Бесплатная техническая библиотека

Паровая турбина. История изобретения и производства

Справочник / История техники, технологии, предметов вокруг нас

 Комментарии к статье

Паровая турбина - тепловой двигатель, в котором энергия пара преобразуется в механическую работу.

В лопаточном аппарате паровой турбины потенциальная энергия сжатого и нагретого водяного пара преобразуется в кинетическую, которая в свою очередь преобразуется в механическую работу - вращение вала турбины. Пар от парокотельного агрегата поступает через направляющие аппараты на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности ротора, и воздействуя на них, приводит ротор во вращение.

Паровая турбина ТЭЦ

Наряду с гидротурбинами, огромное значение для энергетики и электрификации имело изобретение и распространение паровых турбин. Принцип их действия был подобен гидравлическим, с той, однако, разницей, что гидравлическую турбину приводила во вращение струя воды, а паровую - струя разогретого пара. Точно так же, как водяная турбина представляла собой новое слово в истории водяных двигателей, паровая продемонстрировала новые возможности парового двигателя.

Старая машина Уатта, отметившая в третьей четверти XIX века свой столетний юбилей, имела низкий КПД, поскольку вращательное движение получалось в ней сложным и нерациональным путем. В самом деле, как мы помним, пар двигал здесь не само вращающееся колесо, а оказывал давление на поршень, от поршня через шток, шатун и кривошип движение передавалось на главный вал. В результате многочисленных передач и преобразований огромная часть энергии, полученной от сгорания топлива, в полном смысле этого слова без всякой пользы вылетала в трубу.

Не раз изобретатели пытались сконструировать более простую и экономичную машину - паровую турбину, в которой струя пара непосредственно вращала бы рабочее колесо. Несложный подсчет показывал, что она должна иметь КПД на несколько порядков выше, чем машина Уатта. Однако на пути инженерной мысли оказывалось множество препятствий. Для того чтобы турбина действительно превратилась в высокоэффективный двигатель, рабочее колесо должно было вращаться с очень высокой скоростью, делая сотни оборотов в минуту. Долгое время этого не могли добиться, так как не умели сообщить надлежащую скорость струе пара.

Только в 1883 году шведу Густаву Лавалю удалось преодолеть многие затруднения и создать первую работающую паровую турбину. За несколько лет до этого Лаваль получил патент на сепаратор для молока. Для того чтобы приводить его в действие, нужен был очень скоростной привод. Ни один из существовавших тогда двигателей не удовлетворял поставленной задаче. Лаваль убедился, что только паровая турбина может дать ему необходимую скорость вращения. Он стал работать над ее конструкцией и в конце концов добился желаемого. Турбина Лаваля представляла собой легкое колесо, на лопатки которого через несколько поставленных под острым углом сопел наводился пар.

Паровая турбина Лаваля

В 1889 году Лаваль значительно усовершенствовал свое изобретение, дополнив сопла коническими расширителями. Это значительно повысило КПД турбины и превратило ее в универсальный двигатель. Принцип действия турбины был чрезвычайно прост. Пар, разогретый до высокой температуры, поступал из котла по паровой трубе к соплам и вырывался наружу. В соплах пар расширялся до атмосферного давления. Благодаря увеличению объема, сопровождавшему это расширение, получалось значительное увеличение скорости вытекания (при расширении от 5 до 1 атмосферы скорость паровой струи достигала 770 м/с). Таким образом заключенная в паре энергия передавалась лопастям турбины.

Число сопел и давление пара определяли мощность турбины. Когда отработанный пар не выпускали прямо в воздух, а направляли, как в паровых машинах, в конденсатор и сжижали при пониженном давлении, мощность турбины была наивысшей. Так, при расширении пара от 5 атм до 1/10 атм скорость струи достигала сверхзвуковой величины.

Несмотря на кажущуюся простоту, турбина Лаваля была настоящим чудом инженерной мысли. Достаточно представить себе нагрузки, которые испытывало в ней рабочее колесо, чтобы понять, как нелегко было изобретателю добиться от своего детища бесперебойной работы. При огромных оборотах турбинного колеса даже незначительное смещение в центре тяжести вызывало сильную нагрузку на ось и перегрузку подшипников. Чтобы избежать этого, Лаваль придумал насадить колесо на очень тонкую ось, которая при вращении могла бы слегка прогибаться. При раскручивании она сама собой приходила в строго центральное положение, удерживаемое затем при любой скорости вращения. Благодаря этому остроумному решению разрушающее действие на подшипники было сведено до минимума.

Едва появившись, турбина Лаваля завоевала всеобщее признание. Она была намного экономичнее старых паровых двигателей, очень проста в обращении, занимала мало места, легко устанавливалась и подключалась. Особенно большие выгоды турбина Лаваля давала при ее соединении с высокоскоростными машинами пилами, сепараторами, центробежными насосами. Ее с успехом применяли также как привод для электрогенератора, но все-таки для него она имела чрезмерно большую скорость и потому могла действовать только через редуктор (систему зубчатых колес, понижавших скорость вращения при передаче движения от вала турбины на вал генератора).

В 1884 году английский инженер Парсонс получил патент на многоступенчатую реактивную турбину, которую он изобрел специально для приведение в действие электрогенератора. В 1885 году он сконструировал многоступенчатую реактивную турбину, получившую в дальнейшем широкое применение на тепловых электростанциях. Она имела следующее устройство, напоминающее устройство реактивной гидротурбины. На центральный вал был насажен ряд вращающихся колес с лопатками. Между этими колесами находились неподвижные венцы (диски) с лопатками, имевшими обратное направление.

Турбина Парсонса

Пар под большим давлением подводился к одному из концов турбины. Давление на другом конце было небольшое (меньше атмосферного). Поэтому пар стремился пройти сквозь турбину. Сначала он поступал в промежутки между лопатками первого венца. Эти лопатки направляли его на лопатки первого подвижного колеса. Пар проходил между ними, заставляя колеса вращаться. Дальше он поступал во второй венец. Лопатки второго венца направляли пар между лопатками второго подвижного колеса, которое тоже приходило во вращение. Из второго подвижного колеса пар поступал между лопатками третьего венца и так далее. Всем лопаткам была придана такая форма, что сечение междулопаточных каналов уменьшалось по направлению истечения пара. Лопатки как бы образовывали насаженные на вал сопла, из которых, расширяясь, истекал пар. Здесь использовалась как активная, так и реактивная его сила. Вращаясь, все колеса вращали вал турбины. Снаружи устройство было заключено в крепкий кожух.

В 1889 году уже около трехсот таких турбин использовалось для выработки электроэнергии, а в 1899 году в Эльберфельде была построена первая электростанция с паровыми турбинами Парсонса. Между тем Парсонс старался расширить сферу применения своего изобретения. В 1894 году он построил опытное судно "Турбиния" с приводом от паровой турбины. На испытаниях оно продемонстрировало рекордную скорость 60 км/ч. После этого паровые турбины стали устанавливать на многих быстроходных судах.

Автор: Рыжов К.В.

 Рекомендуем интересные статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас:

▪ Автоматические межпланетные станции Вояджер

▪ Граммофон

▪ Зубная нить

Смотрите другие статьи раздела История техники, технологии, предметов вокруг нас.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Луна поглощает воздух нашей планеты 22.01.2026

Взаимодействие Земли и Луны оказывается не только гравитационным. Новые исследования показывают, что наш естественный спутник постепенно "поглощает" крошечные фрагменты атмосферы Земли, используя для этого солнечный ветер и магнитное поле нашей планеты. Этот процесс исследователи называют космическим каннибализмом. Еще во времена миссий "Аполлон" в 1970-х годах ученые обнаружили в лунном реголите необычные следы воды, углекислого газа, гелия и азота. Стало ясно, что часть этих веществ, включая ионы азота, попала на Луну из верхних слоев земной атмосферы. Долгое время считалось, что подобная передача могла происходить только до того, как Земля сформировала свое магнитное поле. Магнитосфера, как считалось, должна была защищать планету и блокировать утечку атмосферных частиц в космос. Новое моделирование показало, что это представление неверно. Ученые объединили данные лунных образцов с компьютерными моделями и выяснили, что поток ионов усиливается, когда Луна проходит через так ...>>

Игровой компьютер Asus ROG G1000 22.01.2026

Компания Asus представила ROG G1000 - устройство, которое сочетает мощнейшие комплектующие с уникальной системой визуализации, превращая корпус компьютера в полноценный элемент шоу. Главной особенностью новинки стали три голографических вентилятора AniMe Holo, установленных в отдельных стеклянных камерах. Главный вентилятор диаметром 380 мм оснащен от 680 до 720 светодиодов, а два дополнительных вентилятора размером 215 мм имеют по 384-404 светодиода. Они способны воспроизводить голографические изображения, анимации и видео в форматах MP4, GIF, JPEG и PNG, создавая эффект "живых" панелей внутри корпуса. Представители Asus подчеркивают, что эти вентиляторы не участвуют в охлаждении и предназначены исключительно для визуальных эффектов. Управление анимациями осуществляется через программу Armoury Crate, позволяющую пользователю персонализировать отображение по собственному вкусу. Для поддержания оптимальной температуры компонентов ROG G1000 оснащен 420-мм жидкостным охладителем ...>>

Дефицит витамина B12 удваивает риск депрессии 21.01.2026

Питание и баланс микроэлементов играют ключевую роль не только для физического, но и для психического здоровья. Недавние исследования ирландских ученых показывают, что недостаток витамина B12 способен значительно повышать риск развития депрессии у пожилых людей, влияя на работу нервной системы и общее самочувствие. Витамин B12 необходим для правильного формирования эритроцитов, поддержания нервной системы и синтеза ДНК. Его дефицит может проявляться широким спектром симптомов: усталостью, слабостью, запорами, потерей аппетита и веса. У некоторых людей наблюдаются нарушения памяти, дезориентация и снижение когнитивных функций, доходящее до деменции. Особое внимание ученых привлекает анемия, которая является одним из самых опасных последствий недостатка B12. Она может возникать также при дефиците других витаминов группы B, включая фолиевую кислоту, и требует ранней диагностики и коррекции для предотвращения необратимых изменений в организме. Новое исследование показало, что у по ...>>

Случайная новость из Архива Удачное время для полета на Марс 30.11.2013 Бизнесмен и первый космический турист Деннис Энтони Тито предлагает НАСА миссию по пилотируемому полету к Марсу. Миссию можно осуществить уже через 4 года, и она не потребует разработки дорогостоящих уникальных новых технологий. Деннис Тито известен тем, что стал первым космическим туристом, полетев в 2001 году на МКС за плату в $20 млн. Это весьма состоятельный человек, возглавляющий инвестиционную компанию Wilshire Associates. Кроме того, в начале 2013 года Деннис Тито основал фонд Inspiration Mars, целью которого является облет Марса пилотируемым кораблем. Заметим, что высадка астронавтов на Луну также началась с облета спутника нашей планеты. Деннис Тито хочет использовать противостояние Земли и Марса, которое происходит каждые 15-17 лет. В это время путешествие к Марсу менее сложное, поскольку взаимодействие гравитации Марса, Солнца и Земли экономи топливо. Inspiration Mars предлагает осуществить путешествие к Марсу и обратно к Земле длиной 1,3 млрд. км и продолжительностью 501 день. При этом космический корабль должен отправиться к красной планете не позднее, чем в начале 2018 года. Это кажется невозможным: подготовить столь сложную миссию за оставшееся время. Однако на самом деле есть возможность сделать этот проект реальным, для этого предлагается использовать новую модель сотрудничества бизнеса и правительства при подготовке к космическому полету. Данная модель - и есть ноу-хау Дэнниса Тито. Это не традиционные контракты или субсидии на разработку космического транспортного средства, как это теперь практикуется НАСА. Тем не менее, достижения в этой области также будут использованы. Идея состоит в том, что инвестиции частных компаний органично вольются в правительственные программы испытаний космической техники, дополнят их и сделают более масштабными. Так, для полета на Марс предлагается использовать испытательные пуски новой тяжелой ракеты-носителя SLS, которую разрабатывают в НАСА. Поскольку НАСА все равно собирается запускать ракету SLS, грубо говоря с "болванкой" в качестве полезной нагрузки, то можно было бы использовать этот запуск для более масштабной цели - запуска корабля к Марсу. Разумеется, при первом пуске экипажа на опытном образце SLS не будет: на орбиту лишь выведут корабль, предназначенный для обитания будущего экипажа - что-то вроде небольшого модуля МКС с пристыкованными топливными баками и двигателем. Тяжелая ракета SLS может вывести в космос конструкцию массой более 100 т, так что этого вполне достаточно для полноценного аппарата, способного обеспечить облет Марса экипажем в 2-3 человека. Этот аппарат представляет собой герметичные обитаемый и сервисный модули, к которым пристыкованы спускаемый аппарат (для спуска на Землю), баки с топливом и двигатель. После того, как экспериментальная ракета SLS доставит на орбиту марсианский корабль, к нему на сертифицированной для пилотируемых полетов и потенциально более безопасной ракете отправятся люди. В качестве транспорта до марсианского корабля, "припаркованного" на околоземной орбите, можно использовать частные корабли Cygnus, Dragon или "дальний" космический корабль Orion. После стыковки корабль станет частью марсианского транспорта, а в будущих миссиях транспорт "Земля-околоземная орбита" может использоваться для посадки на Красную планету. Посадка на Землю будет осуществляться с помощью второго корабля, который изначально входит в состав марсианского корабля и размещается между обитаемым отсеком и баком. Преимущества подобной схемы очевидны: модульный марсианский корабль можно собирать на орбите, дополняя его 1-2 кораблями типа Orion, предназначенными для полетов к другим планетам. Для более длительных полетов можно вывести на орбиту дополнительный обитаемый/служебный модуль, а затем состыковать его с марсианским кораблем. Технология стыковки на орбите хорошо отработана, так что с ней проблем не предвидится. Кроме того, беспилотный запуск безопасен, а в случае каких-либо неполадок на околоземной орбите, космонавты всегда могут вернуться в корабле, который доставил их к марсианскому транспорту.

Другие интересные новости:

▪ Контроллеры LED драйверов ON Semiconductor NCL30085/6/8

▪ Нейроны с ушами

▪ Серийный электрический SUV Smart #1

▪ Утвержден единый стандарт зарядных устройств для всех гаджетов

▪ Портативные атомные часы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочник электрика. Подборка статей

▪ статья Правовая основа защиты населения России от чрезвычайных ситуаций. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Когда бутанцы узнали, что марихуану можно курить? Подробный ответ

▪ статья Котовник исфаганский. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Металлоискатель по принципу электронного частотомера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Два передатчика на 144 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026