Класс!ная физика



Паровая турбина

Одним из видов тепловых двигателей, использующих энергию водяного пара, является паровая турбина, в которой происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую работу. Паровая турбина оказалась более удобной в применении, компактной и экономичной, чем поршневая паровая машина.

В 130 г. до н.э. Герон Александрийский изобрел устройство под названием "эолипил". Это была примитивная паровая турбина. Оно представляло собой полую сферу, заполнявшуюся паром.

Сфера имела два Г-образными сопла. Пар вытекал из сопел, расположенных с противоположных сторон сферы, с большой скоростью, и сфера начинала вращаться. В основе действия такой паровой турбины лежал реактивный принцип.

В 1629 году Джованни Бранки была создана паровая турбина, использующая активный принцип. Потенциальная энергия пара преобразовывалась в кинетическую и совершала работу. В этой машине струя пара приводила в движение колесо с лопатками, напоминающее колесо водяной мельницы.

Но первые турбины, подобные машине Бранки, обладали ограниченной мощностью, поскольку паровые котлы не были способны создавать высокое давление.

В 1815 г. инженер Ричард Трейвисик установил два сопла на ободе колеса паровоза и пропустил через них пар. На сходном принципе было основано устройство лесопильной машины, построенной в 1837 г. американцем Уильямом Эйвери. В одной лишь Англии за 20 лет, с 1864 по 1884 г., было запатентовано более сотни изобретений, так или иначе относящихся к турбинам. Но ни одна из этих попыток не завершилась созданием пригодной для промышленности машин.

Независимо друг от друга в 1884 - 1889 гг. шведский инженер Карл Густав де Лаваль и Чарлз Парсонс из Ирландии создали промышленно пригодные паровые турбины.

Лаваль применил сопло, расширяющееся на выходе. Такое сопло позволило получить гораздо большую скорость пара, и вследствие этого скорость вращения ротора турбины также существенно увеличилась. Полученную струю Лаваль направил на один ряд рабочих лопаток, насаженных на диск.Это была паровая турбина, работающая по активному принципу. Невозможность получить большую агрегатную мощность и очень высокая частота вращения одноступенчатых паровых турбин Лаваля (до 30 000 об/мин у первых образцов) привели к тому, что турбины Лаваля, на раннем этапе турбостроения широко применявшиеся в качестве агрегатов небольшой мощности (до 500 кВт), в дальнейшем уступили место турбинам других типов.

Парсонс создал многоступенчатую реактивную паровую турбину. Она отличалась меньшей скоростью вращения, и в то же время в ней максимально использовалась энергия пара. Это достигалось за счет того, что в турбине Парсонса пар расширялся постепенно по мере прохождения через 15 ступеней, каждая из которых представляла собой пару венцов лопаток: один - неподвижный (с направляющими лопатками, закрепленными на корпусе турбины), другой - подвижный (с рабочими лопатками на диске, насаженном на вращающийся вал). Лопатки неподвижных и подвижных венцов были ориентированы в противоположных направлениях, т.е. так, что если бы оба венца были подвижными, то пар заставлял бы их вращаться в разные стороны. Так турбогенератор Парсонса стал первой паровой турбиной, нашедшей применение в промышленности.

Реактивная паровая турбина Парсонса некоторое время применялась на военных кораблях, но постепенно уступила место более компактным комбинированным активно-реактивным турбинам. Хотя и в настоящее время паровые турбины сохранили основные черты турбины Парсонса.

Первый пароход "Turbinia" с турбинным двигателем был спущен на воду в 1894 году.


Русские изобретатели турбин

На Алтае, явившемся колыбелью ползуновского парового двигателя, на Сузунском заводе в начале прошлого века работал замечательный «огневых дел» мастер П. М. Залесов. С 1806 по 1813 год на заводе, где он работал, Залесов создал не одну модель паровой турбины.

Строителем турбин был и другой изобретатель, П. Д. Кузьминский (1849 - 1900). Работая в области судостроения и воздухоплавания, П. Д. Кузьминский пришел к выводу о нецелесообразности использования паровой машины поршневого типа в качестве судового двигателя. В начале девяностых годов Кузьминский построил и опробовал судовую паровую турбину своей конструкции. Она имела очень малый удельный вес - всего лишь 15 килограммов на лошадиную силу мощности. Кузьминский прекрасно понимал всю трудность технического творчества в условиях, когда отечественные открытия предавались забвению. и писал о новых временах, «...когда открытия и изобретения русского творческого ума и настойчивого труда» будут находить достойное применение.





Устали? - Отдыхаем!

Вверх