Страница 25 из 40
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.
Эти весьма благоприятные, по сравнению с поршневыми паровыми машинами, результаты, вместе с большой простотой работы турбин, их обслуживания, легкостью установки и небольшим местом, занимаемым ими, — обеспечивали новым двигателям широкое распространение.
Как только выяснились преимущества новых двигателей, к постройке турбин по лицензиям Лаваля приступили машиностроительные заводы других стран. В Германии и Франции эти предприятия вскоре стали выпускать турбины Лаваля мощностью в 200 и 300 лошадиных сил.
На Всемирной выставке 1900 года в Париже, где появились одновременно с двигателями Дизеля и турбины Парсонса, была выставлена турбина Лаваля, мощностью в 350 лошадиных сил.
Однако и эти турбины уже явились пределом мощности, достигнутой собственно лавалевыми турбинами.
Еще задолго до этого беспокойный изобретательский гений Лаваля обратился к решению совершенно иных проблем.
В его записных книжках после его смерти были обнаружены заметки, в которых высказывались идеи применения в турбине ступеней скорости, осуществление которых совершенно изменило бы судьбу его турбины, развитию которой мешала ее неудобная передача.
Но всем своим дальнейшим развитием активная турбина была обязана уже не ему, а его последователям — Кертису, Целли и Рато.
Тем не менее значение турбины Лаваля в истории развития современного турбостроения исключительно велико. Как и всякий новатор, Лаваль указал основной путь, по которому дальше его и с большим практическим успехом могли пойти другие.
Развитие турбины Лаваля и ее значение
Как только в мастерских Лаваля были изготовлены первые турбины и произведено их испытание, доказавшее не только возможность, но и выгодность их практического применения, изобретатель, нисколько не сомневаясь в том, что вслед за тем на новые двигатели последует рыночный спрос, приступил к постройке небольшого специального паротурбинного завода.
Этот завод был построен и оборудован близ Стокгольма к концу 1892 года. По чертежам Лаваля он начал изготовлять первые турбины мощностью в десять и двадцать сил. Главным образом эти турбины предназначались для вращения динамомашин. В те времена еще только начиналось бурное распространение электрического освещения, и почти не существовало мощных электрических станций, которые могли бы удовлетворить запросы всех потребителей. Отдельные предприятия стремились к постройке собственных электростанций для освещения.
Современная турбина акционерного общества «Паровая турбина де Лаваля» мощностью в 30 000 киловатт
Двадцатисильные, а затем сорока- и шестидесятисильные турбины Лаваля как нельзя более отвечали запросу времени. Предприятия, имевшие паровые котельные установки, чрезвычайно охотно шли на постановку удобных, простых, не требующих специальных машинистов новых двигателей для освещения, и завод Лаваля работал очень хорошо.
Впрочем, питая глубокое отвращение к административному и финансовому делячеству, Лаваль неизменно шел по пути, указанному когда-то Ламмом, и сдавал все свои предприятия в руки акционерных обществ. Как только были закончены опытные работы с турбиной, производство их перешло к организованному Лавалем в 1893 году акционерному обществу «Паровая турбина де Лаваля», существующему и до сих пор.
Хотя первое пятилетие директором общества числился сам Лаваль, фактически оно находилось в руках шведских коммерсантов: коммерческого директора Карла Янсона и главного директора Гуго Мартина, бывших директоров «Сепаратора». Они быстро реализовали акции общества, выпущенные на общую сумму в 1200 тысяч крон, построили в том же Кюнгельсхольмене собственный завод и, руководясь опытом «Сепаратора», энергично принялись распространять и внедрять в промышленность соседних стран лавалевские турбины.
При главном заводе было организовано конструкторское бюро, которому удалось впоследствии построить даже пятисотсильную турбину. Однако уже и эта турбина оказалась более дорогой, чем многоступенчатая турбина, так называемая турбина «Лаваль-мультипль», сконструированная инженером Хедлундом в соответствии с теми принципами, которые ввели в турбостроение современники Лаваля, пошедшие по указанному им пути.
Помехой для дальнейшего развития собственно лавалевых турбин послужила дорогая, сложная, крайне неудобная передача, снижающая на валу рабочей машины скорость самой турбины. Турбины Лаваля даже по внешнему своему виду представляли собой уродливое сооружение: в них зубчатая передача своими размерами значительно превосходила размеры самой турбины, и этот придаточный подсобный механизм раз в пять по размеру был больше основной части машины — турбинного колеса.
Современная геликоидальная передача Лаваля для судовой турбины мощностью в 6 000 лош. сил
Геликоидальная передача, одно из смелых и очень интересных изобретений Лаваля, впоследствии явилась самостоятельным объектом производства акционерного общества «Паровая турбина де Лаваля», так как подобного рода передачи сделались необходимой частью судовых паровых турбин и решили вопрос о применении турбин в качестве судовых двигателей. Зубчатой передачей, как и многими другими отдельными частями лавалевой турбины, пользовались все остальные строители паровых турбин в тех случаях, когда исполнительные машины требовали резкого снижения числа оборотов турбины.