Презентация - Паровая турбина. КПД теплового двигателя.. Монтаж паровой турбины, произведённой siemens, Германия

Тема урока. Паровая турбина. КПД теплового двигателя.
Монтаж паровой турбины, произведённой Siemens, Германия

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?

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”.

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.

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

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

Паровая турбина

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.

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.

Паровой котел является нагревателем, а конденсатор — холодильником.

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.

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.

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

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. Цикл работы газовой турбины аналогичен циклу поршневого ДВС, но в турбине циклы происходят одновременно в разных участках. КПД газотурбинных установок достигает 25 -30%. Турбовинтовые двигатели имеют Ил-18, Ан-22, Ан-124, «Руслан».

Коэффициент полезного действия
КПД характеристика эффективности теплового двигателя, определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, переданному системе.

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%

Пути повышения КПД паровой турбины
Эффективность работы двигателей
1) создание более совершенной теплоизоляции котла; 2) повышение температуры в котле, а также увеличение давления пара

Пути повышения КПД паровой турбины
1) создание более совершенной теплоизоляции котла; 2) повышение температуры в котле, а также увеличение давления пара

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.

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.

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%?

Решение задач
Упр. 17 (2)
Дано Q₂ = 85 Дж Q₁ = 155 Дж.
η = ?

Домашнее задание
§ 23, 24 прочитать, ответить на вопросы (у), итоги главы стр. 71, 72 выучить Упр. 17 (1, 3)