Presentazione: la storia dell'invenzione della turbina a vapore. Turbina a vapore

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Una turbina a vapore (turbina francese dal latino turbo, vortice, rotazione) è un motore termico continuo, nel cui apparato a pale l'energia potenziale del vapore acqueo compresso e riscaldato viene convertita in energia cinetica, che a sua volta esegue lavoro meccanico sull'albero .

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La turbina è composta da tre cilindri (HPC, CSD e LPC), le metà inferiori degli alloggiamenti sono designate rispettivamente 39, 24 e 18. Ciascuno dei cilindri è costituito da uno statore, il cui elemento principale è un corpo stazionario e un rotore rotante. I rotori dei singoli cilindri (rotore HPC 47, rotore CSD 5 e rotore LPC 11) sono collegati rigidamente tramite giunti 31 e 21. La metà del giunto del rotore del generatore elettrico è collegata alla metà del giunto 12 e il rotore dell'eccitatrice è collegato ad esso . Una catena di rotori di cilindri individuali assemblati, un generatore e un eccitatore è chiamata linea d'albero. La sua lunghezza con un gran numero di cilindri (e il numero maggiore nelle turbine moderne è 5) può raggiungere gli 80 m

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Principio di funzionamento

Turbine a vapore Funzionano come segue: il vapore generato nella caldaia a vapore, ad alta pressione, entra nelle pale della turbina. La turbina ruota e produce energia meccanica che viene utilizzata dal generatore. Il generatore produce elettricità. La potenza elettrica delle turbine a vapore dipende dalla differenza di pressione del vapore all'ingresso e all'uscita dell'impianto. La potenza delle turbine a vapore in una singola installazione raggiunge i 1000 MW. A seconda della natura del processo termico, le turbine a vapore si dividono in tre gruppi: turbine di condensazione, di riscaldamento e turbine per scopi speciali. In base alla tipologia degli stadi della turbina vengono classificati in attivi e reattivi.

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Turbine a vapore - vantaggi

è possibile il funzionamento delle turbine a vapore vari tipi combustibili: gassosi, liquidi, solidi elevata potenza unitaria libera scelta del refrigerante ampio range di potenza eccezionale durata delle turbine a vapore

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Turbine a vapore - svantaggi

elevata inerzia impianti a vapore(lunghi tempi di avviamento e spegnimento) elevato costo delle turbine a vapore basso volume di energia elettrica prodotta in rapporto al volume di energia termica costose riparazioni delle turbine a vapore ridotte prestazioni ambientali nel caso di utilizzo di oli combustibili pesanti e combustibile solido

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Applicazione:

La turbina a vapore a reazione Parsons venne utilizzata per un certo periodo soprattutto sulle navi da guerra, ma lasciò gradualmente il posto a turbine a vapore combinate a reazione attiva più compatte, in cui la parte di reazione ad alta pressione è sostituita da un disco attivo a singola o doppia corona. Di conseguenza, le perdite dovute alla perdita di vapore attraverso le fessure dell'apparato a pale sono diminuite, la turbina è diventata più semplice ed economica. A seconda della natura del processo termico, le turbine a vapore sono generalmente divise in 3 gruppi principali: condensazione, riscaldamento e usi speciali.

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Principali vantaggi del PTM:

Ampia gamma di potenze; Efficienza interna aumentata (1,2-1,3 volte) (~75%); Lunghezza di installazione notevolmente ridotta (fino a 3 volte); Bassi costi di capitale per l'installazione e la messa in servizio; Mancanza di un sistema di alimentazione dell'olio, che garantisca la sicurezza antincendio e consenta il funzionamento nel locale caldaia; L'assenza di un cambio tra la turbina e il meccanismo condotto, che aumenta l'affidabilità operativa e riduce i livelli di rumore; Controllo regolare della velocità di rotazione dell'albero dal minimo al carico della turbina; Basso livello di rumore (fino a 70 dBA); Basso peso specifico (fino a 6 kg/kW di potenza installata) Lunga durata. Il tempo di funzionamento della turbina prima dello smantellamento è di almeno 40 anni. Quando si utilizza stagionalmente un'unità turbina, il periodo di ammortamento non supera i 3 anni.

Silaev Platon,
Goncharova Valeria
8Scuola "M" n. 188

Che è successo?

La turbina è una macchina a pale in cui
c'è una trasformazione della cinetica
energia e/o energia interna del lavoratore
corpi (vapore, gas, acqua) in lavoro meccanico
sull'albero.

Turbina a vapore.

Presenta la turbina a vapore
è un tamburo o una serie
dischi rotanti,
fissati su un unico asse, loro
chiamato il rotore della turbina, e
una serie di alternanze con loro
dischi fissi,
fissato alla base,
chiamato statore.

Storia dell'invenzione delle turbine

La base del funzionamento di una turbina a vapore
ci sono due principi di creazione
forze sul rotore, note da
tempi antichi, reattivi e
attivo. Nell'auto di Branke,
costruito nel 1629, il getto
la coppia si mise in moto
ruota simile a una ruota
mulino ad acqua.

Turbina a vapore Parsons

Parsons collegò una turbina a vapore
con generatore elettrico
energia. Utilizzando una turbina
è diventato possibile svilupparsi
elettricità, ed è aumentata
interesse pubblico per le terme
turbine. Come risultato di 15 anni di ricerca, ha creato
il più avanzato in termini di argomenti
a volte una turbina a reazione.

Applicazioni delle turbine a vapore

Turbine a vapore

Il primo predecessore del moderno
le turbine a vapore possono essere considerate un giocattolo
motore, inventato nel II secolo. A. A.D
Lo scienziato alessandrino Heron. Primo
precursore delle moderne macchine a vapore
le turbine possono essere considerate un motore giocattolo,
che è stato inventato nel II secolo. A. A.D
Lo scienziato alessandrino Heron.

Primo progetto di turbina

Nel 1629 l'italiano Branca creò un progetto per una ruota con lame. Dovrebbe
doveva ruotare se un getto di vapore colpiva con forza le pale della ruota.
Questo fu il primo progetto di una turbina a vapore, successivamente ricevuto
nome della turbina attiva. Nel 1629 l'italiano Branca realizzò il progetto
ruote con lame. Avrebbe dovuto ruotare il getto di vapore con forza
colpisce le pale delle ruote. Questo è stato il primo progetto di turbina a vapore,
che in seguito divenne nota come turbina attiva. Vapore
il flusso in queste prime turbine a vapore non era concentrato e
la maggior parte della sua energia è stata dissipata in tutte le direzioni, il che
comportava notevoli perdite di energia. Flusso di vapore in questi primi
le turbine a vapore non erano concentrate, e la maggior parte di esse
l'energia è stata dissipata in tutte le direzioni, il che ha portato a
notevoli perdite di energia.

Tentativi di creare una turbina

I tentativi di creare meccanismi simili alle turbine sono stati fatti per molto tempo.
È nota la descrizione di una primitiva turbina a vapore realizzata da Heron.
Alessandrino (I secolo d.C.). Secondo I. V. Linde, il 19 ° secolo ha dato i natali
“Molti progetti” che si fermavano prima del “materiale”.
difficoltà" nella loro attuazione. Solo alla fine del XIX secolo, quando
sviluppo della termodinamica (aumento dell’efficienza delle turbine a livelli comparabili
macchina a pistoni), ingegneria meccanica e metallurgia (in aumento
resistenza dei materiali e precisione di fabbricazione richiesta per
creazione di ruote ad alta velocità), Gustaf Laval (Svezia) e Charles
Parsons (Gran Bretagna) ha creato indipendentemente un adatto
turbine a vapore per l'industria.

Prima turbina a vapore

La prima turbina a vapore fu creata dall'inventore svedese Gustaf Laval. Di
una delle versioni, Laval l'ha creata per portarla
separatore di latte ad azione di propria progettazione. Per questo era necessario
azionamento ad alta velocità. I motori di quel tempo non fornivano abbastanza
velocità di rotazione. L’unica via d’uscita era progettare
turbina ad alta velocità. Laval ha ampiamente scelto come fluido di lavoro
vapore utilizzato in quel momento. L'inventore iniziò a lavorare sul suo
progettare ed infine assemblare un dispositivo funzionante. Nel 1889
anno, Laval ha integrato gli ugelli delle turbine con espansori conici
apparve il famoso ugello Laval, che divenne il progenitore del futuro
ugelli per razzi. La turbina Laval è stata una svolta nel campo dell'ingegneria. Abbastanza
immagina i carichi che la girante ha subito in ordine
capire quanto sia stato difficile per l'inventore ottenere un funzionamento stabile della turbina.
A velocità enormi della girante della turbina, anche un leggero spostamento entra
baricentro ha causato forti vibrazioni e sovraccarico dei cuscinetti.
Per evitare ciò, Laval ha utilizzato un asse sottile che, quando ruotato,
potrebbe piegarsi.

Le turbine a vapore sono installate su potenti
centrali elettriche e grandi
navi.
Per far funzionare un motore a vapore è necessario
una serie di macchine e dispositivi ausiliari.
Tutto questo insieme si chiama
centrale elettrica a vapore.

Rotore con pale
- mobile
parte della turbina.
Statore con ugelli
- immobile
Parte.

Efficienza dei motori termici:

Vapore
auto 8-12%
GHIACCIO 20-40%
Vapore
turbina
20-40%
Diesel
30-36%

svantaggi del lavoro
turbina a vapore
vantaggi
funzionamento della turbina a vapore
la velocità di rotazione no
potrebbe cambiare in
entro ampi limiti
lungo tempo di avvio e
si ferma
costo elevato del vapore
turbine
volume basso
prodotto
elettricità, dentro
in relazione a
volume dell'en termica
la rotazione avviene in
una direzione;
nessuno
tremori, come se funzionasse
pistone
lavoro a vapore
sono possibili turbine
vari tipi
combustibile: gassoso,
liquido, solido
singolo alto
energia

Turbina a gas
Una turbina a gas è un motore termico continuo
azione che converte l’energia del gas in energia meccanica
lavori sull'albero della turbina a gas. A differenza del pistone
motore, processi in un motore a turbina a gas
si verificano in un flusso di gas in movimento. Qualità del gas
la turbina è caratterizzata da efficienza di efficienza, cioè
rapporto tra il lavoro rimosso dall'albero e quello disponibile
energia del gas davanti alla turbina
Storia
creazione
1500 – Leonardo da Vinci disegna un diagramma
griglia che utilizza
principio della turbina a gas
1903 – Il norvegese Aegidius Jelling crea la prima opera
gas
turbina che utilizzava
compressore rotante e turbina e
prodotto lavoro utile.

Una turbina a gas è costituita da dischi di turbina e compressore,
montato su un albero. La turbina funziona così: aria
viene pompato da un compressore nella camera di combustione della turbina, dove si trova poi
viene iniettato carburante liquido. La miscela combustibile brucia a molto
alta temperatura, i gas si espandono e si precipitano verso
porta di scarico, lungo il percorso cadono sulle pale della turbina e
metterli in rotazione.

Applicazione
Attualmente turbine a gas utilizzato come principale
motori delle navi da trasporto marittimo.
In alcuni casi vengono utilizzate turbine a gas a bassa potenza
come azionamento di pompe, generatori elettrici di emergenza, ausiliari
compressori di sovralimentazione, ecc.
Di particolare interesse sono le turbine a gas come motori principali
aliscafi e hovercraft.
Le turbine a gas vengono utilizzate anche nelle locomotive e nei serbatoi.

Vantaggi e svantaggi delle turbine a gas
motori
Vantaggi motori a turbina a gas
Possibilità di ottenere più vapore durante il funzionamento (in
a differenza di un motore a pistoni)
In combinazione con una caldaia a vapore e una turbina a vapore, maggiore efficienza
rispetto ad un motore a pistoni. Da qui il loro utilizzo in
centrali elettriche.
Si muove in una sola direzione, con molto meno
vibrazioni, a differenza di un motore a pistoni.
Meno parti mobili rispetto a un motore a pistoni.
Emissioni di sostanze nocive significativamente inferiori rispetto a
motori a pistoni
Basso costo e consumo di olio lubrificante.

Svantaggi dei motori a turbina a gas
Il costo è molto più alto di quello di pistoni di dimensioni simili
motori, poiché i materiali utilizzati nella turbina devono avere
elevata resistenza al calore e resistenza al calore, nonché elevata specificità
forza. Anche le operazioni della macchina sono più complesse;
In qualsiasi modalità operativa hanno un'efficienza inferiore rispetto al pistone
motori. Richiede una turbina a vapore aggiuntiva per aumentare
Efficienza
Basso rendimento meccanico ed elettrico (consumo di gas superiore a
1,5 volte più elettricità per 1 kWh rispetto al pistone
motore)
Una forte diminuzione dell'efficienza a bassi carichi (a differenza del pistone
motore)
La necessità di utilizzare gas ad alta pressione, che
richiede l'uso di compressori booster con
ulteriore consumo di energia e una diminuzione dell’efficienza complessiva
sistemi.

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Storia dell'invenzione della turbina a vapore

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Motore a vapore
un motore termico a combustione esterna che converte l'energia del vapore riscaldato in lavoro meccanico del movimento alternativo del pistone e quindi nel movimento rotatorio dell'albero. In un senso più ampio, un motore a vapore è qualsiasi motore a combustione esterna che converte l'energia del vapore in lavoro meccanico.

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Sulla prima coppia

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Non per niente il XIX secolo fu chiamato il secolo del vapore. Con l'invenzione della macchina a vapore si verificò una vera rivoluzione nel campo dell'industria, dell'energia e dei trasporti. È diventato possibile meccanizzare il lavoro che prima richiedeva troppe mani umane.

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Espansione dei volumi produzione industriale affidare all'industria energetica il compito di aumentare la potenza del motore in ogni modo possibile. Inizialmente, però, non fu l’elevata potenza a dare vita alla turbina a vapore...

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La turbina idraulica come dispositivo per convertire l'energia potenziale dell'acqua nell'energia cinetica di un albero rotante è nota fin dall'antichità. La turbina a vapore ha una storia altrettanto lunga, con uno dei primi progetti noto come turbina di Erone e risalente al I secolo a.C. Notiamo però subito che fino al XIX secolo le turbine azionate dal vapore erano più probabilmente curiosità tecniche, giocattoli, che veri e propri dispositivi applicabili a livello industriale.

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E solo con l'inizio della rivoluzione industriale in Europa, dopo l'ampia introduzione pratica del motore a vapore di D. Watt, gli inventori iniziarono a dare un'occhiata più da vicino alla turbina a vapore, per così dire, "da vicino".

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La creazione di una turbina a vapore richiedeva una conoscenza approfondita proprietà fisiche vapore e le leggi della sua scadenza. La sua fabbricazione è diventata possibile solo con un livello sufficientemente elevato di tecnologia per la lavorazione dei metalli, poiché la precisione richiesta nella produzione delle singole parti e la resistenza degli elementi erano significativamente più elevate rispetto al caso di un motore a vapore.

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Tuttavia, il tempo passò, la tecnologia migliorò e l'ora applicazione pratica la turbina a vapore si è rotta. Le turbine a vapore primitive furono utilizzate per la prima volta nelle segherie degli Stati Uniti orientali nel 1883-1885. per l'azionamento di seghe circolari.

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Invenzione di Carl Gustav Patrick Laval (1845-1913)
La turbina a vapore Laval è una ruota a pale. Un getto di vapore generato nella caldaia fuoriesce dal tubo (ugello), preme sulle pale e fa girare la ruota. Sperimentando diversi tubi per la fornitura di vapore, il progettista è giunto alla conclusione che dovrebbero avere una forma conica. Così nacque l'ugello Laval, utilizzato ancora oggi (brevetto 1889). L'inventore ha fatto questa importante scoperta in modo piuttosto intuitivo; ci sono voluti molti altri decenni prima che i teorici dimostrassero che un ugello di questa forma particolare dà l'effetto migliore.

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Charles Algernon Parsons (1854-1931)
Iniziò a lavorare sulle turbine nel 1881 e tre anni dopo ottenne un brevetto per il suo progetto: Parsons collegò una turbina a vapore a un generatore energia elettrica. Con l'aiuto di una turbina è diventato possibile generare elettricità e questo ha immediatamente aumentato l'interesse del pubblico per le turbine a vapore. Come risultato di 15 anni di ricerca, Parsons creò la turbina a getto multistadio più avanzata dell'epoca. Ha realizzato diverse invenzioni che hanno aumentato l'efficienza di questo dispositivo (ha migliorato il design delle guarnizioni, i metodi per fissare le pale alla ruota e il sistema di controllo della velocità).

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Auguste Rateau (1863-1930)
Creato una teoria completa delle turbomacchine. Sviluppò un'originale turbina multistadio, che fu dimostrata con successo all'Esposizione Mondiale tenutasi nella capitale francese nel 1900. Per ogni stadio della turbina, Rato calcolò la caduta di pressione ottimale, che garantiva un'elevata efficienza complessiva della macchina.

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Glenn Curtis (1879-1954)
Nella sua macchina, la velocità di rotazione della turbina era inferiore e l'energia del vapore veniva utilizzata in modo più completo. Pertanto, le turbine Curtis erano più piccole e più affidabili nel design. Uno dei principali settori di applicazione delle turbine a vapore sono i sistemi di propulsione navale. La prima nave dotata di motore a turbina a vapore, la Turbinia, costruita da Parsons nel 1894, raggiungeva velocità fino a 32 nodi (circa 59 km/h).

• Presentare gli studenti
• con dispositivo e principio
• funzionamento di una turbina a vapore.
• Introdurre il concetto di efficienza termica
• motore.
• Identificare i problemi
• protezione dell'ambiente.

• Obiettivi:

• Si tratta di un motore termico continuo in cui l'energia potenziale del vapore acqueo compresso e riscaldato viene convertita in energia cinetica, che a sua volta esegue lavoro meccanico sull'albero.

Turbo (lat.) – turbine della metà del XIX secolo

• Turbine

• Vapore

• Gas

Schema di progettazione della turbina a vapore

• 1 – ugello
• 2 – lame
• 3 – par
• 4 – disco
• 5 – albero

APPLICAZIONE:

• Viene utilizzato come azionamento del generatore elettrico nelle centrali termiche, nucleari e idroelettriche, come motori nel trasporto marittimo, terrestre e aereo, come parte integrante di una trasmissione idrodinamica.
• Un dispositivo simile a una turbina, ma con un azionamento per ruotare le pale da un albero: un compressore o una pompa.
• La centrale elettrica più potente del mondo si trova in Sud America, sul fiume Paranà. Le sue 18 turbine generano 12.600 milioni di watt/ora di elettricità.

• svantaggi del lavoro
• turbina a vapore

• la velocità di rotazione non può variare ampiamente
• tempi di avvio e arresto lunghi
• costo elevato delle turbine a vapore
• basso volume di energia elettrica prodotta rispetto al volume di energia termica.

• vantaggi
• lavoro
• turbina a vapore

• la rotazione avviene in una direzione;
• non ci sono scossoni, come quando il pistone è in funzione
• Le turbine a vapore possono funzionare con diversi tipi di combustibile: gassoso, liquido, solido
• elevata potenza unitaria

• Fluido di lavoro

• Stufa

• Frigo

• Ap = Q1-Q2

Formula di efficienza

• Ap - Lavoro utile;
• Q1 – Quantità di calore,
• ricevuto dal riscaldatore;
• Q2 – Quantità di calore
• dato al frigorifero.

Fattore di efficienza (efficienza)

• Non può essere superiore a 1 (o 100%)
• Efficienza del motore a vapore ≈ 8–12%
• Turbina a vapore o a gas > 30%
• GHIACCIO ≈ 20-40%

• Modi per aumentare l'efficienza
• turbina a vapore

• 1) realizzazione di un isolamento termico più avanzato della caldaia;
• 2) un aumento della temperatura nella caldaia, nonché un aumento della pressione del vapore

PROBLEMI AMBIENTALI

• Aumento della temperatura media atmosferica
• Cambiamento climatico
• Formazione dell '"effetto serra"
• Scomparsa singole specie animali, uccelli, piante
• Piogge acide

Fonti energetiche alternative

• Motori termici:
• 25,5 miliardi di tonnellate di ossidi di carbonio
• 190 milioni di tonnellate di ossidi di zolfo
• 65 milioni di tonnellate di ossidi di azoto
• 1,4 milioni di tonnellate di clorofluorocarburi
• Piombo, cadmio, rame, nichel, ecc.

• Energia solare
• Elettricità
• Energia del campo magnetico
• Energia eolica

Sviluppi di Gustaf de Laval

• Nel 1883, lo svedese Gustaf de Laval riuscì a superare molte difficoltà e a creare la prima turbina a vapore funzionante. Alcuni anni prima, Laval aveva ottenuto il brevetto per un separatore di latte. Per alimentarlo era necessaria una trasmissione ad altissima velocità. Nessuno dei motori esistenti a quel tempo soddisfaceva il compito. Laval si convinse che solo una turbina a vapore poteva fornirgli la velocità di rotazione richiesta. Iniziò a lavorare sul suo design e alla fine ottenne ciò che voleva.

Dalla storia

• La turbina di Laval era una ruota leggera, sulle cui pale veniva indotto il vapore attraverso numerosi ugelli posti ad angolo acuto.
• Nel 1889 Laval migliorò significativamente la sua invenzione aggiungendo espansori conici agli ugelli. Ciò ha aumentato significativamente l'efficienza della turbina e l'ha trasformata in un motore universale.

Sviluppi di Charles Parsons

• Nel 1884, l'ingegnere inglese Charles Parsons ricevette un brevetto per una turbina a reazione multistadio, che inventò appositamente per azionare un generatore elettrico.
• Nel 1885 progettò una turbina a getto multistadio, che in seguito fu ampiamente utilizzata nelle centrali termoelettriche.

Compiti a casa:

• § 23, 24;
• carte,
• prepararsi per la prova