Парни турбини като основен двигател в ТЕЦ
"Парни турбини като основен двигател в ТЕЦ"
Историята на развитието на парните турбини
Представете си затворен метален съд (котел), частично напълнен с вода. Ако запалите огън под него, тогава водата ще започне да се нагрява и след това да кипи, превръщайки се в пара. Налягането вътре в котела ще се повиши и ако стените му не са достатъчно здрави, той може дори да експлодира. Това показва, че парата е натрупала резерв от енергия, която накрая се проявява като експлозия. Не може ли да се накара пара да свърши полезна работа? Този въпрос заема учените от много дълго време. Историята на науката и техниката знае много интересни изобретения, в които човекът се опитва да използва енергията на парата. Някои от тези изобретения бяха полезни, други бяха просто умни играчки, но поне две от тези изобретения трябва да се нарекат велики; те характеризират цели епохи в развитието на науката и техниката. Тези велики изобретения са парната машина и парната турбина. Парната машина, която се използва индустриално през втората половина на 18 век, революционизира технологията. Той бързо се превърна в основния двигател, използван в индустрията и транспорта. Но в края на 19 и началото на 20 век. достижимата мощност и скорост на парната машина вече са станали недостатъчни.
Имаше нужда от изграждането на големи електроцентрали, за което беше необходим мощен и високоскоростен двигател. Парната турбина се превърна в такъв двигател, който може да бъде изграден за огромна мощност при висока скорост. Парната турбина бързо измести парната машина от електроцентрали и големи параходи.
Историята на създаването и усъвършенстването на парната турбина, както всяко голямо изобретение, е свързана с имената на много хора. Освен това, както обикновено се случва, основният принцип на работа на турбината е бил известен много преди нивото на науката и технологиите да позволи изграждането на турбина.
Принципът на работа на парна машина е да се използват еластичните свойства на парата. Пара периодично влиза в цилиндъра и, разширявайки се, върши работа, движейки буталото. Принципът на работа на парна турбина е различен. Тук парата се разширява и потенциалната енергия, съхранявана в котела, се превръща във високоскоростна (кинетична) енергия. На свой ред кинетичната енергия на парната струя се преобразува в механична енергия на въртене на турбинното колело.
Историята на развитието на турбината започва с топката на Херон Александрийски и колелото на Бранка. Възможността за използване на енергията на парата за получаване на механично движение е отбелязана от известния гръцки учен Херон Александрийски преди повече от 2000 години. Той построи устройство, наречено топка на чаплата (фиг. 1).
Топката можеше да се върти свободно в две опори, направени от тръби. Чрез тези опори парата от котела влиза в топката и след това излиза в атмосферата през две тръби, огънати под прав ъгъл. Топката се завъртя под действието на реактивни сили, произтичащи от изтичането на струи пара.
Друг проект е описан в работата на италианския учен Джовани Бранка (1629). В горната част на котела се вкарва тръба (фиг. 2).
Тъй като налягането на парата в котела е по-голямо от атмосферното налягане на въздуха около котела, парата изтича през тръбата.
Струя пара удря свободния край на тръбата и падайки върху лопатките на колелото го кара да се върти.
Моделът на Херон и колелото на Бранк не са двигатели, но те вече посочват възможни начини за получаване на механично движение поради енергията на движещата пара.
Има разлика в принципите на действие на топката на Херон и колелото на Бранк. Топката на чаплата, както вече споменахме, се върти под въздействието на реактивни сили. Това са същите сили, които тласкат ракетата. От механиката е известно, че струя, изтласкана от съд под действието на натиск, от своя страна притиска кораба в посока, обратна на посоката на изтичане. Това е очевидно въз основа на третия закон на Нютон, според който силата, изтласкваща струята, трябва да бъде равна и противоположна на силата на реакцията на струята върху кораба.
В турбина на Бранк потенциалната енергия на парата първо се преобразува в кинетичната енергия на биещата от тръбата струя. След това, когато струята удари лопатките на колелата, част от кинетичната енергия на парата се превръща в механична енергия на въртенето на колелото.