|
Его турбина состояла из двух концентрических, лежащих друг против друга
колес: внутреннего, неподвижного K, представлявшего из себя направляющий
аппарат, и внешнего с изогнутыми лопатками a, которое и было рабочим турбинным
колесом. Вода поступала в турбину сверху через трубу, обхватывавшую вал турбины,
и попадала на лопатки направляющего аппарата. Эти лопатки принуждали воду
двигаться по кривой линии, вследствие чего она втекала в горизонтальном
направлении в лопатки турбинного колеса, без удара, по всей его внутренней
окружности, отдавая последнему всю свою энергию, а затем равномерно стекала по
его внутренней окружности. Вновь поступающая и отработанная вода нигде не
смешивались между собой. Турбинное колесо было накрепко соединено с
вертикальным валом D, через который передавалось движение.
КПД турбины Фурнейрона достигал 80%. Созданная им конструкция имела
громадное значение для дальнейшей истории турбостроения. Слух об этом
удивительном изобретении быстро распространился по всей Европе.
Специалистыинженеры из многих стран в течение нескольких лет приезжали в
глухое местечко Шварцвальда, чтобы осматривать работавшую там турбину
Фурнейрона как великую достопримечательность. Вскоре турбины стали строить по
всему миру.
Переход к турбинам стал революционным переворотом в истории
гидравлических двигателей. В чем же заключалось их преимущество перед старым
водяным колесом? В приведенном выше кратком описании турбины Фурнейрона трудно
увидеть колесо Сегнера. Между тем она основана на том же принципе использования
реактивного движения водяной струи (отчего этот тип турбин и получил позже
название реактивных). Просто Фурнейрон внимательно учел все замечания Эйлера и
использовал свой собственный опыт инженерагидравлика. Турбина Фурнейрона
отличалась от водяного колеса несколькими принципиальными моментами. В водяном
колесе вода входила и выходила в одном и том же месте. Изза этого как скорость,
так и направление движения воды в лопатке колеса были различны в разные
моменты времени — колесо как бы затрачивало изрядную часть своей полезной
мощности на постоянное преодоление сопротивления струи. В турбине Фурнейрона
вода из направляющего аппарата входила на одну кромку лопатки колеса, проходила
по лопатке и стекала с другой ее стороны. Вследствие этого в турбине вода не
останавливалась, не меняла направления своего течения на обратное, а от входных
до выходных кромок текла непрерывно. В каждой точке лопаток скорость ее была
одинакова по направлению и отличалась только по величине. В результате скорость
вращения турбины теоретически зависела только от скорости воды, и поэтому
турбина могла вращаться в несколько десятков раз быстрее обычного водяного
колеса. Другое выгодное отличие турбины заключалось в том, что вода
одновременно проходила по всем лопаткам колеса, а в водяном колесе — только
через некоторые. В результате, энергия водяной струи использовалась в турбине
гораздо полнее, чем в водяном колесе, а ее габариты при той же мощности были в
несколько раз меньше.
В последующие годы выработалось несколько основных видов гидротурбин. Не
вдаваясь здесь в подробности, отметим, что все турбины XIX века можно условно
разделить на два основных типа: реактивные и струйные. Реактивная турбина, как
уже говорилось, представляла собой усовершенствованное колесо Сегнера. Она
имела турбинное колесо, насаженное на вал, с особым образом искривленными
лопатками. Это колесо заключало внутри себя или было окружено направляющим
аппаратом. Последний представлял из себя неподвижное колесо с направляющими
лопатками. Вода устремлялась вниз через направляющий аппарат и турбинное колесо,
причем лопатки первого направляли воду на лопатки второго. При выливании вода
давила на лопатки и вращала колесо. От вала вращение передавалось дальше к
какомунибудь устройству (например, электрогенератору). Реактивные турбины
оказались очень удобны там, где напор воды невелик, но есть возможность создать
перепад в 1015 м. Они получили в XX веке очень широкое распространение.
Другим распространенным типом турбин были струйные. Их принципиальное
устройство заключалось в том, что струя воды под сильным напором ударяла в
лопатки колеса и этим заставляла его вращаться. Сходство струйной турбины с
нижнебойным колесом очень велико. Прообразы таких турбин появились еще в
средние века, как это можно заключить из некоторых изображений того времени.
В 1884 году американский инженер Пельтон значительно усовершенствовал
струйную турбину, создав новую конструкцию рабочего колеса. В этом колесе
гладкие лопатки прежней струйной турбины были заменены особенными им
изобретенными, имеющими вид двух соединенных вместе ложек. Таким образом,
лопатки получились не плоскими, а вогнутыми, с острым ребром посередине. При
таком устройстве лопаток работа воды почти целиком шла на вращение колеса и
только очень малая ее часть терялась бесполезно.
Вода к турбине Пельтона поступала по трубе, идущей от запруды или
водопада. Там, где воды было много, труба делалась толстой, а где воды
оказывалось меньше, она была тоньше. На конце трубы имелся наконечник, или
сопло, из которого вода вырывалась сильной струей. Струя попадала в
ложкообразные лопатки колеса, острое ребро лопатки резало ее пополам, вода
толкала лопатки вперед, и турбинное колесо начинало вращаться. Отработанная
вода стекала вниз в отводную трубу. Колесо с лопатками и соплом прикрывалось
сверху кожухом из чугуна или железа. При сильном напоре колесо Пельтона
вращалось с огромной скоростью, делая до 1000 оборотов в минуту. Оно было
удобно там, где имелась возможность создать сильный напор воды. КПД турбины
Пельтона был очень высок и приближался к 85%, поэтому она и получила широчайшее
распространение.
После того как в 80е годы XIX века была разработана система передачи
|
|