės, garo turbinoje garų slėgio energija išplečiama, o vėliau paverčiama kinetine energija, leidžiant garams tekėti per purkštukus. Kinetinės energijos konversija atliekama mechaniniu darbu prie rotoriaus menčių. Rotorius yra prijungtas prie garo turbinos generatoriaus, kuris veikia kaip tarpininkas, surenkantis mechaninę energiją iš rotoriaus ir paverčiantis ją elektros energija.
Turbinos ir generatoriaus veikimo animacija
Sukūrimo istorija
Pirmąją garo turbiną išrado graikų matematikas Heronas Aleksandrietis apie 120 m. pr. Kr. Tai buvo slenkančio tipo įrenginys, žinomas kaip eolipilas. Nors tai buvo labiau žaislas ar demonstracinis prietaisas, jis parodė garų jėgos potencialą.
Praktinę garo turbiną 1883 m. sukūrė švedų inžinierius Carlas Gustafas de Lavalis. Šiuolaikinę garo turbiną 1884 m. patobulino seras Charlesas Parsonsas, ir nuo to laiko jos konstrukcija buvo daug kartų keičiama bei tobulinama.
Garo turbinų klasifikacija
Garo turbinos klasifikuojamos pagal įvairius požymius:
-
Pagal veikimo principą
- Impulsinės (aktyvinės) turbinos: Garai patenka į judančius peilius per purkštukus. Garai daugiausia plečiasi purkštuko mentėje ir tik nedidelis kiekis judančioje mentėje.
- Reaktyvinės turbinos: Garai spaudžiamai atsitrenkia į judančias mentes per kreipiamąjį mechanizmą. Garai tokiu pačiu laipsniu plečiasi purkštuko mentėje ir judančioje mentėje.
-
Pagal pakopų skaičių
- Vienpakopės
- Daugiapakopės
-
Pagal šiluminio proceso pobūdį
- Kondensacinės turbinos: Po to, kai garai išsiplečia garo turbinoje ir atlieka darbą, jie patenka į kondensatorių didelio vakuumo būsenoje ir kondensuojasi į vandenį.
- Priešslėgio (nekondensuojančios) turbinos: Išmetamieji garai yra didesni nei atmosferos slėgis ir yra tiesiogiai naudojami pramoniniam ar buitiniam šildymui, be kondensatoriaus.
- Reguliuojamo garo nuėmimo (ekstrakcinės) kondensacinės turbinos: Tam tikras parametras ir tam tikras garo kiekis yra ištraukiamas iš tam tikros pakopos ar kelių pakopų garo turbinos viduryje, kad būtų tiekiama šiluma į išorę, o likę išmetamieji garai vis tiek patenka į kondensatorių. Kadangi šilumos vartotojas turi tam tikrus reikalavimus šildymo garų slėgiui, būtina reguliuoti išmetamųjų garų šildymo slėgį, kad jis atitiktų vartotojo poreikius.
- Turbinos su tarpiniu perkaitinimu: Po to, kai į garo turbiną patenkantys garai išplečiami, kad galėtų atlikti darbą keliais etapais, jie vėl įleidžiami į katilo šildytuvą šildymui, o tada grįžta į garo turbiną, kad toliau plėstųsi ir dirbtų, o išmetamieji garai patenka į kondensatorių.
-
Pagal turbinai tiekiamo garo slėgį
- Žemo slėgio
- Vidutinio slėgio
- Aukšto slėgio
- Labai aukšto slėgio
-
Pagal garų srauto kryptį
- Ašinio srauto garo turbina: Garo srautas korpuso viduje yra lygiagretus rotoriaus veleno ašiai.
- Radialinio srauto garo turbina: Garo srautas korpuso viduje yra radialinis rotoriaus veleno ašies atžvilgiu.
-
Pagal garų išmetimo būklę
- Priešslėgio arba nekondensuojamo tipo garo turbinos: Išsiplėtus garui, jis išmetamas į atmosferą.
- Kondensacinio tipo garo turbinos: Garai išleidžiami į kondensatorių.
Garo turbinos sandara
Garo turbinos konstrukcija yra gana paprasta. Ją sudaro rotorius ir besisukančių menčių rinkinys, kurie yra pritvirtinti prie veleno. Velenas yra rotoriaus viduryje. Prie turbinos nėra stūmoklio koto, smagračio ar slydimo vožtuvų, todėl jos priežiūra yra gana paprasta.
Prie rotoriaus veleno yra prijungtas elektros generatorius, dažnai vadinamas turbogeneratoriumi. Turbogeneratorius surenka mechaninę energiją iš veleno ir paverčia ją elektros energija, taip pat pagerindamas turbinos efektyvumą. Dėl paprastos konstrukcijos garo turbinos vibracija yra daug mažesnė nei kitų variklių esant tam pačiam sukimosi greičiui. Siekiant pagerinti turbinos greitį, naudojamos įvairios valdymo sistemos.
Garo turbinos naudojimas
Garo turbinos turi platų panaudojimo spektrą. Jų galia siekia nuo 0,75 kW iki 1000 MW. Šiuolaikinės garo turbinos naudojamos kaip pagrindinis variklis didelėse šiluminėse elektrinėse elektros energijos gamybai. Jos taip pat pritaikomos varikliams, skirtiems siurbliams, kompresoriams ir kitai pramoninei įrangai.
Dažni gedimai ir jų prevencija: cilindrų užsikimšimas
Garo turbinos cilindrų užsikimšimas yra rimtas gedimas, kuris gali pažeisti turbiną ir netgi sukelti saugos avarijas. Šis reiškinys reiškia, kad dėl tam tikrų priežasčių yra kliudomas turbinos rotoriaus sukimasis, todėl turbina nesugeba normaliai veikti. Cilindrų užsikimšimo priežastys yra susijusios su įvairiais veiksniais:
- Cilindro slėgis yra per didelis.
- Nepakankamas garo srautas.
- Vandens kaupimasis cilindre, pavyzdžiui, nesugebėjus laiku išleisti vandens po išjungimo.
Siekiant užtikrinti įprastą garo turbinos veikimą ir išvengti šių gedimų, būtina taikyti atitinkamas atsakymo strategijas ir prevencines priemones:
- Sumažinti garo slėgį, jei jis yra per didelis.
- Padidinti garų srautą, jei jis yra nepakankamas.
- Griežtai laikytis darbo procedūrų.
- Reguliariai apžiūrėti garų turbiną ir su ja susijusias sistemas, kad užtikrintumėte, jog įranga yra geros darbinės būklės.
- Vykdyti darbuotojų mokymus, kad jie būtų pasirengę atpažinti ir spręsti galimas problemas.
Tik visiškai supratus cilindrų užsikimšimo priežastis, galima veiksmingai užkirsti kelią ir į jas reaguoti, užtikrinant garo turbinos ilgaamžiškumą ir saugumą.
Garo turbinos maketas Energetikos ir technikos muziejuje
Energetikos ir technikos muziejaus taktilinių eksponatų rinkinį papildė naujas, interaktyvus garo turbinos maketas. Šis eksponatas, sukurtas bendradarbiaujant su Lietuvos aklųjų ir silpnaregių sąjunga (LASS) ir 3D skenavimo bei spaudos įmone „Idėja 3D“, yra pritaikytas tiek akliesiems, tiek silpnaregiams lankytojams.
LASS atstovai padėjo nustatyti reikiamą maketo dydį ir akcentuojamas detales. Makete apšviečiamos tam tikros dalys liečiant, o mažos, aštrios, ne esminės detalės buvo pašalintos, kad būtų užtikrintas patogumas ir saugumas. Muziejuje esanti garo turbina buvo nuskenuota ir jos dalys atkurtos iš patvarių plastiko ir metalo dalių, atlaikysiančių dažną prisilietimą.
Maketas atkartotas su 0,2 milimetro tikslumu. Nors gamybos procesas, apėmęs spausdinimą, šlifavimą ir klijavimą, kėlė iššūkių dėl preciziškumo ir judančių detalių tikslumo, rezultatas leidžia lankytojui vaizdžiai pademonstruoti, kas slypi turbinos viduje ir kokiais fizikiniais principais paremtas įrenginio veikimas. Maketas rodo, kaip ant vienos ašies sujungti du elementai - turbina ir generatorius - sąveikauja tarpusavyje, paversdami garo energiją sukimosi energija, o ją - elektra.
Esminė maketo dalis - garsinis pasakojimas, suteikiantis išsamią informaciją apie eksponatą. Šio ir daugelio kitų eksponatų kūrimui muziejus turi puikias šiuolaikiškas dirbtuves ir technines žinias, o gidai padeda lankytojams suprantamai sužinoti apie inžineriją. Eksponato sukūrimą rėmė Lietuvos kultūros taryba ir Vilniaus miesto savivaldybė.
tags: #kas #yra #garo #turbina