Создание паровой турбины, как и всякое новое крупное изобретение, нельзя приписать творчеству отдельного лица. В течение XIX века различными изобретателями было выдвинуто много предложений для преобразования тепловой энергии в механическую с использованием скоростного напора вытекающей струи пара. Имеются сведения о том, что уже в 30-х годах прошлого столетия в отдельных установках применялись паровые турбины, использующие реактивное усилие вытекающей струи пара. Наибольший сдвиг в конструктивном оформлении паровой турбины и дальнейшем ее развитии наметился в конце прошлого столетия, когда в Швеции Густав Лаваль и в Англии Чарльз Парсонс независимо друг от друга стали работать над созданием и усовершенствованием паровой турбины. В турбине Лаваля, созданной в 1883 году, пар поступает в одно или несколько сопл, приобретает в них значительную скорость и направляется на рабочие лопатки, расположенные на ободе диска, сидящего на валу турбины. Усилия, вызванные поворотом струи пара в каналах рабочей решетки, вращают диск и связанный с ним вал турбины. Отличительной особенностью этой турбины является то, что расширение пара в соплах от начального до конечного давления происходит в одной ступени, что обуславливает очень высокие скорости потока пара. Преобразование кинетической энергии пара в механическую осуществляется без дальнейшего расширения пара лишь вследствие изменения направления потока в лопаточных каналах.
Турбины, построенные по этому принципу, то есть турбины, в которых весь процесс расширения пара и связанного с ним ускорения парового потока происходит в неподвижных соплах, получили название активных. Одноступенчатые турбины Лаваля, получив в начале развития турбостроения значительное распространение в качестве агрегатов небольшой мощности (до 500 кВт), в дальнейшем уступили место другим типам турбин.
Паровая турбина, предложенная в 1884 году Парсонсом, существенно отличается от турбины Лаваля. Расширение пара в ней производится не в одной сопловой группе, а в ряде следующих друг за другом ступеней, каждая из которых состоит из неподвижных сопловых и вращающихся рабочих лопаток. Сопловые лопатки закреплены в неподвижном корпусе турбины, рабочие лопатки располагаются рядами на барабане. В каждой ступени такой турбины срабатывается перепад давления, составляющий лишь небольшую долю полного перепада между начальным давлением пара и давлением пара, покидающего турбину. Кроме того, расширение пара в ступенях турбины Парсонса происходит как в сопловой, так и в рабочей решетке. Поэтому на рабочие лопатки передаются усилия не только вследствие изменения направления потока пара, но и благодаря ускорению пара в пределах рабочей решетки, вызывающему реактивное усилие. Турбины, в которых расширение пара и связанное с ним ускорение парового потока происходит примерно одинаково в каналах сопловых и рабочих лопаток, получили название реактивных.
Принцип последовательного включения ступеней, в каждой из которых используется лишь часть располагаемого теплового перепада, оказался решающим для развития паровых турбин, которое с начала 90-х годов прошлого века идет исключительно быстрым темпом. В период до войны 1914 года уровень знаний о работе металлов при высоких температурах был недостаточен для применения пара высоких давлений и температур. Поэтому паровые турбины строились преимущественно для работы паром умеренного давления 1,2 - 1,6 МПа с температурой до 350ОС. В 1915 году мощность отдельных турбин достигла уже 20 Мвт. В послевоенный период, начиная с 1918-1919 гг, продолжает сохраняться тенденция к повышению мощности. По мере увеличения мощностей соответственно повышались начальные параметры пара: давление - от 12-17 МПа в период с 1920 по 1940 гг до 35 МПа; температура - от 500 до 580° С, а в отдельных случаях до 650° С. Широко стал применяться промежуточный перегрев пара.
В России первые паровые турбины начали выпускать с 1907 года на Металлическом заводе в Санкт-Петербурге. В 1924 году ЛМЗ выпустил первую советскую паровую турбины мощностью 2 МВт. С 1930 г. ЛМЗ начал изготавливать турбины мощностью 24 и 50 МВт. Вскоре на ЛМЗ разрабатываются быстроходные конденсационные турбины большой мощности. Такими турбинами были выпущенные в 1937 году однокорпусная 50 МВт и двухкорпусная 100 МВт при 50с-1. Столь мощные быстроходные турбины до этого не встречались в практике мирового турбостроения. В то время, как на ЛМЗ было сосредоточено изготовление крупных паровых турбин, небольшие турбины мощностью до 12 МВт, начиная с 1931 года, выпускались Кировским заводом в Ленинграде. Производство небольших турбин до 6 МВт с 1937 г. организуется также на Невском заводе. В 1934 году было закончено строительство турбинного завода в Харькове (ХТГЗ). Этот завод до войны выпускал конденсационные турбины 50 и 100 МВт при п = 25с-1. Перед самой войной в Свердловске был построен новый турбомоторный завод (УТМЗ).
В 1933 году наша энергетика полностью отказалась от импорта турбинного оборудования, и строительство электрических станций и систем целиком базировалось на турбинах отечественного производства.
|