Паровая турбина

Слайд 1. Паровая турбина: Энергия пара в движении

Изучаем устройство, принцип работы и применение самого мощного теплового двигателя

Слайд 2. Что такое паровая турбина?

Паровая турбина — это тепловой двигатель, в котором внутренняя энергия пара превращается в механическую работу. В отличие от поршневых двигателей, здесь нет возвратно-поступательного движения — вал вращается непрерывно под давлением струи пара. Это позволяет достигать колоссальной мощности и скорости вращения.

Слайд 3. Цепочка превращения энергии

1. Сгорание топлива в котле

2. Нагрев воды и образование пара

3. Превращение внутренней энергии пара в кинетическую энергию струи

4. Передача энергии лопаткам ротора

5. Вращение вала генератора

Слайд 4. Устройство турбины

Основные элементы:

— Сопло: разгоняет пар до огромных скоростей.

— Лопатки: принимают удар пара.

— Диск: на нем закреплены лопатки.

— Вал: передает вращение потребителю.

— Корпус: удерживает пар внутри системы.

Слайд 5. Как это работает?

Струя пара, вырываясь из сопла, ударяет в изогнутые лопатки. Возникает сила, которая толкает лопатку в сторону. Чтобы пар не терял энергию зря, в современных турбинах используют многоступенчатую систему: пар проходит через десятки колес с лопатками, постепенно отдавая свою энергию на каждом этапе. Скорость вращения вала может достигать $3000$ оборотов в минуту.

Слайд 6. Где применяют паровые турбины?

Тепловые электростанции производят большую часть мирового электричества с помощью турбин.

На атомных станциях пар для турбины нагревается за счет энергии распада ядер урана.

Турбины устанавливают на огромных ледоколах и авианосцах для движения судна.

Используются для привода мощных насосов и компрессоров на химических заводах.

Слайд 7. Турбина против Поршня

— Компактность при огромной мощности.

— Отсутствие вибраций (нет поршней).

— Равномерное вращение вала.

— Высокая надежность при длительной работе.

— Сложность изготовления лопаток.

— Невозможность работы на малых мощностях.

— Требуется очень чистый пар без капель воды.

Слайд 8. Технические показатели

Современная турбина — это венец инженерной мысли. Лопатки должны выдерживать колоссальные центробежные силы и температуру, при которой сталь начинает светиться.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Почему лопатки турбины делают изогнутыми, а не плоскими?

Зачем нужно ставить несколько дисков с лопатками на один вал?

Может ли турбина работать, если вместо пара подать сжатый воздух?

Почему на электростанциях пар после турбины превращают обратно в воду?

Слайд 10. Подведем итоги

Паровая турбина превращает энергию пара в механическую работу вращения.

Это основной двигатель современной электроэнергетики (ТЭС и АЭС).

Турбины мощнее и стабильнее поршневых машин, но сложнее в производстве.

КПД лучших турбин достигает $40\%$, что является высоким показателем для тепловых машин.