Мићић Драган Превентивно одржавање парних турбина
1
Мићић Драган Превентивно одржавање парних турбина
1
1. УВОД У ПАРНЕ ТУРБИНЕ
Топлотне турбине представљају машине које прво претварају топлотну енергију у
кинетичку енергију урећење струје радног флуида, а затим ову у механички рад у
облику обртаја ротора, затим се тај процес преко вратила турбине преноси до радне
машине. У најчешћем случају се као радна машина среће генератор, у којем се
добијени механички рад претвара у електричну енергију. Осим као генератор, радна
машина може бити турбокомпресор. За добијање механичког рада из топлоте, поред
парне турбине, мора постојати и извор топлоте и топлотни понор. Као извор топлоте
може послужити топлота добијена из хемијског или нуклеарног извора горива, која се
затим предаје радном медијуму ( пара или гас), док се у топлотном понору, топлота која
се није могла искористити за добијанје механичког рада, предаје околини, преко
хладњака измењивача или цевовода или се у кружном процесу опет враћа у систем.
Све заједно са турбогенератором назива се
постројење топлотне турбине
.
Ако је турбина у турбо постројењу парна односно гасна, онда се ради о парном
односно гасном постројењу. Ако се ради о блоку парне турбине извор топлоте је парни
котао или нуклеарни реактор. У случају гасне турбине извор топлоте је комора за
сагорјевање, површински загрејач или нуклеарни реактор хлађен водом или гасом. На
слици 1.1 дата је шема термодинамичког процеса код парних турбина.
Слика 1.1 Шема термодинамичког процеса код парних турбина
Мићић Драган Превентивно одржавање парних турбина
3
2.1Историјски развој парних турбина
У току XVII века због све веће индустрализације јавља се потреба за истраживањем
такве врсте погона, у току тог века предлагани су многи начини како би се топлотна
енергија пребацила у механичку енергију, користећи брзински напон водене паре, али
би се све завршавало без практичне реализације.
Од 1831 године W. Averi је у USA изградио преко 50 парних турбина, што уједино
и преставља масовни почетак коришћења ових машина. У почетку оне су служиле
већином у пилању и обради дрвета. Окретање ротора код ових машина је била
последица реакције парног млаза. Ипак због веома захтевног одржавања, као и
учесталих отказа и отежане регулације броја обртаја, ове машине нису се много
задржале у употреби. Током наредних година сличне парне турбине су израђиване у
Енглеској као и Русији, ипак примена ових турбина је била ограничена, јер још није био
изумљен електрични генератор.
Прву индустријску примењиву парну турбину патентирао је шведски инжењер
Патрик Де Лавар 1883. године. Турбина је била мале снаге (370kW) и са великим
бројем обртаја (433s
-1
). такође турбина је имала делимично попуњење по обиму. После
тога, овај инжењер 1897 конструише турбину под називом Де Лавалова турбина. Код
ове турбине, експанзија паре се одвија само у статорској решетки, при чему је брзина
паре на самом излазу имала јако високу вредност.
Енглески инжењер Чарлс Парсонс је 1884 године конструисао вишестепену
аксијалну реакциону парну турбину, која је остварила 7456(kW) и обртала се брзином
17000(мин
-5
) (слика број 1.3).
Слика 1.3 Прва Парсонова парна турбина, 1884. године
Осим примене у индустрији, прве парне турбине су се почеле користити за
покретање бродова, 1896. године Парсонс уграђује парну турбину на брод „Турбиниа“.
Већ на самом почетку коришћења парних турбина, уочено је да израђена пара која
је пошла кроз парну турбину још увек располаже са одређеном енергијом.
Наједноставније и уједно веома корисно дејство те искоришћене водене паре јесте да се
она могла и даље искористити за загревање послобних али и стамбених просторија ( у
Мићић Драган Превентивно одржавање парних турбина
4
ТЕ се она користи за загребање управних зграда и објеката у оквиру ТЕ). Први пут ово
је реализовано 1893. године на електрани „Хамбург Постстрессе“. Уједино ово је био
веома добар начин за повишење степена искоришћености горива, продужује резерве
фосилних горива, већа економска добит и мање загаћење животне околине.
Паралелно са развојем турбина код којих пара тече приближно оси вратила турбине,
почиње и развој конструкције радијалних парних турбина са смером струјања који су
под углом од двадесет степени на осу турбине.
Браћа Љунгстрем из Шведске патентирали су 1912. године прву радијалну турбину.
Велики хроничар и едукатор у области развоја и пројектовања турбина био је Аурел
Стодола, чија је едиција са текстовима из области парних турбина публикована у
Швајцарској на крају 19. века и та едиција носи назив „ Парне и гасне турбине“. Ове
едиције представљају прва оваква научна издања из области парних и гасних турбина.
2.2Технички развој парних турбина
Топлотне турбомашине у суштини, представљају машине које су једноставне по
идеји, али су по конструкцији и захтевима за њихову изградњу сложене. Стално
повећање потрошње електричне енергије у 20. веку условили су убрзан развој и
усавршавање турбомашина. Након проналаска високо отпорних материјала,
превазиђене су одређене препреке за бољу експлоатацију турбо машина.
Почетком 20. века почиње убрзан развој турбомашина 1907. године направљена је
прва турбомашина са одвођењем паре за регенеративно загребање напојне воде, чиме је
побољшан укупан степен искоришћења горива. Тада се и направио и први ротор који је
био састављен из једног комада челичног ингота, тежине 3 тоне, док су раније
коришћени ротори састављени из више сегмената прављени од разног лима.
У развоју парних турбина можемо приметити неколико етапа које су
карактеристичне за њихово усавршавање:
- I период основног и релативно спорог развоја ( до 1914. године),
- II период интензивног развоја турбомашина ( од 1915 до 1940 године),
- III период усавршавања и оптимизације турбинских постројења или етапа
савремених парних и турбинских постројења ( од 1941. године па до данас).
Ова три периода наишла су на низ лимитирајућих конструктивних фактора које је
требало решити, међу њима су најзначајнија:
а) развој знања о издржљивости и понашању материјала у областима високих
притисака и температура, посебно оних материјала који улазе у састав лопатица парних
турбина и чврстоћа ротора.,
Мићић Драган Превентивно одржавање парних турбина
6
Слика 1.4 историски развој јединичних снага парних турбина са одузимањима
Легенда уз слику 1.4: 1 – полубрзина четверополни генератори; 2 – пуна брзина,
доплони генератори; 3 – пуна брзина, постројења за спрегнуту производњу електричне
и топлотне енергије.
Максимални степен корисног дејства парне турбине (СКД) може се постићи малим
топлотним међупадовима у сваком степену турбине и сагласно томе, изградњом са
великим бројем ступњева. Ипак, код ових турбина због великог броја међуступњева
расту и димензије и сама гломазност конструкције парних турбина.
Првих тридесет година 20 вијека, најчешће се користе турбине које су направљене
по решењима Де Лавала и Парсонса, до 1927 године више од 5000 оваквих турбина је
пројектовано и изграђено. Поменућемо само неке, 1906. године турбина снаге 10 (MW)
(GE у SAD), 1915. године турбина снаге 25(MW)(Вестингхаус у SAD),и 1922 године
снаге 160 (MW)(ББЦ у Швајцарској).
На слици 1.5 приказан је историјски развој сепена корисности парних и гасних
постројења
Ипак тридесетих година уз појаву свецке кризе, као и други свецки рат, привремено
су успорили раст јединичних снага до педесетих година двадесетог века. Тада, уз
појаву високо легираних челика и наглог развоја енергетике, почела је експанзија снага
и нових конструктивних решења парних турбина.
