Jít na vyhledávání

Parní turbína

Jak to funguje

Kdyby 1 000 megawattů

Slovo turbína pochází ze začátku 19. století, a i když bylo prvně použito pro zdokonalené vodní kolo, dnes se používá pro všechny stroje s otáčejícím se kolem s lopatkami. Turbína v jaderné elektrárně je velký stroj, převádějící energii horké páry na mechanickou energii středové hřídele (která je pevně spojena a pohání elektrický generátor). Funguje podobně jako vodní turbína, jen namísto vody je na lopatky nasměrována pára vyrobená v parogenerátoru. Když temelínská turbína pracuje naplno, proudí do ní tolik páry, že by každou minutu zaplnila jeden horkovzdušný balón. V minulosti by takové množství páry stačilo pro několik set parních lokomotiv.

Stovky velkých parních lokomotiv z minulého století by mohly jezdit na páru, která je dnes určena jediné temelínské turbíně (Zdroj: ©  kingfisher75 / stock.adobe.com)

Stovky velkých parních lokomotiv z minulého století by mohly jezdit na páru, která je dnes určena jediné temelínské turbíně

Temelínský turbogenerátor může současně napájet až 10 000 nabíječek elektromobilů Tesla (Zdroj: © zlatkozalec / stock.adobe.com)

Temelínský turbogenerátor může současně napájet až 10 000 nabíječek elektromobilů Tesla

V Jaderné elektrárně Temelín má turbína s generátorem neuvěřitelný elektrický výkon přes 1 000 MW. Kdyby veškerá elektřina (vyrobená turbínou s generátorem) napájela například rychlovarné konvice, mohlo by jich být současně zapojeno asi půl milionu. Kdybychom nepotřebovali tolik horké vody, stačila by vyrobená energie například na základní dobíjení asi 300 000 elektromobilů, případně 10 000 vozů Tesla při použití stejnosměrné nabíječky SuperCharger.

Lopatka za lopatkou, větrník na páru

Proud páry tlačí lopatku turbíny do strany a tím roztáčí celé kolo

Proud páry tlačí lopatku turbíny do strany a tím roztáčí celé kolo

Když proudu páry postavíme do cesty lopatku, šikmo uchycenou na obvodu oběžného kola, pára se od ní odrazí a odstrčí ji na druhou stranu. Pokud je na kole za první lopatkou uchycena druhá, která se tím dostane do proudu páry, odraz a odstrčení lopatky se opakuje. Při plně osazeném kole lopatkami vyvolává tento cyklický děj rovnoměrné otáčení celého kola, jako kdybychom foukali do větrníku.

Axiální ofukování mnohalopatkového oběžného kola stupně vzduchové turbíny aneb holčička foukáním roztáčí větrník (Zdroj: © sparkia / stock.adobe.com)

Axiální ofukování mnohalopatkového oběžného kola stupně vzduchové turbíny aneb holčička foukáním roztáčí větrník

Proč bychom ale ofukovali jenom jednu lopatku? Když budeme foukat současně na všechny lopatky po celém obvodu lopatkového oběžného kola, znásobí se síla, která kolem otáčí. Jinými, odbornými slovy – více energie proudící páry se přemění na mechanickou energii kola s lopatkami. Správnou rychlost a směr páry zajišťuje taky lopatkové kolo (rozváděcí), které se ale neotáčí a je pevně spojeno se skříní turbíny. Pevné lopatky mají za úkol zrychlit proud páry protékající mezi nimi a nasměrovat jej pod správným úhlem na lopatky oběžného kola. Každý kanálek mezi dvěma lopatkami pevného kola je jako jedna pusa foukající do větrníku.

V opravdové turbíně se střídají kola s pevnými rozváděcími lopatkami s otáčejícími se koly s oběžnými lopatkami

V opravdové turbíně se střídají kola s pevnými rozváděcími lopatkami s otáčejícími se koly s oběžnými lopatkami

Rozváděcí a oběžné kolo, stupeň a díl turbíny

V reálné turbíně je parovodem přiváděna horká pára s vysokým tlakem do turbíny, kde je po obvodu rovnoměrně rozdělena, prochází kanálky mezi lopatkami pevného kola a roztáčí lopatky oběžného kola. Spolupracující dvojice kol (pusa a větrník) tvoří tzv. stupeň turbíny. Roztočením jednoho kola přijde pára jen o část své energie, a proto se turbínové stupně (dvojice kol) řadí za sebou a spolu tvoří díl turbíny. Podle tlaku páry, která v dílu roztáčí kola, to může být vysokotlaký, středotlaký nebo nízkotlaký díl. Každý díl turbíny je samostatné těleso se vstupem a výstupem páry. Velké energetické turbíny mají většinou 3 až 4 díly uložené za sebou na společné hřídeli.

Každý díl turbíny má vstup a výstup páry a je složen z několika stupňů (dvojic kol) (Zdroj: © pupikii / stock.adobe.com)

Každý díl turbíny má vstup a výstup páry a je složen z několika stupňů (dvojic kol)

Souvislost tlaku páry s délkou lopatek

Když pára projde jedním stupněm, roztočí kolo s lopatkami a tím vykoná určitou práci. To se projeví poklesem parametrů – trochu se sníží její tlak i teplota. Při nižším tlaku má ale pára o malinko větší objem. Je to, jako kdybychom u moře nafoukli balonek vzduchem a vyrazili s ním do hor. Rostoucí nadmořská výška a klesající atmosférický tlak by způsobily zvětšování objemu balonku.

S každým dalším stupněm se zvětšuje objem páry a s tím souvisí větší průměr lopatkového kola (Zdroj: © Digishooter / stock.adobe.com)

S každým dalším stupněm se zvětšuje objem páry a s tím souvisí větší průměr lopatkového kola

Když má pára za každým stupněm větší objem, musí se zvětšit i prostor mezi lopatkami, kterým následně protéká. Proto má každý další stupeň turbíny o malinko větší délku lopatek. Je-li objem páry na konci turbíny tak velký, že by se již tak dlouhé lopatky nedaly vyrobit, je nutné proud páry rozdělit do dvou, někdy i tří stejných nízkotlakých dílů s kratšími lopatkami. To je například u temelínské turbíny, která má jeden vysokotlaký díl a tři nízkotlaké díly.

Rychleji než kolibřík

Díky vyšší frekvenci mávání křídel kolibříka jsou jeho křídla za letu prakticky neviditelná (Zdroj: © Aniko G Enderle / stock.adobe.com)

Díky vyšší frekvenci mávání křídel kolibříka jsou jeho křídla za letu prakticky neviditelná

Rotory většiny energetických turbín se otáčejí rychlostí 3 000 otáček za minutu. Podobně rychle se otáčí například kliková hřídel motoru auta jedoucího na půl plynu. Počet otáček souvisí s frekvencí naší běžné elektrické sítě. Když 3 000 vydělíme 60, dostaneme 50 otáček za sekundu (50 Hertz). Pro srovnání – dlouhohrající vinylová deska se otáčí asi 90krát pomaleji. Tak vysokou obrazovou frekvenci (50 opakování nebo otáček rotujícího bodu za sekundu) již lidské oko přestává vnímat jako jednotlivé obrázky, ale jako plynulý pohyb. Na tom je založen princip původní televize nebo ladnost pohybu letícího kolibříka, který mává křídly přibližně stejnou frekvencí.

Vrátit se nahoru
detail