التقدم في عرض تكنولوجيا التوربينات البخارية. عرض تقديمي "تاريخ اختراع التوربينات البخارية"

تاريخ الخلق

التوربينات

التوربين هو جهاز دوار يحركه تدفق سائل أو غاز.

أبسط مثال على التوربينات هو عجلة مائية.

تخيل عجلة موضوعة رأسيًا ، على حافتها يتم تثبيت المجارف أو الشفرات. يتم سكب تيار من الماء على هذه الشفرات من الأعلى. تحت تأثير الماء ، تدور العجلة. ومن خلال تدوير العجلة ، يمكن تنشيط آليات أخرى. لذلك ، في طاحونة مائية ، قلبت العجلة أحجار الرحى. وكانوا يطحنون الدقيق.

Eolipylus جيرونا

في زمن مالك الحزين ، كان اختراعه يعامل كلعبة. لم يتم العثور على التطبيق العملي.

في عام 1629 ، ابتكر المهندس المعماري الإيطالي جيوفاني برانتشي توربينًا بخاريًا تم فيه تحريك عجلة ذات شفرات بواسطة تيار من البخار.

في عام 1815 ، قام المهندس الإنجليزي ريتشارد تريسويك بتركيب فتحتين على حافة عجلة قاطرة وترك البخار من خلالها.

بين عامي 1864 و 1884 ، حصل المهندسون على براءات اختراع لمئات من اختراعات التوربينات.

يختلف التوربين الغازي عن التوربينات البخارية من حيث أنه لا يتم تشغيله بالبخار من المرجل ، ولكن بواسطة غاز يتشكل أثناء احتراق الوقود. وجميع المبادئ الأساسية لتوربينات البخار والغاز هي نفسها.

حصل الإنجليزي جون باربر على أول براءة اختراع لتوربينات غازية في عام 1791. صمم باربر توربينه لدفع عربة بلا أحصنة. وتوجد عناصر من توربينات باربر في توربينات الغاز الحديثة. في عام 1913 ، حصل المهندس والفيزيائي والمخترع نيكولا تيسلا على براءة اختراع لتوربين ، كان تصميمه مختلفًا بشكل أساسي عن تصميم التوربينات التقليدية. لم يكن لتوربين تسلا شفرات مدفوعة بطاقة البخار أو الغاز.

هذا كل شئ

سيلايف بلاتون
غونشاروفا فاليريا
مدرسة 8 "M" №188

ماذا؟

التوربينات عبارة عن آلة ذات نصل
هناك تحول في الحركة
الطاقة و / أو الطاقة الداخلية للعامل
الأجسام (بخار ، غاز ، ماء) في الأعمال الميكانيكية
على العمود.

توربينات البخار.

يمثل التوربينات البخارية
طبل أو سلسلة
أقراص الغزل ،
ثابتة على محور واحد ،
يسمى دوار التوربين ، و
سلسلة بالتناوب معهم
الأقراص الثابتة
ثابت على القاعدة
يسمى الجزء الثابت.

تاريخ اختراع التوربينات

في قلب التوربينات البخارية
هناك نوعان من مبادئ الخلق
القوى على الدوار ، والمعروفة من
العصور القديمة رد الفعل و
نشيط. في سيارة برانك
بنيت في عام 1629 ، طائرة
وضع الزوجين في الحركة
عجلة تشبه عجلة
طاحونة الماء.

التوربينات البخارية بارسونز

قام بارسونز بتوصيل التوربينات البخارية
مع مولد كهربائي
طاقة. مع توربين
أصبح من الممكن تطويرها
الكهرباء ، وعززت
المصلحة العامة في الحرارية
التوربينات. نتيجة 15 عامًا من البحث ، ابتكر
الأكثر مثالية من حيث
في بعض الأحيان توربين نفاث.

تطبيقات التوربينات البخارية

التوربينات البخارية

أول رائد في العصر الحديث
يمكن اعتبار التوربينات البخارية لعبة
المحرك الذي تم اختراعه في القرن الثاني. قبل. ميلادي
الباحث السكندري هيرون. أولاً
رائد البخار الحديث
يمكن اعتبار التوربينات محرك لعبة ،
الذي تم اختراعه في القرن الثاني. قبل. ميلادي
الباحث السكندري هيرون.

أول مشروع توربين

في عام 1629 ، ابتكرت شركة برانكا الإيطالية تصميمًا لعجلة ذات شفرات. يجب ان
هو الدوران إذا ضربت نفث البخار ريش العجلة بالقوة.
كان أول مشروع توربينات بخارية ، والذي تم استلامه لاحقًا
اسم التوربينات النشطة. في عام 1629 ، أنشأت شركة برانكا الإيطالية مشروعًا
عجلات مجداف. كان يجب أن تدور إذا كانت نفث البخار بقوة
ضرب شفرات العجلة. كان أول مشروع توربينات بخارية
والتي أصبحت تعرف فيما بعد باسم التوربين النشط. بخار
لم يتركز التدفق في هذه التوربينات البخارية المبكرة ، و
تبددت معظم طاقتها في كل الاتجاهات
أدى إلى خسائر كبيرة في الطاقة. تدفق البخار في هذه في وقت مبكر
لم تكن التوربينات البخارية مركزة ومعظمها
تبدد الطاقة في جميع الاتجاهات ، مما أدى إلى
فقدان كبير للطاقة.

محاولات إنشاء توربين

بذلت محاولات لإنشاء آليات مماثلة للتوربينات لفترة طويلة جدًا.
وصف التوربينات البخارية البدائية التي صنعها مالك الحزين معروف.
الإسكندرية (القرن الأول الميلادي). وفقًا لـ I.V. Linde ، أنجب القرن التاسع عشر
"الكثير من المشاريع" التي توقفت قبل "المادية
صعوبات في تنفيذها. فقط في نهاية القرن التاسع عشر ، عندما
تطوير الديناميكا الحرارية (زيادة كفاءة التوربينات للمقارنة مع
آلة التردد) والهندسة الميكانيكية والتعدين (زيادة
قوة المواد ودقة التصنيع المطلوبة
إنشاء عجلات عالية السرعة) ، غوستاف لافال (السويد) وتشارلز
أنشأ بارسونز (بريطانيا العظمى) بشكل مستقل مناسب
توربينات بخارية للصناعة.

أول توربين بخاري

تم إنشاء أول توربين بخاري من قبل المخترع السويدي جوستاف لافال. بواسطة
أحد الإصدارات ، أنشأه لافال من أجل أن يؤدي إلى
فاصل الحليب من تصميمنا الخاص. لهذا كان من الضروري
محرك السرعة. المحركات في ذلك الوقت لم تقدم ما يكفي
تردد الدوران. كان المخرج الوحيد هو التصميم
التوربينات عالية السرعة. كسائل عامل ، اختار لافال على نطاق واسع
البخار المستخدم في ذلك الوقت. بدأ المخترع في العمل عليه
تصميم وتجميع جهاز عملي في النهاية. في عام 1889
في العام ، استكمل لافال فوهات التوربينات بموسعات مخروطية الشكل ، لذلك
ظهرت فوهة لافال الشهيرة ، والتي أصبحت سلف المستقبل
فوهات الصواريخ. كان توربين لافال طفرة في الهندسة. كافية
تخيل الأحمال التي مرت بها المكره من أجل
فهم مدى صعوبة تحقيق المخترع عملية مستقرةالتوربينات.
عند السرعات الهائلة لعجلة التوربين ، حتى تحول طفيف في
تسبب مركز الثقل في اهتزاز قوي وحمل زائد للمحامل.
لتجنب ذلك ، استخدم لافال محورًا رفيعًا عند تدويره
يمكن أن ينحني.

يتم تثبيت التوربينات البخارية على قوية
محطات كهرباء وكبيرة
السفن.
لكي يعمل المحرك البخاري ،
عدد من الآلات والأجهزة المساعدة.
كل هذا معا يسمى
محطة طاقة بخارية.

دوار مع ريش
- التليفون المحمول
جزء من التوربين.
الجزء الثابت مع الفوهات
- بلا حراك
جزء.

كفاءة المحركات الحرارية:

بخار
آلة 8-12٪
20-40٪ الجليد
بخار
عنفة
20-40%
ديزل
30-36%

أوجه القصور في العمل
توربينات البخار
فوائد
تشغيل التوربينات البخارية
سرعة الدوران ليست كذلك
قد يتغير في
مدى واسع
لفترة طويلةابدأ و
توقف
ارتفاع تكلفة البخار
التوربينات
حجم منخفض
أنتجت
الكهرباء في
مرتبط ب
حجم en الحرارية.
التناوب يحدث في
اتجاه واحد؛
مفقود
هزات مثل في العمل
مكبس
عملية البخار
من الممكن تشغيل التوربينات
أنواع مختلفة
وقود: غازي ،
سائل ، صلب
مفردة عالية
قوة

التوربينات الغازية
التوربينات الغازية هي محرك حراري مستمر
عمل يحول طاقة الغاز إلى طاقة ميكانيكية
العمل على عمود التوربينات الغازية. على عكس المكبس
المحرك ، في عمليات محرك التوربينات الغازية
تحدث في تيار غاز متحرك. جودة الغاز
التوربين يتميز بالكفاءة ، أي
نسبة العمل الذي تم إزالته من العمود إلى المتاح
طاقة الغاز قبل التوربينات
قصة
خلق
1500 - رسم ليوناردو دافنشي رسمًا تخطيطيًا
شواء يستخدم
مبدأ التوربينات الغازية
1903 - أنشأ النرويجي إيجيديوس جيلينج أول عمل
غاز
التوربينات المستخدمة
ضاغط دوار وتوربينات و
أنتج عملاً مفيدًا.

تتكون التوربينات الغازية من أقراص توربينية وضاغط هواء ،
شنت على عمود واحد. يعمل التوربين على النحو التالي: الهواء
يتم حقنه بواسطة الضاغط في غرفة الاحتراق في التوربين ، حيث يتم بعد ذلك
يتم حقن الوقود السائل. يحترق الخليط القابل للاشتعال بدرجة حرارة عالية
ارتفاع درجة الحرارة ، والغازات تتوسع ، والاندفاع
منفذ العادم ، على طول الطريق يسقطون على شفرات التوربينات و
أدخلهم في التناوب.

طلب
في الوقت الحاضر ، تستخدم التوربينات الغازية باعتبارها التوربينات الرئيسية
محركات النقل البحري.
في بعض الحالات ، يتم استخدام توربينات الغاز منخفضة الطاقة في
كمحرك للمضخات ومولدات الطاقة في حالات الطوارئ والمساعدة
زيادة الضواغط ، إلخ.
تحظى توربينات الغاز بأهمية خاصة باعتبارها المحركات الرئيسية لـ
القوارب المائية والحوامات.
كما تستخدم توربينات الغاز في القاطرات والصهاريج.

مزايا وعيوب التوربينات الغازية
المحركات
مزايا المحركات التوربينية الغازية
إمكانية الحصول على مزيد من البخار أثناء العملية (في
يختلف عن محرك المكبس)
بالاشتراك مع غلاية بخار وتوربينات بخارية ، كفاءة أعلى
مقارنة بمحرك مكبس. ومن ثم استخدامها في
محطات توليد الطاقة.
تتحرك في اتجاه واحد فقط ، بأقل من ذلك بكثير
الاهتزاز ، على عكس محرك المكبس.
أجزاء متحركة أقل من محرك المكبس.
انبعاثات أقل بكثير من المواد الضارة مقارنة بـ
محركات مكبسية
انخفاض تكلفة واستهلاك زيت التشحيم.

عيوب المحركات التوربينية الغازية
التكلفة أعلى بكثير من تكلفة المكبس ذي الحجم المماثل
المحركات ، لأن المواد المستخدمة في التوربين يجب أن تحتوي على
مقاومة عالية للحرارة ومقاومة للحرارة ، وكذلك عالية النوعية
قوة. عمليات الآلة هي أيضا أكثر تعقيدا ؛
في أي طريقة تشغيل ، لديهم كفاءة أقل من المكبس
المحركات. يتطلب توربينات بخارية إضافية للتعزيز
نجاعة.
انخفاض الكفاءة الميكانيكية والكهربائية (استهلاك الغاز أكثر من
1.5 مرة أكثر لكل 1 كيلوواط ساعة من الكهرباء مقارنة بالمكبس
محرك)
انخفاض حاد في الكفاءة عند الأحمال المنخفضة (على عكس المكبس
محرك)
ضرورة استخدام الغاز عالي الضغط الذي
يستلزم استخدام الضواغط الداعمة مع
استهلاك إضافي للطاقة وانخفاض في الكفاءة الكلية
الأنظمة.

التوربينات البخارية (توربينات من خط التوربين العمودي ، الدوران) هي محرك حراري مستمر ، في جهاز الشفرة يتم تحويل الطاقة الكامنة لبخار الماء المضغوط والمسخن إلى طاقة حركية ، والتي تقوم بدورها بعمل ميكانيكي على الفتحة.

يتكون التوربين من ثلاث أسطوانات (أسطوانة الضغط العالي ، وأسطوانة الضغط العالي ، وأسطوانة الضغط المنخفض) ، والنصفان السفليان من أجسامهما مخصصان 39 و 24 و 18 على التوالي. وتتكون كل أسطوانة من الجزء الثابت ، وهو العنصر الرئيسي منها جسم ثابت ودوار دوار. يتم توصيل الدوارات المنفصلة للأسطوانات (دوار أسطوانة الضغط العالي 47 ، الدوار 5 TsSD ودوار LPC 11) بشكل صارم عن طريق أدوات التوصيل 31 و 21. متصل بها. تسمى سلسلة من الدوارات المنفصلة المجمعة للأسطوانات والمولد والمثير خط العمود. يمكن أن يصل طوله مع عدد كبير من الأسطوانات (وأكبر عدد في التوربينات الحديثة هو 5) إلى 80 مترًا.

مبدأ التشغيل تعمل التوربينات البخارية على النحو التالي: البخار المتولد في غلاية البخار ، تحت ضغط عالٍ ، يدخل إلى ريش التوربينات. يدور التوربين ويولد طاقة ميكانيكية يستخدمها المولد. المولد ينتج الكهرباء. تعتمد الطاقة الكهربائية للتوربينات البخارية على فرق الضغط بين البخار عند مدخل ومخرج المحطة. تصل قوة التوربينات البخارية للمنشأة الواحدة إلى 1000 ميجاوات. اعتمادًا على طبيعة العملية الحرارية ، يتم تقسيم التوربينات البخارية إلى ثلاث مجموعات: التكثيف والتدفئة والتوربينات ذات الأغراض الخاصة. وفقًا لنوع مراحل التوربينات ، يتم تصنيفها على أنها نشطة ومتفاعلة.

التوربينات البخارية - المزايا يمكن تشغيل التوربينات البخارية على أنواع مختلفة من الوقود: التشغيل الغازي والسائلي والصلب للتوربينات البخارية ممكن على أنواع مختلفة من الوقود: مصدر مثير للإعجاب من الغاز والسائل والصلب للتوربينات البخارية مورد مثير للإعجاب للتوربينات البخارية

التوربينات البخارية - عيوب القصور الذاتي العالي للمحطات البخارية (أوقات بدء التشغيل والتوقف الطويلة) القصور الذاتي العالي للمحطات البخارية (أوقات بدء وإيقاف طويلة) ارتفاع تكلفة التوربينات البخارية ارتفاع تكلفة التوربينات البخارية انخفاض حجم الكهرباء المنتجة ، فيما يتعلق بحجم الطاقة الحرارية انخفاض حجم الكهرباء المنتجة ، بما يتناسب مع حجم الطاقة الحرارية.إصلاحات باهظة للتوربينات البخارية. زيوت الوقود والوقود الصلب

التطبيق: تم استخدام التوربينات البخارية النفاثة Parsons لفترة من الوقت بشكل أساسي على السفن الحربية ، ولكنها أفسحت المجال تدريجيًا لتوربينات بخارية نشطة تفاعلية مدمجة أكثر إحكاما ، حيث تم استبدال الجزء التفاعلي عالي الضغط بقرص نشط مفرد أو مزدوج التاج. نتيجة لذلك ، انخفضت الخسائر بسبب تسرب البخار من خلال الفجوات في جهاز الشفرة ، وأصبح التوربين أبسط وأكثر اقتصادا. اعتمادًا على طبيعة العملية الحرارية ، يتم عادةً تقسيم التوربينات البخارية إلى 3 مجموعات رئيسية: التكثيف ، والتوليد المشترك ، والأغراض الخاصة.

المزايا الرئيسية لـ PTM: نطاق طاقة واسع ؛ زيادة (بمقدار 1.2-1.3 مرة) الكفاءة الداخلية (~ 75٪) ؛ تقليل طول التثبيت بشكل كبير (حتى 3 مرات) ؛ تكاليف رأسمالية منخفضة للتركيب والتشغيل ؛ عدم وجود نظام إمداد بالزيت يضمن السلامة من الحرائق ويسمح بالتشغيل في غرفة الغلاية ؛ عدم وجود علبة تروس بين التوربين وآلية الدفع ، مما يزيد من موثوقية التشغيل ويقلل من مستوى الضوضاء ؛ التنظيم السلس لسرعة دوران العمود من التباطؤ إلى حمل محطة التوربينات ؛ مستوى ضوضاء منخفض (حتى 70 ديسيبل) ؛ الجاذبية النوعية المنخفضة (حتى 6 كجم / كيلوواط من الطاقة المركبة) عمر خدمة مرتفع. مدة تشغيل التوربين قبل إيقاف التشغيل 40 سنة على الأقل. مع الاستخدام الموسمي للتوربين ، لا تتجاوز فترة الاسترداد 3 سنوات.

يُقارن المولد الكهربائي التوربيني القائم على التوربينات البخارية من نوع PTM بشكل إيجابي مع مصادر الطاقة الأخرى نظرًا لزيادة الكفاءة الداخلية وعمر الخدمة الطويل والأبعاد الصغيرة والتحكم السلس في مجموعة واسعة من الأحمال ونقص نظام إمداد الزيت وسهولة التركيب .

عرِّف الطلاب
مع الجهاز والمبدأ
تشغيل التوربينات البخارية.
تقديم مفهوم الكفاءة الحرارية
محرك.
تحديد المشاكل
حماية البيئة.

الأهداف:

هذا محرك حراري مستمر يتم فيه تحويل الطاقة الكامنة لبخار الماء المضغوط والمسخن إلى طاقة حركية ، والتي تؤدي بدورها عملاً ميكانيكيًا على العمود.

توربو (لات.) - زوبعة منتصف القرن التاسع عشر

التوربينات

بخار

غاز

مخطط توربينات البخار

1 - فوهة
2 - ريش
3 - بخار
4 - قرص
5 - رمح

طلب:

يتم استخدامه كمحرك لمولد كهربائي في محطات الطاقة الحرارية والنووية والمائية ، كمحركات في النقل البحري والبري والجوي ، كجزء لا يتجزأ من ناقل الحركة الهيدروديناميكي.
جهاز مشابه للتوربين ، ولكن به محرك لتدوير الشفرات من عمود - ضاغط أو مضخة.
تقع أقوى محطة طاقة في العالم في أمريكا الجنوبيةعلى نهر بارانا. تولد توربيناتها الـ 18 12600 مليون واط / ساعة من الكهرباء.

أوجه القصور في العمل
توربينات البخار

لا يمكن أن تختلف سرعة الدوران على نطاق واسع
بداية طويلة ووقت توقف
ارتفاع تكلفة التوربينات البخارية
انخفاض حجم الكهرباء المنتجة بالنسبة لحجم الطاقة الحرارية.

فوائد
الشغل
توربينات البخار

يحدث الدوران في اتجاه واحد ؛
لا توجد صدمات ، كما هو الحال أثناء تشغيل المكبس
يمكن تشغيل التوربينات البخارية على أنواع مختلفة من الوقود: غازي ، سائل ، صلب
قوة وحدة عالية

هيئة العمل

سخان

ثلاجة

أ ن \ u003d Q1-Q2

صيغة الكفاءة

ا ف ب - عمل مفيد.
Q1 - مقدار الحرارة ،
وردت من المدفأة
Q2 - مقدار الحرارة
تعطى للثلاجة.

عامل الكفاءة (COP)

لا يمكن أن تكون أكثر من 1 (أو 100٪)
كفاءة المحرك البخاري ≈ 8-12٪
توربينات بخارية أو غازية> 30٪
الجليد ≈ 20-40٪

طرق زيادة الكفاءة
توربينات البخار

1) إنشاء عزل حراري مثالي للغلاية ؛
2) ارتفاع درجة حرارة الغلاية وزيادة ضغط البخار

مشاكل بيئية

ارتفاع متوسط درجة حرارة الغلاف الجوي
تغير المناخ
تشكيل "تأثير الاحتباس الحراري"
اختفاء أنواع معينةالحيوانات والطيور والنباتات
هطول الأمطار الحمضية

مصادر طاقه بديله

محركات الحرارة:
25.5 مليار طن من أكاسيد الكربون
190 مليون طن من أكاسيد الكبريت
65 مليون طن من أكاسيد النيتروجين
1.4 مليون طن من الكلوروفلوروكربون
الرصاص والكادميوم والنحاس والنيكل ، إلخ.

طاقة شمسية
كهرباء
طاقة المجال المغناطيسي
طاقة الرياح

صممه غوستاف دي لافال

في عام 1883 ، تمكن السويدي غوستاف دي لافال من التغلب على العديد من الصعوبات وإنشاء أول توربين بخاري يعمل. قبل بضع سنوات ، حصل لافال على براءة اختراع لفاصل الحليب. من أجل تفعيلها ، كانت هناك حاجة إلى محرك عالي السرعة. لم يكن أي من المحركات الموجودة آنذاك يرضي المهمة. كان لافال مقتنعًا بأن التوربينات البخارية فقط هي التي يمكن أن تمنحه سرعة الدوران اللازمة. بدأ العمل على تصميمه وحقق في النهاية ما يريد.

من التاريخ

كانت توربين لافال عبارة عن عجلة ضوئية ، يتم تحفيز البخار على شفراتها من خلال عدة فوهات مثبتة بزاوية حادة.
في عام 1889 ، قام لافال بتحسين اختراعه بشكل كبير عن طريق إضافة موسعات مخروطية إلى الفتحات. أدى هذا إلى زيادة كفاءة التوربين بشكل كبير وتحويله إلى محرك عالمي.

صممه تشارلز بارسونز

في عام 1884 ، حصل المهندس الإنجليزي تشارلز بارسونز على براءة اختراع لتوربينات نفاثة متعددة المراحل ، اخترعها خصيصًا لتشغيل مولد كهربائي.
في عام 1885 ، صمم توربينًا نفاثًا متعدد المراحل ، والذي أصبح فيما بعد مستخدمًا على نطاق واسع في محطات الطاقة الحرارية.

الواجب المنزلي: