Jednotlivé typy elektráren, které vyrábějí elektrický proud, jsme si představili v minulém článku. Dnes se podíváme na to, co se na výrobě elektrického proudu v těchto provozech podílí. Tím prvním je zařízení, nazývané turbína.
Co je to turbína?
Turbína je mechanický rotační stroj, skládající se z jednoho nebo více pohyblivých lopatkových kol umístěných na společné hřídeli, mezi nimiž aktivně prochází kapalina nebo plyn. Kinetická, tepelná a tlaková energie proudícího plynu nebo kapaliny je v turbíně přeměňována na rotační pohyb hřídele stroje. Turbína je roztáčena pracovní látkou proudící přes lopatky turbíny. Mechanická energie se může využívat přímo na pohon jiného stroje.
Velmi významné je její použití v energetice, kde se turbíny využívají především jakožto primární poháněcí stroje pro elektrické alternátory. Pokud má turbína sloužit k výrobě elektrické energie, potom se nachází na společné hřídeli s elektrickým generátorem. S turbínami se ale také setkáme v dopravě, kde se dají dobře použít pro pohon velkých lodí a těžkých kolejových vozidel. Velmi významné použití nalezly také v poháněcích soustavách turbovrtulových letadel a vrtulníků, nezbytné jsou pro pohon rychlých proudových letadel.
1. PARNÍ TURBÍNA
Jde o točivý tepelný stroj, přeměňující kinetickou energii a tepelnou energii proudící páry na mechanický rotační pohyb přenášený na osu resp. hřídel stroje. Skládá se z jednoho, nebo několika postupně se zvětšujících lopatkových kol. Lopatková kola, která jsou součástí statoru stroje, se nazývají rozváděcí. Ta, která jsou spojena s rotující osou stroje, se nazývají oběžná a spolu s osou tvoří rotor.
Pro zvýšení účinnosti bývají obvykle velké parní turbíny rozděleny na několik dílů - vysokotlaké a nízkotlaké, popř. i středotlaké stupně. Parní turbína je využívána především v energetice pro pohon alternátorů (tepelná elektrárna, jaderná elektrárna), se kterým bývá mechanicky spojena společnou hřídelí. Využívá se ale i jako lodní pohon.
Podle pracovní látky (viz. T-s diagram) lze parní turbíny rozdělit na:
- Parní turbíny na přehřátou páru
- - použití: především v klasických tepelných elektrárnách
- Parní turbíny na sytou resp. mokrou páru
- - použití: v jaderných elektrárnách
- Plynové turbíny
- - použití: turbodmychadla spalovacího motoru
2. SPALOVACÍ TURBÍNA
Spalovací turbína je lopatkové soustrojí tvořené zejména kompresorem, spalovací komorou a plynovou turbínou, příslušenstvím a pomocným zařízením. Palivo je spalováno ve spalovací komoře za pomocí stlačeného vzduchu, ten je před tím stláčen v kompresoru. Spaliny při průchodu turbínou odevzdají lopatkám svoji kinetickou energii. Spalovací turbína patří do skupiny spalovacích motorů s vnitřním spalováním (spalovací komora je její součástí).
Pro dosažení vhodných vlastností pro různé účely se konstruují turbíny v dvou, popř. vícehřídelovém uspořádání. Jednotlivé hřídele spojují turbínu s kompresorem nebo odvádějí efektivní výkon z turbíny ven.
Spalovací turbíny se používají k pohonu letadel, lodí, lokomotiv, ojediněle k pohonu těžkých vozidel, v elektrárnách jako špičkové jednotky. K vidění jsou dnes již i turbínově poháněné automobily a dokonce malosériově vyráběný motocykl s turbínovým motorem z helikoptéry.
3. VODNÍ TURBÍNA
Vodní turbína je točivý mechanický stroj, který přeměňuje kinetickou či tlakovou energii proudící vody na rotační pohyb okolo své osy. Jejím předchůdcem bylo vodní kolo. Spolu s elektrickým generátorem umístěným zpravidla na společném hřídeli bývá podstatnou součástí vodních elektráren.
Volba turbíny je do značné míry přímo závislá na účelu a podmínkách celého vodního díla. Nejčastěji se osazují turbíny reakčního typu (Francisova nebo Kaplanova turbína). Pro vysoké spády se používá Peltonova turbína, kterou řadíme mezi akční turbíny. V přečerpávacích vodních elektrárnách se používají turbíny s reverzním chodem a přestavitelnými lopatkami.
- Peltonova turbína
Rovnotlaková vodní turbína s tečným ostřikem oběžného kola pro velké spády. Rozvaděčem je dýza na přívodním potrubí, z níž voda vystupuje kruhovitým paprskem a dopadá na miskovité lopatky oběžného kola.
Používá se pro větší výkony, velký spád a menší průtok vody. Voda se přivádí hubicí ve směru tečny k obvodu kola a dopadá na lopatky rotoru. Výkon se reguluje kuželem v hubici.
- Francisova turbína
Přetlaková vodní turbína (tlak před oběžným kolem je vyšší než za oběžným kolem). Reguluje se natáčením lopatek rozváděcího kola, lopatky oběžného kola jsou pevné.
Používá se pro velký rozsah spádů i průtoků a je dnes nejrozšířenější přetlakovou turbínou. Voda proudí do spirálové skříně turbíny, protéká rozváděcím kolem, naráží na lopatky oběžného kola a odtéká sací troubou.
- Kaplanova turbína
Opět přetlaková turbína, která v základním provedení je výborně regulovatelná (natáčení lopatek). Přestože je výrobně náročná, patří u nás mezi nejrozšířenější turbíny. Používá se pro velké průtoky a malé spády.
Má natáčivé lopatky rozváděcího i oběžného kola. Je vhodná pro vodní elektrárny s kolísavým průtokem a spádem. Předností tohoto typu jsou vysoké otáčky, což umožňuje používat generátory jednodušší konstrukce.
4. VĚTRNÁ TURBÍNA
Větrná turbína je stroj, který přeměňuje kinetickou energii větru na mechanickou energii (rotace hřídele). Turbína je roztáčena větrem proudícím přes lopatky turbíny. Jestliže je mechanická energie používána přímo strojem, pak se takové zařízení běžně označuje větrný mlýn. Ale když je mechanická energie přeměňována na elektřinu, stroj se pak nazývá větrný generátor.
- Větrná turbína s horizontální osou
Tento typ je v současnosti nejpoužívanější. Funguje na „vztlakovém" principu: vítr obtékající lopatky je zvedá a otáčí jimi. Většina těchto turbín má dvě nebo tři lopatky. Stožár má výšku do 100 m a průměr rotoru mezi 40 - 80 m.
Natáčecí systém slouží k natáčení rotoru proti větru při změnách jeho směru. Čidlo umístěné na strojovně měří směr větru a komunikuje s pohonem natáčení. Existují rovněž větrné turbíny s malými otáčkami, které nepoužívají převodovky. Ty se označují jako turbíny s „přímým" pohonem. Jejich rotor a generátor je integrován do jedné jednotky.
- Větrná turbína s vertikální osou
Darrieova turbína
Darreiova turbína pracuje na vztlakovém principu. Má dvě nebo tři vertikální lopatky. Údržba těchto turbín je snadná, protože pracovní převodovka a ovládací prvky jsou umístěny blízko země. Potřebují ale vnější zdroj pro roztočení, např. elektromotor nebo některý další typ rotoru s vertikální osou. Díky tomu nezávisí práce stroje na směru větru.
Savoniova turbína
Savoniova turbína pracuje na odporovém principu. Rotor se otáčí relativně pomalu, ale dosahuje vysokého točivého momentu. Tento typ lze použít pro čerpání vody. Není ale účinný pro výrobu elektrické energie, protože pro tento účel jsou nejlepší otáčky nad 1000 ot/min, zatímco tento typ má obvykle méně než 100 otáček za minutu.
Příště se podíváme zase na další činitel ve výrobě elektrické energie.
| AUTOR: Jan "DD" Stach |
|---|
| Radši dělám věci pomaleji a pořádně, než rychle a špatně. |
| Starší články |
|---|
| Komentáře |
|
| ||||||
