Номер 3, страница 94 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

3. Из каких частей состоит паровая турбина и как она работает?

2. В чём различие в устройстве турбин и поршневых машин?

Основное различие между турбинами и поршневыми машинами заключается в принципе преобразования энергии рабочего тела (пара, газа) в механическую работу и, как следствие, в их конструкции.

Поршневая машина (например, двигатель внутреннего сгорания или паровая машина) работает циклически. Давление рабочего тела толкает поршень, который совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. Это движение затем преобразуется во вращательное движение вала с помощью кривошипно-шатунного механизма. Основные элементы: цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал. Движение прерывистое и сопровождается значительными силами инерции и вибрациями.

Турбина — это двигатель непрерывного действия. В ней энергия непрерывного потока рабочего тела (пара, газа, воды) напрямую преобразуется во вращательное движение. Поток направляется через сопла на лопатки, закрепленные на диске ротора, и заставляет ротор вращаться. Основные элементы: ротор (вал с дисками и рабочими лопатками) и статор (неподвижный корпус с направляющими аппаратами/соплами). Движение изначально вращательное, что обеспечивает плавность работы, отсутствие вибраций, высокую частоту вращения и большую удельную мощность (мощность на единицу массы).

Таким образом, поршневая машина использует энергию расширения газа для создания возвратно-поступательного движения, а турбина — кинетическую и потенциальную энергию потока для создания непрерывного вращательного движения.

Ответ: Ключевое различие состоит в характере движения: в поршневых машинах энергия рабочего тела преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня, которое затем преобразуется во вращение, в то время как в турбинах энергия потока напрямую преобразуется в непрерывное вращательное движение ротора. Это делает турбины более компактными, мощными и плавно работающими при высоких скоростях.

3. Из каких частей состоит паровая турбина и как она работает?

Паровая турбина — это тепловой двигатель, преобразующий тепловую энергию водяного пара в механическую работу вращения вала. Она состоит из двух основных частей: стационарной (статор) и вращающейся (ротор).

Основные части паровой турбины:

• Ротор — вращающаяся часть, представляющая собой вал с насаженными на него дисками.
• Рабочие лопатки — профилированные лопасти, закрепленные по окружности дисков ротора. Именно они воспринимают энергию потока пара.
• Статор (корпус) — неподвижный герметичный кожух, внутри которого вращается ротор.
• Сопловой (направляющий) аппарат — система неподвижных каналов или лопаток, закрепленных на статоре. Их задача — направить поток пара под нужным углом и с необходимой скоростью на рабочие лопатки ротора.
• Подшипники — опоры, на которых вращается ротор.
• Уплотнения — системы, предотвращающие утечку пара из корпуса турбины в местах выхода вала.

Принцип работы паровой турбины:

1. В паровом котле (например, на ТЭС или в реакторе АЭС) вода нагревается до образования пара высокой температуры и высокого давления.
2. Этот перегретый пар по паропроводам подается в турбину и поступает в сопловой аппарат.
3. В соплах потенциальная энергия пара (давление) преобразуется в кинетическую энергию — пар расширяется, его давление падает, а скорость потока резко возрастает.
4. Высокоскоростная струя пара ударяет в рабочие лопатки ротора, передавая им свою кинетическую энергию и заставляя ротор вращаться с высокой скоростью.
5. Вал ротора соединен с потребителем механической энергии, чаще всего с электрогенератором, который преобразует механическую энергию вращения в электрическую.
6. Для максимального использования энергии пара современные турбины делают многоступенчатыми. Пар последовательно проходит через несколько рядов сопловых аппаратов и рабочих лопаток, постепенно отдавая свою энергию. При этом его давление и температура падают, а объем увеличивается, поэтому размеры лопаток и корпуса на последующих ступенях увеличиваются.

Ответ: Паровая турбина состоит из неподвижного статора с соплами и вращающегося ротора с рабочими лопатками. Принцип её работы заключается в преобразовании тепловой энергии пара в кинетическую энергию струи в соплах, которая, воздействуя на лопатки, приводит ротор во вращение, создавая механическую работу.

4. Где используются паровые турбины?

Паровые турбины являются одними из самых мощных и широко распространенных тепловых двигателей. Их основное применение связано с производством электроэнергии и приводом мощных механизмов. Основные сферы использования:

• Тепловые (ТЭС) и атомные (АЭС) электростанции. Это главная область применения. Паровые турбины вращают валы электрогенераторов, вырабатывающих более 80% всей электроэнергии в мире. На ТЭС пар получают за счет сжигания ископаемого топлива (угля, газа, мазута), на АЭС — за счет тепла, выделяемого при ядерной реакции.
• Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Здесь турбины используются для комбинированного производства электроэнергии и тепла (когенерации). Часть пара после прохождения через турбину отбирается для нужд теплоснабжения (отопление городов) или для промышленных технологических процессов.
• Морской транспорт. Мощные паровые турбины применяются в качестве главных двигателей на крупных судах: атомных ледоколах, авианосцах, подводных лодках, а также на некоторых больших танкерах (особенно для перевозки сжиженного газа).
• Промышленность. Паровые турбины используются в качестве привода для мощных насосов, компрессоров и воздуходувок на металлургических, химических, нефтеперерабатывающих и целлюлозно-бумажных предприятиях.
• Солнечные тепловые электростанции. В установках концентрирующего типа солнечное излучение используется для нагрева теплоносителя, который, в свою очередь, генерирует пар для вращения турбины.

Ответ: Паровые турбины преимущественно используются на тепловых и атомных электростанциях для выработки электроэнергии, в системах централизованного теплоснабжения (ТЭЦ), в качестве двигателей на крупных морских судах и для привода мощного промышленного оборудования (насосов, компрессоров).