У цій доповіді ми розкриємо тему устрою, принципу роботи турбіни і підготуємо повідомлення про історію винаходу турбін.
Турбіни застосовуються в енергетиці, металургії та у багатьох сферах промисловості, в тому числі і ЖКГ. Що таке турбіна і який її принцип дії розповідається в підручнику «Фізика» за 8 клас. Зараз ми розкриємо дану тему докладніше.
Устрій і принцип роботи турбіни
Турбіна (від латинського “turbo” в перекладі на українську означає смерч, круговий рух) – це двигун, коли при обертовому роторі енергія пари, води і газу трансформується в механічну роботу.
Розглянемо приклад водяного колеса, на ньому закріплюються лопаті, а поверх них тече потік води.
Колесо під впливом відцентрової сили починає обертатися.
Така турбіна використовується як частина двигуна і збільшує його потужність. Широко використовується в транспортних засобах. На електростанціях водяна турбіна є приводом електрогенератора.
Види турбін
Типи турбін визначаються залежно від того, який вид енергії перетворюється в них – на основі пари або на основі газу:
- Парова турбіна – нагріта водяна пара розширюється і, вступаючи в проточну частину, змушує обертально працювати ротор. Потоки пари діють на лопаті, тим самим відбувається рух. Такі турбіни можуть виробляти, крім електричної, ще й теплову енергію.
- Газова турбіна – в ній стиснутий і нагрітий газ перетворюється в механічну роботу на валу. Складається з лопатей, що закріплюються на дисках (ротор), і напрямних лопатей, які закріплюються в корпусі (статор).
Під тиском і впливом високої температури, газ проходить по сопловому пристрою в область низького тиску, при цьому газ в дорозі сильніше розширюється і прискорюється. Після потік газу доходить на лопаті та віддає частину своєї кінетичної енергії.
Короткий історичний огляд розвитку турбін
Спроби винайти турбіни робилися в усі часи. Найбільш ранні результати датуються першим століттям нашої ери, і уявлення про парову турбіну дійшло до нашого часу.
Коротко розглянемо етапи створення в хронологічному порядку.
- 130 рік нашої ери – ця дата служить найпершою згадкою винаходу парової турбіни, збереглося навіть тому документальне підтвердження. Грек Герон Олександрійський, математик і механік, розробив і побудував найпростішу турбіну і дав їй назву «еоліпіл». Еоліпіл виглядав так: повністю залатаний котел, на поверхні якого стирчали дві трубки. На ці трубки була встановлена порожниста куля, а на ній два сопла у формі літери «Г». В котел наливалася вода, яку потім гріли на вогні. Як тільки температура води підвищувалася, з’являвся пар, який проходив в кулю по трубках і куля починала обертатися. Але за часів Герона винахід не здобув визнання, оскільки практичного застосування еоліпілу не знайшлося, тому ставилися до нього як до іграшки.
- 1500 р. – італійський вчений і винахідник Леонардо да Вінчі згадував у своїх роботах пристосування, схоже на турбіну. За допомогою вогню підігрівалося повітря, яке обертало лопаті.
- 1551 р. – сирієць Таги-аль-Дін з Дамаска у своєму звіті “високі методи повітряних машин” описав механізм турбіни. Машина являла собою наступний пристрій: закритий котел з міді був наповнений водою і на вогні доводився до кипіння. Струмінь пари з сопла подавався на колесо, яке крутив рожен барбекю. У Німеччині в музеї Інституту історії ісламської науки знаходиться копія цього апарату.
- 1629 р. – інженер з Італії Джованні Бранк збудував прототип млина. Концепція була така, що потужний потік змушував обертати турбіну.
- 1678 р. – фламандець Фердинанд Вербіст винайшов подобу самохідного транспортного засобу на основі парової машини. Але доказів тому не знайшлося.
- 1791 р. – вчений з Англії Джон Барбер запатентував справжню газову турбіну. Вона могла працювати на нафті, вугіллі та деревині.
- 1872 р. – Франц Столц з Угорщини першим винайшов турбінний двигун на основі газу.
- 1890 р. – конструктор Густаф де Лаваль розробив сопло. Воно використовувалося для подачі пари в турбіну.
- 1894 р. – британець Чарльз Парсонс запатентував концепцію пароплава, який рухався за допомогою турбіни.
- 1895 р. – у Британії освітлювали бульвари Кембриджа, робітники встановили три генератори по 4 тонни, потужністю сотню кіловатів.
- 1903 р. – скандинав Еллінг першим побудував турбіну на основі газу. Вона виробляла енергії більше, ніж необхідно було для неї самої, але цей факт залишився без уваги.
- 1913 р. – інженером і винахідником Ніколою Тесла була запатентована своя турбіна. Вона не була схожа на всі попередні винаходи, в ній не було лопатей, а її принцип ґрунтувався на принципі прикордонних шарів.
- 1918 р. – американський бренд General Electric перший налагодив власне виробництво.
- 1920 р. – британський вчений Алан Гріффіт поміняв принцип проходження потоків газу по аеродинамічній площині.
- 1930 р. – британський вчений Френк Віттлі винайшов реактивну газову турбіну. А навесні 1937 року пройшли перші випробування.
- 1934 р. – Рауль Патерас Пескара з Аргентини став творцем поршневого двигуна, який був джерелом енергії в газовій турбіні.
- 1936 р. – група німецьких вчених М. Хан і Х. фон Охайн в один час з британцем Френком Віттлі розробляли двигун на основі реактивної турбіни.
Сучасний світ не може обійтися без застосування турбін, а з кожним днем їх роль все більше зростає. Ці пристрої надійні, модернізуються і працюють на благо населення Землі, адже наука не стоїть на місці і можливі нові прориви в історії розвитку турбобудування.
