Турбина это: ТУРБИНА | это… Что такое ТУРБИНА? — RallySale.ru Продажа спортивных автомобилей, гоночной техники и экипировки для автоспорта. Работа. Аренда и тюнинг машин

Содержание

Газовая турбина: назначение и области применения

Назначение и принцип действия

Газовая турбина является лопаточной установкой, необходимой для обеспечения движения электрогенератора.

Ее основными частями являются ротор и статор с лопатками.

Лопатка – это металлическая деталь, представляющая собой пластину с хвостовиком, прикрепляющуюся к диску. Как правило, ширина этой пластины составляет четверть от ее длины.

Ротор – подвижный вал, на котором установлены диски с лопатками. Один диск называется ступенью ротора. Количество ступеней и размер лопаток на каждой из них зависит от особенностей работы и требуемой мощности агрегата.

Статор – неподвижный элемент турбины, представляющий собой лопатки другой формы, закрепленные в корпусе вокруг ротора. Он служит для направления газа на пластины ротора под нужным углом. Благодаря этому повышается КПД и надежность работы, а также предотвращается нарушение потока вещества.

Вместе с камерой сгорания газовая турбина представляет собой газотурбинную установку.

Рис. 1. Газотурбинная установка

Процесс работы

С помощью турбокомпрессора входящий воздух сжимается и подается в камеру сгорания. Там он нагревается и расширяется.

Продукты сгорания под давлением подаются на лопатки турбины, чем приводят в движение ротор, который является приводом электрогенератора.

Отличительные особенности

Главной особенностью газового устройства по сравнению с паровыми и парогазовыми турбинами является неизменность агрегатного состояния входящего вещества на протяжении всего рабочего процесса. Это позволяет им функционировать при более высоких температурах и увеличивать КПД.

При одинаковой мощности с паровыми газовые установки имеют меньший вес и габариты, быстрее вводятся в эксплуатацию, проще в обслуживании.

В отличие от двигателя внутреннего сгорания, в газовой турбине меньшее количество движущихся элементов и низкая вибрация при работе, более высокое соотношение мощности к габаритам, малое количество вредных выбросов, а также низкие требования к используемому топливу.

Применение газовых турбин связано и с некоторыми недостатками. Среди них высокая стоимость за счет сложности производства деталей, высокое потребление электроэнергии, медленный пуск по сравнению с ДВС, низкий КПД при малых нагрузках.

Сервис газовых турбин

Газовые турбины функционируют при экстремальных температурах и нагрузках, поэтому их элементы должны иметь высокую жаропрочность, жаростойкость и удельную прочность.

Ресурс деталей существенно снижается во время пусков и остановок агрегата, поэтому необходимо использовать материалы, способные защищать узлы как при высоких, так и при низких нагрузках.

С этой целью конструкторы применяют инновационные смазочные материалы, которые обеспечивают долговременную защиту механизмов от коррозии и износа, обладают высокой несущей способностью и устойчивостью к экстремальным температурам.

Для облегчения сборки и демонтажа лопаток турбин, а также защиты от фреттинг-коррозии на их хвостовики наносят материал MODENGY 1001.

Рис. 2. Лопатки турбин до и после нанесения защитного покрытия на хвостовики

Для подшипников скольжения газовых турбин применяют MODENGY 1001 и MODENGY 1002, прессовых посадок – MODENGY 1005, ходовых винтов – MODENGY 1001, конденсатоотводчиков – MODENGY 1001, крепежных деталей – MODENGY 1014.

На лепестковые газодинамические подшипники микротурбин наносят высокотемпературное покрытие MODENGY 2560.

Данные составы применяются на этапе производства элементов и не требуют обновления весь период функционирования газотурбинных установок.

Виды газовых турбин

Газовые турбины делятся на два вида:

Промышленные – крупногабаритные установки с высоким КПД, применяемые на различного вида электростанциях
Микротурбины – используются для обеспечения автономного энергоснабжения. Они производят экологически чистую энергию и могут являться аварийным источником питания

Рис. 3. Устройство микротурбины

Области применения

Газовые турбины часто устанавливаются в ракеты на жидком топливе, мощные компрессорные установки, системы хладоснабжения.

Наибольшую популярность получило применение газовых турбин на электростанциях за их высокую мощность при сниженных габаритах. Они могут обеспечить население теплом, светом и другой энергией в больших количествах.

Микротурбины производят электричество для торговых комплексов, строительных площадок, оборудования утилизирующей промышленности, аграрного сектора. Они эффективно работают в экстремальных условиях окружающей среды, например, на Крайнем Севере.

Паровая турбина | 8 класс

Содержание

Вы уже познакомились с самым распространенным видом теплового двигателя — двигателем внутреннего сгорания. Следующий вид, который мы рассмотрим — это турбина.

Турбины бывают газовые, паровые и гидравлические. Рабочим телом паровой турбины является пар. У газовой турбины же рабочим телом являются газы, образующиеся при сгорании топлива в специальных камерах. Устройство и работа газовой турбины аналогичны устройству и работе паровой турбины.

Для изучения мы выберем паровую турбину. На данном уроке вы узнаете, как она устроена, ее принцип действия, историю создания и применение в жизни.

Устройство и работа паровой турбины

Турбина — это тепловой двигатель, в котором пар или газ, нагретый до высокой температуры, вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала.

Схема простейшего варианта паровой турбины представлена на рисунке 1.

Диск 4 насажен на вал 5. На ободе диска закреплены лопатки 2. Около лопаток располагаются трубы — сопла 1, в которые поступает пар 3 из котла.

Принцип действия паровой турбины достаточно прост. Из сопел вырываются струи пара и оказывают на лопатки значительное давление. Таким образом струи пара приводят диск турбины в быстрое движение. Так внутренняя энергия пара переходит в механическую энергию.

{"questions":[{"content":"В устройстве паровой турбины пар выходит из[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["сопел","диска","вала","клапанов"],"answer":[0]}}}]}

В настоящее время в турбинах устанавливают несколько дисков сразу, насаженных на один общий вал. Так пар будет проходить через все лопатки дисков, при этом отдавая каждому часть своей энергии.

История создания паровой турбины

В ходе истории было предпринято большое количество попыток создания механизмов, похожих на паровую турбину именно в том виде, какой мы ее рассматриваем сейчас. Можно сказать, что все началось еще в I веке. Герон Александрийский создал интересный механизм (рисунок 2). Но его потенциал не оценили и восприняли как забавную игрушку.

Это изобретение по праву можно назвать первым прототипом паровой турбины. В котле кипела вода и образовывался пар. По трубке пар подавался к шару и вылетал из сопел. Шар начинал вращаться.

Считается, что первую паровую турбину создал в 1883 году шведский изобретатель Густав Лаваль. В 1889 году Лаваль дополнил сопла турбины коническими расширителями. Такой вариант сопел стал прародителем будущих ракетных сопел. Турбина Лаваля стала прорывом в инженерии.

С этого момента турбины стали активно использовать для приведения в действие электрогенераторов. В этом же году количество используемых турбин выросло до трехсот.

В 1894 году английский инженер Чарлз Парсонс построил опытное судно “Турбиния” с приводом от паровой турбины. Скорость этого судна достигала $60 \frac{км}{ч}$. В настоящее время судно находится в музее Newcastle’s Discovery Museum (рисунок 3), а её турбина находится в Лондонском музее науки.

{"questions":[{"content":"Создателем паровой турбины является[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Густав Лаваль","Герон Александрийский","Чарлз Парсонс","Джеймс Уатт"],"answer":[0]}}}]}

Применение паровых турбин

Современные паровые турбины широко используются во многих сферах.

Например, на электростанциях генератор электрического тока зачастую соединяют с турбиной. Такие турбины могут вращаться, выполняя до 3000 оборотов в минуту. Это позволяет использовать их для приведения в движение генераторов тока.

Также тепловые турбины устанавливают на тепловых электростанциях. В 2017 году на Уральском турбинном заводе была выпущена паровая турбина, электрическая мощность которой достигает $335 \space МВт$, а тепловая нагрузка — $385 \frac{Гкал}{ч}$ (рисунок 4). Этого достаточно, чтобы обеспечить теплом более 100 000 квартир.

Паровые турбины стоят и на различных заводах. На производстве данные турбины функционируют на отработавшем паре, позволяя получить из практически “отходов производства” полезную энергию. Используют их и на кораблях в качестве главного или вспомогательного двигателя.

Одной из самых мощных паровых турбин в мире на сегодняшний день является турбина Siemens SST5-9000 (рисунок 5). Ее мощностью составляет $1900 \space МВт$. Спрос на такие мощности очень мал, так как реализовать такой потенциал можно только на атомных электростанциях.

На сухопутном и воздушном транспорте паровые турбины не используют, потому что для их функционирования необходимо большое количество пара, а следовательно, и жидкости.

типов гидротурбин | Министерство энергетики

Управление гидроэнергетических технологий

Узнать больше

Программа гидроэнергетики

Основы гидроэнергетики

Зачем использовать гидроэнергетику?

История гидроэнергетики

Гидроаккумулирующие гидроэлектростанции

Глоссарий по гидроэнергетике

Портал STEM по гидроэнергетике

Существует два основных типа гидроэлектростанций: реактивные и импульсные.

Тип гидроэлектростанции, выбранный для проекта, зависит от высоты стоячей воды, называемой «напором», и расхода или объема воды на участке с течением времени. Другие решающие факторы включают глубину установки турбины, эффективность турбины и стоимость. Вот некоторые из наиболее часто используемых турбин в Соединенных Штатах сегодня.

РЕАКЦИОННАЯ ТУРБИНА

Реакционная турбина вырабатывает энергию за счет объединенных сил давления и движущейся воды. Бегун помещается прямо в поток воды, позволяя воде течь по лопастям, а не ударять по каждой из них по отдельности. Реакционные турбины обычно используются на объектах с более низким напором и более высокими расходами и являются наиболее распространенным типом, используемым в настоящее время в Соединенных Штатах.

Двумя наиболее распространенными типами реактивных турбин являются пропеллерные (включая Каплана) и фрэнсисовские. Кинетические турбины также являются разновидностью реактивных турбин.

Пропеллерная турбина

Пропеллерная турбина обычно имеет рабочее колесо с тремя-шестью лопастями. Вода постоянно контактирует со всеми лезвиями. Представьте себе лодочный винт, вращающийся в трубе. Через трубу давление постоянно; если бы это было не так, бегун потерял бы равновесие. Шаг лопастей может быть фиксированным или регулируемым. Основными компонентами, помимо бегунка, являются спиральный корпус, калитки и вытяжная труба. Существует несколько различных типов пропеллерных турбин:

Турбина в виде груши : Турбина и генератор представляют собой герметичный блок, расположенный непосредственно в потоке воды.

Straflo : Генератор крепится непосредственно по периметру турбины.

Трубчатая турбина : Напорный трубопровод изгибается непосредственно перед или после рабочего колеса, обеспечивая прямолинейное соединение с генератором.

Турбина Каплана : И лопасти, и калитки регулируются, что позволяет использовать их в более широком диапазоне. Эта турбина была разработана австрийским изобретателем Виктором Капланом в 1919.

Турбина Фрэнсиса

Турбина Фрэнсиса была первой современной гидроэлектрической турбиной и была изобретена британо-американским инженером Джеймсом Фрэнсисом в 1849 году. Турбина Фрэнсиса имеет рабочее колесо с неподвижными лопастями, обычно девять или более. Вода подается прямо над бегунком и вокруг него, которая затем падает, заставляя лопасти вращаться. Помимо бегунка, к другим основным компонентам относятся спиральный корпус, калитки и вытяжная труба. Турбины Фрэнсиса обычно используются для ситуаций со средним и высоким напором (от 130 до 2000 футов), хотя они также использовались и для более низкого напора. Турбины Фрэнсиса хорошо работают как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

Кинетическая турбина

Турбины с кинетической энергией, также называемые безнапорными турбинами, вырабатывают электричество из кинетической энергии текущей воды, а не из потенциальной энергии напора. Системы могут работать в реках, искусственных каналах, приливных водах или океанских течениях. Поскольку кинетические системы используют естественный путь водного потока, они не требуют отвода воды через искусственные каналы, русла рек или трубы, хотя они могут применяться в таких трубопроводах. Кинетические системы не требуют больших строительных работ, поскольку они могут использовать существующие конструкции, такие как мосты, отводы и каналы.

ИМПУЛЬСНАЯ ТУРБИНА

Импульсная турбина обычно использует скорость воды для перемещения рабочего колеса и производит выброс при атмосферном давлении. Струя воды ударяет в каждое ведро на бегунке. При отсутствии всасывания на нижней стороне турбины вода вытекает из нижней части корпуса турбины после удара по рабочему колесу. Импульсная турбина обычно подходит для приложений с высоким напором и низким расходом. Двумя основными типами импульсных турбин являются турбины Пельтона и турбины с поперечным потоком.

Турбина Пелтона

Турбина Пелтона была изобретена американским изобретателем Лестером Алланом Пелтоном в 1870-х годах. Колесо Пелтона имеет одну или несколько свободных форсунок, выпускающих воду в аэрируемое пространство и сталкивающихся с ковшами рабочего колеса. Турбины Пельтона обычно используются для очень высокого напора и низкого расхода.

Турбина с поперечным потоком

Оригинальная турбина с поперечным потоком была разработана Энтони Мичеллом, австрийским инженером, в начале 1900-х годов. Позже его усовершенствовал венгерский инженер Донат Банки, а немецкий инженер Фриц Оссбергер усовершенствовал его еще больше. Турбина с поперечным потоком имеет форму барабана и использует удлиненное сопло прямоугольного сечения, направленное против изогнутых лопаток на рабочем колесе цилиндрической формы. Напоминает воздуходувку в виде «беличьей клетки». Турбина с поперечным потоком позволяет воде проходить через лопасти дважды. При первом проходе вода течет снаружи лопастей внутрь; второй проход идет изнутри наружу. Направляющий аппарат на входе в турбину направляет поток в ограниченную часть рабочего колеса.

ПОСМОТРЕТЬ ВСЕ

Центр лосося на Аляске и Министерство энергетики изучают потенциал гидроэнергетики для удовлетворения потребностей региона в энергии и устойчивости

При технической поддержке Партнерского проекта Министерства энергетики США по переходу к энергетике город Диллингем, Аляска, рассматривает возможность реализации гидроэнергетического проекта, чтобы помочь его энергетическая устойчивость и экологические цели.

Узнать больше

успеха гидроэнергетики в 2022 году помогут в достижении целей в области экологически чистой энергии

Управление гидроэнергетических технологий Министерства энергетики США рассказывает о некоторых из многочисленных успехов, достигнутых его экспертами, лабораториями и партнерами за последний год в планах на 2022 год и прогнозах на 2023 год.

Узнать больше

Волновой эффект: почему научный сотрудник WPTO Сара Мур считает, что для решения таких проблем, как изменение климата, нам нужно нечто большее, чем математика и наука

В 2015 году Сара Мур поехала в сельскую боливийскую общину, чтобы установить душевые и туалеты на солнечных батареях. В настоящее время она является научным сотрудником Американской ассоциации развития науки и технологий 2021 года и работает над водными системами других сообществ.

Узнать больше

WPTO объявляет о выделении более 16 миллионов долларов на новые национальные гидроэнергетические и морские проекты под руководством лабораторий

Сегодня WPTO объявила о новых проектах на сумму более 16 миллионов долларов, направленных на дальнейшие исследования и разработки в области гидроэнергетики и морской энергетики. Эти награды включают 5,6 млн долларов на гидроэнергетику и 10,5 млн долларов на проекты морской энергетики в шести национальных лабораториях.

Узнать больше

Основные возможности финансирования обсуждены в Отделе технологий гидроэнергетики Полугодовой вебинар 9 для заинтересованных сторон0003

9 ноября 2022 года WPTO провела свой последний полугодовой вебинар для заинтересованных сторон и поделилась подробностями с заинтересованными сторонами в области гидроэнергетики и морской энергетики из промышленности, научных кругов и правительства о последних возможностях финансирования, достижениях и проектах офиса.

Узнать больше

Победители премии продолжают продвигать инновационные гидроаккумулирующие технологии, три команды продолжили тестирование, завершили дальнейший анализ и определили потенциальные площадки для своих технологий.

Узнать больше

Веб-семинар WPTO для обсуждения тем гидроэнергетики в предстоящей программе финансирования малого бизнеса

1 декабря 2022 г. WPTO проведет вебинар для изучения тем гидроэнергетики на первом этапе 2023 финансового года. Инновационные исследования и технологии малого бизнеса. Трансферная программа. Спикеры обсудят эти темы и ответят на вопросы.

Узнать больше

Министерство энергетики США объявляет о технической помощи для развития технологий гидроэнергетики

WPTO объявило о возможности для разработчиков гидроэнергетики и других заинтересованных сторон получить техническую помощь для преодоления препятствий оценки при разработке гидроаккумулирующих гидроэнергетических проектов и проблем, связанных с миссией HydroWIRES.

Узнать больше

Интересуетесь карьерой в гидроэнергетике?

В этот национальный день STEM Управление технологий гидроэнергетики представляет ресурсы, инструменты и возможности, которые могут помочь вам сделать карьеру в области экологически чистой энергии в гидроэнергетике.

Узнать больше

WPTO предоставляет возможность финансирования в размере 4 миллионов долларов США для продвижения технологий прохода и защиты рыбы

Возможность финансирования в размере 4 миллионов долларов США направлена на снижение воздействия гидроэнергетики на окружающую среду с помощью исследований для продвижения инновационных технологий прохода и защиты рыбы.

Узнать больше

Турбина | Encyclopedia.com

гейл

просмотров обновлено 21 мая 2018

История

Типы турбин

Ресурсы

Турбина – это любая из различных роторных машин, которые преобразуют кинетическую энергию потока жидкости (газа или жидкости) в механическую энергию путем пропускания потока через система неподвижных и подвижных вентиляторов или лопастей. Турбины — это простые, но мощные машины, воплощающие третий закон движения Ньютона, который гласит, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Они классифицируются в зависимости от рабочей жидкости, которую они используют: пар, газ, вода и ветер. Сегодня различные типы турбин вырабатывают электроэнергию, приводят в движение корабли и подводные лодки, а также приводят в движение реактивные самолеты.

Идея использования естественно движущейся воды или воздуха для выполнения работы является древней. Водяные колеса и ветряные мельницы — лучшие примеры способности древнего человечества

улавливать часть энергии природы и заставлять ее работать. Римляне перемалывали кукурузу с помощью водяного колеса еще в 70 г. до н.э., а в Персии около 700 г. н.э. использовались ветряные мельницы современного типа. Оба являются предками турбины. У обоих есть большие поверхности (лопасти, ведра или парус) по краям колеса, которые ударяются от движущегося ветра или воды, заставляющих колесо вращаться. Именно благодаря вращению этого большого центрального колеса, которое могло вращать другие колеса меньшего размера, получалась механическая энергия и могла выполняться работа, такая как перемалывание зерна или работа насоса.

Самым древним из этих методов было колесо с недокусом или гребное колесо. На этих старых водяных колесах только самая нижняя часть колеса была погружена в движущуюся массу воды, и все колесо вращалось, когда река текла мимо него, толкая его лопасти. Это был прототип того, что стало называться импульсной турбиной, которая приводится в движение силой жидкости, прямо ударяющейся о нее. За водяным колесом с недоливом в средние века последовало колесо с недоливом. Впервые он появился в Германии примерно в середине двенадцатого века и стал прототипом современной реактивной турбины. В отличие от импульсной турбины, источником энергии которой является кинетическая энергия (что-то ударяет что-то еще и отдает ему часть своей энергии), источник энергии для колеса с промахом (или реактивной турбины) известен как потенциальная энергия. Это потому, что вес воды, действующей под действием силы тяжести, используется для вращения колеса. Инженеры эпохи Возрождения изучали водяное колесо и поняли, что действие воды на колесо с лопастями было бы гораздо эффективнее, если бы все колесо каким-то образом было заключено в своеобразную камеру. Они очень хорошо знали, что только небольшое количество воды, толкающей или падающей на лопасти колеса или весло, на самом деле ударяется о них, и что большая часть энергии, содержащейся в набегающей воде, теряется или никогда не захватывается. Закрытие колеса и направление воды через эту камеру привело бы к созданию машины с большей эффективностью и мощностью. Однако им мешало отсутствие какого-либо теоретического понимания гидравлики, а также отсутствие точных станков, с помощью которых они могли тщательно строить вещи. Обе эти проблемы были до некоторой степени решены в восемнадцатом веке, и один из первых образцов реактивной турбины был построен в 1750 году немецким математиком и естествоиспытателем Иоганном Андресом фон Зегнером (1704-1777). В его системе движущаяся вода поступала в цилиндрическую коробку, содержащую вал рабочего колеса или ротора, и вытекала через тангенциальные отверстия, воздействуя своим весом на наклонные лопасти колеса.

Действительно эффективная водяная турбина теперь была в пределах досягаемости, и во Франции Societe d’Encouragement pour l’Industrie Nationale предложил приз. Премию получил французский горный инженер Клод Бурден (1778-1873), опубликовавший свои результаты в 1828 году. волчок. Именно ученик Бурдина, Бенуа Фурнейрон (1801-1867), усовершенствовал и развил работу своего наставника и считается изобретателем современной гидротурбины. Фурнейрон построил турбину мощностью шесть лошадиных сил, а позже продолжил строить более крупные машины, которые работали при более высоком давлении и выдавали большую мощность. Его главным вкладом было добавление распределителя, который направлял поток воды так, чтобы он с наибольшей эффективностью действовал на лопасти колеса. Это была турбина реактивного типа, поскольку вода, поступающая через лопасти распределителя (который был установлен внутри лопастей), воздействовала на лопасти колеса.

Вслед за первой турбиной Фурнейрона, которая оказалась гидравлической или водяной турбиной, были разработаны другие турбины, использующие энергию другого материала, такого как газ или пар. Хотя эти разные типы турбин имеют разные способы работы и, безусловно, разную историю, они все же воплощают в себе основные характеристики турбины. Все они вращаются или получают энергию от какой-либо формы движущейся жидкости, и все они преобразуют ее в механическую энергию.

В то время как турбины могут быть классифицированы как импульсные или реактивные в зависимости от того, как они функционируют, существует четыре основных типа турбин, классифицированных в зависимости от жидкости, которая создает движущую силу: пар, газ, вода или ветер. Пар, вода и ветряные турбины используются для выработки электроэнергии, а газовые турбины чаще всего используются реактивными самолетами для движения. Паровая турбина в основном используется на электростанциях, которые сжигают ископаемое топливо или используют ядерную энергию для привода генераторов для потребления электроэнергии. Паровые турбины также приводят в действие подводные лодки и корабли. Водяная или гидравлическая турбина используется почти исключительно на гидроэлектростанциях для питания электрогенератора, который затем производит электроэнергию для домов, офисов и заводов. Ветряные турбины менее распространены, но в Шотландии теперь используются вертикальные машины, называемые турбинами Дарье, чьи гигантские дугообразные лопасти выглядят как огромные взбивалки для яиц для выработки электроэнергии с помощью ветра. Газовая турбина в основном используется реактивными самолетами.

Паровые турбины преобразуют тепловую энергию, хранящуюся в паре, в механическую работу. Самая ранняя паровая турбина была также самой ранней известной паровой машиной. В первом веке нашей эры греческий математик и инженер Герой Александрийский построил то, что было по сути новшеством и не производило полезной работы, но, тем не менее, было первой паровой турбиной. Он состоял из небольшой полой сферы с двумя торчащими из нее насадками или изогнутыми трубками. Сфера была прикреплена к котлу, который производил пар. Когда пар выходил из полых трубок сферы, сама сфера вращалась вокруг своей оси и продолжала вращаться. В принципе, это была реактивная паровая турбина, потому что сила выходящего пара сама по себе создавала тягу, заставляющую его вращаться. Пар больше не рассматривался ни в каком контексте турбины, пока итальянец Джованни Бранка не опубликовал работу в 1629 году., в котором он предложил принцип импульсной паровой турбины. В своей книге он подробно описывает, что было бы просто преобразовать прямолинейное движение цилиндра во вращательное движение, необходимое для работы, направив струю пара на лопасти колеса, как воду против водяного колеса. Неизвестно, строил ли он когда-либо такой двигатель.

Несмотря на прогресс, достигнутый в восемнадцатом веке в понимании и управлении паром, паровая турбина не могла быть построена до тех пор, пока точность и прочность обработки и материалов не достигли определенного уровня. В 1884 году английский инженер Чарльз Алджернон Парсонс (1854-1919 гг. 31) создал первый практичный паровой турбинный двигатель. Несмотря на то, что он был разработан для производства электроэнергии, он вскоре был применен в морских двигателях и в 1887 году приводил в движение корабль, названный Turbinia . Впечатляющая скорость и производительность этого великого корабля открыли новую эру парового движения в море. Парсонс преодолел несколько серьезных инженерных трудностей, связанных с нагрузкой, вибрацией и балансировкой, и действительно заслуживает звания отца современной паровой турбины. Помимо использования в море, паровые турбины продолжали производить подавляющую часть электроэнергии, используемой в двадцатом веке. Сегодня основная часть нашей электроэнергии вырабатывается электростанциями, использующими паровые турбины. Пар производится при сжигании ископаемого топлива (угля или газа) или при использовании ядерной энергии. Большинство согласны с тем, что паровые турбины все еще развиваются и в течение некоторого времени будут играть значительную роль в производстве электроэнергии.

Водяные или гидравлические турбины отождествляются с плотинами и производством гидроэлектроэнергии. Когда турбина приводится в действие быстро текущей или падающей водой, она называется импульсной турбиной. Огромная гидроэлектростанция на Ниагарском водопаде, построенная в конце девятнадцатого века, представляет собой турбину такого типа. Водные условия обычно определяют, какой тип турбины необходим, а импульсным водяным турбинам для эффективной работы требуется постоянный поток воды. Два аспекта этого водного потока имеют решающее значение: его объем и напор. Напор воды — это расстояние, на которое должна упасть вода, прежде чем ударится о колесо турбины. При достаточном объеме и напоре, подобно Ниагаре, импульсная турбина может иметь колесо или ротор, установленный либо на вертикальном, либо на горизонтальном валу. Концы лопастей турбины действуют как чашеобразные ведра, и поскольку вода с очень большой скоростью направляется на них струями, лопасти поворачиваются. Как и следовало ожидать, большинство гидравлических турбин относятся к реактивному типу, поскольку они лучше всего подходят для ситуаций с низким напором. Здесь турбина находится под водой и вращается за счет веса и скорости потока. Его вал вертикальный и имеет либо спирально изогнутые лопасти, либо лопасти, напоминающие корабельный гребной винт. В отличие от импульсных турбин, которые вращаются за счет ускорения воды из питающих сопел, реактивные турбины работают за счет ускорения воды в роторе или рабочем колесе. Затем оба преобразуют энергию стремительной воды в механическую энергию.

Ветряные турбины являются наименее распространенными или значимыми из всех типов турбин, и во многих технических текстах они даже не упоминаются. В отличие от водяных колес, которые напрямую привели к гидравлической турбине, ветряная мельница по большей части не превратилась в важный источник современной энергии. Однако, как и в случае с упомянутыми турбинами Дарье в Шотландии, ветряные турбины существуют и доказали свою полезность в районах с сильными непрерывными ветрами. Кластеры ветряных турбин вырабатывают электроэнергию в

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Гидроэнергетика — Электроэнергия, получаемая от генераторов, приводимых в действие гидравлическими или гидротурбинными двигателями.

Импульсная турбина — Сила удара быстро движущейся жидкости о лопасти, которая заставляет ротор вращаться.

Кинетическая энергия — Та часть энергии тела, которой оно обладает в результате своего движения.

Механическая энергия — Энергия в виде механической энергии.

Реакционная турбина — Ротор вращается главным образом под действием веса или давления жидкости на лопасти.

Горы Техачапи возле Барстоу, Калифорния, а также в некоторых районах Гавайев и Нью-Гэмпшира.

Наиболее известным применением газовых турбин являются реактивные двигатели. Газовые турбины используют горячие газы, как следует из их названия, и они представляют собой новейший тип газотурбинного двигателя. Их газы образуются при сжигании какого-либо вида топлива, например керосина. Затем воздух всасывается в переднюю часть турбины и проходит через компрессор, где сжатый воздух смешивается с топливом в камере сгорания и сжигается. При этом образуются горячие газы, которые расширяются и поэтому устремляются через роторы турбин, заставляя их вращаться. Это вращение можно использовать для питания электрического генератора или насоса, но в случае реактивного самолета горячие расширяющиеся газы выбрасываются с очень высокой скоростью из заднего сопла двигателя, создавая тягу, которая затем толкает двигатель и самолет вперед. Газовые турбины нагреваются до более высоких температур, чем паровые турбины (чем горячее газовая турбина, тем эффективнее она работает), и, следовательно, их нельзя построить из обычных металлов.

Турбинные двигатели являются примером идеи, которую нельзя было воплотить в жизнь, пока технологии не достигли определенного прогресса. Вероятно, наиболее важным техническим достижением было широкое внедрение стали и ее сплавов во второй половине девятнадцатого века. Популярность и использование определенных типов газотурбинных двигателей растет и падает по мере изменения потребностей, приоритетов и ситуаций. Хорошим примером является использование паровых турбин для движения судов. После того, как паровые турбины доминировали в морских перевозках в течение многих лет, они пришли в упадок после 19 века. 73 нефтяное эмбарго, потому что топливо для производства пара стало непомерно дорогим. Их место заняли дизели, так как им требовалось меньше топлива. Однако дизели могут использовать только жидкое топливо, и, поскольку в следующем столетии нефти станет меньше, паровые турбины для кораблей снова могут стать выбором, поскольку они могут приводиться в действие котлами, работающими на угле.

См. также Альтернативные источники энергии; Реактивный двигатель.

КНИГИ

Мериам Дж.Л. и Л.Г. Крайге. Инженерная механика, динамика. 5-е изд. New York: John Wiley & Sons, 2002.

Leonard C. Bruno

The Gale Encyclopedia of Science

gale

просмотров обновлено 18 мая 2018

Любая из различных турбин энергия потока жидкости (газа или жидкости) в механическую энергию при пропускании потока через систему неподвижных и движущихся вентиляторов или лопастей. Турбины — это простые, но мощные машины, воплощающие в себе третий закон Ньютона. 0196 движение , в котором говорится, что на каждое действие есть равное и противоположное противодействие. Они классифицируются в соответствии с рабочей жидкостью, которую они используют: пар, газ , вода и ветер . Сегодня различные типы турбин вырабатывают 90 196 электроэнергии 90 197, питают корабли и подводные лодки, а также 90 196 реактивных самолетов 90 197.

История
Идея использования естественно движущейся воды или воздуха для выполнения работы является древней. Водяные колеса и ветряные мельницы — лучшие примеры способности древнего человечества улавливать часть энергии природы и заставлять ее работать. Римляне перемалывали кукурузу с помощью водяное колесо уже в 70 г. до н.э., а ветряные мельницы современного типа использовались в Персии около н.э. 700. Оба предки турбины. У обоих есть большие поверхности (лопасти, ведра или парус) по краям колеса, которые ударяются от движущегося ветра или воды, заставляющих колесо вращаться. Именно благодаря вращению этого большого центрального колеса, которое могло вращать другие колеса меньшего размера, получалась механическая энергия и могла выполняться работа, такая как перемалывание зерна или работа насоса.
Самым древним из этих методов было колесо с недокусом или гребное колесо. На этих старых водяных колесах только самая нижняя часть колеса была погружена в движущуюся массу воды, и все колесо вращалось, когда река текла мимо него, толкая его лопасти. Это был прототип того, что стало называться импульсной турбиной, которая приводится в движение силой жидкости, прямо ударяющейся о нее. За водяным колесом с недоливом в средние века последовало колесо с недоливом. Впервые он появился в Германии примерно в середине двенадцатого века и стал прототипом современной реактивной турбины. В отличие от импульсной турбины, источником энергии которой является кинетическая энергия (что-то ударяет что-то еще и отдает ему часть своей энергии), источник энергии для колеса с промахом (или реактивной турбины) известен как потенциальная энергия. Это потому, что вес воды, действующей под действием силы тяжести, используется для вращения колеса. Инженеры эпохи Возрождения изучали водяное колесо и поняли, что действие воды на колесо с лопастями было бы гораздо эффективнее, если бы все колесо каким-то образом было заключено в своеобразную камеру. Они очень хорошо знали, что только небольшое количество воды, толкающей или падающей на лопасти колеса или весло, на самом деле ударяется о них, и что большая часть энергии, содержащейся в набегающей воде, теряется или никогда не захватывается. Закрытие колеса и направление воды через эту камеру привело бы к созданию машины с большей эффективностью и мощностью. Однако им мешало отсутствие какого-либо теоретического понимания гидравлики, а также отсутствие точности 9.0196 станки , с помощью которых они могли тщательно строить вещи. Обе эти проблемы были до некоторой степени решены в восемнадцатом веке, и один из первых образцов реактивной турбины был построен в 1750 году немецким математиком и естествоиспытателем Иоганном Андресом фон Зегнером (1704-1777). В его системе движущаяся вода поступала в цилиндрическую коробку, содержащую вал рабочего колеса или ротора, и вытекала через тангенциальные отверстия, воздействуя своим весом на наклонные лопасти колеса.
Действительно эффективная водяная турбина теперь была в пределах досягаемости, и во Франции Societe d’Encouragement pour l’Industrie Nationale предложил приз. Премию получил французский инженер-горняк Клод Бурден (1778-1873), опубликовавший свои результаты в 1828 году. крутящийся или вращающийся волчок. Именно ученик Бурдена Бенуа Фурнейрон (1801-1867) усовершенствовал и развил его магистерскую работу и считается изобретателем современной гидравлической турбины. Компания Four-neyron построила турбину мощностью шесть лошадиных сил, а позже приступила к созданию более крупных машин, которые работали при более высоком давлении и выдавали большую мощность. Его главным вкладом было добавление распределителя, который направлял поток воды так, чтобы он с наибольшей эффективностью действовал на лопасти колеса. Это была турбина реактивного типа, поскольку вода, поступающая через лопасти распределителя (который был установлен внутри лопастей), воздействовала на лопасти колеса. Вслед за первой турбиной Фурнейрона, которая оказалась гидравлической или водяной турбиной, были разработаны другие турбины, использующие энергию другого материала, такого как газ или пар. Хотя эти разные типы турбин имеют разные способы работы и, безусловно, разную историю, они все же воплощают в себе основные характеристики турбины. Все они вращаются или получают энергию от какой-либо формы движущейся жидкости, и все они преобразуют ее в механическую энергию.
Типы турбин
В то время как турбины могут быть классифицированы как импульсные или реактивные в зависимости от того, как они функционируют, существует четыре основных типа турбин, классифицированных в зависимости от жидкости, которая создает движущую силу: пар, газ, вода или ветер. . Пар, вода и ветряные турбины используются для выработки электроэнергии, а газовые турбины чаще всего используются реактивными самолетами для движения. Паровая турбина в основном используется на электростанциях, которые сжигают ископаемых видов топлива или использовать ядерную энергию для приведения в действие генераторов для потребления электроэнергии. Паровые турбины также приводят в действие подводные лодки и корабли. Водяная или гидравлическая турбина используется почти исключительно на гидроэлектростанциях для питания электрического генератора , который затем производит электроэнергию для домов, офисов и заводов. Ветряные турбины менее распространены, но в Шотландии теперь используются вертикальные машины, называемые турбинами Дарье, чьи гигантские дугообразные лопасти выглядят как огромные взбивалки для яиц для выработки электроэнергии с помощью ветра. Газовая турбина в основном используется реактивными самолетами.
Паровые турбины преобразуют тепловую энергию, хранящуюся в паре, в механическую работу. Самая ранняя паровая турбина была также самой ранней известной паровой машиной . В первом столетии нашей эры греческий математик и инженер Герой Александрийский построил то, что было по сути новшеством и не производило полезной работы, но, тем не менее, было первой паровой турбиной. Он состоял из небольшой полой сферы с двумя торчащими из нее насадками или изогнутыми трубками. Сфера была прикреплена к котлу, который производил пар. Когда пар выходил из полых трубок сферы, сама сфера вращалась вокруг своей оси и продолжала вращаться. В принципе, это была реактивная паровая турбина, потому что сила выходящего пара сама по себе создавала тягу, заставляющую его вращаться. Пар больше не рассматривался ни в каком контексте турбины, пока итальянец Джованни Бранка не опубликовал работу в 1629 году., в котором он предложил принцип импульсной паровой турбины. В своей книге он подробно описывает, что было бы просто преобразовать прямолинейное движение цилиндра во вращательное движение, необходимое для работы, направив струю пара на лопасти колеса, как воду на водяное колесо. Неизвестно, строил ли он когда-либо такой двигатель.
Несмотря на прогресс, достигнутый в восемнадцатом веке в понимании и управлении паром, паровая турбина не могла быть построена до тех пор, пока точность и прочность обработки и материалов не достигли определенного уровня. В 1884 году английский инженер Чарльз Алджернон Парсонс (1854-1919 гг.31) создал первый практичный паровой турбинный двигатель. Несмотря на то, что он был разработан для производства электроэнергии, он вскоре был применен в морских двигателях и в 1887 году приводил в движение корабль, названный Turbinia . Впечатляющая скорость и производительность этого великого корабля открыли новую эру парового движения в море. Парсонс преодолел несколько серьезных инженерных трудностей, связанных с нагрузкой, вибрацией и балансировкой, и действительно заслуживает звания отца современной паровой турбины. Помимо использования в море, паровые турбины продолжали производить подавляющую часть электроэнергии, используемой в двадцатом веке. Сегодня основная часть нашей электроэнергии вырабатывается электростанциями, использующими паровые турбины. Пар производится при сжигании ископаемого топлива ( уголь или газ) или с использованием ядерной энергии. Большинство согласны с тем, что паровые турбины все еще развиваются и в течение некоторого времени будут играть значительную роль в производстве электроэнергии.
Водяные или гидравлические турбины отождествляются с плотинами и производством гидроэлектроэнергии. Когда турбина приводится в действие быстро текущей или падающей водой, она называется импульсной турбиной. Огромная гидроэлектростанция на Ниагарском водопаде, построенная в конце девятнадцатого века, представляет собой турбину такого типа. Водные условия обычно определяют, какой тип турбины необходим, а импульсным водяным турбинам для эффективной работы требуется постоянный поток воды. Два аспекта этого водного потока имеют решающее значение, его том и его глава. Напор воды — это расстояние, на которое должна упасть вода, прежде чем ударится о колесо турбины. При достаточном объеме и напоре, подобно Ниагаре, импульсная турбина может иметь колесо или ротор, установленный либо на вертикальном, либо на горизонтальном валу. Концы лопастей турбины действуют как чашеобразные ведра, и поскольку вода с очень высокой скоростью направляется на них струями, лопасти поворачиваются. Как и следовало ожидать, большинство гидравлических турбин относятся к реактивному типу, поскольку они лучше всего подходят для ситуаций с низким напором. Здесь турбина находится под водой и вращается за счет веса и скорости потока. Его вал вертикальный и имеет либо спирально изогнутые лопасти, либо лопасти, напоминающие корабельный гребной винт. В отличие от импульсных турбин, которые достигают вращение за счет ускорения воды из подающих форсунок, реактивные турбины работают за счет ускорения воды в роторе или рабочем колесе. Затем оба преобразуют энергию стремительной воды в механическую энергию.
Ветряные турбины являются наименее распространенными или значимыми из всех типов турбин, и во многих технических текстах они даже не упоминаются. В отличие от водяных колес, которые напрямую привели к гидравлической турбине, ветряная мельница по большей части не превратилась в важный источник современной энергии. Однако, как и в случае с упомянутыми турбинами Дарье в Шотландии, ветряные турбины существуют и доказали свою полезность в районах с сильными непрерывными ветрами. Кластеры ветряных турбин вырабатывают электроэнергию в горах Техачапи недалеко от Барстоу, Калифорния, а также в некоторых районах Гавайев и Нью-Гэмпшира.
Самым известным применением газовых турбин являются реактивные двигатели. Газовые турбины используют горячие газы, как следует из их названия, и они представляют собой новейший тип газотурбинного двигателя. Их газы образуются при сжигании какого-либо вида топлива, например керосина. Затем воздух всасывается в переднюю часть турбины
и проходит через компрессор, где сжатый воздух смешивается с топливом в камере сгорания и сгорает. При этом образуются горячие газы, которые расширяются и поэтому устремляются через роторы турбин, заставляя их вращаться. Это вращение можно использовать для питания электрического генератора или насоса, но в случае реактивного самолета горячие расширяющиеся газы выбрасываются с очень высокой скоростью из заднего сопла двигателя, создавая тягу, которая затем толкает двигатель и самолет вперед. Газовые турбины нагреваются до более высоких температур, чем паровые турбины (чем горячее газовая турбина, тем эффективнее она работает), и, следовательно, их нельзя построить из обычных металлов.
Турбинные двигатели являются примером идеи, которую нельзя было воплотить в жизнь, пока технологии не достигли определенного прогресса. Вероятно, наиболее важным техническим достижением стало широкое внедрение стали , и ее сплавов, которое произошло во второй половине девятнадцатого века. Популярность и использование определенных типов газотурбинных двигателей растет и падает по мере изменения потребностей, приоритетов и ситуаций. Хорошим примером является использование паровых турбин для движения судов. После того, как паровые турбины доминировали в морских перевозках в течение многих лет, они пришли в упадок после 19 века.73 нефтяное эмбарго, потому что топливо для производства пара стало непомерно дорогим. Их место заняли дизели, так как им требовалось меньше топлива. Однако дизели могут использовать только жидкое топливо, и, поскольку в следующем столетии нефти станет меньше, паровые турбины для кораблей снова могут стать выбором, поскольку они могут приводиться в действие котлами, работающими на угле.
См. также Альтернативные источники энергии; Реактивный двигатель.

Ресурсы
книги
Gunston, Bill. Разработка реактивных и газотурбинных авиационных двигателей. 2-е изд. Нью-Йорк: Haynes Publishing, 1998.
Руководство IEEE по эксплуатации и техническому обслуживанию турбин Генераторы. Институт инженеров по электротехнике и электронике, 1990 г.
Мериам, Дж.Л., и Л.Г. Крайге. Инженерная механика, динамика. 5-е изд. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, 2002.
Леонард С. Бруно
КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Гидроэнергетика
— Электроэнергия, получаемая от генераторов, приводимых в действие гидравлическими или гидротурбинными двигателями.
Импульсная турбина
— Сила удара быстро движущейся жидкости о лопасти, которая заставляет ротор вращаться.
Кинетическая энергия
— Та часть энергии тела, которой оно обладает в результате своего движения.
Механическая энергия
— Энергия в виде механической энергии.
Реакционная турбина
— Ротор вращается главным образом под действием веса или давления жидкости на лопасти.
Энциклопедия науки Гейла
оксфорд
просмотров обновлено 08 июня 2018 г.
турбина Вращающееся устройство, вращаемое движущейся жидкостью (жидкостью). Современная форма водяной турбины похожа на многолопастный гребной винт и используется для выработки гидроэлектроэнергии. На электростанциях, которые сжигают топливо для производства электроэнергии, энергия, выделяемая при сжигании, используется лопастями паровых турбин, похожих на реактивные двигатели. Когда они вращаются, турбины вращают генераторы, которые производят электричество.