Турбина — энергетическая машина¶

Турбина — это энергетическая машина, в которой кинетическая или потенциальная энергия движущейся жидкости (газа, пара, воды) преобразуется во вращательное движение рабочего вала. Турбины относятся к классу турбомашин и широко применяются в энергетике, судостроении, авиации и промышленности; в России турбины являются базовым оборудованием тепло-, гидро- и атомных электростанций.

¶Принцип работы

Рабочее тело (пар, газ, вода) расширяется или движется по соплам и направляющим аппаратам, разгоняясь до высокой скорости. Поток попадает на лопатки рабочего колеса (ротора) и передаёт ему импульс, создавая крутящий момент. Вал турбины соединён с электрогенератором, компрессором или другим потребителем механической энергии.

Турбины принято разделять по типу рабочего тела и по характеру воздействия потока на лопатки:

По схеме воздействия потока различают турбины импульсные (давление газа понижается в соплах, на лопатках скорость потока не меняется) и реактивные (расширение происходит и в соплах, и в проточной части лопаток). На практике широко используются комбинированные схемы.

¶Паровые турбины

Паровые турбины были созданы в конце XIX века. В 1884 году английский инженер Чарльз Парсонс запатентовал многокорпусную паровую турбину с реактивными лопатками, а в 1889 году русский инженер Алексей Георгиевич Столетов предложил конструкцию импульсной турбины. В 1890-х годах Павел Иванович Мозговой и другие российские инженеры работали над созданием отечественных турбин. Важную роль в развитии турбостроения сыграл харьковский завод «Турбогенератор» (основан в 1932 году), позднее — Ленинградский металлический завод (ЛМЗ, ныне «Силовые машины»), Харьковский турбинный завод и Уральский турбинный завод.

Современные паровые турбины ТЭС и АЭС имеют мощность от десятков мегаватт до сверхмощных агрегатов 1200 МВт (например, турбина ЛМЗ для Ленинградской АЭС-2). Рабочее давление пара достигает 25–30 МПа, температура — свыше 600 °C. КПД лучших паровых турбин превышает 45 %.

¶Газовые турбины

Газовые турбины работают по замкнутому термодинамическому циклу Брайтона. Первая промышленная газовая турбина была создана в 1939 году в Швейцарии (завод «Brown, Boveri & Cie»). В СССР разработкой газовых турбин занимались конструкторское бюро под руководством А. А. Микулина, а затем — КБ «Прогресс» (Казань), ОКБ-2 (Москва), ЛМЗ и другие предприятия.

Газовые турбины применяются на газотурбинных электростанциях, в качестве привода компрессоров на магистральных газопроводах (ГПА), в авиации (турбовентиляторные и турбореактивные двигатели) и в корабельных энергетических установках. КПД одиночной газовой турбины составляет 30–40 %, но в парогазовых установках (ПГУ) с рекуперацией тепла суммарный КПД достигает 60–62 %.

¶Гидравлические турбины

Гидравлические турбины преобразуют энергию падающей воды. Крупнейшие российские гидроэлектростанции — Красноярская (6 × 500 МВт), Саяно-Шушенская (6 × 640 МВт), Братская (6 × 225 МВт) — оснащены турбинами, изготовленными на «Ленгидростали» (Санкт-Петербург) и «Сибгидромаше» (Новосибирск).

Основные типы гидротурбин:

• Каплана — осевые, с изменяемым углом лопастей, применяются на низконапорных ГЭС (до 80 м);
• Френсиса — радиально-осевые, самый распространённый тип, напор до 700 м;
• Пелтона — скоростные, для высоконапорных станций (до 1800 м);
• Дерягина — российская разработка для средних напоров.

¶Ветровые турбины

Ветровые турбины преобразуют кинетическую энергию ветра. В России ветроэнергетика развивается с 2000-х годов; крупнейшие ветропарки — «Кочубеевская» (Ставропольский край, 210 МВт) и «Каширская» (Астраханская область). Производством ветроустановок в России занимаются компании «Ветроэнергетическая компания» и «Русские ветряки».

¶Значение

Турбины являются основой современной энергетики: по данным отраслевых обзоров, свыше 80 % мировой электроэнергии вырабатывается турбинными установками — паровыми, газовыми, гидравлическими и атомными (где паровая турбина является конечным звеном цикла). Турбостроение считается одной из ключевых отраслей российской промышленности; ведущие предприятия отрасли объединены в холдинг «Силовые машины».

Источники:

• Блохинцев Д. И. «Турбины» // Большая советская энциклопедия.
• Лурье А. И. «Турбины тепловых электростанций».
• Родионов Ю. М. «Гидравлические турбины».
• Справочник «Турбомашиностроение» под ред. И. И. Кириллова.