1. Введение
Скачать 1.21 Mb.
|
ТЕМА 6Развитие 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. 6.2. Развитие паровых турбин Ряд принципиальных вопросов турбостроения был поставлен и в частной форме разрешен в трудах шведского инженера Г.П. Лаваля. Сторонник интенсификации техники, он довел скорость вращения турбин до 6000 - 7000 об/мин в конструкции первого сепаратора непрерывного действия, запатентованного в 1878 г. Для увеличения КПД турбин Лаваль предложил использовать расширяющееся сопло (1889 г.), позволившее понизить давление пара ниже критического, сообщив ему при этом сверхзвуковую скорость. Пойдя по пути освоения высоких скоростей, Лаваль создал активную одновенечную турбину со скоростью вращения 30000 об/мин. В процессе конструирования этой турбины он решил ряд сложных технических задач, используя такие элементы, как гибкий вал с подшипниками на шаровых опорах, турбинное колесо - диск в форме тела равного сопротивления инерционным силам. Впервые для лопаток и диска были применены специальные материалы - никелевая сталь. Решения, предложенью Лавалем в области турбостроения, не имели теоретических оснований и носили частный характер применимый, к турбинам небольшой мощности (до 500 кВт). Теория перечисленных задач еще только начинала разрабатываться. Теория расширяющегося сопла была дана Г.А. Цейнером (1899 г.), однако получила широкое признание значительно позднее, после опубликования ряда работ, в том числе, чешского ученого А. Стодола. Его считают создателем подлинной энциклопедии паровых турбин. Турбины Лаваля сейчас расцениваются как первые машины, в которых были в частной форме решены основные задачи турбостроения и дано направление дальнейшим работам по освоению и совершенствованию принципиально нового типа парового двигателя. Быстроходная турбина, не имеющая частей, совершающих возвратно-поступательное движение, позволяла сконцентрировать громадные мощности в одном агрегате. Это свойство турбин могло быть использовано только при ее объединении с электрогенератором. В этом направлении начал свою работу английский инженер И.А. Парсонс. В 1884 г. он получил патент на многоступенчатую реактивную турбину мощностью около 8 кВт при п = 1000 об/мин. Соединив ее с залом электрогенератора, он получил первый турбогенератор - важный агрегат электростанций. Парсон строил паровые турбины самых разнообразных конструкций, вводя новые улучшения, снижая расход пара, достигавший в первых турбинах громадной величины - около 60 кг/кВт-ч. К 1896 г. в турбине мощностью 400 кВт был достигнут расход пара 9.2 кг/кВт-ч. Однако на европейском континенте паровые турбины получили всеобщее признание в качестве двигателя электрогенератора только с 1899 г. В этом году в немецком городе Эльберфельде на электростанции для привода 3-х фазных генераторов были применена турбина Парсонса мощностью 1000 кВт. Испытания установили неоспоримые преимущества паровой турбины перед другими типами двигателей. Турбины работали со средним давлением пара 10.5 атм., t = 200º С и показали расход 8-9 кг/кВт·ч. Уже в 1913 г. расход пара в турбине Парсона мощностью 25000 кВт при давлении 14 атм. при t =304º С составил 5 кг/кВт·ч. В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже были представлены чертежи многоступенчатой паровой турбины французского профессора Огюстена Рато мощностью 1000 л.с [2]. Впервые разбивку скоростного перепада на ряд ступеней скорости ввел в 1896 г. американский инженер Ч. Кертис. Первые годы XX в. знаменуются началом турбостроения в ряде стран: Германии, Франции, США, Швейцарии, Швеции, Австро-Венгрии. В России первые турбины выпускались только Петербургским металлическим заводом. С начала внедрения первых турбин на судах военно-морского флота на Балтийском заводе был специально оборудован турбинный цех на уровне с турбинными цехами крупнейших зарубежных заводов. 6.3. Развитие гидравлических турбин Глубокие изменения во взглядах на возможности гидроэнергетики произошли в связи с опытами во время Франкфуртской выставки 1891 г. С этого момента началась новая эра в области производства электроэнергии на гидравлических электростанциях. Для характеристики водяных турбин был введен коэффициент быстроходности, который определял число оборотов при напоре один метр и мощности одна л.с. В первых радиально-осевых турбинах он составлял 60 - 70 об/мин, а к концу XX в. вырос до 320 об/мин. Для повышения этого коэффициента стали стремиться распределить мощность между несколькими рабочими колесами. Появились горизонтальные и вертикальные турбины сдвоенного типа. Но это был не единственный путь повышения коэффициента быстроходности. В 1914 г. профессор Дубе (Швейцария) доказал, что при значительном увеличении зазора между направляющим аппаратом и рабочим колесом и одновременным уменьшением длины лопаток рабочего колеса можно довести коэффициент быстроходности до 500 в обыкновенной (не сдвоенной) турбине. Но при работе колеса с неподвижными лопатками при такой реконструкции нельзя было сохранить высокий КПД. Значительное увеличение коэффициента быстроходности было достигнуто в 1914 - 16 гг., когда профессор В. Каплан (Чехословакия) осуществил радиальный подвод воды в направляющий аппарат и осевое прохождение воды через рабочее колесо при большом зазоре между направляющим и рабочим колесами. Гидравлические турбины Каплана для низконапорных установок в процессе своего развития прошли 2 стадии. Стремясь устранить всякие детали, могущие усложнить прохождение воды через рабочее колесо, Каплан в патенте 1916 г. предложил турбину без обода и придал рабочему колесу форму судового гребного винта. Коэффициент быстроходности достиг 1000, а КПД 80 - 82 % при полном давлении, которое регулировалось поворотными лопатками направляющего аппарата. Однако испытания показали, что при неполном подводе воды к рабочему колесу КПД резко падает. Вследствие этого был предложен поворотный тип лопаток рабочего колеса. В настоящее время турбины этого типа называются поворотно-лопастными. После Днепровской ГЭС, где были установлены американские и отечественные турбины, отечественное гидростроение занимает ведущее место в мире. Самые крупные поворотно-лопастные турбины установлены на Саратовской ГЭС (диаметр рабочего колеса 10,3 м) [1]. Рекордные мощности (126 МВт) и КПД (94%) были достигнуты в поворотно-лопастных турбинах Волжских ГЭС. Они были отмечены пятой Международной энергетической конференцией в Вене в 1956 г. как высшее достижение мирового гидротурбиностроения. Вопросы для самопроверки 1) Назовите основные тенденции (направления) развития парового котла с момента его создания и до настоящего времени. 2) Какие основные модернизации претерпел паровой котел с конца XIX до конца ХХ в в.? 3) Дайте определение паровой турбине. 4) Что дает применение расширяющегося сопла в паровой турбине? 5) Какая величина была введена в конце XVII века для характеристики водяных турбин? 6) В качестве какого элемента электрогенератора могут быть использованы паровые турбины? 7) Почему исследователи, ученые стремились повысить коэффициент быстроходности водяных турбин, к чему это привело? 8) Какие причины способствовали развитию теплоэнергетики в начале ХХ века? 9) Что предложил для совершенствования В. Каплан в 1914-1916 годах? |
Похожие:
 | Введение 2 Введение 5 Заключение 6 Список литературы 8 Введение «Реклама – двигатель торговли» Она апеллирует к метафизическим, трансцендентальным и априорным истокам опыта. Особое место в ее предметном со держании занимают... | | Программа дисциплины опд. Ф. 02. 1 История языка и введение в спецфилологию... Предметом теоретического курса «Введение в спецфилологию» является история германских языков и народов. Его цели: ознакомление студентов... |
| Программа курса «Введение в геохимию нефти и газа» Введение Предмет... Программа «Мы и окружающий мир» разработана в соответствии с психолого-педагогическими основами системы обучения, наце ленной на... | | Методические рекомендации 8 Введение 10 часть первая введение в специальность.... Учебник предназначен для студентов высших учебных заведений, учащихся техникумов и колледжей, изучающих адаптивную физическую культуру,... |
 | Российской федерации Изучение дисциплины базируется на знаниях студентов, полученных в ходе освоения дисциплин «Введение в языкознание», «Основной иностранный... | | Российской федерации Изучение дисциплины базируется на знаниях студентов, полученных в ходе освоения дисциплин «Введение в языкознание», «Основной иностранный... |
| Введение в экономику Совместный бакалавриат вшэ-рэш, 2013-14 учебный год, 1-й курс введение в экономику | | Рабочая программа по дисциплине Введение в специальность Дисциплина «Введение в специальность» является вводным предметом специальности «Организация перевозок и управление на транспорте... |
| Рабочая программа по дисциплине В. В введение в специальность ... | | Учебно-методический комплекс по дисциплине введение в специальность ... |
| Рабочая программа Кащенко Натальи Сергеевны I квалификационная категория... Е. А. Криксунова, В. В. Пасечника «Биология. Введение в общую биологию и экологию» (Каменский А. А. Биология. Введение в общую биологию... | | Содержание 2 введение 3 заключение 7 библиографический список 10 введение Великобритании. Здесь корни большинства макроэкономических изменений кроются в реформаторской политике кабинета, пришедшего к власти... |
| Памятка для студентов групп мапп-61-62 по изучению дисциплины «Введение в специальность» Дисциплина «Введение в специальность» изучается в 4-ом семестре. В ней будут рассмотрены следующие темы | | Учебно-методический комплекс дисциплины сд. 10 Введение в лингвострановедение... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Содержание Введение Кредит, его сущность и функции Формы и виды кредита... Международная научно – методическая конференция «Декабрьские чтения имени С. Б. Барнгольц» | | Программа дисциплины дпп. Ддс. 02. Введение в германскую филологию... Целью дисциплины «Введение в германскую филологию» является ознакомление студентов с характерными чертами группы германских языков... |
