Ступени скорости

Иначе решил задачу совершенствования активной паровой турбины американский инженер Чарльз Кэртис.

В 1900 году, почти одновременно с Рато, Кэртис предложил свою конструкцию. Борясь, так же как и Рато, с недостатками турбины Лаваля и прежде всего с чрезмерно быстрым вращением рабочего вала, Кэртис нашел другой способ снижения этих оборотов. Всю энергию пара в виде его полной кинетической энергии подавать на один ряд рабочих лопаток нельзя. К этому выводу Кэртис пришел так же, как и Рато, детально изучив свойства активной турбины. Но Рато, как мы знаем, предложил постепенно снижать первоначальное давление пара в рядах неподвижных сопел, между которыми вращаются однолопастные рабочие диски, получающие кинетическую энергию по частям. Такую турбину стали называть активной турбиной со ступенями давления.

Кэртис же предложил другую многоступенчатую активную турбину — со ступенями скорости.

В двухступенчатой турбине Кэртиса пар поступает из парового котла в сопловой аппарат. Здесь он сразу, как и в турбине Лаваля, расширяется полностью, то есть до того давления, с которым он покидает турбину. Это означает, что, как и в турбине Лаваля, пар выходит из первого ряда сопел с наибольшей скоростью. Однако здесь вся кинетическая энергия пара, соответствующая этой скорости, не передается только одному ряду лопаток. Кэртис предложил на рабочем колесе турбины располагать два, три или больше рядов лопаток. А между рядами лопаток Кэртис предложил поставить неподвижные, связанные со стенками корпуса турбины направляющие каналы. Таким образом, струя пара, выходящая с большой скоростью из сопел, встречается сначала с первым рядом лопаток. Затем, не успев передать всю энергию колесу и значительно снизить свою скорость, струя попадает в неподвижные каналы, которые ее направляют на второй ряд рабочих лопаток. Отдав часть энергии первому ряду, другую часть струя пара отдает второму, и так далее.

В результате оказывается, что пар может передать колесу со многими рядами лопаток ту же энергию, что и колесу с одним рядом лопаток, но при меньшей скорости вращения колеса, — ведь пар как бы распределил свою энергию одновременно на несколько колес, сидящих на одной оси.

Если вы вспомните, как распределение энергии пара по ступеням происходило в турбине Рато, то вам сразу станет ясно, в чем разница между той турбиной и этой.

Турбина Кэртиса с двумя ступенями скорости.

Рато не давал полностью расшириться пару в первом ряде сопел, — он использовал ступенчатое расширение. Кэртис, наоборот, расширяет пар сразу до нижнего предела давлений и сразу получает наибольшую скорость. Но эту наибольшую скорость он не сразу использует на первом же венце лопаток, — он заставляет скорость снижаться постепенно, ступенями.

Турбины со ступенями скорости начали строиться в Америке. Но вскоре обнаружился их недостаток: они обладали малым коэффициентом полезного действия.

Вскоре инженеры нашли, что одновременное применение и ступеней скорости и ступеней давления имеет особые преимущества. Можно уменьшить общее количество ступеней, если первыми ступенями сделать ступени скорости и на них использовать значительную часть давления. А дальше ступенями давления уже доводить пар до полного расширения.

Этот комбинированный принцип и лег в основу дальнейшего развития паровых турбин.

Однако наряду с активными турбинами получили свое развитие и турбины реактивные.