Typy turbín

CO JE TO TURBÍNA?

Minulý týden jsme se podívali na historii lopatek turbín v naší sekci "VŠE O LOPATKÁCH". Tento týden se zaměříme na to, co je turbína, jak funguje a čím se vyznačuje.

Turbína je stroj na kontinuální výrobu energie, ve kterém se kolo nebo rotor, obvykle vybavený lopatkami, otáčí rychle proudícím proudem vody, páry, plynu, větru nebo jiné kapaliny. Příklady zahrnují Hooverovu přehradu nebo mohutné Niagarské vodopády, kde voda protéká turbínami, které se otáčejí pod tlakem padající vody a generují téměř 4,9 milionu kilowattů, které napájí 3,8 milionu domácností. Věděli jste, že v roce 2020 bylo v Německu 7 254 vodních elektráren? Nebo si vzpomeňte na slavné staré větrné mlýny v Holandsku, předchůdce dnešních větrných turbín, které jsou efektivním a nákladově efektivním zdrojem obnovitelné energie pro výrobu energie.

‍

RŮZNÉ TYPY TURBÍN

Ve strojírenství se turbosoustrojí rozumí stroje, které přenášejí energii mezi rotorem a kapalinou nebo párou. Patří mezi ně turbíny i kompresory, které se často používají v automobilovém průmyslu (turbodmychadla), v leteckém průmyslu (letecké turbíny), v energetice (plynové a parní turbíny) a v průmyslu (kompresory).

Turbíny lze rozdělit podle směru proudění. Tři hlavní oblasti jsou radiální, diagonální a axiální a průtokové médium určuje, o jaký typ turbíny se jedná. Čtyři hlavní typy jsou pára, plyn, voda a vítr. Všechny turbíny jsou důležité a hrají v průmyslu velkou roli, ale zaměříme se pouze na páru a plyn, což nás vede k pohledu na axiální a radiální směr proudění.

Jaký je rozdíl mezi axiálními a radiálními turbínami? U radiální turbíny je průtok rovnoměrně vyrovnán kolmo k ose otáčení a pohání turbínu stejným způsobem, jakým voda pohání vodní mlýn. Výsledkem je nižší mechanické zatížení (a nižší tepelné zatížení v případě horkých pracovních kapalin), což může radiální turbínu zjednodušit, robustnější a účinnější (v podobném rozsahu výkonu) ve srovnání s axiálními turbínami. V axiální turbíně proudí pracovní médium rovnoběžně s axiálním kompresorem hřídele a přeměňuje tok média na mechanickou rotační energii.

Všechny turbíny jsou důležité, ale nejčastěji měříme složitý profil tryskové turbíny.

VÍCE O AXIÁLNÍCH TURBÍNÁCH A KOMPRESORECH

#allaboutblades je v podstatě o lopatkách turbín, a proto se chceme zaměřit na axiální turbosoustrojí. Axiální turbíny a kompresory se skládají z několika stupňů. Kroky jsou kombinací dvojice rotujících a stacionárních lopatek (vodicích lopatek). Lopatky jsou připojeny k rotoru, vodicí lopatky k odlitku. Hlavní funkcí lopatek je zajistit přenos energie mezi plynem a rotorem. Lopatky naopak připravují plyn pro vstup do další sady rotujících lopatek a přesměrovávají tok plynu protékajícího z předchozí sady lopatek na další sadu lopatek. Výsledkem je řízený průtok stlačeného vzduchu, vysokoenergetické páry nebo výfukových plynů turbínou/kompresorem, aby se přeneslo co největší množství energie.

Axiální turbíny a kompresory jsou různé typy turbosoustrojí se stejnými základními principy, pouze v reverzní formě. Turbíny jsou napájeny vysokoenergetickým plynem, který protéká turbínou. Krok za krokem přenáší svou energii na čepele. Plyn, který jím protéká, se uvolňuje, rozpíná a v důsledku toho se lopatky a vodicí lopatky zvětšují podél dráhy axiálního proudění plynu. Nakonec je veškerá energie přenesena na lopatky a tím i na rotor, aby konečně poháněla další stroj. Při výrobě energie v elektrárnách je turbína připojena ke generátoru pro výrobu elektřiny.

Kompresor pracuje opačným způsobem a je poháněn motorem. Vzduch je nasáván rotujícími lopatkami a lisován kompresorem. Každá sada lopatek/ventilů je o něco menší, což dává vzduchu více energie a komprese.

PLYNOVÉ TURBÍNY – KOMBINACE OBOU SVĚTŮ

Letecké turbíny mají kompresor i turbínu a mezi nimi je spalovací komora. Vzduch je nasáván do turbíny, stlačen a smíchán s palivem tak, aby došlo ke spalování, což vede k tahu. Kromě toho je turbína v proudu výfukových plynů aktivována proudem výfukových plynů. Oběžné kolo turbíny je připojeno ke kompresoru a funguje tak jako mechanický připojovací motor ke kompresoru, který kompresor pohání. Hlavní energie horkého výfukového plynu se však používá k vytváření tahu zvýšením jeho rychlosti tryskou.

Tento základní princip lze nalézt také u proudových motorů, nejjednodušších typů leteckých plynových turbín.

Dvouproudová plynová turbína je dnes nejběžnějším typem turbínového motoru používaného v letadlech. Základní princip je stejný, ale komponenty jsou složitější. Kromě toho je k dispozici ventilátor a obtokový systém pro další zvýšení účinnosti a stability turbíny.

Motory s turbo hřídelí jsou široce používány v aplikacích, které vyžadují trvale vysoký výkon, vysokou spolehlivost, malé rozměry a nízkou hmotnost. Najdou toto uplatnění ve vrtulnících, pomocných motorech, člunech a lodích, tancích, vznášedlech a stacionárních systémech.

STRUKTURA LOPATKY

Lopatky a vodící lopatky mají různé funkce, ale mají podobné geometrické prvky. Vodící lopatky přesměrovávají dráhu proudění, zatímco lopatka přenáší energii mezi plynem a rotorem. Lopatky musí pracovat při vysokých rychlostech a teplotách, zatímco vodicí lopatky směrují proud poháněný rotujícími lopatkami do dalšího stupně turbíny s optimální účinností. Lopatky i vodicí lopatky musí být odolné vůči oxidaci, korozi a opotřebení a musí mít dlouhou životnost.

To je jeden z nejdůležitějších aspektů, které společnosti zvažují při zlepšování svých lopatek, aby zvýšily výkon a prodloužily životnost turbín.

MĚŘENÍ ZVYŠUJE EFEKTIVITU

Struktura a funkce lopatky se skládá ze tří aspektů:

1) Patka/ kořen se používá k připevnění čepele k rotoru nebo pouzdru. V závislosti na mechanickém zatížení, požadované přesnosti upevnění a výrobních nákladech mohou být kořeny odlišné. V budoucnu se tímto tématem budeme opět podrobně zabývat.

2) Vodící lopatka je navržena tak, aby přesměrovala dráhu proudu, zatímco lopatka přenáší energii mezi plynem a rotorem. Profil přechází do kořene a pláště přes poloměr přechodu a zakřivenou plochu plošiny. Profil se skládá z tlakové a sací strany s přední a odtokové hrany, která bude součástí našeho podrobného blogu.

3) Krycí páska je volitelná a závisí na použití turbíny. Opláštěné lopatky se používají k řízení a minimalizaci svodových proudů mezi špičkami a lopatkami, jakož i k omezení amplitud vibrací, aby bylo zajištěno vytvoření stabilního vnějšího kroužku.

WENZEL OPATŘENÍ #MOREPARTSFASTER

Při výrobě lopatek existuje široká škála tvarů, rozměrů a požadavků pro každou požadovanou aplikaci. Profily jsou navrženy tak, aby maximalizovaly požadovaný výkon. Bez ohledu na velikost, plochu nebo dodací lhůtu neexistují pro CORE žádná omezení. Vysokorychlostní optický skenovací systém byl vyvinut pro drsné podmínky prostředí přímé výroby. CORE M se vyznačuje teplotní stabilitou, odolností proti nečistotám a vibracím. Vysoce dynamické lineární aktuátory a robustní základní stroj 6osého měřicího systému umožňují měření při vysokých rychlostech.

Inovativní optický difuzní skener s vysokou intenzitou od WENZEL Zajišťuje rychlou detekci bodů i na těžko přístupných součástech a vysoce reflexních površích bez časově náročného přemístění součásti nebo předúpravy povrchů.

Ten CORE M má měřicí objem 500 mm x 500 mm x 2 500 mm, takže je ideální pro měření velkých součástí. Uvnitř skříně stroje je systém dynamických vyvažovacích závaží, která působí proti silám způsobeným vysokorychlostním pohybem skeneru, takže nedochází ke ztrátě přesnosti ani při pozoruhodně vysokých rychlostech měření. Komplexní softwarový balík WENZEL umožňuje jednoduché a rychlé vyhodnocení lopatek pomocí softwaru pro analýzu lopatek vyvinutého ve spolupráci s průmyslovými partnery WM | Analyzátor lopatek.

Jak jste si možná všimli, milujeme měření lopatek turbín které mají kovově šedý, hladký a elegantní designem. Tyto malé části mají významný dopad, který nám umožňuje objevovat svět při cestování, budovat naši ekonomiku a chránit naše země a blízké - to vše jsou dobré důvody k obdivu. Doporučuji vám, abyste si užili relaxační plavbu po řece na starém parníku, obdivovali velikost velkých větrných turbín, navštívili Niagarské vodopády a vzpomněli si, jak daleko jsme za staletí došli. Nezapomeňte, že měřením jsme se posunuli dál mílovými kroky.

‍