Turbină de impuls

Turbină cu abur cu impuls

O turbină cu abur cu impuls, cunoscută și sub denumirea de turbină cu impuls, este un tip de mașinărie termică care se bazează pe jeturi de abur de mare viteză care lovesc palele pentru a acționa rotația rotorului. Valoarea sa fundamentală constă în convertirea eficientă a energiei termice în energie mecanică, ceea ce o face un echipament energetic cheie în generarea modernă de energie termică, generarea de energie nucleară, propulsia navelor și alte domenii. Scenariile sale de aplicare acoperă cerințele de alimentare cu energie și de acționare a puterii în multiple industrii.

Principiul de funcționare de bază

Principiul de funcționare al unei turbine cu abur cu impuls se bazează pe legea impulsului a lui Newton. Procesul de conversie a energiei este concentrat și eficient, fluxul de lucru de bază fiind împărțit în două etape: Mai întâi, aburul intră și se extinde în duze fixe, accelerând și transformând energia termică în energie cinetică de mare viteză, formând un jet de abur cu o forță de impact suficientă. Ulterior, acest jet de abur de mare viteză lovește palele mobile montate pe rotor la un unghi specific, transferând energie cinetică către pale, acționând astfel roata turbinei și arborele principal să se rotească și să producă lucru mecanic extern.

Caracteristica sa distinctivă este că procesul de expansiune a aburului și cea mai mare parte a căderii de presiune au loc în principal în duze. Presiunea aburului din pasajele palelor mobile rămâne în esență constantă. Palele mobile acționează ca componente pasive de recepție a forței, primind impactul jetului de abur pentru a facilita transferul de la energia cinetică la energia mecanică.

Caracteristici de bază

1. Procesul de expansiune concentrată: Cea mai mare parte a scăderii de presiune a aburului și a lucrului mecanic de expansiune au loc în duze. Lamele mobile au rolul principal de a transfera energia cinetică și nu participă la procesul principal de expansiune a aburului.

2. Putere derivată din forța impulsivă: Forța motrice principală pentru rotația rotorului provine de la impactul instantaneu al jetului de abur de mare viteză asupra palelor în mișcare. Metoda de transfer de energie este analoagă cu transferul instantaneu de forță la lovirea cu piciorul într-o minge de fotbal. Eficiența impactului afectează direct performanța generală a unității.

3. Design structural simplu: Palele mobile utilizează adesea modele în formă de găleată sau placă plată, cu forme regulate ușor de fabricat. Structura generală este relativ simplă, nu necesită carcase complexe și îmbunătățește semnificativ confortul întreținerii ulterioare.

4. Adaptabilitate la funcționarea la viteză mare: Randamentul unei singure etape este relativ ridicat, iar pierderile de ieșire sunt comparativ mici. Acest lucru îl face foarte potrivit pentru proiectele în serie cu mai multe etape. Randamentul total al unității poate fi îmbunătățit eficient prin suprapunerea energiei în mai multe etape, adaptându-se la cerințele de funcționare la viteză mare.

Caracteristici structurale și de performanță

(I) Componente structurale de bază

Unitatea constă în principal din componente cheie, cum ar fi duze, diafragme, pale mobile, roți de turbină și cilindrul: Duzele sunt responsabile pentru accelerarea aburului și conversia energiei; diafragmele fixează duzele și separă zonele de curgere ale fiecărei etape; palele mobile și roțile turbinei lucrează împreună pentru a primi energie cinetică și rotație la ieșire; cilindrul oferă un mediu de funcționare închis pentru întregul sistem de curgere. Printre acestea, palele mobile sunt adesea proiectate ca niște găleți simetrice sau în formă de cupă pentru a capta și devia eficient fluxul de abur, asigurând eficiența transferului de energie.

(II) Avantajele performanței de bază

Comparativ cu turbinele cu abur cu reacție, turbinele cu abur cu impuls posedă caracteristici de performanță și avantaje distincte:

• În primul rând, au mai puține etape și o structură simplificată, ceea ce duce la costuri de fabricație mai mici, proceduri de întreținere zilnică mai simple și costuri operaționale controlabile.

• În al doilea rând, oferă o eficiență excelentă de conversie a energiei. Utilizând tehnologia aburului de înaltă presiune, eficiența termică poate depăși 40%.

• În al treilea rând, acestea prezintă temperaturi scăzute ale gazelor de eșapament și emisii reduse de poluanți, evidențiind performanța lor de mediu și aliniindu-se nevoilor operaționale cu emisii reduse de carbon.

• În al patrulea rând, structura este matură și fiabilă, cu o durată lungă de viață, rate scăzute de defecțiune și capacitatea de a se adapta la funcționarea continuă pe termen lung, asigurând o stabilitate puternică.

Scenarii de aplicații

Valorificând avantaje precum designul matur, performanța stabilă și adaptabilitatea largă, turbinele cu abur cu impuls sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii industriale, inclusiv generarea de energie, substanțele chimice, fabricarea hârtiei, textilele și oțelul. Scenariile lor principale de aplicare pot fi clasificate în trei tipuri:

1. Domeniul de generare a energiei electrice: Servește ca echipament energetic central pentru grupurile electrogene din centralele termice și centralele nucleare de mari dimensiuni, furnizând o putere electrică stabilă către rețea. Acestea reprezintă o unitate cheie de conversie a energiei în cadrul sistemelor energetice.

2. Domeniul industriei chimice: Folosite pentru acționarea echipamentelor critice, cum ar fi dispozitivele cu aer comprimat și diverse tipuri de pompe, oferind un suport stabil de alimentare pentru procesele de producție chimică. Se adaptează cerințelor de temperatură și presiune ridicată ale condițiilor de proces.

3. Alte domenii industriale: În industrii precum fabricarea hârtiei, textile și oțel, acestea sunt utilizate pentru a acționa diverse utilaje de producție, înlocuind unitățile de alimentare tradiționale pentru a spori eficiența producției și eficiența utilizării energiei.

În concluzie, turbina cu abur cu impuls, cu avantajele sale principale de eficiență ridicată, respect pentru mediu, fiabilitate și simplitate structurală, realizează o conversie eficientă a energiei termice în cea mecanică printr-un mecanism precis de conversie a energiei. Aceasta ocupă o poziție importantă în sistemele multi-industrie de alimentare cu energie și conversie a energiei, reprezentând un echipament termic cheie care combină viabilitatea economică cu caracterul practic.