Паровые турбины

Правильно!

Работа над созданием паровых турбин началась давно. Ещё в 130 г. до нашей эры греческий математик и механик Герон Александрийский изобрёл примитивную паровую турбину, которую назвали «эолипил». Но именно практическую модель удалось создать только в конце 19 века.

Из двух турбин одной и той же мощности и конструкции меньших размеров будет та, которая делает больше оборотов в минуту.

Экспериментируя с разными трубками для подачи пара, конструктор пришёл к выводу, что они должны иметь форму конуса. Так появилось применяемое до настоящего времени сопло Лаваля (патент 1889 г.). Это важное открытие изобретатель сделал скорее интуитивно; понадобилось ещё несколько десятков лет, чтобы теоретики доказали, что сопло именно такой формы даёт наилучший эффект.

Первую паровую многоступенчатую турбину реактивного типа Парсонс построил в 1884 г. Она предназначалась вовсе не для привода относительно маломощных сепараторов, а для работы совместно с электрическим генератором. Далее предложения о покупке лицензий стали нарастать подобно снежному кому: интерес проявили немцы, итальянцы и американцы. Турбины стали строить в Швейцарии, Франции, Австро-Венгрии.

В 1894 г. Парсонс построил небольшое турбинное судно. К 1897 г., после ряда усовершенствований и повышения мощности котлотурбинной установки (КТУ) до 2400 л.с., она смогла разогнаться до 34,5 узлов! “Турбиния” являлась самым быстроходным судном в мире. По результатам испытаний англичане приняли радикальное решение: все вновь строящиеся надводные корабли основных классов оснащать КТУ. Вскоре, большинство судов было оснащено КТУ.

Но главное влияние на область применения паровых турбин оказала первая мировая война.

Парсонс соединил паровую турбину с генератором электрической энергии. С помощью турбины стало возможно вырабатывать электричество, и это сразу повысило интерес общества к паровым турбинам.

Ещё в 130 г. до нашей эры греческий математик и механик Герон Александрийский изобрёл примитивную паровую турбину, которую назвали «эолипил». Прибор представлял собой наглухо запаянный котёл, из которого были выведены две трубки. На эти трубки установили полый шар с двумя соплами Г-образной формы. В котёл заливалась вода, и он ставился на огонь. Пар поступал по трубкам в шар и под давлением вырывался из сопел. Шар начинал вращаться. Это был прообраз реактивного двигателя, в котором реактивная сила, которая вращала шар, создавалась паром. Но во времена Герона к его изобретению отнеслись, как к игрушке. Практического применения оно не нашло.

Наибольшая мощность, на которую можно построить турбину определенного типа, зависит от числа ее оборотов. Предел ставит последняя ступень турбины, которая должна пропустить пар при наибольшем его объеме, причем скорость протекания пара нельзя существенно повышать без ухудшения к.п.д. турбины из-за увеличения выходной потери.

Пропускная способность последней ступени будет тем больше, чем длиннее ее лопатки и чем больше диаметр окружности, на которой они сидят. Ее ограничивают те напряжения в материале, которые можно безопасно допустить, так как с увеличением длины лопаток и диаметра диска или барабана напряжение в материале повышается главным образом в связи с возрастанием центробежных сил.

Таким образом, “предельная мощность” не есть какая-то постоянная величина: она непрерывно повышается с прогрессом техники и, в частности, металлургии.

КПД паровой турбины составляет 30%-35% по сравнению с 8%-15% КПД паровой машины и это главное преимущество паровой турбины. По остальным же параметрам, таким как простота обслуживания, выбор вида топлива, безопасность, экономичность и экологичность, паровая турбина уступает паровой машине.

Схема активной(слева) и реактивной(справа) турбин, где ротор –  вращающаяся часть, а статор –  неподвижная. В активной (импульсной) турбине расширение рабочего тела (пара) происходит в соплах, а в реактивной в каналах, образованных лопатками турбины.

Парсонс старался расширить сферу применения своего изобретения. В 1894году 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.

Вопрос на логику и математику, 1/5 часть энергии из 100%, т.е. 20% ,1/4 часть из 100% – это 25%.

Из-за эрозии лопаток последних ступеней величина предельно допустимой влажности за турбиной ограничивается 8÷10 % при длине последней лопатки 750÷1000 мм и 13 % – при длине до 600 мм.

Конденсационные паровые турбины предназначены для выработки электричества. Т.е. такие турбины ставят на ГРЭС. На ТЭЦ ставят, в основном, другого типа турбины. Весь пар с котла поступивший в такую турбину совершает работу для получения электроэнергии. Тепловую энергию с таких турбин не получают, за редкими исключениями.

Действительную работу, которую совершает 1 кг пара внутри турбины, принято называть использованным теплоперепадом, турбины. А вот отношение использованного теплоперепада к теплоте, подведенной к 1 кг рабочего тела в котле называется абсолютным внутренним КПД

Карл-Густав-Патрик де Лаваль – главная заслуга изобретателя – расширяющееся сопло, которое применяется и по сей день.

Чарльз Алджернон Парсонс – вскоре после изобретения Лаваля, создал паровую турбину, которая нашла практическое применение за счет возможности выработки электроэнергии.

Герон Александрийский – первый известный изобретатель паровой турбины – наглухо запаянный котёл, из которого были выведены две трубки – именно такой необычный вид имела первая паровая турбина.

Никола Тесла – гений 20-го века, изобрел паровую турбину, устройство которой принципиально отличалось от устройства традиционной турбины. В турбине Тесла не было лопастей, которые приводились в движение энергией пара или газа. Вращающаяся часть турбины – ротор, представляла собой набор тонких металлических дисков, закреплённых на валу и разделённых шайбами. Поток газа или рабочей жидкости поступал с внешнего края дисков и проходил к центру по зазорам, закручиваясь.