Garo turbina (pranc. turbine, iš lot. turbo 'sūkurys') - energijos rūšies keitimo įtaisas, variklis, vandens garų termo-mechaninę plėtimosi energiją verčiantis į mechaninę − sukimo momentą.
Šiluminėse elektrinėse garo turbinos sujungiamos su elektros generatoriumi.
Yra ir dujų turbinų, kuriose vietoje vandens garų išnaudojama dujų degimo reakcijos sukuriama termo-mechaninė energija.
Šiuo metu garo ir dujų turbinos yra pagrindiniai energetiniai varikliai.
Šiluminėse ir atominėse elektrinėse turbinų sukami elektros generatoriai pagamina apie 80-85 % bendro gaminamos elektros energijos kiekio.
Garo ir dujų turbininiai įrenginiai pasižymi dideliu manevringumu, kas įgalina patenkinti maksimalų elektros poreikį.
Turbinos plačiai naudojamos ne tiktai energetikoje, bet ir transporte: aviacijoje, povandeniniuose ir antvandeniniuose laivuose.
Turbina - tai variklis, kuriame potencinė garo arba dujų energija paverčiama kinetine garo (dujų) srauto energija, o kinetinė garo (dujų) srauto energija paverčiama į mechaninę turbinos veleno sukimosi energiją.
Garo turbinų galia dažniausiai svyruoja tarp 0,5−500 MW, galingiausia pastatyta − 1200 MW.
Garo turbinų galia siekia 1700 MW ir daugiau, dujų turbinų galia būna 340 MW ir didesnė.
Istorinė apžvalga
Garo turbinų, kaip ir kitų garo variklių, pirmtaku galima laikyti maždaug 100 metų prieš Kristų Egipto mokslininko Hero iš Aleksandrijos pagamintą „reaktyvinį variklį“.
Vandeniui verdant katile susidaręs garas dviem atraminiais vamzdžiais patekdavo į tuščiavidurę sferą ir iš jos ištekėdavo dviem lenktais vamzdeliais į aplinką. Ištekančio garo reaktyvinė jėga priversdavo sferą suktis. Hero buvo numatęs panaudoti savąjį variklį šventyklos durims atidarinėti.
Gerokai vėliau, 1629 metais, italų inžinierius Dž. Brankas (Giovanni Branca) buvo, ko gero, pirmasis, išradęs aktyviąją garo turbiną, kuri sėkmingai suko jo malūną.
Branko turbinos darbo ratą suko iš indo su verdančiu vandeniu siaurėjančiu vamzdžiu ištekantis garas. Sukamasis judesys krumpliaračių sistema buvo perduodamas malūno įrangai.
Pirmoji dujų turbina atsirado 1791 metais, anglui Dž. Barberiui (John Barber) užpatentavus dujų turbinos ciklą ir konstrukciją.
Barberio dujų turbinos įrenginys susidėjo iš kompresoriaus, degimo kameros ir pačios turbinos.
Pirmąją pramoninę garo turbiną 1883 metais (kitais duomenimis - 1889 metais) įrengė švedų inžinierius G. Lavalis (Gustav Laval).
Lavalio turbina - ašinė, vienpakopė, aktyvioji (impulsinė). Labai dideli sūkiai ( 500 aps/s), nedidelė galia (< 500 kW).
1884 metais anglų inžinierius Č. Parsonsas (Charles Parsons) pasiūlė daugiapakopės reaktyviosios turbinos su slėgio pakopomis idėją.
1896 metais prancūzas A. Rato (Auguste Rateau) išrado daugiapakopę aktyviąją turbiną, kuri turėjo tris aktyviąsias slėgio pakopas.
Tais pačiais (1896) metais amerikietis Č. Kertis (Charles Curtis) užpatentavo pirmąją daugiapakopę garo turbiną su greičio pakopomis.
Pirmąją dujų turbiną, kurią galima laikyti šiuolaikine, suprojektavo F. Štolcas (Franz Stolze) 1872 metais.
Šiuolaikinės galingos turbinos gaminamos ne tiktai daugiapakopės, bet ir kelių skirtingo slėgio cilindrų.
Garo jėgainės ciklas
Garo jėgainės paprastai dirba Renkino ciklu.
Šis ciklas sudarytas iš dviejų izobarų, adiabatės ir izochoros.
Principinė garo jėgainės schema:
Taškas 1 vaizduoja garo būklę prieš garo turbiną (p1, t1, h1). Procesas 1-2 garo išsiplėtimo turbinoje procesas. Izoterminis-izobarinis garo kondensacijos procesas vaizduojamas 2-2′ tiese. Kondensato perpumpavimo į garo katilą procesas vaizduojamas 2′-3. Kadangi vanduo praktiškai nespūdus, tai procesas 2′-3 yra izochorinis. 3-4 - garo katile vykstantis izobarinis vandens pašildymas iki virimo temperatūros. 4-5 - izobarinis-izoterminis vandens garinimo procesas katile. 5-1 - izobarinis garo perkaitinimo procesas garo perkaitintuve.
Renkino ciklo terminis naudingumo koeficientas:
ηt ≡ q1 − q2 / q1
Teikiama šiluma vaizduojama izobara 3-4-5-1 (plotas 1-2-8-7-2′3-4-5-1), todėl:
q1 = h1 − h3;
čia h1 - perkaitintojo garo entalpija, kJ/kg; h3 - kondensato entalpija po siurblio, kJ/kg.
Šiluma šalinama 2-2′ procese ir vaizduojama plotu 2-2′-7-8-2. Šalinama šiluma:
q2 = h2 − h′2;
čia h2 - garo entalpija prieš kondensatorių, kJ/kg; h′2 - kondensato entalpija po kondensatoriaus, kJ/kg.
Turbinų veikimo principai
Vadovėlis "Garo ir dujų turbinų teoriniai pagrindai" tai vadovėlis, kuriame išdėstomi turbinų veikimo principai.
Aktyviosios (impulsinės) turbinos veikimo principas
Aktyviosios (impulsinės) turbinos veikimo principas.
Reaktyviosios turbinos veikimo principas
Reaktyviosios turbinos veikimo principas.
Turbinoje veikiančių jėgų kilmė
Turbinoje veikiančių jėgų kilmė.
Aktyviosios jėgos kilmė
Aktyviosios jėgos kilmė.
Reaktyviosios jėgos kilmė
Reaktyviosios jėgos kilmė.
Garo tekėjimas kanalais
Garo tekėjimas kanalais.
Tekėjimas tiesiais kanalais
Tekėjimas tiesiais kanalais.
Tekėjimas kreivais kanalais
Tekėjimas kreivais kanalais.
Ištekėjimas iš tūtų be nuostolių
Ištekėjimas iš tūtų be nuostolių.
Ištekėjimas iš tūtų su nuostoliais
Ištekėjimas iš tūtų su nuostoliais.
Ištekėjimas iš įstrižai nupjautų tūtų
Ištekėjimas iš įstrižai nupjautų tūtų.
Aktyviojo laipsnio (pakopos) teorija
Aktyviojo laipsnio (pakopos) teorija.
Greičių trikampių diagramos sudarymas
Greičių trikampių diagramos sudarymas.
Turbinos galia
Turbinos galia.
Ideali turbina (be nuostolių)
Ideali turbina (be nuostolių).
Reali turbina
Reali turbina.
Iš prieš buvusios pakopos ištekančio garo, greičio panaudojimas
Iš prieš buvusios pakopos ištekančio garo, greičio panaudojimas.
Darbo menčių aukščio skaičiavimas
Darbo menčių aukščio skaičiavimas.
Reaktyviosios pakopos teorija
Reaktyviosios pakopos teorija.
Adiabatinio entalpijų skirtumo radimas
Adiabatinio entalpijų skirtumo radimas.
Reaktyviosios pakopos galia
Reaktyviosios pakopos galia.
Reaktyviosios turbinos naudingumo koeficientas
Reaktyviosios turbinos naudingumo koeficientas.
Radialinės pakopos teorija
Radialinės pakopos teorija.
Radialinės pakopos galia
Radialinės pakopos galia.
Radialinėse turbinose panaudojamas adiabatinis entalpijų skirtumas
Radialinėse turbinose panaudojamas adiabatinis entalpijų skirtumas.
Naudingiausio periferinio greičio mažinimas
Naudingiausio periferinio greičio mažinimas.
Būtinumas mažinti naudingiausią periferinį greitį
Būtinumas mažinti naudingiausią periferinį greitį.
Greičio pakopos
Greičio pakopos.
Slėgio pakopos
Slėgio pakopos.
Nuostoliai garo turbinose
Nuostoliai garo turbinose.
Vidiniai nuostoliai
Vidiniai nuostoliai.
Nuostoliai tūtose
Nuostoliai tūtose.
Nuostoliai ant darbo menčių
Nuostoliai ant darbo menčių.
Ištekėjimo nuostoliai
Ištekėjimo nuostoliai.
Trinties - ventiliacijos nuostoliai
Trinties - ventiliacijos nuostoliai.
Nuostoliai per vidaus tarpelius
Nuostoliai per vidaus tarpelius.
Išoriniai nuostoliai
Išoriniai nuostoliai.
Mechaniniai nuostoliai
Mechaniniai nuostoliai.
Garo nuostoliai dėl nuotekio per išorinius sandarinimus
Garo nuostoliai dėl nuotekio per išorinius sandarinimus.
Aštraus garo įleidimo į turbiną nuostoliai
Aštraus garo įleidimo į turbiną nuostoliai.
Turbinos naudingumo koeficientai.
Garo sąnaudų skaičiavimas.
Aktyviosios (impulsinės) daugiapakopės turbinos
Aktyviosios (impulsinės) daugiapakopės turbinos.
Aktyviosios daugiapakopės turbinos šiluminis procesas h-s diagramoje
Aktyviosios daugiapakopės turbinos šiluminis procesas h-s diagramoje.
Šilumos grįžimo koeficientas
Šilumos grįžimo koeficientas.
Charakteringasis (Parsonso) koeficientas
Charakteringasis (Parsonso) koeficientas.
Aktyviosios turbinos su reakcija slėgio pakopa
Aktyviosios turbinos su reakcija slėgio pakopa.
Vienpakopės aktyviosios turbinos, kurios darbo rate sukeliama reakcija, skaičiavimas
Vienpakopės aktyviosios turbinos, kurios darbo rate sukeliama reakcija, skaičiavimas.
Ribinės galios turbinos
Ribinės galios turbinos.
Turbinų darbas kintamu režimu
Turbinų darbas kintamu režimu.
Principinės reguliavimo schemos
Principinės reguliavimo schemos.
Garo srauto priklausomybė nuo slėgio ir priešslėgio esant kintamam darbo režimui
Garo srauto priklausomybė nuo slėgio ir priešslėgio esant kintamam darbo režimui.
Turbina, dirbanti esant giliam vakuumui (kondensacinė turbina)
Turbina, dirbanti esant giliam vakuumui (kondensacinė turbina).
Priešslėginė turbina
Priešslėginė turbina.
Režiminės diagramos.
Pramoninės ir energetinės turbinos
Pramoninės ir energetinės turbinos.
Turbinos su garo paėmimu regeneracijai
Turbinos su garo paėmimu regeneracijai.
Reaktyviosios daugiapakopės turbinos
Reaktyviosios daugiapakopės turbinos.
Kombinuotos aktyviosios - reaktyviosios turbinos
Kombinuotos aktyviosios - reaktyviosios turbinos.
Baumano pakopa.
Termofikacinės turbinos.
Garo turbinų privalumai ir trūkumai
Garo turbinų privalumai ir trūkumai.
Dujų turbinos
Dujų turbinos.
Dujų turbinų ciklai
Dujų turbinų ciklai.
Vidinių nuostolių įtaka dujų turbinos darbui
Vidinių nuostolių įtaka dujų turbinos darbui.
Dujų turbinos įrenginio naudingumo koeficiento didinimo būdai
Dujų turbinos įrenginio naudingumo koeficiento didinimo būdai.
Turbinų velenai
Turbinų velenai.
Velenų tipai
Velenų tipai.
Veleno ekscentricitetas ir įlinkis
Veleno ekscentricitetas ir įlinkis.
Kondensaciniai turbinų įrenginiai
Kondensaciniai turbinų įrenginiai.
Kondensacija ir jos nauda turbinai
Kondensacija ir jos nauda turbinai.
Kondensacinio įrenginio elementai
Kondensacinio įrenginio elementai.
Kondensatorių skaičiavimas
Kondensatorių skaičiavimas.
Turbinos tepalo ūkis
Turbinos tepalo ūkis.
Turbinos tepimo schema, naudojant tūrinį siurblį
Turbinos tepimo schema, naudojant tūrinį siurblį.
Turbinos tepimo schema, naudojant išcentrinį siurblį
Turbinos tepimo schema, naudojant išcentrinį siurblį.
Turbinų reguliavimas
Turbinų reguliavimas.
Reguliavimo uždaviniai
Reguliavimo uždaviniai.
Principinės reguliavimo schemos
Principinės reguliavimo schemos.
Tiesioginio reguliavimo schema
Tiesioginio reguliavimo schema.
Statinė reguliavimo charakteristika
Statinė reguliavimo charakteristika.
Reguliavimo sistemos nejautrumas
Reguliavimo sistemos nejautrumas.
Turbinos valdymo mechanizmas (sinchronizatorius)
Turbinos valdymo mechanizmas (sinchronizatorius).
Netiesioginio reguliavimo schemos
Netiesioginio reguliavimo schemos.
Turbinų konstrukcijos ir taikymas
Turbinų konstrukcijos ir taikymas.
Garo turbinos
Garo turbinos.
Dujų turbinos
Dujų turbinos.
Kombinuoto ciklo turbinos
Kombinuoto ciklo turbinos.
SOFC - dujų turbinos hibridas
SOFC - dujų turbinos hibridas.