Дивовижна парова турбіна

Зараз «серцем», що дає життя більшості створених людиною машин, є двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ). Проте так було не завжди.

Від минулого до сьогодення

До ери ДВС довгий час наріжним каменем технічного прогресу була парова турбіна. Це той рідкісний випадок, коли винаходи виявляються настільки вдалими, що продовжують використовуватися і в наш час, правда, з рядом удосконалень. Відзначимо, що не слід плутати парові турбіни і класичні машини, що працюють на пару (той же паровоз). У них відмінний принцип роботи, а ККД незрівнянно.

Парова турбіна. Винахід

Вважається, що вперше подібну турбіну розробив і втілив у металі швед П. Лаваль. У далекому 1889 виникла необхідність в ефективному двигуні для молочного сепаратора, здатному створювати обертання з частотою не менше 100 обертів на секунду. Принцип роботи турбіни був досить простий: на поверхні закріпленого на осі циліндра розміщувалися лопатки, в які вдаряла струмінь перегрітої пари з знаходиться поруч котла. Потенційна енергія пара перетворювалася в кінетичну, приводячи циліндр в обертання. Лаваль дослідним шляхом визначив, що найкращих результатів вдається домогтися, якщо потік пари буде вириватися через конусоподібні насадки, а не прямі трубки.

Однак більш відома парова турбіна англійця Ч. А. Парсонса. Він розробив її практично паралельно з Лавалем, але не тільки удосконалив, а й здогадався з'єднати з електричним генератором (прообраз сучасної системи Г-Д).

У 1894 році він створив корабель, що приводиться в рух двигуном на основі парової турбіни (Максимальна швидкість близько 60 км / ч). Ідея виявилася настільки успішною, що після 1900 більшість військових кораблів були обладнані подібними моторами.

Наш час

Зрозуміло, з моменту винаходу і перших моделей парова турбіна була модернізована, а недоліки конструкції усунені. Класична паротурбінна установка включає в себе дві складові частини: нерухомий статор з блоком сопів і обертовий ротор (циліндр) з розміщеними на його корпусі лопатками. Залежно від напрямку руху струменя пари, розрізняють два різновиди конструкції ротора - радіальні і аксіальні. Перші є відгомони первинних рішень: в них вектор поширення пара перпендикулярний осі циліндра, а лопатки паралельні їй. У аксіальних же напрямок руху пара збігається з віссю, а обертання створюється завдяки особливій орієнтації лопаток.

Більш ефективно використовувати енергію пари можливо в парових турбінах з декількома циліндрами (багатокорпусні). Однак через громіздкість і ускладнення конструкції подібні рішення застосовуються там, де їх використання економічно виправдано. Циліндри корпусів можуть розміщуватися як на загальній осі, так і бути механічно незалежними. Система ущільнень і діафрагм запобігає ненормальну роботу всієї установки (паркан зовнішнього повітря, витік пара, обхід ступенів та ін.).

Розвиток технології парових турбін

При малих рівнях тиску пари і низьких потужностях класичні турбіни недостатньо ефективні. Їм на зміну прийшла парова гвинтова машина. Ця російська розробка являє собою природну еволюцію первісної моделі. Усередині корпусу розташовуються ротори з гвинтоподібними лопатями. Вступник пар заповнює простір між зубами найближчих гвинтів, відбувається оборот і подальша подача припиняється. Далі в порожнині для пара отримана порція розширюється і здійснює роботу по обертанню гвинтового ротора. Така конструкція дозволяє більш повно використовувати накопичену паром енергію.