Появление паровых турбин

Приблизительно до середины XVIII века основной механической силой была вода, энергия которой использовалась при помощи водяных колес. Появившиеся тогда фабрики и заводы строились преимущественно возле рек. Плотиной создавалась разность уровней воды,, благодаря чему работало водяное колесо. Оно и приводило в действие несложные станки, воздуходувные мехи, ковочные молоты и другую технику того времени.

Передавать энергию на сколько-нибудь значительное расстояние было нельзя. Это одно представляло крупные неудобства. Кроме того, не везде можно было использовать энергию воды, да еще в необходимом количестве. Во многих случаях водяное колесо вообще не могло помочь делу, как, например, для откачки воды из шахт. Целые рудники забрасывались, если по мере их разработки встречались водоносные пласты. Откачивать воду было нечем. Отсутствие удобного двигателя тормозило развитие техники.

В начале XVIII века появилась паровая машина. Сначала она была собственно не паровой, а атмосферной машиной: движущей силой в ней было атмосферное давление на поршень. По другую сторону поршня создавалось давление меньше атмосферного путем конденсации впущенного туда пара. Такие машины, изобретенные Ньюкоменом в 1711 г., были тихоходны, маломощны и крайне не экономичны. Однако за неимением более совершенных .двигателей они быстро распространились, особенно в качестве водоотливных машин на угольных шахтах Англии, тогда технически наиболее развитой страны, которая добывала большое по тому времени количество каменного угля. Развивавшаяся в России промышленность, главным ¦образом металлургическая, также базировалась на водную энергию: плотина и водяное колесо были обязательными спутниками заводов того времени. Но жестокая эксплуатация рабочих, дешевый труд крепостных и приписных к заводам делал зачастую ручной труд более выгодным для владельцев заводов, чем даже механизация при помощи водяного колеса. Это приводило к отставанию нарождающейся отечественной промышленности, к недоиспользованию способностей русского народа.

Несмотря на это, первая настоящая паровая машина появилась именно в России. Она была построена замечательным русским механиком

И. И. Ползуновым в 1765 году на одном из алтайских заводов. По заложенным в нее идеям и найденным решениям эта машина намного опередила западноевропейскую технику.

Значительно позже, в 1784 году, в промышленной Англии появилась паровая машина Уатта, талантливого техника, придавшего ей все основные черты современной паровой машины. Паровые машины оказались универсальным двигателем, быстро распространились и способствовали бурному подъему промышленности. Но к концу XIX века они стали уже не полностью удовлетворять новым требованиям, предъявляемым промышленностью к двигателям.

Новые требования были вызваны распространением электричества, а также бурным ростом судостроения. Как то, так и другое нуждалось в быстроходных, более мощных двигателях с непосредственно получаемым вращательным движением. Таковы были условия, подготовившие почву для появления паровых турбин.

Идея паровой турбины была известна очень давно. Она заключалась в получении вращательного движения путем использования струи пара. Еще за 120 лет до н. э. Героном Александрийским был построен такой прибор. Он состоял из котла, пар из которого через пустотелую ось проходил внутрь шара. Выходя из шара по двум загнутым под углом открытым по концам трубкам, пар заставлял шар вращаться. Эго был прообраз так называемой реактивной турбины.

Поясним, откуда бралась сила для вращения шара. Если изогнутые трубки были бы по концам закрыты, то никаких сил, стремящихся повернуть шар, не возникало бы, так как давление пара внутри шара действует на стенки шара и трубок во все стороны одинаково. Если же конец трубки открыть, то пару в этом месте давить будет «не на что», а давление на противоположную стенку останется. Равновесия сил уже не будет, и конец трубки будут стремиться двигаться в направлении, обратном направлению выхода пара из трубки. По такому же принципу двигаются ракеты и реактивные снаряды.

В начале XVII века Джованни Бранка была описана турбина, являющаяся предшественницей так называемых активных турбин. В ней струя пара, выходящая из неподвижной трубки, направлялась на лопасти колеса, заставляя их быстро вращаться.

Обе эти «турбины», разделенные почти 18 веками, были в свое время скорее остроумными приборами и забавой, и не имели Практического значения. Будущий двигатель в них не угадывали.

В середине и во второй половине XVIII века целый ряд изобретателей предлагал свои конструкции турбин. Но применения они не нашли, так как по экономичности, надежности и достижимой мощности значительно уступали паровым машинам. Изготовление их было сложно, а основное преимущество — быстрое вращение — не могло быть тогда использовано. Надобности в турбинах еще не было.

К концу XIX в.ка условия для появления паровой турбины созрели. Техника машиностроения быстро совершенствовалась, применение электричества в производстве и в быту бурно росло, развивалось судостроение. Общий рост промышленности вызывал новые требования к энергетике, которым паровая машина уже не удовлетворяла.

Однако поиски нового двигателя долго сопровождались неудачами. Основная причина неуспеха -многих изобретателей заключалась в недостаточном в то время знании свойств водяного пара, а особенно законов его истечения. Не вооруженные теоретическими знаниями, не имея возможности опереться на опытные данные, конструкторы первых турбин шли вслепую, совершая грубые ошибки.

Истечение пара из отверстий — явление, на первый взгляд не представляющееся особо важным. Тем не менее развитие паровых турбин сразу шагнуло вперед, как только оно было правильно понято. Постараемся и мы сначала познакомиться с законами истечения водяного пара.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

4 × 1 =