Страница 26 из 62
Быстроходнее стал паровой двигатель. Турбина, работающая непрерывно, без толчков, без вынужденных остановок поршня на его пути в цилиндре, смогла развивать большую мощность, лучше использовать тепло. На крупных кораблях, электростанциях, там, где нужны десятки тысяч лошадиных сил, появились паровые турбины.
Сейчас свыше четырех пятых всей электроэнергии в нашей стране дают станции, на которых работают паровые турбины.
На наших заводах строятся паровые турбины мощностью 100 тысяч киловатт.
Давление пара в котле доходит до 90 атмосфер. Нужно было научиться сваривать стальные листы толщиной в 10 сантиметров, чтобы изготовить детали мощной турбины высокого давления. Из таких листов сваривали детали весом около полусотни тонн.
Турбина делает 3 тысячи оборотов в минуту. Концы лопаток ее двигаются по окружности быстрее звука. Такой скорости — 420 метров в секунду — еще не было ни в одной из строившихся когда-либо ранее паровых турбин.
При постройке этой турбины были использованы новейшие достижения в обработке металла.
Штамповка, которая позволяет экономить металл; скоростное резание, которое дает чистую поверхность; электрические способы обработки; упрочение поверхности деталей — все это применяли технологи.
Все способы испытания металлов использовали они, чтобы построить надежную машину.
Вот лишь несколько интересных цифр. 43 тысячи деталей есть в турбине. Больше 8 тысяч инструментов — режущих и мерительных — потребовалось, чтобы их изготовить. 5 200 разных технологических процессов разработали технологи, чтобы построить турбину.
Конструкторы, технологи, рабочие успешно оправились с задачей создания быстроходной мощной паровой турбины.
Товарищ Сталин поздравил советских турбостроителей с выдающимся достижением и пожелал им дальнейших успехов «в деле обеспечения технического прогресса в советском энергомашиностроении».
На Ленинградском металлическом заводе имени И. В. Сталина изготовлена уникальная турбина сверхвысокого давления мощностью в 150 тысяч киловатт. «Турбиной мира» назвали ее строители.
«Турбина такой мощности создаётся впервые в мире, что свидетельствует о зрелости советской науки и техники», — сказал Л. П. Берия в докладе о 34-й годовщине Великой Октябрьской социалистической революции.
Почти одновременно с паровой турбиной родился другой тепловой двигатель.
В паровой турбине нет стальных рук — шатунов, в ней непосредственно получается вращение.
Но есть ведь еще и другой посредник — сам пар, есть топка и котел.
Уже давно задумывались инженеры над тем, как бы от него избавиться. Однако идти здесь пришлось не прямым, а обходным путем.
Топку поместили внутри двигателя, в его цилиндре. В цилиндр подавали топливо и воздух. Получалась горючая смесь, ее зажигали, и газы, расширяясь, с силой двигали поршень. Так появились двигатели внутреннего сгорания — легкие и достаточно мощные. А с ними появились самолеты и автомобили, тепловозы и теплоходы, тракторы и многие другие машины. Огромная армия этих двигателей работает в каждой стране.
Мысль инженеров шла дальше. Перед ними было два двигателя — паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания. Один из них имел шатуны и кривошипы, другой — паровой котел с топкой.
Инженеры стремились создать двигатель, который не имел бы недостатков старых, а обладал их достоинствами.
У нового двигателя, как у турбины, не должно быть цилиндров и шатунов.
У него, как у двигателя внутреннего сгорания, не должно быть котельной, и пар ему не нужен.
Выходит, новый двигатель должен быть турбиной внутреннего сгорания, или, иначе, газовой турбиной[1].
Первая в мире газовая турбина была построена в 1897 году русским инженером П. Д. Кузьминским. Но прежде чем новый двигатель вышел из стен лабораторий и начал применяться в технике, прошло около 40 лет.
Авиационный газотурбинный двигатель.
Вряд ли есть машина, которой различные исследователи, специалисты и не специалисты, занимались бы больше, чем газовой турбиной.
Принцип действия ее несложен, но построить газовую турбину так, чтобы она хорошо работала, оказалось совсем не просто.
В газотурбинной установке три основные части: компрессор, камера сгорания и турбинное колесо.
Компрессор питает камеру сгорания воздухом.
Камера сгорания питает турбину горячими газами, которые вращают турбинное колесо.
Турбина вращает какой-либо механизм (например, генератор электрического тока или воздушный винт самолета), а заодно с ним и компрессор, сидящий на том же валу.
В газотурбинных реактивных двигателях газы, отработавшие в турбине, вытекают в атмосферу, создавая реактивную тягу, которая двигает самолет.
Развитие авиации настоятельно требовало нового двигателя для больших скоростей полета. Таким двигателем могла стать газовая турбина — мощная, быстроходная, легкая. Авиация и явилась первой областью техники, где начали широко применять газовые турбины.
Впервые они появились на самолете уже давно, но как вспомогательные двигатели.
Еще в конце первой мировой войны в военной авиации испытывались турбокомпрессоры, подающие воздух в авиационный двигатель.
Плотность воздуха с подъемом на высоту уменьшается. Поэтому в двигатель попадает все меньше кислорода, нужного для сгорания топлива. Двигатель «задыхается».
На помощь ему приходит турбокомпрессор. Он подает в двигатель столько воздуха, сколько необходимо для нормального сгорания.
Турбокомпрессор — это небольшая турбина, работающая на выхлопных газах авиадвигателя, с компрессором, сжимающим воздух.
На пути создания надежно работающих турбокомпрессоров стояли большие трудности. Выхлопные газы, вытекающие со сверхзвуковой скоростью, бывают нагреты до температуры около 1000°. Турбина турбокомпрессора делает до 30 тысяч оборотов в минуту, и на лопатку ее действует огромная центробежная нагрузка. Она в десятки тысяч раз превышает вес лопатки.
Нужны поэтому особо прочные материалы и, кроме того, охлаждение лопаток и колеса турбины.
Советские инженеры преодолели эти трудности и создали ряд конструкций турбокомпрессоров, вполне оправдавших себя в работе.
Теперь высотные моторы завоевали право гражданства в авиации. Наддув воздуха стал необходимым для работы таких авиационных двигателей.
Во время второй мировой войны газовая турбина применялась на самолете уже не как помощник поршневого мотора, а как основной двигатель.
Этот двигатель, мощный, быстроходный, легкий, компактный, быстро завоевал себе прочное место в авиации. Он помог авиации шагнуть далеко вперед, подойти вплотную к звуковому барьеру. Газовая турбина открыла новую эру в истории авиации — эру больших скоростей.
И ежегодно в День Воздушного Флота любуемся мы стремительным полетом реактивных самолетов, догоняющих звук.
Газовая турбина появилась на самолетах, появляется на судах и тепловозах, она начинает проникать на фабрики энергии — электростанции.
Не надо, конечно, думать, что рождение нового двигателя — газовой турбины — означает конец всех других «старых» двигателей. Каждому из них — свое место. Мы строим и паровые турбины, и поршневые двигатели внутреннего сгорания, и газовые турбины — и все они служат нам.
Газовую турбину считают двигателем будущего, но из будущего она уже перешла в настоящее, и на ее примере я хочу рассказать о сложном и трудном пути создания быстроходного двигателя. Здесь особенно отчетливо видно, как трудна борьба за новую машину.
Займемся сначала турбокомпрессорной частью нашей газотурбинной установки — турбинным колесом и компрессором. Она состоит из похожих по устройству, но работающих по-разному частей.
Это диски с лопатками. Лопатки компрессора имеют такую форму, что воздух, двигаясь вдоль оси компрессора и обтекая их, сжимается.
1
В разделе о газовой турбине использованы отдельные материалы книги Б. Ляпунова «Газовая турбина» (Госэнергоиздат, 1951).