Паровая турбина

Несомненно, что двадцатый век был бы невозможен без электрической энергетики. В свою очередь, у её истоков стояло возникновение генераторов – сначала гидротурбин, а затем и паровых турбин. Фундаментальный принцип их работы схож, вся разница заключается только в рабочем теле (не идущая под напором струя воды, а поток перегретого и сжатого водяного пара).

Гидротурбины стали новым словом в истории водяных колёс, которые использовались уже тысячелетиями и казалось не оставляли ни малейшего зазора для развития. Точно то же самое произошло и с паровым двигателем – превратившись в турбину, он словно обрёл вторую жизнь.

Улучшить классическую паровую машину в том самом направлении пытались неоднократно, старались убрать лишние передаточные звенья и заставить пар напрямую толкать колесо. Однако придать его струе необходимую скорость, чтобы вращение колеса достигало хотя бы сотен раз за минуту, долго не получалось. Лишь в 1880-е гг. Густав Лаваль преодолел этот барьер. Ранее он работал над молочным сепаратором, для привода которого требовался очень скоростной мотор, которого не было. Это сейчас можно купить мотор-редуктор МЦ2С-160 практически на каждом шагу, однако в былые времена это было не просто. Проанализировав положение дел, Лаваль понял – только паровую турбину он сможет довести до нужного совершенства. Он додумался бросать пар на лопатки не напрямую, а через сопла под острым углом. Через шесть лет сопла дополнились коническими расширителями, что сразу увеличило КПД всего механизма. Благодаря расширению в соплах скорость истечения существенно возрастала. Сила турбины определялась числом направляющих сопел и начальным давлением пара.

Несмотря на кажущуюся простоту, колоссальные нагрузки машины требовали чрезвычайной точности в балансировке рабочего колеса, так как самое ничтожное отклонение центра тяжести сразу же начинало уничтожать подшипники. Насадка колеса на очень тонкие оси, которые прогибались и тем самым корректировали положение стала выходом из проблемы.

Однако скорость вращения турбины Лаваля, став преимуществом для сепараторов, в качестве привода электрогенераторов была чрезмерно велика и её приходилось понижать при помощи редуктора.

Чарльзу Парсонсу досталась честь разработки реактивной многоступенчатой турбины, которая могла двигать генераторы тока без дополнительных механизмов. Внутри имелось уже не одно, а много колёс, разделённых неподвижными частями с противоположно поставленными лопатками. В один из концов турбины вводили пар под давлением, в то время как с другого конца было разрежение.