Extras din curs

CURS 1

TURBINE CU ABUR

Introducere

Turbina cu abur este un motor termic rotativ care foloseste ca fluid de lucru aburul. Folosirea miscarii de rotatie are mari avantaje:

a) transformarea energetica este continua, deci masina are o mare capacitate de transformare, turbina fiind capabila de puteri foarte mari.

b) fortele dinamice se limiteaza doar la fortele centrifuge, care teoretic ar trebui sa se echilibreze; o echilibrare perfecta nu este posibila, astfel ca ramine o mica forta centrifuga care se invirte odata cu rotorul provocind vibratia turbinei; fortele dezechilibrante sint insa incomparabil mai mici decit la masinile cu piston astfel incit functionarea turbinelor este linistita, determinind o oboseala redusa a materialelor si avind o durata de lunga viata .

c) punctele de frecare sint putine, in special in lagare, cee ce conduce la uzura redusa si randament mecanic ridicat.

Cererea in continua crestere a necesarului de energie a facut ca tendinta sa se indrepte catre masini tot mai mari, turbomasinile capatind o deosebita importanta, fiind masini de baza in energetica.

Ca principiu turbina cu abur este realizata dintr-un sir de ajutaje si un sir de palete fixate pe marginea unui disc. In ajutaje aburul se destinde, marindu-si viteza adica energia potentiala a aburului de a se transforma in energie cinetica. Lovind paletele, aburul le pune in miscare, deci in palete energia aburului se transforma in lucru mecanic util.

In general se recurge la transformarea treptata a energiei aburului, fractionind destinderea pe mai multe siruri de ajutaje, alternind cu siruri de palete; presiunea scade treptat in lungul turbinei, de unde numele de turbine cu trepte de presiune.

Prin destindere in lungul turbinei, volumul specific al aburului creste, deci sectiunea de trecere creste de la intrare la iesire. Aceasta determina ca la finalul turbinei lungimea paletelor sa creasca mult, ceea ce face ca viteza centrifuga sa atinga valori mari solicitind materialul din care aceasta este realizata.

Puterea turbinelor a crescut continuu de-a lungul anilor. Primele turbine aveau puteri mici 3 – 4 MW si erau utilizate pentru alimentarea oraselor mari. Cu timpul puterile au crescut la 25; 50; 100; 330 MW. Centrala nucleara de la Cernavoda este de 700MW, pe plan mondial fiind in functiune centrale de 900 si 1000 MW. Proiectele noi de centrale nucleare contin agregate de 1200 MW. Trebuie mentionat ca, din conditii de sistem energetic, puteri mari instalate se pot realiza doar in sisteme mari, datorita influentei pe care o pot avea asupra sistemului scoaterea din functiune brusca a unitatii.

LEGI FUNDAMENTALE FOLOSITE IN CALCULUL TERMIC AL TURBINELOR

1. Ecuatia de debit

Debitul este cantitatea de fluid care curge in unitatea de timp printr-o sectiune data:

D = dm/dÄ [kg/s]

Ecuatia de debit :

D = ÁScn = Scn/v

unde: cn : este viteza normala prin sectiune

S: este sectiunea de curgere a fluidului

v: este volumul specific al fluidului

Pentru conductele de abur se recomanda la abur supraincalzit cn = 40 ÷ 60 m/s, iar la abur saturat 30 ÷ 40 m/s; la tubul de evacuare al turbinelor cu condensatie cn = 80 ÷ 120 m/s (exceptional 150 m/s).

2. Ecuatia continuitatii

Aceasta ecuatie reprezinta aplicarea principiului conservarii materiei la curgerea fluidelor. In regim permanent, debitul este constant in lungul tubului de curent: D = const sau:

S1c1/v1 = S2c2/v2 = …. = const.

3. Legea impulsului

Forta produsa de un fluid in miscare asupra unui corp se datoreste presiunii si modificarii impulsului fluidului:

Fi = £ Fp + D(c1 – c2) = £ Fp + I1 – I2 [N]

Pentru aplicarea relatiei se inconjoara regiunea care intereseaza cu o suprafata de control si se stabilesc fortele de presiune care actioneaza din exterior asupra acestei suprafete, precum si impulsurile fluidului la trecerea prin acest contur.

Fluidul in miscare poate produce forta asupra corpurilor intilnite in trei moduri: prin actiune, prin reactiune si prin efect de aripa portanta.

a) Forta de actiune este forta produsa asupra unui corp prin lovirea acestuia de un fluid venit in viteza. Aceasta forta se datoreste impulsului pozitiv I1 si este dirijata in sensul vitezei initiale a fluidului.