Главная > Физика > Механика (Зубов В.Г.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 80. Турбина

Другим важным примером использования сил давления струи газа или жидкости служат турбины. На рис. 4.16 изображен поперечный разрез машинного зала и плотины гидроэлектростанции, на которой водяная турбина работает в качестве двигателя и приводит в движение генераторы электрического тока. Здесь А — водоводные каналы, подающие воду к турбине; В — улитка, охватывающая рабочее колесо турбины, из которой вода поступает на его лопатки; С — рабочее колесо турбины; отводной канал генератор электрического тока.

На рис, 4.17 показаны вид рабочего колеса сверху и примерные направления движения воды в этом колесе во время работы турбины. Как видно из рис. 4.17, б, струи воды при прохождении по лопаткам очень сильно меняют направление вектора скорости своего движения.

У турбин разных конструкций угол поворота вектора скорости составляет от 90 до 180°. Но при таком повороте вектора скорости происходит изменение количества движения воды. Поэтому струи воды будут сообщать лопаткам некоторые импульсы и действовать на них с соответствующими силами.

Если повторить расчеты, сделанные в § 78, то можно убедиться, что и в этом случае средняя сила давления воды на лопатки турбины будет пропорциональна квадрату скорости и площади сечения потока.

Для простоты, например, допустим, что площадь сечения струи и модуль скорости воды и при прохождении по лопаткам не изменяются, а вектор скорости поворачивается на угол 90° (рис. 4.18).

Масса воды, протекающей за секунду через каждое поперечное сечение трубы, будет Модуль вектора количества движения этой массы воды:

На рис. 4.19 показано расположение векторов количества движения воды до и после прохождения лопаток. Вектор изменения количества движения направлен под углом 45° к вектору Модуль этого вектора легко определяется из рисунка по теореме

(кликните для просмотра скана)

Пифагора и равен

Из второго закона Ньютона следует, что струя получает от лопаток за одну секунду импульс, равный Значит, по третьему закону Ньютона, на сами лопатки ежесекундно будет действовать сила показанная на рис. 4.18 и равная

Рис. 4.18.

Рис. 4.19.

Действительно, сила, действующая на лопатки, растет пропорционально площади сечения потока и квадрату скорости

В реальных турбинах сечение потока при прохождении между лопатками уменьшается. За счет этого скорость воды на выходе возрастает, и это приводит к дополнительному увеличению силы

На современных гидроэлектростанциях скорости потоков воды достигают площади сечений потоков, воды, работающих в турбинах, измеряются десятками квадратных метров, поэтому суммарные силы, приводящие в движение рабочее колесо турбины, достигают несколько тысяч тонна-сил.

Простота конструкции, быстроходность, экономичность и возможность получать громадные мощности сделали турбины одним из основных и распространенных современных двигателей. Все электростанции мира работают сейчас на турбинах. На гидростанциях используются водяные турбины, на тепловых станциях — паровые, на атомных станциях вместе с паровыми турбинами работают турбины на жидких металлах. Газовая турбина стала одним из основных двигателей на современных самолетах.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление