ارائه با موضوع توربین ها در فیزیک. توربین بخار

اولین سلف توربین های بخار مدرن را می توان یک موتور اسباب بازی در نظر گرفت که در قرن دوم اختراع شد. به پس از میلاد هرون دانشمند اسکندریه. اولین سلف توربین های بخار مدرن را می توان یک موتور اسباب بازی در نظر گرفت که در قرن دوم اختراع شد. به پس از میلاد هرون دانشمند اسکندریه.

در سال 1629، برانکا ایتالیایی طرحی برای چرخ با تیغه ایجاد کرد. قرار بود اگر جریانی از بخار با قدرت به تیغه های چرخ برخورد کند، بچرخد. این اولین طراحی یک توربین بخار بود که بعدها به عنوان یک توربین فعال شناخته شد. در سال 1629، برانکا ایتالیایی طرحی برای چرخ با تیغه ایجاد کرد. قرار بود اگر جریانی از بخار با قدرت به تیغه های چرخ برخورد کند، بچرخد. این اولین طراحی یک توربین بخار بود که بعدها به عنوان یک توربین فعال شناخته شد. جریان بخار در این توربین های بخار اولیه متمرکز نبود و بیشترانرژی آن در همه جهات پراکنده شد و منجر به تلفات انرژی قابل توجهی شد. جریان بخار در این توربین‌های بخار اولیه متمرکز نبود و بسیاری از انرژی آن در همه جهات تلف می‌شد که منجر به تلفات انرژی قابل توجهی می‌شد.

یک توربین بخار شامل یک سری دیسک های دوار است که بر روی یک محور نصب شده اند که به آن روتور توربین می گویند و یک سری دیسک های ثابت متناوب که بر روی پایه ای به نام استاتور نصب شده اند. دیسک های روتور دارای تیغه هایی در خارج هستند. دیسک های استاتور دارای تیغه های مشابهی هستند که در زوایای مخالف نصب شده اند، که برای هدایت جریان بخار به دیسک های روتور زیر عمل می کنند. توربین بخار شامل مجموعه ای از دیسک های چرخان است که بر روی یک محور نصب شده اند که به آن روتور توربین می گویند و یک سری دیسک های ثابت متناوب که بر روی پایه ای به نام استاتور نصب شده اند. دیسک های روتور دارای تیغه هایی در خارج هستند. دیسک های استاتور دارای تیغه های مشابهی هستند که در زوایای مخالف نصب شده اند، که برای هدایت جریان بخار به دیسک های روتور زیر عمل می کنند.

انواع موتورهای بخار. توربین های بخار که به طور رسمی نوعی موتور بخار هستند، هنوز به طور گسترده برای به حرکت در آوردن ژنراتورهای برق استفاده می شوند. تقریباً 86 درصد از برق جهان با استفاده از توربین های بخار تولید می شود. توربین های بخار، که به طور رسمی نوعی موتور بخار هستند، هنوز به طور گسترده برای به حرکت در آوردن ژنراتورهای برق استفاده می شوند. تقریباً 86 درصد از برق جهان با استفاده از توربین های بخار تولید می شود.

انرژی نهفته در سوخت های فسیلی مانند زغال سنگ، نفت و یا گاز طبیعی، نمی توان بلافاصله به صورت برق به دست آورد. ابتدا سوخت سوزانده می شود. انرژی آزاد شده ابتدا آب را گرم کرده و به بخار تبدیل می کند. بخار توربین را می چرخاند که به نوبه خود یک ژنراتور الکتریکی را می چرخاند که جریان تولید می کند. انرژی نهفته در سوخت‌های فسیلی مانند زغال‌سنگ، نفت یا گاز طبیعی را نمی‌توان فوراً به شکل برق به دست آورد. ابتدا سوخت سوزانده می شود. انرژی آزاد شده ابتدا آب را گرم کرده و به بخار تبدیل می کند. بخار توربین را می چرخاند که به نوبه خود یک ژنراتور الکتریکی را می چرخاند که جریان تولید می کند.

توربین های بخار کشتی در کشور ما توربین های بخار با توانی از چند کیلووات تا یک کیلووات ساخته می شوند. از توربین ها در نیروگاه های حرارتی و کشتی ها استفاده می شود. توربین های گازی که در آنها به جای بخار از محصولات احتراق گاز استفاده می شود، به تدریج کاربرد گسترده تری پیدا می کنند. در کشور ما توربین های بخار با توانی از چند کیلووات تا کیلووات ساخته می شود. از توربین ها در نیروگاه های حرارتی و کشتی ها استفاده می شود. توربین های گازی که در آنها به جای بخار از محصولات احتراق گاز استفاده می شود، به تدریج کاربرد گسترده تری پیدا می کنند.

• تهیه شده توسط دیمیتری آندریف،
• دانشجوی گروه 190 TM.
• رئیس L.A. پلشچوا،
• معلم

• شادرینسک 2015

یک موتور حرارتی احتراق خارجی که انرژی بخار گرم شده را به کار مکانیکی حرکت رفت و برگشتی پیستون و سپس به حرکت چرخشی شفت تبدیل می کند. در بیشتر به معنای وسیعموتور بخار - هر موتور احتراق خارجی که انرژی بخار را به کار مکانیکی تبدیل می کند.

• یک موتور حرارتی احتراق خارجی که انرژی بخار گرم شده را به کار مکانیکی حرکت رفت و برگشتی پیستون و سپس به حرکت چرخشی شفت تبدیل می کند. در مفهوم گسترده تر، موتور بخار هر موتور احتراق خارجی است که انرژی بخار را به کار مکانیکی تبدیل می کند.

بیخود نبود که قرن نوزدهم را قرن بخار نامیدند. با اختراع موتور بخار، انقلابی واقعی در صنعت، انرژی و حمل و نقل رخ داد. مکانیزه کردن کارهایی که قبلاً به تعداد زیادی دست انسان نیاز داشت امکان پذیر شد. گسترش حجم ها تولید صنعتیوظیفه صنعت انرژی افزایش قدرت موتور را به هر طریق ممکن تعیین می کند. با این حال، در ابتدا این قدرت بالا نبود که توربین بخار را زنده کرد...توربین هیدرولیک به عنوان وسیله ای برای تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی یک محور دوار از زمان های قدیم شناخته شده است. توربین بخار تاریخچه ای به همان اندازه طولانی دارد که یکی از اولین طرح های آن به عنوان توربین هرون شناخته می شود و قدمت آن به قرن اول قبل از میلاد می رسد. با این حال، اجازه دهید فوراً توجه داشته باشیم که تا قرن نوزدهم، توربین‌هایی که توسط بخار به حرکت در می‌آیند، بیشتر کنجکاوی‌های فنی، اسباب‌بازی‌ها بودند تا دستگاه‌های واقعی صنعتی.

• توربین هیدرولیک به عنوان وسیله ای برای تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی یک محور دوار از زمان های قدیم شناخته شده است. توربین بخار تاریخچه ای به همان اندازه طولانی دارد و یکی از اولین طرح ها به نام توربین هرون شناخته می شود و قدمت آن به قرن اول قبل از میلاد باز می گردد. با این حال، اجازه دهید فوراً توجه داشته باشیم که تا قرن نوزدهم، توربین‌هایی که توسط بخار به حرکت در می‌آیند، بیشتر کنجکاوی‌های فنی، اسباب‌بازی‌ها بودند تا دستگاه‌های واقعی صنعتی.

و تنها با آغاز انقلاب صنعتی در اروپا، پس از معرفی گسترده عملی موتور بخار D. Watt، مخترعان شروع به نگاه دقیق تر به توربین بخار، به اصطلاح، "از نزدیک" کردند. ایجاد یک توربین بخار نیاز به دانش عمیق داشتخواص فیزیکی بخار و قوانین انقضای آن تولید آن تنها با کافی ممکن شدسطح بالا فناوری کار با فلزات، زیرا دقت ساخت مورد نیاز قطعات جداگانه و استحکام عناصر به طور قابل توجهی بالاتر از موتور بخار بود.با این حال، زمان گذشت، تکنولوژی بهبود یافت، و ساعت

• توربین بخار لاوال یک چرخ با پره است. یک جت بخار تولید شده در دیگ از لوله (نازل) خارج می شود، بر روی تیغه ها فشار می آورد و چرخ را می چرخاند. طراح با آزمایش لوله های مختلف برای تامین بخار، به این نتیجه رسید که آنها باید شکل مخروطی داشته باشند. اینگونه بود که نازل لاوال که هنوز هم استفاده می شود ظاهر شد (اختراع 1889). این کشف مهممخترع این کار را نسبتاً شهودی انجام داد. چندین دهه طول کشید تا نظریه پردازان ثابت کنند که نازلی با این شکل خاص بهترین اثر را می دهد.

• او کار بر روی توربین ها را در سال 1881 آغاز کرد و سه سال بعد برای طراحی خود حق امتیازی به او داده شد: پارسونز یک توربین بخار را به یک ژنراتور متصل کرد. انرژی الکتریکی. با کمک یک توربین تولید برق ممکن شد و این بلافاصله باعث افزایش علاقه عمومی به آن شد توربین های بخار. در نتیجه 15 سال تحقیق، پارسونز پیشرفته ترین توربین جت چند مرحله ای را در آن زمان ایجاد کرد. او چندین اختراع کرد که کارایی این دستگاه را افزایش داد (طراحی مهر و موم ها، روش های اتصال تیغه ها به چرخ و سیستم کنترل سرعت را بهبود بخشید).

• یک تئوری جامع از توربوماشین ها ایجاد کرد. او یک توربین چند مرحله ای اصلی ساخت که با موفقیت در نمایشگاه جهانی که در پایتخت فرانسه در سال 1900 برگزار شد نشان داده شد. راتو برای هر مرحله از توربین افت فشار بهینه را محاسبه کرد که از بالا بودن اطمینان حاصل کرد. ضریب کلیعملکرد مفید دستگاه

در ماشین او، سرعت چرخش توربین کمتر بود و انرژی بخار به طور کامل تری استفاده می شد. بنابراین، توربین های کورتیس از نظر طراحی کوچکتر و قابل اعتمادتر بودند. یکی از زمینه های اصلی کاربرد توربین های بخار، سیستم های محرکه کشتی است. اولین کشتی با موتور توربین بخار، توربینیا که توسط پارسونز در سال 1894 ساخته شد، به سرعت 32 گره دریایی (حدود 59 کیلومتر در ساعت) رسید.

• در ماشین او، سرعت چرخش توربین کمتر بود و انرژی بخار به طور کامل تری استفاده می شد. بنابراین، توربین های کورتیس از نظر طراحی کوچکتر و قابل اعتمادتر بودند. یکی از زمینه های اصلی کاربرد توربین های بخار، سیستم های محرکه کشتی است. اولین کشتی با موتور توربین بخار، توربینیا که توسط پارسونز در سال 1894 ساخته شد، به سرعت 32 گره دریایی (حدود 59 کیلومتر در ساعت) رسید.

موتور بخار آمریکایی Doble در مقادیر بسیار محدود تولید شد: از سال 1923 تا 1932، تنها 42 نسخه ساخته شد. مثال در تصویر مربوط به سال 1929 است. بروکس ماشین‌هایی را بخار می‌کند که خط مونتاژ را در کارخانه‌ای در استراتفورد، انتاریو، 1926 ترک می‌کنند.– توربین بخار توربین بخار

• بروکس ماشین‌هایی را بخار می‌کند که خط مونتاژ را در کارخانه‌ای در استراتفورد، انتاریو، 1926 ترک می‌کنند.– بخار آب توربین بخار به کارهای مکانیکی

• موتور بخار اولیه با حرکت چرخشی بدنه کار - روتور و فرآیند کار مداوم. برای تبدیل انرژی حرارتی عمل می کند

• به کارهای مکانیکی

• بخش طولی شماتیک یک توربین فعال با سه مرحله فشار: 1 - محفظه بخار تازه حلقوی. 2 - نازل های مرحله اول; 3 - تیغه های کاری مرحله اول; 4 - نازل مرحله دوم; 5 - تیغه های کاری مرحله دوم; 6 - نازل مرحله سوم; 7 - تیغه های کاری مرحله سوم.

بخش شماتیک یک توربین جت کوچک: 1 - محفظه بخار تازه حلقوی. 2 - پیستون تخلیه; 3 - اتصال خط بخار; 4 - درام روتور; 5، 8 - تیغه های کار؛ 6، 9 - پره های راهنما؛ 7 - بدن

• توربین بخار دو پوششی (با روکش های برداشته شده): 1 - محفظه فشار بالا. 2 - مهر و موم لابیرنت; 3 - چرخ کرتیس; 4 - روتور فشار قوی; 5 - جفت; 6 - روتور کم فشار; 7 - محفظه کم فشار. منابع:موتورهای بخار [

منبع الکترونیکی

] - https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0 %D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0 (زمان دسترسی 2015/09/02)

موضوع فیزیک کلاس 8 یک کلاسدرس با موضوع "توربین بخار. توربین گاز. راندمان موتور حرارتی

مسائل زیست محیطی

استفاده از موتورهای حرارتی

کتاب درسی پایه A.V. پریشکین فیزیک 8; م.: باستارد

هدف درس:

آموزشی

در طول درس از مطالعه ساختار، اصل عملکرد توربین بخار و جت اطمینان حاصل کنید.

مفهوم راندمان موتور حرارتی را در دانش آموزان تدوین کنید و راه های افزایش آن را در نظر بگیرید.

نقش و اهمیت TD را در تمدن مدرن نشان می دهد

ارتقای توانایی مقایسه کارایی یک موتور حرارتی واقعی و ایده آل؛

نقش مثبت و منفی موتورهای حرارتی را در زندگی انسان نشان می دهد.

رشدی

به توسعه توانایی تجزیه و تحلیل، برجسته کردن نکته اصلی در مطالب مورد مطالعه، مقایسه، نظام مندی و نتیجه گیری ادامه دهید.

توسعه افق های دانش آموزان و کسب دانش جدید علوم طبیعی آموزشیادامه تشکیل

نوع درس: ترکیب شده است

اشکال کار دانشجویی: فردی و جمعی، مشاهدات.

ضروری است تجهیزات فنی: کامپیوتر، پروژکتور

ساختار و جریان درس

1. مرحله سازمانی.

* بررسی حضور دانش آموزان در کلاس؛

* یادآوری کار سل در مطب.

* نگرش دوستانه معلم و دانش آموزان؛

* سازماندهی توجه همه دانش آموزان؛

* پیام موضوع و اهداف درس.

2. مرحله به روز رسانی دانش پایه:

گفتگوی رودررو در مورد موضوعات زیر:

1) به کدام موتور موتور احتراق داخلی می گویند؟

2) اجزای اصلی ساده ترین موتور احتراق داخلی کدامند؟

3) چه پدیده های فیزیکی در هنگام احتراق مخلوط قابل احتراق در موتور احتراق داخلی رخ می دهد؟

3. مرحله یادگیری مطالب جدید.

1. تعیین هدف درس.

2. بررسی مفاهیم "توربین بخار" توربین گازی"، "بازده موتور حرارتی"، تاثیر موتورهای حرارتی بر محیط زیست

توربین بخار

در درس های قبلی در مورد موتور احتراق داخلی یاد گرفتیم. امروز با نوع دیگری از موتور که در آن بخار یا گاز گرم می شود آشنا می شویم دمای بالامیل موتور را بدون کمک پیستون، شاتون و میل لنگ می چرخاند.
(به اسلاید 4 "مدل توربین بخار" مراجعه کنید)

نظرات در مورد دمو:

بخار ایجاد فشار بر روی پره های توربین باعث می شود که همراه با محوری که روی آن قرار دارد بچرخد و وزنه متصل به رزوه را بلند کند.

(به اسلاید 5 "توربین بخار" مراجعه کنید)

استفاده عملی این فرآیند به طور گسترده در صنعت انرژی استفاده می شود

(به اسلاید 6 مراجعه کنید "راه اندازی نیروگاه حرارتی") .

نظرات در مورد اسلاید

اصول عملکرد نیروگاه حرارتی:

توربین - ژنراتور - جریان الکتریکی

سایر کاربردهای توربین های بخار:

توربین گاز

نمونه ای از موتوری که در آن گاز گرم شده تا دمای بالا، محور موتور را می چرخاند(به اسلاید 7 "موتور جت" مراجعه کنید) :

نظرات:

هنگامی که توربین در حال کار است، روتورکمپرسور می چرخد ​​و هوا را می مکدنازل ورودی . هوا با عبور از یک سری پره های کمپرسور فشرده می شود و فشار و دمای آن افزایش می یابد. هوای فشرده وارد می شودمحفظه های احتراق . در همان زمان، سوخت مایع (نفت سفید، نفت کوره) تحت فشار بالا از طریق یک نازل به آن تزریق می شود. هنگام سوختن سوخت، هوا تا 1500-2200 گرم می شود 0 ج- هوا منبسط می شود و سرعت آن افزایش می یابد. هوا و محصولات احتراق در حال حرکت با سرعت بالا به داخل هدایت می شوندتوربین گازی . با حرکت از مرحله ای به مرحله دیگر، انرژی جنبشی خود را به پره های روتور توربین می دهند، در حالی که دمای آنها به 550 کاهش می یابد. 0 ج- بخشی از انرژی دریافتی توربین صرف چرخش کمپرسور می شود و بقیه آن مثلاً برای چرخاندن پروانه هواپیما یا روتور ژنراتور برق مصرف می شود. هوای خروجی همراه با محصولات احتراق با فشاری نزدیک به اتمسفر و با سرعت بیش از 500 متر بر ثانیه از داخل خارج می شود.نازل خروجی به جو

کاربرد در هوانوردی، انرژی و غیره

راندمان موتور حرارتی:

به اسلاید 8 "کارایی موتورهای حرارتی" نگاه کنید

تعیین کارایی به اسلاید 9 «ارزش‌ها» نگاه کنید کارایی انواع مختلفموتورهای حرارتی"-

ما در مورد انواع موتور و راندمان موتور صحبت می کنیم

مشکلات اکولوژیکی استفاده از ماشین های حرارتی

راه های کاهش اثرات مضردر مورد محیط زیست:

سخنرانی تعاملی "مشکلات اکولوژیکی استفاده از موتورهای حرارتی" را تماشا کنید

به اسلاید 10 نگاه کنید "این جالب است..."

واقعیت جالب!

احتراق سوخت با انتشار در جو همراه است دی اکسید کربن. جو زمین در حال حاضر حاوی حدود 2600 میلیارد تن دی اکسید کربن (حدود 0.0033٪) است. قبل از دوره توسعه سریع انرژی و حمل و نقل، مقدار دی اکسید کربن جذب شده در طی فتوسنتز توسط گیاهان و حل شدن در اقیانوس برابر با مقدار گاز آزاد شده در طی تنفس و پوسیدگی بود. در دهه های اخیر، این تعادل به طور فزاینده ای مختل شده است. در حال حاضر به دلیل احتراق زغال سنگ، نفت و گاز، سالانه 20 میلیارد تن دی اکسید کربن اضافی وارد جو زمین می شود.

به اسلاید 11 "مشکلات زیست محیطی" نگاه کنید

«میانگین تفاهم نامه دبیرستانشماره 1 با مطالعه عمیق زبان انگلیسی"

"مدرسه متوسطه MOU شماره ...."

چکیده با موضوع:

"توربین بخار"

تکمیل شده توسط: دانش آموز ... کلاس ...

بررسی شده توسط: معلم فیزیک ...

3-توربین بخار

3-طبقه بندی

4-مزایا و معایب

5-از تاریخچه توربین بخار

6-کارل-گوستاو-پاتریک دی لاوال

8- چارلز آلجرنون پارسونز

10- تاسیسات دیگ و توربین دریایی

12-پیروزی انرژی توربین بخار

13-پیوست

15-ادبیات

<
توربین بخار -نوعی موتور بخار که در آن یک جت بخار که بر روی پره های روتور اثر می کند باعث چرخش آن می شود. در حال حاضر، توربین های بخار همراه با دیگ های سوخت فسیلی یا راکتورهای هسته ای در نیروگاه ها و کشتی های بزرگ و کشتی ها استفاده می شوند. توربین های بخار سال هاست که به عنوان محرک اصلی در نیروگاه های تولید همزمان صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. بخار تولید شده در دیگ بخار منبسط شده و تحت فشار زیاد از پره های توربین عبور می کند. توربین می چرخد ​​و انرژی مکانیکی تولید می کند که توسط یک ژنراتور برای تولید برق استفاده می شود.

توان الکتریکی سیستم به میزان اختلاف فشار بخار در ورودی و خروجی توربین بستگی دارد.

برای کار کارآمدبخار باید با توربین تامین شود فشار بالاو دما (42 بار/400 درجه سانتی گراد یا 63 بار/480 درجه سانتی گراد)، (توربین های چگالشی شوروی K-800-240 توان نامی 800 مگاوات، فشار اولیه 240 بار، 540 درجه سانتی گراد). چنین شرایطی باعث افزایش تقاضا برای تجهیزات دیگ بخار می شود که منجر به افزایش تدریجی هزینه های سرمایه و هزینه های تعمیر و نگهداری می شود.

مزیت این فناوری توانایی استفاده از طیف گسترده ای از سوخت ها در دیگ بخار از جمله سوخت های جامد است. با این حال، استفاده از بخش های نفت سنگین و سوخت جامد عملکرد زیست محیطی سیستم را کاهش می دهد، که با ترکیب محصولات احتراق خروجی از دیگ تعیین می شود. به طور پیش‌فرض، توربین‌های بخار گرمای بسیار بیشتری نسبت به برق تولید می‌کنند و در نتیجه هزینه‌های ظرفیت نصب شده بالایی دارند.

طبقه بندی

سیستم های چگالشی در واقع برای تولید برق هستند، تمام انرژی صرف تولید برق می شود، بخار خروجی از توربین به کندانسور در کمترین فشار و دمای ممکن (حدود 0.03 بار، 30 درجه سانتی گراد) برای افزایش حرارت تولید می شود. بهره وری به عنوان یک قاعده، آنها قدرت بالایی دارند (در نیروگاه های حرارتی تا 1200 مگاوات، در نیروگاه های هسته ای تا 1500 مگاوات)، فقط در نیروگاه ها استفاده می شود. با علامت K-800-240، جایی که

K - نوع توربین (تراکمی)

800 - توان نامی، مگاوات

240 - فشار بخار تازه، kgf/cm2

با فشار معکوس، کل بخار خروجی با فشار و دمای بالا در صورت نیاز تولید می شود که برای تامین و تولید گرما استفاده می شود. توان الکتریکیمحدود به قدرت حرارتی مصرف کننده گرما. با علامت P-100-130/15، که در آن

P - نوع توربین (با فشار برگشتی)

15 - فشار برگشتی، kgf/cm2

گرمایش منطقه ای و صنعتی دو نوع قبلی را با هم ترکیب می کنند: بخشی از بخار برای تولید یا گرمایش گرفته می شود و بخشی با عبور دادن به کندانسور می رسد. چرخه کامل، در نیروگاه های حرارتی استفاده می شود. توربین هایی با استخراج گرمایشی با علامت T-100/120-130 مشخص می شوند که در آن

نوع توربین T (با استخراج گرمایشی)

100 - توان نامی، مگاوات

120 - حداکثر توان، مگاوات

130 - فشار بخار تازه، kgf/cm2

توربین هایی با انتخاب تولید دارای علامت P-25/30-90/13 هستند که در آن

P - نوع توربین (با انتخاب تولید)

25 - توان نامی، مگاوات

30 - حداکثر توان، مگاوات

90 - فشار بخار تازه، kgf/cm2

13 - فشار اسمی بخار در استخراج تولید، kgf/cm2

جوانب مثبت

توربین های بخار می توانند کار کنند انواع مختلفسوخت: گاز، مایع، جامد

توان واحد بالا

انتخاب آزاد مایع خنک کننده

محدوده قدرت گسترده

منبع چشمگیر توربین های بخار

منفی

اینرسی بالای نیروگاه های بخار (زمان راه اندازی و توقف طولانی)

هزینه بالای توربین های بخار

حجم کم برق تولید شده نسبت به حجم انرژی حرارتی

تعمیرات گران قیمت توربین های بخار

کاهش عملکرد زیست محیطی در مورد استفاده از روغن‌های سوخت سنگین و سوخت‌های جامد

از تاریخچه توربین بخار

بیخود نبود که قرن نوزدهم را عصر بخار نامیدند با اختراع ماشین بخار، انقلابی واقعی در صنعت، انرژی و حمل و نقل رخ داد. مکانیزه کردن کارهایی که قبلاً به تعداد زیادی دست انسان نیاز داشت امکان پذیر شد. راه آهنبه طور چشمگیری امکانات حمل و نقل کالا از طریق زمین را گسترش داد. کشتی های عظیمی به دریا رفتند که قادر به حرکت در برابر باد و تضمین تحویل به موقع کالا بودند. گسترش حجم تولیدات صنعتی، بخش انرژی را با وظیفه افزایش قدرت موتور از هر طریق ممکن مواجه کرده است. با این حال، در ابتدا این قدرت بالا نبود که توربین بخار را زنده کرد...

توربین هیدرولیک به عنوان وسیله ای برای تبدیل انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی یک محور دوار از زمان های قدیم شناخته شده است. توربین بخار تاریخچه ای به همان اندازه طولانی دارد و یکی از اولین طرح ها به نام توربین هرون شناخته می شود و قدمت آن به قرن اول قبل از میلاد باز می گردد. با این حال، اجازه دهید فوراً توجه داشته باشیم که تا قرن نوزدهم، توربین‌هایی که توسط بخار به حرکت در می‌آیند، بیشتر کنجکاوی‌های فنی، اسباب‌بازی‌ها بودند تا دستگاه‌های واقعی صنعتی.

و تنها با شروع انقلاب صنعتی در اروپا، پس از معرفی عملی گسترده موتور بخار D. Watt، مخترعان شروع به بررسی دقیق توربین بخار کردند. ایجاد یک توربین بخار مستلزم شناخت عمیق خواص فیزیکی بخار و قوانین جریان آن بود. ساخت آن تنها با سطح بالایی از فناوری برای کار با فلزات امکان پذیر شد، زیرا دقت لازم در ساخت قطعات جداگانه و استحکام عناصر به طور قابل توجهی بالاتر از موتور بخار بود.

برخلاف موتور بخار که با استفاده از انرژی پتانسیل بخار و به ویژه کشش آن کار می کند، یک توربین بخار از انرژی جنبشی یک جت بخار استفاده می کند و آن را به انرژی چرخشی شفت تبدیل می کند. مهمترین ویژگی بخار آب، جریان بالای آن از یک محیط به محیط دیگر است، حتی با اختلاف فشار نسبتاً کمی. بنابراین، در فشار 5 کیلوگرم بر متر مربع، جت بخاری که از کشتی به اتمسفر جریان می یابد، سرعتی در حدود 450 متر بر ثانیه دارد. در دهه 50 قرن گذشته مشخص شد که برای استفاده موثرانرژی جنبشی بخار، سرعت محیطی پره های توربین در حاشیه باید حداقل نصف سرعت جت دمنده باشد، بنابراین، با شعاع پره توربین 1 متر، باید سرعت چرخش حدود 4300 دور در دقیقه حفظ شود. . فن آوری نیمه اول قرن نوزدهم بلبرینگ هایی را نمی شناخت که قادر به تحمل چنین سرعت هایی برای مدت طولانی باشد. D. Watt بر اساس تجربه عملی خود معتقد بود که سرعت های بالاحرکات عناصر ماشینی اصولاً دست نیافتنی است و در پاسخ به هشداری درباره خطری که یک توربین می تواند برای موتور بخار اختراع خود ایجاد کند، پاسخ داد: «اگر بدون کمک خدا، از چه نوع رقابتی صحبت کنیم. آیا نمی توان قطعات کار را با سرعت 1000 فوت در ثانیه حرکت داد؟

با این حال، زمان گذشت، تکنولوژی بهبود یافت و ساعتی برای استفاده عملی از توربین بخار آغاز شد. توربین های بخار اولیه برای اولین بار در کارخانجات چوب بری در شرق ایالات متحده در سال های 1883-1885 مورد استفاده قرار گرفتند. برای رانندگی اره های مدور بخار از طریق محور تامین می شد و سپس با انبساط، از طریق لوله ها در جهت شعاعی هدایت می شد. هر یک از لوله ها با یک نوک خمیده به پایان می رسید. بنابراین، در طراحی، دستگاه توصیف شده بسیار نزدیک به توربین هرون بود، بازده بسیار پایینی داشت، اما برای راندن اره های با سرعت بالا نسبت به یک موتور بخار با حرکت پیستون رفت و برگشتی مناسب تر بود. علاوه بر این، برای گرم کردن بخار، طبق مفاهیم آن زمان، از سوخت زباله استفاده می شد - ضایعات کارخانه چوب بری.

با این حال، این اولین توربین های بخار آمریکایی به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفتند. تأثیر آنها بر تاریخچه بیشترعملا هیچ فناوری وجود ندارد. در مورد اختراعات سوئدی فرانسوی الاصل، دو لاوال، که نام او امروزه برای هر متخصص موتور شناخته شده است، نمی توان همین را گفت.

کارل گوستاو پاتریک د لاوال

اجداد دی لاوال هوگنوت هایی بودند که در پایان قرن شانزدهم به دلیل آزار و اذیت در سرزمین خود مجبور به مهاجرت به سوئد شدند. کارل گوستاو پاتریک ("نام اصلی" هنوز گوستاو در نظر گرفته می شد) در سال 1845 متولد شد و تحصیلات عالی دریافت کرد و از موسسه فناوری و دانشگاه در اوپسالا فارغ التحصیل شد. در سال 1872، دو لاوال به عنوان یک مهندس شیمی و متالورژی شروع به کار کرد، اما به زودی به مشکل ایجاد یک جداکننده شیر موثر علاقه مند شد. در سال 1878، او موفق شد یک نسخه موفق از طراحی جداکننده را توسعه دهد که گسترده شد. گوستاو از درآمد حاصله برای توسعه کار بر روی یک توربین بخار استفاده کرد. این جداکننده بود که انگیزه شروع کار روی دستگاه جدید را داد، زیرا به یک درایو مکانیکی نیاز داشت که بتواند سرعت چرخش حداقل 6000 دور در دقیقه را ارائه دهد.

به منظور اجتناب از استفاده از هر نوع ضریب، د لاوال پیشنهاد کرد که درام جداکننده را با یک توربین ساده از نوع جت بر روی یک محور قرار دهیم. در سال 1883، یک پتنت انگلیسی برای این طرح به ثبت رسید. د لاوال سپس به سمت توسعه یک توربین فعال تک مرحله‌ای رفت و در سال 1889 حق اختراع یک نازل منبسط کننده را دریافت کرد (و امروزه اصطلاح "نازل لاوال" رایج است) که امکان کاهش فشار بخار و افزایش آن را فراهم می‌کند. سرعت به مافوق صوت به زودی پس از این، گوستاو توانست بر مشکلات دیگری که در تولید یک توربین فعال عملکردی به وجود آمد، غلبه کند. بنابراین، او استفاده از یک شفت انعطاف پذیر و یک دیسک با مقاومت برابر را پیشنهاد کرد و روشی را برای محکم کردن تیغه ها در دیسک ایجاد کرد.

روشن نمایشگاه بین المللیدر شیکاگو که در سال 1893 برگزار شد، یک توربین کوچک د لاوال با قدرت 5 اسب بخار معرفی شد. با سرعت چرخش 30000 دور در دقیقه! سرعت چرخش عظیم یک دستاورد فنی مهم بود، اما در همان زمان به پاشنه آشیل چنین توربین تبدیل شد، زیرا برای استفاده عملی نیاز به گنجاندن یک دنده کاهش در نیروگاه داشت. در آن زمان گیربکس ها عمدتاً به صورت گیربکس های تک مرحله ای تولید می شدند، بنابراین قطر یک چرخ دنده بزرگ اغلب چندین برابر بزرگتر از اندازه خود توربین بود. نیاز به استفاده از چرخ دنده های کاهنده دنده حجیم از پذیرش گسترده توربین های د لاوال جلوگیری کرد. بزرگترین توربین تک مرحله ای با قدرت 500 اسب بخار. مصرف بخار 6...7 کیلوگرم بر اسب بخار در ساعت داشت.

یکی از ویژگی‌های جالب کار لاوال را می‌توان «تجربه‌گرایی برهنه» او در نظر گرفت: او طرح‌هایی کاملاً قابل اجرا خلق کرد که نظریه آن بعداً توسط دیگران توسعه یافت. بنابراین، تئوری یک شفت انعطاف پذیر متعاقباً توسط دانشمند چک A. Stodola مورد مطالعه قرار گرفت، او همچنین مسائل اصلی محاسبه قدرت دیسک های توربین با مقاومت برابر را سیستماتیک کرد. این فقدان یک نظریه خوب بود که به دی لاوال اجازه نمی داد به موفقیت بزرگی دست یابد، علاوه بر این، او فردی مشتاق بود و به راحتی از موضوعی به موضوع دیگر تغییر می کرد. با غفلت از جنبه مالی موضوع، این آزمایشگر با استعداد، که وقت اجرای اختراع بعدی خود را نداشت، به سرعت علاقه خود را به آن از دست داد و با ایده جدید فریب خورد. نوع دیگری از افراد، چارلز پارسونز انگلیسی، پسر لرد راس بود.