A паровая турбина это машина, которая извлекает тепловую энергию из пар под давлением и использует ее для выполнения механической работы на вращающемся выходном валу. Его современное представление было изобретено Чарльзом Парсонсом в 1884 году. Производство современных паровых турбин включает в себя продвинутую металлообработку, используя методы, впервые увиденные в 20-м веке для формирования высококлассных стальных сплавов в точные детали; Продолжающиеся достижения в области долговечности и эффективности паровых турбин остаются отличительной чертой ядра энергетической экономики 21 -го века.Паровая турбина - это форма теплового двигателя, где большая часть улучшений термодинамической эффективности связана с использованием нескольких стадий в расширении пара, что приводит к обратимому процессу расширения, который ближе к идеальному.
Поскольку турбина производит вращательное движение, она может быть связана с генератором для преобразования своего движения в электрическую энергию. Этот турбинный генератор является сердцем тепловой электростанции, которая может быть заправлена ископаемым топливом, ядерным топливом, геотермальной или солнечной энергией. В 2014 году около 85 процентов производства электроэнергии в Соединенных Штатах поступили из паровых турбин.
По состоянию на 2021 год одной из крупнейших паровых турбин в мире является Арабель, турбина, построенная GE, основанная на оригинальном дизайне Алстома. Турбина Арабель имеет диаметр 7 м, весит 4000 тонн и вращается на 1500 об / мин. В типичной ядерной установке также требуется 4000 тонн опорных стальных конструкций, а также 1000 тонн насосов, клапанов и трубопроводов.
Технические проблемы включают дисбаланс ротора, вибрацию, износ подшипника и неровное расширение (все формы теплового шока). В больших установках даже самые прочные турбины могут встряхивать себя, когда закончится мелодия.
Типы 
Паровые турбины бывают разных размеров, из небольших единиц <0,75 кВт (<1 л.с.), используемых в качестве механических приводов для насосов, компрессоров и другого оборудования, управляемого валом (редко), до 1500 МВт (200 000 000 л.с. электричество. Есть несколько классификаций современных паровых турбин.
Клинок и дизайн сцены
Существует два основных типа турбинных лезвий, лезвий и форсунок. Лезвия движутся исключительно из -за влияния пар на них, их профиль не сходится. Это приводит к снижению скорости пара и, по сути, отсутствию падения давления, когда пар перемещается через лезвия. Турбины, состоящие из чередующихся лезвий и фиксированных форсунок Называемые импульсные турбины, турбины Curtiss, латовые турбины или коричневые турбины. Соплавы похожи на лопатки, но их профили сходятся рядом с выходом. Это приводит к падению пар и увеличению скорости, когда он движется через сону. Движение сопла связано с воздействием пара на форсунку и реакцией высокоскоростного пар на выходе. Тебилы, состоящие из чередующихся подвижных и фиксированных форсунок, называются реактивными турбинами или турбинами Парсонса.За исключением применений с низкой мощностью, лезвия турбины расположены последовательно на нескольких этапах, известных как составное значение, что значительно повышает эффективность на низких скоростях. Таблица реакции представляет собой ряд фиксированных форсунок, за которыми следуют ряд движущихся форсунок. Падение давления между входом пара и выхлопными газами во многие небольшие капли, создавая турбину с соединением давления. Перемещение лопастей с несколькими составными этапами. Это также известно как турбина Rateau, названное в честь ее изобретателя. Стадия импульса скорости составной скорости (изобретена Curtis, также известная как колесо Curtis ") представляет собой ряд фиксированных сопла. Два или более рядов движущихся лезвий, чередующиеся с рядами фиксированных лезвий. Это расщепляет скорость всей стадии на несколько меньших капель. [20] ряд импульсных стадий с помощью скорости, известных как соединительные турбины, скорость давления.К 1905 году, когда паровые турбины начали использоваться на кораблях Clipper (например, HMS-Dreadnought) и на наземных силовых приложениях, было установлено, что целесообразно использовать одно или несколько колес Curtiss в начале нескольких стадий (где Давление пара было самым высоким), после чего следовал фаза реакции. Использование пар высокого давления является более эффективным из -за уменьшения утечки между турбинным ротором и корпусом. Это проиллюстрировано на немецком рисунке морской турбины AEG. при высоком давлении на правой стороне через дроссельный клапан, который вручную управляется оператором (в данном случае моряк называется дроссельным клапаном). Он проходит через пять колес Curtiss и множество этапов реакции (небольшие лопы на краю Два больших ротора в середине) перед выходом при низком давлении и почти наверняка в конденсатор. Конденсатор обеспечивает вакуум, чтобы максимизировать извлечение энергии из пара и конденсирует пара в питательную воду для возвращения в TH e котел. На левых-несколько дополнительных этапов реакции (на двух больших роторах), которые противоречат турбинам для обратной работы, при этом пар вступает через отдельный дроссельный заслон. Поскольку суда редко работают в обратном порядке, эффективность не является приоритетом для обращения турбины, поэтому только несколько этапов используются для экономии стоимости.
Дизайн лезвия
Основной проблемой в конструкции турбины является уменьшение ползучести лезвия. Действие до высоких температур и напряжений работы, материалы паровой турбины могут снимать эти механизмы. Creep становится важным, так как температура повышается для повышения эффективности турбины. Чтобы ограничить ползучесть, тепловые покрытия и суперсплавы с твердым укреплением раствора и укрепление границы зерна используются в конструкции лезвия.Защитные покрытия используются для уменьшения теплового повреждения и ограничения окисления. Оксидное покрытие ограничивает потерю эффективности от накопления на внешней стороне лезвия, что особенно важно в условиях высокой температуры.Вставки на основе никеля спланированы алюминиевым и титаном для прочности и устойчивости к ползучести. Микроструктура этих сплавов состоит из областей отдельного состава. Прочность и сопротивление ползучести лезвия.
Рефрактерные элементы, такие как Rhenium и Ruthenium, могут быть добавлены в сплав, чтобы увеличить прочность ползучести. Добавление этих элементов уменьшает диффузию гамма -фазы, сохраняя тем самым устойчивость к усталости, силу и устойчивость к ползучести.
Поставка пара и условия выхлопных газов
Типы турбин включают конденсацию, не сознание, разогреть, извлечение и индукцию.
Конденсирующие турбины
Конденсирующие турбины чаще всего встречаются на электростанциях. Эти турбины получают пар котла и разряжаются его в конденсатор. Выходной пар находится при давлении, значительно ниже атмосферного давления и находится в частично конденсированном состоянии, обычно близко к 90% по массе Анкет
Не конденсирующие турбины
Неконденсирующие турбины наиболее широко используются в приложениях Process Steam, где пара выходит из турбины и используется для других целей. Давление выхлопных газов контролируется регулирующим клапаном для удовлетворения потребностей процесса давления пара. Они обычно встречаются на нефтеперерабатывающих заводах. , районные нагревательные установки, мякоть и бумажные мельницы и опреснительные сооружения, где требуется большое количество процесса процесса низкого давления.
Разогреть турбины
Перегрев турбины также используются почти исключительно на электростанциях. В турбине переделожника поток пара выходит из секции высокого давления турбины и возвращается в котел, где добавляется дополнительное перегрев. Затем пара возвращается к промежуточному разрез где он продолжает расширяться. Использование разогрева в цикле увеличивает выход работы турбины, и расширение заканчивается до конца пара, минимизируя эрозию последних нескольких рядов лезвий. В большинстве случаев максимальное количество переживаний, используемых в цикле, составляет 2, как Стоимость перегретых паров сметает увеличение производства работы турбины.
Извлечение турбин
Экстракционные турбины распространены во всех применениях. В извлечении паровых турбин, пара выделяется с различных этапов турбины для использования в промышленных процессах или отправляется на нагреватели для питательных водоснабжения котла для повышения общей эффективности цикла. Поток экстракции может контролироваться или неконтролируемым. . Извлеченный пара приводит к потере мощности на нижних этапах турбины.Индукционные турбины вводят пара низкого давления на средней стадии, чтобы генерировать дополнительную мощность.
