Контрольні питання

1. Індикаторна діаграма та ідеальний цикл поршневого компресора.

2. Що таке індикаторна та ефективна потужність компресора?

3. Будова та принцип дії мембранного компресора УК – 1М.

4. Як визначити теоретичну потужність привода компресора при ізотермічному, адіабатному, політропному стиску?

5. Як визначається температура повітря в кінці адіабатного і політропного стиснення в компресорі.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10

Вивчення принципу роботи I конструктивних особливостей парових турбін

Мета роботи:	Ознайомитися iз будовою i принципом роботи парової турбіни, дослідити залежність частоти обертання вала турбіни від тиску пари, що подається на лопаті, та визначити коефіцієнт корисної дії паротурбінної установки.
Прилади та обладнання:	Парогенератор, діюча модель парової турбіни, тахометр, амперметр, вольтметр, електрогенератор постійного струму, лампочка розжарювання 3,5 В.

Теоретичні відомості

Основним двигуном на теплових станціях є парова турбіна (рис.10.1), де процес перетворення теплової енергії у механічну роботу здійснюється безперервно. Робота парової турбіни ґрунтується на витіканні водяної пари і використанні її кінетичної енергії для одержання механічної роботи.

Д

Рис. 10.1. Парова турбіна

ля цього з котельного агрегату перегріта пара високого тиску та високої температури подається до соплового апарата 1 турбіни. У соплах пара розширюється, при цьому кінетична енергія її різко збільшується. Виходячи з великою швидкістю з соплового апарата, пара попадає на лопатки 2, які знаходяться на ободі диска 3, що жорстко закріплений на валу 4.

Пара, яка проходить по криволінійному каналу між лопатками змінює напрямок руху і втрачає швидкість. При цьому пара віддає більшу частину своєї кінетичної енергії лопаткам, перетворюючи її в механічну енергію обертання вала турбіни. Вал і диск з лопатками утворюють ротор турбіни, встановлений у корпусі.

Перетворення кінетичної енергії пари в механічну роботу обертання вала може проходити по активному та реактивному принципах.

Турбіни, в яких розширення пари проходить тільки у соплах, а на робочих лопатках використовується лише кінетична енергія пари при сталому тиску, називають активними. Принцип роботи активної турбіни характеризується такими показниками:

– абсолютна швидкість пари при виході на лопатки відповідає швидкості витікання пари із сопла;

– перетворення енергії тиску пари в кінетичну енергію здійснюється тільки у соплах;

– на робочих лопатках не проходить розширення пари і тому відносна швидкість майже не змінюється;

– корисна робота отримується за рахунок зменшення абсолютної швидкості пари.

Активні парові турбіни використовують для привода невеликих допоміжних механізмів.

Реактивними турбінами називаються такі, в яких розширення пари відбувається не тільки в соплах, а і на лопатках робочого колеса. Це досягається тим, що канал, утворений робочими лопатками, робиться звуженим. Розширення пари в каналах супроводжується її прискоренням по відношенню до робочих лопаток, внаслідок чого пара створює на лопатках турбіни, крім активного тиску, ще й реактивний тиск. Реактивний тиск напрямлений у протилежний бік швидкості витікаючого струменя.

Реактивні турбіни характеризуються такими показниками:

– перетворення потенціальної енергії пари у кінетичну проходить не тільки в соплах, а й на робочих лопатках;

– внаслідок розширення пари у робочих лопатках з різних боків робочого колеса будуть різні значення тисків, тому в турбінах виникають осьові тиски, спрямовані вздовж вала;

– абсолютна швидкість пари на вході завжди більша абсолютної швидкості виходу пари з робочих лопаток.

Порівнюючи активну і реактивну турбіни, можна стверджувати, що основним недоліком реактивної турбіни є виникнення великих осьових зусиль на валу турбіни в порівнянні з активною турбіною.

Реактивні турбіни не одержали самостійного застосування. На практиці застосовують комбіновані турбіни, в яких спочатку пара високого тиску проходить через активну ступінь турбіни, а потім зі зниженим тиском проходить ступені реактивної турбіни.

Потужність і ККД парової турбіни. У паровій турбіні, крім втрат, пов'язаних з вихідною швидкістю відпрацьованої пари, є втрати, які зменшують корисну роботу. Ці втрати поділяють на зовнішні й внутрішні. Внутрішні – це втрати в самій турбіні. Зовнішні – це втрати пари через кінцеві зазори між корпусом турбіни і вихідними кінцями робочого вала, а також механічні втрати (на подолання тертя в підшипниках турбіни).

У парових турбінах розрізняють внутрішню або індикаторну потужність N_i та ефективну потужність N_е, яка знімається з вала турбіни:

N_e = N_і – N_м,

де N_м – потужність механічних втрат.

Якщо взяти потужність ідеальної парової турбіни N₀, тобто такої, яка працює без втрат, то відносний індикаторний ККД (η_ві) визначають:

,

а відносний ефективний ККД (_ве):

.

Оскільки термічний ККД ( ) будь-якої парової турбіни менший одиниці, то для реальної турбіни абсолютний ККД буде меншим за відносний:

,

.

Для парових турбін =0,7÷0,8; =0,6÷0,65.

Характеристикою економічності турбіни також є питомі витрати пари за одиницю часу на одиницю здійсненої ефективної роботи:

,

де D – витрати пари; – потужність генератора.

Якщо турбіна зв’язана з електрогенератором, то:

,

де – потужність генератора; – ККД генератора.

Рис. 10.2. Схема установки: 1-парогенератор; 2-манометр; 3-парова тypбiнa;

4- електрогенератор; 5-тахометр; 6-конденсатор; 7-вольтметр, 8-амперметр,

9-лампочка розжарювання 3,5В.