Türbinlerde ve jet motorlarında, termal enerjinin mekanik enerjiye dönüştürülmesi, gaz jetinin dış kinetik enerjisinin katılımıyla gerçekleşir. Türbinlerde, bir gaz veya buhar jetinin kinetik enerjisi, jet motorlarında tekerlek torkuna neden olur - memenin çıkışında reaktif bir kuvvet. Bir meme, gazın geçişi sırasında, geçiş hızındaki bir artış ve basınçtaki bir azalma ile genişlediği, çalışma sıvısının potansiyel enerjisinin kinetiğine dönüştüğü bir kanaldır.

Bir gazın bir memeden geçerken potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye geçiş süreci, termodinamiğin birinci yasası kullanılarak açıklanabilir.

Nozul girişindeki gazın basıncını, özgül hacmini, özgül iç enerjisini ve hızını enine alanı ile gösterelim.

Süpersonik hızlar elde etmek için, türbinler, gazın genişleyen kısımda genişlemeye devam ettiği ve bunun sonucunda çıkış hızının kritik bir değeri aştığı bir daralan ve ardından genişleyen parçalardan (Laval nozullar) oluşan kombine nozullarla donatılmıştır.

Buhar türbinlerinin montajı ve çalışma prensibi

Buhar türbini, kanatlı bir motor olarak sınıflandırılır. Çalışma gövdesi, kavisli bıçaklardan oluşan bir taç ile bir şaft üzerine monte edilmiş bir disktir. Kanatların önüne bir dizi basit veya birleşik meme yerleştirilmiştir. Nozullar türbinin sabit kısmıdır; gövdeye veya diyaframa bağlıdırlar.

Türbin dönen parçaları takımı şafttır, çalışan bıçaklı diskler rotorudur ve sabit parçalar statordur. Türbin statoru, bir temel çerçevesi, bir ayrık çelik veya dökme demir mahfaza, milin mahfazadan geçtiği noktalarda labirent contalar, mahfazanın içindeki boşluğu ayrı bölmelere bölen bir meme ızgaralı diyaframlar - basınç aşamalarından oluşur.

Türbinin çalışma prensibi, çalışma sıvısı içinden geçtiğinde çalışma bıçaklarının oluşturduğu meme ızgaralarında ve kanallarda meydana gelen iki işlemle açıklanabilir - buhar veya gaz.

Nozullarda buharın potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüştürülür; bir buhar jetinin etkisi altındaki kanat kanalında, kanatlara etki eden ve türbin rotorunun dönmesine neden olan bir merkezkaç kuvveti ortaya çıkar. Şaft bir akım üretecine bağlandığında mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülür.

Tek diskli bir türbinde buhar jetinin kinetik enerjisini tam olarak kullanmak mümkün değildir. Bunun çoğu türbinden çıkan buharın çıkış hızı ile kaybedilir, bu da türbinin verimini düşürür. Ayrıca akım jeneratörleri için aşırı yüksek hız gerekli değildir. Açısal hızı azaltmak ve türbinin verimini artırmak için çok kademeli - hız ve basınç kademeli olarak yapılırlar.

Çalışma prensibine göre, şaftın dönmesine neden olan kuvvetlerin doğasına bağlı olarak türbinler aktif ve reaktif olarak ikiye ayrılır. Jet türbinlerinin bir özelliği, kanatların asimetrik şeklidir ve eğrisel olarak sivrilen kanallar oluşturur. Bu tür kanallardan geçerken, memenin çıkışındaki buhar, bağıl hızını artırarak genişlemeye devam eder. Bu, merkezkaç kuvvetine ek olarak, kanatlara etki eden reaktif bir basınç kuvvetine neden olur.

Aktif prensibe göre çalışan türbinler simetrik kanat şekline ve hemen hemen sabit kesitli kanat kanalına sahiptir. Bu nedenle içlerindeki basınç düşüşü ve buhar hızındaki artış sadece nozüllerde meydana gelir, rotor kanatlarında sadece buharın kinetik enerjisi kullanılır.

Bir disk üzerindeki türbin, iki paralel kanat tacına sahiptir. Bunların arasında, her sıranın kanatlarına etki eden kuvvetin bir yönünü korumak için buhar jetinin bir tepeden diğerine yumuşak geçişi için sabit kılavuz kanatlar bulunur. p0'dan p\'ye kadar olan basınç sadece nozüllerde düşer, rotor kanatlarında sabit kalır. Nozullarda bir basınç düşüşü ile, iki sıra rotor kanatları arasında eşit olarak dağıtılan kinetik enerji artar ve türbin yığınında işe dönüşür. Sürtünmeden kaynaklanan bir miktar enerji kaybı nedeniyle kılavuz kanatlardaki hız değişimi çok küçüktür. Türbinler düşük verimliliğe ve düşük güce sahiptir; küçük güçteki makineleri (santrifüj pompalar, vb.) sürmek için kullanılırlar.

Buhar türbinlerinin çeşitleri ve kullanım alanları

Buhar türbinleri esas olarak termik santrallerdeki sabit kurulumlarda akım jeneratörlerini çalıştırmak için, daha az sıklıkla küçük endüstriyel kurulumlarda fanları ve pompaları çalıştırmak için kullanılır.

Isıl işlemin doğasına göre türbinler, buharın tamamının yoğuşturucuya bırakılması ile yoğuşma ve buharın bir kısmının veya tamamının ara basınçtan alındığı kojenerasyon (kontrollü buhar çıkarma ve geri basınç türbinleri ile yoğuşma) olarak ikiye ayrılır. Endüstriyel ihtiyaçlar, ısıtma ve sıcak su temini için aşamalar. Kojenerasyon türbinlerini kullanırken (CHP'lerde) genel yakıt ısısı kullanım faktörü %80 veya daha fazlasına ulaşır.

Canlı buharın parametrelerine göre, orta basınç 3.43 MPa ve 708 K (435 ° C), yüksek basınç 8.8 MPa ve 808 K (535 ° C), yüksek basınç 12.75 MPa ve bir sıcaklık türbinleri vardır. 838 K (565 °C) sıcaklık ve süperkritik parametreler: 23,55 MPa basınç ve 838 K (565 °C) sıcaklık.

Gövde (silindir) sayısına göre türbinler tek silindirli, iki silindirli ve çok silindirli olabilir.

Aşama sayısına göre - süper kritik buhar parametrelerinde 800 MW'a kadar tek aşamalı (düşük güç) ve çok aşamalı aktif ve reaktif düşük, orta ve yüksek güç türleri.

Buhar türbinlerinin diğer motorlara göre avantajları vardır. Tek bir ünitede yüksek güç ve yüksek verim elde etmeyi, her türlü yakıtı buhar üretmek için kullanmayı, bunlarda harcanan enerjiyi buhar veya sıcak su üretmek için kullanmayı; nispeten küçüktür ve operasyonda güvenilirdir.