Turbina

– silnik przepływowy wykorzystujący

energię przepływającego płynu (cieczy lub gazu) do
wytwarzania energii mechanicznej.

Czynnik roboczy np. para wodna, spaliny, powietrze,
woda napływając pod odpowiednim kątem na łopatki
turbiny a następnie między nimi powoduje
powstanie siły działającej w pewnej odległości od osi
obrotu. Na wale powstaje moment obrotowy, który
można wykorzystać do napędu innego urządzenia.

Do napędu pojazdów używa się:

- turbin parowych (napędzanych parą wodną)

-

turbin

gazowych

(napędzanych

gazami

spalinowymi)

SILNIKI TURBINOWE

SILNIKI TURBINOWE

Siła nośna – siła działająca na ciało poruszające się w płynie, lub
gdy płyn porusza się wobec ciała.
Przykładem powstawania siły nośnej jest powstawanie siły na
skrzydłach poruszającego się samolotu ale także na skrzydłach
śmigła, śruby okrętowej, łopatek turbin i sprężarek.

http://www.edupedia.pl/words/index/show/
533273_slownik_fizyczny-sia_nona_dynamiczna.html

p

2

p

1

p

2 >

p

1

Równanie
Bernoulliego:

Siła nośna:

v [m/s] – prędkość przepływu
płynu
g [m/s

2

] – przyspieszenie

ziemskie
h [m] – wysokość położenia

[kg/m

3

] – gęstość płynu

p [Pa] – ciśnienie
S [m

2

] – powierzchnia płata

nośnego
C [-] – współczynnik siły
nośnej

Wirnik turbiny

– składa się z łopatek umocowanych na bębnie

lub tarczy, umocowanych do wału, na którym w wyniku
przepływu

gazu

wytwarzany

jest

moment

obrotowy,

wykorzystywany do napędu odbiornika mocy.

Kierownica turbiny

– składa się z nieruchomych łopatek

umocowanych do obudowy turbiny, których zadaniem jest
zwiększenie prędkości i odpowiednie ukierunkowanie
czynnika napływającego na łopatki wirnika.

SILNIKI TURBINOWE

http://www.leander-project.homecall.co.uk/turbines.html

łopatki
kierownicze

łopatki
wirnika

wał
turbiny

TURBINA AKCYJNA I REAKCYJNA

http://www.mpoweruk.com/steam_turbines.htm

Turbiny

mogą

być

reakcyjne w mniejszym
lub większym stopniu.

Stosunek

energii

kinetycznej

uzyskanej

przez rozprężenie pary na
wirniku do pełnej energii
kinetycznej, uzyskanej z
rozprężenia w dyszy i na
wirniku

łącznie,

nazywamy

stopniem

reakcyjności.

Stosuje się przeważnie
turbiny o pewnym stopniu
reakcyjności

stopień

reakcyjności np. 0,5.

Stały przekrój kanału
między łopatkami
wirnika

Przekrój kanału między
łopatkami wirnika tworzy
dyszę

TURBINA AKCYJNA I REAKCYJNA

http://www.wnp.pl/foto/11367.html

TURBINA AKCYJNA I REAKCYJNA

http://www.wnp.pl/foto/11366.html

TURBINA AKCYJNA I REAKCYJNA

Akcyjny sposób pracy pary polega na tym, że para o ciśnieniu p1
rozpręża się całkowicie w dyszy, przy czym prędkość jej rośnie do
wartości c1. Rozprężona całkowicie para wpływa na łopatki wirnika, na
których nie rozpręża się, gdyż ciśnienie po obu stronach wirnika jest
jednakowe. Prędkość pary względem ruchomej łopatki w1 ulega tylko
nieznacznemu zmniejszeniu wskutek tarcia do w2, natomiast prędkość
względem nieruchomego otoczenia (prędkość bezwzględna) maleje z
c1 na c2.
W przypadku turbin akcyjnych wykonuje się łopatki symetryczne, przy
czym kanał między łopatkami ma jednakowy przekrój na całej drodze
strugi. Powstanie siły działającej na łopatki jest tutaj tylko wynikiem
zmiany kierunku strugi.

Reakcyjny sposób pracy pary polega na tym, że para rozpręża się
częściowo w dyszy, częściowo zaś w kanale między łopatkami. Para w
dyszy rozpręża się od ciśnienia p1 do p1', przy czym prędkość jej
rośnie do wartości c1. Ciśnienie pary za wirnikiem p2 jest mniejsze od
ciśnienia przed wirnikiem p1'. Para rozpręża się więc w kanale między
łopatkami wirnika. Prędkość pary względem ruchomych łopatek rośnie
od w1 do w2. Prędkość pary względem nieruchomego otoczenia
(prędkość

bezwzględna)

maleje.

Łopatki turbiny reakcyjnej mają inny kształt niż turbiny akcyjnej.
Między łopatkami utworzony jest kanał o przekroju zmiennym
tworzący dyszę, dopasowaną do różnicy ciśnień między obu stronami
wirnika.

http://energetyka.wnp.pl/kotly_i_turbiny/roznica-miedzy-
turbina-akcyjna-a-reakcyjna,5028_2_0_0.html

Dysza de Lavala

Uwaga:

Gdy prędkość gazu jest mniejsza od prędkości dźwięku
(M < 1), wówczas zwężanie przekroju powoduje
wzrost prędkości. Gdy prędkość gazu przekroczy
prędkość dźwięku (M > 1) to wzrost prędkości
zachodzi ze wzrostem pola przekroju poprzecznego
dyszy.

http://pl.wikipedia.org/wiki/Dysza_de_L
avala

SIŁOWNIA TURBOPAROWA

PO

– pompa zasilająca kocioł

WP

– wytwornica pary (kocioł z przegrzewaczem )

TP

– turbina parowa

SK

– skraplacz pary

PO

KO

TP

SK

odbiornik
mocy

woda
chłodząca

WP

SIŁOWNIA TURBOPAROWA

Obieg porównawczy Clausiusa – Rankine’a
1-2 – izobaryczne podgrzewanie i odparowywanie
wody
2-3 – izobaryczne przegrzewanie pary
3-4 – izentropowe (adiabatyczne) rozprężanie
pary
4-5 – izobaryczne skraplanie pary
5-1 – izentropowe (adiabatyczne) podnoszenie
ciśnienia wody

s

Sprawność ogólna siłowni
turboparowej

Ne [kW]

– moc użyteczna

[kW]

– strumień doprowadzanego

ciepła
η

k

[-]

– sprawność kotła

η

CR

[-]

– sprawność obiegu Clausiusa -

Rankine’a
η

i

[-]

– sprawność wewnętrzna turbiny

η

m

[-]

– sprawność mechaniczna

i

3

[kJ/kg] – entalpia właściwa pary opuszczającej

kocioł

i

1

[kJ/kg] – entalpia właściwa wody zasilającej kocioł

Sprawność ogólna siłowni
turboparowej

η

m

[-] – uwzględnia straty mechaniczne w turbinie i moc do

napędu pompy

W

d

[kJ/kg] – wartość opałowa dolna paliwa

WYTWORNICE PARY

Kotły opalane – paliwem ciekłym, gazowym lub
stałym

http://www.randpc.com/improve/BoilerMaintenance.ht
ml

Reaktor jądrowy
(BWR)

WYTWORNICE PARY

http://library.thinkquest.org/28383/nowe_teksty/ht
ml/1_35.html

Reaktor jądrowy (PWR)

WYTWORNICE PARY

http://www.world-
nuclear.org/info/inf34.html

Zastosowanie turbin parowych

 Produkcja energii elektrycznej w
elektrowniach
konwencjonalnych i jądrowych

W transporcie:

 Napęd nuklearnych łodzi podwodnych
 Napęd konwencjonalny niektórych statków
handlowych
(TSS – Turbine Steam Ship) i wojennych

Link:

http://www.youtube.com/watch?v=e_CcrgKLyzc

Film: How do you make electricity from coal - 3D animated
tutorial