Номер 2, страница 88 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 23. Тепловые машины и экология. Вспомните - номер 2, страница 88.

Условие.

Как устроена паровая турбина?

Решение.

Паровая турбина — это тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия нагретого и сжатого водяного пара преобразуется в механическую работу вращения вала. Этот процесс является ключевым в производстве электроэнергии на тепловых, атомных и геотермальных электростанциях.

Принцип работы
Принцип работы паровой турбины основан на законах термодинамики и механики. Процесс преобразования энергии происходит в несколько этапов:
1. Водяной пар с высокой температурой и давлением, произведенный в паровом котле, поступает в турбину через систему паропроводов и регулирующих клапанов.
2. Внутри турбины пар проходит через неподвижные каналы — сопла (или направляющие лопатки). В соплах потенциальная энергия давления пара преобразуется в кинетическую энергию: давление и температура пара падают, а его скорость резко возрастает.
3. Высокоскоростная струя пара направляется на изогнутые рабочие лопатки, закрепленные на дисках ротора. Ударяясь о лопатки, поток пара изменяет направление своего движения и передает им часть своей кинетической энергии, заставляя ротор вращаться.
4. Для максимального использования энергии пара турбины делают многоступенчатыми. Каждая ступень состоит из ряда неподвижных сопловых лопаток и ряда движущихся рабочих лопаток. Проходя последовательно через ступени, пар постепенно расширяется, его давление и температура падают, а энергия преобразуется в работу. Из-за расширения пара объем, занимаемый им, увеличивается, поэтому лопатки последующих ступеней делают длиннее.
Работа, совершаемая турбиной, определяется изменением энтальпии (теплосодержания) пара: $W = H_{вх} - H_{вых}$, где $H_{вх}$ — энтальпия пара на входе в турбину, а $H_{вых}$ — энтальпия на выходе.

Ответ: Принцип работы паровой турбины заключается в преобразовании тепловой энергии сжатого и нагретого пара в кинетическую энергию струи в сопловых аппаратах, которая затем преобразуется в механическую работу вращения ротора при воздействии на его лопатки.

Основные компоненты
Конструкция паровой турбины включает в себя несколько ключевых элементов:
- Ротор: вращающаяся часть турбины. Состоит из вала, на котором закреплены диски с рабочими лопатками. Ротор воспринимает энергию пара и передает ее через вал на электрогенератор или другой механизм.
- Статор: неподвижная часть турбины. Включает в себя корпус, диафрагмы с сопловыми (направляющими) лопатками, а также концевые и диафрагменные уплотнения.
- Корпус: прочная герметичная оболочка, внутри которой находятся ротор и элементы статора. Корпус рассчитан на высокие давления и температуры и обычно состоит из двух половин (верхней и нижней) для удобства монтажа и ремонта.
- Сопловые (направляющие) аппараты: системы неподвижных лопаток, которые формируют и направляют поток пара на рабочие лопатки ротора под оптимальным углом.
- Подшипники: опоры, на которых вращается ротор. Опорные подшипники воспринимают радиальные нагрузки (вес ротора), а упорный подшипник воспринимает осевое усилие, возникающее из-за разности давлений пара на ротор.
- Система уплотнений: предотвращает утечки пара. Концевые уплотнения устанавливаются в местах выхода вала из корпуса, а диафрагменные — между ступенями давления.
- Система регулирования: комплекс устройств (клапаны, регуляторы), который управляет подачей пара в турбину, поддерживая заданную частоту вращения и мощность.

Ответ: Основными компонентами паровой турбины являются вращающийся ротор с рабочими лопатками и неподвижный статор с соплами, которые заключены в прочный корпус и взаимодействуют для преобразования энергии пара во вращение вала, поддерживаемого системой подшипников.

Типы паровых турбин
Паровые турбины классифицируются по различным признакам:
1. По принципу действия:
- Активные турбины: расширение пара (падение давления) происходит преимущественно в неподвижных соплах, а на рабочих лопатках давление почти не меняется. Энергия передается за счет силового (ударного) воздействия потока.
- Реактивные турбины: расширение пара происходит как в неподвижных соплах, так и в каналах между рабочими лопатками, которые сами имеют профиль сопла. Вращение происходит как за счет силового воздействия, так и за счет реактивной силы, возникающей при истечении пара из каналов рабочих лопаток.
2. По назначению и конечному состоянию пара:
- Конденсационные турбины: отработавший пар направляется в конденсатор, где поддерживается глубокий вакуум. Это позволяет максимально использовать перепад давлений и получить наибольшую мощность. Применяются на электростанциях для выработки электроэнергии.
- Теплофикационные турбины: имеют один или несколько регулируемых отборов пара промежуточного давления. Этот пар используется для нужд теплоснабжения (отопление, горячая вода).
- Турбины с противодавлением: весь отработавший пар выходит из турбины с давлением выше атмосферного и используется для технологических нужд на промышленных предприятиях.
3. По числу корпусов (цилиндров):
- Одноцилиндровые: все ступени турбины размещены в одном корпусе.
- Многоцилиндровые: мощные турбины состоят из нескольких цилиндров (высокого, среднего и низкого давления — ЦВД, ЦСД, ЦНД), каждый из которых представляет собой отдельную турбину на общем валу.

Ответ: Паровые турбины классифицируются по принципу действия (активные, реактивные), по назначению (конденсационные, теплофикационные, с противодавлением) и по конструктивным особенностям (например, по числу цилиндров), что определяет сферу их применения.