Turbina de vapor

La turbina de vapor és el motor principal preferit en les plantes de generació d'energia elèctrica. La turbina de vapor pot tenir una capacitat de 5 megavatios a 2000 megavatios.

Els avantatges d'una turbina de vapor sobre un motor dièsel són els següents.

1. La mida d'una turbina de vapor és molt més petita que la d'un motor dièsel equivalent. La mida d'una turbina de vapor de 30 megavatios és la mateixa que la d'un motor dièsel de 5 megavatios.

2. En termes de construcció, la turbina de vapor és molt més simple que un motor dièsel. Els tres components essencials d'una turbina de vapor són el rotor, les paletes i la válvula de control del vapor.

3. Una turbina de vapor pateix menys vibracions que un motor dièsel si les parts rotatives del sistema estan correctament instal·lades i alineades.

4. La velocitat d'una turbina de vapor pot ser molt més alta que la d'un motor dièsel. La velocitat estàndard d'una turbina de vapor utilitzada en una estació de generació elèctrica és de 3600 RPM als Estats Units i 3000 RPM al Regne Unit, mentre que la velocitat estàndard més alta d'un motor dièsel utilitzat per al mateix propòsit és de 200 RPM.

5. El control d'una turbina de vapor és molt més simple que el d'un motor dièsel. Es fa servir una válvula de control per a aquesta finalitat. La válvula es col·loca a la línia d'entrada del vapor. Aquesta válvula de control regula el flux de vapor cap a la turbina. Hi ha una válvula de parada instal·lada abans de la válvula de control. La funció de la válvula de parada és bloquejar tot el flux de vapor cap a la turbina en cas de qualsevol anormalitat. La válvula de parada és una válvula d'emergència.

El vapor entra a la turbina a alta pressió i temperatura. Després de realitzar el treball desitjat de fer girar el rotor, el vapor es descarrega a una pressió i temperatura molt més baixa. El vapor pot entrar a la turbina a una pressió i temperatura de 1800 Pa i 1000oF respectivament, i la pressió i temperatura del vapor que es descarrega poden ser 1 Pa i 100oF respectivament.

Principi de funcionament de la turbina de vapor

En un motor de vapor alternatiu, el vapor comprimit actua sobre el pistó causant un moviment mecànic del pistó. Idealment, no s'utilitza l'acció dinàmica del vapor en un sistema alternatiu. Però en el cas d'una turbina de vapor, l'acció dinàmica del vapor expandit de sobte s'utilitza principalment per realitzar treball mecànic.

En una turbina de vapor, el vapor s'expandeix en els orificis i per tant guanya energia cinètica i perd pressió. El vapor obté energia cinètica durant la seva expansió de la seva entalpia interna. Les paletes de la turbina obstrueixen el moment del vapor i, així, forcen el vapor a canviar la direcció del seu flux. En altres paraules, el moment del vapor causa una força sobre les paletes de la turbina. Podem dir que el moment del vapor expandit és la força motriu d'una turbina de vapor.

L'expansió del vapor i el canvi de direcció del moment poden succeir una vegada en una sola etapa o diverses vegades en diverses etapes, depenent del tipus de turbina.

Quan hi ha només una disposició d'expansió del vapor en una turbina i la pressió del vapor roman uniforme a tot el procés després de ser expandit a través dels orificis, la turbina es diu turbina d'impuls d'una sola etapa. En la turbina d'impuls, el vapor d'alta pressió i alta temperatura que surt de la càpiga de l'orifici s'expandeix i forma un jet de vapor que impacta directament les paletes mòbils, causant la rotació del rotor de la turbina.

Hi ha un altre tipus de turbina en la qual el vapor s'expandeix a tot el procés. Aquí, l'expansió del vapor es produeix quan passa a través de les paletes de la turbina. Durant l'expansió, l'entalpia del vapor es converteix en energia cinètica i, així, el rotor de la turbina gira amb acció de propel·lent.

Aquest tipus de turbina es coneix com a turbina de reacció. En aquest tipus de turbinas, hi ha dos conjunts de paletes. Un conjunt és de paletes fixes atacades a les parts estacionàries de la turbina i l'altre conjunt és de paletes mòbils atacades al rotor de la turbina. L'expansió del vapor es produeix en l'espai format per les paletes fixes i mòbils.

Normalment, una turbina pràctica té dos components importants: orificis i paletes. L'orifici és un dispositiu instal·lat a l'entrada de vapor de la turbina. El vapor d'alta temperatura i alta pressió amb energia cinètica negligible s'expandeix, perd pressió i, així, aconsegueix suficient energia cinètica per realitzar treball mecànic amb l'ajuda dels orificis.

Les paletes de les turbin