Дивна парова турбіна

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

Відео: Парова турбіна. ККД теплового двигуна

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 годі було 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 в металі швед П. Лаваль. У далекому 1889 році виникла необхідність в ефективному двигуні для молочного сепаратора, за якої можливе утворення обертання з частотою не менше 100 обертів на секунду. Принцип роботи турбіни був досить простий: на поверхні закріпленого на осі циліндра розміщалися лопатки, в які вдаряла струмінь перегрітої пари з знаходиться поруч котла. Потенціальна енергія пара перетворювалася в кінетичну, приводячи циліндр в обертання. Лаваль досвідченим шляхом визначив, що найкращих результатів вдається домогтися, якщо потік пара 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 вдосконалив, 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 біля 60 км / ч). Ідея опинилася настільки успішною, що після 1900 року 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 пара, розрізняють два різновиди конструкції ротора - радіальні і аксіальні. Перші являють собою відгомін первісних рішень: в них вектор поширення пара перпендикулярний осі циліндра, а лопатки паралельні їй. В осьових же напрямок руху пара збігається з віссю, а обертання створюється завдяки особливій орієнтації лопаток.

Відео: Парові турбіни

Більш ефективно використовувати енергію пара можливо в парових турбінах з декількома циліндрами (багатокорпусні). Однак через громіздкість та ускладнення конструкції такі 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 (забір зовнішнього повітря, витік пара, обхід ступенів тощо.).

Розвиток технології парових турбін

Відео: Парові турбіни

При малих рівнях тиску пара 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 гвинтовими лопатями. Вступник пар заповнює простір між зубами найближчих гвинтів, відбувається оборот і подальша подача припиняється. Далі в порожнині для пара отримана порція розширюється і робить роботу з обертанню гвинтового ротора. Така конструкція дозволяє більш повно використовувати накопичену паром енергію.