Какие тепловые двигатели называют паровым турбинами

§ 23. Паровая турбина

В современной технике широко применяют другой тип теплового двигателя. В нём пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели называют турбинами.

Ротор паровой турбины

Схема устройства простейшей паровой турбины приведена на рисунке 28. На вал 5 насажен диск 4, по ободу которого закреплены лопатки 2. Около лопаток расположены трубы — сопла 1, в которые поступает пар 3 из котла. Струи пара, вырывающиеся из сопел, оказывают значительное давление на лопатки и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение.

Рис. 28. Схема паровой турбины

В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть своей энергии.

На электростанциях с турбиной соединён генератор электрического тока. Частота вращения вала турбин достигает 3000 оборотов в минуту, что является очень удобным для приведения в движение генераторов электрического тока.

В нашей стране строят паровые турбины мощностью от нескольких киловатт до 1 200 000 кВт.

Применяют турбины на тепловых электростанциях и на кораблях.

Постепенно находят всё более широкое применение газовые турбины, в которых вместо пара используются продукты сгорания газа.

Источник

Какие тепловые двигатели называют паровым турбинами

Назад в «Оглавление» — смотреть

Паровая турбина

1. Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами?

Тепловой двигатель, в котором пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала, называют турбиной.

2. В чём отличие в устройстве турбин и поршневых машин?

Вращение вала непрерывно, никаких циклов работы, в отличие от ДВС нет.
Не требуется горючие, нет процессов горения.
Устройство паровой турбины проще, чем ДВС: нет поршня, нет шатуна, нет клапанов.

3. Из каких частей состоит паровая турбина и как она работает?

Простейшая паровая турбина состоит из вала, на который насажен диск с закрепленными по его ободу лопатками.
Рядом с лопатками расположены трубы-сопла, в которые поступает пар из котла или нагретый газ.
Струи пара или газа, вырывающиеся из сопел, оказывают давление на лопатки, приводя вал турбины во вращение.

КПД теплового двигателя

1. Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию?

В тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в механическую энергию.
Значительная часть внутренней энергии уходит как тепловые потери в окружающее пространство.

2. Что называют КПД теплового двигателя?

Коэффициентом полезного действия теплового двигателя называется отношение части энергии, которая пошла на совершение полезной работы двигателя, ко всей энергии, выделившейся при сгорании топлива.

3 Почему КПД двигателя не может быть не только больше 100%, но и равен 100%?

КПД всегда меньше 100% или меньше 1, т.к. только часть энергии, выделяемой топливом, он превращает в полезную работу.
Теоретически максимальный КПД двигателя может быть равен 100% или 1.
Но пактически всегда присутствуют потери энергии, например, на нагревание самого двигателя, на работу, совершаемую силами трения в двигателе, за счет неполной отдачи энергии сгоревшего топлива на совершение полезной работы.
Чем больше часть энергии идет на совершение полезной работы, тем выше КПД двигателя, тем экономичнее двигатель.

Читайте также:  Запуск двигателя нью актион

4. Какой такт работы двигателя внутреннего сгорания изображён на рисунке?

. или

Направление движения поршня показано вниз, а клапаны закрыты.
Значит это «рабочий ход», когда газы, образовавшиеся в результате горения топлива, давят на поршень.

Источник

ПАРОВАЯ ТУРБИНА, КАК ПЕРВООТКРЫВАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Добрый день, сегодня мы расскажем о том, что такое паровая турбина (машина), как она повлияла на создание современных двигателей внутреннего сгорания, а также, кто изобрел первые моторы и, каково было их устройство и строение.

Ленуар, Отто, Даймлер, Дизель – это именно те люди, с именами которых связано появление первых дизельных и бензиновых двигателей внутреннего сгорания. В одних двигателях для работы использовался газ или пар, а в других — бензин, керосин и даже сырая нефть.

Стоит заметить, что независимо от того, на каком топливном сырье функционирует тот или иной тип двигателя, у всех у них превращение тепловой энергии в механическую происходит путем сгорания топлива внутри цилиндров. Точнее можно сказать так: внутри цилиндров этих двигателей происходит двойное превращение энергии — сначала химическая энергия топлива превращается в тепловую, а затем тепловая в механическую.

Подобные моторы называют еще поршневыми двигателями внутреннего сгорания, потому что все они имеют движущийся внутри цилиндров поршень. Нам, живущим менее, чем сто лет спустя после их появления в окружении автомобилей, тракторов, самолетов, теплоходов и тепловозов, хорошо видно, какую огромную роль в жизни человека сыграли подобные ДВС.

ПАРОВЫЕ МАШИНЫ И ТУРБИНЫ, КАК ОСНОВАТЕЛИ СОВРЕМЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Современные двигатели многим отличаются от своих предшественников. Сменилось уже несколько поколений инженеров и конструкторов, которые во многих странах для разных целей совершенствовали эти двигатели.

Так, например, сегодняшний бензиновый двигатель автомобиля «Волга» или самолетный поршневой двигатель также мало похожи на двигатель Даймлера, как и современные могучие дизельные моторы, установленные на теплоходах и тепловозах, на первые ДВС от Рудольфа Дизеля.

Много труда было затрачено на то, чтобы улучшить их конструкцию, повысить экономичность и сделать эти двигатели более долговечными. Так появились и вошли в жизнь двигатели внутреннего сгорания, имеющие большие заслуги перед человечеством.

Последнее десятилетие уходящего XIX столетия подарило миру еще один двигатель — паровую турбину. Название нового двигателя — «турбина» происходит от латинского слова «турбо», что означает «вихрь» или «волчок». Вдумавшись в эти слова, нетрудно догадаться, что новый двигатель отличался небывалой до сих пор скоростью вращения.

Появление турбин было вызвано целым рядом важных причин. Прежде всего, большинство рабочих машин требовало для себя вращательного движения. Но поршень паровой машины имел возвратно-поступательное движение. Для того чтобы вал паровой машины мог вращаться, пришлось придумать кривошипно-шатунный механизм. Такая конструкция паровой машины мешала увеличивать ее мощность и быстроходность.

В то же время развитие техники требовало от двигателей, приводящих в движение рабочие машины, все больших скоростей и мощностей. Почему же невозможно было построить паровую машину, работающую с большой скоростью?

Дело в том, что при работе машины поршень в цилиндре движется неравномерно. Он то с ускорением идет в одну сторону, то останавливается, затем опять ускоренно движется в другую сторону, снова останавливается, и так все время, пока работает машина. Из-за неравномерности хода поршня во всех частях машины возникают сильные толчки.

Читайте также:  Как отличить синхронного двигателя от асинхронного

Тяжелое маховое колесо, насаженное на вал машины, сглаживает эти удары. Но с этой задачей маховое колесо справляется лишь тогда, когда обороты машины сравнительно невелики. Конструкторы паровых машин дошли до некоторого барьера, дальше которого увеличивать скорость и мощность паровой машины было невозможно — происходили частые поломки.

Скорость двигателей внутреннего сгорания также имела свой барьер. Эти двигатели являются самыми “близкими родственниками” паровой машины. От нее они переняли и многие недостатки. Так, к двигателям внутреннего сгорания по наследству отошли поршень и кривошипно-шатунный механизм.

Изобретателям двигателей внутреннего сгорания пришлось немало потрудиться над тем, чтобы они работали равномерно. Итак, необходим был новый принцип действия двигателя — с вращающимся валом, но без поршня и кривошипно-шатунного механизма.

И тогда вспомнили об идеях, высказанных еще Героном Александрийским и Джованни Бранка. Герон Александрийский построил шар, который вращался при помощи пара, с силой, выходящего через трубки наружу. А Джованни Бранка предложил колесо с лопатками. Оно вращалось благодаря струе пара, с силой, ударявшей по лопаткам колеса.

В этих «двигателях» сразу создавалось вращательное движение, и в какой-то мере они были прообразами турбин. Стоит сказать, что предпринималось много попыток создать паровую турбину, в которой поступающий из котла пар создавал бы вращательное движение рабочего колеса, а вместе с ним и вала турбины.

Известно, что подобные работы проводились и русскими изобретателями. Так, еще в 1806 — 1813 годах на одном из алтайских заводов русский изобретатель Поликарп Залесов строил модели паровых турбин. Но на примере, Фролова и Ползунова, усилия и начинания отдельных выдающихся изобретателей неизменно наталкивались на глухую стену непонимания со стороны царского правительства.

Появление первых, пригодных для практической работы паровых турбин относится к 1890 году. Среди их создателей наибольшая заслуга принадлежит шведскому инженеру, французу по происхождению — Густаву Лавалю и сыну английского лорда Росса — Чарлзу Парсонсу.

Примерно в одно и то же время и независимо друг от друга пришли они к своим изобретениям. Нужно сказать, что рождению паровой турбины в немалой степени способствовало и беспокойство углепромышленников за свои барыши. Широкое распространение дизельных двигателей и наступление нефти внушало им большие опасения.

Владельцы угольных копей были крайне заинтересованы в паровых двигателях, работающих на угле. Поэтому они всемерно поддерживали работы, направленные на создание нового парового двигателя. Война угля и нефти была в самом разгаре. В это время и появляется паровая турбина.

Уже первые образцы турбин выгодно отличались от паровых машин. Это стало возможным потому, что в паровой турбине гораздо лучше используется тепловая энергия подведенного пара.

В паровую машину пар поступает отдельными порциями. При расширении пара в цилиндре он охлаждается, и при этом охлаждаются частично и стенки цилиндра. Из каждой вновь поступившей порции пара часть тратится на подогрев цилиндра, не совершая при этом полезной работы.

В турбину же пар поступает непрерывным мощным потоком. И это создает в турбине постоянную температуру, что позволило уже первым турбинам, далеко несовершенным в конструктивном отношении, быть в два раза более экономичными, чем лучшие паровые машины того времени.

Итак, замена прерывистого потока тепловой энергии, подводимого к паровой машине, на непрерывный поток пара, поступающего в паровую турбину, открыла новые пути развития двигателей, использующих для своей работы тепловую энергию пара.

Читайте также:  Шаговые двигатели простая схема запуска

С появлением турбины дни паровой машины были сочтены. Паровая турбина явилась не только «могильщиком» паровой машины. Она вступила в борьбу за «сферы влияния» с дизельными двигателями. Здесь паровая турбина также одержала ряд крупных побед.

В заключении отметим, что и по сей день турбинам нет конкурентов на больших тепловых электростанциях (в качестве электрических генераторов), тепловозах, реактивных двигателях (самолеты), где они используются в качестве первичных моторов.

Источник

Паровая турбина

Конспект по физике для 8 класса «Паровая турбина». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое паровая турбина. Из каких частей состоит паровая турбина и как она работает.

Паровая турбина

В наше время широкое распространение получил другой тип теплового двигателя, называемый турбиной.

ПАРОВАЯ ТУРБИНА

Паровая турбина представляет собой насаженный на вал массивный диск. По ободу диска закреплены лопасти. Около лопастей расположены трубы — сопла, в которые поступает пар из котла.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ

В паровом котле под большим давлением получается пар, температура которого достигает 600 °С. Он направляется в сопло и в нём расширяется. При расширении пара его внутренняя энергия превращается в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Эти струи поступают из сопла на лопасти турбины, вследствие чего диск турбины вращается с достаточно высокой скоростью. Вал и диск с лопастями образуют ротор турбины, который находится в специальном корпусе. По всей поверхности корпуса помещаются сопла. В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар, последовательно проходя через лопасти всех дисков, отдаёт каждому из них часть своей энергии.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПАРОВЫХ ТУРБИН

Паровые турбины широко применяют на современных тепловых и атомных электростанциях, где паровую турбину соединяют с генератором электрического тока.

Тепловые электростанции работают по следующему принципу: топливо сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло приводит к испарению воды, циркулирующей внутри расположенных в котле труб, и подогревает образовавшийся пар.

Пар, расширяясь, вращает ротор турбины, а тот, в свою очередь, вал электрического генератора. Затем отработанный пар конденсируется, вода из конденсатора через систему подогревателей возвращается в котёл.

НЕДОСТАТКИ ПАРОВЫХ ТУРБИН:

  • высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и остановки);
  • низкое количество производимой электроэнергии в соотношении к затраченной тепловой энергии;
  • дорогостоящий ремонт;
  • снижение экологических показателей при использовании тяжёлых мазутов и твёрдого топлива.

ПРЕИМУЩЕСТВА ПАРОВЫХ ТУРБИН

По сравнению с другими тепловыми двигателями турбины обладают рядом преимуществ.

Рабочим телом турбины является водяной пар, для получения которого подходит практически любое, даже самое дешёвое, топливо. Кроме того, турбины позволяют получать довольно большие мощности, а их КПД составляет 30—40 % .

Паровые турбинные двигатели нашли широкое применение на водном транспорте. Их применение на сухопутном транспорте и тем более в авиации ограничено необходимостью иметь топку и котёл для получения пара, а также большое количество воды для использования в качестве рабочего тела.

Существуют паровые турбины специального назначения, работающие на отбросном тепле — воде, нагревающейся в процессах охлаждения на металлургических, машиностроительных и химических предприятиях.

К достоинствам паровых турбин обычно относят:

  • возможность работы на различных видах топлива: газообразном, жидком, твёрдом;
  • использование доступного теплоносителя;
  • широкий диапазон мощностей;
  • возможность длительной эксплуатации.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Паровая турбина».

Источник

Adblock
detector