وحدة مولد التوربينات البخارية

A توربينات البخار هي آلة تستخرج الطاقة الحرارية من البخار المضغوط وتستخدمها لأداء العمل الميكانيكي على عمود الإخراج الدوار. اخترع تشارلز بارسونز تمثيله الحديث في عام 1884. ويشمل تصنيع التوربينات البخارية الحديثة تشغيل المعادن المتقدمة ، وذلك باستخدام التقنيات التي شوهدت لأول مرة في القرن العشرين لتشكيل سبائك فولاذية عالية الجودة في أجزاء دقيقة ؛ لا يزال التقدم المستمر في متانة التوربينات البخارية والكفاءة سمة مميزة لنواة اقتصاديات الطاقة في القرن الحادي والعشرين.التوربينات البخارية هي شكل من أشكال المحرك الحراري حيث تأتي معظم التحسينات في الكفاءة الديناميكية الحرارية من استخدام مراحل متعددة في توسيع البخار ، مما يؤدي إلى عملية توسع قابلة للعكس أقرب إلى المثالية.

نظرًا لأن التوربينات ينتج حركة الدوران ، يمكن اقترانه بمولد لتحويل حركته إلى الطاقة الكهربائية. في عام 2014 ، جاء حوالي 85 في المائة من توليد الكهرباء في الولايات المتحدة من التوربينات البخارية.

اعتبارًا من عام 2021 ، أحد أكبر التوربينات البخارية في العالم هو أرابيل ، وهو توربين تم بناؤه بواسطة GE على أساس التصميم الأصلي لـ Alstom. يبلغ قطر التوربينات أرابيل 7 أمتار ، ويزن 4000 طن ويدور عند 1500 دورة في الدقيقة. في التثبيت النووي النموذجي ، هناك حاجة أيضًا إلى 4000 طن من هياكل الصلب الداعمة ، إلى جانب 1000 طن من المضخات والصمامات والأنابيب.

تشمل التحديات الفنية اختلال التوازن الدوار والاهتزاز وارتداء الحمل والتوسع غير المتكافئ (جميع أشكال الصدمة الحرارية). في المنشآت الكبيرة ، حتى التوربينات الأكثر ثباتًا يمكن أن تهتز نفسها عندما تنفد من اللحن.

الأنواع

تأتي التوربينات البخارية في مجموعة متنوعة من الأحجام ، من وحدات صغيرة <0.75 كيلو واط (<1 حصان) تستخدم كمحركات ميكانيكية للمضخات والضواغط وغيرها كهرباء. هناك العديد من التصنيفات للتوربينات البخارية الحديثة.

تصميم الشفرة والمرحلة

هناك نوعان أساسيان من شفرات التوربينات والشفرات والفوهات. تتحرك الشفرات فقط بسبب تأثير البخار عليها ، ولا تتلاقى ملفها الشخصي تسمى التوربينات الدافعة ، توربينات كورتيس ، توربينات لاتو أو توربينات بنية اللون البني. تبدو الفوهات مشابهة للعبارات ، لكن ملفات تعريفها تتقارب بالقرب من المخرج. وهذا يتسبب ترجع حركة الفوهة إلى تأثير البخار على الفوهة وتفاعل البخار عالي السرعة في المنفذ. ويسمى التوربينات التي تتكون من الفوهات المنقولة والثابتة التوربينات التفاعلية أو توربينات بارسونز.باستثناء تطبيقات الطاقة المنخفضة ، يتم ترتيب شفرات التوربينات في سلسلة في مراحل متعددة ، والمعروفة باسم المركبة ، والتي تحسن بشكل كبير من الكفاءة بسرعة منخفضة. انخفاض الضغط بين مدخل البخار والعادم إلى العديد من القطرات الصغيرة ، مما يخلق توربينات مركبة الضغط. يمكن أن تكون مراحل الضغط مركبة للضغط ، أو مركبة السرعة ، أو مركب سرعة الضغط. إن نقل الدوارات مع مراحل مركبة متعددة. يُعرف هذا أيضًا باسم Turbine Rateau ، الذي سمي على اسم المخترع. مرحلة نبض السرعة المركب (التي اخترعها Curtis ، والمعروفة أيضًا باسم "Wheel ") هي صف من الفتحات الثابتة تليها صفين أو أكثر من الشفرات المتحركة ، بالتناوب مع صفوف من الشفرات الثابتة. هذا يقسم انخفاض سرعة المرحلة بأكملها إلى عدة قطرات أصغر. [20] سلسلة من مراحل الدافع المترتبة على السرعة المعروفة باسم توربينات مركبة السرعة.بحلول عام 1905 ، عندما تبدأ التوربينات البخارية في استخدام سفن Clipper (مثل HMS Dreadnought) وتطبيقات الطاقة القائمة على الأرض ، تم تحديد أنه من المستحسن استخدام عجلات كورتيس واحدة أو أكثر في بداية مراحل متعددة (حيث كان ضغط البخار أعلى) ، تليها مرحلة التفاعل. استخدام البخار عالي الضغط يكون أكثر كفاءة بسبب انخفاض التسرب بين دوار التوربينات والغلاف. ويتضح هذا في رسم ألماني 1905 لتوربينات البخار البحرية AEG. عند الضغط العالي على الجانب الأيمن من خلال صمام خنق ، يتم التحكم فيه يدويًا بواسطة المشغل (في هذه الحالة ، يطلق على البحارة صمام الاختناق). الدواران الكبيران في الوسط) قبل الخروج عند الضغط المنخفض وبالتأكيد تقريبًا في المكثف. يوفر المكثف فراغًا لزيادة استخراج الطاقة من البخار وتكثيف البخار في مياه التغذية للعودة إلى ال e boiler.on the refiour العديد من مراحل رد الفعل الإضافية (على الدوارين الكبيرين) التي تدور حول التوربينات للتشغيل العكسي ، مع دخول البخار من خلال خانق منفصل. نادراً ما تعمل السفن في الاتجاه المعاكس. التوربينات ، لذلك يتم استخدام مراحل قليلة فقط لتوفير التكلفة.

تصميم شفرة

يتمثل أحد التحديات الرئيسية في تصميم التوربينات في تقليل زحف الشفرة. يصبح الزحف مهمًا حيث يتم زيادة درجة الحرارة من أجل تحسين كفاءة التوربينات. يتم استخدام الحد من الزحف والطلاء الحراري والرسم الفائق مع تقوية المحلول الصلبة وتقوية حدود الحبوب في تصميم الشفرة.تُستخدم الطلاءات الواقية لتقليل الأضرار الحرارية والحد من الأكسدة. وعادة ما تكون هذه الطلاءات مستقرة من السيراميك القائم على الزركونيا. يمكن أن يقتصر التعرض لدرجة حرارة النيكل الفائقة على استخدام الطلاءات الواقية الحرارية. يحد طلاء الأكسيد من فقدان الكفاءة من التراكم في الخارج من الشفرة ، وهو أمر مهم بشكل خاص في بيئات درجة الحرارة العالية.تتمثل الإدراج المستندة إلى النيكل مع الألومنيوم والتيتانيوم للقوة ومقاومة الزحف. تتكون البنية المجهرية لهذه السبائك من مناطق من تركيبة مميزة. القوة والزحف مقاومة النصل.

يمكن إضافة العناصر الحرارية مثل الرنيوم والروثينيوم إلى السبائك لزيادة قوة الزحف. إضافة هذه العناصر يقلل من انتشار مرحلة جاما ، وبالتالي الحفاظ على مقاومة التعب والقوة ومقاومة الزحف.

ظروف إمداد البخار والعادم

تشمل أنواع التوربينات التكثيف ، غير الوصايا ، إعادة التسخين ، الاستخراج والتحريض.

توربينات تكثيف

توجد توربينات التكثيف الأكثر شيوعًا في محطات الطاقة. هذه التوربينات تتلقى بخار من المرجل وتصريفها إلى المكثف. البخار الخارجي هو أقل من الضغط الجوي وهو في حالة مكثفة جزئيًا ، وعادةً ما يقترب من 90 ٪ عن طريق الكتلة .

التوربينات غير المتجانسة

تُستخدم التوربينات غير المتجانسة على نطاق واسع في تطبيقات البخار العملية حيث يخرج البخار من التوربينات ويستخدم لأغراض أخرى. يتم التحكم في ضغط العادم بواسطة صمام تنظيم لتلبية احتياجات ضغط بخار العملية. ، منشآت تسخين المناطق ، ومطاحن اللب والورق ومرافق تحلية المياه حيث تكون هناك حاجة إلى كميات كبيرة من بخار عملية الضغط المنخفض.

إعادة تسخين التوربينات

تُستخدم التوربينات المحددة أيضًا بشكل حصري تقريبًا في محطات توليد الطاقة. في التوربينات المعيبة ، يخرج تدفق البخار من قسم الضغط العالي من التوربينات ويعود إلى الغلاية حيث تتم إضافة سخرية إضافية. ثم يعود البخار إلى قسم الضغط الوسيط من التوربين حيث تستمر في التوسع. يؤدي استخدام التسخين في دورة إلى زيادة ناتج العمل في التوربين ، ويصل التوسع إلى نهايته قبل أن يتكثف البخار ، مما يقلل من تآكل الصفوف القليلة الماضية تكلفة تعويضات البخار المحمولة الزيادة في ناتج عمل التوربينات.

استخراج التوربينات

توربينات الاستخراج شائعة في جميع التطبيقات. في التوربينات البخارية الاستخراج ، يتم إطلاق البخار من مراحل مختلفة من التوربينات للاستخدام في احتياجات العملية الصناعية أو إرسالها إلى سخانات مياه التغذية المرجل لتحسين كفاءة الدورة الكلية. . البخار المستخرج يؤدي إلى فقدان الطاقة في المراحل المصب من التوربين.توربينات التعريفية تقدم بخار الضغط المنخفض في المرحلة الوسطى لتوليد قوة إضافية.