Co to jest turbina parowa?

Turbina parowa to urządzenie, które jest w stanie zamienić energię cieplną pary pod ciśnieniem na ruch obrotowy. Ten ruch obrotowy jest często wykorzystywany w elektrowniach do wytwarzania energii elektrycznej, chociaż może mieć również inne zastosowania. Podstawowa zasada turbin parowych została po raz pierwszy napisana już w pierwszym wieku naszej ery, podczas gdy współczesna turbina parowa została zaprojektowana dopiero w 1884 roku.

Pierwszą nowoczesną turbinę parową zaprojektował Sir Charles Parsons. Został on wykorzystany, w połączeniu z prądnicą, do wygenerowania 7.5 kW mocy. Niedługo po wynalezieniu urządzenie znalazło podstawowe zastosowanie w elektrowniach na całym świecie oraz na pokładach okrętów wojennych. Wcześniejsze silniki parowe tłokowe były zarówno mniej wydajne, jak i trudniejsze do przystosowania do użytku na pokładach statków, wymagając raczej skomplikowanych systemów niż prostego mechanizmu napędu bezpośredniego.

Turbiny parowe wykorzystują zasadę pozwalającą parze pod ciśnieniem na rozszerzanie się w kontrolowanych etapach. Każda turbina może składać się z kilku turbin impulsowych i reakcyjnych, z których każda umożliwia rozprężanie pary i obracanie łopatek lub wiader wewnątrz urządzenia. Większość turbin parowych wykorzystuje obie te odmiany wspólnie, przy czym turbiny impulsowe pracują pod wysokim ciśnieniem, a turbiny reakcyjne pod niskim ciśnieniem. Różnica między nimi polega na tym, że odmiana impulsowa wykorzystuje dyszę do wprowadzania pary o dużej prędkości do wirników, podczas gdy wirniki w turbinach reakcyjnych same w sobie są rodzajem dyszy.

Rozmieszczenie turbin impulsowych i reakcyjnych w turbinie parowej może skutecznie uczynić system bardzo wydajnym. Wykorzystując zarówno wysokie, jak i niskie ciśnienie oraz pracując na każdym etapie rozprężania pary, proces może pozostać wysoce izentropowy. Oznacza to po prostu, że entropia, która wchodzi do systemu, jest podobna do tej, która wychodzi. Inną zaletą projektu jest to, że wirowanie turbin wytwarza ruch obrotowy, który może być idealny zarówno do wytwarzania energii, jak i obracania łopatek lub innych mechanizmów napędowych na statkach.

Duży procent całej energii wytwarzanej na świecie wykorzystuje generatory turbin parowych. Są one obecne zarówno w elektrowniach na paliwa kopalne, jak i elektrowniach jądrowych, przy czym te pierwsze spalają węgiel lub ropę w celu podgrzania wody do pary, a te drugie polegają na reakcji rozszczepienia jądrowego w celu wytworzenia pary. Dodatkowo część energii jest wytwarzana w procesie znanym jako skupiona energia słoneczna. Ten typ elektrowni może wykorzystywać słońce do wytwarzania pary, która następnie może obracać turbiny parowe.