Turbina a vapore

La turbina a vapore è un motore primario preferito nelle centrali elettriche a vapore. La turbina a vapore può avere una capacità compresa tra 5 megawatt e 2000 megawatt.

I vantaggi della turbina a vapore rispetto al motore diesel sono i seguenti.

1. Le dimensioni di una turbina a vapore sono molto più piccole rispetto a quelle di un motore diesel equivalente. Le dimensioni di una turbina a vapore da 30 megawatt sono le stesse di un motore diesel da 5 megawatt.

2. Dal punto di vista costruttivo, la turbina a vapore è molto più semplice di un motore diesel. L'albero rotante, le pale e la valvola di controllo del vapore sono i tre componenti essenziali di una turbina a vapore.

3. Una turbina a vapore soffre di minori vibrazioni rispetto a un motore diesel se le parti rotanti del sistema sono installate e allineate correttamente.

4. La velocità di una turbina a vapore può essere molto superiore a quella di un motore diesel. La velocità standard di una turbina a vapore utilizzata in una centrale elettrica è di 3600 giri al minuto negli Stati Uniti e 3000 giri al minuto nel Regno Unito, mentre la massima velocità standard di un motore diesel utilizzato per lo stesso scopo è di 200 giri al minuto.

5. Il controllo della turbina a vapore è molto più semplice rispetto a quello di un motore diesel. Per questo scopo viene utilizzata una valvola di controllo. La valvola è installata sulla linea d'ingresso del vapore. Questa valvola di controllo regola il flusso di vapore verso la turbina. C'è anche una valvola di blocco installata prima della valvola di controllo. La funzione della valvola di blocco è di interrompere completamente il flusso di vapore alla turbina in caso di anomalie. La valvola di blocco è una valvola di emergenza.

Il vapore entra nella turbina ad alta pressione e temperatura. Dopo aver svolto il lavoro desiderato di far ruotare l'albero, il vapore esce a una pressione e temperatura molto inferiori. Il vapore può entrare nella turbina con una pressione e temperatura di 1800 Pa e 1000oF rispettivamente, e la pressione e la temperatura del vapore in uscita possono essere 1 Pa e 100oF rispettivamente.

Principio di funzionamento della turbina a vapore

In un motore a vapore alternativo, il vapore compresso agisce sul pistone causando un movimento meccanico del pistone. Idealmente, non viene utilizzata alcuna azione dinamica del vapore in un sistema alternativo. Ma nel caso di una turbina a vapore, l'azione dinamica del vapore espanso viene principalmente utilizzata per svolgere lavoro meccanico.

In una turbina a vapore, il vapore si espande nelle ugelli e quindi guadagna energia cinetica e perde pressione. Il vapore acquisisce energia cinetica durante la sua espansione dall'entalpia interna. Le pale della turbina ostacolano la quantità di moto del vapore, costringendolo a cambiare direzione di flusso. In altre parole, la quantità di moto del vapore causa una forza sulle pale della turbina. Possiamo dire che la quantità di moto del vapore in espansione è la forza motrice di una turbina a vapore.

L'espansione del vapore e il cambiamento di direzione della quantità di moto possono avvenire una volta in un singolo stadio o più volte in vari stadi, a seconda del tipo di turbina.

Quando c'è solo una possibilità di espansione del vapore in una turbina e la pressione del vapore rimane uniforme durante tutto il processo dopo che è stato espanso attraverso gli ugelli, la turbina viene chiamata turbina a impulso a singolo stadio. Nella turbina a impulso, il vapore ad alta pressione e alta temperatura che esce dalla testa dell'ugello si espande e forma un getto di vapore che colpisce direttamente le pale in movimento, causando la rotazione del rotore della turbina.

Esiste un altro tipo di turbina in cui il vapore si espande durante tutto il processo. Qui, l'espansione del vapore avviene quando passa attraverso le pale della turbina. Durante l'espansione, l'entalpia del vapore si converte in energia cinetica e quindi il rotore della turbina ruota con un'azione propulsiva.

Questo tipo di turbina è noto come turbina reattiva. In questo tipo di turbine, ci sono due set di pale. Un set è costituito da pale fisse attaccate alle parti stazionarie della turbina e l'altro set è costituito da pale in movimento attaccate al rotore della turbina. L'espansione del vapore avviene nello spazio formato dalle pale fisse e in movimento.

Normalmente, una turbina pratica ha due componenti importanti: gli ugelli e le pale. L'ugello è un dispositivo installato all'ingresso del vapore nella turbina. Il vapore ad alta temperatura e alta pressione, con energia cinetica trascurabile, si espande, perde pressione e quindi acquisisce sufficiente energia cinetica per svolgere lavoro meccanico con l'aiuto degli ugelli.

Le pale delle turbine sono anche note come deflettori. Questo perché il vapore dinamico viene deviato quando colpisce le pale. L'energia meccanica del vapore in espansione viene estratta sulle pale della turbina.

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