Техника - молодёжи 1948-06, страница 6

га тел и выполнялись на гораздо большие мощности — до 3 000 л. е., но их применение ограничивалось доменными заводами, располагавшими большим количеством газа.

Паровые машины дошли до мощности 4 000 л. е., и эти машины были уже относительно компактными, вертикальными четырех цил индровыми агрегатами, сравнительно большой быстроходности— до 400 и даже 600 оборотов в минуту.

Однако такая быстроходность, вполне достаточная для непосредственного привода, была явно мала для привода генератора электрического тока, так как последний с увеличением числа оборотов становился дешевле.

Еще хуже было положение с котлами: в 1880 году производительность котла не превышала 4—5 тонн пара в час и обеспечивала мощность не больше 800 л. с.

К 1895 году появление механических колосниковых решеток позволило повысить предельную производительность парового котла до 9 тонн в час, а к 1900 году она дошла до И тонн в час; однако такие котлы очень трудно обслуживались и зачастую не давали ^расчетной мощности. Поэтому предпочитали менее мощные котлы, и на крупных станциях приходилось устанавливать очень большое число таких котлов. Это очень осложняло компоновку станции, если учесть, что тогдашние электростанции приходилось располагать вблизи потребителя, то есть в центре города.

Громадная площадь, которая требовалась для размещения котлов, стоила очень дорого, и поэтому делались попытки размещения котлов в два и даже гри этажа. Понятно, как это осложняло и подачу топлина, и уборку шлаков, и >бслуживание котлов.

Таким образом, к началу XX века и <отлы и паровые машины были относительно маломощными и громоздкими, А котлы вдобавок еще не были достаточно безопасными и требовали большой затраты мускульного труда от обслуживающего персонала.

И все-таки первыми вступили на путь изменений не котлы, а машины; вернее, >.а смену паровой машине пришел но-шй двигатель —- паровая турбина.

Новый тепловой двигатель

Поршневой двигатель к этому време-у.л окончательно потеклал свои возмож-н >ет

•Можно было построить громадную тихоходную машину довольно крупной мощности: отдельные агрегаты доходили до 5 000 квт, можно было создать быстроходный «паровой мотор» на 800 и даже 1 000 оборотов в минуту, но дать электростанциям легкую, компактную и, следовательно, очень быстроходную машину поршневой конструкции для привода генератора мощностью в 10000— 20 000 квт было невозможно.

Мощность поршневого двигателя определяется усилием-, передаваемым поршню паром, и скоростью поршня. Низкие давления на поршень, особенно в последней стадии расширения пара, приводили к тому, что для получении большого усилия приходилось непомерно увеличивать размер цилиндра. Конечно, можно было попросту увеличивать число оборотов машины, а значит и скорое гь поршня, но для больших машин это оказывалось невозможным.

•Маленький, легкий поршень двигателя внутреннего сгорания, пробегавший туда п обратно всего 60—100 мм, можно было заставить менять направление 1 000 раз в минуту, но бросать в ту и другую сторону по 10—20 раз в секунду громадный поршень большой паровой

машины, весящий несколько тонн и имевший длину хода до 3 м, было явно невыгодным.

Единственным решением был переход на непрерывное движение рабочих частей машины, то есть переход на паровую турбину. Если при периодически возвратном движении поршня ему было очень трудно придать среднюю скорость даже в 10 м/сек., то непрерывно вращающиеся лопатки турбины легко могли развивать скорость в 200—300 и более м/сек. Практически окружную скорость лопаток турбины ограничивали только центробежные силы, угрожавшие при увеличении скорости оторвать лопатки от дисков.

Конечно, использовать достаточно эффективно силу струй пара, двигавшихся с громадными скоростями, было гораздо труднее, чем у поршневых машин, где достаточно было обеспечить плотное соприкосновение поршня с цилиндром и впускать и выпускать пар в нужное время.

В турбинах достаточно незначительного отклонения профиля лоиаткк от наивыгоднейшего, чтобы струя пара бесполезно потратила значительную часть своей энергии на удар о лопатку ишн образование вредных завихрений. Немудрено поэтому, что первые турбины по экономичности сильно уступали паровым- машинам.

Зато в турбинах отсутствовали потери трения поршня о стенки цилиндра и в рабочую полость не требовалось вводить смазки. Кроме экономии смазочных масел, это вело к тому, что пар не загрязнялся маслом и выходил из турбины совершенно чистым.

Громадное удешевление мощных турбоагрегатов, соединявшихся непосредственно с дешевыми, быстроходными электрогенераторами, обеспечило турбинам широкое распространение, даже несмотря на меньшую их экономичность.

•А когда к 1900 году Парсонс построил две 1000-килшаттные турбины, показавшие при первых же испытаниях экономичность, не уступавшую поршневым машинам, судьба последних была решена. Не прошло и десяти лет, как турбины полностью вытеснили паровые машины на мощных станциях.

Здесь-то и сказалась возможность практически неограниченного увеличения единичной мощности новых двигателей.

За 10 лет, с 1900 по 1910 год, максимальная мощность паровой турбины выросла в 15 раз. В 1909 году была пущена в ход турбина мощностью в 15000 квт, в 1916 году появилась турбина в 50 000 квт, а в 1929 году —в £08 000 квт. Практически больших мощностей на сегодня не требуется.

Не менее стремительно развивались и паровые котлы, усовершенствование которых не было связано с переходом на какой-либо новый тип оборудования, а состояло лишь из ряда отдельных улучшений. Тем не менее действие всех этих

изменений было таково, что маломощные, подверженные опасности взрыва и требовавшие громадной затраты тяжелого, изнурительного труда котлы превратились за 10—15 лет в мощные агрегаты, полностью механизированные и абсолютно взрывобезопасные. Достаточно сказать, что если еще в 1910 году во всем мире не было ни одного котла, дававшего более 27 тонн пара в час, то уже в 1924 году был построен котел на 160 тонн пара в час, а в 1929 году — более чем на 500 тонн пара в час.

Таким образом, и здесь задача создания котлов большой единичной мощности была решена полностью к началу 30-х годов, так как котел на 500 тонн в час мог один обслуживать станцию мощностью более 100000 квт.

Современная фабрика пара

Большую роль в этом головокружительном взлете паротехники сыграло общее повышение техники машиностроения и, в частности, стремительное развитие электросварки, созданной Славя-новым и Бенардосом.

До начала XX века развитие паротехники основывалось на примитивном опыте. Появлявшиеся время от времени технические новинки создавались в основном интуицией изобретателей и медленно накапливавшейся практикой.

Только на рубеже нового столетия ученые и в первую очередь русские теплотехники Кирш, Гриневецкий, Депл начали успешную разработку теории паровых котлов, изучение их рабочих процессов и создание научных «методов их расчета.

Естественно, что развитие новых конструкций двигалось очень медленно. Раньше весь «расчет» парового котла сводился к утверждению, что «по практическим данным» с одного квадратного метра поверхности нагрева можно получить для котла данной конструкции столько-то килограммов пара. -Но такой «расчет» ничего не говорил о том, как получить больше пара и как для этого следует изменить конструкцию.

Не была известна и причина тех страшных взрывов, которые происходили с котлами и часто приводили к полному разрушению зданий котельных и к десяткам, а то и к сотням- человеческих жертв. Естественно, что долгое время опасность взрыва преобладала над всеми другими соображениями при конструировании новых котлов и только установление действительных причин этих взрывов позволило успешно двинуть вперед котлостроение.

Когда стали ясно представлять условия передачи тепла поверхности нагрева, то стало возможным правильно компоновать давно известные элементы котлоагрегата—собственно котел, пароперегреватель, подогреватель воды и подогреватель воздуха, необходимого для горения.

Громадную роль сыграло и изучение топочных процессов, позволившее не только во много раз увеличить мощ

1766

1800