Parní turbíny Dominanci parních turbín v energetickém průmyslu vyvolaly provozní a ekonomické výhody,zejména: Menší investiční náklady, hmotnost a obestavěný prostor, vztažený na jednotku výkonu. Možnost téměř neomezeného růstu jednotkového výkonu Vyšší účinnost (s výjimkou turbín velmi malých výkonů) Pracovní médium (vodní pára) není znečištěna olejem Možnost použít velmi nízkého výstupního tlaku páry (cca 4 kPa) Možnost použití páry s nadkritickými admisními parametry Umožňuje regenerační ohřev napájecí vody a přihřívání páry. Obě tato opatření zvyšují tepelnou účinnost oběhu Rovnotlaký stupeň
Optimální rychlostní poměr rovnotlakého stupně:
u c 1ad
=
cos α 1 1 ≅ 2 2
Curtisův stupeň parní turbíny Optimální rychlostní poměr Curtisova stupně:
u cos α 1 1 = ≅ 4 4 c 1ad opt .
Přetlakový stupeň parní turbíny Optimální rychlostní poměr přetlakového stupně: u c1ad
= cos α 1 ≅ 1 opt .
∆hR Stupeň reakce r = ∆hst Průběh termodynamické účinnosti a ztráty turbínových stupňů
U skutečného turbínového stupně s konečnou délkou lopatek, jejichž délka se stanoví z rovnice kontinuity, vznikají další ztráty, z nichž většina souvisí s horním a dolním okrajem lopatky. Mezi nejdůležitější patří zejména: a) Ztráta rázem na vstupu do lopatkové mříže. b) Ztráta vlhkostí páry b) Ztráty okrajové. c) Ztráta částečným ostřikem. c) Ventilační ztráta Konstrukční rozdíly rovnotlakého a přetlakového stupně Parciální ostřik stupně parní turbíny
Poměrný ostřik
a) rovnotlaký stupeň
b) přetlakový stupeň
ε=
e π .D
U přetlakových stupňů se parciální ostřik nepoužívá. Rozdíl tlaků před a za oběžnými lopatkami by způsobil únik páry mimo oblast ostřiku a vznikaly by značné energetické ztráty.
Rovnotlaká turbína
Přetlaková turbína
Rozdělení parních turbín podle využití výstupní páry a zapojení v tepelném oběhu
Turbíny kondenzační – výstupní pára kondenzuje v kondenzátoru, nejčastěji chlazeném vodou. Obvyklý tlak výstupní páry je cca 4 – 5 kPa. Turbíny kondenzační s výkonem řádově 100 až 1000 MW slouží zejména k výrobě elektrické energie a tvoří obvykle základ energetických soustav evropských zemí. Turbíny protitlaké – výstupní pára s obvyklým tlakem 0,2 až 0,5MPa je využívána pro komunální (vytápění) nebo technologickou (chemický, strojírenský, hutnický průmysl) spotřebu. Turbíny s regulovanými odběry – svými provozními vlastnostmi spojuje výhody kondenzačních a protitlakých turbín. Do určité míry odstraňuje závislost výroby elektrické energie na dodávce tepla, platnou u protitlaké turbíny. Turbíny s vysoušením páry – po částečné expanzi v turbíně se zvýší suchost páry, obvykle mechanickým odloučením vlhkosti v páře (parní turbíny jaderných elektráren s reaktory typu VVER).
Regulace výkonu parních turbín
Výkon turbíny je funkcí hmotnostního průtoku a rozdílu entalpií
Psv = M p .∆ ∆had .η td .η m .η g
Při jakékoliv regulaci výkonu turbíny dochází ve skutečnosti k současné změně všech parametrů výše uvedené rovnice
Mění-li se při regulaci hlavně adiabatický spád , jedná se o regulaci škrcením, mění-li se hlavně hmotnostní průtok páry , jedná se o regulaci skupinovou. Při regulaci klouzavým tlakem se mění obě veličiny,
M ≅ Průtoková charakteristika parní turbíny Mj index j – jmenovitý stav;
p 12 − p 22 p 12j − p 22 j
Vztahy platí pouze pro soustavu kanálů (turbínových stupňů) s konstantními průtokovými průřezy.!!!
index 1 – stav před stupněm nebo skupinou stupňů index 2 – stav za stupněm nebo skupinou stupňů
Regulace škrcením
Regulace skupinová
h
h
Regulace klouzavým tlakem
Regulace protitlakové turbíny
Důležitým provozně ekonomickým údajem u protitlakových turbín je tzv. teplárenský součinitel
α=
QT Q max
QT [GJ / h] Q max [GJ / h]
….max. množství tepla dodaného parou prošlou turbínou při plné hltnosti ….max. množství tepelné energie dodané odběrateli
Regulace turbíny s regulovaným odběrem páry
Regulace umožňuje: Změnu odběrového množství při zachování podmínky Psv = konst .
p o = konst.
Změnu svorkového výkonu při zachování podmínky p o = konst. M o =konst.
