La turbina de vapor és un dispositiu de potència central que converteix l'energia tèrmica del vapor en treball mecànic. Els seus components es dissenyen al voltant de quatre principis principals: "conversió d'energia de vapor - transmissió d'energia mecànica - control operacional - garantia de seguretat". Cada part treballa conjuntament per aconseguir una producció d'energia eficient i estable. Els components específics i les seves funcions són els següents:
1. Secció de conversió d'energia bàsica: Sistema de flux de vapor
Aquest és el nucli de la transformació d'una turbina d'"energia tèrmica → energia cinètica → energia mecànica" i determina directament l'eficiència de la unitat. Inclou principalment tres components clau: broquets, pales de rotor i diafragmes:
- Broquets (palmes de l'estator): El "primer convertidor d'energia" per al vapor que entra a la turbina. A mesura que el vapor d'alta-pressió passa pel broquet, el canal s'estreny, fent que la pressió del vapor baixi i la velocitat augmenti bruscament (convertint l'energia tèrmica del vapor en energia cinètica), formant un flux de vapor d'-alta velocitat que es prepara per al treball posterior realitzat per les pales del rotor.
-Pales del rotor: Els "components executius" de la conversió d'energia. Quan el flux de vapor d'alta -velocitat colpeja les pales del rotor, genera una empenta lateral, fent girar les pales del rotor i l'eix connectat (convertint l'energia cinètica del flux de vapor en energia mecànica del rotor). Són la font directa de potència de sortida de la turbina. La forma de les pales del rotor (per exemple, de tipus retorçat) ha de coincidir amb la direcció del flux de vapor per minimitzar la pèrdua d'energia.
- Diafragmes: L'"estructura de suport i posicionament" per a broquets. Els diafragmes es fixen a la paret del cilindre amb un forat central perquè el rotor passi. La seva funció principal és dividir la turbina en múltiples etapes de pressió (cada etapa consisteix en un conjunt de broquets i un conjunt de pales de rotor), permetent que el vapor s'expandeixi i funcioni progressivament a través de múltiples conjunts de "broquets-pales de rotor", aconseguint una utilització gradual de l'energia i millorant l'eficiència general.
2. Part de transmissió d'energia mecànica: sistema rotatiu
Responsable de transmetre l'energia mecànica de rotació generada per les pales en moviment al generador (o altres càrregues), alhora que garanteix l'estabilitat durant la rotació a gran-velocitat. El component bàsic és el rotor, amb components de suport que inclouen l'eix principal, els acoblaments i els impulsors (o tambors):
- Rotor: el "nucli giratori" de la turbina de vapor. Segons el tipus d'unitat, es classifica en "rotor d'impuls" i "rotor de reacció":
- Rotor d'impuls: està format per l'eix principal, l'impulsor i les pales mòbils. Les pales mòbils es fixen a l'impulsor i l'impulsor es munta a l'eix principal. És adequat per a unitats d'alta-pressió i de petita-capacitat;
- Rotor de reacció: no té impulsor i les pales mòbils es fixen directament a l'eix principal (o tambor). El rotor té una rigidesa general més alta i és adequat per a unitats de gran-pressió i pressió mitjana- a baixa-(com ara turbines de vapor d'energia tèrmica de 300 MW o més).
- Eix principal i acoblaments: l'eix principal és l'"esquelet" del rotor, que suporta l'impulsor/àleps mòbils; Els acoblaments connecten el rotor de la turbina al rotor del generador (o altres càrregues) i transmeten el parell de rotació. S'ha de garantir una alta coaxialitat per evitar vibracions durant el funcionament.
3. Suport fix i Components de segellat: Sistema estator
Proporciona suport fix per al sistema giratori, conté vapor i evita les fuites de vapor (que afecta l'eficiència) i l'entrada d'aire (que altera el buit). Inclou principalment el cilindre, els segells de vapor i els coixinets:
- Cilindre: la "carcassa" de la turbina. Fabricat en acer fos o acer aliat, dividit en cilindre-alta pressió, cilindre-intermèdia i cilindre-baixa pressió (per a unitats multi-cilindre). A l'interior, allotja components com diafragmes, broquets i rotors, formant un pas de vapor tancat. El cilindre ha de tenir la força suficient per suportar la pressió i la temperatura del vapor elevats i s'ha de segellar amb brides i cargols per evitar fuites de vapor.
- Segells de vapor: "Components clau contra-fuites". Dividit en tres tipus:
- Segell de l'eix: s'instal·la on el rotor passa a través del cilindre, evitant que el vapor d'alta pressió-dins del cilindre s'escapi al llarg de l'extrem de l'eix (reduint la pèrdua d'energia) o que entri aire del costat del condensador (danyant el buit).
- Segell de vapor del diafragma: s'instal·la a l'espai entre el forat central del diafragma i el rotor, evitant que el vapor flueixi entre les etapes de pressió adjacents (evitant la pèrdua d'energia entre etapes).
- Segell de vapor de la punta de la fulla: s'instal·la a l'espai entre la part superior de les fulles mòbils i la paret interior del cilindre, reduint les fuites de vapor a la part superior de les fulles i millorant l'eficiència de l'escenari.
- Coixinets: components que redueixen el "suport i la fricció-del rotor". Dividit en coixinets radials i coixinets d'empenta:
- Coixinets radials: suporten el pes del rotor, garantint una rotació radial estable del rotor i evitant la fricció amb els components de l'estator.
- Coixinets d'empenta: suporten l'empenta axial al rotor causada pel vapor (a causa de la diferència de pressió), evitant el moviment axial del rotor i mantenint espais estables entre les fulles en moviment i les estacionàries.
4. Secció de Control de Funcionament: Sistemes de Regulació i Protecció
Ajusteu la sortida de la turbina segons les demandes de càrrega externa (com ara els canvis en el consum d'electricitat de la xarxa elèctrica) mentre protegiu la unitat en condicions anormals. Els components bàsics inclouen el sistema de regulació i el sistema de protecció:
- Sistema de regulació: el "Centre de control de càrrega". Consta d'un regulador, actuador hidràulic, vàlvula de control i mecanisme de transmissió:
1. El governador (com ara el tipus centrífug o electro-hidràulic) supervisa la velocitat del rotor en-temps real. Quan els canvis de càrrega fan que la velocitat es desviï del valor nominal (per exemple, una disminució en l'ús d'electricitat de la xarxa → augmenta la velocitat), emet un senyal;
2. El senyal es transmet a l'actuador hidràulic, que acciona la vàlvula de control (instal·lada a l'entrada de vapor de la turbina);
3. La vàlvula de control ajusta el flux de vapor (per exemple, si augmenta la velocitat, la vàlvula es tanca lleugerament per reduir el vapor), restaurant l'estabilitat de la velocitat del rotor mentre s'ajusta la sortida de la unitat per adaptar-se a la càrrega.
- Sistema de protecció: la "Línia de seguretat". Quan la unitat experimenta condicions que amenacen la seguretat (com ara una velocitat excessiva, una baixa pressió d'oli de lubricació, un desplaçament axial excessiu o una pèrdua de buit), es desencadenen automàticament accions de protecció, com ara tancar la vàlvula de vapor principal per tallar el vapor o obrir la vàlvula d'emergència per alliberar oli, forçant la turbina a apagar-se i evitar danys a l'equip.
5. Millora de l'eficiència auxiliar: sistemes de condensació i lubricació
Tot i que no participen directament en la conversió d'energia, aquests sistemes determinen l'eficiència operativa i la vida útil de l'equip de la unitat, servint com a "sistema de garantia" per al funcionament estable de la turbina:
- Sistema de condensació (utilitzat principalment per a turbines de condensació): la "clau per millorar l'eficiència". Consisteix en el condensador, la bomba de buit i la bomba de condensat:
- Condensador: condensa el vapor d'escapament de la turbina (vapor de baixa-pressió) en aigua, creant un buit elevat (la pressió d'escapament cau a 0,005-0,01 MPa), reduint significativament la temperatura d'escapament i la pressió del vapor, augmentant la caiguda d'entalpia del vapor a la turbina (a mesura que millora la diferència d'energia i millora l'eficiència energètica).
- Bomba de buit: manté el buit del condensador eliminant l'aire que es filtra durant la condensació;
- Bomba de condensats: bombeja l'aigua condensada (condensat) de nou a la caldera per tornar-la a escalfar en vapor, la qual cosa permet reciclar el fluid de treball (aigua-vapor) i reduir el consum de recursos hídrics.
- Sistema de lubricació: la "garantia de vida útil de l'equip". Consisteix en el dipòsit d'oli, la bomba d'oli lubricant, el refrigerador d'oli i el filtre d'oli:
- Bomba d'oli lubricant: pressuritza l'oli lubricant del dipòsit i el lliura als components rotatius com ara coixinets radials i d'empenta, formant una pel·lícula d'oli per reduir la fricció i el desgast;
- Refrigerador d'oli: refreda l'oli lubricant amb aigua (evitant danys a la pel·lícula d'oli causats per una temperatura excessiva de l'oli);
- Filtre d'oli: filtra les impureses de l'oli per garantir la neteja de l'oli lubricant.
Resum: La lògica coordinada de cada component
El vapor d'alta-pressió entra primer al sistema de flux de vapor, on és accelerat per broquets per impulsar la rotació de les fulles en moviment; les pales mòbils impulsen el sistema de rotació (rotor), transferint l'energia mecànica al generador mitjançant un acoblament; el sistema d'estator (cilindre, segell de vapor) assegura que el vapor no s'escapi i que el rotor giri de manera estable; el sistema de control ajusta l'entrada de vapor segons la càrrega, mentre que el sistema de protecció respon a condicions anormals; el sistema de condensació millora l'eficiència i el sistema de lubricació protegeix l'equip-cada part treballa estretament junts, aconseguint finalment la conversió eficient d'"energia tèrmica del vapor → energia elèctrica (o energia mecànica)."
