مبدأ العمل وتصميم التوربينات البخارية

مثالية توربينات البخار تعتبر عملية متماسكة ، أو عملية إنتروبيا ثابتة ، حيث يكون إنتروبيا دخول البخار الذي يدخل التوربينات مساوياً لإنتروبيا البخار الذي يترك التوربين. ٪ اعتمادًا على تطبيق التوربينات. يتكون الجزء الداخلي من التوربينات من عدة مجموعات من الشفرات أو الشفرات. يتم ربط مجموعة من الشفرات الثابتة بالسكن ويتم ربط مجموعة من الشفرات الدوارة بالعمود. وتختلف الأجهزة في الحجم والتكوين للاستفادة بكفاءة في توسيع البخار في كل مرحلة.تختلف الكفاءة الحرارية الفعلية لتوربينات البخار مع حجم التوربينات ، وظروف التحميل ، وخسائر التخليص ، وخسائر الاحتكاك. إنها ذروتها في حوالي 50 ٪ في 1200 ميجاوات (1600000 حصان) ؛ أصغر منها أقل كفاءة. لزيادة كفاءة التوربينات إلى الحد الأقصى ، يتوسع البخار في مراحل متعددة ، ويقومون بالعمل. وتتميز هذه المراحل بكيفية استخراج الطاقة منها ، والمعروفة باسم الدافع أو توربينات التفاعل. تستخدم معظم التوربينات البخارية مزيجًا من التصميمات التفاعلية والدفعة: كل مرحلة تتصرف مثل واحدة أو أخرى ، ولكن التوربينات بأكملها تستخدم على حد سواء.

التوربينات الدافعة

تحتوي التوربينات الدافعة على فوهات ثابتة توجه تدفق البخار إلى طائرات عالية السرعة. تحتوي هذه الطائرات على الكثير من الطاقة الحركية ، والتي يتم تحويلها إلى دوران رمح بواسطة شفرات الدوار على شكل برميل عندما يتغير طائرة البخار. فقط على الشفرات الثابتة ، وهناك زيادة صافية في سرعة البخار عبر المراحل. عندما يتدفق البخار عبر الفوهة ، ينخفض ​​ضغطه من ضغط المدخل إلى ضغط المخرج (الضغط الجوي ، أو أكثر شائعًا للمكثف). يحتوي البخار الذي يترك الشفرات المتحركة على جزء كبير من أقصى سرعة للبخار عندما يترك الفوهة. غالبًا ما يشار إلى خسائر الطاقة بسبب هذه السرعة المرتفعة على أنها سرعة نقل أو خسائر خروج.ينص قانون لحظة الزخم على أن مجموع اللحظات الخارجية التي تعمل على السائل الذي يشغل مؤقتًا مؤقتًا يساوي تغيير الوقت الصافي في تدفق الزخم الزاوي من خلال حجم التحكم.

توربينات رد الفعل

في توربينات التفاعل ، يتم ترتيب شفرات الدوار نفسها كفوهات متقاربة. يستخدم هذا النوع من التوربينات قوة التفاعل التي تم إنشاؤها عندما يتم تسريع البخار من خلال فوهة تتشكلها الدوارات. يترك الثابت في شكل طائرة تملأ محيط الدوار بالكامل. من خلال الجزء الثابت والبطء عبر الدوار ، لا يوجد تغيير صافي في سرعة البخار عبر المرحلة ، ولكن يتم تقليل الضغط ودرجة الحرارة ، مما يعكس العمل الذي تم في المسرح بواسطة محرك الدوار.

التشغيل والصيانة

نظرًا للضغوط العالية المستخدمة في دائرة البخار والمواد المستخدمة ، فإن التوربينات البخارية وأغلفةها لها الجمود الحراري العالي. عند استخدام التوربينات المسبقة ، يحتوي صمام الإغلاق على البخار الرئيسي (بعد الغلاية) بخار لتجاوز الصمام ببطء والاستمرار في تسخين الخط والتوربين في النظام. أيضًا ، عندما لا يكون هناك بخار ، تنخرط تروس الدوران في تدوير التوربين ببطء لضمان التدفئة حتى لمنع التوسع غير المتكافئ. يتم تشغيل التوربين أولاً عن طريق قلب الترس ، مما يمنح الوقت الدوار لتولي طائرة مستقيمة (بدون ثني) بعد ذلك ، يدخل ترس الدوران والبخار في التوربين ، أولاً في شفرات العجلات الخلفية ، ثم ببطء في شفرات العجلات الأمامية عند 10-15 دورة في الدقيقة (0.17-0.25 هرتز) لتسخين إجراءات الاحماء التوربينية ببطء لتوربينات البخار الكبيرة قد تتجاوز عشر ساعات.

أثناء التشغيل العادي ، يؤدي اختلال التوازن الدوار إلى الاهتزازات التي ، بسبب سرعات الدورانية العالية ، تتسبب في انفصال الشفرات عن الدوار وتمر عبر الغلاف. لتقليل هذا الخطر ، يتم إنفاق الكثير من الجهد على التوازن بين التوربين تعمل التوربينات ببخار عالي الجودة: بخار (جاف) أو بخار مشبع مع جفاف عالٍ. هذا يمنع تأثير الشفرة السريعة والتآكل (ترحيل الرطوبة) الذي يحدث عند رش المكثف يمكن أن تلحق الضرر بمحامل الدفع الخاصة بعمود التوربينات. لمنع ذلك ، إلى جانب الضوابط والحروف في الغلاية لضمان تركيبات البخار عالية الجودة ، يتم تثبيت مصارف مكثفة في أنابيب البخار المؤدية إلى التوربينات.توربينات البخار الحديثة لها متطلبات صيانة بسيطة وتكلفة منخفضة (عادةً حوالي 0.005 دولار لكل كيلو وات ساعة ؛ عادة ما تتجاوز عمر خدمتهم 50 عامًا.

تنظيم السرعة

يعد التحكم في التوربينات مع المحافظ ضروريًا لأن التوربينات تحتاج إلى تشغيل ببطء لمنع الأضرار ، ويمكن أن تتطلب بعض التطبيقات ، مثل توليد التيار المتناوب ، التحكم الدقيق للسرعة. وصمامات الخانق التي تتحكم في تدفق البخار إلى التوربين لإغلاق. إذا فشلت هذه الصمامات ، يمكن أن تستمر Turbo في التراجع حتى تتفكك ، عادةً ما تكون كارثية. التوربينات مكلفة لتصنيع وتتطلب تصنيع الدقة ومواد ذات جودة خاصة.أثناء التشغيل العادي المتزامن مع الشبكة ، تستخدم محطة توليد الطاقة التحكم في سرعة التدوير بنسبة 5 ٪ من العادة أن التغيير في السرعة صغير. يتم ضبط توصيل القوة عن طريق زيادة منحنى التدوير ببطء عن طريق زيادة ضغط الربيع على الحاكم الطرد المركزي. للرد على التغييرات اللحظة في التردد دون الاعتماد على الاتصالات الخارجية.