Номер 2, страница 133, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 34. Тепловые машины и экология. Повторим изученное - номер 2, страница 133.

Условие.

• Как устроена паровая турбина?

Решение.

Как устроена паровая турбина?

Паровая турбина — это тепловой двигатель непрерывного действия, в котором потенциальная энергия нагретого и сжатого водяного пара преобразуется в кинетическую энергию струи пара, которая, в свою очередь, совершает механическую работу, вращая вал (ротор). Турбины являются основным элементом тепловых и атомных электростанций, где они приводят в движение электрогенераторы.

Основные конструктивные элементы паровой турбины:

1. Статор — неподвижная часть турбины. Он включает в себя корпус и сопловые (направляющие) аппараты, закрепленные внутри него. Задача сопловых аппаратов — расширить пар, преобразовав его тепловую энергию в кинетическую (увеличить скорость потока), и направить этот поток под оптимальным углом на рабочие лопатки ротора.

2. Ротор — вращающаяся часть турбины. Это вал, на котором закреплены диски с рабочими лопатками. Ротор воспринимает кинетическую и потенциальную энергию пара и преобразует ее в механическую работу вращения.

3. Лопаточный аппарат — совокупность рабочих и сопловых лопаток. Рабочие лопатки, установленные на роторе, имеют специальный изогнутый профиль, который позволяет максимально эффективно использовать силу воздействия паровой струи. Комплект из одного ряда сопловых лопаток и одного ряда рабочих лопаток образует ступень турбины.

4. Корпус (цилиндр) — прочная герметичная оболочка, внутри которой находятся статор и ротор. Корпус выдерживает высокое давление и температуру пара и обеспечивает его прохождение через все ступени турбины.

5. Подшипники — опоры, на которых с высокой точностью и минимальным трением вращается массивный ротор.

6. Система уплотнений — специальные уплотнения, которые предотвращают утечки пара из корпуса турбины в местах выхода вала ротора и в зазорах между ротором и статором.

Принцип работы паровой турбины:

Работа паровой турбины основана на термодинамическом цикле Ренкина.

1. Подача пара. В паровом котле (или парогенераторе на АЭС) вода нагревается до кипения и превращается в пар высокой температуры и высокого давления (перегретый пар).

2. Расширение в соплах. Перегретый пар по паропроводам поступает в турбину и проходит через первый ряд неподвижных сопловых лопаток. В каналах между этими лопатками пар расширяется: его давление и температура падают, а скорость резко возрастает. Таким образом, внутренняя (тепловая) энергия пара переходит в кинетическую энергию.

3. Воздействие на рабочие лопатки. Высокоскоростная струя пара попадает на рабочие лопатки, закрепленные на роторе. Давление пара на изогнутую поверхность лопаток создает силу, которая приводит ротор во вращение. Таким образом, кинетическая энергия потока пара преобразуется в механическую работу.

4. Многоступенчатость. Для наиболее полного использования энергии пара турбины делают многоступенчатыми. После прохождения первой ступени (сопла + рабочие лопатки) пар, всё ещё обладающий значительной энергией, поступает в сопловой аппарат следующей ступени, где снова расширяется и ускоряется, а затем отдает энергию следующему ряду рабочих лопаток. По мере прохождения пара через ступени его давление и температура падают, а удельный объем растет. Поэтому лопатки последующих ступеней делают более длинными, а диаметр ротора увеличивают.

5. Конденсация. Отработавший пар с низким давлением на выходе из турбины поступает в конденсатор, где охлаждается (обычно циркуляционной водой) и конденсируется, превращаясь обратно в воду. Создание вакуума в конденсаторе значительно увеличивает перепад давлений в турбине, что повышает ее мощность и КПД. Полученный конденсат насосами возвращается в паровой котел, замыкая цикл.

Ответ: Паровая турбина состоит из неподвижного статора с направляющими (сопловыми) лопатками и вращающегося ротора с рабочими лопатками. Ее работа основана на преобразовании тепловой энергии пара в механическую работу: пар высокого давления, поступая в турбину, расширяется и ускоряется в каналах статора, после чего высокоскоростная струя воздействует на лопатки ротора, заставляя его вращаться. Для эффективного использования энергии пара процесс расширения разделен на несколько последовательных ступеней.