Parna turbina

Izvor: Wikipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Rotor moderne turbine, rabljen u elektrani

Parna turbina je uređaj koji pretvara toplinsku energiju iz pare pod pritiskom u rotacijsko gibanje radnih dijelova, te se tako dobiva koristan mehanički rad. Modernu izvedbu parne turbine izmislio je Sir Charles Parsons.

Parna turbina je oblik toplinskog stroja koji izvlači svoj napredak iz termodinamičke učinkovitosti kroz rabljenje višestrukih stupnjeva u ekspanziji pare, što rezultira približavanju idealnom povratnom procesu. Ona je skoro u potpunosti istisnula rabljenje parnog stroja (kojeg je izmislio Thomas Newcomen te ga kasnije poboljšao James Watt).

Povijest[uredi VE | uredi]

Curtis-ova parna turbina iz 1905.

Prvi uređaj koji je mogao biti kvalificiran kao parna turbina je bio nalik na igračku, zvao se eolipile ili Heronova kugla. Opisao ga je još u prvom stoljeću Hero iz Aleksandrije. Nakon više od tisuću godina napravljena je prva parna turbina s praktičnom primjenom i to 1551. godine u Egiptu.

Modernu parnu turbinu je osmislio Englez Sir Charles Parsons 1884. godine, čiji je prvi model bio spojen na dinamo koje je generiralo 7,5 kW električne struje. Nakon ovoga izuma svijet nije više bio isti, omogućena je jeftinija električna energija i došlo je do znatnog napretka i revolucije u pomorskom prometu. Ispostavilo se da da je Parsons-ovu turbinu bilo veoma jednostavno nadograditi. Kapacitet njegovih generatora narastao s početnih 7,5 kW na 50 000 kW. Za njegova života kapacitet je porastao 10 000 puta u odnosu na početni izum.

Princip rada[uredi VE | uredi]

Pojednostavljena shema sustava sa parnom turbinom

Parna turbina se sastoji od nepokretnih lopatica koje su pričvršćene na kućište (stator) i pokretnih lopatica na radnom kolu, koje je spojeno sa vratilom (rotor). Para pod visokim tlakom prvo dolazi na nepokretne lopatice statora, ona skreće struju pare i usmjerava je pod određenim kutem. Pri tome se kanali sužavaju i na taj način para ubrzava (Zakon očuvanja mase). Ubrzana para nakon toga struji preko pomičnih lopatica koje se nalaze na radnom kolu. Ova promjena smjera strujanja pare dovodi do stvaranja sile koja gura lopatice suprotno od pravca promjene brzine pare, a pošto se one mogu slobodno okretati s vratilom, to uzrokuje okretanje radnog kola.

Elektrane koriste velike parne turbine koje pokreću električne generatore i na taj nacin stvaraju električnu energiju (čak 80% električne struje u svijetu se dobiva uz ovakvih elektrana). U većini su dvije vrste elektrane koje koriste parne turbine, a to su Nuklearne elektrane i Termoelektrane, dok se u nekim zemljama koristi i koncentrirajuća solarna energija. Kinetička energija vodene pare pretvara se u mehanicki rad (rotaciju lopatica turbina).


Podjela parnih turbina[uredi VE | uredi]

Parne turbine se izrađuju u različitim veličinama od malih (0,75 kW) do onih najvećih (1 500 000 kW), koje se koriste za generiranje električne energije. Postoje više klasifikacija za moderne parne turbine.

Prema načinu dobave pare i uvjetima ispuštanja[uredi VE | uredi]

U ovu skupinu ubrajamo kondenzirajuće, nekondenzirajuće, ekstrakcijske i indukcijske.

Nekondenzirajuće parne turbine se uglavnom koriste za parno-procesne programe. Izlazni tlak se kontrolira regulacijskim ventilom kako bi se uskladilo potrebama procesa. Ovakve turbine uglavnom pronalazimo u jedinicima centraliziranog grijanja i destilacijskim postrojenjima gdje nalazimo veliku količinu procesne pare na niskim tlakovima.

Kondenzirajuće parne turbine se nalaze većinom elektranama. Izlazna para kod ovih turbina je u djelomično kondenziranom stanju pri tlaku znatno većem od atmosferskog tlaka.

Stupanj iskorištenja[uredi VE | uredi]

Shematski dijagram koji prikazuje razliku između impulsne i reakcijske turbine

Stupanj iskorištenja kod toplinskih motora predstavlja odnos dobivenog rada i uložene topline. Kod konvencionalnih postrojenja on se kreće od 0,3 do 0,4. Povećavanjem stupnja korisnosti pruža nam se mogućnost većeg iskorištavanja polazne energije. Stupanj korisnosti se može povećati dovođenjem topline pri višim tlakovima i temperaturama, što je uvjetovano razvojem novih konstrukcijskih materijala jer para kod velikih postrojenja na ulazu u turbinu može imati temperature do 500 °C i tlakove do 180 bara.


Kako bi se maksimalno povećala korisnost turbine para ekspandira i pritom vrši rad, u nekoliko stupnjeva. Stupnjevi su karakterizirani na način na koji se energija izvlači iz pare, a to mogu biti impulsne i reakcijske turbine. Većina turbina upravo koristi kombinaciju ovih dvaju tipova, pa se uglavnom impulsne koriste pri višim tlakovima, a reakcijske pri nižim.

Impulsna turbina[uredi VE | uredi]

Impulsne turbine imaju nepokretne sapnice koji orijentiraju tok pare jako brzih mlazova. Mlazovi koji imaju veliku brzinu posjeduju značajnu kinetičku energiju koju lopatice na rotoru pretvaraju u rotacijsko gibanje.

Kako para putuje kroz sapnicu njen tlak pada od početnog iznosa (unutar sapnice) do konačnog (na izlazu iz sapnice, koji je često atmosferski ili čak djelomični vakuum). Zbog ekspanzije kroz sapnicu, para sapnicu napušta velikom izlaznom brzinom. Para koja napušta lopatice rotora ima veliki udio od maksimalne brzine koju je ona postigla na izlazu iz sapnice, te se ovaj gubitak energije naziva još izlazni gubitak.

Reakcijska turbina[uredi VE | uredi]

U reakcijskim turbinama, lopatice rotora su smještene tako da tvore konvergentne sapnice. Kod ovog tipa turbina koristi se reakcijska sila koja je nastala ubrzavanjem pare kroz sapnicu. Para se usmjerava na rotor pomoću nepočnih lopatica na statoru, te napušta stator kao mlaz koji popunjava cijeli obujam rotora. Para nakon toga mijenja smjer strujanja i povećava svoju brzinu relativno u odnosu na brzinu lopatica. Do pada tlaka dolazi i u statorskom i u rotorskom dijelu, s parom koja ubrzava u statoru, a usporava na rotoru. Također dolazi do pada tlaka i temperature. To sve rezultira mehaničkim radom koji nastaje okretanjem rotora.

Regulacija broja okretaja[uredi VE | uredi]

Regulacija broja okretaja kod turbina je jako značajna. Kod puštanja turbine u pogon, nagla promjena broja okretaja može rezultirati trajnim oštećenjima na turbini, dok se kod nekih generatora zahtijeva još i precizna kontrola broja okretaja. Pri naglom smanjenju opterećenja (bez regulacije) dolazi do znatnog povećanja broja okretaja sve do razaranja turbine.

Parne turbine korištene u elektranama spojene su direktno na generatore električne energije što znači da moraju imati točno određen broj okretaja, te da moraju biti sinkronizirane na električnu mrežu.

Vidi još[uredi VE | uredi]

Izvori[uredi VE | uredi]