Республикасы
Жылулық қозғалтқыштар жəне олардың даму тарихы
жүктеу/скачать 1,82 Mb.
|
Бу ж не газ турбиналар
- Бұл бет үшін навигация:
- Жылулық қозғалтқыштардың даму тарихы
Жылулық қозғалтқыштар жəне олардың даму тарихыЖылулық қозғалтқыштардың түрлері Жылулық қозғалтқыштары деп отынның ішкі энергиясын механикалық энергияға айналдыратын машиналарды атайды. Жылулық қозғалтқыштарының бірнеше түрлері бар: бу машинасы, іштен жану қозғалтқыштар, қалақты қозғалтқыштар – бу жəне газ турбиналары, реактивтік қозғалтқыш. Осы қозғалтқыштардың барлығында да отынның энергиясы əуелі газдың (немесе будың) энергиясына айналады. Бу немесе газ ұлғайып жұмыс атқарады да суиды, оның ішкі энергиясының бір бөлігі механикалық энергияға айналады. Жылулық қозғалтқыштардың морфологиялық картасы Поршеньді бу машиналар. Іштен жану қозғалтқыштар: карбюраторлы; дизельді. Қалақты қозғалтқыштар бу турбиналар; газ турбиналар. Реактивті қозғалтқыштар. Жылулық қозғалтқыштардың даму тарихыҚазіргі кезде жылу энергетика (отын-энергетикалық кешен) қоғамның дамуының негізі деп атауға болады. Жылу энергетикасыз бір өндіріс жұмыс атқара алмайды. Сондықтан əлемдегі барлық елдерде энергетиканың дамуына көп көңіл бөледі. Энергетиканың даму тарихын бес кезеңге бөлуге болады. Бірінші кезең – бұл V-VII ғасырлар аяғына дейін. Адам өзінің жəне жануарлар күшімен, күннің жəне оттың жылуымен пайдаланған. Қоршаған орта таза сақталған. Екінші кезең – VII ғасыр аяғынан XVIII ғасырға дейін. Бұл кезеңде адам жел жəне өзен су энергияларын қолдана бастады. Энергия көздері толық жаңғыртылатын болған, ал қоршаған орта таза сақталған. Үшінші кезең - XVIII ғасырдан XX ғасырдың ортасына дейін. Бұл кезде жаңғыртылмайтын табиғи отын жылуы қолданылды. Жанып жылуын берген отын қалдықтары қоршаған ортаны ластайтын болды. Төртінші кезең XX ғасырдың ортасынан басталды. Бұл кезең уран ядролық энергиясы бөлінуін пайдаланумен басталып, соңы жерде толық ядролық, термоядролық жəне басқа табиғи отын қоры таусылуымен белгіленеді. Бұл кезде қоршаған ортаны қорғау мəселесі маңызды болады. Біз қазір осы төртінші кезең басында өмір сүріп жатырмыз. Төртінші кезең біткен соң бесінші кезең басталады. Адам зат толық жаңғыртылатын энергия көздерімен пайдаланады (күн, теңіз жəне өзендердің су, жел т.б. энергиясы). Энергияны тиімді пайдалану мəселесі маңызды болады. Қоршаған орта тазара бастайды. Ең бірінші оттың энергиясын пайдалануын естігеніміз Александриядағы Герон ойыншық бу машиналарын құрастырғаны. Бұл ойыншықтардың маңыздысы реактивті турбиналар – Эолопил қозғалтқышы (Эол – жел құдайы; ол кезде суды қыздырса ауа пайда болады деп саналған). Эолопил қозғалтқышы екі жағында түтігі (тесігі) бар, тірекке орнатылған шар болатын. Шар ішіндегі су қызған кезде, екі түтіктерден шыққан бу оны айналдырады. Ол кезде Эолопил жаңа қозғалтқыш түрі екенін ішкім ойламаған, адам зат тек 1700 жыл өткеннен соң осыған көңіл бөлген. Белгілі физик Х.Гюйгенстің шəкірті – механик Д.Папен 1681 жылы бу қазан (бу өндіргіш) ойлап жасаған. Бұл бу өндіргіш, сақтандырғыш клапан арқылы, бу қысымын реттеп тұратын болған. Осы кезде Х.Гюйгенстің өзі, цилиндрдың астында оқ-дəріні жару арқылы поршеньдің көтерілуін қолдануын ойлап тапқан. Бұл атмосфералық бу машинаның жəне ішкі жану қозғалтқыштың пайда болуына себеп болды. Оқ-дəріні қолдануы қиын болғаннан Папен 1690 жылы су қолданған, поршень астындағы су буға айналғанша қыздырылған, ал бумен жоғары көтерілген поршень сумен салқындатылған соң қайтадан орнына түстетін болған. Папен 1698 жылы осы қозғалтқыштың жұмыс тəртібі жайлі өзінің кітабында жазған. Ал 1705-1712 жылдары ағылшын Т.Ньюкомен бу қазан мен поршеньді бу қозғалтқышты бөлек орнатуын ойлап жасады. Ол кезде шахталардан су сорып кетіру мəселені шешу қажет болған еді. Т.Ньюкоменнің бу қозғалтқышты, поршеньді су сорғыға қозғалтқыш ретінде жұмыс атқарған. Бұл су сорғылар тиімді жұмыс атқарып, Англияда 1934 жылға дейін қолданылған. 1769 жылы Д.Уайт поршеньді бу машина құрастырды, ал 1782 жылы поршеньге екі жағынан бу берілетін машина жасап, 1788 жылы оған ортадан тепкіш айналым жылдамдық реттегіш орнатты. 1801 жылы француз Ф.Лебон цилиндр ішінде электр ұшқын арқылы жанған газбен жұмыс істейтін поршеньді қозғалтқышка патент алады. 1805 жылы Швейцарияда И.Риваз су тегімен жұмыс атқаратын қозғалтқыш ұсынады. 1806 жылы Алтайдағы Сузун заутында Залесов П.М. активті бу турбинаны жобалап 1807 жылы жасап іске қосты. Бірақ Залесов П.М. патент алмағанынан бұл бу турбина техника тарихында белгісіз болды. 1816 жылы, ағылшын Р.Стирлинг əмбебапты жылулық қозғалтқышқа патент алады. Бұл жылу машина қозғалтқыш, жылу бергіш жəне салқындатқыш болып жұмыс атқарады. Бірақ ол кездегі ғылым- техниканың төмен саласында бұл жылу машина құрастыруға мүмкіншілік болмады. 1824 жылы, Сади Карно төрт кезеңді ішкі жану қозғалтқышты болжаған (1-ші кезең ауаны сору; 2-ші ауаны қысу жəне отын жануы; 3-ші газдардың кеңеюі мен поршень жүрісі; 4-ші газды аластау). 1856-1857 жылдары Петербургта Титов В.П. реактивті бу турбинасын жасап іске қосты. 1877 жылы, неміс инженері Н.Отто төрт кезеңді, электрұшқынды жандыруы бар ішкі жану қозғалтқышты құрастырып салды, пайдалы əсер коэффициенті 16-20%. 1892-1897 жылдары, неміс инженері Р.Дизель сығымдағышты (компрессорлы) ішкі жану қозғалтқышты құрастырып салды, бұл сол кездегі тиімділігі ең жоғары қозғалтқыш болды. 1904 жылы, Ресейде Г.В.Тринклер тиімділігі жоғары сығымдағышсыз (компрессорсыз) ішкі жану қозғалтқышты құрастырып салды. Сонымен, ішкі жану қозғалтқыштар бу қозғалтқыштарға қарағанда жинақылы жəне тиімді болды. Бірақ жаңа қозғалтқыштар ізденуі қайтадан бу турбиналарға келтірді. 1883 жылы, швед инженеры Густав Лаваль, бір сатылы активті бу турбина ұсынды. Бұл турбинаның айналым жылдамдығы өте жоғары болған, ПЭК-і төмен, ең жоғары қуаты 500 кВт. Мысалы диск диаметры 1000 мм болғанда – айналым жылдамдығы 500 1/с, ал қуаты 2,5 кВт. 1884 жылы, ағылшын Чарльз Парсонс көп сатылы реактивті бу турбинаға патент алады. 1889 жылы Англияда, швед инженеры Г. Лаваль, жоғары бу қысымын кинетикалық энергияға айналдыратын саптамаға патент алады. 1891 жылы, бу турбиналы қозғалтқыштарға конденсатор енгізіледі, бұл поршеньді қозғалтқышқа қарағанда, оның тиімділігін көтерді. Сонымен, конденсатор енгізілген бу турбиналы қозғалтқыштар электр стансаларда қолданылатын болды. 1896 жылы, Анри Беккерель табиғи радиоактивтігін ашады, сонымен ядроляқ энергия пайдалануына жол бастайды. 1897 жылы, орыс инженеры П. Д. Кузьминский бірінші жануы тұрақты қысымды газ турбиналы қозғалтқыш жобалап құрастырды. 1906 жылы, В.В.Кароводин тиімділігі жоғары жану құбылысы тұрақты көлемді газ турбиналы қозғалтқыш жобалап, ал 1908 жылы құрастырып салды жəне сынақтан өткізді. Сонымен XIX-шы ғасырда қазіргі жылу энергетиканың негізі орнатылды. Қазіргі кезде, жылу электр стансаларында негізінде тек бу турбиналы қозғалтқыштар қолданылады, олардың тиімділігі 40-42%, қуатты жоғары 100, 150, 200, 300, 500 и 800 МВт. XX ғасырдың ортасынан бастап ядролық энергетика дамуы басталды: 1942 жылы (желтоқсан айы), АҚШ-та, итальян Э. Ферми жетекшілігімен бірінші ядролық реактор іске қосылды; 1954 жылы, Совет Одағында бірінші атом электрстансасы іске қосылды. 1858-1960 жылдары, тіке электр энергиясын табатын қондырғылар құрастырылуы басталды: отын элементтері; термоэлектр генераторлар; магнитты газодинамикалық электр генераторлар; күн сəулелік электр генераторлар; жел электр генераторлар жəне т.б. Жылулық қозғалтқыштар мен электр генераторларының дамуы, ПЭК-нің шамамен өзгеруі 1.1- суретте көрсетілген. Сэвери-Ньюкоменның бу машиналары; 2-Уатт бу қозғалтқыштары; 3- поршеньді бу қозғалтқыштар; 4-буы үш рет кеңейтілуі бар поршеньді бу қозғалтқыштар; 5-бірінші бу турбиналар; 6-жоғары қысымды бу турбиналар жəне ішкі жану қозғалтқыштар; 7- магнитты газодинамикалық электр генераторлар жəне отын элементтер. Сурет - Жылулық қозғалтқыштар мен электр генераторларының ПЭК- нің шамамен өзгеруі Ресейде бірінші бу турбиналар 1907 жылы, Петербург метал заутында жасап шығарыла басталды. Совет Одағында бірінші бу турбина 1924 жылы, Ленинград метал зауытында (ЛМЗ) шығарылды, бу көрсеткіштері Р = 1,1 МПа, t = 300 оС, қуаты 2000 кВт. ЛМЗ 1926 жылы қуаты 10 МВт, жиілігі 50 с-1, (айналым жылдамдылығы 3000 айн/мин) бу турбина шығарады. ЛМЗ 1930 жылы, бу көрсеткіштері 2,55 МПа жəне 375 оС, қуаты 24 МВт, жиілігі 50 с-1 бу турбина шығарады. Ал, 1931 жылы – қуаты 50 МВт, жиілігі 25 с-1, бу көрсеткіштері 2,85 МПа жəне 400 оС бу турбина шығарады. 1934 жылы Харьков қаласында турбина жасайтын зауыт іске қосылады (ХТЗ). ХТЗ қуаты 50 жəне 100 МВт, жиілігі 25 с-1, бу көрсеткіштері 2,85 МПа жəне 400 оС бу турбиналар шығарады. 1940 жылы, Свердлов қаласында турбина жасайтын зауыт іске қосылады (ТМЗ). Қазіргі кезде бұл зауыт жылуландыру турбиналар шығарады, қуаты 12, 25, 50, 100 жəне 250 МВт. 1950 жылы, Калуга қаласында турбина жасайтын зауыт іске қосылады (КТЗ). КТЗ – төмен қуатты, бу көрсеткіштері 3,43 МПа, 435 оС жəне 8,8 МВт, 535 оС бу турбиналар шығарады. 1952 жылы, ЛМЗ қуаты 150 МВт, бу көрсеткіштері 16,6 МПа, 400 оС, бу қайта қыздырудан өтетін, жиілігі 50 с-1, бу турбина шығарады. 1958 жылы, ЛМЗ қуаты 200 МВт (К-200-130), ал ХТЗ қуаты 150 МВт (К-150-130) бу көрсеткіштері 12,8 МПа, 565 оС, жиілігі 50 с-1, бу турбиналар шығарады. 1960 жылы, ЛМЗ жəне ХТЗ қуаты 300 МВт (К-300-240), бу көрсеткіштері аумалы күйден жоғары 23,5 МПа, 560 оС, бу қайта қыздырудан өтетін температурасы 565 оС, жиілігі 50 с-1, бу турбиналар шығарады. 1965 жылы, ЛМЗ қуаты 800 МВт (К-800-240) екі валды, ал ХТЗ бір валды қуаты 500 МВт (К-500-240) бу көрсеткіштері 23,5 МПа, 540 оС, бу қайта қыздырудан өтетін 540 оС, жиілігі 50 с-1, бу турбиналар шығарады. 1969 жылда, ЛМЗ қуаты 800 МВт (К-800-240) бір валды турбина шығара бастады. 1970 жылы, ТМЗ қуаты 250 МВт, (Т-250-240), бу көрсеткіштері 23,5 МПа, 540 оС, бу қайта қыздырудан өтетін температурасы 540 оС, жылуландыру турбина шығаратын болды. 1978 жылы, ЛМЗ қуаты 1200 МВт (К-1200-240) бір валды, жиілігі 50 с-1, бу көрсеткіштері 23,5 МПа, 540 оС, бу қайта қыздырудан өтетін 540 оС, турбина шығара бастады. 1970-80 жылдары, ХТЗ атом электр стансаларына арналған бу турбиналар шығара бастады. Ең біріншісі К-70-29, ал содан соң К-220-44 қуаты 225 МВт, К-500-65/3000, К-500-60/1500. Қарапайым бу турбинасының жұмыс істеу сұлбасы 1.2-суретте көрсетілген. Білікке (5) дискі (4) кигізілген, дискінің шетіне қалақшалар (2) бекітілген. Қалақшалардың жанына түтіктер əлде саптамалар, соплолар (1) орналасқан, бұларға қазаннан бу (3) келіп жіберіледі. Саптамалардан атқып шыққан бу қалақшаларға үлкен қысым түсіреді де, турбинаның дискісін жоғары жиілігімен айналдырады. Сурет - Қарапайым бу турбинасының жұмыс істеу сұлбасы Қазіргі турбиналарда ортақ білікке бір емес, бірнеше дискі орнатылып қолданылады. Бу кезегімен дискілердің барлық қалақшаларын аралап өтеді де, олардың əрқайсысына өзінің энергиясының бір бөлігін береді. Электр стансаларында турбинаға электр тоғының генераторы жалғасады. Турбиналар білігінің айналу жылдамдығы минутына 3000 айналымға жетеді, бұл жылдамдық, электр тогы генераторларын қозғалтуға өте қолайлы болады. Мысалы бір цилиндрлі бу турбинаның құрылысын қарастырсақ. Бу турбина ротор мен статордан тұрады. Роторда қалақшалары бар дискілер орнатылған. Бу қалақшалардан өткенде, олар будың энергиясын айналым күшке аударып, дискіні онымен бірге роторды айналдырады. Ротор айналма тіректер (подшипниктер) арқылы статорда орнатылады. Бу турбина роторы, муфта арқылы, электр генератордың роторымен байланысқан. Электр генератордың роторы айналғанда – электр энергия өндіріледі. Электр энергия пайдаланатын тұтынушының қуатына байланысты, турбина қуаты реттеледі. Турбина қуатын айналым жылдамдылық реттегіш арқылы реттейді. Бу турбина тоқтап салқындаған кезде, ротор майысып қалмау үшін, білек айналдырғыш қондырғы орнатылады. Бу турбиналар негізінде жылу электр стансаларында қолданады, бірақ қазіргі кезде бу турбиналармен қатар газ əлде сұйық отын жанғанда пайда болатын газ пайдаланатын газ турбиналары кеңірек қолданылып келеді. жүктеу/скачать 1,82 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|