Класс!ная физика



Паровой двигатель. Опыт Клода и Бушеро. Опыты

06.2012

ОПЫТ КЛОДА И БУШЕРО

Немного теории

Вы знаете, наверное, что  паровой двигатель может работать, когда температура пара, выходящего из котла, выше, чем температура окружающей среды. Тогда, соприкасаясь с ней, он снова превращается в жидкость. Эту жидкость можно снова закачать в котел, превратить в пар, и так без конца…
Температура  пара  на входе в турбину современной электростанции — б50° С. Отдав турбине часть своей внутренней энергии, пар попадает в конденсатор, где вновь превращается в воду.  Столь высокая начальная температура и котле помогает получить высокий КПД, но, вообще говоря,  не обязательна. Например, у огромного колесно-винтового парохода “Грейт Истерн” (1859 г.) температура пара не превышала 112°С (как в скороварке).


Немного  истории

В 1881 году  фaранцузский  врач Жак Арсен Д’Арсонваль (1851 — 1940) предложил необычный паровой двигатель.
 Д’Арсонваль предложил заменить в паровом двигателе воду сернистым ангидридом, который  кипит при температуре 20° — 30°С, а конденсируется при 4 — 6° С.

Более того,  Д’Арсонваль догадался, что для получения температуры 20 — 30° С у сернистого ангидрида не обязательно сжигать топливо. Такую температуру имеют сточные воды многих заводов, горячие ключи, а также безграничный источник такого тепла —  воды тропических морей и океанов. На согреваемой солнцем поверхности их температура как раз 25 — 30° С , но на глубине 1 км вода всегда холодна — плюс 4 — 6° С.

Почему бы не приспособить эту разность температур для работы парового двигателя?

 Котел согревается теплом верхних слоев океана,  кипит сернистый ангидрид,  его пары вращают турбину. Пройдя через турбину, пар попадает в конденсатор. Его трубы охлаждает почти ледяная вода, поднятая с глубин. Сернистый ангидрид снова превращается в жидкость, и насос закачивает его в потел.
Дли работы такому двигателю не требуется ни грамма топлива!  Но, увы! Сернистый ангидрид — агрессивная разъедающая жидкость,  а  подобрать   другую легкокипящую жидкость не удалось.


Опыт


В 1926 году инженеры Клод и Бушеро заменили в двигателе Д’Арсонваля сернистый ангидрид на воду и продемонстрировали перед Французской академией наук паровой двигатель, в котором вода кипела при температуре 28°С, пар вращал турбину, а от генератора горели лампочки.

Ведь каждый знает, что вода может кипеть и при температурах, близких к нулю, нужно лишь создать пониженное давление.

Слева — бутыль с теплой водой. Справа — сосуд со льдом, через стенку которого проходит труба. Выходящий из нее пар устремляется на колесо паровой турбины. Турбина через ременную передачу вращает маленький генератор, от которого горят лампочки.
Турбину и генератор  Клод и Бушеро расположили под колпаком.

В 1928г. инженеры построили электростанцию в Бельгии. Источником тепла для нее служила вода, охлаждавшая домну. Далее эту воду сбрасывали в реку. Температура этой воды всегда была на 20° С выше, чем в реке, этой разности температур оказалось достаточно, чтобы кипящая при пониженном давлении вода приводила в действие турбогенератор мощностью 50 кВт. В 1930г. установка, работающая от разности температуры океанских вод, была построена на Кубе.
И все-таки строительство океанских электростанций на принципах Д’Арсонваля, Клода и Бушеро оказалось не выгодно. Слишком велики затраты на строительство установки,  а окупаются они через десятки лет. В настоящее время лишь в США и Японии есть отдельные экспериментальные установки такого рода.


ОПЫТ КЛОДА И БУШЕРО В ШКОЛЕ


Возьмите две колбы, в  одну из них налейте теплую воду, в другую бросьте мелко наколотый лед. После этого соедините их трубкой.  Через несколько секунд вода закипит: находящиеся в  воздухе пары воды сконденсируются на частицах льда, давление в колбах быстро понизится настолько, что вода  начнет кипеть.

Если  шланг гибкий и прозрачный, то его можно укрепить на столике проектора и увидеть на экране образующиеся у стенок шланга бурные завихрения, свидетельствующие о движении потока пара.

Для того чтобы опыт удался, колбу с водой нужно продуть паром, чтобы удалить из нее воздух, и всю систему быстро закрыть.

При температуре 28°С, как это было в опыте Клода и Бушеро , вода кипит при давлении 0,03 атм.  Скорость пара в трубке  может быть на удивление велика — 500 м/с!

Следующий шаг — заставить вращаться в этом потоке жестяную крыльчатку - турбинку.  Для этого ее нужно расположить в наглухо закрытом прозрачном сосуде. Его можно склеить из оргстекла.  Хорошо было бы  вывести наружу вал крыльчатки для последующего соединений с генератором. Но давление в  сосуде в тридцать раз ниже атмосферного, и воздух неизбежно проникает через отверстия для вывода вала.

Необходимо добиться быстрого вращения крыльчатки, а затем подумать о соединении крыльчатки с генератором.
Очень многое в этом опыте зависит от  крыльчатки.  В школах   есть  демонстрационная  модель паровой турбины.  Именно с ротором подобной модели Клод и Бушеро показывали свой знаменитый опыт!

Источник: журн. "Юный техник" 2007г.





Устали? - Отдыхаем!

Вверх