 |
Рабочее тело поступает в турбину и выходит из нее с постоянным расходом, совершая механическую работу.
|
|
|
|
Лекция 9
ТУРБИНЫ
Впервые созданные в 1890 г. турбины стали основным средством получения электрической энергии и основным типом судового и авиационного двигателя. Турбина обеспечивает очень высокий КПД преобразования внутренней энергии нагретого рабочего тела в энергию вращения вала турбины. Для турбин характерны:
1. малые удельные капитальные вложения на единицу мощности;
2. экономичность обслуживания;
3. высокий КПД (70-80%);
4. равномерность вращения и отсутствие вибрации при работе.
Первые турбины были небольшими и предназначались для военных ко-раблей.
Рабочее тело поступает в турбину и выходит из нее с постоянным расходом, совершая механическую работу.
Из курса физики за 8-й класс вам известна схема действия простейшей паровой турбины: на вал насажен диск, по ободу которого закреплены лопатки. Около лопаток расположены сопла.
Струи пара из сопел оказывают значительное давление на лопатки и приводят диск турбины во вращательное движение. Частота вращения вала достигает 3000 об/мин, что очень удобно. В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому из них часть своей энергии. Мощность турбины достигает 1200 МВт.
Специально спрофилированные каналы для разгона рабочей среды и при-дания потоку определенного направления называются соплами (каналы для торможения потока и повышения давления – называются диффузорами ).
Процессы, проходящие в турбинах, описываются законами термодинамики для потока в работ е, где определено понятие массового расхода рабочего тела.
|
|
|
| m | F с | const, | |
| V | |||
где F – площадь поперечного сечения канала;
с – скорость рабочего тела;
V – объем.
Постоянство массового расхода определяет условие неразрывности тече-
ния в стационарных потоках. Первый закон термодинамики для потока звучит так:
теплота, подведенная к потоку рабочего тела извне, расходуется на уве-личение энтальпии рабочего тела, производство технической работы и увели-чение кинетической энергии потока:
где с1 и с2- скорости на входе и выходе агрегата (турбины, сопло/).
Паровые турбины
Турбина является двигателем, в котором теплота рабочего тела – пара (газа) последовательно преобразуется в кинетическую энергию струи, а затем в механическую работу.
Вытекающий из сопла поток рабочего тела обладает большой кинетиче-ской энергией и действует на лопатки с силой, которая зависит от формы их поверхности (рисунок 8. 1).
Расчеты по уравнению количества движения показывают, что при прочих равных условиях (заданной скорости истекания С0 и расходе рабочего тела m) с наибольшей силой поток будет воздействовать на лопатку, форма которой обеспечивает его поворот на 1800. Если позволить лопаткам перемещаться под действием струи (пара), то движение газа по схеме б) обеспечит наибольшую мощность, равную произведению действующей на лопатку силы на скорость ее перемещения.
Рисунок 8. 1. Схема действия струи газа на поверхности тел различной формы
Отсюда следует, что для получения максимальной работы поток должен не ударяться о поверхность, а обтекать ее плавно, без завихрения. Но использовать наиболее выгодный профиль лопаток не удается. Практически невозможно при вращательном движении диска с лопатками подать на них газ в направлении, совпадающем с плоскостью вращения.
|
|
|
Поэтому в турбинах струя газа из сопла подается на лопатки под некото-рым углом. Причем невозможно конструктивно сделать этот угол меньше 11-160. В ряде случаев его делают 20-300.
Рассмотренный принцип действия (схемы а), б), в)) потока на поверхно-сти различных форм называют активным. Имеет место реактивный принцип,
когда сила создается за счет реакции струи, вытекающей из сопла (рисунок 8. 1, г). Реактивная сила, приложенная к цилиндру, направлена в сторону, проти-воположную истечению газов.
|
|
|
