Паровая турбина. КПД теплового двигателя.. Монтаж паровой турбины, произведённой siemens, Германия (25 слайдов)
Слайд 1
Тема урока. Паровая турбина. КПД теплового двигателя.
Монтаж паровой турбины, произведённой Siemens, Германия
Слайд 2
Проверка домашнего задания Устный опрос
Какие двигатели называются тепловыми?
Какие виды тепловых двигателей вам известны?
Какой двигатель называется двигателем внутреннего сгорания?
Из каких основных частей состоит ДВС?
За сколько тактов происходит один рабочий цикл двигателя?
Как называются эти такты?
Слайд 3
Первый тепловой двигатель, в котором внутренняя энергия пара превращалась в механическую энергию ядра.
Рисунок пушки Архимеда и ее описание были найдены спустя восемнадцать столетий в рукописях великого итальянского ученого Леонардо да Винчи. Ее название “АRCHITRONITO”.
Слайд 4
Определения
Турби́на (фр. turbine от лат.
turbo вихрь, вращение) — тип теплового двигателя в котором пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.
Паровая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, в в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу.
Паровая турбина является одним из элементов паротурбинной установки (ПТУ). Отдельные типы паровых турбин также предназначены для обеспечения потребителей тепла тепловой энергией.
Паровая турбина и электрогенератор составляют турбоагрегат.
Слайд 5
Основные части Паровой турбины
сопло
Паровая турбина состоит из двух основных частей: Ротор с лопатками — подвижная часть турбины.
Статор с соплами — неподвижная часть.
Поток водяного пара поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит ротор во вращение.
лопатки
вал
диск
Слайд 6
Принцип работы теплового двигателя
Нагреватель
Q1
В циклическом тепловом двигателе нельзя преобразовать в механическую работу все количество теплоты Q1, получаемое от нагревателя. Некоторое количество теплоты Q2 отдается холодильнику, поэтому работа, совершаемая двигателем за цикл, не может быть больше
Aполезная = Q1 — Q2
Рабочее тело
ГАЗ, ПАР
A= Q1- Q2
Q2
Холодильник
Окружающая среда
Слайд 7
Паровая турбина
Слайд 8
По направлению движения потока пара различают аксиальные паровые турбины, у которых поток пара движется вдоль оси турбины, и радиальные, направление потока пара в которых перпендикулярно, а рабочие лопатки расположены параллельно оси вращения.
В России и странах СНГ используются только аксиальные паровые турбины.
Слайд 9
Слайд 10
Для работы парового двигателя необходим ряд вспомогательных машин и устройств.
Все это вместе носит название паросиловой станции.
На паросиловой станции все время циркулирует одна и та же вода. Она превращается в пар в котле, пар производит работу в турбине и снова превращается в воду в барабане, охлаждаемом проточной водой (конденсатор).
Из конденсатора получившаяся вода посредством насоса через сборный бак снова направляется в котел.
Слайд 11
Паровой котел является нагревателем, а конденсатор — холодильником.
Слайд 12
Паровые турбины на больших кораблях. Силовая установка корабля состоит из двух отдельных компонентов: парового источника энергии, представляющего собой один или несколько паровых котлов, в которых производится пар, и двигателя корабля, где энергия пара преобразуется в механическую энергию, которая вращает вал гребного винта или гребного колеса.
Слайд 13
Паровые турбины на мощных электрических станциях
Электрические генераторы всех тепловых и атомных электростанций приводятся в действие паровыми турбинами.
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.
Слайд 14
Преимущества
работы
паровой турбины
Недостатки работы
паровой турбины
скорость вращения не может меняться в широких пределах
долгое время пуска и остановки
дороговизна паровых турбин
низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергией
вращение происходит в одном направлении;
отсутствуют толчки, как при работе поршня
работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое
высокая единичная мощность
Слайд 15
Слайд 16
1- воздушный компрессор
2 – камеры сгорания
3 – газовая турбина
4 – выпускное сопло
Газовые турбины
Разработка турбин внутреннего сгорания сдерживалась отсутствием материалов, способных длительное время работать при высоких температурах и больших механических нагрузках.
Слайд 17
Коэффициент полезного действия
КПД характеристика эффективности теплового двигателя, определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, переданному системе.
Слайд 18
КПД тепловых двигателей
Карбюраторный двигатель внутреннего сгорания – 25 – 30 %
Дизель трактора и автомобиля – 28-30%
Турбовинтовой двигатель самолёта – 30%
Дизель (стационарный) – 34-44%
Паровая турбина на мощных электростанциях -40%
Слайд 19
Пути повышения КПД
паровой турбины
1) создание более совершенной теплоизоляции котла; 2) повышение температуры в котле, а также увеличение давления пара
Слайд 20
Пути повышения КПД
паровой турбины
1) создание более совершенной теплоизоляции котла;
2) повышение температуры в котле, а также увеличение давления пара
Слайд 21
Разработки Густафа де Лаваля
В 1883 году шведу Густафу де Лавалю удалось создать первую работающую паровую турбину.
Лаваль получил патент на сепаратор для молока. Для которой, нужен был очень скоростной привод. Лаваль убедился, что только паровая турбина может дать ему необходимую скорость вращения. Он стал работать над ее конструкцией и в конце концов добился желаемого.
Турбина Лаваля представляла собой легкое колесо, на лопатки которого через несколько поставленных под острым углом сопел наводился пар. В 1889 году Лаваль значительно усовершенствовал свое изобретение, дополнив сопла коническими расширителями. Это значительно повысило КПД турбины и превратило ее в универсальный двигатель.
Слайд 22
Разработки Чарлза Парсонса
В 1884 году английский инженер Чарлз Парсонс получил патент на многоступенчатую реактивную турбину, которую он изобрел специально для приведения в действие электрогенератора.
В 1885 году он сконструировал многоступенчатую реактивную турбину, получившую в дальнейшем широкое применение на тепловых электростанциях.
Слайд 23
Закрепление Ответить на вопросы
Какие тепловые двигатели называются паровыми турбинами?
В чем различие в устройстве паровых турбин от ДВС?
Из каких частей состоит паровая турбина?
Что называются КПД теплового двигателя?
Почему КПД двигателя не может быть не только больше 100% но и равен 100%?
Слайд 24
Решение задач
17 (2)
Дано Q₂ = 85 Дж Q₁ = 155 Дж.
η = ?
Слайд 25
Домашнее задание
§ 23, 24 прочитать, ответить на вопросы (у), итоги главы стр. 71, 72 выучить
Упр. 17 (1, 3)
Технологическая карта урока «Паровая турбина. КПД теплового двигателя» ( 8 класс) | Учебно-методический материал по физике (8 класс):
Тема: «Паровая турбина. КПД теплового двигателя».
Класс : 8
Номер урока: 21/8
Базовый учебник : Физика 8 класс. А.В. Пёрышкин
Цель: Формирование понятий и представлений о тепловом двигатели, его видах, принципе действия двигателя внутреннего сгорания, КПД теплового двигателя, экологическое воспитание.
Планируемые образовательные результаты:
Личностные: умение обобщать знания ; самостоятельность при решении физических задач, стремление к расширению границ познаний ;
Предметные: умение давать определение тепловых двигателей, приводить примеры, представлять устройство, принцип действия паровых турбин, их применение, представлять схему парового двигателя, понимать сущность КПД, рассчитывать КПД теплового двигателя.
Метапрдметные:
Регулятивные: умение определять цель своей деятельности, на основе соотнесения того, что уже усвоено, и того, что еще неизвестно, самостоятельно двигаться по заданному плану, оценивать и корректировать полученный результат ,умение анализировать. делать выводы, оценивать качество и уровень усвоения знаний
Познавательные: извлечение необходимой информации в процессе индивидуальной и коллективной работы, использование знаний учащихся из курса математики ,познавательный интерес к предмету;
Коммуникативные:умение высказывать суждения с использованием физических терминов и понятий учебное сотрудничество, умение договариваться, распределять работу, оценивать свой вклад в результат общей деятельности.
Тип урока: комбинированный урок изучения нового материала.
Формы работы учащихся:, фронтальная, индивидуальная.
Оборудование урока: компьютер, мультимедийный проектор, экран, ЦОР, модель паровой турбины.
Технологическая карта учебной деятельности на уроке :
№ | Этапы урока | Цели этапа | Деятельность учителя | Деятельность обучающегося | Формируемые УУД |
1 | Организационный | Организация обучающихся | Приветствует обучающихся. | Приветствуют учителя, демонстрируют готовность к уроку. | Личностные: мобилизация внимания, уважение к окружающим. |
2. | Работа по ранее изученному материалу | Контроль уровня усвоения знаний по данной теме Вопросы ( стр. 64, стр.68, стр69) | ведёт фронтальную беседу с учащимися, демонстрирует модели ДВС и турбины,презентацию (Слайд 1) оценивает ответы жетонами | 1)Отвечают на вопросы учителя | Личностные: осознание своих возможностей. Предметные: давать определения понятиям темы |
3. | Постановка цели и задач занятия. Мотивация учебной деятельности учащихся. | Создать условия для возникновения внутренней потребности восприятия нового материала | Демонстрируетпрезентацию(Слайд 2), комментирует и задаёт вопросы, Записывает тему урока. | Формулируют цели урока, определив границы знания и незнания. Записывают дату и тему урока в тетради. | Регулятивные: целеполагание; планирование. Предметные: давать определения понятиям темы
|
4. | Актуализация знаний. Усвоение новых знаний и обобщение знаний. полученных ранее Постановка и разрешение проблемы: 1) «Какая величина является экономической характеристикой теплового двигателя?» | Выявить уровень знаний и систематизировать их. Организовать осмысленное восприятие новой информации | Демонстрирует слайды 4-7 (или записывает на доске), комментирует и задаёт вопросы, ФИЗМИНУТКА ( Облака) | Участвуют в обсуждении вопросов, формулируют собственное мнение и аргументируют его. Записывают формулы в тетрадь | Личностные: осознание своих возможностей. Предметные: давать определения понятиям темы |
5. | Практический | Отработать навыки решения качественных и количественных задач | Демонстрирует слайды 8-10, комментирует и задаёт вопросы. | Анализируют и отвечают на вопросы, желающие решают у доски, остальные оформляют решение задач в тетради | |
6. | Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению | Организовать обсуждение д.з. | Комментирует домашнее задание, записывает на доске Д/З: параграф 24. Упр.17 (2,3) Приготовить доклад (Темы на стр. 71) | Выбирают задание из предложенных учителем с учётом индивидуальных возможностей. | Регулятивные: умение выбрать задание по силам. |
7. | Рефлексия деятельности | 1)Обеспечить осмысленное усвоение и обобщение знаний. 2) Организовать самооценку учениками собственной учебной деятельности. | Учитель организует рефлексию учебной деятельности на уроке. -Какова была ваша учебная задача? -Чему вы научились на уроке, что нового узнали ?( ) -Где можно применить полученные знания ? -Дайте анализ своей деятельности на уроке. (Смайлик красный, жёлтый или зелёный) Учитель консультирует, формулирует выводы, подводит итог совместной и индивидуальной деятельности учеников, оценивает работу на уроке. | Анализируют свою деятельность на уроке. Осуществляют самооценку собственной учебной деятельности, соотносят цель и результаты, степень их соответствия. | Регулятивные: умение соотнести результат своей деятельности с целью и оценить его. |
Отмечает отсутствующих.
Новый тепловой двигатель Массачусетского технологического института превосходит по эффективности паровую турбину
В нем нет движущихся частей, и он может позволить нам использовать возобновляемые источники энергии круглый год.
Со времен промышленной революции паровая энергия стала основой современного мира.
Даже сегодня большая часть электроэнергии в мире производится паровыми турбинами на угольных, газовых и атомных электростанциях.
Но теперь тепловой двигатель другого типа, разработанный исследователями из Массачусетского технологического института и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), обгоняет по эффективности паровую турбину, потенциально способствуя преобразованию того, как мы производим и храним энергию.
Задача: Стоимость производства возобновляемых источников энергии резко упала за последнее десятилетие, и в 2020 году Международное энергетическое агентство сообщило, что солнечная энергия стала самым дешевым источником электроэнергии в истории.
Тепловые двигатели — это устройства, преобразующие тепло в электричество. Наиболее распространенным примером являются паровые турбины.
Возобновляемые источники энергии лучше для окружающей среды, чем ископаемые виды топлива, однако мы по-прежнему полагаемся на уголь, нефть и природный газ для производства двух третей электроэнергии, главным образом потому, что они более надежны — мы всегда можем сжигать больше топлива , но мы не можем заставить солнце светить или ветер дуть.
Мы можем временно хранить избыточную возобновляемую энергию в батареях, но поскольку батареи со временем разряжаются, хранения хватает на несколько дней или недель. Это означает, что мы не можем накопить тонну солнечной энергии летом, чтобы использовать ее пасмурной зимой.
Горячая тема : Электрические батареи, которые не так быстро разряжаются, находятся в разработке, но есть еще один вариант, который может сделать возобновляемую сеть более надежной: системы тепловых батарей.
Более 90% электроэнергии в мире так или иначе вырабатывается из тепла, а тепловые двигатели — это устройства, которые управляют процессом преобразования.
Наиболее распространенный пример — паровые турбины. Мы создаем тепло (обычно путем сжигания угля или газа), кипятим воду в пар, который вращает турбину, а механическая энергия преобразуется в электричество.
«Это первый раз, когда термофотоэлектрические элементы достигли действительно многообещающих диапазонов эффективности».
Андрей Ленерт
Термофотоэлектрические элементы (TPV) представляют собой еще один тип теплового двигателя. Они используют полупроводниковые материалы для прямого преобразования фотонов от источника тепла в электричество.
Как и солнечные фотоэлектрические элементы, элементы TPV не имеют движущихся частей, что делает их обслуживание более дешевым, чем паровые турбины. Они также могут преобразовывать тепло с более высокой температурой, чем турбины, что повышает их эффективность.
Тем не менее, ячейки TPV традиционно не были столь же эффективны, как турбины, преобразовывая всего 20% тепловой энергии в электричество по сравнению с 35% паровых турбин.
Тепловой двигатель Массачусетского технологического института : Что касается того, как это связано с возобновляемыми источниками энергии, мы могли бы хранить энергию, вырабатываемую ветром или солнцем, в виде тепла, нагревая резервуары с жидким металлом в теплоизолированных батареях с высокой степенью изоляции, которые могут хранить ее в течение длительного времени.
Чтобы преобразовать энергию обратно в электричество, мы могли бы использовать элементы TPV для производства электроэнергии из тепла по запросу.
В 2019 году исследователи Массачусетского технологического института подсчитали, что повышение эффективности элементов TPV до 35% сделает системы тепловых батарей коммерчески жизнеспособными, и с помощью ученых NREL они разработали устройство, которое может преобразовывать тепло до 4350 градусов. Фаренгейта в электричество с эффективностью около 40%
«Термофотоэлектрические элементы стали последним ключевым шагом к демонстрации того, что тепловые батареи являются жизнеспособной концепцией».
Асегун Генри
Ключевым моментом было использование множества слоев различных полупроводниковых материалов — одни поглощают фотоны в основном в видимом и ультрафиолетовом диапазонах, а другие поглощают инфракрасное излучение. Позолоченное зеркало в ячейке отражает любые непоглощенные фотоны обратно к источнику тепла, чтобы свести к минимуму потери.
«Это очень увлекательно», — сказал журналу Science Андрей Ленерт, инженер-материаловед из Мичиганского университета, не участвовавший в исследовании. «Впервые [TPV] попали в действительно многообещающие диапазоны эффективности, что, в конечном счете, важно для многих приложений».
Заглядывая вперед: Тепловой двигатель TPV команды имеет размер около одного квадратного сантиметра. Асегун Генри из Массачусетского технологического института представляет поддерживающие сеть ячейки TPV размером около 10 000 квадратных футов и говорит, что системы, используемые для создания больших фотоэлектрических элементов, могут быть адаптированы для этого производственного процесса.
«Термофотоэлектрические элементы стали последним ключевым шагом к демонстрации того, что тепловые батареи являются жизнеспособной концепцией, — сказал Генри. «Это абсолютно важный шаг на пути к распространению возобновляемой энергии и переходу к полностью обезуглероженной сети».
Будем рады услышать от вас! Если у вас есть комментарий к этой статье или совет для будущей статьи о Freethink, напишите нам по телефону [email protected] .
Новый тепловой двигатель превосходит по эффективности паровую турбину – журнал Youth Time
Рима Морья 11.08.2022
Новый тепловой двигатель Массачусетского технологического института без движущихся частей так же эффективен, как паровая турбина. Исследователи говорят, что когда-нибудь эта конструкция позволит создать полностью обезуглероженную энергосистему.
На угольных, газовых и атомных электростанциях паровые турбины используются для выработки большей части электроэнергии в мире. Термофотоэлектрические элементы (TPV) исторически не были столь же эффективными, как турбины, преобразовывая около 20 процентов тепловой энергии в электричество по сравнению с 35 процентами для паровых турбин. В будущем мы сможем хранить тепло, производимое возобновляемыми источниками энергии, внутри тепловых батарей, а затем снова преобразовывать это тепло в электричество с помощью термофотоэлектрических элементов (TPV).
Термофотоэлектрическая система (TPV) Описание теплового двигателя
Тепловой двигатель без движущихся частей был создан инженерами Массачусетского технологического института и Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL). По сравнению с обычными паровыми турбинами их новые демонстрации показывают, что они преобразуют тепло в электричество с эффективностью около 40 процентов.
Термофотоэлектрический элемент (TPV) будет использоваться исследователями для создания сетевой тепловой батареи. Система будет получать дополнительную энергию из возобновляемых источников, таких как солнце, и хранить ее в горячих графитовых банках с хорошей изоляцией. Термофотоэлектрические элементы (TPV) будут преобразовывать тепло в электричество, когда это необходимо, например, в пасмурные дни, и отправлять энергию в электросеть. В настоящее время команда успешно продемонстрировала каждый из ключевых компонентов системы в независимых небольших исследованиях с использованием нового термофотоэлектрического элемента (TPV).
Чтобы продемонстрировать полностью функциональную систему, они пытаются объединить составные элементы. Оттуда они намерены расширить систему, чтобы вытеснить электростанции, работающие на ископаемом топливе, и создать полностью обезуглероженную энергосистему, работающую исключительно на возобновляемых источниках энергии. Конструкция ячейки состоит из трех основных частей: сплав с большой шириной запрещенной зоны, сплав с чуть меньшей шириной запрещенной зоны и слой золота, напоминающий зеркало под ним. Фотоны с самой высокой энергией от источника тепла захватываются первым слоем и преобразуются в электричество, в то время как фотоны с более низкой энергией, проходящие через первый слой, захватываются вторым слоем и преобразуются для увеличения производимого напряжения. Любые фотоны, которые проходят через этот второй слой, затем отражаются зеркалом обратно к источнику тепла, а не поглощаются как ненужное тепло. Ученые использовали датчик теплового потока, который представляет собой инструмент, который непосредственно отслеживает тепло, поглощаемое клетками, для проверки эффективности клетки.
Тепловой двигатель Thermophotovoltaic (TPV), созданный командой Массачусетского технологического института, имеет размер около одного квадратного сантиметра. По словам Асегуна Генри из Массачусетского технологического института, методы, используемые для производства огромных солнечных элементов, могут быть модифицированы для этого производственного процесса. Генри предполагает, что поддерживающие сеть термофотоэлектрические (TPV) элементы имеют размер примерно 10 000 квадратных футов. Последним важным шагом в доказательстве того, что тепловые батареи являются работоспособной идеей, стала разработка термофотоэлектрических элементов (TPV).
Это важный шаг к созданию полностью безуглеродной системы и широкому использованию возобновляемых источников энергии.
Фото: Gorodenkoff/Shutterstock
Вам также может понравиться:
Прорыв в геометрической теории движения
. Поддержите нас!
Все ваши пожертвования будут использованы для оплаты труда журналистов журнала и покрытия текущих расходов на содержание сайта.
Заинтересованы в сотрудничестве с нами?
Мы открыты для сотрудничества как от писателей, так и от бизнеса. Вы можете связаться с нами по нашей электронной почте [email protected]/[email protected] , и мы свяжемся с вами так быстро, как только сможем .
Куда дальше?
Машинное обучение в реальном мире
Мы не можем отрицать тот факт, что наша личная и профессиональная жизнь зависит от Интернета.
Сегодня мы все зависим от технологий. Почти десять лет назад мы полагались на…
Инновации в 3D-печати
В 2022 году 3D-печать вошла во все сферы нашей жизни. Эта дисциплина меняет представление о прототипах и производстве, а также о дизайне, медицине, строительстве и, конечно же, о хобби…
Самое важное для инноваций
Термин «инновации» используется повсюду, особенно в бизнес-секторе, поскольку миру постоянно угрожают изменения, поскольку технологии развиваются с беспрецедентной скоростью.
Сбор атмосферной энергии с помощью магнитоплазменного ионного двигателя
Сбор атмосферной энергии, также известный как сбор энергии или утилизация энергии, или энергия окружающей среды, представляет собой процесс получения энергии из внешних источников (например, солнечной энергии, тепловой энергии и т. д.
).Экологически чистая и многоразовая бумага на основе пыльцы
Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре создали бумагу на основе пыльцы, на которой можно писать и многократно стирать, не повреждая материал.