| 11652078 12288 3054 948 1ровые машины, 6 изд., М.-Л., 1951. С. М. Лосев.
ПАРОВАЯ РУБАШКА, камера, окружающая корпус теплообменного аппарата или цилиндр паровой машины, через к-рую проходит греющий пар. В теплообменных аппаратах П. р. обеспечивает постоянную темп-ру стенок корпуса. Назначение П. р. паровой машины - поддерживать темп-ру стенок цилиндра примерно постоянной, близкой к темп-ре свежего пара, что снижает потери тепла на начальную конденсацию, происходящую при соприкосновении поступающего в цилиндр пара с менее нагретыми стенками цилиндра. Наличие П. р. особенно важно для машин, работающих насыщенным паром, т. к. существенно повышает их кпд.
ПАРОВАЯ СИСТЕМА ЗЕМЛЕДЕЛИЯ, паровая зерновая система земледелия, экстенсивная система земледелия, в севообороте к-рой 1 или 2 поля заняты чистым паром, служащим осн. средством восстановления и повышения плодородия почвы, а б. ч. пашни - зерновыми культурами.
ПАРОВАЯ ТУРБИНА, первичный паровой двигатель с вращат. движением рабочего органа - ротора и непрерывным рабочим процессом; служит для преобразования тепловой энергии пара водяного в механич. работу. Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закреплённые по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение. В отличие от поршневой паровой машины, П. т. использует не потенциальную, а кинетич. энергию пара.
Попытки создать П. т. делались очень давно. Известно описание примитивной П. т., сделанное Героном Александрийским (1 в. до н. э.). Однако только в кон. 19 в., когда термодинамика, машиностроение и металлургия достигли достаточного уровня, К. Г. П. Лавалъ (Швеция) и Ч. А. Парсоне (Великобритания) независимо друг от друга в 1884-89 создали промышленно пригодные П. т. Лаваль применил расширение пара в конич. неподвижных соплах в один приём от начального до конечного давления и полученную струю, (со сверхзвуковой скоростью истечения) направил на один ряд рабочих лопаток, насаженных на диск. П. т., работающие по этому принципу, получили назв. активных П. т. Парсонс создал многоступенчатую реактивную П. т., в к-рой расширение пара осуществлялось в большом числе последовательно расположенных ступеней не только в каналах неподвижных (направляющих) лопаток, но и между подвижными (рабочими) лопатками.
П. т. оказалась очень удобным двигателем для привода ротативных механизмов (генераторы электрич. тока, насосы, воздуходувки) и судовых винтов; она была более быстроходной, компактной, лёгкой, экономичной и уравновешенной, чем поршневая паровая машина. Развитие П. т. шло чрезвычайно быстро как в направлении улучшения экономичности и повышения единичной мощности, так и по пути создания специализированных П. т. различного назначения.
Невозможность получить большую агрегатную мощность и очень высокая частота вращения одноступенчатых П. т. Лаваля (до 30 000 об/мин у первых образцов) привели к тому, что они сохранили своё значение только для привода вспомогат. механизмов. Активные П. т. развивались в направлении создания многоступенчатых конструкций, в к-рых расширение пара осуществлялось в ряде последовательно расположенных ступеней. Это позволило значительно увеличить единичную мощность П. т., сохранив умеренную частоту вращения, необходимую для непосредственного соединения вала П. т. с вращаемым ею механизмом. Реактивная П. т. Парсонса нек-рое время применялась (в основном на воен. кораблях), но постепенно уступила место более компактным комбинированным активно-реактивным П. т., у к-рых реактивная часть высокого давления заменена одно- или двухвенчатым активным диском. В результате уменьшились потери на утечки пара через зазоры в лопаточном аппарате, турбина стала проще и экономичнее.
Классификация паровых турбин. В зависимости от характера теплового процесса П. т. обычно подразделяют на 3 осн. группы: чисто конденсационные, теплофикационные и спец. назначения.
Чисто конденсационные П. т. служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механич. работу. Эти П. т. работают с выпуском отработавшего пара в конденсатор, где поддерживается вакуум. Чисто конденсационные П. т. могут быть стационарными или транспортными. Стационарные П. т. в соединении с генераторами переменного электрического тока (турбогенераторы)- осн. оборудование конденсационных электростанций. Чем больше мощность турбогенератора, тем он экономичнее и тем ниже стоимость 1 кет установленной мощности. Поэтому мощность П. т. растёт из года в год и к 1974 достигла 1200 Мвт в агрегате [при давлении свежего пара до 35 Мн/м2 (1 н/м2=10-5кгс/см2) итемп-ре до 650 °С]. Принятая в СССР частота электрич. тока 50 гц требует, чтобы частота вращения П. т., непосредственно соединённой с двухполюсным генератором, равнялась 3000 о6/мин. В зависимости от назначения П. т. для электростанций могут быть базовыми, несущими постоянную осн. нагрузку; пиковыми, кратковременно работающими для покрытия пиков нагрузки; турбинами собственных нужд, обеспечивающими потребность электростанции в электроэнергии. От базовых П. т. требуется высокая экономичность на нагрузках, близких к полной (ок. 80% ), от пиковых П. т.- возможность быстрого пуска и включения в работу, от П. т. собственных нужд - особая надёжность в работе. Все П. т. для электростанций рассчитываются на 100 тыс. ч работы (до капитального ремонта).
Транспортные П. т. используются в качестве главных и вспомогат. двигателей на кораблях и судах. Неоднократно делались попытки применить П. т. на локомотивах, однако паротурбовозы распространения не получили. Для соединения быстроходных П. т. с гребными винтами, требующими невысокой (от 100 до 500 об/мин) частоты вращения, применяют зубчатые редукторы. В отличие от стационарных П. т. (кроме турбовоздуходувок), судовые П. т. работают с переменной частотой вращения, определяемой необходимой скоростью хода судна.
Теплофикационные П. т. служат для одновременного получения электрич. и тепловой энергии. К ним относятся П. т. с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением. У П. т. с противодавлением весь отработавший пар используется для технологич. целей (варка, сушка, отопление). Электрич. мощность, развиваемая турбоагрегатом с такой П. т., зависит от потребности производства или отопит. системы в греющем паре и меняется вместе с ней. Поэтому турбоагрегат с противодавлением обычно работает параллельно с конденсационной П. т. или электросетью, к-рые покрывают возникающий дефицит в электроэнергии. В П. т. с регулируемым отбором часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а остальной пар идёт в конденсатор. Давление отбираемого пара поддерживается в заданных пределах системой регулирования. Место отбора (ступень П. т.) выбирают в зависимости от нужных параметров пара. У П. т. с отбором и противодавлением часть пара отводится из 1 или 2 промежуточных ступеней, а весь отработавший пар направляется из выпускного патрубка в отопит. систему. Давление пара П. т. для отопит. целей обычно составляет 0,12 Мн/м2, а для технологич. нужд (сах., деревообр., пищ. предприятия) 0,5-1,5 Мн/м2.
П. т. специального назначения обычно работают на отбросном тепле металлургич., маш.-строит. и хим. предприятий. К ним относятся П. т. мятого пара, двух давлений и предвключённые (форшальт). П. т. мятого пара используют отработавший пар поршневых машин, паровых молотов и прессов, имеющий давление немного выше атмосферного. П. т. двух давлений работают как на свежем, так и на отработавшем паре паровых механизмов, подводимом в одну из промежуточных ступеней. Предвключённые П. т. представляют собой турбины с высоким начальным давлением и высоким противодавлением; весь отработавший пар этих П. т. направляют в другие П. т. с более низким начальным давлением пара. Необходимость в предвключённых П. т. возникает при модернизации электростанций, связанной с установкой паровых котлов более высокого давления, на к-рое не рассчитаны ранее установленные на электростанции П. т.
П. т. спец. назначения не строят сериями, как конденсационные и теплофикационные П. т., а в большинстве случаев изготовляют по отд. заказам.
Все стационарные П. т. имеют нерегулируемые отборы пара из 2-5 ступеней давления для регенеративного подогрева питат. воды. В СССР установлено 4 ступени начальных параметров пара: давление 3,5 Мн/м2, темп-ра 435 оС для П. т. мощностью до 12 Мвт; 9 Мн/м2, 535 оС для П. т. до 50 Мвт; 13 Мн/м2, 565 оС для П. т. до 100 Мвт и 24 Мн/м2, 565 оС для П. т. мощностью 200 и 300 Мвт. Давление отработавшего пара 3,5-5 кн/м2. Удельный расход тепла от 7,6 кдж/(вт .ч) у самых мощных П. т. до 13 кдж/(вт .ч) у небольших конденсационных турбин.
Тепловой процесс паровых турбин. Кинетич. энергия, приобретённая паром при его расширении, эквивалентна уменьшению его энтальпии в процессе расширения. Работа пара (в кгс . м, 1 кгс . м = = 10 дж) равна:
[1916-3.jpg]
а скорость истечения (в м/сек):
[1916-4.jpg]
где iо - начальная, a i1 - конечная энтальпия пара. Мощность (в квт), к-рую можно получить от турбины при расходе пара D кг/ч, равна:
[1916-5.jpg]
а расход пара (в кг/ч) соответственно:
[1916-6.jpg]
Если под iо - i1 подразумевается адиабатич. изменение энтальпии, то вышесказанное справедливо только для идеальной П. т., работающей без потерь. Действит. мощность на валу реальной П. т. (в квт) равна:
[1916-7.jpg]
где noе - относительно эффективный кпд, представляющий собой отношение действит. мощности, полученной на валу П. т., к мощности идеальной турбины.
[1916-8.jpg]
где de - расход пара в кг/(квт . ч). Для существующих П. т. удельный расход пара определяется экспериментально, а iо - i1находят по i -s диаграмме (см. Энтропия, Энтальпия). В активной П. т. свежий пар с давлением ро и скоростью Со поступает в сопло и расширяется в нём до давления pt; при этом скорость пара возрастает до с1, с к-рой поток пара и входит на рабочие лопатки. Поток пара, оказывая давление на лопатки вследствие изменения направления в криволинейных междулопаточных каналах, заставляет диск и вал вращаться. На выходе с лопаток поток пара имеет скорость с2 меньшую, чем с1, т. к. значит. часть кинетич. энергии преобразовалась в механич. энергию вращения вала. Давление p1на входе в канал равно давлению р2 на выходе из него, т. к. междулопаточные каналы имеют одинаковое сечение по длине и расширения пара в них не происходит (у реально существующих активных турбин сечения междулопаточных каналов выполняют несколько возрастающими по ходу пара для сохранения равенства давлений на входе и выходе, т. к. энтальпия пара при его протекании между лопатками увеличивается из-за трения и ударов о кромки лопаток). Однако в различных местах криволинейного канала давления неодинаковы: именно разность давлений на вогнутую и выпуклую сторону каждой лопатки создаёт момент, заставляющий ротор вращаться. Т. о., в активной турбине падение давления пара происходит в сопле (или нескольких соплах), а давление пара при входе на лопатки и выходе с них одинаково.
Кинетич. энергия будет полностью использована, если абс. скорость пара С2 при выходе с лопаток равна нулю. Это условие соблюдено, если с1 = 2u, где и - окружная скорость. Окружная скорость (в м/сек) равна:
[1916-9.jpg]
где d - ср. диаметр лопаточного венца в м, a n - частота вращения в мин. Следовательно, оптим. окружная скорость лопаток должна быть
[1916-10.jpg]
Очевидно, что в реальной турбине с2не может быть равна 0, т. к. пар должен уходить с лопаток в конденсатор. Однако выходную скорость стремятся получить минимальной, т. к. кинетич. энергия уходящего потока пара представляет собой потерю полезной работы. Отступление от оптим. отношения
[1916-11.jpg]
вызывает сильное снижение кпд турбины. Это делает невозможным создание одноступенчатых турбин с высокими начальными параметрами пара, т. к. ещё (нач. 1970-х гг.) не существует материалов, способных выдержать напряжения от центробежных сил при окружных скоростях, значительно превышающих 400 м/сек. Поэтому одноступенчатые активные турбины применяют только для привода быстроходных вспомогат. механизмов, экономич |
