TIPURI DE TURBINE SI CLASIFICAREA LOR - Criterii de clasificare a turbinelor

TIPURI DE TURBINE SI CLASIFICAREA LOR

Criterii de clasificare a turbinelor

Turbinele reprezinta o varietate mare de masini care se clasifica dupa mai multe criterii dupa cum urmeaza:

a)      modul de utilizare al energiei in trepte;

b)      criterii functionale

c)      modul de folosire a turbinei

d)      modul de construire al turbinei

Dupa modul de utilizare al energiei in trepte turbinele pot fi:

Turbine intr-o singura treapata de presiune si viteza, care cuprind un sir de ajutaje si de palete, deci schema A-P.

Turbine cu trepte de viteza, la care aburul se destinde intr-un singur sir de ajutaje, dar energia cinetica este prelucrata in mai multe siruri de palete deci schema A-P-P-P

Turbine cu trepte de presiune, la care destinderea abrului se face in mai multe siruri de ajutaje, alternind cu siruri de palete deci schema A-P-A-P

Dupa criteriile functionale se au in vedere:

Modul de producere al energiei in palete: turbine cu actiune; turbine cu reactiune; turbine combinate avind actiune in primele trepte urmind ca la treptele de joasa presiune sa fie turbine cu reactiune mare.

Modul de transfomare al energiei aburului: turbine intr-o singura treapta, turbine cu trepte de viteza si turbine cu trepte de presiune.

Directia de curgere a aburului: turbine axiale, turbine radiale, turbine tangentiale, turbine combinate axial-radiale, turbine spatiale.

Parametrii aburului utilizat: turbine cu abur saturat (utilizate in special la centrale nucleare), turbine cu abur supraincalzit, turbine fara supraincalzire intermediara, cu o incalzire intermadiara sau cu doua incalziri intermediare

Sursa de abur: turbine cu abur proaspat (viu); turbine cu abur de evacuare folosind aburul utilizat de o alta masina; turbine folosind doua surse de abur - de la un cazan si de la un proces tehnologic.

Utilizarea si presiunea aburului evacuat din turbina: turbine cu condensatie, avind presiunea mai mica de 15 kPa, turbine cu evacuare in atmosfera cu presiunea de 120 kPa, turbine cu contrapresiune avind presiunea mai mare decit cea atmosferica la care aburul evacuat este folosit in procese tehnologice sau la termoficare.

Turbine cu ciclu combinat - turbine cu gaze si turbine cu abur - in care combustibilul este intii ars si invirteste o turbina cu gaze urmind ca apoi sa se raceasca producind abur care la rindul sau este destins intr-o tubina aflata pe acelasi ax cu turbina de gaze.

Dupa modul de folosire al turbinei se are in vedere:

Locul de utilizare: turbine de tip stationar, folosite in instalatii stabile de tip termocentrale sau instalatii industriale si turbine pentru vehicule cel mai frecvent fiind turbine pentru propulsarea avioanelor.

Modul de exploatare: turbine de baza, lucrind cu variatii mici de sarcina; turbine de virf, cu pornire rapida si preluind variatii de sarcina.

Variatia turatiei: turbine cu turatie constanta, folosite pentru antrenarea generatoarelor electrice; turbine cu turatie variabila , folosite la vehicule, antrenarea compresoarelor, pompelor etc.

Valoarea turatiei: turatie normala (3000 rot/min in Europa si 3600 rot/min in America); turatie mare (peste cea normala) folosite la puteri mici; turatie mica (1500 rot/min si respectiv 1800 rot/min) folosite in general la debite mari de abur (turbine cu abur saturat pentru centrale nucleare).

Dupa modul de construire al turbinei se are in vedere:

Numarul de corpuri din care este construita turbina: turbine avind un sir IP - MP - JP (inalta, medie si joasa presiune), IP - MP - JP -JP, MP - JP - JP - JP, IP - MP - JP - JP - JP.

Numarul fluxurilor la evacuare, adica numarul cailor pe care se evacueaza aburul: o evacuare sau doua evacuari pe corpul de joasa presiune. Functie de aceasta pot fi una, doua, patru sau sase evacuari catre condensator (vezi Fig. 7.1). Trebuie mentionat faptul ca se utilizeaza doua cai de evacuare catre condensator - corpuri cu dublu flux - pentru a se anihila reciproc fortele axiale care apar in palete. Acest mod de evacuari se utilizeaza de obicei in cazul turbinelor de putere care utilizeaza debite mari de abur.

   

Fig. 7.1

Constructia rotorului: rotor cu discuri, avind mai multe roti fixate pe un arbore comun; rotor cu tambur, avind un corp de revolutie cu suprafata continua.

Numarul de linii de arbori, prin linie de arbori intelegind un sir de rotoare cuplate intre ele.

Turbina Laval

Turbina Laval (brevetata in 1883 de inginerul suedez Gustaf Laval) reprezinta prototipul turbinelor cu actiune. Principiul acesteia era simplu : debitul de abur era reglat intr-un ventil urmind apoi sa-si mareasca viteza intr-un ajutaj de obicei convergent-divergent, energia utila fiind produsa intr-un rind de palete dupa care aburul este evacuat.

Randamentul turbinei este foarte scazut intre 0,25 si 0,48 ceea ce il limiteaza la puteri mici pentru servicii auxiliare.

Fig. 7.2

Turbina tangentiala

Principial aceasta turbina se aseamana cu turbina hidraulica Pelton. Rotorul este constituit dintr-un disc pe periferia caruia sint create un numar de buzunarase inclinate cu unghiul β₁ fata de tangenta la cerc din punctul respectiv.Fundul buzunaraselor este constituit din doua suprafete semicilindrice, cu iesirea prin parti (Fig. 7.3).

Fig. 7.3

Turbina cu trepte de viteza tip Curtis

Rotorul consta dintr-un disc cu obada lata, pe care sint fixate mai multe rinduri de palete mobile cu actiune, P₁, P₂ Intre acestea sint rinduri de palete fixe PF, care dirijeaza din nou aburul in directia rotirii, fara a-l destinde. In Fig. 7.4 ete prezentata schita unei roti cu doua trepte de viteza.

   

Fig. 7.4

Aburul se destinde doar in ajutajele A, iar in palete presiunea ramine constanta. Cresterea numarului de trepte de viteza duce la marirea pierderilor in palete si deci la scaderea randamentului. De aceea se limiteaza la un numar de maxim patru trepte, cele mai folosite fiind rotile cu doua trepte de viteza.

Turbina constind dintr-o singura roata Curtis este ieftina, dar cu randament scazut, de aceea este folosita pentru utilizari auxiliare la puteri mici.

Turbina cu trepte de presiune cu actiune

Rotorul turbinei este constituit din mai multe discuri, 1, fixate pe un arbore comun, 2. Fiecare disc poarta unul sau mai multe siruri de palete, 3. Intre discuri sint pereti despartitori, numite diafragme, 4, purtind ajutajele 5. Diafragmele sint fixate in canale ale carcasei 6 (Fig. 7.5).

   

Fig. 7.5

Turbina fiind cu actiune, aburul se destinde doar in ajutaje. Iar in palete presiunea este constanta.

Prin destindere aburul isi mareste volumul specific, necesitind sectiuni de trecere din ce in ce mai mari. Din acest motiv primele trepte au diametre mai mici, pe masura ce scade presiunea fiind nevoie de lungimi mai mari ale paletelor pentru a acomoda intregul debit si a nu apare procesul de comprimare. Sectiunea in lungul paletajului (diametrul mediu al paletei) constituie evazarea turbinei. In Fig. 7.6 sint prezentate cele mai obisnuite tipuri de evazari: a - cu diametru mediu constant; b - cu variatii in salturi a diametrului; c - cu crestere continua a diametrului; d - evazare cu diametru constant la baza paletelor. Este cea mai indicata solutie din punct de vedere tehnologic deoarece mentine constant diametrul discurilor si pasul la baza paletelor; e - evazare ci diametru crescator in prima parte si aproape constant la ultimele trepte.

Fig. 7.6

In proiectare trebuie sa se urmareasca obtinerea unei variatii continue a unghiului de evazare, evitindu-se depasirea valorii de 8⁰.

Turbina cu trepte de presiune cu reactiune

La turbinele cu reactiune, gradul mediu de reactiune este de 20%. Obisnuit treptele turbinei au grad de reactiune 50%, ceea ce duce ca profilele statorice si cele rotorice sa fie aproximativ identice si deci la ieftinirea constructiei.

Rotorul turbinei este constituit dintr-un tambur pe care sint siruri de palete mobile. Intre acestea sint siruri de palete fixe, cu rol de ajutaje. Canalele dintre palete au forma de ajutaje convergent-divergent. Presiunea scade atit in paletele fixe cit si in cele mobile (Fig. 7.7)

   

Fig. 7.7

Deoarece prin destinderea in palete apare o forta axiala importanta dirijata in sensul de curgere a aburului aceasta trebuie compensata. Pentru a se reduce acest lucru se pot aplica mai multe metode:

a)      realizarea rotorului dintr-un singur tambur in loc de discuri, ceea ce reduce suprafata asupra caruia lucreaza diferenta de presiune;

b)      realizarea unui disc de echilibrare la capatul de inalta presiune (vezi Fig. 7.8). Acesta preia intreaga presiune aplicata si produce o forta axiala in sensul invers de deplasare al aburului. La turbinele cu contrapresiune, camera discului de echilibrare se pune in legatura chiar cu evacuarea, la turbinele cu condensatie aceasta este pusa in legatura cu o priza a turbinei la care presiunea este mai mare decit cea atmosferica.

c)      Realizarea turbinelor cu dublu flux, in care aburul circula in sensuri diametral opuse, admisia fiind realizata in mijlocul carcasei. Daca aburul nu este evacuat la condensator (cazul corpurilor de inalta si medie presiune) dupa destindere acesta este colectat la un capat al corpului pentru a fi apoi introdus in urmatorul corp.

Formele de evazare ale turbinelor de reactiune sint similare cu cele ale turbinelor de actiune cu singurul avantaj ca forma de evazare este mai buna. Aceasta se datoreste faptului ca volumul specific creste mai lent si mai continuu datorita numarului mare de trepte si repartizarii destinderii intre ajutaje si palete.

Fig. 7.8