Развитие техники 17-18 вв.
Лекция № 1-2
Пример теста на знание элементов электростанции
| 1. Паровой котел необходим для | ||
| 1. выработки тепла | 2. выработки пара | 3. подогрева пара |
| 2. Паровая турбина необходима для | ||
| 1. утилизации лишнего пара | 2. выработки электричества | 3. преобразования энергии |
| 3. ГРЭС – это | ||
| 1. городская районная электростанция | 2. генерирующая электростанция | 3. гидроэлектростанция |
| 4. мощность электростанции выражается в | ||
| 1. МВ | 2. МПа | 3. МВт |
| 5. В электростанции обязательно должно быть | ||
| 1. дымогарная труба | 2. паровой котел | 3. турбина |
| 6. Электростанцией не является | ||
| 1. КЭС | 2. МЭС | 3. ПЭС |
| 7. Преобразование энергии на КЭС производится на основе термодинамического цикла | ||
| 1. Ренкина | 2. Брайтона | 3. Отта |
| 8. ГЭС вырабатывает электроэнергию в результате преобразования энергии | ||
| 1. потока пара | 2. потока воды | 3. сжигания топлива |
| 9. Пар частично отбирается для нужд теплофикации на | ||
| 1. КЭС | 2. ТЭЦ | 3. ВЭС |
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ "Технология котло- и парогенераторостроения"
а) основная литература:
1. Виргинский В.С., Хотеенков В.Ф. Очерки истории науки и техники / Под общ. ред. В.С. Виргинский. Изд-во «Просвещение», 1989 г. 115 с.
2. История энергетической техники СССР в 3-х томах. т.2. Электротехника. - М.: ГЭИ, 1957 - 728 с.
3. Черная металлургия СССР 1917–1967 / Под ред. И. П. Казанца. М., 1967.
4. Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы: Справочник / Под общ. ред. А.В. Клименко и В.М.Зорина. – Теплоэнергетика и теплотехника; Кн. 1. – М.: Изд-во МЭИ, 2005. -528с.
б) дополнительная литература:
5. Тепловые и атомные электростанции: Справочник / Под общ. ред. А.В.Клименко и В.М.Зорина. – Теплоэнергетика и теплотехника; Кн. 3. – М.: Изд-во МЭИ, 2006, -645с..
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
6. http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/VIET/URAL.HTM; http://www.markmet.ru/kniga-po-metallurgii/metallurgiya-i-materialovedenie; http://www.mirknig.com/knigi/nauka_ucheba /1181267128-istoriya-chernoj-metallurgii-rossii.html..
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ "ТЕХНОЛОГИЯ КОТЛО- И ПАРОГЕНЕРАТОРОСТРОЕНИЯ"
Презентации лекций [В качестве материально-технического обеспечения дисциплины использованы мультимедийные средства; наборы слайдов].
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 141100 Энергетическое машиностроение и профилю Котлы, камеры сгорания и парогенераторы АЭС.
Автор к.т.н., Гильфанов Р.Г.
Рецензент(ы)
Программа обсуждена и одобрена
на заседании кафедры КУПГ протокол №года
Зав.кафедрой КУПГ д.т.н., профессор М.А.Таймаров
«____» _________________ 20__ г.
Декан ЭМФ С.Р.Сидоренко
«____» _________________ 20__ г.
В 17-18 вв. произошло значительное ускорение развития техники. Быстрое развитие промышленности в европейских странах требовало создания мощных и удобных для использования источников энергии, приводящих в действие различные машины. Водяные и ветряные колеса были известны с давних времен. Их стали применять на тех производствах, где до этого машины и орудия приводились в действие вручную или силой животных. Из-за роста мощности колес стали шире применять металл для валов и других деталей. Количество гидросиловых установок и их мощность непрерывно росли. Наряду с водяными колесами широкое применение находили ветряные колеса. Чаще всего они служили для привода в действие мельниц. Перед водяными колесами преимущество ветровых заключается в том, что место их расположения менее связано с природными условиями. Недостатком является непостоянство скорости ветра, хотя реки тоже имеют существенные колебания стока воды.
Одним из основных факторов технического прогресса рассматриваемого периода являлась паровая машина, представлявшая собой первый универсальный двигатель. Первые попытки создать двигатель, использующий силу пара, относятся еще к античной эпохе. Но универсальный паровой двигатель был создан и стал использоваться только во второй половине 18 в. До этого было сделано несколько более или менее удачных попыток. Можно упомянуть проект русского изобретателя Ивана Ивановича Ползунова, но он не дошел до стадии реализации.
Создателем универсальной паровой машины является Джеймс Уатт (1736-1819). В то время был больший спрос на паровые машины, приводящие в действие насосы для откачки воды из шахт. Уатт внимательно изучил применявшуюся до него паровую машину Ньюкомена и внес существенные усовершенствования, повысившие экономичность. Уатт ввел специальное устройство - конденсатор пара, так что пар в машине Уатта конденсировался не в цилиндре машины, как то было раньше в системе Ньюкомеда, а в конденсаторе. Во-вторых, Уатт устроил паровую рубашку вокруг цилиндра, заполнявшуюся во время работы машины паром из котла.
Область применения паровых машин расширялась, промышленности требовались универсальные паровые двигатели для привода вращающихся станков и других машин. Повышалась быстроходность паровых машин, увеличивалось давление свежего пара, для преобразования возвратно-поступательного движения поршня машины во вращательное все более широко применялся давно известный кривошипно-шатунный механизм.
В 18 в. возникло стремление использовать паровую машину на наземном и водном транспорте, хотя первые практические успехи в этой области относятся к первой четверти 19 в.
Были сделаны попытки разработки парового локомотива (от латинского loco moveo - сдвигаю с места). Здесь обычно выделяется построенный в 1929 г. английским изобретателем Джорджем Стефенсоном (1781- 1948) паровоз "Ракета". В 1823 г. Стефенсон организовал первый паровозостроительный завод в г. Ньюкасле. "Ракета" была не первым паровозом, сконструированным и построенным Стефенсоном, но этот превосходил другие по многим показателям. Железные дороги начали играть в 18 в. огромную роль. Их значение велико и в настоящее время. Паровоз долгое время занимал основное положение на железных дорогах, но во второй половине 20 в. был полностью вытеснен электровозом и тепловозом.
В России первые паровозы были построены русскими механиками и изобретателями Ефимом Алексеевичем Черепановым (1774-1842) и Мироном Ефимовичем Черепановым (1803-1949), работавшими на Нижнетагильских заводах. В 1834 г. ими был построен первый русский паровоз. Первая пассажирская железная дорога в России протяженностью 27 км была построена в 1837 г. между Петербургом и Павловском. Двухколейная железная дорога Петербург - Москва открылась в 1851 г.
Попытки использовать паровую машину в водном транспорте предпринимались с начала 18 в. Первый успех был достигнут американским изобретателем Робертом Фултоном (1765-1815). В 1807 г. он построил колесный пароход "Клермонт" грузоподъемностью 15 т, приводимый в движение с помощью паровой машины мощностью 20 л.с. Дальнейшее развитие пароходства (речного и морского) шло довольно быстро. Этому содействовал переход от деревянных к стальным конструкция судов, рост мощности и быстроходности паровых машин, введение гребного винта и т.д. В дальнейшем на судах стали устанавливать не паровые поршневые машины, а паровые турбины и дизели.
В 17 и 18 вв. росла потребность в металле, что создавало стимул для к развитию металлургии. Требовалось больше металла, причем более высокого качества. получали развитие доменные печи, в которых выплавлялся чугун. Доменная печь представляет собой относительно высокое сооружение, в верхнюю часть которого загружается смесь, состоящая из рудного концентрата, флюса (материалов, вводимых в печь для образования шлаков нужного качества и температуры плавления) и топлива. Прежде в качестве топлива использовался древесный уголь, но в Англии в к 17 в. лесов уже почти не осталось, поэтому уголь был постепенно заменен коксом. Кокс - продукт, получаемый из каменного угля при нагревании примерно до 1000 градусов без доступа воздуха в коксовых печах. Кокс содержит более 96% углерода. Для получения кокса обычно используются коксующие угли, которые при нагревании спекаются. Снизу подается сильно подогретый воздух, который поднимается сквозь всю толщу шихты вверх и выходит уже в виде доменного газа через газоотвод. В нижней части доменной печи скапливается жидкий чугун (он тяжелее), а над ним более легкий слой жидкого шлака. Жидкие чугун и шлак периодически выпускаются наружу через отверстия (летки). Итак, исходные продукты, подающиеся в доменную печь, - это железная руда, флюсы, кокс и воздух; конечные продукты - чугун, шлак и доменный газ. Все три конечных продукта находят практическое использование. Довольно низкокалорийный доменный газ обычно используется для подогрева воздуха, поступающего в доменную печь. шлак используется в производстве строительных материалов.
Чугун сплав железа с углеродом, в котором углерода обычно от 2 до 4%. Основное употребление чугуна - выплавка из него стали. Чугуны, идущие в сталеплавильное производство, подразделяются на передельные и специальные (или ферросплавы). В ферросплавах присутствуют легирующие элементы, ферросплавы с высоким содержанием кремния, марганца, некоторых других элементов выплавляются не в доменных, а в электрических печах.
Чугун используется также непосредственно, без превращения его в сталь, такой вид чугуна называется литейным. Литейные чугуны подразделяются на серый, ковкий и белый. Менее всего используется белый чугун из-за его хрупкости и плохой обрабатываемости. Однако если отливки из белого чугуна подвергнуть отжигу, то
то белый чугун теряет хрупкость, приобретает вязкость, получается так называемый ковкий чугун. Из серого высококачественного чугуна отливаются многие изделия в машиностроении, в том числе и сложной формы.
В черной металлургии обычно различают три основные стадии получения и переработки металла (три передела): 1) выплавка чугуна - доменное производство; 2) выплавка стали - сталелитейное производство; 3) проката - способ обработки металла давлением, осуществляемый путем обжатия металла вращающимися валками. Прокатка производится на прокатных станах. Результат прокатки металла - прокат может быть в форме листов (как толстых, так и тонких), ленты, полос, рельсов, труб, проволоки, а также в виде сложных фасонных профилей. Прокатные станы для производства стального проката делятся на две основные группы, а процесс прокатки - соответственно на две стадии. Первая стадия - это производство заготовок из слитков, получаемых в сталеплавильных печах. Заготовки для производства готового проката, более удобные чем слитки, обычно делаются квадратного или прямоугольного сечения. Они называются блюмами, предназначаются для производства сортового металла (не листа), а прокатные станы, на которых они делаются - блюмингами. Второй тип заготовок, получивших название слябов, предназначается для выделки листа, а прокатные станы, на которых делаются слябы, называются слябингами. Для производства цельнокатанных труб (без сварного шва) на блюмингах делаются специальные заготовки круглого сечения. На входе в блюминг или слябинг слитки должны быть хорошо нагреты (сохранять тепло после сталелитейного процесса).
Готовый прокат производится из соответствующих нагретых заготовок. Большая часть стали (как и многих других металлов, например алюминия, меди, латуни, цинка, свинца и их сплавов) выпускается в виде проката.
Наличие универсального двигателя и успехи металлургии уже в 18 в. создали предпосылки для появления рабочих машин в машиностроении. Однако до последней четверти 18 в. даже в наиболее крупных мануфактурах, занимавшихся обработкой металла, основные процессы производились за счет мускульной силы человека. При этом использовались многочисленные инструменты и орудия (клещи, молотки, ножницы, сверла, и др.).
Коренные усовершенствования в ручной токарный станок были внесены приводом его в действие от универсального двигателя (вначале от паровой машины) и изобретением суппорт. Суппортом (от лат. supporto – поддерживаю) называется главный узел металлорежущего станка, на котором закрепляется и вместе с которым перемещается режущий инструмент (резец). Первый токарный станок с механическим суппортом, был создан в 1795 г. Английским механиком г.Модсли (1771-1831). В 1797 г. Модсли построил вполне работоспособный токарный станок с самоходным суппортом и чугунной станиной.
Первая половина 19 в. ознаменовалась большими успехами в станкостроении. Усовершенствованный суппорт нашел широкое применение не только на токарных, но и на других станках. В машиностроении появились и все больше использовались строгальные, шлифовальные, фрезерные и другие металлообрабатывающие станки. Точность металлообработки повышалась.
Начала применяться и получила широкое развитие обработка металла давлением. Речь здесь идет не о прокатных станах, используемых на металлургических заводах, а о разного рода прессах, которые по способу приведения их в действие разделяются на гидравлические и механические.