- •История теплоэнергетики
- •Содержание
- •История теплоэнергетики
- •Лекция 1. Тема: Энергия и энергетика
- •Виды энергии и развитие человеческого общества
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 2 Тема: Количественные показатели энергетики
- •Естественные ресурсы
- •Предпосылки развития гидроэнергетики
- •Водяные колеса
- •Гидравлический двигатель
- •Гидроэнергетика и теплоэнергетика
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 3, 4.
- •Тема: Предпосылки возникновения теплоэнергетики
- •Источники тепловой энергии
- •Процесс перехода от гидроэнергетики к теплоэнергетики
- •Начальный период развития теплового двигателя
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 5, 6 Тема: Цикл парового двигателя Папена Этап отделения теплового двигателя от рабочей машины
- •Лекция 7,8. Тема: Появление универсального парового двигателя Революция в промышленности в середине XVIII в. Первые практические действующие универсальные паровые машины
- •Специализация паросиловых установок и дальнейшее развитие паровых машин
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 9. Тема: Паровой котел
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 10. Тема: Возникновение парового транспорта
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 11. Тема: Двигатели внутреннего сгорания
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 12. Тема: Паровая турбина
- •Газовая турбина
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 13,14. Тема: Тепловые машины и их влияние на окружающую среду
- •Развитие первичной энергетики в связи с электрификацией
- •Вопросы для самопроверки Лекция 15. Тема: Развитие котлостроения
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 16. Тема: Развитие паровых турбин
- •Развитие гидравлических турбин
- •Вопросы для самопроверки
- •Лекция 17,18. Тема: Развитие тепловых электростанций
- •Развитие гидроэлектростанций
- •Вопросы для самопроверки
- •Темы для рефератов
- •Литература
Вопросы для самопроверки
9) Какое принципиальное отличие от парового двигателя отражается в названии «двигатель внутреннего сгорания»?
10) Какие рабочие механизмы и почему требуют высоких частот вращения?
Лекция 12. Тема: Паровая турбина
Создание паровой турбины стимулировалось в промышленности применением рабочих машин, имеющих высокую скорость вращения: дисковых пил, центрифуг, вентиляторов, центробежных насосов, сепараторов, электрических генераторов. Электрические генераторы в конечном итоге явились самыми главными их потребителями.
Описание принципа действия паровой турбины можно найти в глубокой древности. Еще до н.э. Герон Александрийский сконструировал прибор, названный им «эолипилом». Под действием реакции струи пара шар вращался вокруг оси. В XVII веке итальянец Дж. Бранка предлагал активную паровую турбину для привода пестов.
До 80 годов XIX века применение паровых турбин носило единичный характер. В 30 годах XIX в г.Сиракузах (США) было построено несколько турбин для привода центробежных пил. Турбины представляли собой модификацию «эолипила» Герона. Громадный удельный расход пара в них компенсировался использованием в качестве горючего отходов лесопильного производства. Первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена Густавом Лавалем в 1889 году. В дальнейшем Лаваль создал активную одновенечную турбину, то есть турбину с одним рабочим колесом, которое вращалось со скоростью 30000 об/мин [2].
В 1900 году на Всемирной выставке в Париже французским профессором Огюстом Рато была представлена разработка многоступенчатой паровой турбины мощностью 1000 л.с. Затем автор подверг эту турбину технической доработке и создал осевой турбокомпрессор – воздуходувку.
В 1903 году швейцарский инженер Генрих Цели усовершенствовал турбину Рато, упростив и удешевив ее. Разбивку скоростного перепада на ряд ступеней скорости ввел в 1896 году американский инженер Чарльз Кертис.
В дореволюционной России первые турбины выпускались только Петербургским металлическим заводом. С началом внедрения паровых турбин на судах военно-морского флота на Балтийском заводе в Петербурге был специально оборудован турбинный цех.
Для работы паровой турбины за счет энергии, освобождаемой при сжигании каменного угля или мазута, вода в котле нагревается и превращается в пар. Пар нагревается до температуры более 500°С и при высоком давлении выпускается из котла через сопло. При выходе пара внутренняя энергия нагретого пара преобразуется в кинетическую энергию струи пара. Скорость струи пара может достигать 1000 м/сек. Струя пара направляется на лопатки турбины и приводит турбину во вращение. На одном валу с турбиной находится ротор электрического генератора. Таким образом энергия топлива в конечном счете преобразуется в электрическую энергию.
Для производства пара, способного крутить турбину, необходим котел (или место, где его можно получить). Помимо дороговизны и сложности в эксплуатации, котлы первой половины XIX века были взрывоопасны. Частые взрывы нередко сопровождались человеческими жертвами. Развитие котлостроения неразрывно связано с использованием и применением именно паровых турбин. В конечном итоге проблема парообразования была решена к началу XX века.
Современные паровые турбины обладают высоким КПД преобразования кинетической энергии струи пара в механическую энергию, превышающим 90%. Поэтому электрические генераторы практически всех тепловых и атомных электростанций мира, дающие более 80% всей вырабатываемой электроэнергии, приводятся в действие паровыми турбинами. Температура пара, применяемого в современных паротурбинных установках, не превышает 580°С , а температура пара на выходе из турбины обычно 30°С; поэтому максимальное значение КПД паротурбинной установки как тепловой машины равно 65 %, а реальное значение КПД паротурбинных конденсационных электростанций составляет лишь около 40 % [3]. Мощность современных энергоблоков котел – турбина – генератор достигает 1,2 млн кВт.
Для повышения КПД на многих электростанциях тепло, отбираемое от паровой турбины, используется для нагревания воды. Горячая вода поступает в систему бытового и промышленного теплоснабжения.
Коэффициент полезного действия использования топлива в такой электростанции (ТЭЦ) повышается до 60 - 70 %.