Техника в ее историческом развитии

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

С 80-х годов XIX в. начинается использование вместо гидромеханических установок гидроэлектрических станций с двигателями нового типа — Водяными турбинами.

В 1882 г. была построена первая американская гидроэлектростанция. Генераторы, приводимые в действие гидравлическими турбинами, относились к тихоходным машинам. Ротор таких генераторов можно было укреплять на одном валу с рабочим колесом турбины. Из-за относительно низких скоростей вращений гидрогенераторы по своим размерам и весу были больше других электрических машин. Их изготовление всегда было сопряжено с большими техническими и производственными трудностями. Одно из ценных качеств водяных турбин состояло в экономном расходовании воды. С момента использования на гидроэлектростанциях турбин в качестве первичного двигателя их проектирование и установка согласовались с параметрами водотока и характером гидросооружения [38]. Поэтому прп строительстве гидрогенераторов эти параметры являлись основополагающими при проектировании, а сами агрегаты часто были уникальными. Весьма показательно развитие турбин Н. Ж. Жонваля (Франция). Первые образцы горизонтальных осевых (в современной терминологии) турбин появились в конце 40-х годов XIX в. Это были турбины Жонваля мощностью порядка 140 л.с. За сорок лет (к 1890 г.) их максимальная единичная мощность не поднялась выше 500 кВт. Использовались они для привода рабочих машин, расположенных в непосредственной близости от турбин, через зубчатые передачи или ременные и канат

ные трансмиссии. Предельные допускаемые нагрузки на передаточные устройства ограничивали максимальную мощность турбин Жонваля. После 1891 г., когда стала возможной передача энергии трехфазным током на значительные расстояния и стали постепенно переходить на прямое соединение турбины с генератором, мощности турбин Жонваля стремительно возросли и приблизились в 1900 г. к 1200 кВт.

На первых станциях устанавливали самые разнообразные гидравлические двигатели. Так, Лауфен-Франкфуртская передача получала энергию от оригинального двигателя, напоминавшего турбину Жонваля; ее гидрогенератор имел мощность 300 л.с. и работал на токе 55 В и 30—40 Гц. На Рейнской станции использовали турбины Жонваля, на станции в К ас- селе (Германия) — турбины Кнопа. Наиболее подходящей по мощности, скорости и удобству монтажа и эксплуатации из всех конструкций, появлявшихся в 80-х годах XIX в., оказалась реактивная радиалыю- осевая турбина Д. Б. Френсиса [39].

В процессе развития радиально-осевые турбины приспосабливались ко все большим напорам. В 1906 г. предельным для них был напор около 50 м, в 1910 г.—150 м, в 1920 г.—210 м. Мощности их также быстро увеличивались вместе с ростом мощностей гидроэлектростанций. Так, мощность указанного типа турбин в 1900 г. составляла 1000—1200 кВт, а в 1910 г.—8000—10 000 кВт [40].

Для Ниагарской ГЭС, в частности, в 1903—1913 гг. поставляли турбины мощностью 11 390 л.с. с числом оборотов 187,5 в минуту при напоре 53,4 м и расходе воды 20 м3/с. Во втором десятилетии XX в. единичные мощности радиально-осевых гидравлических турбин выросли до 20 000 кВт [41].

В первом десятилетии XX в. в странах Европы и Америки приступили к использованию энергии более мощных, в том числе и равнинных рек. Это потребовало повышения быстроходности и пропускной способности турбин. Удовлетворение потребности в быстроходности стало основным в гидротурбиностроении и было достигнуто разработкой новой системы осевых реактивных турбин — поворотно-лопастных. Подобные конструкции были созданы профессором высшей школы в Брно В. Капланом после их длительного исследования на моделях с 1912 по 1916 г. Он коренным образом изменил форму и конструкцию рабочего колеса и добился резкого повышения быстроходности и пропускной способности турбин с вращающимися лопастями.

В 80-е годы нашла признание еще одна конструкция, непосредственно связанная с электростанциями, колесо Л. А. Пельтона (1880 г., Америка) [36, с. 59]. Это была тангенциальная активная турбина, работавшая за счет живой силы струи, направляемой на ковшеобразные лопатки (в СССР эти турбины получили название ковшевых). Первая трехфазная передача в США в Редланде (Калифорния) была осуществлена с помощью колес Пельтона (мощность установки 400 л.е.). Вторая передача в Калифорнии (15 км, 10 000 В) также имела колесо Пельтона, передававшее генератору мощность 250 л.с. Вслед затем новые турбины распространились в Европе и стали изготовляться европейскими заводами [37, с. 264, 265]. Их основное преимущество состояло в возможности необычайно широкого применения при больших напорах водотока и в большом диапазоне мощностей.

Турбины Френсиса и Пельтона надолго утвердились в гидроэлектро- строительстве. Вместе с эволюцией турбинной части совершенствовались и гидрогенераторы как единый агрегат. Применяли две основные конструкции гидрогенераторов: с горизонтальным валом для скоростей вращения более 200 об/мин и вертикальным валом для меньших скоростей. Вертикальные гидрогенераторы стали применять преимущественно для больших мощностей, и уже в конце прошлого столетия были известны два основных конструктивных типа: подвесной и зонтичный. В подвесном подпятник находился над ротором, в зонтичном — под ротором. Зонтичный гидрогенератор был разработан еще в начале 90-х годов XIX в., но наибольшее распространение в первых двух десятилетиях XX в. получил подвесной тип. Эта конструкция была более надежна и больше подходила для гидроэлектростанций, строящихся на горных реках и водопадах с большими напорами при относительно малых расходах воды. Впоследствии для ГЭС на крупных равнинных реках стали предпочитать гидрогенераторы зонтичного типа.

Стремительное развитие электротехники и электроэнергетики, начавшееся на рубеже XIX—XX вв., сопровождалось повышением технического уровня мирового электрохозяйства и улучшением его эксплуатационных показателей. В результате существенно снизилась себестоимость электроэнергии, заметно увеличилось число часов использования установленной мощности электростанций. К началу первой мировой войны производство электроэнергии во всем мире составляло примерно 35—40 млрд. кВт-ч [10]. Это создавало реальные предпосылки для массовой электрификации промышленности, транспорта и быта во всех передовых в техническом., отношении странах.

Гидравлическая турбина. Гидроэнергетика

Гидравлическая турбина. Гидротурбина это лопаточная машина, приводимая во вращение потоком жидкости, обычно речной воды. По принципу действия гидравлические турбины...

Гидроэлектростанция гидроэлектрическая станция ГЭС

В нем так называемые обратимые гидроагрега-т ы — гидравлические турбины и … и в море создается перепад, достаточный для вращения гидротурбин, установленных в зданиях ПЭС.

Турбина

В зависимости от того, какое вещество (рабочее тело) заставляет вращаться турбину, они делятся на гидравлические (гидротурбины), паровые и газовые.

Достоинства и недостатки гидроэнергетики. Гидравлическая турбина....

Гидроэнергия в качестве энергоресурса имеет принципиальные преимущества по сравнению с углем или ядерным топливом. Ее не нужно добывать, как-либо обрабатывать, транспортировать...

Энергетика. Промышленное применение электроэнергии

...и гидроэлектростанциях применяются и усовершенствованные водяные (гидравлические) турбины. … В рассматриваемый период гидротурбины подверглись усовершенствованию.

Характеристика гидроэнергетики. Гидроэнергетика

Первоначально энергию потока воды использовали в приводах рабочих машин - мельниц, станков, молотов воздуходувок и т.д. С изобретением гидравлической турбины...

Производство металлургического оборудования. Энергетическое...

Мощные паровые и гидравлические турбины и генераторы производятся в Северо-Западном (Санкт-Петербург), Уральском (Екатеринбург), Западно-Сибирском (Новосибирск) районах.

Плотина — гидротехническое сооружение

Падающая вода приводит во вращение гидравлические турбины — главные двигатели ГЭС, вырабатывающие электроэнергию.

Электростанции. Передвижная электростанция

В отличие от крупных тепловых, гидравлических и атомных электростанций, главными двигателями которых являются паровые и гидравлические турбины...

Направляющие аппараты для регулирования подачи и давления...

Гидравлическая турбина. Гидроэнергетика. У гидротурбин двойного регулирования и направляющий аппарат и рабочее колесо - с поворотными лопастями.