Пароход - Болгаров Николай Павлович - Страница 10

И вдруг вместо королевской яхты откуда-то вынырнуло и с невероятной скоростью промчалось перед строем небольшое узенькое суденышко.

Самый быстроходный сторожевик бросился в погоню за нарушителем порядка. Но куда там! Успели только прочитать надпись на корме — «Турбиния». Скорость хода этого судна была в полтора раза выше, чем скорость лучших морских ходоков мира.

Вот поэтому-то строителя и владельца судна не только не отдали под суд «за безобразие на рейде», но наоборот — очень любезно пригласили в Адмиралтейство.

Строителем оказался инженер Парсонс. На своем судне он впервые в мире применил паровую турбину.

Пар в турбине работает совсем иначе, чем в паровой машине. Если направить сильную струю пара, вытекающего из конической трубки — сопла, в криволинейный канал, то эта струя, протекая по каналу, будет давить на его вогнутую стенку больше, чем на выпуклую. На этом простом свойстве и основано действие пара в турбине. Пар из нескольких сопел под большим давлением устремляется на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности колеса и вращает его примерно так же, как вода мельничные колеса.

У турбины две основные части: одна неподвижная, называемая корпусом, или статором, и другая подвижная — это диск, или ротор, который может вращаться. К внутренней стенке статора прикреплено множество направляющих лопаток. Обод ротора также усеян сотнями и даже тысячами рабочих лопаток особой формы. Они изогнуты в сторону, противоположную изгибу направляющих лопаток. Промежутки между рабочими лопатками и есть те криволинейные каналы, куда поступает с направляющих лопаток пар. Давление пара на рабочие лопатки заставляет вращаться ротор турбины. Так работает одноступенчатая паровая турбина. Ее и изобрел шведский инженер Лаваль.

Так работает одноступенчатая турбина. 1 — подвод пара от котла; 2 — направляющие лопатки (сопла); 3 — рабочие лопатки; 4 — диск (ротор), на котором закреплены рабочие лопатки; 5 — вал; 6 — выпускной патрубок; 7 — конденсатор; 8 — подача холодной воды, 9 — охлаждающие пар трубки; 10 — отвод воды охлаждения; 11 — отвод конденсата.

Но такая турбина не нашла распространения и в конце концов уступила место другим, более совершенным.

Произошло примерно то же, что и с паровой машиной, у которой стали делать несколько цилиндров.

Дело в том, что одноступенчатая турбина не могла иметь хорошего коэффициента полезного действия. Такой коэффициент в первую очередь зависит от того, с какой температурой и с каким давлением пар начинает и кончает свою работу. Оказывается, чем больше начальное давление и температура и чем ниже давление и температура пара, покидающего турбину, тем больше механической энергии для вращения ротора он дает. У современных судовых турбин пар входит в направляющие лопатки с температурой до 450 °C и давлением в 65 атмосфер и выше. Давление пара в конце его работы зависит от того, насколько разрежен воздух в конденсаторе турбины. А давление в конденсаторе в 15–20 раз меньше атмосферного. Чтобы довести расширяющийся пар с давления в 65 атмосфер до такого ничтожного давления в конденсаторе, пришлось бы строить турбину огромных размеров. Поэтому современную турбину делают не одноступенчатой, а многоступенчатой. Такую турбину впервые и создал Парсонс. В многоступенчатой турбине огромное количество тепла от пара теряется не сразу, а постепенно, — в последовательно расположенных ступенях. Как же это происходит?

Многоступенчатая турбина состоит из двух и даже трех корпусов. Первый по ходу пара корпус называют турбиной высокого давления, следующий — турбиной среднего давления и последний — турбиной низкого давления. И внутри каждого корпуса не один, а много дисков с лопатками. Например, у турбины высокого давления их бывает до двенадцати. Диски отделены друг от друга перегородками — диафрагмами, — в которых расположены направляющие лопатки. Поступая в турбину высокого давления, пар расширяется в направляющих лопатках и, приобретая значительную скорость, идет на рабочие лопатки первого диска; затем — в направляющие лопатки следующей диафрагмы, расширяется в них, снова набирает скорость и опять идет на рабочие лопатки следующего — второго — диска, и так далее. Потом, совершив работу в первом корпусе, пар последовательно переходит в турбину среднего давления, а из нее — в турбину низкого давления, проделывая там такую же работу. Здесь давление пара уменьшается постепенно, и в каждом корпусе пар совершает полезную работу. Так, в турбину высокого давления он входит с давлением в 65 атмосфер, в турбину среднего давления—15 атмосфер, а в турбину низкого давления он поступает с совсем небольшим давлением — не более 2,5 атмосферы. На каждой ступени объем пара с уменьшением давления растет. Поэтому размеры направляющих и рабочих лопаток увеличиваются от ступени к ступени. Значит, растут в своих размерах и диски. Последние диски турбины низкого давления очень большие.

Многоступенчатое устройство турбин и позволило сооружать их такой мощности, о которой не могли даже и мечтать в начале нашего столетия. Теперь мощность судовой турбины достигает 75 000 лошадиных сил.

Турбина с зубчатым редуктором вращает винт парохода. 1 — котел: 2 — турбина высокого давления; 3 — турбина низкого давления; 4 — турбина заднего хода (на одном валу с турбиной низкого давления); 5 — главный паропровод; 6 — зубчатый редуктор; 7 — конденсатор; 8 — подача забортной воды для конденсатора, 9 — циркуляционный насос; 10 — отвод забортной воды; 11 — вспомогательные турбонасосы; 12 — упорный подшипник; 13 и 14 — промежуточные валы; 15 — гребной винт; 16 — руль; 17 — машинный люк; 18 — дымовая труба.

Для заднего хода судна имеется особая турбина.

Прежде турбины ставили главным образом на быстроходных военных кораблях и больших трансатлантических экспрессах — лайнерах. Теперь их начинают применять и на обычных торговых судах. На одном из судостроительных заводов нашей страны приступают к постройке торговых судов (грузоподъемностью в 10 000 тонн), на которых будет установлена двухкорпусная турбина мощностью в 13 000 лошадиных сил. Она будет сообщать судну очень высокую скорость — 18,5 узла.

Паровая турбина — быстроходный механизм. Ее вал вращается со скоростью нескольких тысяч оборотов в минуту. Что же получится при вращении гребного винта с такой скоростью? Получится бесполезная работа, так как лопасти винта будут только разбрасывать воду по сторонам, образуя вокруг себя пустоту. Тут уже не будет давления винта на упорный подшипник, а значит, и пароход не будет двигаться.

Именно так сначала и произошло на «Турбинии». Долго Парсонс ничего не мог понять: мощная турбина вращала гребной винт с бешеной скоростью — 2000 оборотов в минуту, а судно двигалось еле-еле.

Три года мучался Парсонс, переменил десять винтов на «Турбинии», пока не выяснил, что гребной винт, для вращения которого и служит турбина, не должен вращаться с такой скоростью. Для хорошей его работы нужна скорость вращения не более 250 оборотов. Как же быть в таком случае? Как заставить быстроходную турбину вращать винт с нужной неторопливостью? Для этого придумали соединять вал турбины с судовым валопроводом при помощи специальной зубчатой передачи — редуктора.

Конечно, все вы видели лебедку для подъема или перетаскивания тяжелых грузов. У такой лебедки два зубчатых колеса, сцепленных друг с другом. Диаметр того колеса, что ближе к рукоятке лебедки, в несколько раз меньше другого. Применение таких колес дает большой выигрыш в силе. При вращении рукоятки предмет поднимают или тащат легко, но зато очень медленно. Примерно то же самое получается и с редуктором. Его зубчатые колеса соединяют вал турбины с судовым валопроводом, а через него — с гребным винтом. Размеры колес подобраны таким образом, что судовой валопровод и гребной винт вращаются во много раз медленнее вала быстроходной турбины. В последнее время очень часто вместо такого редуктора применяют электрическую передачу. Тут зубчатые колеса заменяются электрическим током. Ток подают тихоходному двигателю, и он спокойно вращает гребной винт с той скоростью, какая нужна. Суда с электрической передачей от турбины к гребному винту называют турбоэлектроходами, в отличие от дизель-электроходов, на которых электропередача передает на валы работу дизелей. Суда с дизельными установками называют теплоходами.