Turbina parowa. Historia wynalazku i produkcji

Bezpłatna biblioteka techniczna

HISTORIA TECHNOLOGII, TECHNOLOGII, OBIEKTÓW WOKÓŁ NAS
Darmowa biblioteka / Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Turbina parowa. Historia wynalazku i produkcji

Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Katalog / Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas

Komentarze do artykułu

Turbina parowa to silnik cieplny, który zamienia energię pary na pracę mechaniczną.

W aparacie łopatkowym turbiny parowej energia potencjalna sprężonej i ogrzanej pary wodnej zamieniana jest na energię kinetyczną, która z kolei zamieniana jest na pracę mechaniczną – obrót wału turbiny. Para z kotła parowego wchodzi przez łopatki kierujące na zakrzywione łopatki zamocowane na obwodzie wirnika i działając na nie, wprawia wirnik w ruch obrotowy.

Turbina parowa CHP

Wraz z turbiny wodne, wynalezienie i dystrybucja turbin parowych miało ogromne znaczenie dla energetyki i elektryfikacji. Zasada ich działania była zbliżona do hydraulicznych, z tą różnicą, że turbina hydrauliczna była napędzana strumieniem wody, a turbina parowa strumieniem nagrzanej pary. W ten sam sposób, w jaki turbina wodna stanowiła nowe słowo w historii silników wodnych, silnik parowy zademonstrował nowe możliwości silnika parowego.

Stara maszyna Watta, która obchodziła swoje stulecie w trzeciej ćwierci XIX wieku, miała niską sprawność, ponieważ ruch obrotowy uzyskiwano w niej w sposób złożony i nieracjonalny. W rzeczywistości, jak pamiętamy, para nie poruszała tu samym obracającym się kołem, ale wywierała nacisk na tłok, od tłoka przez drążek, korbowód i korbę, ruch był przenoszony na wał główny. W wyniku licznych transferów i przekształceń ogromna część energii otrzymanej ze spalania paliwa w pełnym tego słowa znaczeniu wypłynęła do rury bez żadnych korzyści.

Niejednokrotnie wynalazcy próbowali zaprojektować prostszą i bardziej ekonomiczną maszynę - turbinę parową, w której strumień pary bezpośrednio obracałby wirnik. Proste obliczenia wykazały, że powinna mieć sprawność o kilka rzędów wielkości wyższą niż maszyna Watta. Jednak na drodze myśli inżynierskiej było wiele przeszkód. Aby turbina naprawdę stała się bardzo wydajnym silnikiem, wirnik musiał kręcić się z bardzo dużą prędkością, wykonując setki obrotów na minutę. Przez długi czas nie można było tego osiągnąć, ponieważ nie wiedzieli, jak nadać strumieniowi pary odpowiednią prędkość.

Dopiero w 1883 roku Szwed Gustav Laval zdołał pokonać wiele trudności i stworzyć pierwszą działającą turbinę parową. Kilka lat wcześniej Laval uzyskał patent na wirówkę do mleka. Aby go uruchomić, potrzebny był bardzo szybki napęd. Żaden z istniejących wówczas silników nie spełnił zadania. Laval był przekonany, że tylko turbina parowa może zapewnić mu niezbędną prędkość obrotową. Zaczął pracować nad jego projektem i ostatecznie osiągnął to, czego chciał. Turbina Lavala była lekkim kołem, na łopatkach którego para była indukowana przez kilka dysz ustawionych pod ostrym kątem.

Turbina parowa Laval

W 1889 roku Laval znacznie ulepszył swój wynalazek, dodając do dysz stożkowe ekspandery. To znacznie zwiększyło sprawność turbiny i przekształciło ją w silnik uniwersalny. Zasada działania turbiny była niezwykle prosta. Para podgrzana do wysokiej temperatury spływała z kotła rurą parową do dysz i wybuchała. W dyszach para rozszerzyła się do ciśnienia atmosferycznego. Dzięki wzrostowi objętości towarzyszącemu temu rozprężeniu uzyskano znaczny wzrost szybkości wypływu (przy rozprężaniu z 5 do 1 atmosfery prędkość strumienia pary dochodziła do 770 m/s). W ten sposób energia zawarta w parze została przekazana do łopatek turbiny.

Liczba dysz i ciśnienie pary determinowały moc turbiny. Gdy para wylotowa nie była wypuszczana bezpośrednio do powietrza, ale kierowana, jak w silnikach parowych, do skraplacza i skraplana pod zmniejszonym ciśnieniem, moc turbiny była największa. Tak więc, gdy para rozszerzyła się z 5 atmosfer do 1/10 atm, prędkość strumienia osiągnęła wartość ponaddźwiękową.

Mimo pozornej prostoty turbina Lavala była prawdziwym cudem inżynierii. Wystarczy wyobrazić sobie obciążenia, jakich doświadczał w nim wirnik, aby zrozumieć, jak trudno było wynalazcy osiągnąć nieprzerwaną pracę jego potomstwa. Przy ogromnych prędkościach wirnika turbiny nawet niewielkie przesunięcie środka ciężkości powodowało silne obciążenie osi i przeciążenie łożysk. Aby tego uniknąć, Laval wpadł na pomysł umieszczenia koła na bardzo cienkiej osi, która po obróceniu może się lekko wyginać. Po rozkręceniu sam dochodził do ściśle centralnej pozycji, którą następnie utrzymywano z dowolną prędkością obrotową. Dzięki temu pomysłowemu rozwiązaniu niszczący wpływ na łożyska został zredukowany do minimum.

Jak tylko się pojawiła turbina Lavala zdobyła powszechne uznanie. Był znacznie bardziej ekonomiczny niż stare silniki parowe, bardzo łatwy w obsłudze, zajmował mało miejsca i był łatwy w instalacji i podłączeniu. Turbina Lavala dała szczególnie duże korzyści, gdy została połączona z szybkoobrotowymi maszynami z piłami, separatorami i pompami odśrodkowymi. Był również z powodzeniem stosowany jako napęd generatora elektrycznego, ale mimo to miał zbyt dużą prędkość i dlatego mógł działać tylko poprzez skrzynię biegów (układ kół zębatych, który obniżał prędkość obrotową podczas przenoszenia ruchu z wału turbiny na wał generatora).

W 1884 r. angielski inżynier Parsons otrzymał patent na wielostopniową turbinę odrzutową, którą wynalazł specjalnie do napędzania generatora elektrycznego. W 1885 zaprojektował wielostopniową turbinę odrzutową, która później znalazła szerokie zastosowanie w elektrowniach cieplnych. Miała następujące urządzenie, przypominające turbinę odrzutową. Na centralnym wale zamontowano rząd obracających się kół z łopatkami. Pomiędzy tymi kołami znajdowały się stałe felgi (tarcze) z łopatkami, które miały przeciwny kierunek.

Turbina parowa
Turbina Parsonsa

Do jednego z końców turbiny doprowadzana była para pod wysokim ciśnieniem. Ciśnienie na drugim końcu było małe (mniej niż atmosferyczne). Dlatego para próbowała przejść przez turbinę. Najpierw działał w szczelinach między łopatkami pierwszej korony. Te ostrza skierowały go na ostrza pierwszego ruchomego koła. Para przeszła między nimi, powodując obrót kół. Następnie wszedł w drugą koronę. Łopatki drugiej korony kierowały parę między łopatkami drugiego ruchomego koła, które również wchodziło w ruch obrotowy. Z drugiego ruchomego koła para płynęła między ostrzami trzeciej korony i tak dalej. Wszystkim łopatkom nadano taki kształt, aby przekrój kanałów międzyłopatkowych zmniejszał się w kierunku przepływu pary. Ostrza niejako tworzyły dysze zamontowane na wale, z których wypływała rozprężająca się para. Wykorzystano tu zarówno moc czynną, jak i bierną. Obracając się, wszystkie koła obracały wał turbiny. Na zewnątrz urządzenie zostało zamknięte w mocnej obudowie.

W 1889 r. około trzystu tych turbin było już wykorzystywanych do wytwarzania energii elektrycznej, a w 1899 r. w Elberfeld zbudowano pierwszą elektrownię z turbinami parowymi Parsonsa. Tymczasem Parsons próbował rozszerzyć zakres swojego wynalazku. W 1894 roku zbudował eksperymentalny statek „Turbinia” napędzany turbiną parową. W testach zademonstrował rekordową prędkość 60 km/h. Następnie na wielu szybkich statkach zaczęto instalować turbiny parowe.

Autor: Ryzhov K.V.

Polecamy ciekawe artykuły Sekcja Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas:

▪ Mikroskop na plazmonach powierzchniowych

▪ Mikroskop

▪ Plastikowa torba

Zobacz inne artykuły Sekcja Historia technologii, technologii, przedmiotów wokół nas.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt 06.05.2024

Dźwięki, które otaczają nas we współczesnych miastach, stają się coraz bardziej przeszywające. Jednak niewiele osób myśli o tym, jak ten hałas wpływa na świat zwierząt, zwłaszcza na tak delikatne stworzenia, jak pisklęta, które nie wykluły się jeszcze z jaj. Najnowsze badania rzucają światło na tę kwestię, wskazując na poważne konsekwencje dla ich rozwoju i przetrwania. Naukowcy odkryli, że narażenie piskląt zebry rombowatej na hałas uliczny może spowodować poważne zakłócenia w ich rozwoju. Eksperymenty wykazały, że zanieczyszczenie hałasem może znacznie opóźnić wykluwanie się piskląt, a pisklęta, które się wykluwają, borykają się z szeregiem problemów zdrowotnych. Naukowcy odkryli również, że negatywne skutki zanieczyszczenia hałasem rozciągają się na dorosłe ptaki. Zmniejszone szanse na rozrodczość i zmniejszona płodność wskazują na długoterminowe skutki, jakie hałas drogowy wywiera na dziką przyrodę. Wyniki badania podkreślają taką potrzebę ... >>

Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

W świecie nowoczesnych technologii audio producenci dążą nie tylko do nienagannej jakości dźwięku, ale także do łączenia funkcjonalności z estetyką. Jednym z najnowszych innowacyjnych kroków w tym kierunku jest nowy bezprzewodowy system głośników Samsung Music Frame HW-LS60D, zaprezentowany podczas wydarzenia World of Samsung 2024. Samsung HW-LS60D to coś więcej niż tylko system głośników, to sztuka dźwięku w stylu ramki. Połączenie 6-głośnikowego systemu z obsługą Dolby Atmos i stylowej konstrukcji ramki na zdjęcia sprawia, że produkt ten będzie idealnym dodatkiem do każdego wnętrza. Nowa ramka Samsung Music Frame jest wyposażona w zaawansowane technologie, w tym Adaptive Audio zapewniający wyraźne dialogi na każdym poziomie głośności oraz automatyczną optymalizację pomieszczenia w celu uzyskania bogatej reprodukcji dźwięku. Dzięki obsłudze połączeń Spotify, Tidal Hi-Fi i Bluetooth 5.2, a także integracji inteligentnego asystenta, ten głośnik jest gotowy, aby zaspokoić Twoje ... >>

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Sygnalizatory akustyczne chronią przed uderzeniami ptaków 07.03.2018

Zwykle ludzie starają się odstraszać ptaki znakami, które widzą, takimi jak znaczniki okien i sygnały świetlne, ale ta metoda nie zawsze działa. Jednym z możliwych wyjaśnień jest to, że oczy ptaków są zwykle osadzone nie przed głową, ale po bokach, tak że w centrum ich pola widzenia znajduje się martwy punkt. Dlatego naukowcy wpadli na pomysł, że być może dźwięk byłby lepszym sygnałem ostrzegawczym.

Naukowcy wyszkolili 16 zeberek żyjących w niewoli, aby latały specjalnym korytarzem o długości autobusu. Czasami pozwalano ptakom swobodnie przemieszczać się po całej długości korytarza, ale w innych eksperymentach zakładano na korytarzu sieć, aby delikatnie łapać ptaki jako bezpieczny ekwiwalent uderzenia w budynek.

Ptaki zwolniły, gdy zbliżały się do sieci, ale jeszcze bardziej zwolniły, gdy usłyszały głośny dźwięk metr od sieci. Jednak sam dźwięk nie spowodował ich spowolnienia, więc naukowcy sugerują, że działanie „sygnalizatora dźwiękowego” zwiększyło ogólną uwagę ptaków i szybciej zauważyli sieć.

Dodatkowym dowodem przemawiającym za tą hipotezą była zmiana postawy ptaków podczas lotu: po usłyszeniu dźwięku zaczęły one prostować powietrze. Badania naukowe wykazały, że mniej ptaków zderza się z budynkami, gdy używa się syreny i sygnału świetlnego do ostrzegania ich przed niebezpieczeństwem.
Autorzy badania przyznają, że i tę metodę trzeba przetestować „w terenie”, obserwując, jak takie „światła akustyczne” wpłyną na ptaki w przyrodzie. Zagadnienie to dotyczy nie tylko ratowania ptaków, ale ma również znaczenie gospodarcze: kolizje ptaków z samolotami i konstrukcjami naziemnymi zwiększają ryzyko awarii i katastrof oraz co roku powodują miliardowe straty przemysłu lotniczego i innych sektorów gospodarki .

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Firma WD stworzyła najcieńszy dysk twardy

▪ Telewizory Xiaomi Mi TV Master Series

▪ Zjawisko poliploidalności występujące u owadów

▪ Nanooczyszczanie wody i gleby

▪ Globalna powódź opóźniona

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Obliczenia radia amatorskiego. Wybór artykułu

▪ artykuł Klasyfikacja sytuacji kryzysowych naturalnych i spowodowanych przez człowieka. Podstawy bezpiecznego życia

▪ Jaki jest najczęstszy wiek adopcji w Japonii? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Geodeta. Opis pracy

▪ artykuł Antena Mini kwadrat. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Naprawa spawarki TAE101U2. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn