Razlike između izmjena na stranici "Parne turbine"

Dodana 92 bajta ,  prije 8 godina
nema sažetka uređivanja
[[Datoteka:Dampfturbine Laeufer01.jpg|thumb|right|Rotor parne turbine]]
 
Parna turbina pripada grupi toplotnih motora, poput motora sa unutrašnjim sagorevanjemsagorijevanjem (SUS) i [[parna mašina|parne mašine]], koji pretvaraju toplotnu energiju u mehanički rad. Sa druge strane, parna turbina spada u grupu turbomašina zajedno sa pumpama, ventilatorima, hidrauličnim i gasnim turbinama i turbokompresorima.
 
Uži deodio ove grupe predstavlja grupa toplotnih turbomašina koju čine parne i gasne turbine i turbokompresori. U turbomašinama se rad direktno dobija preko obrtnog kretanja radnih delovadijelova kada su u pitanju turbine, ili se pakipak ulaže putem obrtnog kretanja radi povećanja energije gasa ili tečnosti koja struji kroz mašinu (pumpe, ventilatori, kompresori).
 
Potrebno je napomenuti da kompresori i pumpe nisu neophodno turbomašine. Postoje klipni kompresori, klipne, zapreminske i zupčaste pumpe. Npr. rečriječ "kompresor" predstavlja namenunamjenu uredjaja, dok rečriječ "turbo" govori o načinu izvršavanja njegove funkcije.
 
Parne turbine se koriste za pogon plovila, raznih mašina pri procesima u industriji - pumpi, kompresora, mlinova itd., ali najviše se koriste u energetici za pokretanje električnih generatora u elektranama. Visok stepen korisnosti postrojenja, velikih snaga, velik odnos snage prema masi mašine, sigurnost u pogonu, visok stepen automatizacije neki su od razloga da parna turbina i danas zauzima vodeće mestomjesto u proizvodnji električne energije.
 
== Termodinamčke osnove ==
 
Dobijanje rada u toplotnim motorima se odvija pomoću radnog telatijela - fluida (gasa, pare odnosno tečnosti ili mešavinemješavine), čjim se promenamapromjenama stanja u toku procesa od dovedene toplote finalno dobija mehanički rad.
 
To znači, da bi smo pokrenuli toplotni motor moramo mu dovoditi određenu količinu toplote iz toplotnog izvora, koju ćemo u radnom ciklusu prevesti u koristan rad. Međutim, da bi ovakva mašina davala rad permanentno, posle izvršenog rada moramo jednu količinu neiskorišćene toplote odvesti iz procesa da bi se radno telotijelo vratilo u prvobitno stanje i proces počeo iznova. Ovo je direktno povezano sa drugim zakonom termodinamike i govori nam da, osim toplotnog izvora, moramo imati i toplotni ponor, kome ćemo predati jedan deodio toplote koja nam predstavlja čist, ali i neizbežanneizbježan gubitak.
 
Uprošćeno gledano, svaki termodinamički ciklus toplotnog motora se sastoji iz sabijanja radnog telatijela, dovođenja toplote, širenja radnog telatijela (pri čemu se dobija rad) i odvođenja jednog deladijela toplote. Naravno, za sabijanje radnog telatijela na početku procesa potrebno je uložiti neki rad. Najjednostavnije je ako jedan deo dobijenog rada na kraju procesa uložimo u to sabijanje, što nam ostavlja višak, koristan neiskorišćen rad za pokretanje neke mašine koju mi želimo u pogonu.
 
== Elementi postrojenja ==
 
U parnoj turbini proces započinje uvođenjem vode u pumpu, koja je sabija i diže njen pritisak na željeniu vrednostvrijednost. Zatim se dovodi toplota tako da voda u cevimacijevima postrojenja počinje da ključa, i najzad potpuno isparava, čime se dobija suvozasićena para. Ako se nakon toga para još zagrevazagrijava, kaže se da turbina radi sa pregrejanompregrijanom parom. Para se zatim uvodi u turbinu i tu predaje deodio svoje energije rotoru turbine, pri čemu joj pada pritisak i širi se. Način na koji ona predaje energiju rotoru će biti objašnjen kasnije, ali za sad je dovoljno dati primerprimjer vezan za klipne motore: sa jedne strane cilindra imamo zatvoren, zagrejanzagrijan gas pod visokim pritiskom (produkti sagorevanjasagorijevanja), dok je sa druge strane klipa normalan, atmosferski pritisak. Gas pod visokim pritiskom gura klip pri čemu se povećava zapremina u kojoj je on zarobljen, i time se gas širi i hladi. Klip je povezan sa klipnjačom, ova opet sa kolenastimkoljenastim vratilom.. i tako sve do točkova, čije okretanje stavlja vozilo u pokret. Znači u ovom slučaju gas u cilindru, preko klipa motora daje koristan rad koji se suprotstavlja otporu kretanja vozila.
 
Tako para koja je obavila rad izlazi iz turbine raširena i ohlađena (i već delimičnodjelimično kondenzovana), i sada je potrebno dodatno je ohladiti kako bi se vratila u početno stanje i kružni proces mogao krenuti iznova.
 
Dakle, potreban je ranije spomenuti toplotni ponor, da preuzme ovaj višak energije. U praksi to će najčešće biti okolina, pogotovo za velika postrojenja. Koristeći okolni vazduh ili vodu iz rekerijeke hladimo paru sa izlaska iz turbine dok se potpuno ne kondenzuje. Zatim voda može ponovo otići u pumpu. To znači da para na izlasku iz turbine mora biti nešto više temperature od okoline, da bi mogla biti hlađena telima uzetim iz okoline. Ovo direktno određuje veličinu odvedene, "neophodno bačene" toplote. DeoDio postrojenja gdegdje se radno telotijelo hladi i kondenzuje uz pomoć rashladne vode naziva se kondenzator. U kondenzatoru vlada pritisak dosta ispod atmosferskog, da bi se kondenzovanje pare moglo odvijati na temperaturama jedva nešto višim od okolne.
 
Turbine spadaju u protočne mašine koje kontinualno daju rad, za razliku od klipnih motora koji daju rad u "naletima". Radni fluid kod parnih turbina (PT) prima toplotu od spoljneg izvora za razliku od, recimo, dizel i benzinskih motora, gde se toplota dovodi iznutra - sagorevanjemsagorijevanjem goriva u samom radnom telutijelu (vazduhu), tako da PT nije motor sa unutrašnjim sagorevanjemsagorijevanjem. Takođe parna turbina ima (najčešće) zatvoren ciklus, gde se radno telotijelo iznova vraća u proces po njegovom završetku. Bitno je napomenuti da se pod parom ne misli na vodenu paru i ako je ona najviše u primeni zbog praktičnih razloga dostupnosti i cene. Parne turbine rade sa živinim parama, sa parama freona i drugih rashladnih tečnosti. Teoretski gledano, ciklus se može ostvariti sa parom bilo koje supstance ako bi on bio u granici temperatura izvora i ponora. Ipak, velike industrijske i energetske mašine su projektovane i građene isključivo za rad sa vodom i vodenom parom iz praktičnih razloga.
 
== Turbopostrojenje i parni blok ==
 
 
Radno telotijelo se zagrevazagrijava u parnom kotlu gde mu se predaje toplota dobijena sagorevanjemsagorijevanjem goriva, najčešće fosinlih. U tom slučaju, zagrejanizagrijani produkti sagorevanjasagorijevanja predstavljaju toplotni izvor. Takođe, može se koristiti otpadna toplota od neke druge mašine ili industrijskog procesa. Kod nuklearnih postrojenja voda, odnosno para, zagrevajuzagrijavaju se toplotom dobijenom u nuklearnom reaktoru.
 
Parna turbina sa kondenzatorom, pumpama, cevovodimacjevovodima i ostalom pratećom opremom se naziva turbopostrojenje. Turbopostrojenje zajedno sa parnim kotlom, odnosno sa kotlovskim postrojenjem naziva se parni blok.
 
== IstorijskiHistorijski razvoj ==
 
 
Ono što bi se moglo nazvati prvom poznatom parnom turbinom napravio je Heron Aleksandrijski 120 godina preprije nove ere. To je bio mali loptasti rezervoar zagrevanzagrijan plamenom sa dva izbačena mlaznika koji su okretali napravu oko osovine. Drugu, koja je imala i praktičnu primenu, napravio je apotekar Đovani de Branka 1629. godine i pogonila je apotekarski mlin. Nastanak i razvoj termodinamike omogućavaju naučni razvoj savremenih toplotnih mašina. Pojava moderne parne turbine dešava se krajem XIX vekavijeka gde je više pronalazača i stručnjaka ostavilo trag. Engleski inženjer Ser Čarls Parsons patentira svoju reakcionu turbinu 1884. godine, u kojoj je para preradjivana u više koraka. Tokom 1880tih, švedski inženjer Gustav de Laval je razvio veći broj reakcionih turbina koje su radile sa 40000 obrtaja u minuti. Kasnije se okrenuo jednostupanjskim akcionim turbinama kod kojih se para ubrzavala do velikih brzina u konvergentno-divergentnim mlaznicima. Oko 1900. godine najveća instalisana snaga parne turbine bila je 1200 kW, dok je deset godina kasnije iznosila 30000 kW.
Današnji konvencionalni blokovi velike snage rade na 600 MW, dok blokovi najveće snage dostižu i 1500MW..
 
== Princip rada ==
 
Već je napomenuto da se para u turbini prerađuje u jednom ili više koraka i pri tome se u svakom koraku iskoristi jedan deodio njene energije. Ovo se obavlja u stupnjevima turbine. Stupanj turbine čine nepokretna rešetka pretkola, pričvršćena za kućište i pokretna rešetka radnog kola, spojena sa vratilom. Pod rešetkom se podrazumeva veći broj identičnih aeroprofila postavljenih na istom međusobnom odstojanju. Kod turbomašina se misli na kružne rešetke, gde su lopatice (aeroprofilna telatijela) postavljene osnosimetrično. Lopatice radnog kola zajedno sa vratilom čine rotor koji se oslanja na ležišta.
 
Para pod visokim pritiskom nailazi prvo na nepokretne lopatice pretkola. One skreću struju pare i usmeravajuusmjeravaju je pod određenim uglom. Pri tome se kanali između lopatica sužavaju i time se vrši ubrzavanje struje. Tako je para skrenuta i primetnoprimjetno ubrzana. Ukupna energija pare ostaje ista, ali se njena kinetička energija povećala na račun energije usledusljed pritiska i temperature. Tako je para sada raširena, na nižem pritisku i temperaturi nego pre početka procesa. Ovako ubrzana para sada struji preko pokretnih lopatica radnog kola koje je samo skreću. Ova promena smera strujanja pare dovodi do stvaranja sile koja gura lopatice suprotno od pravca promenepromjene brzine pare, a pošto se one mogu slobodno okretati sa vratilom, to uzrokuje obrtanje rotora. Para sada izlazi sa istim pritiskom i temperaturom kao i preprije radnog kola, ali sa smanjenom brzinom, što znači da je jedan deodio energije predat rotoru kao mehanički rad. Zatim para odlazi u naredni stupanj gde se proces odvija iz početka, i tako sve do poslednjegposljednjeg stupnja i ulaska u kondenzator.
 
Prethodno opisan proces se odnosi na akcioni stupanj. Reakcioni stupanj je onaj kod kog se para u radnom kolu ne samo skreće, nego i dodatno ubrzava.
 
Svaki od ove dvedvije vrste stupnjeva ima svoje mane i prednosti. Akcioni stupnjevi mogu preraditi veću količinu energije pri dobrom stepenu korisnosti, ali se mora pribegavatipribjegavati specijalnim konstrukcijskim rešenjimarješenjima da bi se smanjio neželjeni prolazak pare kroz zazore između pokretnih i nepokretnih delovadjelova, što ga čini i skupljim. Reakcioni stupanj je jednostavniji za izradu ali daje manju količinu rada, pa reakciona turbina mora imati veći broj stupnjeva. Svrha postojanja više stupnjeva je u sledećem: stupanj se može izraditi da ubrzava paru do enormnih brzina i da jedan stupanj prerađuje ogromnu količinu energije; međutim, gubici usled trenja pri ovako velikim brzinama bi bili jako veliki - toliki da bi stupanj radio sa izuzetno niskim stepenom korisnosti.
 
== PodelePodjele ==
 
 
Po načinu strujanja turbine se deledijele na aksijalne i radijalne, prema smerusmijeru strujanja pare u odnosu na osu obrtanja rotora. Kod radijalnih turbina para struji upravno na osu obrtanja. Sve što je već rečeno se odnosi i na ovaj tip turbine osim što ovde centrifugalna sila igra ulogu i u pojednostavljenom procesu. Samo manje mašine se izvode kao radijalne, dok su velike, energetske, isključivo aksijalnog tipa.
 
Prema broju stupnjeva, turbomašine se deledijele na jednostupne i višestupne. Turbine velikih snaga imaju oko 30 stupnjeva.
 
Kod većih snaga, turbine se grade sa većim brojem oklopa, tako da kod velikih mašina imamo turbinu visokog pritiska, srednjeg pritiska i niskog pritiska sa sopstvenim kućištima i otvorima za zajedničko vratilo. Najveće turbine se grade sa dva vratila i zasebnim generatorima.
 
Parne turbine, osim što mogu biti kondenzacione (o kakvim smo već govorili), gdegdje para odlazi u kondenzator, mogu biti i protivpritisne. Kod protivpritisnih turbina para na izlasku iz turbine ima dosta višu temperaturu od okoline i koristi se za industrijske procese i grejanjegrijanje sanitarne vode.
 
== Stepen korisnosti ==
 
 
Stepen korisnosti toplotnih motora pretstavlja odnos dobijenog rada i uložene toplote po jednom ciklusu. Kod konvencionalnih postrojenja on se kreće u rasponu 0.3 -0.4. Povećanje stepena korisnosti nam pruža mogućnost većeg iskorišćenja polazne energije. Stepen korisnosti se može povećavati dovođenjem toplote pri višim temperaturama i pritiscima, što je uslovljeno razvojem novih konstrukcionih materijala. Isto tako, povišenje stepena korisnosti se postiže oduzimanjem jednog deladijela pare iz turbine za potrebe zagrevanjazagrijavanja vode pred ulazak u kotao, u šta se ovde neće dublje ulaziti. Kod konvencijalnih blokova velike snage para na ulazu u turbinu je temperature oko 500 - 550 stepena celzijusa, sa pritiskom od oko 180 bara.
 
== Regulacija broja obrtaja ==
Anonimni korisnik