Презентация на тему "паровая турбина". Презентация "история изобретения паровой турбины" Возможности увеличения мощности паровой турбины

Слайд 2

Парова́я турби́на (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.

Слайд 3

Турбина состоит из трех цилиндров (ЦВД, ЦСД и ЦНД), нижние половины корпусов которых обозначены соответственно 39, 24 и18. 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 турбинах - 5) может достигать 80 м. Устройство двигателя

Слайд 4

Принцип работы

Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает на лопатки турбины. 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. В зависимости от характера теплового процесса паровые турбины подразделяются на три группы: конденсационные, теплофикационные и турбины специального назначения. По типу ступеней турбин они классифицируются как активные и реактивные.

Слайд 5

Слайд 6

Паровые турбины - преимущества

работа паровых турбин возможна на различных видах топлива: газообразное, жидкое, твердое высокая единичная мощность свободный выбор теплоносителя широкий диапазон мощностей внушительный ресурс паровых турбин

Слайд 7

Паровые турбины - недостатки

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

Слайд 8

Применение:

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

Слайд 9

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 турбиной 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/кВт установленной мощности) Высокий ресурс. Время работы турбины до вывода из эксплуатации не менее 40 лет. При сезонном использовании турбоустановки срок окупаемости не превышает 3 лет.

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.

• 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:

• § 23, 24;
• карточки,
• подготовиться к контрольной работе

Предмет Физика

Класс 8 а класс

Урок по теме «Паровая турбина. Газовая турбина. КПД теплового двигателя. Экологические проблемы использования тепловых машин.

Базовый учебник А.В. Перышкин Физика 8; М.: Дрофа

Цель урока:

Обучающие

обеспечить в ходе урока изучение устройства, принципа действия паровой и реактивной турбины;

сформировать у учащихся понятия КПД теплового двигателя и рассмотреть пути его повышения;

раскрыть роль и значение ТД в современной цивилизации

содействовать умению проводить сравнение КПД реального и идеального теплового двигателя;

показать положительную и отрицательную роль тепловых двигателей в жизни человека.

Развивающие

продолжить развитие умения анализировать, выделять главное в изучаемом материале, сравнивать, систематизировать и делать выводы;

развитие кругозора учащихся и получению ими новых естественнонаучных знаний

Воспитательные

продолжить формирование научного мировоззрения и показать, что в основе познания лежать факты, полученные из опыта, показать бесконечность процесса познания;

Тип урока: Комбинированный

Формы работы учащихся: индивидуальная и коллективная, наблюдения.

Необходимое техническое оборудование: компьютер, проектор

Структура и ход урока

1. Организационный этап.

* проверка наличия учащихся в классе;

* напоминание ТБ работы в кабинете;

* доброжелательный настрой учителя и учащихся;

* организация внимания всех учащихся;

* сообщение темы и задач урока.

2. Этап актуализации опорных знаний:

Фронтальная беседа по вопросам:

1) Какой двигатель называется двигателем внутреннего сгорания?

2) Из каких основных частей состоит простейший двигатель внутреннего сгорания?

3) Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе внутреннего сгорания?

3. Этап изучения нового материала.

1. Постановка цели урока.

2. Изучение понятий «паровая турбина» «газовая турбина», «КПД теплового двигателя», влияние тепловых двигателей на окружающую среду

ПАРОВАЯ ТУРБИНА

«На предыдущих уроках мы познакомились с двигателем внутреннего сгорания. Сегодня познакомимся еще с одним видом двигателя, в котором пар или газ, нагретый до высокой температуры вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала»
(смотрим слайд 4 «Модель паровой турбины»)

Комментарии к демонстрации:

пар создавая давление на лопасти турбины заставляет ее вращаться вместе с валом, на котором она расположена и поднимать грузик, закрепленный на нити

(смотрим слайд 5 «Паровая турбина»)

Практическое использование этот процесс получил широкое применение в энергетической отрасли

(смотрим слайд 6 «Работа тепловой электростанции») .

Комментарии к слайду.

Принцип действия ТЭЦ:

Турбина — генератор — электрический ток

другие применения паровых турбин:

ГАЗОВАЯ ТУРБИНА

Пример двигателя, в котором газ нагретый до высокой температуры вращает вал двигателя (смотрим слайд 7 «Реактивный двигатель») :

Комментарии:

При работе турбины ротор компрессора вращается и засасывает воздух через входное сопло . Воздух, пройдя через ряд лопастей компрессора, сжимается, его давление и температура повышаются. Сжатый воздух поступает в камеры сгорания . Одновременно через форсунку в нее впрыскивается под большим давлением жидкое топливо (керосин, мазут). При горении топлива воздух нагревается до 1500-2200 0 С. Воздух расширяется и скорость его движения увеличивается. Движущиеся с большой скоростью воздух и продукты горения направляются в газовую турбину . Переходя от ступени к ступени они отдают свою кинетическую энергию лопаткам ротора турбины, при этом их температура уменьшается до 550 0 С. Часть полученной турбиной энергии расходуется на вращение компрессора, а остальная используется, например, для вращения винта самолета или ротора электрического генератора. Отработавший воздух вместе с продуктами сгорания при давлении, близком к атмосферному, и со скоростью более 500 м/с выбрасываются через выходное сопло в атмосферу.

Применение в авиации, энергетике и др.

КПД ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

Смотрим слайд 8 «КПД тепловых двигателей»

определение КПДСмотрим слайд 9 «Значения КПД различных тепловых двигателей» -

проговариваем типы двигателей и КПД двигателей

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

способы уменьшения вредного воздействия на окружающую среду:

смотрим интерактивную лекцию «Экологические проблемы использования тепловых машин»

Смотрим слайд 10 «Это интересно...»

Интересный факт!

Сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. В атмосфере Земли в настоящее время содержится около 2600 млрд. т углекислого газа (около 0,0033 %). До периода бурного развития энергетики и транспорта количество углекислого газа, поглощаемого при фотосинтезе растениями и растворяемого в океане, было равно количеству газа, выделяемого при дыхании и гниении. В последние десятилетия этот баланс все в большей степени стал нарушаться. В настоящее время за счет сжигания угля, нефти и газа в атмосферу Земли ежегодно поступает дополнительно около 20 млрд. т углекислого газа.

Смотрим слайд 11 «Экологические проблемы»

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.

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.

Паровая турбина представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подается на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора. Паровая турбина представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подается на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора.

Разновидности паровых машин. Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Примерно 86% электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин. Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Примерно 86% электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.

Энергию, скрытую в органическом топливе-угле, нефти или природном газе, невозможно сразу получить в виде электричества. Топливо сначала сжигают. Выделяющаяся энергия сначала нагревает воду, превращает ее в пар. Пар вращает турбину, а та в свою очередь электрический генератор, который вырабатывает ток. Энергию, скрытую в органическом топливе-угле, нефти или природном газе, невозможно сразу получить в виде электричества. Топливо сначала сжигают. Выделяющаяся энергия сначала нагревает воду, превращает ее в пар. Пар вращает турбину, а та в свою очередь электрический генератор, который вырабатывает ток.

Cудовые паровые турбины В нашей стране строят паровые турбины мощностью от нескольких киловатт до к Вт. Применяют турбины на тепловых электростанциях и на кораблях. Постепенно находят все более широкое применение газовые турбины, в которых вместо пара используют продукты сгорания газа. В нашей стране строят паровые турбины мощностью от нескольких киловатт до к Вт. Применяют турбины на тепловых электростанциях и на кораблях. Постепенно находят все более широкое применение газовые турбины, в которых вместо пара используют продукты сгорания газа.