- •Вводная лекция по дисциплине «История энергетики»
- •Основная литература
- •Дополнительная литература
- •Тема 1 Введение
- •1.1 Энергия и энергетика
- •1.2. Виды энергии и развитие человеческого общества
- •1.3. Количественные показатели энергетики
- •1.4. Естественные ресурсы
- •Тема 2 Гидро- и ветроэнергетика как начальный период развития энергетики
- •2.1. Предпосылки развития гидроэнергетики
- •2.2. Водяные колеса
- •Вопросы для самопроверки
- •2.3. Гидравлический двигатель
- •2.4. Гидроэнергетика и теплоэнергетика
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 3 История теплоэнергетики
- •3.1. Предпосылки возникновения теплоэнергетики
- •3.2. Начальный период развития теплового двигателя
- •3.3. Появление универсального парового двигателя
- •3.4. Специализация паросиловых установок и дальнейшее развитие паровых машин
- •3.5. Паровой котел
- •3.6. Возникновение парового транспорта
- •3.7. Двигатели внутреннего сгорания
- •3.8. Паровая турбина
- •3.9. Газовая турбина
- •3.10. Тепловые машины и их влияние на окружающую среду
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 4 Развитие электротехники и электромеханики
- •4.1. Этапы развития электротехники
- •4.2. Первый генератор электрического тока
- •4.3. Электродинамика, основные законы электрической цепи
- •4.4. Развитие электрических машин постоянного тока
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 5 Переход энергетической техники на качественно новый уровень
- •5.1. Роль электрического освещения в становлении электроэнергетики
- •5.2. Развитие кабельной и изоляционной техники
- •5.3. Развитие генераторов и двигателей однофазного тока
- •5.4. Развитие однофазных трансформаторов
- •5.5. Первые экспериментальные и теоретические исследования в области передачи электрической энергии постоянным током
- •5.6. Электростанции постоянного и однофазного переменного тока
- •5.7. Возникновение многофазных систем
- •5.8. Трехфазная система
- •5.9. Трехфазный трансформатор
- •5.10. Первая трехфазная линия электропередачи
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 6 Развитие первичной энергетики в связи с электрификацией
- •6.1. Развитие котлостроения
- •6.2. Развитие паровых турбин
- •6.3. Развитие гидравлических турбин
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 7 Развитие электростанций
- •7.1. Развитие тепловых электростанций
- •7.2. Развитие гидроэлектростанций
- •Вопросы для самопроверки
- •Тема 8 Развитие техники передачи электроэнергии на большие расстояния
- •8.1. Передача энергии постоянным током
- •8.2. Передача энергии переменным током
- •8.3. Развитие кабельных и воздушных линий
- •Вопросы для самопроверки
- •Темы для рефератов
3.9. Газовая турбина
Стремление избавиться от котла направило изобретателей на использование воздуха в качестве рабочего тела теплосиловых установок, получивших название "калорических". Примером таких установок является установка шведского инженера Д.Эриксона (середина XIX века), работавшая на одном из заводов в Нью-Йорке. Калорическими двигателями было оборудовано морское судно "Эриксон". Подобный двигатель использовался на заводе Нобиля в Петербурге.
Первая попытка реализации газовой турбины была сделана инженером-механиком русского флота П.Д.Кузьминым в 1897 году [1]. Смерть изобретателя в 1900 году не позволила ему привести свое изобретение к законченному виду и преодолеть трудности, среди которых основной было отсутствие жароупорных сплавов. Только с 30-х годов XX века появилась реальная возможность сооружения экономически выгодных газовых турбин.
Воздушный котел и газовая турбина современного двигателя соответствуют по выполняемым ими функциям цилиндру калорического двигателя с расположенной под ним топкой. В современной газовой турбине используются и теплообменник и компрессор. Несмотря на тождество принципиальных схем, вытекающих из тождества принятых циклов, между калорическими двигателями и газовыми турбинами лежит длительный путь исторического развития, разработки эффективных циклов газового двигателя, исследования и обобщения условий теплообмена, осуществление перехода от поршневых конструкций к роторным, освоение технологии получения жаропрочных сталей, достижение высокого КПД турбокомпрессоров.
Что касается теоретических проблем, то до конца XIX века развитие теплоэнергетики характеризуется значительными успехами в исследовании свойств водяного пара и газов. Среди обобщающих теоретических работ следует отметить труды французских ученых Ж.Б.Фурье ("Аналитическая теория тепла ", 1822 год) и С.Карно ("Размышление о движущей силе огня", 1824 год).
Конструктивно газотурбинная установка состоит из воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины. Компрессор состоит из ротора, укрепленного на одной оси с турбиной, и неподвижного направляющего аппарата.
При работе турбины ротор компрессора вращается. Лопатки ротора имеют такую форму, что при их вращении давление перед компрессором понижается, а за ним повышается. Воздух засасывается в компрессор, несколько ступеней лопаток компрессора обеспечивают повышение давления воздуха в 5-7 раз.
Процесс сжатия протекает адиабатно, поэтому температура воздуха повышается до температуры 200° С и более. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания. Одновременно через форсунку в нее впрыскивается под большим давлением жидкое топливо - керосин, мазут.
При горении топлива воздух, служащий рабочим телом, нагревается до температур 1500°С - 2000°С. Нагревание воздуха происходит при постоянном давлении, поэтому воздух расширяется и скорость его движения увеличивается.
Движущийся с большой скоростью воздух и продукты горения направляются в турбину. Переходя от ступени к ступени, они отдают кинетическую энергию лопаткам турбины. Часть полученной турбиной энергии расходуется на вращение компрессора, а остальная используется для вращения.
Воздух и продукты горения выбрасываются из газовой турбины с большой скоростью. Реактивная сила тяги, возникающая при этом, может быть использована для движения любого вида транспорта.