Паровая турбина сообщение по физике 8 класс

Обновлено: 07.07.2024

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Выполнила: Ученица 8 класса

Исторические факты.

Определение, назначение.

Парова́я турби́на — тепловой двигатель , в котором энергия пара преобразуется в механическую работу. В лопаточном аппарате паровой турбины потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую , которая в свою очередь преобразуется в механическую работу — вращение вала турбины .

Паровые турбины по своей конструкции представляют тепловой двигатель, который постоянно находится в работе. В период эксплуатации перегретый или насыщенный пар воды, который поступает в проточную часть, и благодаря своему расширению принуждает вращаться ротор. Вращение происходит в результате воздействия на лопаточный аппарат потока пара. Турбина паровая входит в состав паротурбинной конструкции, которая предназначена для вырабатывания энергии. Также существуют установки, способные кроме электроэнергии вырабатывать тепловую энергию – пар, прошедший через лопатки пар, поступает на нагреватели сетевой воды. Подобный вид турбин именуется промышленно-теплофикационным или теплофикационным типом турбин. В первом случае, в турбине отбор пара предусмотрен для промышленных целей. В комплекте с генератором паровая турбина представляет турбоагрегат. Монтаж, наладку и запуск турбинных установок обычно осуществляют компании, имеющие большой опыт в этом деле.

Конденсационные паровые турбины

Конденсационные паровые турбины служат для превращения максимально возможной части теплоты пара в механическую работу. Они работают с выпуском (выхлопом) отработавшего пара в конденсатор, в котором поддерживается вакуум (отсюда возникло наименование). Конденсационные турбины бывают стационарными и транспортными.

Паровые турбины обладают преимуществами перед другими двигателями. Они дают возможность в одном агрегате получить высокую мощность и высокий КПД, использовать любые виды топлива для получения пара, использовать отработавшую в них энергию для получения пара или горячей воды; отличаются относительно небольшими габаритами и надежны в работе.

Рисунок с основными частями.

Принцип работы.

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.

Электрическая мощность паровых турбин зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбин единичной установки достигает 1000 МВт.

Принцип работы конденсационной турбины: Свежий (острый) пар из котельного агрегата по паропроводу попадает на рабочие лопатки паровой турбины. При расширении, кинетическая энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора турбины, который расположен на одном валу с электрическим генератором . Отработанный пар из турбины направляется в конденсатор, в котором, охладившись до состояния воды путём теплообмена с циркуляционной водой пруда-охладителя, градирни или водохранилища по трубопроводу направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса. Большая часть полученной энергии используется для генерации электрического тока.

Используемое топливо.

Для нагрева воды до газообразного состояния используют разные энергоносители. На теплоэлектростанциях – мазут, газ, уголь, торф. На атомных – энергию распада радиоактивного топлива. Можно использовать отработанный пар металлургического, химического, машиностроительного производств. Малые паровые турбины работают на бензине.

Паровая турбина — тепловой двигатель, который преобразует энергию пара в механическую энергию (рис. \(1\)).

Лопасти, на которые поступает давление струй пара и передаётся на турбину.
Вал — ось, передающая вращение.
Диск для крепления лопастей и передачи вращения.

В современных турбинах используют несколько дисков, насаженных на общий вал (рис. \(2\)). Пар через сопло направляется на лопасти турбины, приводя в движение всю систему. Энергия пара переходит в механическую энергию турбины.

Для применения паровых турбин нужно большое количество воды, горячий пар и изоляция для безопасности человека. Турбины устанавливают на теплоэлектростанциях, атомных электростанциях.

Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — тепловая электростанция, на которой установлены паровые турбины (рис. \(3\)).

Солнце и пища до XX века были основными источниками энергии для человека. Люди научились не только эксплуатировать, но и накапливать солнечную энергию, превращать её в другие виды, извлекать из различных субстанций (древесина, ископаемое топливо). Даже с освоением ядерной энергетики отказаться от превращения тепловой энергии в механическую пока не получается: реактор атомной электростанции без турбины не создать. Рассмотрим, какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами. Разберёмся, как они работают, из чего состоят, где применяются.

Паровая турбина: строение, принцип работы

Тепловые двигатели начали массово применяться во времена промышленной революции, известными обывателю они стали, наверное, после запуска паровозов. Паровая турбина – это компактная усовершенствованная паровая машина.

В состав теплового двигателя входят:

статор с клапанами;
стальной цилиндр;
рабочие колёса;
лопатки аэродинамической конфигурации;
сопла или направляющие лопатки.

Принцип действия паровой турбины заключается в преобразовании потенциальной энергии горячего пара в кинетическую. Последняя трансформируется в механическую энергию, заставляя вал агрегата вращаться.

Из парогенератора или котла горячий водяной пар поступает на направляющие лопатки турбины. Газ вырывается из пустот между направляющими лопатками и направляется к рабочему колесу. Из-за возникновения разности давления между поверхностями лопастей создаётся подъёмная сила, которая заставляет их вращаться вместе с валом. Размеры лопаток постепенно увеличиваются, что объясняется падением давления и кинетической энергии пара.

Используемые на электростанциях паровые турбины состоят из ряда степеней высокого, среднего и низкого давления объединённых общим валом. Конец вала присоединяется к генератору.

Между ступенями агрегата обычно устанавливаются паровые котлы, нагревающие его. Процесс называют вторичным нагревом пара. Между секциями также могут устанавливаться неподвижные лопатки, уменьшающие площадь потока пара, а значит, его скорость возрастает вместе с кинетической энергией в соответствии со вторым законом термодинамики.

Из-за расширения горячего газа в систему он подаётся по узкому паропроводу, а выводится – по трубе большого диаметра. Чтобы скорость потока не превысила критического значения, и ему было куда расширяться, увеличивают проточную площадь. В строение турбины при проектировании закладывается увеличение размера лопаток с каждой секцией.

К особенностям работы таких агрегатов относят:

проблематичность управления скоростью вращения в широких пределах;
вращение в одном направлении;
отсутствие вибраций и толчков, присущих двигателям с поршнем;
возможность построения огромных агрегатов мощностью миллионы киловатт.

Применение паровых турбин

Теперь вы знаете, как работает паровая турбина. Применяется такая тепловая машина преимущественно на атомных электростанциях – участвует в преобразовании энергии деления ядра в тепловую и на тепловых, где их конечный продукт – тепло. Нашли своё место на химических, металлургических предприятиях: паровые молоты, смазочные масляные насосы.

Тепловые двигатели преобразуют внутреннюю энергию сгорающего топлива в механическую работу. Паровые турбины, наряду с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), являются самыми распространенными типами тепловых двигателей. Рассмотрим принцип действия паровой турбины и области применения этого устройства.

Что такое тепловой двигатель

В любом тепловом двигателе должны присутствовать следующие части: рабочее тело, нагреватель и холодильник.

Рис. 1. Схема теплового двигателя

Нагреватель, разогретый до температуры T1, передает теплоту Q1 рабочему телу (пару), которое производит работу А (вращает турбину или приводит в движение поршень ДВС). Часть тепла поглощается холодильником, температура которого Т2 Рис. 2. Как работает тепловая электростанция

На наземном транспорте паровые турбины практически не применяются, т.к. для создания холодильника пришлось бы вместе с полезными грузами перевозить большой объем воды в качества “балласта”, что привело бы к значительному увеличению размеров автомобилей, их веса, расхода топлива и т.д. Понятно, что на морских и речных судах нет необходимости возить с собой огромный запас воды для охлаждения, поэтому паровые турбины, начиная с XIX века, обеспечивают работу главных двигателей морских транспортных средств.

Принцип действия паровой турбины

Турбина состоит из металлического цилиндра, внутри которого находится вал (1) с закрепленными на нем рабочими колесами (дисками) (2). На дисках находятся металлические лопатки особой, изогнутой формы. Между рабочими колесами размещены трубчатые сопла (3), из которых с большой скоростью вырываются струи горячего пара, оказывающие мощное давления на лопатки. Температура пара имеет температуру близкую к 600 0 С. Внутри турбины пар расширяется, охлаждается и далее, после конденсации, с помощью насоса направляется снова в котел-нагреватель.

Рис. 3. Как устроена паровая турбина

Давление пара на лопатки заставляет вращаться вал турбины — производится работа. Когда вал турбины соединен с валом электрогенератора (ротором), вырабатывается электрический ток. Частота вращения вала достигает 3000 оборотов в минуту. Для увеличения скорости вращения, в современных турбинах используется не один, а большое количество дисков, закрепленных на общий вал. Пар оказывает давление на лопатки сразу всех дисков, что повышает эффективность турбины.

Заметим, что турбина может вращаться только в одном направлении и скорость ее может изменяться в широких пределах. Еще одним преимуществом турбин является отсутствие толчков, которые получаются в ДВС при движении поршней взад и вперед. КПД современных турбоагрегатов может достигать 40-50%, а мощность — 1500 МВт.

Первооткрывателем принципа работы паровой турбины считается греческий математик Герон Александрийский (1 век н.э.), предложивший использовать реактивные свойства горячего пара для вращения металлического шара. Дальнейшее развитие и совершенствование этой идеи продолжалось вплоть до конца XIX века. Ученые и инженеры многих стран в разное время внесли свой вклад в совершенствование конструкции этого двигателя. Так, например, многоступенчатую турбину, предназначенную для вращения ротора электрогенератора, запатентовал в 1885 г. английский механик Чарльз Парсонс. А конструкцию сопла для паровых турбин, позволяющего получать сверхзвуковые скорости газа, предложил шведский инженер Густаф де Лаваль в 1890 г. Теперь это сопло так и называется — “сопло Лаваля”.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что паровая турбина — это один из типов тепловых двигателей, в которых внутренняя энергия насыщенного пара, нагретого до высокой температуры, переходит сначала в механическую (кинетическую) энергию, а потом может быть преобразована в электрическую энергию. Паровые турбины применяются на большинстве тепловых (ТЭС) и атомных (АЭС) электростанциях для генерации электроэнергии, а также на морских и речных судах в качестве основных двигателей.

Читайте также: