Наряду с гидротурбинами, описанными в одной из предыдущих глав, 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 экономическую 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.
Первый важный шаг в разработке нового технического средства, потеснившего паровую машину, сделал шведский инженер Карл Густав Патрик Лаваль в 1889 г. .Паровая турбина Лаваля представляет собой колесо с лопатками. Струя воды, образующаяся в котле, вырывается из трубы (сопла), давит на лопатки и раскручивает колесо. Экспериментируя с разными трубками дня подачи пара, конструктор пришёл к выводу, что они должны иметь форму конуса. Так появилось, применяемое до нашего времени, сопло Лаваля.
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. В 1889 году Лаваль значительно усовершенствовал свое изобретение, дополнив сопла коническими расширителями. Это значительно повысило КПД гидротурбины 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 атмосфер до 1/10 атмосферы 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 электрогенератора, но все-таки для него она имела чрезмерно большую скорость и поэтому 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 Парсон получил патент на многоступенчатую реактивную турбину, которую он изобрел специально для приведения 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. 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 Парсона. Между тем Парсон 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.
Другие работы по теме:
Паровой двигатель
РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ ТЕМА: ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ Работу выполнил: Кривоносов Олег ученик 10 класса Самара 1999 год. ПОДВИГ ИВАНА ПОЛЗУНОВА Есть изобретения, которые стоят на рубеже двух эпох развития техники. И через десятилетия, а за частую даже через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этих изобретений.
От водяного колеса до турбины
От водного колеса до турбины Водяное колесо или турбина преобразуют энергию потока воды во вращательное движение. Первые водяные колеса были подливными, т. е. Нижняя половина колеса просто погружалась в поток. Кпд таких колес составлял только 30%. Наливные колеса, в которых поток воды натекает на верхнюю часть колеса, имеют кпд 70-90%, что близко к кпд современных турбин.
Проект теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)
Расчет тепловой нагрузки и построение графика. Предварительный выбор основного оборудования: паровых турбин и котлов. Суммарный расход сетевой воды на теплофикацию. Расчет тепловой схемы. Баланс пара. Анализ загрузки турбин и котлов, тепловой нагрузки.
Проект теплоэлектроцентрали ТЭЦ
Министерство образования и науки Российской Федерации Иркутский Государственный Технический Университет Кафедра теплоэнергетики Пояснительная записка к курсовому проекту
Активная турбина со ступенями скорости
Рис. 1 Активная турбина с тремя ступенями давления Рис. 2 Активная турбина с двумя ступенями скорости Паровая турбина, первичный паровой двигатель с вращательным движением рабочего органа — ротора и непрерывным рабочим процессом; служит для преобразования тепловой энергии пара водяного в механическую работу.
Гробы
Основы инженерной деятельности. студент гр.96АА2 Мироничев Евгений А. Гробы ГРОБЫ Выработка оптимального решения 1.Определение потребности 2.Формулировка цели
Как лучше продать изобретение
Западные руководители предприятий подчёркивают, что 80% своего времени разработчик или инженер должен потратить на новую разработку, а 20% времени и средств на продвижение своего изобретения на рынок.
Тепловые испытания паровых турбин и турбинного оборудования
Тепловые испытания паровых турбин и турбинного оборудования В последние годы по линии знергосбережения повысилось внимание к нормативам расходов топлива для предприятий, вырабатывающих тепло- и электроэнергию, поэтому для генерирующих предприятий фактические показатели экономичности теплоэнергетического оборудования приобретают важное значение.
Водный транспорт
Содержание Введение 3 Развитие судостроения 4 Появление теплоходов 7 Моторные катера и глиссеры 9 Суда специального назначения. Танкеры 10 Первые ледоколы 12
Гробы
Определение потребности. Формулировка цели. Варианты решений.
Классификация современных паровых турбин
Паровая турбина является силовым двигателем, в котором потенциальная энергия пара превращается в кинетическую, а кинетическая в свою очередь преобразуется в механическую энергию вращения вала.
Современные конденсационные паровые турбины
Паровая турбина как один из элементов паротурбинной установки. Типы паровых турбин, их предназначение для обеспечения потребителей тепла тепловой энергией. Паровая турбина и электрогенератор как составляющие турбоагрегата. Турбины конденсационного типа.
Булгаков м. а. - Тема революции и гражданской войны у м. булгакова
Тема революции и гражданской войны надолго стала одной из главных тем русской литературы XX века. Эти события не только круто изменили жизнь России, перекроили всю карту Европы, но и изменили жизнь каждого человека, каждой семьи. Гражданские войны принято называть братоубийственными. Братоубийственна, по своей сути, любая война, но в гражданской эта ее суть выявляется особенно остро.
Булгаков м. а. - Булгаков о вечных ценностях. ..
Сравнивая роман М. А. Булгакова Белая гвардия с его пьесой Дни Турбиных нельзя не обратить внимание на одно странное обстоятельство. Герой пьесы. Алексей Турбин последовательно вбирает в себя трех персонажей романа.
Паровые машины
Сила поршня. Двигатель Уатта. Вращательное движение. Преобразование энергии.
Хронология открытий в физике электричества
Ученый Открытие 1600 У. Гилберт Заложены основы электро и магнитостатики 1733 Ш. Дюфе Открытие двух видов электричества, установление притяжения разноименных зарядов и отталкивания одноименных
Сны героев, их связь с проблематикой романа Булгакова Белая гвардия
Трагические события революции и братоубийственной Гражданской войны отражались в русской литературе с разных точек зрения. Пролетарские писатели изображали эту эпоху как борьбу народа за своё счастье, писатели, не разделявшие большевистских взглядов, рассматривали её как национальную трагедию.
Начало романа Булгакова Белая гвардия
В основу романа М.А. Булгакова «Белая гвардия», написанного в 1925 году, легли реальные события трагического времени Гражданской войны на Украине. Здесь многое автобиографично: город – любимый Киев, адрес – дом №13 по Алексеевскому спуску (в действительности Булгаковы жили в доме 13 по Андреевскому спуску, где сейчас музей М.А.
"Дни Турбиных"
Это пьеса об интеллигенции и революции. Ведущей темой этого произведения М. Булгакова стала судьба интеллигенции в обстановке гражданской войны и всеобщего одичания.
«Был такой писатель...»
Михаил Афанасьевич Булгаков относится к той группе писателей, творчество которых не увядает с годами, а приобретает современное звучание.
Два гусара
Автор: Толстой Лев Николаевич. «Времена Милорадовичей, Давыдовых, Пушкиных»… В губернском городе К. проходят съезд помещиков и дворянские выборы.
Кто изобрёл радио?
У нас в стране считают, что Александр Попов, на Западе – что Гульельмо Маркони. А что такое радио? А что такое изобретение? От этого зависит и ответ. Попробуем разобраться.
Застежка-молния
7 ноября 1891 года Уиткомб Джадсон из Чикаго получил патент за номером 504038 на изобретение, названное им «Застежка для обуви»: ряд крючков с одной стороны и петелек — с другой, которые зацеплялись при помощи специального направляющего ключа.
Николай Николаевич Бенардос
Первые работы Бенардоса относятся, в основном, к сельскому хозяйству и транспорту. Им были предложены усовершенствованные плуги, сеялки, жатвенная машина, пароходные колеса, металлические шпалы и др.
Научные проблемы корабельной энергетики
Первые достижения науки и техники в области транспортной энергетики были реализованы в начале XIXв. в паросиловых установках, которые совершенствовались в течение без малого двух столетий.
Сацумско-британская война
Введение 1 История Список литературы Сацумско-британская война Введение Сацумско-британская война[1] (яп. 薩英戦争 Сацу-Эй сэнсо:?, 15 — 17 августа 1863 года) — вооружённый конфликт в японском городе Кагосима между княжеством Сацума и эскадрой Великобритании.
Мёнье де ла Плас, Жан Батист
Введение 1 Военная служба 2 Изобретение дирижабля Введение Жан Батист Мари Шарль Мёнье (фр. Jean-Baptiste Marie Charles Meusnier de la Place) (19 июня 1754, Тур — 13 июня 1793, Майнц-Кастель), французский математик, дивизионный генерал. Считается изобретателем дирижабля.
Информатика и ЭВМ в психологи
Информатика и ЭВМ в психологи (Информационно-коммуникационные технологии и психология) Опорный конспект Составитель: декан факультета дистанционного обучения Канакаев Ермек Мукушевич