Garo Turbinos: Veikimas, Tipai ir Pritaikymas

Garo turbinos yra esminis daugelio pramonės šakų komponentas, ypač elektros energijos gamyboje ir pramoniniuose procesuose, kuriems reikia didelių mechaninės energijos kiekių.

Kas yra Garo Turbina?

Garo turbina (iš pranc. turbine, iš lot. turbo 'sūkurys') - tai energijos rūšies keitimo įtaisas, variklis, vandens garų termo-mechaninę plėtimosi energiją verčiantis į mechaninę - sukimo momentą. Garo turbina yra mašina, kuri vandens garuose esančią šiluminę energiją paverčia mechanine energija.

Šis procesas atliekamas plečiant aukšto slėgio garus per rotoriuje sumontuotų menčių seriją, dėl ko rotorius sukasi. Garo turbina yra greitaeigiškesnė, kompaktiškesnė ir ekonomiškesnė už garo mašiną.

Garo Turbinos Sandara

Garo turbiną sudaro:

• Rotorius - velenas su ant jo užmautu darbiniu ratu ir mentėmis.
• Statorius - korpuse nejudamai įtvirtintas kreipratis (įtaisas su žiedu įtaisytomis nejudomomis mentėmis, nukreipiančiomis garą į darbinio rato mentes).

Garo Turbinos Veikimo Principas

Pagrindinis garo turbinos principas pagrįstas termodinamikos dėsniais, konkrečiai - aukšto slėgio ir aukštos temperatūros garo plėtimusi, kuris paverčiamas mechaniniu darbu. Iš garo katilo išsiveržusi garo srovė slėgia mentes ir ratas sukasi labai dideliu greičiu - apie 30 tūkst. kartų per minutę.

Veikimo Etapai

1. Garų generavimas. Garas generuojamas katile, kuriame vanduo kaitinamas naudojant energijos šaltinį (pvz., anglį, gamtines dujas, naftą arba branduolinę energiją).
2. Garų plėtimasis. Susidarę garai nukreipiami į turbiną, kur jie plečiasi, eidami per etapais išdėstytų purkštukų ir menčių seriją.
3. Garų išleidimo anga. Praėjus turbinos etapus, garas praranda didžiąją dalį savo energijos ir išleidžiamas esant daug žemesniam slėgiui ir temperatūrai.
4. Konvertavimas į elektros energiją. Elektros energijos gamybos įrenginiuose turbinos rotorius yra sujungtas su elektros generatoriumi.

Pagrindiniai Garo Turbinų Tipai

Garo turbinos skirstomos pagal veikimo principą ir garų panaudojimo būdą.

Pagal Veikimo Principą

• Veiksmo turbinos (impulsinės). Veiksmo turbinoje garai plečiasi per eilę purkštukų prieš patekdami į turbinos mentes. Didelis garo greitis verčia mentes suktis. Aktyviojoje garo turbinoje daugiau nei pusė garo potencinės energijos virsta kinetine kreipratyje.
• Reakcijos turbinos. Reakcinėje turbinoje garo plėtimasis ir energijos generavimas vyksta mentėse. Reaktyviojoje - energija verčiama tarp darbinio rato menčių.

Pagal Garų Panaudojimą

• Kondensacinės turbinos. Šios turbinos suprojektuotos veikti su garais, kurie plečiasi tol, kol išleidimo angoje pasiekia subatmosferinį slėgį, todėl šiluminė energija gali būti visiškai paversta mechanine energija. Kondensacinėse garo turbinose naudotas garas kondensuojamas (iš jo vėl gaminamas garas).
• Priešslėgio turbinos. Šiose turbinose garai nėra visiškai kondensuojami, o išleidžiami esant aukštesniam slėgiui, kad būtų panaudoti kituose pramoniniuose procesuose. Termofikacinėse turbinose naudoto garo šiluma tiekiama šilumos vartotojams.
• Ištraukimo turbinos. Šiose turbinose dalis garo ištraukiama į vieną ar daugiau tarpinių pakopų, kad būtų panaudota kituose pramoniniuose procesuose, o likęs garas toliau plečiasi turbinoje.

Garo Turbinų Pritaikymas

Garo turbinos atlieka labai svarbų vaidmenį šiuolaikinėje pramonėje, paverčiant šiluminę energiją naudingu darbu.

Pagrindinės Pritaikymo Sritys

• Elektros energijos gamyba. Garo turbinos dažniausiai naudojamos elektrinėse (šiluminėse ir branduolinėse), kur jos varo elektros generatorius. Iki šiol šiluminės ir branduolinės elektrinės elektros energiją gamina pagal garo turbinos veikimo principą. Garo turbinų galia dažniausiai svyruoja tarp 0,5−500 MW, galingiausia pastatyta − 1200 MW.
• Pramoniniai procesai. Daugelyje pramonės šakų garo turbinos naudojamos tokiai įrangai kaip kompresoriai, siurbliai ir ventiliatoriai varyti. Taip pat naudojamos šildymui ir šaldymui.
• Laivyba. Turbinos pradėjo varyti minininkus 1900 m., o po 1906-ųjų - visus didelius karinius laivus.
• Atsinaujinantys energijos šaltiniai. Garo turbinos taip pat gali būti naudojamos kartu su atsinaujinančiais energijos šaltiniais, pavyzdžiui, geoterminėse elektrinėse ar biomasės deginimo įrenginiuose.

Šiais laikais statomos garo ir dujų elektrinės, kuriose dalį energijos gamina dujų turbina, kitą dalį - garo turbina. Tokiose elektrinėse iš to paties kiekio kuro pagaminama daugiau elektros energijos.

Garo Turbinų Priežiūra ir Eksploatacija

Garo turbinų efektyvumui ir saugumui užtikrinti labai svarbu laikytis numatytų veikimo ir priežiūros protokolų.

• Garo kokybė. Garo turbinos efektyvumas ir tarnavimo laikas labai priklauso nuo naudojamo garo kokybės.
• Veikimo sąlygos. Labai svarbu, kad turbina veiktų pagal numatytus parametrus, įskaitant slėgį, garo temperatūrą ir sukimosi greitį.
• Profilaktinė priežiūra. Garo turbinoms reikalinga reguliari priežiūra siekiant užtikrinti nepertraukiamą ir efektyvų veikimą.
• Vibracijos ir temperatūros stebėjimas. Nuolatinis vibracijos ir temperatūros stebėjimas yra būtinas norint aptikti problemas, kol jos nesukėlė rimtų gedimų.
• Veiklos saugumas. Garo turbinos veikia esant aukštam slėgiui ir temperatūrai, todėl labai svarbu laikytis griežtų saugos protokolų.

Garo Turbinų Istorinė Raida

Garo turbinų koncepcija siekia senovę, tačiau modernios turbinos išsivystė palyginti vėlai.

• Senovė. Primityvią garo turbiną I a. pr. Kr. aprašė Heronas Aleksandrietis.
• Šiuolaikinės turbinos. Nors jau XVIII a. buvo užpatentuota pirmoji dujų turbina, jos pradėtos naudoti daug vėliau. Jose darbo rato mentes suka ne garai, o karštos dujos.
• Charleso Algernono Parsonso indėlis. 1881-aisiais turbinomis susidomėjo ir ėmėsi eksperimentų anglų inžinierius Charlesas Algernonas Parsonsas (1854-1931). Praėjus trejiems metams jis užpatentavo savo sukurtą reaktyvinę garo turbiną. Netrukus Parsonsas sukūrė generatorių, kuris garų kuriamą mechaninę energiją vertė elektros energija.
• „Turbinia“ laivas. 1897 m. birželio 26-ąją Didžiosios Britanijos karalienės Viktorijos garbei surengtame karinio laivyno parade į priekį išsiveržė laivas, kuris net neturėjo dalyvauti. Tai buvo laivas „Turbinia“, tuo metu pasaulyje greičiausiai plaukiantis laivas, skrodęs vandenį beveik 64 km per valandą greičiu. Šio laivo inžinieriaus Ch. A. Parsonso sumanymu jame buvo įrengtos trys garo turbinos.

Garo turbinos yra ekonomiškesnės ir greičiau veikia nei garo mašinos, todėl jas išstūmė. 1890 m. atsirado pirmosios jėgainės, kuriose buvo naudojamos turbinos.

Garo Turbinų Plėtra Lietuvoje

Lietuva yra viena iš šalių, kuriose garo turbinos pradėtos naudoti gana anksti.

• Pirmosios elektrinės. 1901 m. statomos Vilniaus centrinės elektrinės katilinėje buvo įrengti du garo katilai, dvi 257 kW galios garo mašinos su generatoriais ir trys garo siurbliai.
• Pirmosios turbinos. Padidėjus elektros vartotojų skaičiui 1912 m. įrengta pirmoji Lietuvoje garo turbina. Jos galia buvo 948 kW.
• Galios didinimas. 1925 m. ši turbina buvo pakeista galingesne - 1800 kW, po trejų metų pradėjo veikti antroji - 3000 kW galios, o 1937 m.
• Šiuolaikiniai projektai. Tokiu principu elektros energiją 2012 m. pabaigoje pradėjo gaminti ir naujausias Lietuvos elektrinės blokas.

Garo Turbinos ir Stūmokliniai Varikliai

Konstrukcijos požiūriu garo turbinos yra sukamieji įrenginiai, o stūmokliniai varikliai veikia stumiamuoju judesiu. Tai lemia skirtingas jų eksploatacines savybes ir pritaikymo sritis.

tags: #kur #naudojamos #garo #turbinos #prezi