Марк Левин - Машина-двигатель

Сначала таким двигателем служила паровая машина. Но вот, на пороге XX века, в 1900 году наступил перелом.

Заводу Парсонса были заказаны две турбины мощностью по 1000 киловатт каждая для электростанции немецкого города Эльберфельда. Этот заказ удивил очень многих, — в новый двигатель не верили; казалось, что паровая машина, проверенная практикой, надежнее.

Парсонс понимал ответственность и постарался особенно тщательно выполнить заказ. И действительно, испытания прошли успешно. Новый двигатель, правда, еще несколько уступал лучшим паровым машинам по экономичности, — он потреблял несколько больше пара на киловатт-час, но для привода электрогенератора оказался очень удобен: вращался равномерно, плавно; легко обслуживался.

С этих пор многие заводы Европы и Америки начали строить паровую турбину, и не прошло десятилетия, как она стала основным двигателем на тепловых электростанциях, крупных военных кораблях и даже на торговых морских судах.

Так, перешагнув порог XX века, паровая машина почти полностью уступила свое место другому паровому двигателю — турбине.

Современная паровая турбина в одном агрегате может развивать мощность до 200 000 и даже до 300 000 киловатт! Ни один поршневой двигатель на такие мощности не строится. И лишь гидравлическая турбина способна соревноваться с нею.

Паровой турбине и в будущем предстоит сыграть немаловажную роль. Она, наряду с газовой турбиной, позволит человеку использовать неисчерпаемый запас энергии, сосредоточенный в атомном ядре.

Современные турбины работают на паре высокой температуры и, значит, высокого давления. Они, как и рекомендовал Карно, используют более горячий «верхний источник тепла». При выходе пара из турбины ставят охлаждаемый водой конденсатор.

Одна из современных паровых турбин.

В директивах XX съезда КПСС по шестому пятилетнему плану имеется специальное указание о том, чтобы советские энергетики всемерно повышали начальные давления и температуру пара. В решениях сказано, чтобы широкое применение нашло паротурбинное оборудование, работающее при давлении пара в 130 атмосфер и температуре 565 °C. Но, кроме этого, директивами устанавливается необходимость освоения еще более высоких значений давления и температур — 220 атмосфер и 600 °C, а один агрегат должен быть введен в действие даже на 300 атмосфер при температуре 650 °C.

Директивами XX съезда дается задание нашей промышленности и по строительству мощных паровых турбин.

В Советском Союзе сейчас изготовляется много паровых турбин. Пока наиболее мощные из них могут развивать 150 тысяч киловатт. По заданию партии советские турбостроители создадут турбины на 200 тысяч и даже на 300 тысяч киловатт.

В шестой пятилетке значительно увеличится и количество выпускаемых нашей промышленностью турбин.

Один только Ленинградский Металлический завод увеличит к 1960 году выпуск турбин по сравнению с 1955 годом на 648 %.

Современная паровая турбина представляет собой сложное сооружение. На изготовление паровых турбин идут особые, жаропрочные металлы. Как выглядит современная паровая турбина? На рисунке (на странице 81) изображена установка с турбиной мощностью около 30 000 киловатт. На валу турбины сидит ряд дисков с рабочими лопатками. Первый слева диск — колесо Кэртиса. Здесь два ряда лопаток на одном диске и направляющие каналы между ними представляют собой ступень скорости. Остальные диски вращаются между перегородками с соплами. Это ступени давления.

Пар поступает к камере, откуда через клапан он может получить доступ к группе сопел на первой стенке корпуса. Таких клапанов несколько. Если не требуется снимать полную мощность с турбины, то часть клапанов закрывают и пар подается на колесо Кэртиса не по всей окружности, а лишь в некоторых пунктах. Потом пар, пройдя ступень скорости, заполняет весь объем цилиндра турбины, постепенно расширяясь и отдавая остальную энергию ступеням давления. Через патрубок отработанный пар уйдет в конденсатор.

На рисунке видно, как размер рабочих дисков и лопаток на них от ступени к ступени увеличивается, обеспечивая нужные проходы для расширяющегося пара.

На рисунке видно и устройство конденсатора. Он представляет собой большой резервуар, через который проходит пучок трубок. Пар из турбины выпускается в резервуар, а по трубкам циркулирует охлаждающая вода. Сконденсировавшийся пар (конденсат) собирается в нижней части резервуара и специальным насосом откачивается снова в паровой котел.

Вал турбины лежит на подшипниках и имеет очень сложные уплотнения по концам, через которые пар не может просочиться вдоль вала.

Регулирование подачи пара клапанами производят автоматически с помощью специального регулятора — вроде уаттовского.

Турбины более высоких мощностей устроены еще сложнее. Самой ответственной деталью турбины является рабочая лопатка. Эти лопатки трудно изготовить, — они имеют очень сложные формы. Их трудно закрепить, — ведь при большой скорости вращения они стремятся оторваться от диска. Наконец, они находятся всё время в контакте с горячим паром и должны быть сделаны из очень прочного, жаростойкого металла.

Таков современный паровой двигатель, являющийся основным первичным двигателем тепловых электростанций.

Но вместе с совершенствованием парового двигателя совершенствовался и паровой котел. Современные котлоагрегаты совсем не похожи на первые паровые котлы Папена или даже более поздние.

Наиболее простой паровой котел — цилиндрический. Он относится к первым образцам котлов, которые стали применяться в промышленных установках прошлого века и применяются кое-где даже сейчас.

Цилиндрический паровой котел.

Его устройство несложно. Огромный цилиндрический резервуар, похожий на железнодорожную цистерну, покоится на кирпичной подушке. Под котлом — топка, где сжигается топливо. От топки внутри кирпичных стенок, окружающих котел, идут каналы, отводящие дым, — дымоход. Сверху к котлу приклепан небольшой резервуар — сухопарник. Здесь скапливается отделяющийся от воды пар и далее отводится через трубу к паровому двигателю. На сухопарнике установлен предохранительный клапан. Он откроется в том случае, если давление пара в котле вдруг поднимется выше допустимого значения. Иначе, без клапана, давлением пара котел может разрушиться. Пополнение новой водой идет через трубку, входящую в котел сверху.