диск кертиса в паровой турбине что это
В последних ступенях степень реактивности достигает 0,5. При степени реактивности 
= 0,5 сопловые и рабочие лопатки имеют одинаковую форму. Один и тот же профиль лопаток может быть использован во всех ступенях турбины, и только длина лопаток изменяется в соответствии с учетом объема рабочего вещества по мере понижения давления. Это удобно при изготовлении лопаток.
Для ступени с любой степенью реактивности теплоперепад, срабатываемый в соплах:
. (1.7)
Тогда скорость потока на выходе из сопла реактивной ступени:
. (1.8)
Оптимальное значение КПД у реактивных ступеней получается при окружных скоростях и, близких к абсолютной скорости пара при входе на лопатки С1.
Поэтому для получения нормального числа оборотов приходится реактивные турбины выполнять с малыми значениями скорости С1 на каждой ступени, т.е. многоступенчатыми.
Так как у реактивных турбин с одной стороны лопаток давление больше, чем с другой, возникают значительные усилия, стремящиеся сдвинуть ротор вдоль оси турбины по направлению движения пара.
Для предотвращения сдвига ротора устанавливают упорные или гребенчатые подшипники. Рабочие лопатки насаживают на барабан, а не на диск, как у активных турбин; тогда осевое усилие будет меньше, т.к. разность давлений действует только на кольцевые сечения, соответствующие высоте лопаток, и применяют уравновешивающий поршень, со стороны части высокого давления; поршень представляет собой кольцевой уступ барабанного ротора. По периферии поршня имеется небольшой зазор, пар через него поступает в камеру и в выпускной патрубок турбины, идущий к конденсатору и устанавливается низкое давление по левую сторону поршня (рис 1.4).
Рис. 1.4. Схема реактивной турбины небольшой мощности:
1 – выпускной патрубок; 2 – неподвижные лопатки вторичного ряда; 3 – рабочие лопатки; 4 – корпус; 5 – направляющие лопатки первого ряда; 6 – вращающиеся лопатки; 7 – барабан (ротор); 8 – паропровод; 9 – разгрузочный поршень; 10 – камера
1.5. Устройство и принцип действия активной многоступенчатой турбины с двумя степенями скорости
В целях уменьшения выходных потерь и понижения числа оборотов, инженер Кертис (см. рис 1.2), в 1900 году предложил турбину со ступенями скорости (двухступенчатый или двухвенечный диск).
Пар от начального давления р0 до конечного расширяется в соплах, а на лопатках, как и в одноступенчатой турбине, происходит преобразование кинетической энергии струи пара в работу на валу. Неподвижные направляющие лопатки, здесь изменяют лишь направление скорости потока, что позволяет перераспределить его кинетическую энергию между двумя венцами рабочего колеса и дает возможность повысить начальную скорость потока и, следовательно, КПД ступени.
Двухступенчатый диск Кертиса используется как первая ступень совершенных многоступенчатых турбин.
Диск Кертиса позволяет срабатывать теплоперепад в 3 – 4 раза больше, чем простая активная ступень. Поэтому одно ступень давления с двумя ступенями скорости может заменить 3 – 4 простые ступени, но это приводит к понижению экономичности турбины.
Практически относительный КПД на лопатках активной турбины со ступенями скорости находится в пределах:
– для одноступенчатой – 0,70 – 0,78;
– для двухступенчатой – 0,55 – 0,60;
– для трехступенчатой – 0,40 – 0,50.
В настоящее время активные турбины со ступенями скорости применяют в случаях, когда нужен простой и надежный двигатель небольшой мощности, а также в многоступенчатых турбинах в качестве первой регулирующей ступени.
Рабочие лопатки ступеней скорости для уменьшения скорости и упрощения конструкции почти всегда ставят на общем диске (диск Кертиса). Размеры сечения проточной части турбины определяют по уравнению неразрывности струи:
. (1.9)
где f, c, G, v – площадь сечения проточной части, м 2 ; абсолютная скорость пара, м/с; расход пара, который считается постоянным, кг/ч; удельный
объем пара, м 3 /ч.
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Диск кертиса в паровой турбине что это
В турбинах со ступенями скорости, как и в одноступенчатой, все используемое тепло превращается в кинетическую энергию в соплах, которая преобразуется в механическую работу на рабочих лопатках нескольких рядов. Схема активной турбины с двумя ступенями скорости показана на рис. 4.
и / с 1 = 1 / 2 z ,
где z — количество ступеней скорости.
Из приведенного отношения следует, что для наивыгоднейшего использования кинетической энергии пара окружная скорость при двух ступенях скорости должна быть в четыре раза, а при трех ступенях скорости — в шесть раз и т. д. меньше скорости истечения пара из сопла.
Ступени скорости находят широкое применение во вспомогательных турбинах, служащих приводом для масляных, питательных, топливных и других насосов, и в главных турбинах в качестве ступеней заднего хода и первой регулировочной ступени.
При использовании ступеней скорости для вспомогательных турбин и турбин заднего хода обеспечиваются их малые габариты, простота устройства и удобство обслуживания. Невысокая экономичность этих турбин в связи с малой мощностью вспомогательных турбин и использованием их отработавшего пара на подогрев питательной воды, а также непродолжительной работой турбин заднего хода существенного значения не имеет.
Применение ступеней скорости в качестве первой регулировочной позволяет использовать значительный теплоперепад и благодаря этому значительно снизить давление и температуру в корпусе турбины и уменьшить количество последующих за ней ступеней давления.
Диск кертиса в паровой турбине что это
— Чем можно объяснить тот факт, что до сего времени даже в Швеции не появилось ни одной более или менее обстоятельной монографии об этом крупном изобретателе и замечательном конструкторе?
Совершенно неожиданным, но чрезвычайно характерным был ответ моего собеседника. Пожав плечами, он сказал:
— Да у нас, знаете ли, очень много, таких изобретателей!
Это неверное утверждение чрезвычайно ярко характеризует грубое непонимание значения Лаваля и вообще положение изобретателя в капиталистическом обществе.
Являясь пешкой в руках всемогущих магнатов капитала, испытывая на себе всю тяжесть борьбы крупных капиталистических объединений, изобретатель, живущий в капиталистическом обществе, или сам превращается в дельца и предпринимателя, успешно эксплуатируя свое изобретение, или, пройдя путь жестоких разочарований и огорчений, погибает в нищете и заброшенности, но и в том и другом случае он остается одиноким, лишенным общественной поддержки и внимания. Только наша социалистическая родина, возведя труд в «дело чести, дело славы, дело доблести и геройства», окружает отдельного члена своего общества глубоким вниманием и заботой, предоставляя ему широчайшие возможности для развития всех его творческих способностей, и дает ему полную и справедливую оценку.
Более полувека, прошедшие с тех пор, как Лаваль начал свою деятельность, создают историческую перспективу, позволяющую оценить его обширную и разнообразную деятельность. Передо мной, как автором первой систематизированной биографии Лаваля, стояла таким образом задача в известной мере «открыть» Лаваля для широких читательских кругов, которым самое имя его едва ли известно.
Нет ничего удивительного в том, что такая книга впервые появляется у нас, а не на родине Лаваля: наоборот, естественно и понятно, что только у нас в Союзе социалистических республик возможно осуществление подобной работы, ибо революции сопутствует процесс классово-нового пересмотра всех явлений буржуазной культуры. Этот процесс нас приводит и еще не раз будет приводить к открытию новых людей и новых фактов в истории, незамеченных современниками или заведомо скрытых буржуазными исследователями, точка зрения которых предопределена их классовой принадлежностью.
Выполнение моей задачи я видел в том, чтобы показать место замечательного шведского изобретателя в истории развития тех областей техники, в которых он работал, в установлении точности биографических фактов и правильности их освещения с точки зрения нашего марксистского миропонимания.
Всецело разделяя взгляд А. М. Горького на то, что «в нашей литературе не должно быть резкого различия между художественной и научно-популярной книгой», я старался следовать и двум другим его указаниям на то, что «наша книга о достижениях науки и техники должна давать не только конечные результаты человеческой мысли и опыта, но вводить читателя в самый процесс исследовательской работы, показывая постепенно преодоление трудностей и поиски верного метода» и что «науку и технику надо изображать не как склад готовых открытий и изобретений, а как арену борьбы, где конкретный живой человек преодолевает сопротивление материала и традиций»[1].
Таким образом эта книга является строго документированным историко-техническим повествованием, герой которого дается не только как человек сам по себе, в полноте его индивидуальных качеств, но и как носитель данного уклада жизни, как выразитель определенных технических идей, как представитель своего класса, судьба которого тесно связана с судьбой класса в целом.
Предоставляя вполне судить самому читателю, насколько мне удалось выполнить эту столько же благодарную, сколько и ответственную задачу, я все же должен отметить здесь те трудности, с которыми сопряжено ее выполнение. Эти трудности проистекают из общей новизны дела, отсутствия литературы по данному вопросу, необходимости пользоваться самыми разнообразными источниками, требующими критического отношения, проверки и сопоставления с рядом других и, главное, из невозможности ознакомиться со всеми подлинными документами.
В связи с этим не могу не высказать моей благодарности учреждениям и лицам, оказавшим мне помощь, особенно же профессору Торе Линдмарку (Стокгольм), предоставившему в мое распоряжение рукопись своей работы о Лавале, госпоже Изабелле де Лаваль, давшей мне характеристику Лаваля как человека, и наконец много содействовавшим мне в получении материалов — акционерному обществу «Сепаратор» в Стокгольме, обществу «Паровая турбина де Лаваля» в Стокгольме и представительству Объединенных шведских электротехнических обществ (АСЕА) в Москве.
Подробный указатель литературы, использованной мною для настоящей работы, приведен в конце книги.
Москва. Январь 1936.
Маленькая неприятность на большом торжестве
В начале апреля 1908 года шведское акционерное общество «Сепаратор» торжественно справляло двадцатипятилетие своего существования. К этому времени деятельность общества распространялась на весь земной шар; оно обладало собственными заводами в Швеции, Германии, Австро-Венгрии, Англии, Франции, в Соединенных штатах; сепараторы «Альфа — Лаваль» по лицензиям общества строились также в Дании, Норвегии, Финляндии, России, во всех Балканских государствах, в Голландии, Бельгии, в Швейцарии, Италии, Испании и даже в Канаде, Аргентине, Новой Зеландии и Южной Австралии. Не оставалось уже буквально ни одного самого глухого уголка на земном шаре, где не было бы представителя общества, который мог продемонстрировать в любой момент любому покупателю сепаратор Лаваля и принять от него задаток и заказ. Сорок две страны в течение этих двадцати пяти лет выражали свое восхищение машиной Лаваля, осыпая общество всевозможными наградами. В парадном зале стокгольмской конторы «Сепаратор» в специальных витринах можно было видеть двести семь золотых и двести шестьдесят серебряных медалей, присужденных сепаратору Лаваля; в рамках по стенам кроме того было развешано сто десять почетных дипломов и сто одиннадцать аттестатов на присужденные всякого рода иные награды. Общее число наград, полученных обществом в виде медалей, премий, дипломов и похвальных отзывов, достигало восемьсот семидесяти восьми.
Распухнув от прибылей в этот юбилейный год своего существования, акционерное общество «Сепаратор» выдавало своим акционерам 3 миллиона марок дивиденда. Число рабочих и служащих, занятых на предприятиях общества, достигало семидесяти пяти тысяч человек; вместе с рабочими и служащими предприятий, работавших по лицензиям общества, и представителями, распространявшими по земному шару маленькую машину, сепаратор Лаваля располагал армией, равной армии Наполеона, с которой он явился в Россию.
Управление этой огромной армией было сосредоточено в руках правления общества, состоявшего из шести человек; раз в год оно отчитывалось перед небольшим количеством пайщиков, с которыми делилось своими прибылями. Главную роль во всем этом грандиозном предприятии играл наделенный диктаторскими полномочиями директор общества Иона Бернстрем. Это был небольшой, лысый, бородатый человек в золотых очках, очень живой и проворный. Ничего общего с Наполеоном он не имел. На его сереньком пиджачке не красовалось ни единого ордена, он никогда не держал в руках ни шпаги, ни подзорной трубы; в манерах и жестах его не было ни величия, ни значительности; за всю свою долголетнюю службу в обществе он не изрек ни одной фразы, которую могли бы занести современники в историю развития промышленного капитализма. И тем не менее это был талантливейший человек своего времени, и если читатель впервые слышит это имя, то, разумеется, только потому, что до сего времени история развития отдельных капиталистических предприятий не являлась предметом изучения и исследования, предметом, достойным самого широкого и глубокого общественного внимания.
Паротурбинные установки на кораблях – движение и действие
Паротурбинная установка (ПТУ) преобразует энергию пара в кинетическую энергию турбины, чем обеспечивает движение судна, а также приводит в действие вспомогательные механизмы и агрегаты.
Основные элементы главной ПТУ: паровой котел, главная паровая турбина, главный конденсатор, главная зубчатая передача. Вал вместе с турбинным диском образуют важнейшую часть турбины – ротор. Совокупность этих элементов (без парового котла) составляют главный турбозубчатый агрегат (ГТЗА). Кроме ГТЗА в ПТУ входит вспомогательная паровая турбина с конденсатором, которая приводит в действие турбогенератор судовой электростанции. На турбоэлектроходах турбогенератор – это главный агрегат. В отличие от поршневых паровых машин и поршневых двигателей внутреннего сгорания в ПТУ не требуется преобразовывать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала гребного винта. Это упрощает конструкцию и позволяет решить многие технические проблемы. В зависимости от типа и назначения турбины частота вращения ротора составляет от 3000 до 8000 оборотов в минуту.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Принцип работы паротурбинной установки прост. Выходящий из расширительных устройств (сопел) разогретый пар под высоким давлением попадает в каналы рабочих лопаток, расположенных на ободе турбинного диска, насаженного на вал турбины, отклоняется от них, изменяя свое направление. За счет этого пар воздействует тангенциальной силой на ротор. В результате создается вращающий момент который вызывает вращение ротора турбины. Современные судовые ГТЗА обычно имеют два корпуса. В первом находится ротор турбины высокого давления, а во втором – низкого.
Каждая турбина имеет нескольких турбинных дисков с набором лопаток, которые в зависимости от вида турбины обозначаются как ступени давления или ступени скорости. Рабочий пар последовательно проходит через неподвижные венцы расширительных устройств и венцы рабочих лопаток. При этом объем пара во время процесса расширения постоянно увеличивается, и рабочие лопатки каждого следующего турбинного диска должны быть длиннее.
В корпусе турбины низкого давления находятся особые венцы рабочих лопаток турбины заднего хода. Суда, гребные винты которых имеют изменяющийся шаг, не нуждаются в турбинах заднего хода. Наряду с турбинами ГТЗА на судах устанавливают вспомогательные турбины, для привода генераторов, насосов, вентиляторов и другого оборудования.
Судовые паротурбинные установки, работающие при начальном давлении пара 40-50 атм и температуре пара 450-480 °С, имеют экономический КПД 24-27%. Повышение начального давления пара и совершенствование установок позволяют увеличить КПД судовых ПТУ до 35 %.
ТИПЫ ПАРОВЫХ ТУРБИН
Существуют два основных типа ПТУ, различающихся по принципу работы рабочего тела (пара). Первый тип – активные турбины (турбина Кертиса). В этих турбинах расширение пара от начального до конечного давления происходит в одном сопле (группе сопл), закрепленном в корпусе перед рабочими лопатками турбинного диска. При воздействии струи пара на рабочие лопатки часть его кинетической энергии преобразуется в механическую работу на валу ротора турбины. Таким образом в активной турбине весь процесс расширения и ускорения пара идет только в неподвижных каналах (соплах), а на рабочих лопатках происходит только превращение кинетической энергии пара в механическую работу без дополнительного расширения паровой струи.
Второй тип турбин – реактивные турбины (турбина Парсонса). В этом типе в неподвижном корпусе и на внешней стороне ротора закреплены и направляющие, и рабочие лопатки, образующие камеры для прохода пара. Расширение пара происходит во всех межлопаточных каналах – подвижных и неподвижных. На первом этапе пар поступает в каналы первого ряда направляющих лопаток, размещенных в корпусе. Из каналов неподвижных направляющих лопаток первого ряда пар поступает в каналы первого ряда рабочих лопаток. Из каналов рабочих лопаток первого ряда пар направляется в каналы неподвижных лопаток второго ряда и т. д.
ПРИМЕНЕНИЕ В ВМФ
Первый турбоход в России появился в 1904 году. Им стала яхта-миноносец «Ласточка» водоизмещением 140 т. Корабль был построен в Англии, как опытное судно, а затем куплен Морским Ведомством для проведения опытов с турбоагрегатами. «Ласточка» имела две ПТУ мощностью 1000 л. с. каждая и развивала максимальную скорость 18,5 узлов.
В конце 1914 года встрой вошел линкор «Севастополь», на котором стояло четыре турбины Парсонса и 25 котлов Ярроу общей мощностью 42 000 л. с, что обеспечивало кораблю скорость хода около 24,6 узлов.
Во время Второй мировой войны ПТУ широко использовались в качестве главной энергетической установки на крупнейших кораблях. Немецкий линкор «Бисмарк», водоизмещением 41 700 т, имел три ТЗА мощностью по 46 000 л. с. каждый. Корабль развивал скорость до 30 узлов.
Его одноклассник линкор «Тирпиц», водоизмещением 45 474 т, нес 12 паровых котлов «Вангер» и три турбины Brown Boveri & Cie, суммарной мощностью 163 026 л. с. Линкор развивал скорость в 30,8 узлов.
Паровые турбины стояли и на крупнейших линкорах в истории флота – японских кораблях типа «Ямато» (водоизмещение 68 200 т) – четыре ТЗА «Кампон» суммарной мощностью 150 000 л. с.
В настоящее время ПТУ уступают свое место газовым турбинам. Но их эксплуатация на некоторых судах продолжается. Например, тяжелый авианесущий крейсер «Адмирал флота Советского Союза Кузнецов» имеет четыре ГТЗА ТВ-12-4 (8 котлов КВГ-4) суммарной мощностью-200 000 л. с, что позволят достичь скорости в 29 узлов.