Akcent na úspory energie stoupá.
V oblasti turbín se projevuje zvýšenými
požadavky na využívání i těch
nejmenších energetických zdrojů
pro výrobu elektrické energie.
Jsou už instalovány parní turbíny
o výkonech na úrovni 100 kW. Parametry
vstupní páry jsou u těchto
zařízení na nižší úrovni. Proto jejich
výroba nevyžaduje speciální materiály
nebo konstrukce. Někdy jsou
požadovány stroje s nižšími výkony
pro vysoké parametry vstupní páry.
Kupříkladu parní turbína o výkonu
1700 kW, která pracuje se vstupním
tlakem 94 bar, teplotou páry 535 °C
a protitlakem 24 bar. Je určena pro
pohon napájecího čerpadla s otáčkami
3000.min-1.
Tepelný spád na úrovni 400 kJ.kg-1
je poměrně vysoký pro jednostupňovou
turbinu a poměrně malý pro turbínu
vícestupňovou. Aby b yl zpracován
s dobrou účinností a přitom byla cena
turbíny přiměřená, byla zvolena koncepce
vysokootáčkové turbíny s integrovanou
převodovkou.
Otáčky turbíny nejsou pouze záležitostí
konstruktéra. Je nutné respektovat
rovněž technická omezení převodovky:
obvodové rychlosti v ozubení,
měrné tlaky a rychlosti v ložiskách, či
převodový poměr.
Pokud by turbínu navrhl nad touto
křivkou, nemohl by použít běžnou
účinnou převodovku s čelním ozubením
a šikmými zuby, ale převodovku
speciální. S ohledem na tyto skutečnosti
a doporučení výrobce převodovky
byly zvoleny provozní otáčky
turbiny 19 000.min-1.
Zadaný tepelný spád lze zpracovat
v jednom stupni za předpokladu vysokých
obvodových rychlostí lopatkování
a vysokých supersonických rychlostí
páry. S ohledem na účinnost stupně a jeho
práci v široké oblasti zatížení byla
zvolena koncepce stroje se dvěma radiálními
stupni a nižšími jak obvodovými,
tak aerodynamickými rychlostmi.
Na letmo uchyceném disku turbiny
jsou umístěny dva radiální dostředivé
(centripetální) stupně. Oba
jsou navrženy jako akční, s minimálním
stupněm reakce. Obvodová
rychlost 1. stupně byla zvolena
na úrovni 300 m.s-1, což umožnilo
zpracování spádu při dobré účinnosti.
Aby byla co nejvíce prodloužena
oběžná lopatka, byl zvolen
parciální ostřik 1. stupně se 2 dýzovými
komorami, rozmístěnými
rovnoměrně po obvodu. Pro rovnoměrný
ostřik 2. stupně byl v přední
části krycího disku vytvořen vyrovnávací
kanál, kterým se převádí
část páry z prostoru dýz do obvodově
vzdálenějších oblastí statorových lopatek
2. stupně.
Druhý stupeň pracuje s poměrně vysokým
protitlakem. Proto musel být
vytvořen na zadní části disku vyrovnávací
píst, kterým se snižuje axiální
síla působící směrem na převodovku.
Místo osového ložiska rychloběžného
pastorku jsou pro zachycení axiální síly
využity účinnější opěrné kruhy, jimiž
se přenáší axiální síla až na pomaluběžné
axiální ložisko převodovky.
K utěsnění parního prostoru turbínové
skříně kolem hřídele rychloběžného
pastorku byla použita uhlíková ucpávka,
která snižuje délku vyložení turbínového
disku. Pro utěsnění olejového prostoru
převodovky byla využita speciální
zahlcovaná ventilátorová ucpávka.
Spojení turbínové skříně, která pracuje
s párou o teplotě 540 °C, se skříní
převodovky, jejíž pracovní teplota je
na úrovni 60 °C, je poměrně složitý
technický problém. Uvedené spojení
musí nejen zamezit přestupu tepla
z turbínové skříně do převodovky.
Zároveň musí zajistit souosost převodové
turbínové skříně za všech provozních
režimů, přenést povolené
síly od potrubí, které působí na turbínu
a umožnit demontáž víka převodovky,
aniž by bylo nutné demontovat
turbinu.
Uvedeným podmínkám vyhovělo
speciální patentované spojení s příčnými
klíny.
Turbína s převodovkou je umístěna
na rámu, v němž je olejová nádrž. Turbína
s olejovou nádrží je smontována
ve výrobním závodě a na stavbu se
dodává jako celek. S poháněným strojem
(čerpadlem) je spojena prostřednictvím
pružné spojky.
Vysoké otáčky turbín vedou nejen
k vysoké účinnosti, ale také k malým
rozměrům stroje a vysoké koncentraci
výkonu. V tomto případě činí výkon
vztažený na hmotnost rotoru více jak
100 kW.kg-1. Pro srovnání: stejný výkon
u moderních parních turbín výkonu
100 MW činí méně jak 10 kW.kg-1
hmotnosti rotoru.
Přívodní rychlosti páry v připojovacích
parovodech zůstávají stejné jak
pro standardní, tak pro vysokootáčkové
stroje. Rozměry připojovacích
hrdel parovodů jsou pro oba typy
turbín shodné. Zatímco u standardních
větších strojů mohou být síly
na připojovací hrdla turbíny větší,
u rychloběžných menších turbín je
nutné tyto síly omezit a kontrolovat
měřením. Pokud přesahují povolené
meze, je nutné (s ohledem na bezpečný
provoz turbíny) připojovací potrubí
rekonstruovat.
Koncepce strojů s integrovanou převodovkou
je vhodná nejen pro stroje
s nižšími vstupními parametry páry,
ale i pro stroje s vysokými vstupními
parametry a také při návrhu a konstrukci
moderních rychloběžných turbín
výkonové třídy 10 MW. /sk/
