Klasyfikacja turbin parowych

      Turbiny parowe klasyfikuje się według różnych kryteriów.

  • W zależności od liczby stopni rozróżnia się turbiny jedno- i wielostopniowe

Jednostopniowe turbiny ze stopniem Curtisa odznaczają się bardzo prostą budową i niskim kosztem wykonania. Mają jednak małą sprawność, są więc praktycznie stosowane są jako napędy pomocnicze i awaryjne. Większość współczesnych turbin buduje się jako turbiny wielostopniowe.

  • W zależności od kierunku przepływu pary: turbiny osiowe i promieniowe.

Turbiny promieniowe (o przepływie pary prostopadłym do osi wirnika) stosowane były dawniej. Obecnie praktycznie wyłącznie są budowane turbiny osiowe, o równoległym do osi turbiny kierunku przepływu pary.

  • W zależności od mocy: turbiny małej mocy (np. do 2,5 MW) średniej mocy(np. 2,5-50 MW); dużej mocy (np. 50-400 MW); wielkiej mocy (np. ponad 400MW). Ze względu na ciągły wzrost mocy produkowanych turbin pojęcia dużej i wielkiej mocy ulegają zmianie.
  • W zależności od źródła pary dolotowej: a) turbiny na parę świeżą (z kotła) i turbiny na parę odlotową (np. z innej turbiny, silnika tłokowego młotów parowych itp.); b) turbiny jedno- lub wieloprężne, to jest zasilane z jednego lub kilku źródeł pary o różnym ciśnieniu (w praktyce 2 rzadko 3 źródła); para o najwyższym ciśnieniu jest tu doprowadzana do pierwszego stopnia para o ciśnieniu niższym do dalszych stopni; są to więc turbiny z międzystopniowym doprowadzeniem pary.
  • W zależności od ciśnienia (parametrów) pary dolotowej: turbiny niskiego ciśnienia (np. 0,12-0,20 MPa, tj. głównie na parę odlotową); średniego ciśnienia (np. do 6,4 MPa); wysokiego ciśnienia (np. 6,4 - 14Mpa) turbiny o ciśnieniu nadkrytycznym (np. ponad 14 MPa). Ponieważ ciśnienia pary są powiązane z temperaturami, można też mówić o turbinach na niskie, średnie, wysokie i nadkrytyczne parametry pary.
  • W zależności od sposobu sprzęgania z napędzaną maszyną: turbiny bezprzekładniowe i przekładniowe.
  • W zależności od prędkości obrotowej: a) turbiny o stałej prędkości obrotowej (napędzające prądnice elektryczne) i o zmiennej prędkości obrotowej (napędzające sprężarki, pompy oraz turbiny okrętowe); b) wolnobieżne (1500 obr/min) normalne (3000 obr/min) i szybkobieżne (ponad 3000 obr/min; prędkości obrotowe turbin dochodzą do 15000 obr/min i więcej) - W zależności od liczby kadłubów - turbiny jednokadłubowe i wielokadłubowe.

Budowę wielokadłubową stosuje się głównie wtedy, gdy wymaganej dużej liczby stopni lub wylotów turbiny nie udaje się pomieścić w jednym kadłubie. Poszczególne kadłuby (części) nazywa się zależnie od zakresu ciśnień, przy których pracują - częścią (lub kadłubem) wysokoprężną (WP)\ średnioprężną (S P) i niskoprężną (N P) turbiny.

  • W zależności od liczby strumieni pary: turbiny jedno- i wielostrumieniowe.

Podział pary płynącej przez turbinę na kilka (dwa jak na rys. 9.8, lub więcej) strumieni o takin; samym zwykle układzie łopatkowym jest stosowany zasadniczo w przypadku trudności (natury wytrzymałościowej) z konstrukcją kanałów przepływowych o odpowiednio dużym przekroju, przy dużych i wielkich strumieniach objętości. Wobec szybkiego wzrostu objętości właściwej pary w miarę obniżania ciśnienia budowę wielostrumieniową stosuje się przede wszystkim w częściach NP turbin kondensacyjnych dużej i wielkiej mocy, rzadziej w częściach SP, wyjątkowo w WP.


Układy a) jednostrumieniowy, b) dwustrumieniowy

  • W zależności od liczby wylotów z ostatniego stopnia: turbiny jedno- i wielo-wylotowe.

Z powodów analogicznych jak przy podziale na kilka strumieni stosuje się zwielokrotnienie liczby wylotów z ostatniego stopnia. Turbina wielowylotowa musi być, oczywiście, turbiną wielostrumieniową, a ponieważ w jednym kadłubie można pomieścić dwa wyloty (wyjątkowo 3) - zwykle również i wielokadłubową.

  • W zależności od liczby wałów niesprzęgniętych mechanicznie - turbiny jedno- i wielowałowe (zwykle dwuwalowe).

Potrzeba budowy turbin dwuwałowych występuje głównie przy największych mocach. Każdy z wałów napędza tu osobną prądnicę synchronizowaną tak, że wały są sprzęgnięte tylko elektrycznie. Natomiast para pracuje szeregowo w kolejnych kadłubach turbiny umieszczonych, zależnie od konkretnych potrzeb, w różny sposób na obu wałach.


Schemat turbiny dwuwałowej o mocy 1300 MW z przegrzewem międzystopniowym za częścią wysokoprężną.

  • W zależności od sposobu zamiany energii w stopniu: turbiny akcyjne, reakcyjne i kombinowane.

Jest to podział tradycyjny. Dzisiaj wiąże się z cechami konstrukcyjnymi i technologicznymi turbin w związku z tym, że turbiny reakcyjne miały układ bębnowy, a akcyjne komorowy. Układ z wirnikiem bębnowym stwarza ciągły kanał przepływu czynnika i podobne warunki przepływowe i konstrukcyjne dla wieńca kierowniczego i wirującego. W układzie komorowym z wirnikiem tarczowym koła z wieńcami wirującymi obracają się w komorach tworzonych przez kolejne tarcze kierownicze z wieńcami kierowniczymi. W związku z tym obecnie wyróżnia się turbiny bębnowe (reakcyjne) i komorowe (akcyjne).


Schemat części przepływowej turbiny a) budowy komorowej(akcyjnej) b) bębnowej(reakcyjnej)

  • W zależności od sposobu wykorzystania pary wylotowej z turbiny: turbiny kondensacyjne, przeciwprężne, z pogorszoną próżnią, upustowe, wydmuchowe, kombinowane.

W turbinach kondensacyjnych para po rozprężeniu się do ciśnienia znacznie niższego od ciśnienia atmosferycznego (typowe wartości 3,5-7 kPa) jest kondensowana w skraplaczu w warunkach głębokiej próżni. W skraplaczu para przekazuje swoje ciepło skraplania wodzie chłodzącej. Ponieważ nie istnieją techniczne możliwości wykorzystania pary wylotowej o tak niskich parametrach, a także wody chłodzącej skraplacz, podgrzanej do temperatury 20-40°C, ta bardzo znaczna ilość ciepła jest tracona i rozpraszana do otoczenia.


Schemat układu turbiny kondensacyjnej(z lewej) i przeciwprężnej

W turbinach przeciwprężnych para odlotowa jest odprowadzana do wykorzystania poza układem turbiny, np. dla celów technologicznych czy ciepłowniczych. Para na wylocie z turbiny ma tu ciśnienie wyższe lub znacznie wyższe od atmosferycznego (zwykle 0,25- 1,5 MPa), a ciepło zawarte w tej parze jest dalej wykorzystywane. Podstawowym zadaniem turbiny przeciwprężnej jest zasilanie odbiorców pary, a wytwarzanie energii elektrycznej jest celem ubocznym. Turbinę przeciwprężną można przyrównać do zaworu dławiącego, w którym para rozpręża się od wysokiego ciśnienia panującego w kotle do określonego niższego ciśnienia, z tym, że tutaj dodatkowo uzyskuje się energię elektryczną. Ilość wytwarzanej energii elektrycznej zależy od zapotrzebowania pary w odbiornikach, a więc od ilości pary przepływającej przez turbinę. Tak więc układ z turbiną przeciwprężną jest znacznie ekonomiczniejszy od układu z turbiną kondensacyjną i powinien być stosowany wszędzie tam, gdzie występują dostatecznie duże odbiorniki pary.

Turbiny z pogorszoną próżnią są to turbiny stosowane głównie w ciepłownictwie, o układzie takim jak turbiny kondensacyjne, z tym jednak, że do chłodzenia skraplacza i odbierania ciepła skraplania pary wylotowej jest stosowana woda sieciowa, tj. woda powrotna z układu ciepłowniczego. Skraplacz pracuje tu przy pogorszonej (mniejszej) próżni niż w układzie kondensacyjnym (ciśnienie skraplania 30-90 kPa) i stanowi zwykle pierwszy stopień wielostopniowego układu podgrzewania wody sieciowej.

W turbinach upustowych część pary jest odbierana z turbiny - pomiędzy jej wlotem a wylotem - przez upust i wykorzystywana poza układem turbiny do celów technologicznych czy ciepłowniczych. Upusty są zwykle regulowane w taki sposób, aby podtrzymywać wymagane ciśnienie odbieranej pary niezależnie od jej ilości. Turbina może mieć jeden lub dwa. Turbiny upustowe łączą w sobie cechy turbin kondensacyjnych i przeciwprężnych umożliwiając jednoczesną regulację mocy turbiny i ilości odbieranej pary. W turbinie upustowej można wyróżnić dwie części (również w budowie jednokadłubowej): przed upustem (WP) i za nim (NP.). Obie części mają własne zawory regulacyjne na wlocie, mogą więc być traktowane jak dwie turbiny pracujące szeregowo po stronie parowej i oddające moc na wspólny wał.


Schemat układu turbiny upustowo-kondensacyjnej

W turbinach wydmuchowych para wylotowa jest odprowadzana bezpośrednio do atmosfery. Są to turbiny małej mocy, pracujące przez krótkie okresy, np. turbiny awaryjne. Ilości straconej pary są wtedy niewielkie, sprawność układu nie ma znaczenia, a podstawowa zaletą jest prostota i niski koszt wykonania urządzenia.

W turbinach kombinowanych ma miejsce wielorakie wykorzystanie pary wylotowej ( zawierają one przynajmniej dwie z wyżej wymienionych cech) najpopularniejsze są tu turbiny upustowo-kondensacyjne, upustowe z pogorszoną próżnią oraz upustowo - przeciwprężne.

  • W zależności od układu regeneracji: turbiny z układem regeneracji i bez regeneracji.

W turbinach z układem regeneracji część pary jest pobierana z nieregulowanych upustów (tzw. upusty regeneracyjne) i wykorzystywana do podgrzewania wody zasilającej kocioł w regeneracyjnych wymiennikach . Jest to skuteczny zabieg podnoszący sprawność układu cieplnego turbiny. Z tego względu, mimo komplikacji układu i wzrostu kosztów jego wykonania, jest on powszechnie stosowany, poczynając już od większej turbin średniej mocy. Liczba regeneracyjnych upustów wzrasta wraz z parametrami pary dolotowej i mocą turbiny i zawiera się zwykle w granicach 3-8. Regeneracja jest stosowana w różnych typach turbin. Należy zaznaczyć, że turbiny z układem regeneracji, mimo wyposażenia w upusty regeneracyjne, nie są turbinami upustowymi.


Schemat układu regulacji turbiny kondensacyjnej o mocy 50 MW

  • W zależności od występowania przegrzewania (przegrzewu) międzystopniowego: turbiny z przegrzewaniem międzystopniowym i bez przegrzewania.

Międzystopniowe przegrzewanie pary jest, podobnie jak regeneracja, zabiegiem służącym podnoszeniu sprawności układu cieplnego turbiny. Polega on na wyprowadzeniu pary z turbiny po częściowym rozprężeniu do osobnego przegrzewacza w kotle i skierowaniu jej następnie z powrotem do turbiny w celu dalszego rozprężenia. Wobec znacznej komplikacji układu i związanych z tym kosztów międzystopniowe przegrzewanie pary jest stosowane tylko w turbinach większych mocy. Zwykle stosuje się przegrzewanie jednokrotne, możliwe jest jednak również wielokrotne przegrzewanie pary (w praktyce istotną zaletą międzystopniowego przegrzewania pary jest przesunięcie procesu rozprężania w turbinie w kierunku wyższych stopni suchości pary. Umożliwia to stosowanie nawet bardzo wysokich ciśnień pary świeżej przy stosunkowo niskiej jej temperaturze, bez obawy uzyskania zbyt mokrej pary w ostatnich stopniach turbin kondensacyjnych(wilgotność pary powoduje spadek sprawności i niszcznie erozyjne części przepływowej turbiny).

  • W zależności od zastosowania: a) turbiny energetyczne, ciepłownicze przemysłowe i trakcyjne (głównie okrętowe); b) podstawowe, szczytowe, awaryjne i pomocnicze; c) stałe i przewoźne.