Густав Лаваль
Шрифт:
— Если природой поставлен предел для глубины вакуума, — заметил он однажды Тюко Робсаму, испытывая конденсатор, — до которого мы почти дошли, то я не вижу предела, до которого мы можем доводить давление пара….
— Предел ставит прочность материалов… — ответил Робсам.
— Но и при настоящем состоянии техники, я думаю, можно доводить давление пара и до ста и до двухсот атмосфер… — сказал Лаваль. — А мы до сего времени не переступаем предела десяти-двенадцати атмосфер… — добавил он с презрением. — Как только мы кончим с турбиной, мы займемся вопросом высоких давлений пара…
Идея эта прочно застряла
— Большие скорости, высокие давления — вот путь современной техники… — стал повторять он все чаще и чаще.
В турбине, где можно устроить широкое сообщение с конденсатором и не надо прибегать к клапанам, как в паровом двигателе, имеется возможность использовать весьма глубокий вакуум, и применение конденсатора к паровой турбине сразу же повысило коэффициент ее полезного действия.
С внесением всех этих усовершенствований Лаваль перешел к постройке более мощных турбин, которые стали находить себе распространение. Они применялись не только для вращения динамомашин, но и употреблялись как обычные двигатели на разного рода небольших предприятиях.
Мощность этих турбин была невелика. Главным образом строились турбины в 20, 40 и 60 лошадиных сил.
Турбина Лаваля со снятым кожухом
Это были активные одноступенчатые турбины с парциальным подводом пара, т. е. с подводом не по всей окружности. К турбинному колесу (Ь), сидящему на тонкой горизонтальной оси (h), пар подводится по нескольким, установленным под острым углом к плоскости колеса, соплам, с коническим расширением на конце (а). Число этих сопл зависело от мощности турбины и давления пара.
Двадцатисильная турбина, например, имела восемь сопл. Пар поступал сплошной струей из оконечника сопла на лопатки, что избавляло от необходимости в особом, непропускающем пара соединении между соплом и турбинным колесом.
Сопла приделывались к закрытому, кольцеобразному каналу (с), присоединенному к главной пароподводящей трубе (d), снабженной паровпускным клапаном. Часть сопл можно было закрывать клапанами с ручным маховичком для того, чтобы при меньшем притоке пара через остальные сопла было возможно работать при полном давлении, не уменьшая его паровыпускным клапаном, что способствовало более экономичной работе турбины.
В турбине утилизировалась только живая сила истекающего из сопла на лопатки колес пара. Расширения пара в самом колесе не происходило, как это имело место в цилиндрах паровых двигателей.
Соплам был придан такой вид, что пар в них уже расширялся до атмосферного давления, соответствующего давлению в кожухе турбины. Благодаря увеличению объема пара получалось значительное увеличение скорости его истечения, и таким образом вся заключавшаяся в паре энергия превращалась в механическую работу на лопатках турбинного колеса.
Скорость истечения пара при давлении в котле в пять атмосфер и давлении в кожухе турбины в одну атмосферу достигала 770 метров в секунду. При наличии же конденсатора с вакуумом, примерно до одной десятой атмосферы, скорость истечения повышалась до 1100 метров в секунду.
Эта очень большая скорость на деле не вполне
Кроме того при больших скоростях слишком увеличивались потери на трение турбинного колеса о воздух.
Колеса турбин состояли из двух крепких стальных дисков, между которыми были укреплены отдельные лопатки. Диаметр колеса в турбинах мощностью от 5 до 100 лош. сил соответственно достигал 10–60 сантиметров. Двадцатисильная турбина имела колесо в 20 сантиметров диаметром; окружная скорость его достигала 300 метров в секунду; число оборотов доходило до 30 тысяч в минуту.
Турбинное колесо помещалось на весьма тонкой оси: так, у двадцатисильной турбины ось имела диаметр только в 12–13 миллиметров. Эта гибкая ось, уступая при вращении влиянию центробежной силы, сама по себе приходила в строго центральное положение, которое и удерживалось при любой скорости вращения. Благодаря этому получалось спокойное вращение колеса и надежность в работе.
Турбина Лаваля мощностью в 100 лош. сил, соединенная с динамо-машиной
Так как число оборотов этих турбин было непомерно велико для непосредственного привода от вала турбины, то оно обычно уменьшалось в 10–30 раз геликоидальной передачей (l), которая и передавала уже энергию рабочим механизмам или непосредственно, или дальнейшей передачей при помощи ремней.
Для приведения в действие механизмов, работающих при большом числе оборотов, как например центробежных насосов, центрофуг и вентиляторов, передача не применялась, и тогда получалась установка, занимавшая очень мало места при сравнительно большой мощности.
Весьма чувствительный центробежный регулятор, приводимый в действие одним из передаточных приводов, действовал при посредстве рычага на паровыпускной клапан и поддерживал постоянную скорость вращения при самых разнообразных изменениях нагрузки.
Коэффициент полезного действия турбин Лаваля оказался очень значительным, причем при высоких давлениях пара он, как и в паровых двигателях, повышался, но в турбинах можно было пользоваться более высокими давлениями пара, так как в них не было подвижных, непропускающих пара частей, вроде поршней и сальников паровых двигателей.
Турбины от 5 до 40 лошадиных сил расходовали, работая без конденсатора, при давлении в котле в шесть атмосфер, от 20 до 25 килограммов пара на лошадиную силу в час. При давлении в котле в двадцать атмосфер, работая без конденсатора, стосильные турбины расходовали пара вдвое меньше.
При наличии конденсатора работа турбин была еще экономичнее: двадцати- и сорокасильные турбины при давлении пара в котле, равном пяти-шести атмосферам, расходовали около 12–13 килограммов пара на силу в час, т. е. столько же, сколько расходовали наилучшие паровые машины больших мощностей.