Достижения в технике паровых турбин презентация. Презентация "история изобретения паровой турбины"

История создания

турбин

Турбиной называют вращающееся устройство, которое приводится в действие потоком жидкости или газа.

Самый простой пример турбины – водяное колесо.

Представим себе вертикально поставленное колесо, на ободе которого закреплены черпаки или лопасти. На эти лопасти сверху льётся поток воды. Под действием воды колесо вращается. А вращением колеса можно приводить в действие другие механизмы. Так, в водяной мельнице колесо вращало жернова. А они мололи муку.

Эолипил Герона

Во времена Герона к его изобретению отнеслись, как к игрушке. Практического применения оно не нашло.

В 1629 г. итальянский инженер и архитектор Джованни Бранки создал паровую турбину, в которой колесо с лопатками приводилось в движение струёй пара.

Английский инженер Ричард Трейсвик в 1815 г. на ободе паровозного колеса установил два сопла и пустил по ним пар.

С 1864 г. по 1884 г. инженерами были запатентованы сотни изобретений, относящихся к турбинам.

Газовая турбина отличается от паровой тем, что в движение её приводит не пар из котла, а газ, который образуется при сгорании топлива. А все основные принципы устройства паровых и газовых турбин одинаковы.

Первый патент на газовую турбину был получен в 1791 г. англичанином Джоном Барбером. Барбер разработал свою турбину для движения безлошадной повозки. А элементы турбины Барбера присутствуют в современных газовых турбинах. В 1913 г. инженер, физик и изобретатель Никола Тесла запатентовал турбину, устройство которой принципиально отличалось от устройства традиционной турбины. В турбине Тесла не было лопастей, которые приводились в движение энергией пара или газа.

Вот и всё

Силаев Платон,
Гончарова Валерия
8”M” School №188

Что такое?

Турби́на - лопаточная машина, в которой
происходит преобразование кинетической
энергии и/или внутренней энергии рабочего
тела (пара, газа, воды) в механическую работу
на валу.

Паровая турбина.

Паровая турбина представляет
собой барабан либо серию
вращающихся дисков,
закреплённых на единой оси, их
называют ротором турбины, и
серию чередующихся с ними
неподвижных дисков,
закреплённых на основании,
называемых статором.

История изобретения турбин

В основе действия паровой турбины
лежат два принципа создания
усилия на роторе, известные с
давних времен, реактивный и
активный. В машине Бранке,
построенной в 1629 году, струя
пара приводила в движение
колесо, напоминающее колесо
водяной мельницы.

Паровая турбина Парсонса

Парсонс соединил паровую турбину
с генератором электрической
энергии. С помощью турбины
стало возможно вырабатывать
электричество, и это повысило
интерес общества к тепловым
турбинам. В результате 15летних изысканий он создал
наиболее совершенную по тем
временам реактивную турбину.

Применение паровых турбин

Паровые турбины

Первым предшественником современных
паровых турбин может считаться игрушечный
двигатель, который изобрёл ещё во 2 в. до. н.э.
александрийский учёный Герон. Первым
предшественником современных паровых
турбин может считаться игрушечный двигатель,
который изобрёл ещё во 2 в. до. н.э.
александрийский учёный Герон.

Первый проэкт турбины

В 1629 г. итальянец Бранка создал проект колеса с лопатками. Оно должно
было вращаться, если струя пара с силой ударяется по лопаткам колеса.
Это был первый проект паровой турбины, которая в последствии получила
название активной турбины. В 1629 г. итальянец Бранка создал проект
колеса с лопатками. Оно должно было вращаться, если струя пара с силой
ударяется по лопаткам колеса. Это был первый проект паровой турбины,
которая в последствии получила название активной турбины. Паровой
поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и
большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что
приводило к значительным потерям энергии. Паровой поток в этих ранних
паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его
энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к
значительным потерям энергии.

Попытки создать турбину

Попытки создать механизмы, похожие на турбины, делались очень давно.
Известно описание примитивной паровой турбины, сделанное Героном
Александрийским (1 в. н. э.). По словам И. В. Линде, XIX векпородил
«массу проектов», которые остановились перед «материальными
трудностями» их выполнения. Лишь в конце XIX века, когда
развитиетермодинамики (повышение КПД турбин до сравнимого с
поршневой машиной), машиностроения и металлургии (увеличение
прочности материалов и точности изготовления, необходимых для
создания высокооборотных колёс),Густаф Лаваль (Швеция) и Чарлз
Парсонс(Великобритания) независимо друг от друга создали пригодные
для промышленности паровые турбины.

Первая паровая турбина

Первую паровую турбину создал шведский изобретатель Густаф Лаваль. По
одной из версий, Лаваль создал её для того, чтобы приводить в
действиесепаратор молока собственной конструкции. Для этого нужен был
скоростной привод. Двигатели того времени не обеспечивали достаточную
частоту вращения. Единственным выходом оказалось сконструировать
скоростную турбину. В качестве рабочего тела Лаваль выбрал широко
используемый в то время пар. Изобретатель начал работать над своей
конструкцией и в конце концов собрал работоспособное устройство. В 1889
году Лаваль дополнил сопла турбины коническими расширителями, так
появилось знаменитое сопло Лаваля, которое стало прародителем будущих
ракетных сопел. Турбина Лаваля стала прорывом в инженерии. Достаточно
представить себе нагрузки, которые испытывало в ней рабочее колесо, чтобы
понять, как нелегко было изобретателю добиться стабильной работы турбины.
При огромных оборотах турбинного колеса даже незначительное смещение в
центре тяжести вызывало сильную вибрацию и перегрузку подшипников.
Чтобы избежать этого, Лаваль использовал тонкую ось, которая при вращении
могла прогибаться.

Паровые турбины ставятся на мощных
электрических станциях и на больших
кораблях.
Для работы парового двигателя необходим
ряд вспомогательных машин и устройств.
Все это вместе носит название
паросиловой станции.

Ротор с лопатками
- подвижная
часть турбины.
Статор с соплами
- неподвижная
часть.

КПД тепловых двигателей:

Паровая
машина 8-12%
ДВС 20-40%
Паровая
турбина
20-40%
Дизель
30-36%

недостатки работы
паровой турбины
преимущества
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 эн.
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

Газовая турбина
Газовая турбина - это тепловой двигатель непрерывного
действия, преобразующий энергию газа в механическую
работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого
двигателя, в газовотурбинном двигателе процессы
происходят в потоке движущегося газа. Качество газовой
турбины характеризуется эффективностью КПД, то есть
соотношением работы, снимаемой с вала, к располагаемой
энергии газа перед турбиной
История
создания
1500 – Леонардо да Винчи нарисовал схему
гриля, который использует
принцип газовой турбины
1903 – Норвежец Аегидиус Еллинг создал первую работающую
газовую
турбину, которая использовала
вращающийся компрессор и турбину и
выдавала полезную работу.

Газовая турбина состоит из дисков турбины и компрессора,
установленных на одном валу. Турбина работает так: воздух
нагнетается компрессором в камеру сгорания турбины, куда затем
впрыскивается жидкое горючее. Горючая смесь сгорает при очень
высокой температуре, газы расширяются, устремляются к
выхлопному отверстию, по пути попадают на лопатки турбины и
приводят их во вращение.

Применение
В настоящее время газовые турбины применяют в качестве главных
двигателей морских транспортных судов.
В отдельных случаях газовые турбины малой мощности применяют в
качестве привода насосов, аварийных электрогенераторов, вспомогательных
наддувочных компрессоров и др.
Особый интерес представляют газовые турбины как главные двигатели для
судов с подводными крыльями и судов на воздушной подушке.
Газовые турбины также используются в локомотивах и танках.

Преимущества и недостатки газотурбинных
двигателей
Преимущества газотурбинных двигателей
Возможность получения большего количества пара при работе (в
отличие от поршневого двигателя)
В сочетании с паровым котлом и паровой турбиной более высокий КПД
по сравнению с поршневым двигателем. Отсюда - использование их в
электростанциях.
Перемещение только в одном направлении, с намного меньшей
вибрацией, в отличие от поршневого двигателя.
Меньшее количество движущихся частей, чем у поршневого двигателя.
Существенно меньше выбросов вредных веществ по сравнению с
поршневыми двигателями
Низкая стоимость и потребление смазочного масла.

Недостатки газотурбинных двигателей
Стоимость намного выше, чем у аналогичных по размерам поршневых
двигателей, поскольку материалы применяемые в турбине должны иметь
высокую жаростойкость и жаропрочность, а также высокую удельную
прочность. Машинные операции также более сложные;
При любом режиме работы имеют меньший КПД, чем поршневые
двигатели. Требуют дополнительной паровой турбины для повышения
КПД.
Низкий механический и электрический КПД (потребление газа более чем
в 1.5 раза больше на 1 кВтЧ электроэнергии по сравнению с поршневым
двигателем)
Резкое снижение КПД на малых нагрузках (в отличие от поршневого
двигателя)
Необходимость использования газа высокого давления, что
обуславливает необходимость применения дожимных компрессоров с
дополнительным расходом энергии и падением общей эффективности
системы.

Парова́я турбин́на (фр. turbine от лат. turbo вихрь, вращение) это тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу.

Турбина состоит из трех цилиндров (ЦВД, ЦСД и ЦНД), нижние половины корпусов которых обозначены соответственно 39, 24 и 18. Каждый из цилиндров состоит из статора, главным элементом которого являются неподвижный корпус, и вращающегося ротора. Отдельные роторы цилиндров (ротор ЦВД 47, ротор ЦСД 5 и ротор ЦНД 11) жестко соединяются муфтами 31 и 21. К полумуфте 12 присоединяется полумуфта ротора электрогенератора, а к нему ротор возбудителя. Цепочка из собранных отдельных роторов цилиндров, генератора и возбудителя называется валопроводом. Его длина при большом числе цилиндров (а самое большое их число в современных турбиннах 5) может достигать 80 м. Устройство двигателя

Принцип работы Паровые турбинны работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбинны. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество. Электрическая мощность паровых турбинн зависит от перепада давления пара на входе и выходе установки. Мощность паровых турбинн единичной установки достигает 1000 МВт. В зависимости от характера теплового процесса паровые турбинны подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбинны специального назначения. По типу ступеней турбинн они классифицируются как активные и реактивные.

Паровые турбинны - преимущества работа паровых турбинн возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое работа паровых турбинн возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое высокая единичная мощность высокая единичная мощность свободный выбор теплоносителя свободный выбор теплоносителя широкий диапазон мощностей широкий диапазон мощностей внушительный ресурс паровых турбинн внушительный ресурс паровых турбинн

Паровые турбинны - недостатки высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова) высокая инерционность паровых установок (долгое время пуска и останова) дороговизна паровых турбинн дороговизна паровых турбинн низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии дорогостоящий ремонт паровых турбинн дорогостоящий ремонт паровых турбинн снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива снижение экологических показателей, в случае использования тяжелых мазутов и твердого топлива

Применение: Реактивная паровая турбинна Парсонса некоторое время применялась в основном на военных кораблях, но постепенно уступила место более компактным комбинированным активно - реактивным паровым турбиннам, у которых реактивная часть высокого давления заменена одновенчатым или двухвенчатым активным диском. В результате уменьшились потери на утечки пара через зазоры в лопаточном аппарате, турбинна стала проще и экономичнее. В зависимости от характера теплового процесса паровые турбинны обычно подразделяют на 3 основные группы: конденсационные, теплофикационные и специального назначения.

Основные преимущества ПТМ: Широкий диапазон мощностей; Повышенный (в 1,2- 1,3 раза) внутренний КПД (~75%); Значительно уменьшенная длина установки (до 3 раз); Малые капитальные затраты на монтаж и ввод в эксплуатацию; Отсутствие системы маслоснабжения, что обеспечивает пожаробезопасность и допускает эксплуатацию в помещении котельной; Отсутствие редуктора между турбинной и приводимым механизмом, что повышает надежность работы и снижает уровень шума; Плавное регулирование скорости вращения вала от холостого хода до нагрузки турбоустановки; Малый уровень шума (до 70 дБА); Малая удельная масса (до 6 кг / к Вт установленной мощности) Высокий ресурс. Время работы турбинны до вывода из эксплуатации не менее 40 лет. При сезонном использовании турбоустановки срок окупаемости не превышает 3 лет.

Турбоэлектрогенератор на основе паровой турбинны типа ПТМ выгодно отличается от других энергоисточников за счет повышенного внутреннего КПД, большого ресурса, малых габаритов, плавности регулирования в широком диапазоне нагрузок, отсутствия системы маслоснабжения и простоты монтажа.

Познакомить учащихся
с устройством и принципом
действия паровой турбины.
Ввести понятие КПД теплового
двигателя.
Обозначить проблемы
охраны окружающей среды.

Цели:

это тепловой двигатель непрерывного действия, в котором потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь совершает механическую работу на валу.

Turbo (лат.) – вихрь середина 19 века

Турбины

Паровые

Газовые

Схема устройства паровой турбины

1 – сопло
2 – лопатки
3 – пар
4 – диск
5 – вал

ПРИМЕНЕНИЕ:

Применяется в качестве привода электрического генератора на тепловых, атомных и гидро электростанциях, в качестве двигателей на морском, наземном и воздушном транспорте, как составная часть гидродинамической передачи.
Устройство, подобное турбине, но имеющее привод вращения лопаток от вала - компрессор или насос.
Самая мощная в мире электростанция находится в Южной Америке, на реке Парана. Её 18 турбин вырабатывают 12 600 миллионов ватт/час электроэнергии.

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 энергии.

преимущества
работы
паровой турбины

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

Рабочее тело

Нагреватель

Холодильник

А п = Q1- Q2

Формула КПД

Ап – Полезная работа;
Q1 – Кол-во теплоты,
полученное от нагревателя;
Q2 – Кол-во теплоты
отданное холодильнику.

Коэффициент полезного действия (КПД)

Не может быть больше 1 (или 100%)
КПД паровой машины ≈ 8–12%
Паровой или газовой турбины > 30%
ДВС ≈ 20-40%

Пути повышения КПД
паровой турбины

1) создание более совершенной теплоизоляции котла;
2) повышение температуры в котле, а также увеличение давления пара

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

Повышение средней температуры атмосферы
Изменение климата
Образование «парникового эффекта»
Исчезновение отдельных видов животных, птиц, растений
Выпадение кислотных дождей

Альтернативные источники энергии

Тепловые двигатели:
25,5 млрд т оксидов углерода
190 млн т оксидов серы
65 млн т оксидов азота
1,4 млн т хлорфторуглерода
Свинец, кадмий, медь, никель и др.

Солнечная энергия
Электроэнергия
Энергия магнитного поля
Энергия ветра

Разработки Густафа де Лаваля

В 1883 году шведу Густафу де Лавалю удалось преодолеть многие затруднения и создать первую работающую паровую турбину. За несколько лет до этого Лаваль получил патент на сепаратор для молока. Для того, чтобы приводить его в действие, нужен был очень скоростной привод. Ни один из существовавших тогда двигателей не удовлетворял поставленной задаче. Лаваль убедился, что только паровая турбина может дать ему необходимую скорость вращения. Он стал работать над ее конструкцией и в конце концов добился желаемого.

Из истории

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.

Домашнее задание: