Turbomaini

39

4. TURBINE CU ABUR

4.1 Clasificarea turbinelor cu abur

Turbina cu abur prelucreaz cantiti apreciabile de energie i anume 1,25...1,65 MJ/kg. Considernd o cdere de entalpie termic uzual de 1250 kJ/kg, aceasta echivaleaz cu energia apei care ar cdea de la 127.500 m.

Cele de mai sus impun transformarea treptat a energiei aburului, fracionndu-se destinderea pe mai multe iruri de ajutaje alternnd cu reele de palete mobile, soluie necesar dar care complic i scumpete turbina, determinnd totodat i realizarea unui numr extrem de variat de tipuri de turbine.

Clasificarea turbinelor poate fi fcut dup criterii funcionale, criterii privind domeniul i modul de utilizare, criterii constructive.

4.1.1. Dup criterii funcionale

A. Dup felul n care se realizeaz transformarea energetic turbinele se mpart n : turbine ntr-o singur treapt (unietajate), cuprinznd un ir de ajutaje i un

ir de palete; turbine cu trepte de vitez (cvasietajate), la care destinderea are loc ntr-un

singur ir de ajutaje, dar energia cinetic mare obinut de abur se transform treptat n lucru mecanic n mai multe iruri de palete mobile fixate pe acelai disc, alternnd cu iruri de palete fixe;

turbine cu trepte de presiune (multietajate), la care aburul se destinde treptat n mai multe iruri de ajutaje alternnd cu iruri de palete mobile.

B. Dup locul unde se produce destinderea, se deosebesc : turbine cu aciune, la care aburul se destinde numai n ajutaje, iar n palete

presiunea rmne constant ; turbine cu reaciune, la care aburul se destinde att n paletajul statoric, ct i

n cel rotoric, aproximativ n mod egal: turbine combinate (cu aciune i reaciune), avnd n prima parte trepte cu

aciune sau cu reaciune redus i n partea final trepte cu reaciune ridicat.

C. Dup direcia de curgere a aburului turbinele pot fi turbine axiale, radiale, radial-axiale i tangeniale.

La turbinele axiale aburul circul paralel cu axul de rotaie sau eventual diagonal. Paletele fiind dispuse radial, sunt solicitate la ntindere de fora centrifug, ceea ce permite realizarea unor seciuni mari de trecere.

Capitolul 4. Turbine cu abur

40

La turbinele radiale aburul circul ntr-un plan perpendicular pe axa de rotaie; curgerea poate fi centrifug sau centripet. Paletele snt solicitate de fora centrifug la ncovoiere, ceea ce limiteaz diametrul i lungimea paletelor.

D. Dup sursa de abur, se deosebesc : turbine convenionale, care folosesc abur supranclzit produs de un cazan

pe combustibil clasic ; turbine pentru centrale nucleare, folosind abur saturat ; turbine cu abur de evacuare, folosind aburul care s-a destins deja parial n

alt main; turbine cu dou surse de abur, folosind n principal abur provenit de la un

cazan recuperator i ca rezerv aburul provenit de la un cazan clasic.

4.1.2. Clasificarea turbinelor dup domeniul i modul de utilizare

Dup locul de utilizare: pot fi turbine staionare i turbine pentru vehicule (de regul navale);

Dup modul de exploatare: pot fi turbine de baz, care lucreaz cu variai mici de sarcin i turbine de vrf, care preiau vrfurile de sarcin;

Dup regimul turaiilor: se deosebesc turbine cu turaie constant, destinate antrenrii generatoarelor electrice i turbine cu turaie variabil, folosite pentru antrenri mecanice (pompe, turbocompresoare, vehicule);

Dup valoarea turaiei: se deosebesc: turbine cu turaie normal (3000 rot/min n Europa i 3600 rot/min n America); cu turaie mare (peste cea normal), folosite la puteri mici; turaie mic (1500 sau 1800 rot/min), folosite la puteri foarte mari.

Turbomaini

41

4.2. Procesul teoretic i real prin turbina cu abur. Consumul de abur

4.2.1. Turbina cu prize fixe

Consumul de abur al turbinei cu prize fixe se determin cu ajutorul ecuaiei de bilan (4.1)

( ) ( ) ( )[ ]iciiim

e HbbbHbbHbHmP 3213212110 1111 +++= & (4.1)

unde ici HH K,1 sunt cderile de entalpie pe regiuni. Pentru a determina cderile de entalpie se folosete diagrama sh

conform (fig. 4.5). Se calculeaz cderea teoretic total de entalpie pe turbin ctt hhH = 0 .

Cderea intern este tii HH = , iar entalpia aburului la ieirea din turbin este ic Hhh = 0. Intersectnd izobarele prizelor 1p , 2p , 3p cu procesul real se

obin entalpiile aburului extras la prize: 1h , 2h , 3h . Se determin cderile de entalpie pe regiuni i debitul de abur la intrarea n turbin:

p0h0

A

C t

h

s

t0

C

Ht

p1

hct

i1

p2

p3

pc

i2

i3

ic

h1

h2

h3

hc

III

IIIIV

0m&

Im& IIm& IIIm& IVm&

1m& 2m& 3m& cm&

=

3

11

iib

Hi1 Hi2 Hi3 Hic

b1 b2 b3

1

Figura 4.5. Procesul de destindere i debitele pe regiuni ale turbinei cu prize fixe

ciciii hhHhhHhhHhhH ==== 3323212101 ;;; (4.2)

( ) ( ) ( )[ ]iciiime

HbbbHbbHbHP

m321321211

0 1111 +++=

&

(4.3)

Capitolul 4. Turbine cu abur

42

Debitele la prize se determin cu relaia: 0mbm ii &= , unde 3,2,1=i este numrul prizei (fig. 4.5). Se obin:

033022011 ;; mbmmbmmbm &&&&&& === (4.4)

Debitele de calcul ale regiunilor se determin astfel:

cIIIIVIIIIIIIII mmmmmmmmmmmm &&&&&&&&&&&& ===== 3210 ;;; (4.5)

Cu aceste debite (maxime pe regiuni) se face dimensionarea seciunilor de curgere prin turbin, respectiv nlimi de ajutaje, lungimi de palete, diametre.

4.2.2. Turbina cu prize reglabile

Dimensionarea zonelor folosind ecuaia de bilan energetic:

( ) iciiim

e HmHHmHmP +++= &&& 21211 (4.6)

unde debitele i cderile de entalpie corespund regiunilor turbinei (fig. 4.6).

p0h0

A

Ct

h

s

t0

C

Ht

p1

hct

i1

p2

pc

i2

ic

h1

h2

hc

III III

0m&

Im& IIm& IIIm&

1m& 2m& cm&

Hi1 Hi2 Hic

1

Figura 4.6. Procesul de destindere i debitele pe regiuni ale turbinei cu prize reglabile

Procesul de dimensionare a zonelor ncepe de la zona a III-a, pentru regimul de condensaie pur, cnd prizele nu debiteaz 01 =m& , 02 =m& . Aplicndu-se relaia (4.6) rezult, din ecuaia de bilan, debitul maxim la condensator:

Turbomaini

43

im

ec H

Pym

=

max&

(4.7)

unde coeficientul de dimensionare a cozii de condensaie y are valori cuprinse ntre 0,7...1.0, mai mici n cazul existenei unei prize industriale i mai mari n cazul exclusivitii prizei urbane. Pentru dimensionarea zonei II, se impune debitul minim la condensator necesar rcirii cozii de condensaie la exploatarea cu priza 2 maxim deschis ( ) maxmin 2,0...1,0 cc mm && = . Debitul maxim prin regiunea II a turbinei se obine n ipotezele 01 =m& ; max2m& ;

ene PP = . Din ecuaia de bilan energetic (4.6) se obine debitul la condensator

corespunztor acestor ipoteze

max221 m

HHH

HP

mi

ii

im

ec &&

+=

(4.8)

Debitul de dimensionare al zonei II este deci cmmm += &&& max2II . Debitul de dimensionare al zonei I se obine cnd prizele debiteaz la

maxim, rmnnd un debit la condensator:

max221

max11

'' mH

HHm

HH

HP

mi

ii

i

i

im

ec &&&

+=

(4.9)

care se compar cu debitul de rcire mincm& .

cmmmm ''max2max1I &&&& ++= (4.10)

Puterea maxim pe care o poate furniza turbina se calculeaz cu relaia:

( )iciim HmHmHmP ++= III2II1Imax &&& (4.11)

Pentru a obine puterea maxim trebuie limitate debitele de abur extrase la prize, astfel:

III mmm &&& =1

IIIII mmm &&& =2 (4.12)