Garo turbina
Tai tokie varikliai, kuriuose garo potencinė energija pirma paverčiama kinetine, o paskui – mechanine.
Garo turbinos yra greitaeigės, kompaktiškos, galima viename agregate sukoncentruoti didelę galią. Dėl šių priežasčių jos labai plačiai naudojamos šiluminėse ir atominėse elektrinėse.
Garo turbinos klasifikuojamos pagal įvairius požymius. Pagal veikimo principą jos skirstomos į aktyvinęs ir reaktyvines. Priklausomai nuo turbinai tiekiamo garo slėgio jos būna žemo slėgio (120…200 kPa), vidutinio slėgio (iki 4 MPa), aukšto slėgio (4..14 MPa), labai aukšto slėgio (per 14 MPa). Priklausomai nuo šiluminio proceso pobūdžio turbinos skirstomos į kondensacines, reguliuojamo garo nuėmimo kondensacines ir priešslėgio. Kondensacinėse turbinose visas garas plečiasi iki 3-5 kPa. Toliau jis eina į kondensatorių, ten jo šiluma atiduodama aušinančiam vandeniui ir nesunaudojama. Reguliuojamo garo nuėmimo kondensacinėse turbinose dalis garo po tam tikro išsiplėtimo paimama termofikacijos arba pramonės reikalams. Pirmuoju atveju paimamo garo slėgis būna 70-250 kPa, antruoju – 0,5-1,2 MPa. Priešslėgio turbinose išsiplėtusio garo slėgis yra didesnis už atmosferinį. Jis naudojamas įvairiems reikalams.
Priklausomai nuo pakopų skaičiaus turbinos skirstomos į vienpakopes ir daugiapakopes.
Paprastai turbinose būna keliolika tūtų, išdėstytų vienoje darbo rato pusėje ties mentėmis. Šias detales gaubia turbinos korpusas. Tūtų grupė ir jas atitinkančios darbo mentės sudaro turbinos pakopą, todėl paprasčiausia turbina vadinama vienapakope. Taip garo srauto kinetinė energija paverčiama darbo rato mechanine energija.
Norint suprasti turbinos veikimo principą, būtina žinoti pagrindine tekančio dujų srauto savybę:
wdw=-vdp;
čia w - srauto greitis m/s; p – slėgis Pa.
Ši lygtis rodo, kad diferencialų dw ir dp ženklai visada yra priešingi, vadinasi, kai dujų slėgis mažėja, jų greitis didėja, ir atvirkščiai.
Jei kanalu tekančioms dujoms iš išorės šiluma nei tiekiama, nei nuvedama, tai toks tekėjimas vadinamas adiabatiniu. Realus tekėjimas gali būti laikomas adiabatiniu, jeigu kanalas trumpas, greitis didelis, per trumpą dujų buvimo kanale laiką jos nei gauna, nei atiduoda šilumą.
Skiriami du adiabatinio dujų tekėjimo atvejai:
1) dp<0, dw>0, dT<0, nes, dujoms adiabatiškai išsiplečiant, darbas atliekamas mažėjant vidinei energijai, t.y. krintant temperatūrai. Toks išsiplėtimas vyksta siaurėjančio skerspjūvio kanaluose, vadinamuose tūtomis;
2) dp>0, dw<0, dT>0, nes, dujas adiabatiškai slegiant, didėja jų vidinė energija ir kyla temperatūra. Taip jos teka besiplečiančio skerspjūvio kanaluose, vadinamuose difuzoriais.
Turbinose energija darbu verčiama dviem stadijomis. Garas, plėsdamasis tūtose, savo potencine energiją transformuoja į garo srauto kinetinę energiją. Gautasis garo srautas eina į kanalus tarp turbinos darbo menčių ir jas apiplaudamas keičia savo kryptį ir greitį. Jo srauto judesio kiekio pokytis virsta jėga, kuri stumia darbo mentę, o pastaroji verčia suktis darbo ratą. Taip srauto kinetinė energija paverčiama darbo rato mechanine energija.