Евгений Лосев - Турбовозы. История, теория, конструкция

Паровая турбина.Конструктивные формы паровых турбин представляют большей частью смешанные системы; они проектируются со стороны высокого давления как парциальные активные турбины с дисковыми рабочими колёсами, лопатками, одной или многими ступенями давления и двумя (реже тремя) ступенями скорости в каждой ступени давления; со стороны низкого давления – как четырёхступенчатые реактивные турбины или как полные активные турбины со многими ступенями давления (без ступеней скорости).

Турбина Лаваля представляет активную турбину с одной ступенью скорости; осевой удар паровой струи происходит на некоторой части окружности турбинного колеса через одну или несколько уширяющихся лопаток.

Обуславливаемая значительной скоростью пара большая частота вращения приводится до надлежащей величины при помощи зубчатой передачи, состоящей из широких зубчатых колёс малого шага с угловыми зубьями.

Турбинное колесо из никелевой стали имеет форму диска равного сопротивления; в ободе диска вырезаны гнёзда, в которые вставляются цилиндрические утолщения лопаток; последние на свободном своём конце имеют выступы, образующее сомкнутое кольцо для уменьшения сопротивления движению. Рабочий вал часто привинчивается с обеих сторон диска для избежания в нём центрального отверстия, значительно уменьшающего прочность диска. Подшипники находятся на большом расстоянии друг от друга. Это сделано для того, чтобы вал при надлежащем своём изгибе вместе с колесом мог принять положение свободной оси, когда критическая скорость будет превзойдена. Зубчатая передача, окружённая масляной ванной, изготавливается из тягучей стали. Имеются два передаточных вала, каждый на 1/ 2 полной мощности турбины; этим избегается односторонняя нагрузка малого колеса. Центральным смазочным аппаратом достигается незначительный расход масла.

Устройство турбины Лаваля немецкого завода Humboldt в Кальке у г. Кёльн.

В левом верхнем углу показаны гнёзда со вставленными цилиндрическими утолщениями лопаток.

Регулирование достигается при помощи чрезвычайно чувствительного центробежного регулятора, насаженного на передаточном валу и действующего непосредственно на паровпускной вентиль турбины. У турбин с охлаждением пара регулятор действует одновременно на клапан, служащий для уменьшения вакуума при работе турбины вхолостую или под слабой нагрузкой, ибо, в противном случае, происходит значительное увеличение частоты вращения (при больших центральных конденсациях ставится особый регулирующий вентиль). При снабжении турбины несколькими паровыми наконечниками, в зависимости от нагрузки турбины, некоторые наконечники могут быть выключаемы от руки; при малых нагрузках тогда нет необходимости сминать пар перед его входом в турбину.

Турбина Парсонса – реактивная турбина, представляющая полную осевую турбину с большим числом ступеней давления.

Турбина Парсонса.

С левой стороны вверху установлены уравновешивающие поршни.

Лопатки турбинного колеса изготавливаются из бронзы, вставляются при помощи зачеканенных прокладок в особые канавки, выточенные на поверхности стального цилиндрического барабана и иногда ещё скрепляются на концах спаянным кольцом, вставляемым в вырезки лопаток. Направляющие лопатки вставлены на внутренней поверхности барабана, образующего как бы кожух турбинного цилиндра. В виду необходимости, по мере увеличения объёма пара при его расширении, увеличивать и сечения для его прохода, длина лопаток и диаметр барабана изменяются; диаметры барабана, в виду простоты изготовления, изменяются ступенями. Большое число ступеней и обуславливаемое этим различное давление с обеих сторон направляющего и турбинного колёс, вызывает необходимость по возможности уменьшать разность давлений и делать зазоры (щели) малыми; этим уменьшаются потери в зазорах. Барабан разрезан пополам в горизонтальной плоскости и поверхности разреза пришлифованы. Для уравновешивания осевого давления на турбинное колесо устанавливаются уравновешивающие поршни количеством соответственно числу ступеней и диаметры которых соответствуют диаметрам турбинных колёс. Уравновешивающие поршни подвержены давлению пара и снабжены лабиринтной набивкой (кроме того для точной установки применяется гребенчатый подшипник).

Подшипники, устанавливаемые снаружи барабана и непосредственно связанные с последним в мощных турбинах, устанавливаются по типу подшипников Селлерса. В подшипниках смазка циркулирует при помощи насоса.

Регулирование хода достигается тем, что пар подводится в турбине не непрерывно, а через более или менее длинные промежутки времени; этим избегается сминание пара при его прохождении через паровпускной клапан и турбинное колесо всегда подвергается полному давлению пара. Уравновешенный регулирующий паровпускной в турбину вентиль запирается давлением пружины и приподнимается от давления пара на расположенный над вентилем поршень; ход последнего регулируется от уравновешенного цилиндрического золотника, приводимого в движение от регулирующего прибора. При достижении требуемой частоты вращения паровпускной клапан закрывается особым регулятором. В случае перегрузки свежий пар может быть подведён в дальнейшие ступени при помощи особого ручного клапана.

Турбина Цёлли представляет активную турбину с относительно малым числом ступеней давления. Действие пара осевое при помощи направляющих колёс, – причём турбина для ступеней высокого давления – парциальная, а для ступеней низкого давления – полная.

Ступени высокого и низкого давления располагаются в общем барабане, разделённом горизонтальной плоскостью. Плотность вала достигается при помощи металлической набивки Швабе.

Подшипники неподвижны на одной общей основной плите; их положение не зависит от степени расширения барабана; смазка при помощи масла, подаваемого насосами. Для гарантии неизменяемости положения вала, на одном его конце устанавливается гребенчатый подшипник.

Турбина Цёлли.

В особо обточенном ободе, при помощи прикреплённого к нему зажимного кольца, получается непрерывная канавка, в которую вставляются с промежуточными прокладками относительно длинные лопатки из никелевой стали; сечение лопаток кнаружи уменьшается (форма равного сопротивления), так что, несмотря на высокую скорость вращения, напряжение в лопатках малое.