- •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
Тема 6 Развитие первичной энергетики в связи с электрификацией
"Героический" период электротехники завершился на рубеже XIX и XX столетий.
Все основные технические устройства, предназначенные для производства, распределения и использования электрической энергии, были предложены и доведены до промышленного применения.
Потребность в производстве больших количеств электроэнергии оказала влияние на всю первичную энергетику: теплоэнергетику и гидроэнергетику.
Коренные усовершенствования и в той, и в другой области первичной энергетики были тогда уже, главным образом, связаны не с непосредственным использованием в промышленности тепла и энергии воды, а с созданием первичных двигателей электростанций.
Правда, несколько позднее тепловые электростанции стали рассматриваться как фабрики по производству электрической и тепловой энергии на равных началах (так называемые теплоэлектроцентрали - ТЭЦ).
6.1. Развитие котлостроения
Концентрация (централизация) производства электроэнергии практически оказалась бы неосуществимой на основе старой первичной энергетики "доэлектрического периода".
Если в конце XIX в. крупные предприятия потребляли мощность 500 - 1500 л.с, то в начале XX в. предстояло обеспечить для некоторых заводов мощность примерно 30000 л.с. Для решения этой задачи в условиях старой первичной энергетики надо было бы установить более десятка мощных паровых машин и около сотни паровых котлов.
Для современной тепловой электростанции мощностью 1,2 млн кВт, оборудованной теплотехническими устройствами конца XIX в. потребовалось бы более 3400 паровых котлов и огромные площади для их размещения; число паровых машин составило бы 480 шт.
Таким образом, теплоэнергетика тормозила развитие электростанций, а поэтому достижения последних стимулировало развитие теплоэнергетики.
Трудно назвать другой технический объект, получивший столь коренные конструктивные изменения в первой половине XX в., как паровой котел.
С другой стороны, трудно назвать другой технический объект, который бы с момента своего возникновения и до наших дней развивался бы под действием только двух неизменных тенденций: повышения давления и повышения паропроизводительности. При этом всегда естественно оставалось стремление увеличить КПД.
Под влиянием электрификации эти тенденции сильно обострились, направив внимание исследователей на физические факторы, определяющие напряженность работы котла: температура, скорость газов, воды и пароводяной смеси.
Поиски путей резкого повышения этих параметров привели в первой половине XX в. к коренному изменению конструктивных форм котлоагрегата.
В этот период наблюдается значительный рост относительных топочных объемов, стремление к интенсификации процесса горения, к повышению температуры и полноты сжигания топлива. Рост топочных объемов связан с переходом к камерному сжиганию топлива (топки - камеры) вместо старого слоевого. Повышение температуры горения потребовало защиты топочных стен и сводов - применялись топочные экраны, предложенные в конце XIX в. выдающимся русским инженером В.Г. Шуховым.
Конструкция водяного подогревателя (экономайзера) была усовершенствована, возложив на себя функции подогрева воды почти до парообразования.
В первой половине XX в. в отдельных котлоустановках КПД вырос с 50...60 до 90% .
Для интенсификации сгорания топлива в топку стали подавать воздух, предварительно нагретый до высокой температуры.
Если первые типы котлов имели от 1 до 5 барабанов, то в 30-х г. преобладающими становятся котлы с одним барабаном или же совсем без них (прямоточные котлы). Уменьшение числа барабанов вызывалось тем, что с ростом котельного давления барабан становился самой дорогой частью котла.
Поперечное сечение котельных трубок уменьшилось (Dнap со 100 до 40 мм; Dвнyтp с 90 до 32 мм), а это при одновременном увеличении их суммарной длины и длины контура усложнило задачу обеспечения циркуляции за счет разности плотностей воды и пароводяной смеси в нисходящих и восходящих циркуляционных потоках. Потребность обеспечить принудительную циркуляцию осуществлялась специальными циркуляционными насосами.
Особое значение приобрел сложный процесс приготовления топлива и воды.
Размол и подсушка топлива для сжигания его в факелах в виде аэропыли потребовали разработки ряда дополнительных технических устройств: угольных мельниц, труб - сушилок, дозаторов, транспортеров, горелок и приборов для контроля за их действием.
Для подготовки воды, к чистоте которой предъявляются исключительно высокие требования, потребовалось создание водоподготовительных цехов со сложным фильтрующим и химическим оборудованием, лабораториями для химического контроля за качеством воды.