Принцип работы паровой турбины

Отвечаю на комментарий http://pikabu.ru/story/tolerantnost_4414188#comment_70961298

Принцип работы паровой турбины Наука, Термодинамика, Технари, Адольф Гитлер, Длиннопост

В самом деле, почему на электростанциях отработавший газ, прошедший через турбины, разогретый до температуры 70°С, нужно охлаждать, перед тем, как снова пустить его в нагрев? Ведь теряется столько тепла? Почему бы сразу не отправить его в котел?


Отвечаю.

Для этого придется углубиться в теорию. Представь, что есть источник тепла. Котел с углем, например. Нужно преобразовать эту тепловую энергию в механическую работу. Но ведь тепло просто так не переведешь в работу! Нагретый котел сам по себе не сдвинет коленчатый вал и не заставит вращаться лопасти.

Для этого нужен посредник. Газ. Называемый также рабочим телом.


Простейший способ обустроить процесс - поместить газ в цилиндр с поршнем. Нагреваешь котлом газ, котел отдает ему тепло Q1, которое преобразуется во внутреннюю энергию газа U. Затем он расширяется, толкает поршень, то есть совершает работу А. Внутренняя энергия газа при этом понижается.


Что же дальше? Чтобы начался следующий цикл, нужно вернуть поршень на место. Но ведь сделать это не так просто! Подумай - газ нагрелся так, что его давление стало 20 атмосфер, затем толкнул поршень и охладился. Значит, когда мы затолкнем поршень обратно, температура вновь подскочит до 1000°С (газы при сжатии нагреваются) и давление снова станет равным 20 атмосферам! Чтобы преодолеть такое давление, нужно затратить работу А, и весь наш выигрыш в работе в итоге станет равным нулю.

Принцип работы паровой турбины Наука, Термодинамика, Технари, Адольф Гитлер, Длиннопост

Хорошо, что мы свободно можем играться с температурой!

Достаточно дать газу остыть, то есть подождать, пока он отдаст окружающему воздуху (холодильнику) тепло Q2.


Делается это так - немного сжимаем поршень, температура и давление подскакивают, дальше толкать поршень становится уже трудно (увеличилось давление). Ждем, пока газ остынет, с уменьшением температуры уменьшится и давление. Теперь поршень снова можно толкать. Толкаем поршень, ждем, пока упадут температура и давление. И так пока не придем к начальному состоянию.


Либо можно принудительно охлаждать цилиндр. Тогда газ начнет сжиматься и тянуть за собой поршень. Когда газ сжимается, его температура возрастает. Охлаждение компенсируется нагревом, и мы снова приходим к начальному состоянию.


Какой вывод мы сделали в итоге? Если бы не было окружающего воздуха, которому газ по мере сжатия мог бы отдавать лишнее тепло, нам бы пришлось изрядно попотеть, сжимая поршень до 20 атмосфер.


Вот почему так важно охлаждение.


----------------------------------------------------


Теперь ситуация с турбиной. Тут принцип такой же, но не так наглядно, как в случае с поршнем. Представим газ в виде маленьких пружинок.

Принцип работы паровой турбины Наука, Термодинамика, Технари, Адольф Гитлер, Длиннопост

Пояснение к рисунку выше:

1) Пружинка комнатной температуры. Просто пружинка.

2) Теперь нагреваем пружинку. Она становится напряженной, но выпрямиться ей мешает недостаток места и такие же напряженные пружинки по соседству.

3) Когда появляется возможность расшириться, пружинка выпрямляется, совершает работу и охлаждается.


А вот схема процесса.

Принцип работы паровой турбины Наука, Термодинамика, Технари, Адольф Гитлер, Длиннопост

Обратите внимание, мы не можем просто так взять и вернуть пружинку в исходное состояние. Она нагреется и снова разожмется. Сначала ее нужно охладить.

Надеюсь, теперь понятно, зачем нужно охлаждать отработанный газ?

Принцип работы паровой турбины Наука, Термодинамика, Технари, Адольф Гитлер, Длиннопост

P.S. От вращения праха Гитлера толку будет мало. Сыпучий объект. Крутиться должен труп.

Наука | Научпоп

7.6K постов78.3K подписчика

Добавить пост

Правила сообщества

Основные условия публикации

- Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.

- Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.

- Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.

- Видеоматериалы должны иметь описание.

- Названия должны отражать суть исследования.

- Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.


Не принимаются к публикации

- Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.

- Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.

- Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.


Наказывается баном

- Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.

- Попытки использовать сообщество для рекламы.

- Фальсификация фактов.

- Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.

- Троллинг, флейм.

- Нарушение правил сайта в целом.


Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество Пикабу.

Вы смотрите срез комментариев. Показать все
4
Автор поста оценил этот комментарий

КПД турбины это разница начальной и конечной энтальпии пара, делённое на разницу начальной энтальпии пара минус энтальпия сконденсировавшейся воды.

И вот чем больше начальная и чем меньше конечная энтальпия, тем процесс экономичнее.

Чем больше теплоперепад совершённый в турбине, тем лучше.

раскрыть ветку (4)
4
Автор поста оценил этот комментарий

Примером можно представить дом, с одной стороны которого воздух греется солнцем, а с другой стороны тень. Воздух имеет разницу температур, открываем окна с обеих сторон, получаем сквозняк, движение от тёплой стороны к прохладной. И чем больше перепад температур, тем сильнее будет сквозняк.

1
Автор поста оценил этот комментарий

мне кажется ты пишешь про кпд электрической турбоустановки, раз рассматриваешь конденсацию воды (так как в конденсаторе утилизируется почти половина энергии пара то и кпд не может из за этого быть выше 55%). КПД цилиндров турбины 80-93%

раскрыть ветку (2)
Автор поста оценил этот комментарий

Ну если ещё точнее, то идеального цикла.

раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

ну а если еще точнее, то без учета нагревания в насосе)

Вы смотрите срез комментариев. Чтобы написать комментарий, перейдите к общему списку