Лекция 16. Тема: Развитие паровых турбин

Ряд принципиальных вопросов турбостроения был поставлен и в частной форме разрешен в трудах шведского инженера Г.П. Лаваля.

Сторонник интенсификации техники, он довел скорость вращения турбин до 6000 - 7000 об/мин в конструкции первого сепаратора непрерывного действия, запатентованного в 1878 г.

Для увеличения КПД турбин Лаваль предложил использовать расширяющееся сопло (1889 г.), позволившее понизить давление пара ниже критического, сообщив ему при этом сверхзвуковую скорость.

Пойдя по пути освоения высоких скоростей, Лаваль создал активную одновенечную турбину со скоростью вращения 30000 об/мин. В процессе конструирования этой турбины он решил ряд сложных технических задач, используя такие элементы, как гибкий вал с подшипниками на шаровых опорах, турбинное колесо – диск в форме тела равного сопротивления инерционным силам. Впервые для лопаток и диска были применены специальные материалы – никелевая сталь.

Решения, предложенью Лавалем в области турбостроения, не имели теоретических оснований и носили частный характер применимый, к турбинам небольшой мощности (до 500 кВт).

Теория перечисленных задач еще только начинала разрабатываться. Теория расширяющегося сопла была дана Г.А. Цейнером (1899 г.), однако получила широкое признание значительно позднее, после опубликования ряда работ, в том числе, чешского ученого А. Стодола. Его считают создателем подлинной энциклопедии паровых турбин.

Турбины Лаваля сейчас расцениваются как первые машины, в которых были в частной форме решены основные задачи турбостроения и дано направление дальнейшим работам по освоению и совершенствованию принципиально нового типа парового двигателя.

Быстроходная турбина, не имеющая частей, совершающих возвратно-поступательное движение, позволяла сконцентрировать громадные мощности в одном агрегате. Это свойство турбин могло быть использовано только при ее объединении с электрогенератором.

В этом направлении начал свою работу английский инженер И.А. Парсонс. В 1884 г. он получил патент на многоступенчатую реактивную турбину мощностью около 8 кВт при п = 1000 об/мин. Соединив ее с залом электрогенератора, он получил первый турбогенератор – важный агрегат электростанций.

Парсон строил паровые турбины самых разнообразных конструкций, вводя новые улучшения, снижая расход пара, достигавший в первых турбинах громадной величины - около 60 кг/кВт-ч. К 1896 г. в турбине мощностью 400 кВт был достигнут расход пара 9.2 кг/кВт-ч.

Однако на европейском континенте паровые турбины получили всеобщее признание в качестве двигателя электрогенератора только с 1899 г. В этом году в немецком городе Эльберфельде на электростанции для привода 3-х фазных генераторов были применена турбина Парсонса мощностью 1000 кВт. Испытания установили неоспоримые преимущества паровой турбины перед другими типами двигателей. Турбины работали со средним давлением пара 10.5 атм., t = 200º С и показали расход 8-9 кг/кВт·ч. Уже в 1913 г. расход пара в турбине Парсона мощностью 25000 кВт при давлении 14 атм. при t =304º С составил 5 кг/кВт·ч.

В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже были представлены чертежи многоступенчатой паровой турбины французского профессора Огюстена Рато мощностью 1000 л.с [3].

Впервые разбивку скоростного перепада на ряд ступеней скорости ввел в 1896 г. американский инженер Ч. Кертис.

Первые годы XX в. знаменуются началом турбостроения в ряде стран: Германии, Франции, США, Швейцарии, Швеции, Австро-Венгрии.

В России первые турбины выпускались только Петербургским металлическим заводом. С начала внедрения первых турбин на судах военно-морского флота на Балтийском заводе был специально оборудован турбинный цех на уровне с турбинными цехами крупнейших зарубежных заводов.