Применение паровых турбин в наши дни
В наши дни паровые машины широко применяются на паровозах и в отдельных промышленных установках. Однако на крупнейших фабриках энергии — на тепловых электрических станциях, мощность которых составляет многие тысячи киловатт, — в качестве двигателей применяются не поршневые паровые машины, а паровые турбины.
В паровой турбине используется энергия струи пара, который действует не на поршень, заставляя его двигаться взад и вперед, а на лопатки, вращающие вал двигателя.
Вырываясь с огромной скоростью, достигающей скорости распространения звука (свыше 300 метров в секунду), струя пара проходит между чередующимися рядами вращающихся и неподвижных лопаток такой турбины. Подвижные лопатки укреплены на дисках, насажанных на вал турбины.
Обтекание лопаток стремительной струей пара заставляет вращаться диск и соответственно вал турбины.
Неподвижные лопатки, укрепленные на кожухе турбины, направляют струю пара от одного ряда подвижных дисковых лопаток к другому. Таким образом, пар, проходя через турбину, отдает свою энергию на вращение вала турбины. В современных паровых турбинах, совершая много тысяч оборотов в минуту, вал вращается с исключительной плавностью. Этого не может обеспечить никакая обычная паровая машина, в которой возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращение маховика.
Изобретение паровой турбины явилось событием исключительной важности. Оно дало новое, чрезвычайно плодотворное направление развитию техники использования пара.
И действительно, если требовалось увеличить мощность паровой машины, увеличивали ее размеры.
В некоторых случаях паровые машины достигали непомерной величины. А паровая турбина той же мощности была во много раз меньше.
Быстроходность паровой турбины позволяла сочетать ее с электрическими генераторами, которые при высоких скоростях вращения можно было строить относительно не больших размеров.
Идея создания паровой турбины увлекла многих русских изобретателей.
На Алтае, явившемся колыбелью ползуновского парового двигателя, на Сузунском заводе в начале прошлого века работал замечательный «огневых дел» мастер Поликарп Михайлович Залесов.
С 1806 по 1813 год Залесов соорудил не одну модель паровой турбины на заводе, где он работал.
Материалы, хранящиеся в алтайских архивах, убедительно подтверждают успех талантливого русского мастера, имя которого, как и десятки имен других талантливейших русских изобретателей, было длительное время предано забвению.
Строителем турбин был и другой изобретатель, Павел Дмитриевич Кузьминский (1849 — 1900).
Работая в области судостроения и воздухоплавания, П. Д. Кузьминский пришел к выводу о нецелесообразности использования паровой машины поршневого типа в качестве судового двигателя.
Он писал: «Существующий тип паровых машин, при которых нет возможности получать такие огромные скорости вращения движителя… должен отойти… На место него явится тип быстро вращающихся турбинных двигателей».
В начале девяностых годов Кузьминский построил и опробовал судовую паровую турбину своей конструкции.
Она имела исключительно малый удельный вес — всего лишь 15 килограммов на лошадиную силу мощности.
Кузьминский прекрасно понимал всю трудность технического творчества в условиях, когда отечественные открытия предавались забвению.
С волнением писал он о новых временах, которые должны наступить, о временах «…когда открытия и изобретения русского творческого ума и настойчивого труда» будут находить достойное применение.
Основные задачи турбостроении в раннем периоде развития этой техники успешно решали шведский инженер Лаваль и английский изобретатель Парсонс; с их именами связывается создание паровой турбины.
studfile.net
Доклады на тему » Как работают и где используются турбины и что такое турбонаддув?
Самые мощные двигатели в мире машин — это турбины. Они различаются по конструкции, роду рабочего вещества и принципу работы. Что же представляют собой эти уникальные агрегаты, каковы их конструкционные особенности, способы приведения в действие и области применения?
Что же такое турбина и маленький экскурс в их историю
Очень упрощенно турбину можно представить себе как колесо с лопастями, приводимое во вращение потоком пара, газа или воды.
Её далеким прообразом является Александрийский шар, о котором уже шла речь в докладе о двигателях.
По мере накопления знаний и технического опыта появлялись более совершенные модели этих устройств. Например, водяное колесо. Если расположить по его ободу лопасти или черпаки и поставить вертикально под поток льющейся воды, колесо придет во вращение. Таким образом приводились в движение жернова на водяных мельницах. На этом же принципе работают и ветряные мельницы, использующие энергию ветра.
Начиная с XVI века, создатели турбин в качестве рабочего тела стали использовать пар, выходящий из специального сопла. Всего за 2 десятка лет были запатентованы несколько сотен изобретений относящихся к паровым турбинам. Но только шведскому инженеру Густаву Лавалю удалось создать такую модель, которую можно было реально использовать в промышленности.
Струя пара, исходящая из расширяющегося сопла, оказывала давление на лопатки, закрепленные на ободе колеса. Это воздействие и приводило колесо (ротор) во вращение. Отработанный пар конденсировался, и полученная вода возвращалась в паровой котел. Такие турбины получили название активных.
В отличие от них существуют реактивные турбины, где лопасти снабжены специальными каналами. Перемещаясь в них, рабочее тело расширяется и создает реактивную силу, вращающую ротор турбины.
Про изобретение паровых двигателей →
Газовые турбины отличаются от паровых тем, что в качестве рабочего вещества в них используется газ, образующийся при сгорании топлива. Первые патенты на них были получены лишь в начале XX века.
Турбины XXI века
Турбины с любым видом рабочего вещества используются для приведения в действие все возможных машин. Для этого вал турбины соединяют с валом рабочей машины. В зависимости от назначения этой машины турбина может быть использована в различных областях народного хозяйства: энергетике, металлургии, на транспорте и т. д.
Паровые турбины вместе со вспомогательным оборудованием представляют собой паротурбинную установку. Именно они являются основным типом двигателя на современных атомных и тепловых электростанциях, на которых вырабатывается до 95% всей электроэнергии в мире.
Свежий пар приводит во вращение турбину, которая вращает ротор генератора электрического тока. А отработанный пар охлаждается и конденсируется в специальном конденсаторе. Полученный конденсат насосами перекачивается в котельный агрегат и используется для получения новой порции пара.
Подобным образом работают и гидравлические турбины, которые устанавливают на гидроэлектростанциях (ГЭС). Их обычно строят на реках, а для получения необходимого напора воды, сооружают плотины и водохранилища. Рабочее колесо турбины, взаимодействуя с водным потоком, приходит во вращение, приводя в действие генератор электрического тока.
ГЭС относятся к возобновляемым и экологичным источникам энергии, поскольку они не дают вредных выбросов в атмосферу.
В газовых турбинах рабочее вещество представляет собой газ, образующийся при сгорании самого разнообразного топлива — нефтепродуктов и даже измельченного угля. Обычно эти турбины входят в состав газотурбинных установок и газотурбинных двигателей.
Применение газовых турбин
Газотурбинные установки используют, в основном, для получения электроэнергии.
Весьма важным аспектом применения турбин является турбонаддув. Эта функция позволяет увеличить мощность и динамичность двигателя. Она заключается в подаче воздуха в цилиндры двигателя под давлением. Для создания необходимого давления используется тепловая энергия выхлопных газов. Перед выбросом в атмосферу они попадают на турбину, приводят её во вращение. На одном валу с колесом турбины находится компрессор, который засасывает воздух из атмосферы и подает его в цилиндры двигателя.
Применение турбонаддува — эффективное средство для повышения мощности двигателя. Он с успехом применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Причём для дизелей он более эффективен, поскольку они допускают бОльшую степень сжатия.
Управление давлением нагнетаемого воздуха осуществляется с помощью специального клапана, который может стравливать избыток давления в атмосферу.
Турбины в авиации
Столь эффективный метод, повышающий эффективность работы двигателя не мог пройти мимо авиации. Ещё в первой мировой войне для достижения достаточного давления в двигателях на больших высотах, где воздух разряжен, использовали турбонаддув.
В настоящее время газовые турбины используются в авиации как важнейший компонент двигателя. Так в вертолетах и турбовинтовых самолетах они используются для приведения в действие воздушного винта.
В тридцатых годах прошлого столетия одного умного английского инженера посетила мысль создать авиационный двигатель без пропеллера. Тогда многие посчитали его идею безумной. Но этот принцип и ныне используется в современных турбореактивных двигателях (ТРД.)
В газотурбинном (турбореактивном) двигателе самолета турбина приводит в действие компрессор, а оставшаяся энергия вместе с газовой струей выбрасывается через сопло, создавая реактивную тягу.
Самые…
Каждый вид турбин имеет свою сферу применения и свои плюсы и минусы. Максимальная мощность паровых турбин, используемых на АЭС, достигает 1700 МВт. Однако она несравненно меньше, чем мощность двигателей космических кораблей, достигающая 27 млрд. Вт.
Столь глобальное применение турбин не исключает её применение при совершении тонких медицинских манипуляций.
Так, при сверлении зубов, сверло приводится во вращение маленькой воздушной турбинкой, на которую подается струя сжатого воздуха. Эта миниатюрная деталька, вращаясь со скоростью 250 000 об/мин, сокращает время неприятной операции в несколько раз.
С развитием новых технологий и отраслей промышленности сфера применения турбин постоянно расширяется. Так появился интереснейший проект TESLA1, разработчиками которого явилась интернациональная группа конструкторов и дизайнеров.
Они предлагают встроить в автомобиль 5 турбин. Четыре — в колёса, они будут работать за счёт энергии ветра возникающего при вращении колес от двигателя. А пятое — предполагается расположить в задней части машины, где сходятся все воздушные потоки от «колесных» турбин. Эта, пятая турбина, также будет создавать дополнительную реактивную тягу.
Данный проект предполагается осуществить к 2030 году, когда будут проводиться 24 часовые гонки Ле-Мана. Что ж поживем — увидим….
Автор: Драчёва Светлана Семёновна
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя в группе ВКонтакте. А ещё — спасибо, если ты нажмёшь на одну из кнопочек «лайков»:
Вы можете оставить комментарий к докладу.
www.doklad-na-temu.ru
Основные плюсы и минусы паровой турбины
Паровые турбины уже несколько веков находятся на службе у человека. Благодаря им работают предприятия различных отраслей промышленности, обеспечены теплом и светом большие и малые населённые пункты.
Это мощный двигатель, которые заслуживает более детального изучения.
Принцип работы, виды
Паровая турбина служит для преобразования тепловой энергии водяного пара в механическую работу.
Она состоит из двух главных частей – ротора и статора.
- Ротор – подвижная часть. Представляет собой вал, вращающийся вокруг своей оси, оснащенный лопатками.
- Статор – неподвижная часть, в которой имеются сопла для подачи под давлением нагретого до высокой температуры пара. Его поток направлен либо вдоль роторного вала (аксиальная турбина), либо перпендикулярно ему (радиальная турбина).
По количеству валов их делят на одновальные, двувальные и трехвальные, связанные между собой зубчатыми передачами.
Дополнительно на паровых турбинах устанавливают цилиндры, сопловые каналы, диафрагмы, концевые уплотнения, регуляторы безопасности, генераторы электрического тока.
Производят тепловую и электрическую энергию для нужд предприятий металлургии, химической, пищевой, целлюлозно-бумажной промышленностей. Снабжают население электричеством, теплом. Имеют свои достоинства и недостатки перед остальными видами тепловых машин. Рассмотрим их подробнее.
Преимущества
- Работают на различных видах топлива. 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.
- Высокая единичная мощность. Мощность одной турбины для ТЭС может равняться 1200 МВт, а для АЭС – до 1900 МВт. Самые мощные разработаны немецкой компанией Siemens и американской General Electric. Каждая имеет мощность – 1900 МВт и установлены на АЭС. Самые производительные паровые турбины в России работают на Сургутской ГРЭС-2 – по 800 МВт каждая. Всего их 6. Станция обеспечивает электроэнергией всю Тюменскую область и часть Урала.
- Большой диапазон мощностей. Позволяет использовать паровые турбины для разных нужд. Самые производительные — установлены на крупных атомных и теплоэлектростанциях. Средние и малые — вырабатывают тепло и электричество для заводов, фабрик, небольших городов, отдаленных поселков. Номинальная мощность находится в пределах 50-1900 МВт. Самая маленькая – мощностью 30 кВт – позволяет автономно вырабатывать электроэнергию для коттеджа площадью до 300 квадратных метров.
- Большой срок службы. Нормативными документами установлены сроки эксплуатации турбины на ТЭС – 40 лет, на АЭС – 30 лет. Для быстроизнашивающихся деталей, такие как лопатки, крепежные детали — до 6 лет. Обычно по истечении нормативных сроков службы, сохраняется остаточный ресурс и срок работы турбины продлевают.
- Высокий коэффициент полезного действия. При преобразовании тепловой энергии водяного пара в механическую энергию вращения ротора паровой турбины. В современных установках КПД достигает 90%. Поэтому они установлены на электростанциях во всем мире.
Недостатки
- Инерционность. Пуск ротора процесс сложный, требует много времени и энергии. Перед запуском сначала проверяют исправность всех запорных, защитных механизмов, регулирующих клапанов, прочее. Затем прогревают при определенных температуре и давлении пара паропроводы, клапаны, ротор. Синхронизируют генератор, а затем дают полную нагрузку. На все это уходит несколько суток. На остановку и остывание турбины для планового ремонта требуется 5-6 суток.
- Сложность монтажа, обслуживания. Для перевозки и установки турбины создаются особые условия. Она транспортируется специальными автопоездами или железной дорогой в собранном виде, чтобы исключить попадание пыли, загрязнений. Для её погрузки/разгрузки, монтажа/демонтажа применяют краны большой грузоподъёмности, такелажное оборудование. Требуется большое количество грамотных специалистов для ведения работ по установке, обслуживанию, ремонту: машинисты паровых турбин, электрики, слесари, монтажники, инженеры и другие мастера.
- Дороговизна. Это высокотехнологичное оборудование. Его стоимость зависит от производителя, размеров, мощности. Чем мощнее, тем дороже. Одна паровая турбина стоит от 5 000 до 200 000 американских долларов.
- Загрязнение окружающей среды. Чтобы нагреть воду до состояния пара температурой порядка 400-600 оС используют разные виды топлива. Это может быть мазут, уголь, газ. Для их сгорания необходим кислород, который забирается из воздуха, а в атмосферу выделяется большое количество продуктов горения, вредных для человека и природы. Это углекислый газ, хлор, сернистые соединения, угарный газ, оксид азота, свинец. Кроме того, отработанный пар выделяется в атмосферу, повышая уровень «парникового эффекта» на нашей планете. На атомных электростанциях главная проблема – захоронение радиоактивных отходов.
- Низкая эффективность преобразования тепловой энергии топлива в электрическую. Паровые турбины являются главным механизмом на электростанциях. Для производства 1 млн. кВт/ч электроэнергии необходимо сгенерировать 2,9 млн. кг водяного пара и сжечь в котле 500 тонн угля за 1 час. Лишь 40 % тепловой энергии, образовавшейся от сгорания топлива, преобразуется в электрическую энергию. Еще 20% тепловой энергии пара используется для централизованного теплоснабжения.
Выводы
Несмотря на имеющиеся недостатки паровые турбины популярны в теплоэнергетике. Это обусловлено большими сроками службы, надежностью, универсальностью, широким диапазоном мощностей.
Постоянно ведутся работы по улучшению характеристик паровой турбины: повышение КПД, экологической чистоты, снижение трудоёмкости технологических процессов.
Однако альтернативные технологии производства тепла и электроэнергии становятся все более популярными, постепенно вытесняя паровую турбину с лидирующих позиций.
Похожие записи
plusiminusi.ru