Cos'è una turbina? Tipi di turbine. Il dispositivo e il principio di funzionamento della turbina

In questo articolo daremo un'occhiata alla risposta alla domanda su cosa sia una turbina. Qui il lettore troverà informazioni sulle sue caratteristiche, tipi e metodi di sfruttamento umano, oltre a considerare le informazioni storiche relative allo sviluppo di questo dispositivo meccanico.

introduzione

Cos'è una turbina e come funziona? Questo è il sistema scapolare (macchina), che è impegnato nella conversione energie: interne e / o cinetica. Questa risorsa dà al corpo di lavoro e consente all'albero di eseguire il suo scopo meccanico. Le pale sono interessate da un getto di fluido di lavoro, che è fissato attorno alla circonferenza dei rotori. Porta anche al loro movimento.

Può essere utilizzato come una turbina di centrali elettriche (centrali nucleari, centrali termoelettriche, centrali idroelettriche), un frammento di azionamenti per vari tipi di trasporto e può anche fungere da parte integrante di pompe idrauliche e motori a turbina a gas. Il vero settore energetico non può fare a meno di questi dispositivi. Il tipo di rotazione del trasferimento di calore della turbina nelle centrali termiche, ha alte prestazioni, è molto energivoro. Ciò consente a una persona di utilizzare risorse diverse in quantità relativamente piccole, rispetto alla quantità di elettricità prodotta.

Dati storici

Molti tentativi di creare un dispositivo simile a una turbina moderna, furono fatti molto prima del suo aspetto completo, acquisito da esso alla fine del XIX secolo. Il primo tentativo appartiene a Heron of Alexandria (I secolo d.C.).

I. V. Linde sostenne che fu nel XIX secolo che nasceva una massa di progetti e progetti che permettevano a una persona di trascendere le "difficoltà materiali" che ostacolano l'implementazione e la creazione di tali attrezzature. Gli eventi principali di quegli anni furono lo sviluppo della scienza termodinamica, nonché le industrie metallurgiche e ingegneristiche. Alla fine del XIX secolo, due scienziati, individualmente e indipendentemente, furono in grado di creare una turbina a vapore adatta per varie industrie. Questi erano Gustav Laval dalla Svezia e Charles Parsons dalla Gran Bretagna.

Dati cronologici degli eventi

E ora diamo un'occhiata ad alcuni degli eventi relativi a la storia dell'invenzione della turbina :

• Nel 1 ° c. n. e. L'airone di Alessandria cercò di creare una turbina a vapore, ma per diversi secoli dopo non fu studiato a causa dell'erronea opinione che l'idea fosse insostenibile.
• Nel 1500, è possibile trovare una menzione del "fumo ombrellone" - un dispositivo che solleva l'aria calda scorre dalla fiamma attraverso le lame collegate tra loro e ruotando lo spiedo.
• Giovanni Branca nel 1629, fu la creazione della turbina, le cui lame furono sollevate grazie all'azione di un forte getto di vapore.
• Nel 1791, John Barber, originario dell'Inghilterra, acquisì il diritto di possedere un brevetto, che gli permise di diventare il primo proprietario e creatore di una moderna turbina a gas.
• Le turbine idrauliche furono create nel 1832 dallo scienziato francese Burden.
• Nel 1894, l'idea di una nave guidata da una turbina a vapore fu brevettata e Sir C. Parsons ne divenne il proprietario.
• 1903: Egidius Elling dalla Norvegia progetta il primo sistema di turbina a gas del suo genere, che è in grado di trasmettere più energia che a spese per la manutenzione interna dei componenti della turbina stessa. Questa tecnologia è stata una svolta significativa di quei tempi. I problemi furono causati dal livello insufficiente di sviluppo della conoscenza termodinamica, tuttavia furono superati.
• Nel 1913, Nikola Tesla vinse un brevetto per una turbina operante sulla base dell'effetto strato limite.
• 1920: teoria pratica del flusso di gas attraverso i canali autorizzati a formulare dati chiari per lo sviluppo di una comprensione teorica del processo di flusso in cui il gas si muove lungo il piano aerodinamico. Questo lavoro è stato fatto dal Dr. A. Griffitz.
• Per turbine aeromobili propulsione a getto è stato creato da Sir F. Whittle e il motore stesso è stato testato con successo nell'aprile del 1937.

Opere di Gustav Laval

Il primo creatore della turbina a vapore fu Gustav Laval, l'inventore originario della Svezia. C'è un'opinione secondo cui il desiderio di fornire un separatore di latte autoprodotto con un'azione meccanica, che viene eseguito senza un intervento umano diretto, ha portato alla progettazione di un tale meccanismo. I motori di quei tempi non consentivano di creare la velocità di rotazione necessaria.

L'organismo che lavorava nella macchina Laval fungeva da vapore. Nel 1889, fece l'aggiunta di ugelli di turbina, che mise espansori conici. Il suo lavoro è stato una svolta ingegneristica, e questo è chiaro, perché l'analisi dell'ampiezza del carico che è stato posto sulla girante mostra che era super-forte. Un tale impatto, anche con il minimo disturbo, porterebbe a un fallimento nel mantenere il centro di gravità e causerebbe problemi immediati con i cuscinetti. L'inventore è stato in grado di evitare un tale problema utilizzando un asse sottile, flettente durante la rotazione.

Charles Parsons e il suo lavoro

Charles Parsons ottenne un brevetto per l'invenzione della prima turbina a più stadi, e lo fece nel 1884. Il funzionamento del meccanismo ha innescato il dispositivo del generatore elettrico. Un anno dopo, nel 1885, modificò la sua versione, che iniziò ad essere ampiamente distribuita e utilizzata nelle centrali elettriche. Il dispositivo aveva un apparato di livellamento, formato dalle corone, con pale a turbina, che venivano inviate nella direzione opposta. Le corone stesse rimasero immobili. Il meccanismo aveva 3 stadi con diverse pressioni e parametri geometrici delle lame, nonché modi per stabilirli. La turbina utilizzava sia potenza attiva che reattiva.

Dispositivo a turbina

Ora considereremo la domanda su cosa sia una turbina, scavando nel meccanismo della sua azione.

Lo stadio della turbina è formato da due parti principali:

1. Girante (pale sul rotore, creando direttamente una rotazione);
2. Meccanismo dell'ugello (lame di avviamento, responsabili della rotazione del fluido di lavoro, che darà al flusso l'angolo desiderato per attaccare in relazione alla girante).

A seconda della direzione del flusso, i corpi di lavoro possono essere suddivisi in meccanismi a turbina assiale e radiale. Al primo flusso p. t si muove nella direzione lungo l'asse della turbina. Radiale chiamata turbina, in cui il flusso è diretto perpendicolarmente all'asse grossolano.

Il numero di contorni consente di suddividere tali meccanismi in uno, due e tre circuiti. A volte si possono trovare turbine con quattro o cinque circuiti, ma questo è estremamente raro. Il dispositivo a turbina multi-circuito consente di utilizzare grandi salti nelle differenze termiche dell'entalpia. Ciò è dovuto al posizionamento di un gran numero di stadi con diversa pressione e influenza anche la potenza della turbina.

In base al numero di alberi, si possono distinguere turbine a uno, due e talvolta a tre alberi. Sono associati a parametri comuni dei fenomeni termici o del meccanismo degli ingranaggi. Gli alberi possono essere coassiali e paralleli.

Il dispositivo e il principio di funzionamento della turbina sono i seguenti: in luoghi in cui l'albero passa attraverso le pareti dell'alloggiamento, vi sono addensamenti che impediscono la fuoriuscita del fluido di lavoro verso l'esterno e l'aria viene aspirata nell'alloggiamento.

La parte anteriore dell'albero è dotata di un controller di limite che, se necessario, arresta automaticamente la turbina. Ciò accade, ad esempio, come risultato di un aumento della frequenza di rotazione, che è consentita per un particolare dispositivo.

Conversione di energia del gas

Cos'è una turbina? In generale, è una macchina il cui scopo è convertire energia in lavoro. Ce ne sono diversi tipi, e uno di questi è la turbina a gas.

Il dispositivo a turbina a gas si basa sulla traduzione del potenziale energetico di un gas in uno stato compresso o riscaldato nel lavoro svolto dal meccanismo dell'albero. Gli elementi principali sono il rotore e lo statore. Trova la sua applicazione come parte motore a turbina a gas GTU e PSU.

Meccanismo a turbina a gas

Il funzionamento della turbina viene effettuato quando l'apparecchio ad ugello passa gas sotto pressione nel corpo, in quei punti in cui è piccolo. In questo caso, le molecole di gas si espandono e accelerano. Quindi cadono sulla superficie delle lame funzionanti e danno loro una percentuale della loro carica cinetica di energia. C'è un messaggio sulla coppia delle pale.

La disposizione meccanica di una turbina a gas può essere molto più semplice di un motore a combustione interna alternativo. I moderni turbocompressori possono avere più alberi e centinaia di pale sul motorino di avviamento e sull'albero. Un esempio potrebbero essere le turbine degli aerei. La loro caratteristica è anche la presenza di un complesso sistema di sistemazione della condotta, degli scambiatori di calore e delle camere destinate alla combustione.

Entrambi i cuscinetti radiali e assiali sono un elemento critico in questo sviluppo. Cuscinetti a sfera a forma idrodinamica o con raffreddamento ad olio tradizionalmente usati, ma presto girarono intorno all'aria. Fino ad oggi, sono usati per creare microturbine.

Motori a calore

La turbina di calore converte il lavoro eseguito dal vapore in meccanico. All'interno dello scapolare avviene la trasformazione energia potenziale vapore in uno stato riscaldato e compresso in forma cinetica. Quest'ultimo, a sua volta, viene convertito in meccanico e provoca la rotazione dell'albero.

La ricezione di vapore avviene attraverso il dispositivo di caldaia a vapore ed è diretta a ciascuna lama curva fissata attorno alla circonferenza del rotore. Successivamente, il vapore agisce su di esso, e tutte insieme le pale causano la rotazione del rotore. La turbina a vapore è un elemento della scuola professionale. L'unità di turbina è formata combinando il lavoro di una turbina a vapore e un generatore elettrico.

Parte principale del motore a vapore

Si formano meccanismi a vapore, oltre al gas, con l'aiuto di un rotore e uno statore. Sul primo, le pale capaci di movimento sono fisse, e sull'ultimo - incapace.

Il flusso scorre secondo la forma assiale o radiale, a seconda del tipo di direzione del flusso del vapore. La forma assiale è caratterizzata dallo spostamento di una coppia di assi perimetrali, che la turbina possiede. Una turbina radiale ha flussi di vapore che si muovono perpendicolarmente. In questo caso, le pale sono disposte parallelamente all'asse lungo il quale avviene la rotazione. Può avere da uno a cinque cilindri. Anche il numero di alberi può variare. Ci sono dispositivi che hanno uno, due o tre alberi.

L'alloggiamento è una parte fissa, che è chiamata statore. Ha un numero di tacche in cui sono installati i diaframmi, con connettori corrispondenti al piano del connettore dell'alloggiamento della turbina. Un certo numero di canali di ugelli (griglie) sono posti lungo il loro perimetro, che sono formati mediante lame curvilinee incorporate nel diaframma o saldate ad esso.

turbocompressore

C'è un meccanismo che utilizza lo spreco di gas per aumentare la pressione nello spazio della camera di ingresso. Tale unità è chiamata turbocompressore.

Le parti principali sono rappresentate da un compressore docente o assiale e da una turbina a gas, necessaria per metterlo in funzione. Ha un albero. La funzione principale è quella di aumentare la pressione esercitata dal fluido di lavoro. Ciò diventa possibile a causa del riscaldamento del motore a turbina a gas mediante il funzionamento del compressore stesso, che acquisisce energia a causa della turbina.

In conclusione

Ora il lettore ha una conoscenza generale del dispositivo, del principio di funzionamento, del meccanismo d'azione, dei metodi di funzionamento delle turbine. Ha anche esaminato i tipi specifici di turbine, che differiscono per il tipo di corpo operativo e le informazioni storiche che mostrano il corso generale di sviluppo di questi meccanismi. Riassumendo, possiamo dire che le turbine sono dispositivi che convertono energia. I tentativi di crearli sono stati fatti molto prima della nostra era. Attualmente sono ampiamente utilizzati dall'uomo in vari settori, il che semplifica enormemente il processo di lavoro, migliora la produttività e consente di eseguire azioni meccaniche precedentemente inaccessibili all'umanità.