Progrese în prezentarea tehnologiei turbinelor cu abur. Prezentarea „istoria inventării turbinei cu abur”

Istoria creației

turbine

O turbină este un dispozitiv rotativ care este antrenat de fluxul unui lichid sau gaz.

Cel mai simplu exemplu de turbină este o roată cu apă.

Imaginați-vă o roată așezată vertical, pe marginea căreia sunt fixate linguri sau lame. Pe aceste lame se toarnă un jet de apă de sus. Sub influența apei, roata se rotește. Și prin rotirea roții pot fi activate și alte mecanisme. Deci, într-o moară cu apă, roata învârtea pietrele de moară. Și măcinau făina.

• Eolipylus Gerona

Pe vremea lui Heron, invenția sa era tratată ca o jucărie. Nu și-a găsit aplicație practică.

În 1629, inginerul și arhitectul italian Giovanni Branchi a creat o turbină cu abur în care o roată cu palete era pusă în mișcare de un curent de abur.

În 1815, inginerul englez Richard Treiswick a instalat două duze pe janta unei roți de locomotivă și a lăsat aburii prin ele.

Între 1864 și 1884, sute de invenții ale turbinelor au fost brevetate de ingineri.

O turbină cu gaz diferă de o turbină cu abur prin aceea că este antrenată nu de aburul dintr-un cazan, ci de un gaz care se formează în timpul arderii combustibilului. Și toate principiile de bază ale turbinelor cu abur și cu gaz sunt aceleași.

Primul brevet pentru o turbină cu gaz a fost obținut în 1791 de englezul John Barber. Barber și-a proiectat turbina pentru a propulsa o căruță fără cai. Și elemente ale turbinei Barber sunt prezente în turbinele cu gaz moderne. În 1913, inginerul, fizicianul și inventatorul Nikola Tesla a brevetat o turbină, al cărei design era fundamental diferit de cel al unei turbine tradiționale. Turbina Tesla nu avea pale care erau antrenate de energia aburului sau a gazului.

Asta e tot

Silaev Platon,
Goncharova Valeria
8"M" Scoala №188

Ce?

Turbina este o mașină cu lame în care
are loc o transformare a cineticii
energia și/sau energia internă a lucrătorului
corpuri (abur, gaz, apă) în lucru mecanic
pe ax.

Turbină cu abur.

Turbina cu abur reprezintă
o tobă sau o serie
discuri rotative,
fixate pe o singură axă, lor
numit rotorul turbinei și
o serie de alternând cu ele
discuri fixe,
fixat pe bază
numit stator.

Istoria invenției turbinelor

În inima turbinei cu abur
există două principii ale creaţiei
forțe asupra rotorului, cunoscute din
timpuri străvechi, reactive şi
activ. În mașina lui Branque
construit în 1629, jet
cuplu pus în mișcare
roată asemănătoare unei roți
moara de apa.

Turbină cu abur Parsons

Parsons a conectat turbina cu abur
cu generator electric
energie. Cu o turbină
a devenit posibil să se dezvolte
electricitate și a crescut
interes public în domeniul termic
turbine. În urma a 15 ani de cercetare, el a creat
cel mai perfect din punct de vedere al
uneori o turbină cu reacție.

Aplicații cu turbine cu abur

Turbine cu abur

Primul precursor al modernului
turbinele cu abur pot fi considerate o jucărie
motor, care a fost inventat în secolul al II-lea. inainte de. ANUNȚ
savantul alexandrin Heron. Primul
precursor al aburului modern
turbinele pot fi considerate un motor de jucărie,
care a fost inventat în secolul al II-lea. inainte de. ANUNȚ
savantul alexandrin Heron.

Primul proiect de turbină

În 1629, italianul Branca a creat un design pentru o roată cu lame. Ar trebui
trebuia să se rotească dacă jetul de abur lovește cu forță paletele roții.
A fost primul proiect de turbină cu abur, care a primit ulterior
numele turbinei active. În 1629, italianul Branca a creat un proiect
roți cu zbaturi. A trebuit să se rotească dacă jetul de abur cu forță
lovind lamele roții. A fost primul proiect de turbină cu abur
care mai târziu a devenit cunoscută drept turbina activă. Aburi
fluxul în aceste turbine cu abur timpurii nu era concentrat și
cea mai mare parte a energiei sale a fost disipată în toate direcţiile, ceea ce
a dus la pierderi semnificative de energie. Fluxul de abur în aceste timpurii
turbinele cu abur nu a fost concentrată, iar cea mai mare parte a acesteia
energia este disipată în toate direcțiile, rezultând
pierderi semnificative de energie.

Încercările de a crea o turbină

Încercările de a crea mecanisme similare cu turbinele au fost făcute de foarte mult timp.
Este cunoscută o descriere a unei turbine cu abur primitive realizate de Heron.
Alexandria (secolul I d.Hr.). Potrivit lui I. V. Linde, secolul al XIX-lea a dat naștere
„o mulțime de proiecte” care s-au oprit înainte de „material
dificultăți în implementarea lor. Abia la sfârșitul secolului al XIX-lea, când
dezvoltarea termodinamicii (creșterea eficienței turbinelor la comparabil cu
mașină cu piston), inginerie mecanică și metalurgie (creștere
rezistenţa materialelor şi precizia de fabricaţie necesare pentru
crearea de roți de mare viteză), Gustaf Laval (Suedia) și Charles
Parsons (Marea Britanie) creat independent adecvat
turbine cu abur pentru industrie.

Prima turbină cu abur

Prima turbină cu abur a fost creată de inventatorul suedez Gustaf Laval. De
una dintre versiuni, Laval a creat-o pentru a duce la
actionmilk separator de design propriu. Pentru asta a fost necesar
unitatea de viteză. Motoarele de atunci nu asigurau suficient
frecventa de rotatie. Singura cale de ieșire a fost proiectarea
turbină de mare viteză. Ca fluid de lucru, Laval a ales pe scară largă
abur folosit la acea vreme. Inventatorul a început să lucreze la a lui
proiectat și în cele din urmă asamblat un dispozitiv funcțional. În 1889
an, Laval a completat duzele turbinei cu expansoare conice, deci
a apărut faimoasa duză Laval, care a devenit progenitoarea viitorului
duze pentru rachete. Turbina Laval a reprezentat o descoperire în inginerie. Suficient
imaginați-vă sarcinile pe care rotorul le-a experimentat în ea pentru a
să înțeleagă cât de greu a fost pentru inventator să realizeze funcționare stabilă turbine.
La viteze uriașe ale roții turbinei, chiar și o mică schimbare în interior
centrul de greutate a cauzat vibrații puternice și suprasarcină a rulmenților.
Pentru a evita acest lucru, Laval a folosit o axă subțire, care, atunci când este rotită
s-ar putea îndoi.

Turbinele cu abur sunt instalate pe puternice
centrale electrice și mari
navelor.
Pentru ca un motor cu abur să funcționeze,
o serie de mașini și dispozitive auxiliare.
Toate acestea împreună se numesc
centrala electrica cu abur.

Rotor cu palete
- mobil
parte a turbinei.
Stator cu duze
- nemişcat
parte.

Eficiența motoarelor termice:

Aburi
mașină 8-12%
gheata 20-40%
Aburi
turbină
20-40%
Motorină
30-36%

neajunsuri ale muncii
turbină cu abur
Beneficii
funcţionarea turbinei cu abur
viteza de rotație nu este
se poate schimba în
gamă largă
pentru mult timpîncepe și
se opreste
cost ridicat al aburului
turbine
volum mic
produs
electricitate, în
raport cu
volumul de termică en.
rotația are loc în
O singura directie;
dispărut
zguduiri ca la serviciu
piston
operare cu abur
turbine este posibilă
tipuri variate
combustibil: gazos,
lichid, solid
single înalt
putere

turbina de gaz
O turbină cu gaz este un motor termic continuu
acțiune care transformă energia gazului în mecanică
lucru la arborele unei turbine cu gaz. Spre deosebire de piston
motor, în procesele unui motor cu turbină cu gaz
apar într-un flux de gaz în mișcare. Calitatea gazului
turbina se caracterizează prin eficiență, adică
raportul dintre munca îndepărtată de pe arbore și cea disponibilă
energie gazoasă înaintea turbinei
Poveste
creare
1500 - Leonardo da Vinci a desenat o diagramă
gratar care foloseste
principiul turbinei cu gaz
1903 - Norvegianul Aegidius Jelling a creat prima lucrare
gaz
turbina care a folosit
compresor rotativ și turbină și
a produs o muncă utilă.

O turbină cu gaz este formată din discuri de turbină și un compresor,
montat pe un ax. Turbina funcționează astfel: aer
este injectat de compresor în camera de ardere a turbinei, unde apoi
se injectează combustibil lichid. Amestecul combustibil arde la foarte
temperatură ridicată, gazele se extind, se grăbesc să
orificiul de evacuare, pe parcurs cad pe paletele turbinei si
aduceți-le în rotație.

Aplicație
În prezent, turbinele cu gaz sunt utilizate ca principale
motoare de transport maritim.
În unele cazuri, se folosesc turbine cu gaz de putere mică
ca antrenare pentru pompe, generatoare de energie de urgență, auxiliare
compresoare boost etc.
De interes deosebit sunt turbinele cu gaz ca principale motoare pt
hidrofoile și aeroglisor.
Turbinele cu gaz sunt folosite și în locomotive și rezervoare.

Avantajele și dezavantajele turbinei cu gaz
motoare
Avantajele motoarelor cu turbine cu gaz
Posibilitatea de a obține mai mult abur în timpul funcționării (în
diferit de motorul cu piston)
În combinație cu un cazan cu abur și o turbină cu abur, eficiență mai mare
comparativ cu un motor cu piston. De aici utilizarea lor în
centrale electrice.
Deplasarea într-o singură direcție, cu mult mai puțin
vibrații, spre deosebire de un motor cu piston.
Mai puține piese în mișcare decât un motor cu piston.
Emisii semnificativ mai mici de substanțe nocive în comparație cu
motoare cu piston
Cost redus și consum de ulei de lubrifiere.

Dezavantajele motoarelor cu turbine cu gaz
Costul este mult mai mare decât cel al pistonului de dimensiuni similare
motoare, întrucât materialele folosite în turbină trebuie să aibă
rezistență ridicată la căldură și rezistență la căldură, precum și specific ridicat
putere. Operațiunile mașinilor sunt, de asemenea, mai complexe;
În orice mod de funcționare, au o eficiență mai mică decât pistonul
motoare. Necesită o turbină cu abur suplimentară pentru a spori
eficienţă.
Eficiență mecanică și electrică scăzută (consum de gaz mai mare decât
De 1,5 ori mai mult la 1 kWh de energie electrică comparativ cu piston
motor)
O scădere bruscă a eficienței la sarcini mici (spre deosebire de piston
motor)
Necesitatea de a folosi gaz de înaltă presiune, care
necesită utilizarea compresoarelor booster cu
consum suplimentar de energie și o scădere a eficienței generale
sisteme.

O turbină cu abur (fr. turbină din lat. turbo vortex, rotație) este un motor termic continuu, în aparatul cu palete al căruia energia potențială a vaporilor de apă comprimați și încălziți este convertită în energie cinetică, care la rândul său efectuează lucrări mecanice asupra arborele.

Turbina este formată din trei cilindri (cilindru de înaltă presiune, cilindru de înaltă presiune și cilindru de joasă presiune), ale căror jumătăți inferioare ale corpurilor sunt desemnate 39, 24 și, respectiv, 18. Fiecare dintre cilindri este format dintr-un stator, elementul principal. dintre care este un corp fix și un rotor rotativ. Rotoarele individuale ale cilindrilor (rotorul cilindrului de înaltă presiune 47, rotorul TsSD 5 și rotorul LPC 11) sunt conectate rigid prin cuplajele 31 și 21. Semicuplajul rotorului generatorului electric este atașat la jumătatea cuplajului 12, iar rotorul excitator este conectat la acesta. Un lanț de rotoare separate asamblate de cilindri, un generator și un excitator se numește linie de arbore. Lungimea sa cu un număr mare de cilindri (și cel mai mare număr din turbinele moderne este de 5) poate ajunge la 80 m.

Principiul de funcționare Turbinele cu abur funcționează astfel: aburul generat în cazanul de abur, la presiune mare, pătrunde în paletele turbinei. Turbina se rotește și generează energie mecanică utilizată de generator. Generatorul produce energie electrică. Puterea electrică a turbinelor cu abur depinde de diferența de presiune dintre aburul la intrarea și la ieșirea din instalație. Puterea turbinelor cu abur dintr-o singură instalație ajunge la 1000 MW. În funcție de natura procesului termic, turbinele cu abur sunt împărțite în trei grupe: turbine de condensare, de încălzire și turbine cu destinație specială. În funcție de tipul de trepte ale turbinei, acestea sunt clasificate ca active și reactive.

Turbine cu abur - avantaje Funcționarea turbinelor cu abur este posibilă pe diverse tipuri de combustibil: gazos, lichid, solid funcționarea turbinelor cu abur este posibilă pe diverse tipuri de combustibil: gazos, lichid, solid resursă impresionantă a turbinelor cu abur resursă impresionantă a turbinelor cu abur

Turbine cu abur - dezavantaje inerție mare a centralelor cu abur (timpi mari de pornire și oprire) inerție mare a centralelor cu abur (timpi de pornire și oprire lungi) cost ridicat al turbinelor cu abur cost ridicat al turbinelor cu abur volum redus de energie electrică produsă, în raport cu volumul de energie termică volum redus de energie electrică produsă, în raport cu cantitatea de energie termică Reparație costisitoare a turbinelor cu abur Reparații costisitoare a turbinelor cu abur Performanță redusă de mediu, în cazul păcurelor grele și combustibililor solizi Performanță redusă a mediului, în cazul combustibililor grei păcură și combustibili solizi

Aplicație: Turbina cu abur cu reacție Parsons a fost de ceva timp folosită în principal pe navele de război, dar treptat a făcut loc unor turbine cu abur combinate activ-reactiv mai compacte, în care partea reactivă de înaltă presiune a fost înlocuită cu un disc activ cu o singură coroană sau cu două coroane. Ca urmare, pierderile datorate scurgerii de abur prin golurile din aparatul cu lame au scăzut, turbina a devenit mai simplă și mai economică. În funcție de natura procesului termic, turbinele cu abur sunt de obicei împărțite în 3 grupe principale: condensare, cogenerare și destinații speciale.

Principalele avantaje ale PTM: Gamă largă de putere; Creșterea (de 1,2-1,3 ori) eficiență internă (~75%); Lungimea de instalare redusă semnificativ (de până la 3 ori); Costuri de capital reduse pentru instalare și punere în funcțiune; Lipsa unui sistem de alimentare cu ulei, care sa asigure siguranta la foc si sa permita functionarea in camera cazanului; Absența unei cutii de viteze între turbină și mecanismul antrenat, care crește fiabilitatea funcționării și reduce nivelul de zgomot; Reglarea lină a vitezei de rotație a arborelui de la ralanti la sarcina instalației de turbine; Nivel scăzut de zgomot (până la 70 dBA); Greutate specifică scăzută (până la 6 kg / kW de putere instalată) Durată de viață mare. Durata de funcționare a turbinei înainte de dezafectare este de cel puțin 40 de ani. Cu utilizarea sezonieră a turbinei, perioada de rambursare nu depășește 3 ani.

Un generator turboelectric bazat pe o turbină cu abur de tip PTM se compară favorabil cu alte surse de energie datorită eficienței interne crescute, duratei de viață lungi, dimensiunilor mici, controlului fără probleme asupra unei game largi de sarcini, lipsei unui sistem de alimentare cu ulei și ușurinței instalării. .

• Prezentați elevii
• cu dispozitiv și principiu
• funcţionarea turbinei cu abur.
• Introduceți conceptul de eficiență termică
• motor.
• Identificați problemele
• protectia mediului.

• Obiective:

• acesta este un motor termic continuu în care energia potențială a vaporilor de apă comprimați și încălziți este convertită în energie cinetică, care la rândul său efectuează un lucru mecanic asupra arborelui.

Turbo (lat.) - vârtej de la mijlocul secolului al XIX-lea

• Turbine

• Aburi

• Gaz

Diagrama turbinei cu abur

• 1 - duză
• 2 - lame
• 3 - abur
• 4 - disc
• 5 - arbore

APLICARE:

• Este folosit ca motor pentru un generator electric în centrale termice, nucleare și hidroelectrice, ca motoare în transportul maritim, terestre și aerian, ca parte integrantă a unei transmisii hidrodinamice.
• Un dispozitiv asemănător cu o turbină, dar având o acționare pentru rotirea palelor dintr-un arbore - un compresor sau o pompă.
• Cea mai puternică centrală electrică din lume se află în America de Sud pe râul Parana. Cele 18 turbine ale sale generează 12.600 de milioane de wați/oră de electricitate.

• neajunsuri ale muncii
• turbină cu abur

• viteza de rotație nu poate fi variată pe scară largă
• timpi lungi de pornire și oprire
• costul ridicat al turbinelor cu abur
• volum redus de energie electrică produsă, în raport cu volumul de energie termică.

• Beneficii
• muncă
• turbină cu abur

• rotația are loc într-o singură direcție;
• nu există șocuri, ca în timpul funcționării pistonului
• funcționarea turbinelor cu abur este posibilă pe diverse tipuri de combustibil: gazos, lichid, solid
• putere mare a unității

• corp de lucru

• Încălzitor

• Frigider

• A n \u003d Q1-Q2

Formula de eficiență

• Ap - Munca utila;
• Q1 - Cantitatea de căldură,
• primit de la încălzitor;
• Q2 - Cantitatea de căldură
• dat la frigider.

Factorul de eficiență (COP)

• Nu poate fi mai mult de 1 (sau 100%)
• Eficiența motorului cu abur ≈ 8–12%
• Turbină cu abur sau cu gaz > 30%
• gheață ≈ 20-40%

• Modalități de creștere a eficienței
• turbină cu abur

• 1) realizarea unei izolații termice mai perfecte a cazanului;
• 2) o creștere a temperaturii în cazan, precum și o creștere a presiunii aburului

PROBLEME DE MEDIU

• Creșterea temperaturii medii atmosferice
• Schimbarea climei
• Formarea „efectului de seră”
• dispariție anumite tipuri animale, păsări, plante
• Ploi acide

Surse alternative de energie

• Motoare termice:
• 25,5 miliarde de tone de oxizi de carbon
• 190 de milioane de tone de oxizi de sulf
• 65 de milioane de tone de oxizi de azot
• 1,4 Mt CFC
• Plumb, cadmiu, cupru, nichel etc.

• energie solara
• Electricitate
• Energia câmpului magnetic
• Energie eoliana

Proiectat de Gustaf de Laval

• În 1883, suedezul Gustaf de Laval a reușit să depășească multe dificultăți și să creeze prima turbină cu abur funcțională. Cu câțiva ani mai devreme, Laval obținuse un brevet pentru un separator de lapte. Pentru a-l pune în acțiune, era nevoie de o unitate de viteză foarte mare. Niciunul dintre motoarele existente atunci nu a îndeplinit sarcina. Laval era convins că doar o turbină cu abur îi poate oferi viteza de rotație necesară. A început să lucreze la designul său și în cele din urmă a realizat ceea ce și-a dorit.

Din istorie

• Turbina Laval era o roată ușoară, pe paletele căreia era indus abur prin mai multe duze așezate într-un unghi ascuțit.
• În 1889, Laval și-a îmbunătățit semnificativ invenția prin adăugarea unor expandoare conice la duze. Acest lucru a crescut semnificativ eficiența turbinei și a transformat-o într-un motor universal.

Proiectat de Charles Parsons

• În 1884, inginerul englez Charles Parsons a primit un brevet pentru o turbină cu reacție în mai multe trepte, pe care a inventat-o ​​special pentru a conduce un generator electric.
• În 1885, a proiectat o turbină cu reacție în mai multe etape, care mai târziu a devenit utilizată pe scară largă în centralele termice.

Teme pentru acasă:

• § 23, 24;
• carduri,
• pregătiți-vă pentru test