История изобретения паровой турбины | Великие открытия человечества
Паровая турбина — это тепловой двигатель, тепловая энергия пара в котором преобразуется в механическую работу. Вместе с гидротурбинами огромное значение для развития мировой энергетики имело изобретение и широкое применение паровых турбин, которые являются основным двигателем тепловых (ТЭС) и атомных электростанций (АЭС). Принцип действия паровых турбин схож с гидравлическими, разница лишь в том, что в первом случае турбину приводила в действие струя разогретого пара, во втором — струя воды. Паровая турбина оказалась проще, экономичнее и удобнее, чем паровая машина Уатта. Изобретатели давно пытались создать машину (паровую турбину), где струя пара напрямую бы вращала рабочее колесо. При этом, скорость вращения колеса должна быть очень высокой за счет большой скорости струи пара.
Паровая турбина Лаваля
В 1883 году Лавалю удалось создать первую паровую машину, которая представляла легкое колесо с лопатками.
Паровая турбина Парсонса
В 1884 году английский изобретатель Парсонс запатентовал многоступенчатую реактивную турбину, специально созданную им для приведения в действие электрогенератора.
При меньшей скорости вращения энергия пара здесь использовалась максимально благодаря тому, что пар, проходя через 15 ступеней, расширялся постепенно. Каждая ступень имела пару венцов лопаток. Неподвижным был один венец с направляющими лопатками, которые крепились на корпусе турбины. Второй — подвижный с рабочими лопатками на диске, который был насажен на вращающийся вал. Лопатки венцов (неподвижных и подвижных) сориентированы в противоположных направлениях. Это была первая паровая турбина, которая начала с успехом применяться в промышленности.
В 1889 году уже 300 турбин применяли для получения электроэнергии, в 1899 году появилась первая электростанция с турбинами Парсонса. В 1894 году был спущен на воду первый пароход «Turbinia» с приводом от паровой турбины. Вскоре паровые турбины начали устанавливать на быстроходных судах. Французский ученый Рато вывел комплексную теорию турбомашин на основе имевшегося опыта. Со временем турбина Парсонса уступила место компактным активно-реактивным турбинам.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина
8 класс
Предмет:Физика
Учитель информатик и ИКТ, Физики: Воробьева В.В.
Место работы: МОУ «Школа № 116 г. Донецка»
Урок № ____. Тема: «Двигатель внутреннего сгорания. Паровая турбина»
ДАТА ПРОВЕДЕНИЯ: _____________
Цель урока:
Образовательная: рассмотреть устройство и принцип действия ДВС; показать области их применения, выявить проблемы, возникающие при их эксплуатации; рассмотреть применение закона сохранения и превращения энергии в тепловых двигателях, объяснить принцип действия тепловых двигателей.
Развивающая: развивать монологическую речь учащихся, развивать умения излагать и воспринимать новый материал; содействовать формированию навыков сравнения, обобщения, логического мышления, поддерживать интерес к предмету.
Воспитательная: показать значение тепловых двигателей в жизни человека; объяснить принцип действия тепловых двигателей, рассмотреть, в чем заключается вредное воздействие тепловых двигателей на окружающую среду и здоровье человека; выяснить пути охраны окружающей среды.
Тип урока: Урок изучения нового материала.
Формы организации учебной деятельности:фронтальная; индивидуальная.
Учебник: Белага В.В. Физика. 8 класс. Учеб. для общеобразоват. организаций. (Сферы) / Белага В.В., Ломаченков И А., Панебратцев Ю.А.– М.: Просвещение, 2016. – 159 с.
ХОД УРОКА:
«Процесс научных открытий – это,
в сущности, непрерывное бегство от чудес».
Альберт Эйнштейн
1. Организационный момент:
Приветствие учащихся, сообщение темы и целей урока. Проверка готовности к уроку (наличие: тетрадей, ручек, дневников и т.д.). Выяснение отсутствующих на уроке по журналу.
Учитель проводит вводный инструктаж по технике безопасности в кабинете физики.
2. Актуализация знаний. Приложение 2.
3. Изучение нового материала
Слайд 2.Дви́гательвну́треннегосгора́ния (ДВС)— это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.
Несмотря на то, что ДВС являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, сильный шум, токсичные выбросы, меньший ресурс), благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены, например на транспорте.
Слайд 3. Типы ДВС
Чаще всего в качестве топлива в таких двигателях используется бензин, хотя также можно использовать керосин, дизель или горючий газ (например, пропан или бутан, которые используют в качестве топлива для экспериментальных автомобилей).
Слайд 4. Основные части. Двигатель состоит из цилиндра 1, в котором перемещается поршень 2, соединенный при помощи шатуна 3 с коленчатым валом 4.В верхней части цилиндра имеется дваклапана 5, которые при работе двигателя автоматически открываются и закрываются в нужные моменты. Через левый клапан в цилиндр поступает горючая смесь, которая воспламеняется с помощью свечи 6, а через правый клапан выпускаются отработавшие газы.
Слайд 5. Принцип работы ДВС.
(просмотр видеофрагмента)
Рассмотрим принцип работы ДВС.
Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками.
Расстояние, проходимое поршнем от одной мертвой точки до другой, называется ходом поршня. Один рабочий цикл в двигателе происходит за 4 (в некоторых – за 2) хода поршня или такта. Поэтому такие двигатели называются четырёхтактными (двухтактными). Рассмотрим более подробно каждый такт.
1 такт – впуск: при повороте вала поршень опускается вниз.
Объём над поршнем увеличивается, в цилиндре создается разрежение, впускной клапан открывается и в цилиндр входит горючая смесь. В конце такта цилиндр заполняется горючей смесью и впускной клапан закрывается.
2 такт – сжатие: при дальнейшем повороте вала поршень начинает двигаться вверх и сжимает горючую смесь, когда поршень доходит до крайнего верхнего положения, сжатая горючая смесь возгорается от электрической искры, которую дает свеча и быстро сгорает.
3 такт – рабочий ход: образующиеся при сгорании смеси газы давят на поршень, и он движется вниз. В этом случае двигатель совершает работу. Этот такт называется рабочим ходом.
Во 2 и 3 тактах оба клапана закрыты.
4 такт – выпуск: в конце 3 такта выпускной клапан открывается и через него продукты сгорания выходят в атмосферу. В течение такта поршень движется вверх. В конце такта выпускной клапан закрывается.
Слайд 6. Использование ДВС
ДВС часто используется в транспорте, и для каждого вида транспорта нужен свой тип ДВС.
Так для общественного транспорта необходим ДВС имеющий хорошую тягу на низких оборотах, в общественном транспорте применяется ДВС большого объёма развивающий максимальную мощность на малых оборотах. В гоночных болидах формулы-1 используется ДВС ,который достигает максимальной мощности на высоких оборотах , но он имеет относительно малый объём.
Слайд 7.
В современной технике широко применяют другой тип теплового двигателя.
Паровая турбина — это такой двигатель, в котором пар или нагретый до высокой температуры газ вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.
Работает турбина следующим образом: Пар, полученный в паровом котле под большим давлением, имеет температуру близкую к 6000С. Он направляется в сопло и в нем расширяется. При расширении пара происходит превращение его внутренней энергии в кинетическую энергию направленного движения струи пара. Струи пара, обладающие большой кинетической энергией, поступают из сопла на лопасти турбины и приводят диск турбины в быстрое вращательное движение.
Вал и диск с лопастями образуют ротор турбины, который помещается в корпус. По всей поверхности корпуса помещаются сопла.
Слайд 8.Рассмотрим устройство паровой турбины.
На вал 3 насажен диск 4, по ободу которого закреплены лопатки 2. Около лопаток расположены трубы-сопла 1, в которые поступает пар из котла. Струи пара оказывают давление на лопатки и диск турбины, что приводит во вращательное движение этот диск.
В современных турбинах используют несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар, проходя последовательно через каждую лопатку всех дисков, каждому отдаёт часть своей энергии.
Паровые турбины применяют на тепловых и атомных электростанциях, соединённых с генератором электрического тока. Частота вращения вала турбин достигает 3000 оборотов в минуту, что является очень удобным для приведения в движение генераторов электрического тока
4. Физкультминутка
5. Закрепление изученного материала.
Задача: Тепловой двигатель получил от нагревателя 200 МДж энергии, а отдал холодильнику – 120 МДж. Определить работу, которую выполнил двигатель и его КПД.
Дано: Q1 = 200 МДж 2*108 Дж Q2 = 120 МДж 1,2*108 Дж Найти: А — ? η — ? | Решение: А=Q1 – Q2 – работа тепловой машины. А=2*108 Дж –1,2*108 Дж=0,8*108 Дж. η=А/Q1 – коэффициент полезного действия. η =(0,8*108 Дж/2*108 Дж)*100%=40%. Ответ: А=0,8*108 Дж; КПД=40%. |
Ну, а сейчас давайте ещё раз коротко повторим то, с чем мы познакомились на сегодняшнем уроке.
Какие тепловые двигатели называют ДВС?
Основные части ДВС.
Что называют мёртвыми точками.
Какой из четырёх тактов – рабочий?
Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами?
Какими преимуществами обладает турбина по сравнению с двигателем внутреннего сгорания?
6. Домашнее задание:
Параграфы 22, 23
Найти дополнительный материал о замене ДВС электродвигателями.
Составить памятку для людей, призывающую их спасти Землю.
7. Рефлексия
Учащиеся по очереди высказывают по одной фразе, выбирая начало фразы из рефлексивного экрана:
Сегодня на уроке я узнал (а) …
Было интересно …
Было тяжело …
Я выполнял (а) задание …
Я понял (а), что …
Теперь я могу …
Я почувствовал (а), что …
Я приобрел (а) …
Я научился (лась) …
У меня получилось …
Я смог (ла) .
..
Я попробую …
Меня удивило …
Урок дал мне для жизни …
Мне захотелось …
Мне очень понравилось …
Принцип работы паровой турбины
Принцип работы паровой турбины
Принцип работы паровой турбины очень важно знать в системе электростанции. Паровая турбина — это двигатель, в котором энергия рабочего тела используется непосредственно для вращения лопаток турбины. В турбине рабочее тело подвергается процессу расширения, а именно падению давления и непрерывному течению. Рабочим телом паровой турбины является пар. Классификация паровых турбин может быть разделена на категории в зависимости от направления потока пара, принципа работы, выходного пара и давления пара.
В целом система паровой турбины состоит из нескольких компонентов, таких как: компрессоры, насосы, котлы, камера сгорания, конденсатор и турбина.
Турбина широко используется для производства электроэнергии, самолетов, в промышленности и других областях.
Паровая турбина является одним из типов машин, использующих метод двигателя внешнего сгорания. Нагрев рабочего тела (пара) осуществляется вне системы. Вкратце принцип работы паровой турбины следующий:
- Пар поступает в турбину через сопло. В сопле тепловая энергия пара преобразуется в кинетическую энергию, и пар расширяется. Давление пара на выходе из сопла меньше по сравнению с моментом входа в сопло, но в остальном скорость пара на выходе из сопла больше, чем в момент входа в сопло.
- Пар, вырывающийся из сопла, направляется на лопатки турбины с дугами, выполненными вокруг колесных турбин. Пар, проходящий через зазоры между лопатками турбины, отклоняется в сторону кривой лопаток турбины. Изменения скорости пара увеличивают силу, которая побуждает вращать турбинное колесо и вал.
- Если пар все еще имеет скорость, когда он покидает лопатки турбины, это означает, что только часть кинетической энергии пара поглощается вращающимися лопатками турбины.
Установлено более одной линии движения лопаток для использования оставшейся кинетической энергии, когда пар покидает лопатки турбины. - Перед входом во вторую линию движения лопастей, так между первым рядом и вторым рядом движения лопастей установлена одна линия неподвижной лопасти (направляющая лопасти), что позволяет изменять направление скорости пара, чтобы пар мог поступать во вторую линию движения движение лезвия в правильном направлении.
- Скорость пара, когда он покидает последнее движение лопасти, должна быть сделана как можно меньше, чтобы можно было максимально использовать имеющуюся кинетическую энергию. Таким образом, КПД паровой турбины выше, поскольку потери энергии относительно малы.
Установлено более одной линии движения лопаток для использования оставшейся кинетической энергии, когда пар покидает лопатки турбины.Таким образом, принцип работы паровой турбины должен быть хорошо спроектирован для обеспечения максимальной эффективности и малой теплоотдачи турбины.
Новое сообщение Старый пост Главная
Подписаться на: Почтовые комментарии (Atom)
История парового двигателя
История парового двигателя [Главная страница истории Steam] [Карта сайта истории Steam] [Домашняя страница учебника по вводному химическому машиностроению] [Дополнительные материалы к учебнику]Краткая история паровой машины
Резюме Карла Лиры
Одной из наиболее важных промышленных задач 1700-х годов было удаление
воды из шахт.
Пар использовался для откачки воды из шахт. Теперь это
может показаться, что он имеет очень мало общего с современной паровой электроэнергетикой.
растения. Однако одним из основных принципов, используемых при разработке
Энергия на основе пара — это принцип, по которому конденсация водяного пара может создать
вакуум. В этой краткой истории обсуждается, как конденсация использовалась для создания вакуума.
для работы первых паровых насосов и как Джеймс Уатт изобрел раздельный
конденсатор. Хотя представленные в этой истории циклические процессы не используются
в современных паровых турбинах с непрерывным потоком в современных системах используются отдельные конденсаторы.
работающих при давлении ниже атмосферного, с учетом описанных здесь принципов.
Кроме того, истории изобретателей и их изобретений дают представление о
процесс технологических открытий.
Демонстрация вакуума
Один из самых важных принципов, применяемых в работе паровой энергии.
это создание вакуума путем конденсации.
Эта ссылка обеспечивает простую иллюстрацию
используя бутылку безалкогольного напитка и кипящую воду. Демонстрация иллюстрирует, как конденсация
внутри резервуара создается вакуум. Помпа Savery, описанная ниже, использует метод
очень похоже на продемонстрированный метод. Вакуум
Демо.
Насос Savery
В первые дни одним из распространенных способов удаления воды было использование ряда
ковшей на шкивной системе, управляемой лошадьми. Это было медленно и дорого
так как животные нуждались в кормлении, ветеринарной помощи и содержании. Использование
пар для перекачивания воды был запатентован Томасом Савери в 169 г.8, а по его словам
предоставил «двигатель для подъема воды огнем». Насос Савери заработал
путем нагревания воды для ее испарения, заполнения резервуара паром, а затем создания
вакуум, изолируя бак от источника пара и конденсируя пар.
Вакуум использовался для забора воды из шахт. Однако вакуум может
брать воду только с небольшой глубины. Еще одним недостатком помпы был
использование давления пара для вытеснения воды, набранной в резервуар.
Атмосферный двигатель Ньюкомена
Томас Ньюкомен (1663-1729), кузнец, в течение 10 лет экспериментировал с первый по-настоящему успешный паровой двигатель, приводивший в действие насос для удаления воды из шахты. Его способность продавать двигатель была затруднена из-за обширного патента Савери. Он был вынужден основать фирму с Савери, несмотря на улучшение показателей. его двигателя, существенные механические отличия, устранение потребность в давлении пара и использование вакуума совершенно по-разному. А Схема двигателя Ньюкомена показана на рис. 1. Двигатель называется «атмосферный» двигатель, потому что наибольшее используемое давление пара близко к атмосферное давление. Рис.
1. Иллюстрация атмосферного двигателя Ньюкомена для перекачивания воды.
Принцип действия. Паровая машина состоит из паровой поршень / цилиндр, который перемещает большую деревянную балку для привода водяного насоса.
В нижней части хода парового поршня открывается клапан для восстановления
паровой цилиндр к атмосферному давлению, а луч направлен вниз справа
под действием силы тяжести, позволяя главному поршню упасть. Когда главный поршень падает, вода из-под поршня проходит в камеру над поршнем, как будет объяснено позже. Пар атмосферного давления поступает в паровой цилиндр.
на этом этапе, что позволяет повторить процесс.Двигатель Ньюкомена был лучшей технологией на протяжении 60 лет! Некоторые двигатели Ньюкомена использовались намного дольше, хотя и значительно уступали Ваттным последующие двигатели. Более подробно о работе и фото старейшего существующий двигатель Ньюкомена, см. Newcomen Описание двигателя.
Атмосферный паровой двигательВт
Рис. 2. Иллюстрация атмосферного двигателя Уатта для перекачки воды.
Главный насос не показан. (По гравюре Стюарта, 1824 г.
| Двигатели Newcomen были крайне неэффективны. Пользователи узнали, как требовалось много энергии. Паровой цилиндр неоднократно нагревался и охлаждался, которые тратили энергию на повторный нагрев стали, а также вызывали большие тепловые стрессы. Джеймс Уатт (1736-1819) совершил прорыв, применив отдельный конденсатор. Уатт открыл отдельный конденсатор в 1765 году. (См. Эксперимент Уатта.) Потребовалось 11 лет, прежде чем он видел устройство на деле! Самое большое препятствие для реализации двигателя Уатта была технология изготовления большого поршня/цилиндра. с достаточно жесткими допусками, чтобы они герметизировали умеренный вакуум. Технология улучшилась примерно в то же время, когда Уатт нашел финансовую поддержку, в которой он нуждался, благодаря партнерству с Мэтью Бултоном. Принцип действия. Более подробная информация о работе и фотографии пары двигателей Watt используется для перекачки воды, см. Уатт Описание двигателя. |
,
стр. 114.).
Двигатель Ватта, как
двигатель Ньюкомена, работающий по принципу разности давлений, создаваемой вакуумом
с одной стороны поршня, чтобы толкнуть
паровой поршень вниз. Однако паровой цилиндр Уатта и вовсе оставался горячим.
раз. Клапаны позволяли пару поступать в отдельный конденсатор.
а затем конденсат откачивался вместе с газами с помощью воздушного насоса. (См. рис. 2.)Поршень двойного действия и роторный двигатель
