Номер 2, страница 84 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 22. Реактивный двигатель. Холодильные машины. Вспомните - номер 2, страница 84.

Условие.

Как устроена паровая турбина?

Решение.

Паровая турбина — это тепловой двигатель лопаточного типа, который преобразует тепловую энергию водяного пара, находящегося под высоким давлением и при высокой температуре, в механическую работу вращения вала. Её устройство основано на принципе использования кинетической и потенциальной энергии потока пара.

Основные конструктивные элементы паровой турбины

Турбина состоит из двух основных частей: неподвижной (статор) и вращающейся (ротор).

• Статор — это неподвижный корпус турбины, внутри которого расположены направляющие аппараты. Направляющий аппарат состоит из неподвижных лопаток (сопел), которые формируют и направляют поток пара на рабочие лопатки ротора под оптимальным углом.
• Ротор — это вращающаяся часть, представляющая собой вал с насаженными на него дисками. На дисках закреплены рабочие лопатки. Именно ротор совершает полезную механическую работу.
• Рабочие и направляющие лопатки — это ключевые элементы. Они имеют специальный изогнутый профиль. В направляющих лопатках (соплах) статора происходит расширение пара, его потенциальная энергия (давление) переходит в кинетическую (скорость). Затем высокоскоростной поток пара ударяет в рабочие лопатки ротора, передавая им свою кинетическую энергию и заставляя ротор вращаться.
• Ступень турбины — это совокупность одного ряда направляющих лопаток статора и следующего за ним одного ряда рабочих лопаток ротора. Современные мощные турбины являются многоступенчатыми, что позволяет более эффективно использовать энергию пара. По мере прохождения через ступени пар расширяется, его давление и температура падают, а объём растёт. Поэтому лопатки и диаметр дисков последующих ступеней делают всё больше.
• Корпус (цилиндр) — прочная герметичная оболочка, в которой размещаются статор и ротор. Корпус выдерживает высокое давление и температуру пара и направляет его поток через ступени турбины.
• Подшипники — опоры, на которых вращается ротор. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки.
• Уплотнения — системы (например, лабиринтные), устанавливаемые в местах выхода вала из корпуса, чтобы предотвратить утечку пара наружу и попадание воздуха внутрь (особенно на выходе, где давление может быть ниже атмосферного).

Принцип работы

Принцип действия паровой турбины основан на термодинамическом цикле Ренкина.

1. В паровом котле вода нагревается и превращается в пар высокой температуры и высокого давления (перегретый пар).
2. Этот пар по паропроводу подается в турбину, где поступает на сопла (направляющие лопатки) первой ступени.
3. В соплах происходит расширение пара: его давление и температура снижаются, а скорость резко возрастает.
4. Поток пара с большой скоростью поступает на рабочие лопатки ротора, оказывая на них силовое воздействие (за счет изменения направления и скорости потока) и приводя ротор во вращение.
5. Отдав часть своей энергии, пар поступает на следующую ступень, где процесс повторяется. Проходя последовательно через все ступени, пар расширяется, его энергия преобразуется в работу вращения вала.
6. Отработавший пар с низким давлением и температурой выходит из турбины и направляется в конденсатор, где охлаждается и превращается обратно в воду, которая затем насосом подается снова в котел. Цикл замыкается.

Таким образом, паровая турбина представляет собой сложное устройство, состоящее из статора с соплами и ротора с рабочими лопатками, которое последовательно в нескольких ступенях преобразует тепловую энергию пара в механическую работу вращения вала, соединенного, как правило, с электрогенератором.

Ответ: Паровая турбина устроена как многоступенчатый лопаточный тепловой двигатель, состоящий из неподвижного статора с направляющими соплами и вращающегося ротора с рабочими лопатками. Принцип её работы заключается в преобразовании потенциальной энергии сжатого и нагретого пара в кинетическую энергию при расширении в соплах, которая затем преобразуется в механическую работу вращения ротора при воздействии потока пара на его лопатки.