Учёные до сих пор бьются над поиском самых эффективных способов по выработке тока — прогресс устремился от гальванических элементов к первым динамо-машинам, паровым, атомным, а теперь солнечным, ветряным и водородным электростанциям. в наше время самым массовым и удобным способом получения электричества остаётся генератор, приводимый в действие паровой турбиной.
паровые турбины были изобретены задолго до того, как человек понял природу электричества. в этом посте мы расскажем об устройстве и работе паровой турбины, а заодно вспомним, как древнегреческий учёный опередил своё время на пятнадцать веков, как произошёл переворот в деле турбиностроения и почему toshiba считает, что тридцатиметровую турбину надо изготавливать с точностью до 0,005 мм.
как устроена паровая турбина
принцип работы паровой турбины относительно прост, а её внутреннее устройство принципиально не менялось уже больше века. чтобы понять принцип работы турбины, рассмотрим, как работает теплоэлектростанция — место, где ископаемое топливо (газ, уголь, мазут) превращается в электричество.
сама по себе паровая турбина не работает, для функционирования ей нужен пар. поэтому электростанция начинается с котла, в котором горит топливо, отдавая жар трубам с дистиллированной водой, пронизывающим котел. в этих тонких трубах вода превращается в пар.
понятная схема работы тэц, вырабатывающей и электричество, и тепло для отопления домов. источник: мосэнерго
турбина представляет собой вал (ротор) с радиально расположенными лопатками, словно у большого вентилятора. за каждым таким диском установлен статор — похожий диск с лопатками другой формы, который закреплён не на валу, а на корпусе самой турбины и потому остающийся неподвижным (отсюда и название — статор).
пару из одного вращающегося диска с лопатками и статора называют ступенью. в одной паровой турбине десятки ступеней — пропустив пар всего через одну ступень тяжёлый вал турбины с массой от 3 до 150 тонн не раскрутить, поэтому ступени последовательно группируются, чтобы извлечь максимум потенциальной энергии пара.
на вход в турбину подаётся пар с высокой температурой и под большим давлением. по давлению пара различают турбины низкого (до 1,2 мпа), среднего (до 5 мпа), высокого (до 15 мпа), сверхвысокого (15—22,5 мпа) и сверхкритического (свыше 22,5 мпа) давления. для сравнения, давление внутри бутылки шампанского составляет порядка 0,63 мпа, в автомобильной шине легковушки — 0,2 мпа.
чем выше давление, тем выше температура кипения воды, а значит, температура пара. на вход турбины подается пар, перегретый до 550-560 °c! зачем так много? по мере прохождения сквозь турбину пар расширяется, чтобы сохранять скорость потока, и теряет температуру, поэтому нужно иметь запас. почему бы не перегреть пар выше? до недавних пор это считалось чрезвычайно сложным и бессмысленным —нагрузка на турбину и котел становилась критической.
паровые турбины для электростанций традиционно имеют несколько цилиндров с лопатками, в которые подается пар высокого, среднего и низкого давления. сперва пар проходит через цилиндр высокого давления, раскручивает турбину, а заодно меняет свои параметры на выходе (снижается давление и температура), после чего уходит в цилиндр среднего давления, а оттуда — низкого. дело в том, что ступени для пара с разными параметрами имеют разные размеры и форму лопаток, чтобы эффективней извлекать энергию пара.
но есть проблема — при падении температуры до точки насыщения пар начинает насыщаться, а это уменьшает кпд турбины. для предотвращения этого на электростанциях после цилиндра высокого и перед попаданием в цилиндр низкого давления пар вновь подогревают в котле. этот процесс называется промежуточным перегревом (промперегрев).
цилиндров среднего и низкого давления в одной турбине может быть несколько. пар на них может подаваться как с края цилиндра, проходя все лопатки последовательно, так и по центру, расходясь к краям, что выравнивает нагрузку на вал.
вращающийся вал турбины соединён с электрогенератором. чтобы электричество в сети имело необходимую частоту, валы генератора и турбины должны вращаться со строго определённой скоростью — в россии ток в сети имеет частоту 50 гц, а турбины работают на 1500 или 3000 об/мин.
говоря, чем выше потребление электроэнергии, производимой электростанцией, тем сильнее генератор сопротивляется вращению, поэтому на турбину приходится подавать бо́льший поток пара. регуляторы частоты вращения турбин мгновенно реагируют на изменения нагрузки и потоком пара, чтобы турбина сохраняла постоянные обороты. если в сети произойдет падение нагрузки, а регулятор не уменьшит объём подаваемого пара, турбина стремительно нарастит обороты и разрушится — в случае такой аварии лопатки легко пробивают корпус турбины, крышу тэс и разлетаются на расстояние в несколько километров.
когда наука бессильна: восемь философских вопросов, которые мы никогда не разрешим
философия часто уводит нас в дебри, в которых твердая наука бессильна. у философов есть лицензия рассуждать обо всем подряд, от до нравственности, и мы привыкли, что таким образом они проливают свет на некоторые основные вопросы бытия. есть и плохие новости: эти вопросы могут навсегда остаться за пределами нашего понимания.
перед вами восемь философских загадок, которые мы вряд ли решим.
почему существует нечто, а не ничто?
наше появление в этой вселенной слишком странное событие, которое и словами не выразишь. суета нашей повседневной жизни заставляет нас принимать наше существование как само собой разумеющееся. но всякий раз, когда мы пытаемся отринуть эту повседневность и глубоко задуматься о происходящем, возникает вопрос: почему во вселенной все это есть и почему оно подчиняется настолько точным законам? почему вообще что-то существует? мы живем во вселенной со спиральными галактиками, северными сияниями и скруджем макдаком. и как говорит шон кэрролл, «ничто в современной не объясняет, почему у нас именно эти законы, а не другие, хотя некоторые берут на себя смелость рассуждать об этом и ошибаются — могли бы избежать этого, если бы принимали философов всерьез». что касается философов, лучшее, к чему они пришли, это антропный принцип, согласно которому наша конкретная вселенная проявляется таким образом из-за нашего присутствия в ней в качестве наблюдателей. не удобное и в чем-то даже перегруженное понятие.
реальна ли наша вселенная?
это классический картезианский вопрос. по существу, это вопрос о том, откуда нам знать, что мы видим вокруг настоящее, а не великую иллюзию, созданную некоей невидимой силой (которую рене декарт называл возможным «злым демоном»)? совсем недавно этот вопрос стал ассоциироваться с проблемой «мозга в чане», или аргументом моделирования, симуляции. вполне может так быть, что мы являемся продуктом намеренной симуляции. следовательно, более глубоким вопросом будет такой: является ли цивилизация, которая проводит симуляцию, также иллюзией — своего рода суперкомпьютерной регрессией, погружением в симуляции. возможно, мы не те, кем себя считаем. если предположить, что люди, которые запустили симуляцию, также являются ее частью, наша истинная сущность может быть подавлена, чтобы мы лучше впитывали опыт. этот философский вопрос заставляет нас переосмыслить то, что мы считаем «реальным». модальные реалисты , что если вселенная вокруг нас кажется рациональной (а не зыбкой, расплывчатой, фальшивой, как сон), то у нас нет иного выбора, кроме как объявить ее реальной и подлинной. или, как сказал сайфер из «матрицы», «блаженство в неведении».
паровые турбины были изобретены задолго до того, как человек понял природу электричества. в этом посте мы расскажем об устройстве и работе паровой турбины, а заодно вспомним, как древнегреческий учёный опередил своё время на пятнадцать веков, как произошёл переворот в деле турбиностроения и почему toshiba считает, что тридцатиметровую турбину надо изготавливать с точностью до 0,005 мм.
как устроена паровая турбина
принцип работы паровой турбины относительно прост, а её внутреннее устройство принципиально не менялось уже больше века. чтобы понять принцип работы турбины, рассмотрим, как работает теплоэлектростанция — место, где ископаемое топливо (газ, уголь, мазут) превращается в электричество.
сама по себе паровая турбина не работает, для функционирования ей нужен пар. поэтому электростанция начинается с котла, в котором горит топливо, отдавая жар трубам с дистиллированной водой, пронизывающим котел. в этих тонких трубах вода превращается в пар.
понятная схема работы тэц, вырабатывающей и электричество, и тепло для отопления домов. источник: мосэнерго
турбина представляет собой вал (ротор) с радиально расположенными лопатками, словно у большого вентилятора. за каждым таким диском установлен статор — похожий диск с лопатками другой формы, который закреплён не на валу, а на корпусе самой турбины и потому остающийся неподвижным (отсюда и название — статор).
пару из одного вращающегося диска с лопатками и статора называют ступенью. в одной паровой турбине десятки ступеней — пропустив пар всего через одну ступень тяжёлый вал турбины с массой от 3 до 150 тонн не раскрутить, поэтому ступени последовательно группируются, чтобы извлечь максимум потенциальной энергии пара.
на вход в турбину подаётся пар с высокой температурой и под большим давлением. по давлению пара различают турбины низкого (до 1,2 мпа), среднего (до 5 мпа), высокого (до 15 мпа), сверхвысокого (15—22,5 мпа) и сверхкритического (свыше 22,5 мпа) давления. для сравнения, давление внутри бутылки шампанского составляет порядка 0,63 мпа, в автомобильной шине легковушки — 0,2 мпа.
чем выше давление, тем выше температура кипения воды, а значит, температура пара. на вход турбины подается пар, перегретый до 550-560 °c! зачем так много? по мере прохождения сквозь турбину пар расширяется, чтобы сохранять скорость потока, и теряет температуру, поэтому нужно иметь запас. почему бы не перегреть пар выше? до недавних пор это считалось чрезвычайно сложным и бессмысленным —нагрузка на турбину и котел становилась критической.
паровые турбины для электростанций традиционно имеют несколько цилиндров с лопатками, в которые подается пар высокого, среднего и низкого давления. сперва пар проходит через цилиндр высокого давления, раскручивает турбину, а заодно меняет свои параметры на выходе (снижается давление и температура), после чего уходит в цилиндр среднего давления, а оттуда — низкого. дело в том, что ступени для пара с разными параметрами имеют разные размеры и форму лопаток, чтобы эффективней извлекать энергию пара.
но есть проблема — при падении температуры до точки насыщения пар начинает насыщаться, а это уменьшает кпд турбины. для предотвращения этого на электростанциях после цилиндра высокого и перед попаданием в цилиндр низкого давления пар вновь подогревают в котле. этот процесс называется промежуточным перегревом (промперегрев).
цилиндров среднего и низкого давления в одной турбине может быть несколько. пар на них может подаваться как с края цилиндра, проходя все лопатки последовательно, так и по центру, расходясь к краям, что выравнивает нагрузку на вал.
вращающийся вал турбины соединён с электрогенератором. чтобы электричество в сети имело необходимую частоту, валы генератора и турбины должны вращаться со строго определённой скоростью — в россии ток в сети имеет частоту 50 гц, а турбины работают на 1500 или 3000 об/мин.
говоря, чем выше потребление электроэнергии, производимой электростанцией, тем сильнее генератор сопротивляется вращению, поэтому на турбину приходится подавать бо́льший поток пара. регуляторы частоты вращения турбин мгновенно реагируют на изменения нагрузки и потоком пара, чтобы турбина сохраняла постоянные обороты. если в сети произойдет падение нагрузки, а регулятор не уменьшит объём подаваемого пара, турбина стремительно нарастит обороты и разрушится — в случае такой аварии лопатки легко пробивают корпус турбины, крышу тэс и разлетаются на расстояние в несколько километров.
ответ:
когда наука бессильна: восемь философских вопросов, которые мы никогда не разрешим
философия часто уводит нас в дебри, в которых твердая наука бессильна. у философов есть лицензия рассуждать обо всем подряд, от до нравственности, и мы привыкли, что таким образом они проливают свет на некоторые основные вопросы бытия. есть и плохие новости: эти вопросы могут навсегда остаться за пределами нашего понимания.
перед вами восемь философских загадок, которые мы вряд ли решим.
почему существует нечто, а не ничто?
наше появление в этой вселенной слишком странное событие, которое и словами не выразишь. суета нашей повседневной жизни заставляет нас принимать наше существование как само собой разумеющееся. но всякий раз, когда мы пытаемся отринуть эту повседневность и глубоко задуматься о происходящем, возникает вопрос: почему во вселенной все это есть и почему оно подчиняется настолько точным законам? почему вообще что-то существует? мы живем во вселенной со спиральными галактиками, северными сияниями и скруджем макдаком. и как говорит шон кэрролл, «ничто в современной не объясняет, почему у нас именно эти законы, а не другие, хотя некоторые берут на себя смелость рассуждать об этом и ошибаются — могли бы избежать этого, если бы принимали философов всерьез». что касается философов, лучшее, к чему они пришли, это антропный принцип, согласно которому наша конкретная вселенная проявляется таким образом из-за нашего присутствия в ней в качестве наблюдателей. не удобное и в чем-то даже перегруженное понятие.
реальна ли наша вселенная?
это классический картезианский вопрос. по существу, это вопрос о том, откуда нам знать, что мы видим вокруг настоящее, а не великую иллюзию, созданную некоей невидимой силой (которую рене декарт называл возможным «злым демоном»)? совсем недавно этот вопрос стал ассоциироваться с проблемой «мозга в чане», или аргументом моделирования, симуляции. вполне может так быть, что мы являемся продуктом намеренной симуляции. следовательно, более глубоким вопросом будет такой: является ли цивилизация, которая проводит симуляцию, также иллюзией — своего рода суперкомпьютерной регрессией, погружением в симуляции. возможно, мы не те, кем себя считаем. если предположить, что люди, которые запустили симуляцию, также являются ее частью, наша истинная сущность может быть подавлена, чтобы мы лучше впитывали опыт. этот философский вопрос заставляет нас переосмыслить то, что мы считаем «реальным». модальные реалисты , что если вселенная вокруг нас кажется рациональной (а не зыбкой, расплывчатой, фальшивой, как сон), то у нас нет иного выбора, кроме как объявить ее реальной и подлинной. или, как сказал сайфер из «матрицы», «блаженство в неведении».