Turbína ( fr. turbína z lat. turbo - vír, rotace ) - motor , lopatkový stroj , ve kterém dochází k přeměně [1] kinetické energie a/nebo vnitřní energie pracovní tekutiny ( páry , plynu , vody ) na mechanickou práci na hřídel. Proud pracovní tekutiny působí na lopatky upevněné po obvodu rotoru a uvádí je do pohybu.
Používá se jako pohon elektrického generátoru v tepelných, jaderných a vodních elektrárnách , jako nedílná součást pohonů pro námořní, pozemní a leteckou dopravu, pohon kompresoru v motoru s plynovou turbínou, dále jako hydrodynamická převodovka, hydraulická čerpadla.
Pokusy o vytvoření mechanismů podobných turbínám se provádějí již velmi dlouho. Je znám popis primitivní parní turbíny vyrobené Herónem Alexandrijským (1. století n. l.). Podle I. V. Linde [2] 19. století dalo vzniknout „masě projektů“, které se zastavily před „hmotnými obtížemi“ jejich realizace. Teprve na konci 19. století, kdy došlo k rozvoji termodynamiky (zvyšování účinnosti turbín na srovnatelnou s pístovým strojem), strojírenství a metalurgie (zvyšování pevnosti materiálů a přesnosti výroby nutné k vytvoření vysokorychlostních kol), Gustaf Laval ( Švédsko ) a Charles Parsons ( Velká Británie ) nezávisle na sobě vytvořili parní turbíny vhodné pro průmysl. [3]
První parní turbínu vytvořil švédský vynálezce Gustav Laval v roce 1883 . Podle jedné verze jej Laval vytvořil, aby napájel separátor mléka vlastní konstrukce. K tomu byl zapotřebí vysokorychlostní pohon . Tehdejší motory neposkytovaly dostatečnou rychlost. Jediným východiskem bylo navrhnout rychloběžnou turbínu. Jako pracovní tekutinu zvolil Laval v té době hojně využívanou páru. Vynálezce začal pracovat na svém návrhu a nakonec sestavil funkční zařízení. V roce 1889 Laval doplnil trysky turbín o kuželové expandéry, a tak se objevila slavná Lavalova tryska , která se stala předchůdcem budoucích raketových trysek. Lavalova turbína byla průlomem ve strojírenství. Stačí si představit zatížení, které v něm oběžné kolo zažilo, abychom pochopili, jak obtížné bylo pro vynálezce dosáhnout stabilního provozu turbíny. Při obrovských otáčkách turbínového kola i nepatrné posunutí těžiště způsobilo silné vibrace a přetížení ložisek . Aby se tomu zabránilo, použil Laval tenkou osu, která se mohla při otáčení ohnout.
V roce 1884 získal anglický inženýr Charles Parsons patent na vícestupňovou turbínu. Turbína byla navržena pro pohon elektrického generátoru. V roce 1885 vyvinul vylepšenou verzi, která byla široce používána v elektrárnách. Při konstrukci turbíny byl použit nivelační aparát, což je soustava pevných ráfků (kotoučů) s lopatkami, které měly opačný směr. Turbína měla tři stupně různých tlaků s různou geometrií lopatek a stoupáním. Turbína tak využívala jak " aktivní " tak " reaktivní " princip.
V roce 1889 bylo k výrobě elektřiny použito asi tři sta těchto turbín. Parsons se pokusil rozšířit rozsah svého vynálezu a v roce 1894 postavil experimentální plavidlo „ Turbinia “ poháněné parní turbínou. Při testech prokázal rekordní rychlost 60 km/h.
Nemožnost získat velký agregovaný výkon a velmi vysoké otáčky jednostupňových Lavalových parních turbín ( u prvních vzorků až 30 000 otáček za minutu) vedly k tomu, že si zachovaly svůj význam pouze pro pohon pomocných mechanismů. Aktivní parní turbíny se vyvinuly směrem k vytváření vícestupňových konstrukcí, ve kterých se expanze páry provádí v řadě za sebou uspořádaných stupňů. To umožnilo výrazně zvýšit výkon jednotky při zachování mírných otáček nutných pro přímé spojení hřídele turbíny s jím otáčeným mechanismem.
Parsonsova proudová parní turbína se nějakou dobu používala (hlavně na válečných lodích), ale postupně ustoupila kompaktnějším kombinovaným aktivním proudovým turbínám, u kterých byla vysokotlaká proudová část nahrazena jedno nebo dvoukorunovým aktivním diskem. V důsledku toho se snížily ztráty způsobené únikem páry mezerami v lopatkovém zařízení, turbína se stala jednodušší a ekonomičtější.
Stupeň turbíny se skládá ze dvou hlavních částí. Oběžné kolo - lopatky namontované na rotoru (pohyblivá část turbíny), která přímo vytváří rotaci. A tryskový aparát - lopatky namontované na statoru (pevná část turbíny), které otáčejí pracovní tekutinou tak, aby průtoku poskytl požadovaný úhel náběhu vzhledem k lopatkám oběžného kola.
Podle směru pohybu proudění pracovní tekutiny se rozlišují axiální parní turbíny , ve kterých se proud pracovní tekutiny pohybuje podél osy turbíny, a radiální , směr proudění pracovní tekutiny, ve kterém se je kolmá k ose hřídele turbíny. Jako samostatný typ turbíny se rozlišují také odstředivé turbíny (turbodmychadla).
Podle počtu okruhů se turbíny dělí na jednookruhové, dvouokruhové a tříokruhové. Velmi zřídka mohou mít turbíny čtyři nebo pět okruhů. Vícesmyčková turbína umožňuje využít velké rozdíly tepelné entalpie tím, že pojme velký počet různých tlakových stupňů.
Podle počtu hřídelí rozlišují jednohřídelové, dvouhřídelové, méně často tříhřídelové, spojené společným tepelným procesem nebo společné ozubené kolo ( převodovka ). Uspořádání hřídelí může být jak koaxiální, tak paralelní s nezávislým uspořádáním os hřídelí.
V místech, kde hřídel prochází stěnami skříně, jsou instalována koncová těsnění zabraňující úniku pracovní kapaliny ven a nasávání vzduchu do skříně.
Na předním konci hřídele je instalován omezovací odstředivý regulátor (bezpečnostní regulátor), který při zvýšení otáček o 10-12 % nad jmenovitou hodnotu automaticky zastaví (zpomalí) turbínu.
| Motory | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| viz také stroj na věčný pohyb Převodový motor gumový motor | |||||||||||||||||