Машина-двигатель От водяного колеса до атомного двигателя, стр. 19
Современная паровая турбина представляет собой сложное сооружение. На изготовление паровых турбин идут особые, жаропрочные металлы. Как выглядит современная паровая турбина? На рисунке (на странице 81) изображена установка с турбиной мощностью около 30 000 киловатт. На валу турбины сидит ряд дисков с рабочими лопатками. Первый слева диск — колесо Кэртиса. Здесь два ряда лопаток на одном диске и направляющие каналы между ними представляют собой ступень скорости. Остальные диски вращаются между перегородками с соплами. Это ступени давления.
Пар поступает к камере, откуда через клапан он может получить доступ к группе сопел на первой стенке корпуса. Таких клапанов несколько. Если не требуется снимать полную мощность с турбины, то часть клапанов закрывают и пар подается на колесо Кэртиса не по всей окружности, а лишь в некоторых пунктах. Потом пар, пройдя ступень скорости, заполняет весь объем цилиндра турбины, постепенно расширяясь и отдавая остальную энергию ступеням давления. Через патрубок отработанный пар уйдет в конденсатор.
На рисунке видно, как размер рабочих дисков и лопаток на них от ступени к ступени увеличивается, обеспечивая нужные проходы для расширяющегося пара.
На рисунке видно и устройство конденсатора. Он представляет собой большой резервуар, через который проходит пучок трубок. Пар из турбины выпускается в резервуар, а по трубкам циркулирует охлаждающая вода. Сконденсировавшийся пар (конденсат) собирается в нижней части резервуара и специальным насосом откачивается снова в паровой котел.
Вал турбины лежит на подшипниках и имеет очень сложные уплотнения по концам, через которые пар не может просочиться вдоль вала.
Регулирование подачи пара клапанами производят автоматически с помощью специального регулятора — вроде уаттовского.
Турбины более высоких мощностей устроены еще сложнее. Самой ответственной деталью турбины является рабочая лопатка. Эти лопатки трудно изготовить, — они имеют очень сложные формы. Их трудно закрепить, — ведь при большой скорости вращения они стремятся оторваться от диска. Наконец, они находятся всё время в контакте с горячим паром и должны быть сделаны из очень прочного, жаростойкого металла.
Таков современный паровой двигатель, являющийся основным первичным двигателем тепловых электростанций.
Но вместе с совершенствованием парового двигателя совершенствовался и паровой котел. Современные котлоагрегаты совсем не похожи на первые паровые котлы Папена или даже более поздние.
Наиболее простой паровой котел — цилиндрический. Он относится к первым образцам котлов, которые стали применяться в промышленных установках прошлого века и применяются кое-где даже сейчас.
Цилиндрический паровой котел.
Его устройство несложно. Огромный цилиндрический резервуар, похожий на железнодорожную цистерну, покоится на кирпичной подушке. Под котлом — топка, где сжигается топливо. От топки внутри кирпичных стенок, окружающих котел, идут каналы, отводящие дым, — дымоход. Сверху к котлу приклепан небольшой резервуар — сухопарник. Здесь скапливается отделяющийся от воды пар и далее отводится через трубу к паровому двигателю. На сухопарнике установлен предохранительный клапан. Он откроется в том случае, если давление пара в котле вдруг поднимется выше допустимого значения. Иначе, без клапана, давлением пара котел может разрушиться. Пополнение новой водой идет через трубку, входящую в котел сверху.
Такой котел был неэкономичным, — много сжигалось топлива и мало образовывалось пара. Кроме того, в таком котле нельзя было получать пар высокого давления, — стенки цилиндра не выдерживали.
Через много усовершенствований прошел котел до наших дней. Одним из наиболее совершенных котлов современных теплоэлектростанций является так называемый прямоточный котел.
Схема прямоточного парового котла.
Здесь нет совсем цилиндра, то есть нет котла в собственном смысле слова. Имеется лишь система змеевиков из труб. Топка — почти всё пространство, в котором размещены змеевики. Форсунки, подающие жидкое топливо, расположены в нижней части левой камеры. Здесь горит топливо. Горячие газы (дым) проходят сначала мимо первого змеевика, затем мимо второго и, наконец, мимо третьего. Затем дым отсасывается прочь специальным вентилятором-дымососом. Вода поступает в змеевик, который омывается газами в последнюю очередь и потому оказывается самым холодным. Здесь вода подогревается. Затем подогретая вода поступает в первый, главный змеевик. Проходя снизу вверх, вода нагревается и к выходу из змеевика превращается в пар. Пар далее попадает в змеевик, где происходит перегрев пара. Перегретый пар направляется к турбине. В такой котел вода подается непрерывно и под большим давлением и нагревается до высокой температуры.
Так создается в современных паросиловых установках пар высокого давления и высокой температуры.
Представим себе, как выглядит вся паросиловая установка современной тепловой электростанции.
Очевидно, пар из котла должен проходить через пароперегреватель и затем поступать в турбину. Из турбины уже отработанный пар попадет в конденсатор. Конденсат, то есть вода, в которую превратился пар, насосом вновь будет подан в котел.
Значит, на всякой теплоэлектростанции есть котел, пароперегреватель, турбина, конденсатор, питательный насос. Как будто бы не так-то и много оборудования. Но это только схема. В действительности современная теплоэлектростанция — это огромный комбинат производственных цехов.
Так, например, чтобы котел бесперебойно снабжать топливом и водой (в конденсат превращается не весь пар — есть утеки, есть отбор пара на отопление и т. д. — приходится восполнять убыль воды), существуют цехи топливоподготовки и водоподготовки. Это большие цехи, оборудованные специальными устройствами.
Большим цехом является и котельный. Современный котел — сложное сооружение. Он имеет много вспомогательных механизмов, управляется автоматически, оборудован сложными приборами. Так, например, котел, снабжающий паром турбину в 200 000 киловатт, должен испарять в час 600–700 тонн воды. Он имеет высоту десятиэтажного дома, и для привода его вспомогательных механизмов требуются электромоторы мощностью в несколько тысяч киловатт. Такие мощности развивали электростанции крупных губернских городов царской России.
Следующий цех — машинный зал. Здесь стоят турбогенераторы со всеми обслуживающими механизмами.
Наконец, последний цех — распределительный. Здесь стоят распределительные щиты, на которые подается ток генераторов и откуда электроэнергия распределяется. Сложная аппаратура, размещенная здесь, помогает четко управлять всей теплоэлектростанцией.
Итак, паровая машина уступила место паровой турбине на электростанциях большой мощности, на мощных кораблях… Но для небольших силовых установок еще нужна и паровая машина. Вот. скажем, паровоз… Его движет паровая машина.
Небольшие установки паровых машин с электрогенераторами очень удобны и в сельском хозяйстве: любое топливо, какое только есть в этом районе, можно сжигать в топке котла и получать электроэнергию.
Время, конечно, принесло изменение в конструкцию паровых машин. Сейчас они строятся быстроходными, работающими на паре повышенной температуры и давления.
Время же призвало к жизни и другие тепловые двигатели, среди которых значительное место заняли двигатели внутреннего сгорания.
Вот к ним-то теперь и перейдем.
Глава IV. Иными путями
«Пожиратель газа, вращающийся кусок сала»
Длинные языки пламени лизали стоящую на горелке колбу. Для опыта, который задумал инженер, надо было прогреть сосуд. Инженер нетерпеливо пересыпал с ладони на ладонь горсть опилок. Когда, по его расчетам, прогрев сосуда должен был окончиться, — инженер бросил опилки на дно колбы. Опилки задымили… Беловатая струйка потянулась из горловины колбы… Вдруг наружное пламя коснулось струйки и… дым загорелся. Это было удивительно. В воздухе, над колбой, повис синеватый язычок нового пламени. И пока опилки дымились, тлели, над колбой всё время трепетал синеватый огонек.