Подразделение турбин в зависимости от давления свежего пара

Это подразделение носит весьма условный характер и может быть представлен® следующим образом.

Из истории создания паровых турбин

Идея использования энергии струи пара для совершения механической работы известна человечеству очень давно. Ещеза 2100 лет до наших дней Героном Александрийским был изобретен прибор в виде полого шара, питаемого через полую ось паром, который выпускался из шара через трубки в тангенциальном направлении, приводя шар во вращение (рис.1б). Подобным прибором пользовались египетские жрецы. Прибор, названный Героном "эолпилом", был отдаленным прототипом реактивной турбины.

В 1629 г. итальянский математик и инженер Джовани Бранка предложил проект турбины в виде укрепленного на вертикальной оси диска с лопатками, вращаемого струей пара, которая подводилась тангенциально к диску. По принципу работы колесо Бранка является прототипом активных паровых турбин.

Колесо Бранка предназначалось для привода ткацких станков, однако вследствие малой производительности и очень низкой экономичности эта турбина не получила промышленного применения.

Попытки создать турбинный двигатель предпринимались во многих промышленно развитых странах.

Применение паровых турбин в качестве первичного двигателя являлось очень заманчивым, т.к. в турбинах сразу получалось равномерное вращательное движение ротора и не было необходимости в специальных преобразующих кривошипно-шатунных устройствах, усложнявших двигатель.

Так, за первые две трети XIX века было сделано свыше 200 предложений на постройку паровых турбин.

Такие работы имели место и в России. В частности, в 1806 - 1813 годах на Сузунском заводе на Алтае сооружал модели паровых активных турбин изобретатель Поликарп Залесов. 13 ноября 1806 г. Залесов в донесении на имя начальника Колывано-Воскресенских заводов предложил построить паровую машину, в которой "...будет деревянное колесо в подобие водяного наливного, и пар, пущенный из котла, будет действовать ударом на перья колеса."

В рапорте 3 апреля 1807 г. П.Залесов пишет: "Модель паровой машины кончена и приводится в надлежащее действие; я принимаюсь теперь рассматриванием обстоятельств, находящихся в устроении большой паровой машины". Модель, в которой "перья" (т.е., рабочие лопатки) были сделаны из железа, была направлена после её изготовления для испытания на Барнаульский завод.

Однако по ряду причин теоретического и технологического плана паровая турбина получила практическое применение лишь в самом конце XIX века. Последовательно в этот период развитие паровой турбины происходило следующим образом.

В 1878 г. шведский инженер Лаваль сконструировал сепаратор для молока, который должен был работать при 6000 - 7000 об/мин. В качестве двигателя к сепаратору он предложил реактивную паровую турбину в примитивной форме сегнерова колеса (рис.17), и в 1883 г. получил патент на турбину такого типа. Однако эта турбина имела крупный недостаток - огромный расход пара и, соответственно, низкую экономичность. В результате, Лаваль стал проводить работы и экспериментальные исследования в другом направлении, и в 1890 г. его заводом была выпущена паровая турбина совершенно другого типа: она была одноступенчатая, активная и при числе оборотов 30000 в минуту развивала мощность 5 л.с. (3,68 КВт). В комплекте с турбиной имелся зубчатый редуктор с понижением числа оборотов на выходном валу до 3000 об/мин. К 1900 г. турбины Лаваля строились уже мощностью до 300 - 500 л.с. при числе оборотов до 10000 в минуту.

Пар использовался насыщенный при давлении до 10 кгс/см² с выпуском в конденсатор с глубоким вакуумом.

Промышленная реактивная турбина была построена английским инженером Чарльзом Парсонсом. В теоретической части Парсонс исходил из широко известных исследований Леонарда Эйлера и его струйной теории течения вещества. Парсонс успешно перенес струйную теорию, разработанную Эйлером применительно к водяным турбинам, на паровую турбину.

Первая турбина Парсонса была построена в 1884 году; она была осевого типа, многоступенчатая и при числе оборотов 17000 в минуту развивала мощность 6 л.с. Начальное давление пара составляло 7 кгс/см². Турбина предназначалась для привода электрогенератора.

В рассматриваемый нами период начинается использование электроэнергии для целей освещения, а затем и для энергетических нужд промышленности. Появляются первые электростанции постоянного тока первоначально с приводом электрогенератора от паровой поршневой машины.

Однако паровая машина вскоре начинает заменяться турбиной как более простой, быстроходной, компактной и экономичной.

Таким образом, к концу XIX века паровая турбина вышла из стадии экспериментальных исследований, и началось её практическое использование для привода электрогенераторов. Дальнейшее развитие стационарных паровых турбин самым тесным образом связано с ростом выработки и использования электроэнергии для различных целей.

На европейском континенте паровые турбины получили всеобщее признание в качестве двигателя электрогенераторов только с 1899 г. В этом году в немецком городе Эльберфельде на электростанции для привода генераторов впервые были применены две турбины Парсонса мощностью по 1000 кВт. Заказ на английские турбины при высоком уровне строительства паровых машин в Германии приковал пристальное внимание мировой технической общественности. Испытание турбин было поручено лучшим и авторитетнейшим немецким специалистам. Опубликованный ими в 1900 г. отчет установил неоспоримое преимущество паровой турбины перед другими типами двигателей, служившими для привода генераторов электрических станций. Эти события получили в истории название "эльберфельдской битвы", и именно после нее начинается широкое использование паровых турбин на электростанциях. Мнение технических и промышленных кругов резко изменилось в пользу паровых турбин, тем более, что энергетическое хозяйство в начале XX века уже требовало выработки энергии на крупных электростанциях, и те мощности, которые можно было получать от паровых машин и двигателей внутреннего сгорания, не удовлетворяли потребителей.