Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Назвать первого создателя паровой турбины достаточно сложно. Многие испытатели занимались этой проблемой. Можно обозначить несколько испытателей, с чьими именами связывают изобретение данной конструкции. Карл де Лаваль получил патент на разработку и создание паровой турбины в 1889 г. Итогом работы Карла де Лаваля стала международная техническая выставка в Чикаго, на которой была представлена конструкция де Лаваля. Создание паровой турбины связывают также с именем Чарльза Парсонса. Свою первую конструкцию подобного типа он закончил в 1884 г., и она, в отличие от паровой турбины де Лаваля, сразу же нашла применение в промышленном масштабе. В 1894 г. Чарльз Парсонс сконструировал турбинное судно, которое назвал «Турбиния». Первые испытания судна прошли не очень удачно, но после усовершенствования «Турбиния» стала самым быстроходным судном.

Пароводяная смесь образуется при пузырчатом кипении воды в паровых котлах (кипятильных трубах или топочных экранах), а также в испарителях и других теплообменных аппаратах. Плотность пароводяной смеси меньше плотности воды, в барабанах паровых котлов это обеспечивает естественную циркуляцию.

Паровой котел – устройство, осуществляющее образование насыщенного или перегретого пара.

Согласно классификации различают паровые котлы следующих видов:

1) водотрубные котлы, суть их заключается в том, что внутри трубы находятся вода и пароводяная смесь, а дымовые газы располагаются вне трубы;

2) огнетрубные паровые котлы, их особенностью является расположение внутри трубы дымовых газов, а снаружи воды.

В зависимости от характера движения воды и пароводяной смеси существуют:

1) паровые котлы с естественной циркуляцией;

2) паровые котлы с принудительной прямоточной циркуляцией;

3) паровые котлы с принудительной многократной циркуляцией.

Парогазотурбинная установка – теплосиловая установка, совместно использующая в своем тепловом цикле два рабочих элемента – газы от сгорания топлива и водяной пар. Принципиальная конструкция парогазотурбинной установки включает газовую турбину, высоконапорный парогенератор, паровую турбину, электрический генератор, компрессор. Первая парогазотурбинная установка появилась в 1932 г. в конструкции высоконапорного парогенератора «Велокс» производства швейцарской фирмы «Боун, Бовери унд компани». В этой установке газовая турбина сообщала работу дутьевому турбокомпрессору, используя отходящие газы парогенератора. Она повышала эффективность теплообмена, и наддув топки составлял 200—300 кн/м 2(2—3 кгс/см 2).

Установки «Велокс» имели очень широкое применение во многих странах, в том числе и в России. Современные парогазотурбинные установки различаются по конструкции и мощности. Они могут иметь и раздельные тепловые схемы, использующие газ и пар в контурах в отдельных газовых и паровых турбинах, или контактные схемы, при которых происходит смешивание пара и газа в общий поток, который направляется в турбину. Парогенераторы «Велокс» имеют небольшую мощность. В России, например, построены высоконапорные парогазогенераторы, имеющие большую производительность. Продукты сгорания газа поступают в газовую турбину, пар – в паровую турбину. Газовая турбина приводит в движение воздушный компрессор и электрический генератор. Применение совместного газового и парового циклов экономит удельный расход тепла, снижая его до 7%, что эффективнее паротурбинной установки такой же мощности, и снижает капиталовложения до 12%. Первая комбинированная схема, включающая высоконапорный парогенератор и газотурбинную установку, появилась в России в 1972 г. на Невинномысской ГРЭС. Мощность блока – 200 МВт, давление в топке парогенератора – 650 кн/м 2(6,5 кгс/см 2), мощность газотурбинной установки – 43 МВт, мощность паротурбинной установки – 160 МВт. Такие установки большой мощности используются на больших электростанциях и в России, и в зарубежных странах.

В Германии и в США работают тепловые схемы парогазотурбинных установок, использующие газы, отходящие из газотурбинной установки, в топку парового котла, увеличивая в ней температуру. И также отходящие газы газотурбинной установки подогревают воду, питающую теплообменник.

Парогенератор– устройство, производящее водяной пар. Различаются по роду используемой энергии. Существуют парогенераторы, вырабатывающие пар при сжигании органического топлива (это паровые котлы), и есть парогенераторы, работающие на электрической энергии (это электрические котлы). Парогенераторы входят в конструкцию парогазотурбинной установки. Парогенераторы на атомных электростанциях вырабатывают вторичный пар, направляющийся в турбину. Это испарители с обогревом теплоносителя из атомного реактора.

Пароперегреватель – устройство, перегревающее пар с целью повышения температуры этого пара, превышающей температуру насыщения. Принципиальная конструкция пароперегревателя представляет собой стальные трубы, имеющие внутренний диаметр до 60 мм, которые укреплены параллельно и присоединены или прямо к барабану котла, или к коллектору – входному, выходному или же промежуточному. Пароперегреватели различаются по направлению движения пара и дымового газа и по расположению пароперегревателя в котле. Направление пара и газа может быть параллельным, противонаправленным и смешанным. От расположения пароперегревателя в котле зависит теплообмен, осуществляющийся в нем. По расположению в котле пароперегреватели бывают радиационными, ширмовыми или конвективными.

Пароперегреватели радиационные расположены в топочной камере на ее потолке или на стенках между трубами испарительных экранов, они получают тепло, которое распространяет факел сжигаемого топлива.

Пароперегреватели ширмовые представляют собой отдельные плоские ширмы из параллельных труб, они располагаются перед конвективной частью котла, при выходе из топки. Их теплообмен 3/4 – это излучение или конвекция.

Пароперегреватели конвективные 3/4 – это несколько рядов змеевиков, они располагаются за топкой в газоходе котлоагрегата. Существуют и комбинированные пароперегреватели. Их конструкция включает радиационную, ширмовую, конвективную части и пароохладитель. Пароохладитель 3/4 – это теплообменное устройство, регулирующее температуру перегретого пара перед турбиной или в котле, предотвращающее слишком высокий перегрев пароперегревателя и обеспечивающее нормальные условия работы паровой турбины. Пароохладитель находится в промежуточном коллекторе или на выходе пара из пароперегревателя. Принцип работы пароохладителя состоит в отводе от пара тепла, который осуществляет вода, проходящая по трубам теплообменника, в результате чего происходит охлаждение пара.