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:

▪ Электровоз

▪ Электрический телеграф

▪ Дорожная разметка

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:

Соседи формируют вашу микрофлору 27.04.2026

Ученые уже давно рассматривают человека не как изолированный организм, а как сложную экосистему, тесно связанную с микромиром внутри и вокруг него. Особенно активно исследуется кишечная микрофлора, от которой зависят пищеварение, иммунитет и даже некоторые аспекты поведения. Новая работа Университета Восточной Англии добавляет к этому пониманию еще один важный слой: оказывается, состав микробиоты может изменяться под влиянием людей, с которыми мы живем рядом. Чтобы проверить, как социальные контакты влияют на передачу микробов, исследователи обратились к природной модели - сейшельской камышовке (Acrocephalus sechellensis), небольшой певчей птице, обитающей на острове Кузен на Сейшельских островах. Этот вид оказался особенно удобным для наблюдений, поскольку птицы живут изолированно и не покидают остров, что позволяет отслеживать их биологические и социальные связи на протяжении всей жизни. В рамках многолетнего исследования ученые собирали сотни образцов птичьего помета, анализир ...>>

Лазерная печать микросхем как альтернатива кремнию 27.04.2026

Индустрия электроники постепенно уходит от исключительно кремниевых и пластиковых решений в сторону более гибких, дешевых и экологичных материалов. Одним из наиболее необычных направлений стала так называемая бумажная электроника, где привычный лист бумаги превращается в основу для работающих электронных схем. Именно в этой области исследователи из Лаборатории биоэлектроники и микросхем Бингемтонского университета предложили принципиально новый подход к созданию микросхем. Ученые разработали технологию, при которой электронные схемы формируются прямо на пергаментной бумаге с помощью стандартного углекислотного лазера. Особенность используемого материала заключается в тонком силиконовом покрытии, придающем бумаге гидрофобные свойства и защищающем ее от влаги. Лазер точечно удаляет это покрытие, создавая рисунок будущей схемы и обнажая целлюлозные волокна, способные впитывать жидкость. Далее в образованные лазером микроскопические каналы вводятся водные чернила, которые формируют ф ...>>

Психологическое состояние и старение 26.04.2026

Наука все чаще рассматривает старение не только как биологический процесс, но и как явление, тесно связанное с психологическим состоянием человека. Эмоциональное благополучие, уровень стресса и ощущение социальной включенности могут напрямую влиять на то, как быстро изнашивается организм на клеточном уровне. Китайские исследователи провели масштабный анализ данных людей старше 45 лет и обнаружили важную закономерность: такие факторы, как одиночество и субъективное ощущение несчастья, связаны с ускорением биологического старения примерно на 1,65 года. Иными словами, внутреннее эмоциональное состояние может "добавлять" организму лишний возраст даже при одинаковом паспортном возрасте. Чтобы получить более точную оценку биологического старения, ученые использовали комплексный подход. В их анализ вошли 16 биомаркеров крови, семь биометрических параметров, а также данные, связанные с биологическим полом участников. Такой набор позволил сформировать более многослойную картину состояния ...>>

Случайная новость из Архива Новые модули Bluetooth 5.0 от STMicroelectronics 13.09.2020 Новые радиомодули STMicroelectronics BlueNRG-M2SA и BlueNRG-M2SP построены на базе системы на кристалле BlueNRG-2 и отвечают требованиям стандарта Bluetooth 5.0. Модули поддерживают несколько ролей и могут одновременно работать в качестве ведущего и ведомого устройства Bluetooth. Радиомодули BlueNRG-M2 являются законченной радиочастотной платформой, содержащей, в том числе, антенну. Стек Bluetooth Low Energy и приложение пользователя могут исполняться на модуле. Модули позволяют создать законченный продукт интернета вещей без глубоких знаний в области разработки высокочастотных устройств и значительно сокращают время вывода нового продукта на рынок. Среди областей применения модулей - устройства управления зданием, автоматизация производственных процессов, управление освещением, медицинское оборудование и системы безопасности. Питание BlueNRG-M2 может осуществляться непосредственно от пары батарей типа AAA или от любого источника питания от 1,7 до 3,6 В. BlueNRG-M2 поставляется в двух вариантах: BlueNRG-M2SA и BlueNRG-M2SP. Они имеют различные внутренние конфигурации HW, отличающиеся программной инициализацей. Модуль BlueNRG-M2SP является упрощенной версией и не включает в себя кварцевый резонатор 32768 Гц и индуктивность для работы внутреннего преобразователя питания SMPS. Особенности модулей BlueNRG-M2SA и BlueNRG-M2SP: Сертификация Bluetooth v5.0; Работа в режимах Master и Slave; Одновременная поддержка нескольких ролей; Работа с увеличенной длиной пакета; Встроенный чип ST BlueNRG-2 BLE SoC; Высокопроизводительный малопотребляющий MCU Cortex-M0; Программируемая встроенная 256 КБ Flash; ОЗУ 24 КБ с сохранением данных в режимах сна; Увеличенная выходная мощность до +8 дБм; Чувствительность приемника до -88 дБм; Высокий бюджет радиолинии 96 дБ; Встроенный балун BALF-NRG-02D3 с фильтром гармоник; Интерфейсы 1 x UART, 1 x I2C, 1xSPI, 14xGPIO, 10-bit ADC, RTC и др.; Чип-антенна (BLUENRG-M2SA) или PCB-антенна (BLUENRG-M2SP); Готовый стек Bluetooth low energy в виде библиотеки (GAP, GATT,SM, L2CAP, LL); Набор ПО BlueNRG-2 SDK с примерами профилей и готовых приложений; Встроенная загрузка через UART-bootloader; Малые размеры 11,5 x 13,5 мм; Напряжение питания от 1,7 до 3,6 В; Температурный диапазон -40...85°C.

Другие интересные новости:

▪ Хлорпирифос вызывает риск ожирения

▪ Экономичные ARM-процессоры Toshiba для Интернета вещей

▪ Повышение надежности мощных полупроводниковых приборов на основе карбида кремния

▪ Подкисление океана пагубно влияет на коралловые рифы

▪ В лондонском метро слишком жарко

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПУЭ. Подборка статей

▪ статья Театр для себя. Крылатое выражение

▪ статья Когда скончался последний ветеран Крымской войны? Подробный ответ

▪ статья Удавка с полуштыками. Советы туристу

▪ статья Датчик радиации в охранной системе. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья DSB трансивер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026