Номер 1, страница 75, часть 1 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 1. Глава 5. Тепловые машины. Параграф 28. Паровые и газовые турбины. Турбореактивные двигатели и реактивные двигатели ракет - номер 1, страница 75.

Условие.

1. Перечислите основные части паровой турбины. Опишите процессы, происходящие в этих частях.

Решение.

Паровая турбина — это тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара (давление и температура) преобразуется в кинетическую энергию струи пара, а та, в свою очередь, — в механическую работу вращения вала. Этот процесс преобразования энергии происходит последовательно в различных основных частях турбины.

Корпус

Это внешняя неподвижная оболочка, которая заключает в себе все внутренние элементы турбины (ротор, статор). В зависимости от мощности, турбина может иметь несколько корпусов, называемых цилиндрами (например, цилиндр высокого, среднего и низкого давления).
Процессы: Основная функция корпуса — герметизация и создание замкнутого контура для рабочего тела (пара). Он направляет поток пара через проточную часть, выдерживает высокое давление и температуру, а также обеспечивает точное взаимное расположение неподвижных и вращающихся частей турбины.

Статор (сопловой и направляющий аппарат)

Статор — это совокупность неподвижных лопаток, закрепленных в корпусе. Ряд неподвижных лопаток называется сопловым (или направляющим) аппаратом.
Процессы: В каналах между лопатками статора происходит основной термодинамический процесс — расширение пара. При этом потенциальная энергия пара (энтальпия) преобразуется в кинетическую энергию. Давление и температура пара падают, а его скорость значительно возрастает. Этот процесс можно описать уравнением сохранения энергии: $h_{вх} - h_{вых} \approx \frac{c_{вых}^2}{2}$, где $\text{h}$ — удельная энтальпия, а $\text{c}$ — скорость пара (начальная скорость $c_{вх}$ мала). Кроме того, статор формирует поток пара и направляет его под оптимальным углом на рабочие лопатки ротора.

Ротор с рабочими лопатками

Ротор — это вращающаяся часть турбины, состоящая из вала и закрепленных на нем дисков с рабочими лопатками. Рабочие лопатки имеют специальный изогнутый (аэродинамический) профиль.
Процессы: На рабочих лопатках происходит преобразование кинетической энергии потока пара в механическую работу. Высокоскоростная струя пара, выходящая из статора, воздействует на лопатки. Обтекая их изогнутую поверхность, пар изменяет направление своего движения. Согласно законам механики, это изменение импульса потока создает силу, действующую на лопатки. Эта сила создает крутящий момент, который приводит ротор во вращение. Совершая работу, пар теряет свою кинетическую энергию и его скорость уменьшается.

Совокупность одного ряда неподвижных лопаток (статора) и следующего за ним ряда вращающихся рабочих лопаток (ротора) образует ступень турбины.

Подшипники (опорные и упорные)

Это механические узлы, которые служат опорой для ротора, обеспечивая его свободное вращение с минимальным трением и удерживая его в заданном положении относительно статора.
Процессы: В подшипниках происходит процесс гидродинамической смазки. Вал ротора "всплывает" на тонком слое масла, что предотвращает прямой контакт металлических поверхностей вала и вкладыша подшипника. Опорные подшипники воспринимают радиальные нагрузки (в основном, вес ротора), а упорный подшипник воспринимает значительную осевую силу, возникающую из-за перепада давлений пара вдоль оси турбины.

Система уплотнений

Уплотнения устанавливаются в местах выхода вала из корпуса (концевые) и между отдельными частями статора на валу (диафрагменные). Они предназначены для минимизации утечек пара.
Процессы: Наиболее распространены лабиринтные уплотнения. В них происходит процесс многократного дросселирования пара — последовательное расширение без совершения работы в узких зазорах. При каждом таком расширении давление пара падает, что в итоге значительно сокращает его утечку из области высокого давления в область низкого.

Система парораспределения и регулирования

Эта система включает в себя стопорные и регулирующие клапаны, а также управляющие механизмы. Она контролирует количество пара, поступающего в турбину.
Процессы: Процесс регулирования заключается в изменении степени открытия регулирующих клапанов, что меняет массовый расход пара через турбину. Это позволяет управлять ее мощностью и поддерживать постоянную частоту вращения при изменении нагрузки на электрогенератор. Стопорный клапан служит для экстренной остановки турбины путем мгновенного прекращения подачи пара.

Ответ:

Основными частями паровой турбины и процессами в них являются:
1. Корпус — герметизация и направление потока пара.
2. Статор (сопловые аппараты) — преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую путем его расширения.
3. Ротор с рабочими лопатками — преобразование кинетической энергии потока пара в механическую работу вращения вала.
4. Подшипники — обеспечение опоры и вращения ротора с минимальным трением.
5. Система уплотнений — предотвращение утечек пара путем его дросселирования.
6. Система регулирования — управление расходом пара для контроля мощности и частоты вращения турбины.