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 подписчиков

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
1
Автор поста оценил этот комментарий
А про ПАрогазовые установки, которые утилизируют продукты сгорания в котле-утилизаторе.
раскрыть ветку (6)
1
Автор поста оценил этот комментарий

они утилизируют тепло от продуктов сгорания газовой турбины. там стоит котел-утилизатор (вместо обычного  котла). принцип действия паровой турбины и конденсатора абсолютно такой же

Автор поста оценил этот комментарий

У ПГУ КПД выше обычной паровой турбины, но тот же уголь в газовую турбину можно закинуть, если только провести газификацию или гидрогенезацию...геморрой несусветный в общем:) Ну и просто сама газовая турбина нифигово так стоит, так что не всем станциям по карману сменить старые ПТУшки на ПГУшки:(

раскрыть ветку (4)
Автор поста оценил этот комментарий
Насколько я помню, пгу дополняют котлы для паровой турбины. Но не работают вместо нее.
Газ сгорает в котле и нагревает воду и пар. Сгоревший газ имеет большую температуру и его направляют для нагрева воды в котле-утилизаторе, который потом подает воду в теплообменники и в котлы. Раньше сгоревшие газы выбрасывались в атмосферу, сейчас тоже, но их температура существенно ниже.
раскрыть ветку (3)
Автор поста оценил этот комментарий

Тут речь о "парогазовых" установках. Принцип действия их такой: газ сгорает в камере сгорания газовой турбины, и приводит в движение газовую турбину за счет расширения газов. За газовой турбиной (на выхлопе) дымовые газы попадают в котел-утилизатор, где, пройдя пароперегреватели, испарители и экономайзеры (не забываем газовый подогреватель конденсата на выходе) вылетают в трубу (естественно отдав теплоту воде и пару в поверхностях нагрева), а уж перегретый пар вращает паровую турбину, так же конденсируется и подается насосом снова на котел (пройдя деаэратор)...

А схему, которую ты придумал - я не видел:) если только ты не путаешь "котел-утилизатор" с "конвективной шахтой".

https://www.youtube.com/watch?v=-S142MLcr7M

раскрыть ветку (2)
Автор поста оценил этот комментарий
Он наверное имел ввиду котёл с дожиганием, т.е. в котле тоже сжигается газ. С газовой турбины выхлоп идёт как раз в этот котёл, кислорода там процентов 10-15, этот кислород дожидается в котле и т.д., как в обычной пгу. Делают такие схемы, когда газовая турбина маломощьная.
раскрыть ветку (1)
Автор поста оценил этот комментарий

Ну, в такой схеме все равно сложно назвать котел "котлом-утилизатором":)

Кстати, чаще всего котлы с "досжиганием" появляются не из за маломощной гту, а наоборот, что бы снизить NOx угольного котла, ставят маломощную ГТУ. В таких котлах обычно нет ДРГ, или слишком низкая рециркуляция газов.

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