PARNA TURBINA

UNIVERZA V LJUBLJANIFAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO

ODDELEK ZA FIZIKO

PARNA TURBINASeminarska naloga pri predmetu Jedrska tehnika in

energetika(2010/11)

Profesor: Iztok TiseljUrška Tomšič,

Škofja Loka, 09.12.2010

TURBINA•Kaj je turbina?

-SSKJ: turbina - pogonski stroj z lopatami, ki spreminja pogonsko energijo pare, plina ali vode v mehansko delo.

oz. pretvarja različne vrste primarne energije v mehansko energijo.•Kakšne turbine poznamo? -Poznamo vodne turbine, vetrne turbine, parne turbine, plinske turbine,…

PARNE TURBINE•Kaj je parna turbina?Naprava/toplotni stroj, ki spremeni toplotno energijo zbrano v pari visoke temperature invisokega tlaka v mehansko delo --> vrtenje turbinske gredi (rotorja) in z njo vezanega generatorja

-proizvodnja elektrike-pogon velikih ladij-pogon delovnih strojev-redko za pogon vozil ali drugih strojev.

•Kje se uporabljajo?-Termo elektrarne, jedrske elektrarne, toplarne, plinsko-parne elektrarne, geotermalne elektrarne…, ladijske parne turbine…

- PARNE TURBINE IN ELEKTRARNE: Parne turbine: nepogrešljiv člen pri proizvodnji elektrike za - PARNE TURBINE IN ELEKTRARNE: Parne turbine: nepogrešljiv člen pri proizvodnji elektrike za termoelektrarne in za jedrske elektrarne. Razlika: toplotna energija v termoelektrarnah --> parni kotli

toplotna energija v jedrskih elektrarnah --> jedrski reaktor

•Glavni deli turbineOhišje, ležaji, tesnila, šobe in gred z rotorjem. Rotor ima na obodu lopatice.

-Turbina potrebuje tudi dotok pare z regulacijskimi ventili in sistem mazalnega olja.

-ŠOBE: Skupine posebno oblikovanih kanalov, navadno v statorskem delu turbine pred prvo rotorsko stopnjo. Usmerjajo curek pare na turbinske lopatice. V uporabi sta dve vrsti šob: konvergentne in konvergentno-divergentne. (zgornja slika)

-TURBINSKO LOPATJE: Mirujoče in gibljive lopatice. Mirujoče lopatice so vstavljene v statorski del turbine – oblikujejo statorske kanale oz. vodilne kanale (statorsko lopatje vezano na mirujoči del). Gibljive/gonilne lopatice pa so vstavljene v kolut rotorja – oblikujejo rotorske kanale oz. gibljive kanale (rotorsko lopatje vezano na vrteč se rotor).

•Vrste parnih turbinTurbine delimo glede na: Premikanje pare skozi turbinski rotor:

-Aksialne turbine - Para se premika skozi turbinske kanale vzporedno z vrtilno osjo.(Teh turbin je največ)

-Radialne turbine - Para se premika skozi turbinske kanale v radialni smeri,(Zelo dober izkoristek, najboljši med parnimi turbinami)

Tlak vstopne pare: visokotlačne, srednjetlačne in nizkotlačne, ter kombinirane

Stanje pare na izstopu iz turbine (tlak izstopne pare):-Protitlačne turbine - Para zapušča turbino s tlakom večjim od tlaka okolice --> tehnološki ali kemični procesi – npr. ogrevanje… ( Protitlak znaša caa 6-9bar, lahko tudi do 15 barov)( Protitlak znaša caa 6-9bar, lahko tudi do 15 barov)

-Kondenzacijske turbine - Para zapušča turbino s tlakom nižjim odatmosferskega (med 0.03 in 0.04 bara). V kondenzacijskih turbinah se para vodi iz turbine kondenzator, kjer kondenzira. Potem se kondenzat segreva in črpa nazaj v uparjalnik.

Način ekspanzije pare v turbini oz. razporeditev tlakov:

-Enakotlačne/Akcijske turbine – Kanali med lopaticami STATORJA so oblikovani konvergentno (presek se vzdolž kanala zmanjšuje). Hitrost pare se zato povečuje, tlak pare pa zmanjšuje. Kanali med lopaticami ROTORJA pa imajo konstanten presek, tako da se v njih hitrost in tlak pare ne spreminjata --> Tlak pare na vstopu in izstopu rotorskega kanala je enak.

-Nadtlačne/Reakcijske turbine – Del tlačne energije se spreminja v kinetično v statorskih kanalih, ostanek pa v rotorskih kanalih. To dosežemo tako da so kanali konvergentni v STATORJU in ROTORJU. Tlak setorej manjša v statorju in v rotorju, tako da se hitrost pare povečuje tudi v rotorju.

S padcem tlaka se povečuje volumen vodne pare, zato se morajo povečevati tudi površine lopatic.

•Princip delovanja parne turbine

Najprej se entalpija pare pretvarja v kinetično energijo. To poteka v šobah, deloma pa tudi na lopaticah statorja in rotorja. (odvisno od vrste parne turbine) --> iz kinetične energije pare dobimo koristno delo na rotorju (večja kot sta masni pretok pare in entalpijski padec, več mehanskega dela dobimo)

Para vstopa v šobo z velikim tlakom in majhno hitrostjo --> v šobi para ekspandira in le-to zapušča z veliko hitrostjo in majhnim tlakom - -> vstopa v mirujoče lopatice ,ki tvorijo konvergentne kanale in usmerjajo paro na gibljive lopatice --> para izstopa iz kanalov z veliko hitrostjo in nadaljuje pot v kanale rotorskih lopatic --> Te s svojo razvito obliko pari spremenijo pretočno smer, pri tem pa para odda velik del svoje energije v obliki sile na lopatico, le-ta pa vrti turbinski rotor - -> s tem pa poganjamo npr. električni generator ali kakšen drug delovni stroju. Para zapušča turbinski rotor in turbino z znatno zmanjšano hitrostjo.

-Kaj bi se zgodilo če bi hoteli izkoristiti hitrost pare le v eni stopnji rotorskih lopatic?Teoretično je možno celotno tlačno razliko pare porabiti za povečanje njene hitrosti v eni sami šobi --> tako turbina z enim gonilnikom doseže zelo veliko hitrost (lahko do 30000 vrtljajev /min) --> to lahko povzroči hude okvare na turbini (npr. tolikšne centrifugalne sile, da bi se kolesa razletela), poleg tega pa bi dobili velike torne izgube.

-Rešitev: Število vrtljajev glavne gredi zmanjšamo z več zapored postavljenih stopenj (en statorski in rotorski del tvorita eno turbinsko stopnjo) --> večstopenjske turbine.Pri tem v več zaporednih stopnjah v celoti izkoriščamo parno energijo, in tako dosežemo višji izkoristek in zmanjšamo izgube.

--> Curtisovo kolo: postopno izkoriščamo hitrost pare. (Imenujemo ga tudi hitrostna stopnja)Curtisovo kolo že na začetku predela velk padec tlaka in tako so ostale stopnje lahko grajene za nižje tlake. (Dejanske izvedbe ostale stopnje lahko grajene za nižje tlake. (Dejanske izvedbe turbin so običajno kombinacija postopnega izkoriščanja Curtisovega kolesa, akcijskega principa in reakcijskega principa.) Vsa kolesa z lopaticami so na isti gredi, zato se vsa vrte enako hitro. Od stopnje do stopnje je tlak nižji, s padcem tlaka se povečuje volumen vodne pare, zato se mora povečevati tudi površina lopatic.

Animacija delovanja statičnih in rotorskih lopatic vosokotlačne turbine + pot pare: (Samo del od 2.49 – 3.14)http://www.youtube.com/watch?v=1bl1Q3V_79I

(Jedrske elektrarne): NUKLEARNA ELEKTRARNA KRŠKO-Sekundarni krog: Sekundarni krog sestavljajo: uparjalnika, turbine, generator, kondenzator, napajalne črpalke in cevovodi

•Glavna turbina jedrske elektrarne krškoAksialna kondenzacijska turbina z odjemi za regenerativno gretje kondenzata. Turbina je sestavljena iz enega visokotlačnega in dveh nizkotlačnih delov.

Sekundarni krog: uparjalnika, turbine, generator, kondenzator, napajalne črpalke in cevovodi.generator, kondenzator, napajalne črpalke in cevovodi..

VISOKOTLAČNI DEL:Visokotlačne turbine so izvedene z 12 enakotlačnimi stopnjami. (Nadtlačne se tu ne obnesejo)Visoko tlačni del ima dvojni natok v nasprotnih smereh. Para vstopa vstopa v visokotlačni del skozi štiri regulacijske ventile (po dva na vsaki strani), ti pa so povezani z visokotlačnim ohišjem preko štirih cevovodov (dva vodita paro na spodnji del, dva pa na zgornji del ohišja). Nato pa para teče aksialno v obe smeri skozi 12 nadtlačnih stopenj, ter izstopa na spodnjem delu ohišja. Od tu vodijo paro spodnji povezovalni cevovodi v dva izločevalnika vlage. ( Nuklearne elektrarne: proizvodnja pare relativno nizkih parametrov, zato se pojavlja vlaga (korozija) v pari, ki zahteva odvajanje kondenzata v vseh stopnjah ekspanzije)

Animacija delovanja vosokotlačne parne turbine: (Samo del od 1.58 – 3.40)-pot pare skozi regulacijske ventile v visokotlačni del turbine…http://www.youtube.com/watch?v=fERdl_6cu28

NIZKOTLAČNA DELA:Po gornjih vezanih cevovodih (skozi zaporne in prestrezalne ventile) se vrača para iz izločevalnika vlage v obe nizkotlačni turbini. Vsaka nizkotlačna turbina ima dvojni natok z 10 nadtlačnimi stopnjami v vsaki smeri

Po končani ekspanziji odteka para v dva kondenzatorja ki stojita vsak pod svojo nizkotlačno turbino.V kondenzatorju toploto odvede hladilna voda, vzeta iz Save nad pretočim jezom. Kapljevina, očiščena v sistemu za prečiščevanje kondenzata, se nato vrača v uparjalnik s pomočjo treh črpalk kondenzata. Hladilna voda kondenzatorja se vrača iz kondenzatorja v reko. Pri nižjih pretokih vključijo hladilne stolpe in del hladilne vode se skoznje vračajo v kondenzator.

Temperatura vode Save lahko po mešanju s hladilno vodo naraste največ za 3°C in ne sme preseči 28°Cnaraste največ za 3°C in ne sme preseči 28°C

Garantirana moč turbine 664477 kW

Vrtilna hitrost 1500/min

Tlak pare na vstopu v visokotlačno turbino 59 bar

Temperatura pare na vstopu v visokotlačno turbino 275,7 ˚C

Temperatura vmesnega pregrevanja 260,5 ˚C

Tlak pare na izstopu iz nizkotlačne turbine 0,05 bar

Tehnični podatki o turbini--> Skozi turbino, ki se vrti s 1500 obrati na minuto, steče vsako sekundo 1030 kg pare z vstopno temperaturo 275,7 °C. Tlak pare se v visokotlačnem delu turbine zniža do tlaka 8,1 bar, nato pa se v dveh nizkotlačnih delih zniža do kondenzacijskega tlaka (0,05 bar oz. 5 kPa).--> Toplotni izkoristek jedrske elektrarne Krško je približno 33%.

Tlak pare na izstopu iz nizkotlačne turbine 0,05 bar

•Zanimivost-Električna moč sodobne parne turbine je presegla 1300 MW,kar je dvakrat več, kot je električna moč največjih vodnih turbin, približno petkrat več kot je električna moč največjih plinskih turbin in vsaj desetkrat več kot je moč največjih motorjev z notranjim zgorevanjem.

Animacija sestavnih delov parne turbine: Postopno razstavljane turbine, od ohišja pa vse do notranjih delov…http://www.youtube.com/watch?v=LadOEB42h-I

HVALA LEPA ZA POZORNOST! =)

Viri- http://d111.fnm.uni-mb.si/tehnika-old/vsebina/projekti/energetika/turbine.html- http://www2.arnes.si/~afirma/pouk/parne_turbine.htm- http://www.fiz.uni-lj.si/~stipe/sola/energvir/Seminarji08_09/Parne%20turbine.pdf- http://lab.fs.uni-lj.si/kes/LTE/TP/TP_predavanje11.pdf- http://www.lu-rogaska.si/f/docs/E-gradiva/EL-ENERG_SISTEMI-ELEKTRARNE.pdf- http://fs-server.uni-mb.si/si/inst/iepoi/ltstm/%C5%A1tudijsko%20gradivo/Toplotni%20stroji%20VS.pdf- http://fs-server.uni-mb.si/si/inst/iepoi/ltstm/%C5%A1tudijsko%20gradivo/Toplotni%20stroji%20VS.pdf-http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:OD491f3NXnQJ:www.dijaski.net/get/fiz_ref_jedrska_elektrarna_krsko_01.pdf+Turbina+je+sestavljena+iz+enega+visokotla%C4%8Dnega+in+dveh+nizkotla%C4%8Dnih+delov.&hl=sl&pid=bl&srcid=ADGEESi58KnNL4jOKSYkBnG6BRn1kjmyqpysaW90JrQPWjvNeQ69Ya4EANARSs4twGDlt0L7t7q2EtOfpj--1I4dj0CMMTirzMLiIS_7MdsK_iyP6e62ny4CeTVuK4hkX045wIEqQla_&sig=AHIEtbSWHuGwsguWZ6tYRvfCKvDOvpwZgQ

- http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:PXSkirAZCcgJ:www.student-info.net/sis-mapa/skupina_doc/fe/knjiznica_datoteke/1231194732_zip_vsebina_pee___termo_del_skripta_2004_05___za_ucenje.doc+termodinamika+in+sistemi&cd=4&hl=sl&ct=clnk- http://www.nek.si/sl/o_nek/- http://en.wikipedia.org/wiki/Turbine-http://en.wikipedia.org/wiki/Steam_turbine

.

.

.