Паровая турбина: принцип действия, ее строение

Солнце и пища до XX века были основными источниками энергии для человека. Люди научились не только эксплуатировать, но и накапливать солнечную энергию, превращать её в другие виды, извлекать из различных субстанций (древесина, ископаемое топливо). Даже с освоением ядерной энергетики отказаться от превращения тепловой энергии в механическую пока не получается: реактор атомной электростанции без турбины не создать. Рассмотрим, какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами. Разберёмся, как они работают, из чего состоят, где применяются.

Паровая турбина: строение, принцип работы

Тепловые двигатели начали массово применяться во времена промышленной революции, известными обывателю они стали, наверное, после запуска паровозов. Паровая турбина – это компактная усовершенствованная паровая машина.

В состав теплового двигателя входят:

• статор с клапанами;
• стальной цилиндр;
• рабочие колёса;
• лопатки аэродинамической конфигурации;
• сопла или направляющие лопатки.

Принцип действия паровой турбины заключается в преобразовании потенциальной энергии горячего пара в кинетическую. Последняя трансформируется в механическую энергию, заставляя вал агрегата вращаться.

Из парогенератора или котла горячий водяной пар поступает на направляющие лопатки турбины. Газ вырывается из пустот между направляющими лопатками и направляется к рабочему колесу. Из-за возникновения разности давления между поверхностями лопастей создаётся подъёмная сила, которая заставляет их вращаться вместе с валом. Размеры лопаток постепенно увеличиваются, что объясняется падением давления и кинетической энергии пара.

Используемые на электростанциях паровые турбины состоят из ряда степеней высокого, среднего и низкого давления объединённых общим валом. Конец вала присоединяется к генератору.

Между ступенями агрегата обычно устанавливаются паровые котлы, нагревающие его. Процесс называют вторичным нагревом пара. Между секциями также могут устанавливаться неподвижные лопатки, уменьшающие площадь потока пара, а значит, его скорость возрастает вместе с кинетической энергией в соответствии со вторым законом термодинамики.

​Из-за расширения горячего газа в систему он подаётся по узкому паропроводу, а выводится – по трубе большого диаметра. Чтобы скорость потока не превысила критического значения, и ему было куда расширяться, увеличивают проточную площадь. В строение турбины при проектировании закладывается увеличение размера лопаток с каждой секцией.

К особенностям работы таких агрегатов относят:

• проблематичность управления скоростью вращения в широких пределах;
• вращение в одном направлении;
• отсутствие вибраций и толчков, присущих двигателям с поршнем;
• возможность построения огромных агрегатов мощностью миллионы киловатт.

Применение паровых турбин

Теперь вы знаете, как работает паровая турбина. Применяется такая тепловая машина преимущественно на атомных электростанциях – участвует в преобразовании энергии деления ядра в тепловую и на тепловых, где их конечный продукт – тепло. Нашли своё место на химических, металлургических предприятиях: паровые молоты, смазочные масляные насосы.