История паровой турбины: кто создал и изобрел

Ниже в хронологическом порядке представлена краткая история создания различных типов турбин.

I век нашей эры — первое сохранившееся документальное свидетельство создания паровой турбины Аироном Александрийским. К сожалению, это изобретение долгое время считалось игрушкой, и весь потенциал этой турбины не был полностью исследован.

1500 — Леонардо да Винчи рассматривал в своих рисунках так называемый «зонтик дыма», принцип действия которого был следующий: огонь нагревает воздух, который затем поднимается через соединенные вместе лопасти. Эти лезвия вращали обычную шпажку.

1551 — Таги ад-Дин строит паровую турбину, используемую в качестве источника энергии для самовращающейся косы.

1629 г. — итальянский инженер Джованни Бранк создал мельницу, работавшую за счет того, что сильная струя пара заставляла турбину вращаться, а вращательное движение передавалось от турбины на шестерню — ведомый механизм.

1678 г. — фламандский ученый Фердинанд Вербист создает первую самоходную машину на базе парового двигателя. Однако нет никаких доказательств того, что он действительно был построен.

1791 г. — англичанин Джон Барбер разрабатывает настоящую газовую турбину для привода беспилотного экипажа и получает патент на свое изобретение.

1872 г. — венгерский изобретатель Франц Штольц создает первый газотурбинный двигатель.

1890 г. — шведский инженер и изобретатель Густав де Лаваль изобретает сопло, предназначенное для подачи пара на турбину. Впоследствии он получил свое название и используется по сей день с той же целью.

1894 г. — англичанин Чарльз Парсонс получает патент на идею корабля: пароход, приводимый в движение паровой турбиной. Этот принцип толкания широко используется и сегодня.

1895 г. — на электростанции Кембриджа установлены три 4-тонных генератора радиального потока Parsons мощностью 100 кВт, которые используются для электрического освещения городских улиц.

1903 г. — норвежец Эгидиус Эллинг строит первую газовую турбину, способную генерировать даже больше энергии, чем необходимо для ее работы. В то время это считалось серьезным результатом, потому что тогда они понятия не имели о термодинамике. Одна такая газовая турбина на роторных компрессорах вырабатывала 11 л.с.

1913 — Никола Тесла получает патент на свою турбину Тесла, основанную на эффекте пограничного слоя.

1918 — General Electric, в настоящее время крупный производитель турбин, запускает собственное производство для дальнейшей продажи газовых турбин.

1920 — Британский инженер Алан Арнольд Гриффит изменил теорию потока газа на теорию потока газа на аэродинамической поверхности, которая была более формализована и применима к турбинам.

1930 — британский инженер-конструктор Фрэнк Уиттл получает патент на универсальную газовую турбину, предназначенную для реактивного движения. Двигатель с такой турбиной впервые был использован в апреле 1937 года.

1934 г. — аргентинский инженер Рауль Патерас Пескара патентует новое изобретение: поршневой двигатель, который представляет собой генератор для газовой турбины.

1936 — Немецкие конструкторы Макс Хан и Ханс фон Охайн разрабатывают и запатентовали свой новый реактивный газотурбинный двигатель в Германии. Они разрабатывали его одновременно с Фрэнком Уиттлом в Великобритании.

Давайте по пунктам

Представьте себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: двигатель работает как насос и к тому же очень неэффективен: есть воздушный фильтр в воздушном тракте (топливная смесь), изгибы впускных каналов в бензиновых двигателях и даже дроссельный клапан. Все это снижает наполнение баллона. Что можно сделать для его увеличения? Увеличьте давление перед впускным клапаном, чтобы в цилиндре было больше топливной смеси (для дизельных двигателей — воздуха). Энергия сгорания заряда с большим количеством топлива, конечно, увеличится, и общая мощность двигателя также увеличится.

Нагнетатель Roots и компрессор Lysholm

Компрессор Рутса и компрессор Лисхольма имеют линейные характеристики: скорость компрессора увеличивается синхронно со скоростью коленчатого вала, пропорционально увеличивается подача воздуха, а кривая крутящего момента двигателя, практически не меняя формы, смещается к вершине. Центрифуги и турбокомпрессоры обладают нелинейными характеристиками: их производительность увеличивается с увеличением числа оборотов. Поэтому установка того или иного агрегата по-разному изменяет характеристики (кривые мощности и крутящего момента) двигателя.

Оба типа компрессоров довольно эффективны на более низких скоростях, но Lysholm обеспечивает более ровный отклик на более высоких скоростях, при этом Roots начинает вращаться немного раньше. Преимущества Lysholm заключаются в большей эффективности и лучшем соотношении габаритов и веса, а также в том, что он меньше нагревается во время работы. Рабочая частота вращения обычно составляет 12-14 тысяч об / мин, но может доходить до 25 тысяч об / мин. Стоит отметить, что Mercedes-Benz одним из первых применил компрессоры в своих автомобилях и отдал предпочтение роторным моделям.

Роторы Lysholm своей сложной формы требуют высочайшей точности изготовления: этот тип компрессора появился на рынке намного позже, чем другие. Их основными производителями являются шведские компании Lysholm и Autorotor. Известные потребителю компании Kleemann, Whipple и др., в основном поставляют готовые комплекты на шведской основе, разработанные для конкретных двигателей. В комплекты входят интеркулер, система трансмиссии, впускной коллектор, переходники и так далее.

Механический нагнетатель

Механические вентиляторы использовались в автомобильных двигателях еще в 1930-х годах, когда их часто называли компрессорами. Сейчас этим термином обычно называют турбокомпрессоры, о которых речь пойдет ниже. Проектов механических компрессоров довольно много, и разработчики все еще проявляют к ним интерес.

Нетипичные конструкции

Одним из них является волновод Comprex, принадлежащий Asea-Brown-Boweri. Ротор этого компрессора имеет камеры или ячейки, расположенные по оси. При вращении ротора в ячейку поступает свежий воздух, после чего он попадает в отверстие в корпусе, через которое поступают горячие газы двигателя. При их взаимодействии с холодным воздухом образуется волна давления, фронт которой, двигаясь со скоростью звука, вытесняет воздух в отверстии впускного патрубка, к которому ячейка успевает подойти за это время. При продолжении вращения ротора выхлопные газы не успевают попасть в это отверстие, а выходят из следующего по ротору. В этом случае в ячейке образуется вакуумная волна, которая засасывает очередную порцию свежего воздуха и т.д.

Еще одна не совсем распространенная конструкция — спиральный или G-образный компрессор (по форме напоминающий букву G, напоминающий спираль). Идея была запатентована на рубеже веков, но из-за технических и производственных проблем долгое время никто не решался выпускать такой компрессор. Первым, в 1985 году, был Volkswagen, применивший его в двигателе купе Polo (1,3 л, 113 л.с.). В 1988 году появился более мощный компрессор G60, который несколько лет комплектовался двигателями Corrado и Passat (1,8 л, 160 л.с.), а Polo G40 выпускался до 1994 года.

Схематично конструкцию Г-образного компрессора можно представить в виде двух спиралей, одна из которых неподвижна и является частью корпуса. Второй, вытеснитель, расположен между витками первого и закреплен на валу с эксцентриситетом в несколько миллиметров. Вал приводится в движение двигателем с помощью ременной передачи с соотношением примерно 1: 2

Основные конструкции паровых турбин

Одноступенчатая модель паровой турбины

Паровая турбина состоит из двух основных частей. Лопастной ротор — движущаяся часть турбины. Статор с соплами — неподвижная деталь.

По направлению потока пара различают осевые паровые турбины, в которых поток пара движется вдоль оси турбины, и радиальные, в которых направление потока пара перпендикулярно, а лопатки ротора параллельны вращению ось.

По количеству цилиндров турбины делятся на одноцилиндровые и двух-, трех-, четырех- и пятицилиндровые. Многоцилиндровая турбина позволяет использовать большие различия тепловой энтальпии, доступные за счет организации большого количества ступеней давления, использования высококачественных материалов в частях высокого давления и раздвоения потока пара в частях среднего и низкого давления. Такая турбина дороже, тяжелее и сложнее. Поэтому в мощных паротурбинных установках используются многокорпусные турбины.

По количеству валов различают одинарный вал, двойной вал, реже — три вала, соединенных общим термическим процессом или общей зубчатой ​​передачей (редуктором). Расположение валов может быть соосным или параллельным — с независимым расположением осей валов.

• Неподвижная часть — корпус (статор) — выполнена разделенной в горизонтальной плоскости для возможности снятия или установки ротора. В кожухе имеются пазы для установки диафрагм, разъем которых совпадает с плоскостью кожуха турбины. По периферии диафрагм расположены сопловые каналы (решетчатые), образованные изогнутыми лопастями, которые залиты в корпус диафрагм или приварены к нему.

• В местах прохождения вала через стенки корпуса устанавливаются торцевые уплотнения для предотвращения утечки пара наружу (со стороны высокого давления) и забора воздуха в корпус (с нижней стороны). Уплотнения устанавливаются там, где ротор проходит через диафрагмы, чтобы предотвратить перетекание пара от одной ступени к другой в обход сопел.

На переднем конце вала установлен ограничительный регулятор (предохранительный регулятор), который автоматически останавливает турбину при увеличении скорости на 10-12% от номинальной.

Итория изобретение турбин доклад-сообщение

Турбина — это механизм, преобразующий внутреннюю энергию пара, газа или жидкости в механическую работу на валу. Различают паровые турбины и газовые турбины. Их отличие состоит только в том, что пар, образующийся при испарении воды в котле, используется в качестве рабочего тела в паровой турбине, а газ, соответственно, используется в газовой турбине. В остальном конструкция турбины практически совпадает.

История изобретения турбин восходит к глубокой древности. Первая попытка в этом направлении была предпринята в I веке нашей эры древнегреческим ученым Героном Александрийским. Он сделал агрегат, который назвал «Эолипил», отдаленно напоминающий паровую турбину. Устройство состояло из двух полых металлических полусфер, соединенных вместе и образующих сферу, из которой выходили два изогнутых сопла. Полусферы соединялись двумя трубами с котлом. Воду наливали в котел и нагревали на прямом огне. Вода в котле испарилась, превратилась в пар и попала в шар по трубам. Пар, выходящий из сопел, заставил сферу вращаться. Никто из современников Герона всерьез не воспринял его изобретение, поэтому на практике эолипил не нашел применения.

Дальнейшие упоминания о турбинах относятся к началу 16 века. Турбинные устройства описаны в трудах Леонардо да Винчи и арабского инженера Таги ад-Дина.

Машины, которые больше всего напоминают современные турбины и нашли практическое применение, были изобретены только в начале 17 века. Первым преуспел итальянский инженер Джовани Бранка. Бранка сделал паровую турбину, которая заставляла жернова вращаться. В конце 18 века английский ученый Джон Барбер запатентовал первую газовую турбину. В его изобретении было много элементов, используемых в современных газовых турбинах. Барбер разработал эту турбину специально для езды на повозке без лошади.

Девятнадцатый век стал очень богат на изобретение турбин всех видов. Но все они имели очень низкий КПД и поэтому могли работать только с небольшими нагрузками. Только в конце XIX века шведский инженер Густав Лаваль изобрел турбину, способную работать в промышленных масштабах. Лаваль значительно улучшил конструкцию, дополнив сопла коническими расширителями. Позднее такие сопла стали называть «соплами Лаваля». На их основе впоследствии были изготовлены современные ракетные сопла.

При этом независимо от Лаваля английский инженер Чарльз Парсонс запатентовал многоступенчатую турбину, которая нашла применение не только в энергетических установках, но и на военных кораблях. С помощью этой турбины корабли могли развивать рекордную для того времени скорость в 60 километров в час.

Улучшение турбин продолжалось и в 20 веке. До середины 20 века их изобретали:

• газовая турбина, которая выделяет больше энергии, чем было потрачено на ее производство (Egidius Elling — Норвегия);
• реактивная газовая турбина (Фрэнк Уиттл — Англия);
• поршневой двигатель, служивший источником энергии для газовой турбины (Рауль Пескара — Аргентина).

Роль турбин в современном мире не уменьшается, а только возрастает. Турбины продолжают совершенствоваться и работают на благо человечества.

От прошлого к настоящему

До эпохи двигателей внутреннего сгорания паровая турбина долгое время была краеугольным камнем технического прогресса. Это тот редкий случай, когда изобретения настолько успешны, что их продолжают использовать и в наше время, хотя и с рядом улучшений. Учтите, что не следует путать паровые турбины и классические паровые машины (один и тот же паровоз). У них другой принцип работы и несравнимый КПД.

Турбина Бранки

В начале 1629 года изобретатель и механик Джованни Бранки собрал первую паровую турбину. Принцип действия основан на преобразовании потенциальной энергии пара в кинетическую энергию и выполнении полезной работы. Суть его изобретения заключалась в том, что струя пара своим давлением приводила в движение колесо с лопастями, подобное колесу водяной мельницы. Но турбины этого типа имели очень ограниченную мощность, так как невозможно было создать высокое давление струи. Таким образом, после долгой паузы история изобретения паровой турбины возобновляет новый цикл.

Шар Соломона

Кроме того, история изобретения турбин развивалась не так быстро. К сожалению, большинство изобретений древних греков остались забытыми и не нашли дальнейшего применения. Только в начале 17 века описано нечто похожее на паровую машину, хотя и очень примитивное. Французский ученый-изобретатель Соломон де Кау в своих трудах описывает полую металлическую сферу с двумя трубами, одна из которых служит для подачи, а другая — для отвода воды. А если мяч нагреть, вода по трубке начнет двигаться вверх.

Паровой бум

В 1825 году инженер-изобретатель Ричард Трейвисик попытался установить на колесо паровоза два сопла и пропустить через них пар высокого давления. На тех же принципах была построена лесопилка, построенная американским механиком У. Эйвери. Многие авторы хотели, чтобы история изобретения турбины также сохранила их имена. Только в Англии за более чем 20 лет были выданы патенты на более чем 100 изобретений, касающихся паровых турбин или принципов их работы.

Турбина в промышленности

В течение 5 лет, начиная с 1884 года, независимо друг от друга швед Карл Густав де Лаваль и ирландец Чарльз Парсонс работали над созданием паровой турбины, пригодной для использования в промышленности. Лаваль изобрел расширяемое сопло, которое значительно увеличило скорость выходящего пара, и, как следствие, скорость вращения ротора турбины также увеличилась.

Но благодаря изобретению Лаваля удалось получить лишь небольшую выходную мощность, порядка 500 кВт. Его паровые турбины изначально нашли широкое распространение, но вскоре были заменены более мощными агрегатами другого типа.

Героновский эолипил

История изобретения турбин восходит к глубокой древности, но люди смогли использовать пар на благо человечества только в конце 17 века. Еще в начале нашей эры греческий ученый Герон Александрийский ясно продемонстрировал, что пар может быть полезен. Его изобретение, названное в честь изобретателя «Героновский эолипил», представляло собой шар, который вращался под действием струи пара. Так родился первый прототип паровой турбины.

Реактивная турбина

История паровых турбин включает также изобретение многоступенчатой ​​реактивной турбины Парсонса. Отличие этого изобретения заключалось в более низкой скорости вращения и максимальном использовании энергии пара. Столь существенные изменения были достигнуты благодаря тому, что пар постепенно расширялся, проходя в турбинной системе 15 ступеней. Поэтому труды ученого нашли практическое применение в промышленности. На этом завершается рассказ об изобретении турбин, кратко описываются главные герои прошлого, приверженные решению этой важной проблемы. С тех пор турбина Парсонса претерпела огромное количество модификаций и улучшений, но тем не менее основные принципы остались неизменными.

Конструкция паровых турбин

Схематический продольный разрез активной паровой турбины с тремя ступенями давления: 1 — кольцевая камера острого пара; 2 — форсунки первой ступени; 3 — лопатки первой ступени; 4 — сопла второй ступени; …

Изделие Т состоит из двух частей трубопроводов — ротора с лопатками (подвижная часть турбины) и статора с соплами (неподвижная часть). Образующийся в паровом котле паровой поток под высоким давлением поступает через направляющие (статор с соплами) на изогнутые лопатки турбины, закрепленные по окружности ротора, и, воздействуя на них, приводит в движение закрепленный на нем ротор вал с электрическим генератором команд, во вращении (преобразование тепловой энергии пара в механическую работу). Каждый ряд направляющих и лопаток называется ступенью турбины (как правило, ступень турбины имеет несколько ступеней). Тело П т. При разных ступенях давления он разделен на диафрагмы, разделенные диафрагменными камерами, в каждой из которых размещен один из дисков с лопастями (рис.). Пар может проникать из одной камеры в другую только через сопла, расположенные по окружности диафрагм. Давление пара уменьшается после каждой фазы, а расход пара на выходе остается примерно одинаковым, что достигается выбором соответствующего размера сопла.

Роторы П т., Предназначенные для электроприводов генераторов, работающих от электросети, имеют фиксированную частоту вращения — 3000 об / мин в России и 3600 об / мин в США и других странах. Роторы газотурбинного двигателя, предназначенного для других потребителей энергии, могут иметь другую скорость вращения, соответствующую характеристикам оборудования потребителя (например, транспортных турбин). Давление и температура пара перед турбиной определяются ее назначением.

Мощные паровые турбины имеют сложную конструкцию и большие габариты (см. Рис. На конденсационной турбинной станции). Длина всей установки может достигать 30 м. Установка расположена на фундаменте, который представляет собой многоопорный бетонный рельс, конструкцию, опирающуюся на общую фундаментную плиту. Конструкция П т он разделен на несколько цилиндров (частей) — высокого давления (HPC), среднего давления (HPC) и низкого давления (LPH). Обычно мощный П т имеет ЦВД, один-два ЦСД и несколько. CND. Пар поступает в турбину, проходит через ЦВД последовательно все ступени, затем через ЦВД (в одном или двух параллельных потоках), затем, разветвляясь для многих других параллельных потоков, проходит ЦНД и выпускается в конденсатор. Разветвление потоков перед конденсатором необходимо для увеличения единичной мощности турбины, поскольку однопоточная турбина может генерировать ограниченную мощность, которая зависит от длины лопаток ротора последней ступени. Для обеспечения надежной работы ПТ он ​​оборудован системой безопасности, предотвращающей возникновение и развитие аварийных ситуаций. Основные преимущества P t .: Большая емкость привода, широкий диапазон мощностей, длительный срок службы. Недостатки П т .: высокая инерционность (длительное время пуска и останова), высокая стоимость строительства и ремонта. В паровых турбинах тепловых электростанций давление пара может достигать 24 МПа и выше, температура — 545–600 ° С; мощность промышленных блоков, работающих на тепловых электростанциях — до 1200 МВт, на атомных станциях — до 1900 МВт. Эффективность современного P t. Достигает 40-42%.

Процесс расширения пара в паровой турбине

P1 h1 s1 — давление, энтальпия и энтропия пара на входе в турбину;

P2 h2 s2 — давление, энтальпия и энтропия выхлопного пара, выходящего из турбины;

1 — расширение пара в турбине;

2 — насыщенный пар;

3 — вода в состоянии насыщения (кипения);

4 — изотерма начальной температуры;

5 — изотерма конечной температуры;

6 — изобара начального давления;

7 — изобары конечного давления;

8 — критическая точка

(в критической точке весь объем воды превращается в пар (исчезает разница между жидкой и газовой фазами воды).);

9 — кривая постоянной влажности пара.

Краткий исторический обзор развития турбин

Попытки изобрести турбины предпринимались постоянно. Первые результаты датируются I веком нашей эры, а идея паровой турбины сохранилась до наших дней.

Кратко рассмотрим этапы создания в хронологическом порядке.

130 г н.э. — эта дата является самым ранним упоминанием об изобретении паровой турбины, о котором сохранились документальные свидетельства. Греческий цапля Александрийский, математик и механик, спроектировал и построил простейшую турбину и дал ей название «эолипил».

Эолипил выглядел так: полностью залатанный котел, на поверхности которого торчали две трубы. На этих трубах был установлен полый шар, а на нем были две насадки в форме буквы «L». В котел наливали воду, которую затем нагревали над огнем.

Как только температура воды повышалась, появлялся пар, который по трубам проходил в шар, под воздействием выталкивался из форсунок, и шар начинал вращаться. Но во времена Герона изобретение не получило признания, поскольку эолипил не нашел практического применения, поэтому они относились к нему как к игрушке.

1500 г. — итальянский ученый и изобретатель Леонардо да Винчи упомянул в своих работах устройство, напоминающее турбину. С помощью огня нагревается воздух, что приводит к вращению лопастей.

1551 — Сириец из Дамаска Таги ад-Дин описывает турбинный механизм в своем докладе «Высокие методы воздушных машин». Устройство было устроено следующим образом: закрытый медный котел наполнялся водой и доводился до кипения на огне.

Струя пара из сопла подавалась на колесо, которое вращало вертел для барбекю. В Германии в музее Института истории исламской науки хранится копия этого аппарата.

1629 — итальянский инженер Джованни Бранк строит прототип мельницы. Идея заключалась в том, что мощный поток заставлял турбину вращаться.

1678 — Фламандский Фердинанд Вербист изобретает подобие самоходной машины на основе парового двигателя. Но подтверждений этому нет.

1791 г. — английский ученый Джон Барбер запатентовал настоящую газовую турбину. Он мог работать на нефти, угле и дереве.

1872 г. Франц Штольц из Венгрии изобретает первый газотурбинный двигатель.

1890 — Конструктор Густав де Лаваль разрабатывает сопло. Он использовался для подачи пара на турбину.

1894 — Британец Чарльз Парсонс патентует концепцию парохода, приводимого в движение турбиной.

1895 г. — в Великобритании освещены Кембриджские бульвары, рабочие установили три 4-тонных генератора мощностью сто киловатт.

1903 — Скандинав Эгидиус Эллинг первым построил газовую турбину. Он производил больше энергии, чем необходимо для себя, но этот факт игнорировался.

1913 — Его турбина запатентована инженером и изобретателем Никой Тесла. Он не был похож на все предыдущие изобретения, у него не было лопастей, и его принцип был основан на принципе пограничных слоев.

1918 г. — американская марка General Electric первой наладила собственное производство.

1920 г. — британский ученый Алан Гриффит изменяет принцип течения газа через аэродинамическую плоскость.

1930 — Британский ученый Фрэнк Уиттл изобретает реактивную газовую турбину. А весной 1937 года были сданы первые испытания.

1934 — Рауль Патерас Пескара из Аргентины создает поршневой двигатель, который является источником энергии для газовой турбины.

1936 г. — группа немецких ученых М. Хана и Х фон Охайна одновременно с британцем Фрэнком Уиттлом разработала двигатель на основе реактивной турбины.

Современный мир не может обойтись без использования турбин, и с каждым днем ​​их роль все больше возрастает. Эти устройства надежны, модернизированы и работают на благо мирового населения, ведь наука не стоит на месте и возможны новые открытия в истории развития турбиностроения.

Паровая турбина. Изобретение

Считается, что впервые такая турбина была разработана и изготовлена ​​из металла шведом П. Лавалем. Уже в 1889 году возникла потребность в эффективном двигателе для сепаратора молока, способном вращаться с частотой не менее 100 оборотов в секунду. Принцип работы турбины был довольно прост: лопасти размещались на поверхности цилиндра, закрепленного на валу, в который попадала струя перегретого пара из расположенного рядом котла. Потенциальная энергия пара была преобразована в кинетическую энергию, заставив цилиндр вращаться. Лаваль эмпирически определил, что наилучшие результаты могут быть получены, если пар выпускается через конические сопла, а не через прямые трубы.

Однако самая известная паровая турбина английского Ч. А. Парсонса. Он разработал ее практически параллельно с Лавалем, но не только усовершенствовал, но и догадался подключить к электрогенератору (прототип современной системы GD).

В 1894 году он создал корабль с паротурбинным двигателем (максимальная скорость около 60 км / ч). Идея оказалась настолько успешной, что после 1900 года большинство боевых кораблей оснащалось аналогичными двигателями.

Виды турбин

Виды определяются исходя из вида энергии, которая в них преобразуется — на основе пара или на основе газа:

1. Паровая турбина: нагретый водяной пар расширяется и, попадая в поток, вращает ротор. Паровые потоки действуют на лопасти, двигаясь. Помимо электроэнергии, эти турбины могут также вырабатывать тепловую энергию.
2. Газовая турбина: в ней сжатый и нагретый газ преобразуется в механическую работу на валу. Он состоит из лопаток, прикрепленных к дискам (ротору) и направляющих лопаток, которые закреплены в корпусе (статоре).

Под давлением и при высокой температуре газ проходит через сопловое устройство в области низкого давления, расширяется и ускоряется более сильно по пути. После того, как газовый поток достигает лопастей, он отдает часть своей кинетической энергии.

Лопасти передают крутящий момент через диски на вал. Газовая турбина вращает вал генератора, и в этом проявляется ее эффективность. Используется в когенерационных установках.

Малые паровые турбины

В энергетическом секторе под малыми генерирующими станциями понимаются блоки мощностью менее 10 МВт. В настоящее время в России, как и в других странах с рыночной экономикой, очень остро стоит вопрос электроснабжения предприятий и населенных пунктов в удаленных районах, где отсутствует централизованное электроснабжение. Для более старых схем дизельного производства они становятся чрезвычайно дорогими из-за роста цен на дизельное топливо. Проблема подключения к сети новых малых и средних предприятий также иногда стоит остро, когда для них нет резервов электроэнергии. В этом случае всегда определяется — что дешевле: построить новые сети к магистральным линиям электропередачи, подключившись к ним по расценкам местных энергетиков, а затем получать энергию по их ценам, или построить свою небольшую автономную электростанцию и быть полностью энергонезависимым. В этом случае небольшие паровые электростанции, работающие на дешевом твердом топливе, всегда могут давать электроэнергию по более низкой цене, чем те, которые предлагают энергетики получать из сети.

Но на этом пути автономной энергии всегда возникает вопрос о стоимости небольшой паровой электростанции. При уменьшении габаритов паросиловой установки с турбиной снижается ее термодинамический КПД и увеличивается цена за 1 кВт суммарной мощности. Таким образом, стоимость паровых турбин с паровыми турбинами по циклу ORC итальянского производителя «TURBODEN» составляет около 3 тысяч евро за 1 кВт установленной мощности. А КПД такой дорогой установки по электричеству очень низкий — всего 18 %.

Попытки построить стандартные малые паровые электростанции с паровыми турбинами всегда основывались на их низком КПД. Например, в книге Ф. Бойко «Промышленные транспортные локомотивы» указывается, что в середине 1950-х годов турбогенератор паровоза мощностью 1 кВт потреблял 100 кг пара на 1 кВт в час (КПД — 1%%), а в книге П. Черняева «Морские электростанции и их работа» (учебник для вузов) — указано, что в середине 1970-х годов основные паровые электростанции с турбинами достигли КПД 35%, а паровая мощность малые корабельные агрегаты мощностью 15-50 кВт (для управления вспомогательными механизмами корабля) потребляли до 30 кг пара в час на 1 кВт мощности, что в 5 раз хуже, чем у основного вагона. Трудность в достижении высоких значений КПД для небольших турбин, характерных для больших турбин, заключается в изменении соотношения между скоростью пара, выходящего из сопел, и окружной скоростью лопаток турбины, поскольку диаметры роторов уменьшаются малые турбины. Вот почему небольшие паровые турбины редко используются в автономной и распределенной выработке электроэнергии.