Густав Лаваль

Кертис и его турбина со ступенями скорости

Кертис в своей турбине направил пар, отработавший в первом ряду лопаток, на второй ряд рабочих лопаток, сидящих на том же самом диске и таким образом, разлагая его энергию последовательно на два и на три ряда рабочих лопаток, создал ступени скорости. Ступени скорости понизили число оборотов турбины и сделали для турбины Лаваля ненужной зубчатую передачу.

Одновременно с Кертисом профессор Высшей политехнической школы в Париже, Огюст Рато, после многих теоретических расчетов и размышлений, разработал конструкцию активной турбины со ступенями давления, найденными Парсонсом. В 1900 году заводом Сотте — Гарле в Париже турбина Рато была построена. Цилиндр турбины был разделен на ряд камер специальными диафрагмами. В каждой камере помещалось одно рабочее колесо турбины, в лопатках которого пар и производил работу, заставляя вращаться колесо. Переходя из одной камеры в другую, пар расширялся в распределительных лопатках диафрагм, являвшихся своеобразными соплами Лаваля, и давление пара постепенно падало, так что в результате скорость вращения вала турбины снижалась до практически приемлемого числа оборотов и турбина не нуждалась в передаче.

Рато и его турбина со ступенями давления в 15 000 киловатт

Дальнейшие усовершенствования в турбину Рато внес швейцарский инженер Генрих Целли, сократив в ней число камер и тем самым сделав ее более удобной и менее громоздкой.

Целли и его турбина мощностью в 500 киловатт

С разрешением ряда основных вопросов турбостроения многочисленные предприятия, начавшие их производство, комбинируя отдельные достижения изобретателей, создали комбинированный тип турбины Рато — Целли с колесом Кертиса. Эти комбинированные турбины в настоящее время достигли огромных мощностей. Величайшая из турбинных установок в Чикаго на предприятиях «Гаммонд», построенная фирмой «Дженерал электрик компани», имеет мощность в 208 тысяч киловатт, или около 266 тысяч лош. сил.

Величайшая в мире паротурбинная установка в Чикаго мощностью в 208 000 киловатт

Клостерская идея Лаваля получила таким образом в руках пошедших по пути Лаваля современников исключительное развитие. Турбины не только создали турбогенераторы, — применение их в качестве судовых двигателей привело к созданию быстроходного флота; применение их в качестве стационарных двигателей привело к созданию теплосиловых установок, коэффициент полезного действия которых доходит до 85–90 процентов.

Эти теплосиловые установки, в основу которых кладется принцип использования отработавшего в турбине пара для других нужд производства, появились сравнительно недавно и стали возможны только после того, как техника перешла к использованию высоких давлений пара.

Замечательно, что и в этой области техники, стоящей сейчас в центре внимания научных технических кругов и мировой промышленности, первый шаг был сделан Лавалем.

Со щедростью и предвидением гения он извлекал из своего воображения, обогащенного знаниями, одну идею за другой и немедленно начинал их осуществление со свойственной ему решительностью и смелостью.

Не обладая единством своих устремлений, он оставлял их по большей части практически недоработанными, предоставляя другим вести дальнейшую черную, кропотливую работу с сопротивлением материалов, природы, среды, борьба с которыми требует людей другого характера, другого склада.

Котел высокого давления

Эксперименты Лаваля с паром высокого давления были прямым продолжением его работ над паровой турбиной. Закончились они появлением сконструированного им парового котла высокого давления на выставке в Стокгольме в 1897 году.

Именно здесь, более чем где-либо, и именно в настоящее время, более чем когда-нибудь, проявляется во всем своем блеске значение шведского изобретателя, в своих идеях шедшего далеко впереди своих современников, предвидевшего пути развития техники на полвека вперед и угадывавшего их направление. Именно в настоящее время произошел переворот в области всей техники паровых котлов, более решительный, чем все предыдущие, на основе выдвинутой Лавалем идеи применения высоких давлений пара.

Паровые котлы, как известно, служат для превращения скрытой химической энергии топлива в энергию пара, который может утилизироваться или в качестве рабочего тела, например в паровых машинах, паровых турбинах, или в качестве носителя тепла, например при отоплении, подогревании и ряде других термических процессов. Превращение это происходит таким образом: топливо сжигается в топке, тепло от полученных дымовых горячих газов, a равно и от самого горящего топлива, передается стенке котла, от стенки — воде, заключенной в котле, которая от этого превращается в пар. Это — процесс длительный; для того, чтобы он не прерывался, нужно доставлять по мере израсходования в котел — воду, а в топку — топливо и воздух и одновременно удалять по мере накопления из котла — пар, а из топки — дымовые газы и золу. Для того, чтобы все эти операции производить своевременно, чтобы следить за правильностью и безопасностью работы котла, необходимы разного рода аппараты и приборы.

Современный паровой котел надо рассматривать как сложную котельную установку с очень многими дополнительными частями, необходимыми для правильной, безопасной и экономичной работы котла.

Идея парового котла существовала еще у древних греков, как это видно из описаний в труде Герона Александрийского. Греки и римляне употребляли для подогревания вина аппараты, походившие на наши самовары и представляющие собой водогрейные жаротрубные паровые котлы в миниатюре.

С появлением паровой машины Уатта, паровые котлы получили огромное распространение. С усовершенствованием парового двигателя к паровому котлу стали предъявляться повышенные требования в смысле экономичности и повышения давления пара. Над совершенствованием котла стали работать многие конструкторы, создавшие в основном два типа паровых котлов: жаротрубные и водотрубные. В первых вода находится в цилиндрическом сосуде, внутри которого имеется одна или несколько различного диаметра труб, через которые проходят из топки горячие газы, нагревающие воду. Во вторых, наоборот вода находится в трубах, обтекаемых горячими газами, идущими из топки.

Современный паровой котел высокого давления пара

Водотрубные котлы значительно более безопасны, что имеет огромное значение, так как взрывы паровых котлов вообще очень часты. Так, по статистическим сведениям одной Германии, за десятилетие с 1877 по 1887 год произошло 168 случаев взрывов паровых котлов, причем было убито 177 человек, тяжело ранено 97 и легко — 244. Самый страшный взрыв произошел на машиностроительном заводе Фриденсгютте в Верхней Силезии: здесь взлетели на воздух одновременно двадцать два котла.

Когда Рудольф Дизель в 1893 году выступил с предложением своего двигателя внутреннего сгорания, призванного заменить паровую машину, а затем и осуществил его в 1897 году, казалось, что дни парового двигателя и парового котла сочтены. Однако уголь, питавший паровые котлы, не так-то легко сдался на милость побеждающей нефти: вызванным к жизни потребностью промышленности паровым машинам с перегретым паром и вслед затем паровым турбинам по-прежнему были нужны и паровые котлы и уголь. Чтобы конкурировать с более экономичными нефтяными двигателями Дизеля, паровые машины должны были искать путей к более экономному расходованию пара, а стало быть, и топлива. Путь этот, указанный Лавалем, и заключался в переходе к работе паром высокого давления, для которого нужны новые конструкции паровых котлов.