A HŐERŐGÉPEK MŰKÖDÉSE

Fizika 7.o

A hőerőgépek lényege:

A belső energia (illetve annak rendezetlen formájú áramlása, a "hő") mechanikai munkavégzéssé alakítható, és fordítva is, a mechanikai munkavégzés belső energiává ("hővé") alakítható.

A hőerőgépek olyan rendszerek, melyek valahonnan hő formájában energiát vesznek fel, és annak egy részét (átalakítva) mechanikai munkavégzés formájában adják le, a többit pedig hő formájában (ún. hulladék hő).

Hőerőgépnek számít:

• belsőégésű dugattyús robbanómotorok (benzin és dízel üzeműek egyaránt; szárazföldi és vízi járművekben, aggregátorokban, a strandok hullámkeltőiben)
• wankel-motor
• gázturbinák (repülőgépekben, tankokban)
• gőzturbinák (hőerőművekben)
• gőzgépek (régi gőzmozdonyokban, gőzhajókban)
• gőzkatapultok (vidámparkokban, repülőgéphordozókon)
• Stirling-motor
• lőfegyverek (pisztoly, puska, ágyú; de ezek nem ciklikus üzemű hőerőgépek)
• égéssel működő rakéták

A hőerőgép által végzett mechanikai munka (leggyakrabban forgatás) a berendezés célja, értelme. A hőerőgép által leadott hőt hulladék hőnek nevezzük. Nem létezik olyan hőerőgép, mely a hő formájában felvett energiát teljesen (100%‑ban) mechanikai munkavégzéssé alakítaná. Ez nemcsak azért nem lehetséges, mert mondjuk a gép mozgó alkatrészein a súrlódás óhatatlanul veszteséget okoz. Hanem amiatt sem, mert termodinamikai okokból a felvett hőnek csak egy meghatározott arányát lehet mechanikai munkavégzéssé alakítani, erről még később lesz szó.

A hőerőművek mindegyike hőerőgép. A fejlődő hő eredete azonban sokféle lehet:

magreakció más néven nukleáris folyamat: atomerőművekben

kémiai reakció, jellemzően égés: szén-, gáz-, fa-, biomassza-, szemétégető erőműben

napenergia: naphőerőműben

"föld hő": geotermikus erőműben a talaj mélyben található, forró kőzetei forralják fel a vizet

Létezik olyan geotermikus erőmű is, amikor a föld mélyéből nemcsak meleg víz, hanem forró gőz tör fel (tehát a gőz a kiindulópont), de a legtöbb hőerőműben a vizet első lépésben felforralják (vagyis a víz hő formájában energiát vesz fel. Az így keletkező nagy nyomású gőzt aztán egy gőzturbina lapátjaira eresztik rá, amit forgásba hoz, vagyis mechanikai munkavégzés formájában leadja a felvett hő egy részét. A gőzturbina után a "fáradt gőz" a felvett energia maradékát hő formájában kell leadja, hiszen a II. főtétel értelmében nem lehetséges a felvett hőt teljes egészben munkává alakítani.

A hőerőművek "ingyenes" hulladék hőjét időnként sikerül hasznosítani, például a környező épületek (akár egy egész városrész) fűtését és meleg víz ellátását ezzel oldják meg, ez a klasszikus táv hő (anno sok szénerőműhez épült táv hő hálózat, de mára a szénerőművek nagy része bezárt, viszont a távfűtő rendszert fenntartották, és gáztüzeléssel üzemeltetik, ami finoman szólva lényegvesztés).

A nagyteljesítményű hőerőműveknél a hideg hő tartály folyamatos, intenzív hűtése nehéz feladat. A hőerőművek hűtését sokszor egy nagy vízhozamú folyó természetesen áramló vízével végzik el, például a Paksi Atomerőműben a hulladék hő leadása 10–12 ∘C‑szal melegíti fel a Duna vizét. Ha ilyen folyó nincs a közelben, akkor hatalmas hűtőtornyot kell építeni, hogy a hideg hő tartály hűtését biztosítsák, de ez elég drága beruházás.

Miért is kell a hideg hő tartállyal folyamatosan hőt elvonni a hőerőgépből? Amit aztán sokszor nem is tudunk hasznosítani! Ezt a gőzturbina esetén lehet a legszemléletesebben látni. A meleg hő tartály felforralja a vizet, abból lesz nagy nyomású vízgőz. Ezt ráengedjük a gőzturbina lapátjaira, amitől az forgásba jön. A gőz a belső energiája csökkenése révén tud mozgási energiát biztosítani a turbina forgórészének. Ezért a turbinán áthaladva lehűl, és csökken a nyomása, ezt hívjuk "fáradt gőz"-nek. De továbbra is még viszonylag nagy a nyomása. Ha ezt a fáradt gőzt lecsapatjuk (az ún. kondenzátorban), azzal a gázmolekulák száma drasztikusan lecsökken, hiszen sokan folyadék állapotba mennek át. Ettől a kondenzátorban a nyomás jelentősen lecsökken. Miért jó ez? Mert a vízgőz lecsapatása következtében a gőzturbina hátsó oldalán sokkal kisebb lesz a nyomás, mint a bemeneti oldalán, ezért a gőzturbinába belépő friss gőz előrehaladását sokkal kevésbé akadályozza a hátsó részben lévő fáradt gőz nyomása.

Összefoglalva : a hőerőgép hőmérsékleti inhomogenitást igényel, és miközben az energiát hő formájában a melegebb tartályból a hidegebb felé átviszi, annak egy részét mechanikai munkavégzéssé alakítja át.

Vázlat írása a füzetbe! Tk 147. – 149.o is tanulni! Csak a lényeget írd le!

• Előző
• Tovább