W. Garret Skeife
W. Garrett Scaife, Trinity College, Dublin
Sa pagtatapos ng huling siglo, ang rebolusyong industriyal ay umabot sa punto ng pag-unlad nito. Isang siglo at kalahating nakaraan, ang mga makina ng singaw ay bumuti nang malaki - maaari silang tumakbo sa anumang uri ng gasolina at i-set sa paggalaw ang iba't ibang uri ng mga mekanismo. Ang isang mahusay na impluwensya sa pagpapabuti ng disenyo ng mga makina ng singaw ay nagkaroon ng isang teknikal na tagumpay tulad ng pag-imbento ng dynamo, na naging posible upang makakuha ng kuryente sa malalaking dami. Habang tumataas ang pangangailangan ng tao para sa enerhiya, tumaas din ang laki ng mga makina ng singaw, hanggang sa ang kanilang mga sukat ay napigilan ng mga limitasyon sa lakas ng makina. Para sa karagdagang pag-unlad kailangan ng industriya bagong daan pagkuha ng mekanikal na enerhiya.
Ang pamamaraang ito ay lumitaw noong 1884, nang ang Ingles na si Charles Algernon Parsons (1854-1931) ay nag-imbento ng unang turbogenerator na angkop para sa pang-industriyang paggamit. Pagkalipas ng sampung taon, sinimulan ni Parsons na pag-aralan ang posibilidad ng paglalapat ng kanyang imbensyon sa mga sasakyan. Nagbunga ang ilang taon ng pagsusumikap: ang turbine-powered steamer na "Turbinia" ay umabot sa bilis na 35 knots - higit pa sa anumang barko sa Royal Navy. Kung ikukumpara sa mga reciprocating piston steam engine, ang mga turbin ay mas compact at mas simple. Samakatuwid, sa paglipas ng panahon, kapag kapangyarihan at kahusayan turbine upang makabuluhang tumaas
lis, pinalitan nila ang mga makina ng mga naunang disenyo. Sa kasalukuyan, ang mga steam turbine ay ginagamit sa buong mundo sa mga thermal power plant bilang generator drive. agos ng kuryente. Tulad ng para sa paggamit ng mga steam turbines bilang mga makina para sa mga barkong pampasaherong, pagkatapos ang kanilang hindi nababahaging pangingibabaw ay natapos sa unang kalahati ng ating siglo, nang ang mga makinang diesel ay naging laganap. Ang modernong steam turbine ay nagmana ng marami sa mga tampok ng unang makina na naimbento ni Parsons.
Reaktibo at aktibong mga prinsipyo pinagbabatayan ng pagpapatakbo ng isang steam turbine. Ang una sa mga ito ay ginamit sa "eolipila" na aparato ( A), na imbento ni Heron ng Alexandria: ang globo kung saan matatagpuan ang singaw ay umiikot dahil sa pagkilos ng mga puwersa ng reaksyon na lumabas kapag ang singaw ay umalis sa mga guwang na tubo. Sa pangalawang kaso ( b) ang jet ng singaw na nakadirekta sa mga blades ay pinalihis at dahil dito umiikot ang gulong. Mga blades ng turbine ( Sa) pinalihis din ang steam jet; bilang karagdagan, ang pagpasa sa pagitan ng mga blades, ang singaw ay lumalawak at bumibilis, at ang mga nagresultang puwersa ng reaksyon ay nagtutulak sa mga blades.
Ang pagpapatakbo ng isang steam turbine ay batay sa dalawang prinsipyo ng paglikha ng isang circumferential force sa rotor, na kilala mula noong sinaunang panahon - reaktibo at aktibo. Bumalik noong 130 BC. Ang Bayani ng Alexandria ay nag-imbento ng isang aparato na tinatawag na aeolipil. Ito ay isang guwang na globo na puno ng singaw na may dalawang hugis-L na nozzle na matatagpuan sa magkabilang panig at ipinadala sa magkaibang panig. Ang singaw ay dumaloy palabas ng mga nozzle sa mataas na bilis, at dahil sa mga nagresultang puwersa ng reaksyon, nagsimulang umikot ang globo.
Ang pangalawang prinsipyo ay batay sa conversion ng potensyal na enerhiya ng singaw sa kinetic energy, na gumagawa kapaki-pakinabang na gawain. Maaari itong ilarawan sa pamamagitan ng halimbawa ng makina ni Giovanni Branchi, na itinayo noong 1629. Sa makinang ito, isang jet ng singaw ang nagpapakilos sa isang gulong na may mga sagwan, na nakapagpapaalaala sa isang gulong ng water mill.
Ginagamit ng steam turbine ang parehong mga prinsipyong ito. Ang isang jet ng high-pressure steam ay nakadirekta sa mga curved blades (katulad ng fan blades) na naka-mount sa isang disk. Kapag umaagos sa paligid ng mga blades, ang jet ay pinalihis, at ang disk na may mga blades ay nagsisimulang umikot. Sa pagitan ng mga blades, ang singaw ay lumalawak at nagpapabilis sa paggalaw nito: bilang isang resulta, ang enerhiya ng presyon ng singaw ay na-convert sa kinetic energy.
Ang mga unang turbine, tulad ng makina ni Branca, ay hindi makabuo ng sapat na lakas, dahil ang mga steam boiler ay hindi nakalikha. mataas na presyon. Ang unang gumaganang steam engine ni Thomas Savery, Thomas Newcomen at iba pa ay hindi nangangailangan ng high pressure steam. Singaw mababang presyon displaced ang hangin sa ilalim ng piston at condensed, na lumilikha ng isang vacuum. Gumagalaw ang piston presyon ng atmospera pababa upang gumawa ng kapaki-pakinabang na gawain. Ang karanasan sa paggawa at paggamit ng mga steam boiler para sa mga tinatawag na atmospheric engine na ito ay unti-unting humantong sa mga inhinyero na magdisenyo ng mga boiler na may kakayahang lumikha at mapanatili ang mga pressure na mas malaki kaysa sa atmospheric pressure.
Sa pagdating ng posibilidad na makakuha ng mataas na presyon ng singaw, ang mga imbentor ay muling bumaling sa turbine. Ang iba't ibang mga pagpipilian sa disenyo ay sinubukan. Noong 1815, sinubukan ng engineer na si Richard Trevithick na mag-install ng dalawang nozzle sa wheel rim ng isang steam locomotive engine at ipasa ang singaw mula sa boiler sa kanila. Nabigo ang plano ni Trevithick. Isang sawmill na itinayo noong 1837 ni William Avery sa Syracuse, New York, ay batay sa isang katulad na prinsipyo. Sa Inglatera lamang sa loob ng 100 taon, mula 1784 hanggang 1884, 200 na mga imbensyon ang na-patent, isang paraan o iba pa na may kaugnayan sa mga turbine, at higit sa kalahati ng mga imbensyon na ito ay nairehistro sa loob ng dalawampung taon - mula 1864 hanggang 1884.
Wala sa mga pagtatangka na ito ang nagresulta sa isang makinang magagamit sa industriya. Sa bahagi, ang mga pagkabigo na ito ay dahil sa kamangmangan sa mga pisikal na batas na naglalarawan sa pagpapalawak ng singaw. Ang density ng singaw ay mas mababa kaysa sa density ng tubig, at ang "elasticity" nito ay mas malaki, kaya ang bilis ng jet ng singaw sa mga steam turbine ay mas malaki kaysa sa bilis ng tubig sa mga water turbine, na kailangang gawin ng mga imbentor. makitungo sa. Ito ay natagpuan na ang kahusayan nagiging maximum ang turbine kapag ang bilis ng mga blades ay humigit-kumulang katumbas ng kalahati ng bilis ng singaw; samakatuwid, ang mga unang turbine ay may napakataas na bilis ng pag-ikot.
Malaking numero turnover ang dahilan ng isang numero hindi gustong mga epekto, bukod sa kung saan ang panganib ng pagkasira ng mga umiikot na bahagi sa ilalim ng pagkilos ng mga puwersang sentripugal ay may mahalagang papel. Ang bilis ng pag-ikot ng turbine ay maaaring mabawasan sa pamamagitan ng pagtaas ng diameter ng disk kung saan ang mga blades ay nakakabit. Gayunpaman, hindi ito posible. Ang daloy ng singaw sa mga naunang aparato ay hindi maaaring malaki, na nangangahulugan na ang cross section ng outlet ay hindi rin maaaring malaki. Dahil sa kadahilanang ito, ang mga unang pang-eksperimentong turbine ay may maliit na diameter at maikling blades.
Ang isa pang problema na may kaugnayan sa mga katangian ng singaw ay mas mahirap. Ang bilis ng singaw na dumadaan sa nozzle ay nagbabago sa proporsyon sa ratio ng presyon ng pumapasok sa presyon ng labasan. Ang pinakamataas na bilis sa converging nozzle ay nakakamit, gayunpaman, sa isang ratio ng presyon na humigit-kumulang dalawa; ang karagdagang pagtaas sa pagbaba ng presyon ay hindi na nakakaapekto sa pagtaas ng bilis ng jet. Kaya, hindi mapakinabangan ng mga taga-disenyo ang mga posibilidad ng mataas na presyon ng singaw: mayroong limitasyon sa dami ng enerhiya na nakaimbak sa mataas na presyon ng singaw na maaaring ma-convert sa kinetic energy at ilipat sa mga blades. Noong 1889, ang Swedish engineer na si Carl Gustav de Laval ay gumamit ng nozzle na lumalawak sa labasan. Ang gayong nozzle ay naging posible upang makakuha ng mas mataas na bilis ng singaw, at bilang isang resulta, ang bilis ng rotor sa Laval turbine ay tumaas nang malaki.
Lumikha si Parsons ng panimulang bagong disenyo ng turbine. Ito ay nakikilala sa pamamagitan ng isang mas mababang bilis ng pag-ikot, at sa parehong oras, ginawa nito ang karamihan sa enerhiya ng singaw. Nakamit ito dahil sa katotohanan na sa Parsons turbine, unti-unting lumawak ang singaw habang dumaan ito sa 15 yugto, bawat isa ay isang pares ng mga blade crown: ang isa ay naayos (na may mga guide vanes na nakadikit sa turbine casing), ang isa pa. ay nagagalaw (na may mga rotor blades). sa isang disk na naka-mount sa isang umiikot na baras). Ang mga blades ng fixed at movable rims ay nakatuon sa magkasalungat na direksyon, i.e. upang kung ang parehong mga korona ay magagalaw, kung gayon ang singaw ay magpapaikot sa kanila sa iba't ibang direksyon.
Ang mga korona ng mga blades ng turbine ay mga singsing na tanso na may mga blades na naayos sa mga puwang sa isang anggulo na 45°. Ang mga movable crown ay naayos sa baras, ang mga naayos ay binubuo ng dalawang halves na mahigpit na konektado sa katawan (ang itaas na kalahati ng katawan ay inalis).
Alternating movable at fixed rims ng blades ( A) itakda ang direksyon ng paggalaw ng singaw. Ang pagpasa sa pagitan ng mga nakapirming blades, ang singaw ay lumawak, bumilis at nakadirekta sa mga gumagalaw na blades. Dito, lumawak din ang singaw, na lumilikha ng puwersa na nagtulak sa mga talim. Ang direksyon ng paggalaw ng singaw ay ipinapakita sa isa sa 15 pares ng mga korona ( b).
Ang singaw na nakadirekta sa mga nakapirming blades ay lumawak sa mga interblade channel, ang bilis nito ay tumaas, at ito ay pinalihis upang ito ay nahulog sa mga movable blades at pinilit silang paikutin. Sa mga interblade channel ng movable blades, lumawak din ang singaw, isang pinabilis na jet ang nilikha sa labasan, at ang nagresultang reaktibong puwersa ay nagtulak sa mga blades.
Sa maraming movable at fixed blade rims, naging hindi na kailangan ang mataas na bilis ng pag-ikot. Sa bawat isa sa 30 rims ng Parsons multi-stage turbine, bahagyang lumawak ang singaw, na nawawala ang ilan sa kinetic energy nito. Sa bawat yugto (pares ng mga korona), ang presyon ay bumaba lamang ng 10%, at pinakamataas na bilis ang singaw bilang isang resulta ay naging katumbas ng 1/5 ng bilis ng jet sa isang turbine na may isang yugto. Naniniwala si Parsons na sa gayong maliit na pagbaba ng presyon, ang singaw ay maaaring ituring bilang isang bahagyang compressible na likido, katulad ng tubig. Ang pagpapalagay na ito ay nagbigay-daan sa kanya isang mataas na antas katumpakan upang gumawa ng mga kalkulasyon ng bilis ng singaw, kahusayan. mga turbine at mga hugis ng talim. Ang ideya ng hakbang na pagpapalawak ng singaw, na sumasailalim sa disenyo ng mga modernong turbine, ay isa lamang sa maraming orihinal na ideya na isinama ni Parsons.
Ang turbine ay isang makina kung saan ang enerhiya ng tubig, singaw at gas ay na-convert sa gawaing mekanikal sa pamamagitan ng umiikot na paggalaw ng rotor. Sa turbine, ang isang jet ng tubig o singaw ay kumikilos sa mga espesyal na elemento - ang mga blades, at itinatakda ang mga ito sa paggalaw. Ang mga blades ay matatagpuan kasama ang buong circumference ng rotor.
Depende sa direksyon ng daloy ng tubig, singaw o gas sa pamamagitan ng turbine, nahahati sila sa axial - kapag ang daloy ay gumagalaw parallel sa axis ng turbine, at radial - ang daloy ay gumagalaw patayo sa axis.
Ang turbine ay ginagamit sa lupa, hangin at sasakyang pandagat bilang isang mahalagang bahagi ng makina, na nagpapataas ng lakas nito. Ang turbine ay maaari ding gamitin sa mga power plant, kung saan ito ay nagsisilbing drive para sa isang electric generator.
Mula noong sinaunang panahon, may paulit-ulit na pagtatangka na lumikha iba't ibang mga pagpipilian mga turbine. Ang isang paglalarawan ng isang steam turbine, na idinisenyo ni Heron ng Alexandria noong ika-1 siglo AD, ay dumating pa sa ating panahon. Ngunit sa pagtatapos lamang ng ika-19 na siglo, nang ang antas ng thermodynamics, metalurhiya at mekanikal na inhinyero ay umabot sa kinakailangang taas, sina Charles Parsons at Gustaf Laval ay nakapag-iisa na nag-imbento ng mga unang steam turbines na angkop para sa produksyon.
Sa ibaba, ayon sa pagkakasunod-sunod, ay isang maikling kasaysayan ng paglikha ng iba't ibang uri ng turbine.
Ang 1st century AD ay ang pinakaunang nabubuhay na dokumentaryo na ebidensya ng paglikha ng steam turbine ni Heron ng Alexandria. Sa kasamaang palad, ang imbensyon na ito ay matagal nang itinuturing na isang laruan at ang buong potensyal ng turbine na ito ay hindi pa ganap na ginalugad.
1500 - Isinasaalang-alang ni Leonardo da Vinci sa kanyang mga guhit ang tinatawag na "umbrella ng usok", ang prinsipyo nito ay ang mga sumusunod: pinainit ng apoy ang hangin, na pagkatapos ay tumaas sa pamamagitan ng mga talim na konektado sa isa't isa. Ang mga blades na ito ay pinaikot ng isang maginoo na litson dumura.
1551 - Nagtayo si Tagi-al-Din ng steam turbine na ginamit bilang power source para sa self-rotating spit.
1629 - Ang inhinyero ng Italya na si Giovanni Branca ay lumikha ng isang gilingan na nagtrabaho dahil sa ang katunayan na ang isang malakas na jet ng singaw ay umiikot sa isang turbine at ang rotational motion ay ipinadala mula sa turbine patungo sa gear - ang hinimok na mekanismo.
1678 - binuo ng Flemish scientist na si Ferdinand Verbiest ang unang self-propelled sasakyan batay sa isang steam engine. Gayunpaman, walang ebidensya na sumusuporta na ito ay talagang itinayo.
1791 - Ang Englishman na si John Barber ay nakabuo ng isang tunay na gas turbine upang magmaneho ng isang walang kabayo na kariton at nakatanggap ng isang patent para sa kanyang imbensyon.
1872 - Ang Hungarian na imbentor na si Franz Stoltz ay lumikha ng unang gas turbine engine.
1890 - Inimbento ng Swedish engineer at imbentor na si Gustaf de Laval ang isang nozzle na idinisenyo upang magbigay ng singaw sa isang turbine. Kasunod nito, natanggap nito ang kanyang pangalan at ginagamit hanggang ngayon sa parehong layunin.
1894 - Ang Englishman na si Charles Parsons ay nakatanggap ng isang patent para sa ideya ng isang barko - isang bapor, na hinihimok ng isang steam turbine. Ang prinsipyong ito ng traksyon ay malawakang ginagamit ngayon.
1895 - Tatlong apat na toneladang Parsons radial flux generator na may kapasidad na 100 kW ang na-install sa istasyon ng kuryente ng Cambridge, na ginamit para sa electric lighting ng mga lansangan ng lungsod.
1903 - Ang Norwegian na si Edgidius Elling ay nagtayo ng unang gas turbine na may kakayahang gumawa ng mas maraming enerhiya kaysa sa kinakailangan para sa operasyon nito. Sa oras na iyon, ito ay itinuturing na isang seryosong tagumpay, dahil sa oras na iyon ay wala silang ideya tungkol sa thermodynamics. Ang nasabing gas turbine ay gumawa ng 11 hp. gamit ang rotary compressor.
1913 - Nakatanggap si Nikola Tesla ng patent para sa kanyang Tesla turbine batay sa epekto ng boundary layer.
1918 - Ang General Electric, ngayon ay isa sa mga nangungunang tagagawa ng mga turbine, ay naglunsad ng sarili nitong produksyon para sa karagdagang pagbebenta ng mga gas turbine.
1920 - Binago ng English engineer na si Alan Arnold Griffith ang teorya ng daloy ng gas sa teorya ng daloy ng gas sa isang aerodynamic surface, na mas pormal at naaangkop sa mga turbine.
1930 - Nakatanggap ng patent ang English design engineer na si Frank Whittle para sa isang universal gas turbine na idinisenyo para sa jet propulsion. Ang isang makina na may tulad na turbine ay unang ginamit noong Abril 1937.
1934 - Ang inhinyero ng Argentina na si Raul Pateras Pescara ay nagpa-patent ng isang bagong imbensyon - isang piston engine na isang generator para sa isang gas turbine.
1936 - Ang mga taga-disenyo ng Aleman na sina Max Hahn at Hans von Ohain ay bumuo at nag-patent ng kanilang sariling bagong jet turbine engine sa Germany. Binubuo nila ito kasabay ni Frank Whittle sa UK.
Ang pag-imbento ng mga steam turbine.
Kasama ang mga hydraulic turbine na inilarawan sa isa sa mga nakaraang kabanata, malaking halaga para sa enerhiya at elektripikasyon ay nagkaroon ng pag-imbento at pamamahagi ng mga steam turbine. Ang prinsipyo ng kanilang operasyon ay katulad ng mga haydroliko, na may pagkakaiba, gayunpaman, na ang hydraulic turbine ay hinihimok ng isang jet ng tubig, at ang steam turbine ay hinihimok ng isang jet ng pinainit na singaw. Sa parehong paraan na ang turbine ng tubig ay kumakatawan sa isang bagong salita sa kasaysayan ng mga makina ng tubig, ipinakita ng makina ng singaw ang mga bagong posibilidad ng makina ng singaw.
Ang lumang Watt machine, na ipinagdiwang ang sentenaryo nito sa ikatlong quarter ng ika-19 na siglo, ay may mababang kahusayan, dahil ang paikot na paggalaw ay nakuha dito sa isang kumplikado at hindi makatwiran na paraan. Sa katunayan, tulad ng naaalala natin, hindi ginalaw ng singaw ang umiikot na gulong mismo dito, ngunit naglalagay ng presyon sa piston, mula sa piston sa pamamagitan ng baras, connecting rod at crank, ang paggalaw ay ipinadala sa pangunahing baras. Bilang resulta ng maraming paglipat at pagbabago, isang malaking bahagi ng enerhiya na natanggap mula sa pagkasunog ng gasolina, sa buong kahulugan ng salita, ay lumipad sa tubo nang walang anumang pakinabang. Higit sa isang beses, sinubukan ng mga imbentor na magdisenyo ng isang mas simple at mas matipid na makina - isang steam turbine, kung saan ang isang steam jet ay direktang paikutin ang impeller. Ang isang simpleng kalkulasyon ay nagpakita na dapat itong magkaroon ng kahusayan ng ilang mga order ng magnitude na mas mataas kaysa sa makina ng Watt. Gayunpaman, maraming mga hadlang sa paraan ng pag-iisip ng engineering. Upang ang isang turbine ay tunay na maging isang napakahusay na makina, ang impeller ay kailangang umikot sa napakataas na bilis, na gumagawa ng daan-daang mga rebolusyon bawat minuto. Sa mahabang panahon hindi nila ito makakamit, dahil hindi nila alam kung paano ibigay ang tamang bilis sa steam jet.
Ang unang mahalagang hakbang sa pagbuo ng bago teknikal na paraan, na pumalit sa steam engine, ay ginawa ng Swedish engineer na si Carl Gustav Patrick Laval noong 1889. Ang Laval steam turbine ay isang gulong na may blades. Ang isang jet ng tubig na nabuo sa boiler ay lumabas sa pipe (nozzle), pinindot ang mga blades at pinaikot ang gulong. Ang pag-eksperimento sa iba't ibang mga tubo ng araw ng singaw, ang taga-disenyo ay dumating sa konklusyon na dapat silang nasa hugis ng isang kono. Ito ay kung paano lumitaw ang Laval nozzle, na ginagamit hanggang sa ating panahon.
Ito ay hindi hanggang 1883 na ang Swede na si Gustav Laval ay nagtagumpay sa maraming mga paghihirap at lumikha ng unang gumaganang steam turbine. Ilang taon bago nito, nakakuha si Laval ng patent para sa isang milk separator. Upang maisagawa ito, kailangan ang napakabilis na pagmamaneho. Wala sa mga umiiral na makina noon ang hindi nasiyahan sa gawain. Kumbinsido si Laval na isang steam turbine lamang ang maaaring magbigay sa kanya kinakailangang bilis pag-ikot. Sinimulan niyang gawin ang disenyo nito at sa huli ay naabot niya ang kanyang nais. Ang Laval turbine ay isang magaan na gulong, sa mga blades kung saan, sa pamamagitan ng ilang inilagay sa ilalim matinding anggulo umuusok ang mga nozzle. Noong 1889, makabuluhang pinahusay ni Laval ang kanyang imbensyon sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga conical expander sa mga nozzle. Ito ay makabuluhang nadagdagan ang kahusayan ng hydroturbine at ginawa itong isang unibersal na makina.
Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng turbine ay napaka-simple. Pinainit ang singaw sa mataas na temperatura, nagmula sa boiler sa pamamagitan ng steam pipe patungo sa mga nozzle at sumabog. Sa mga nozzle, lumawak ang singaw sa atmospheric pressure. Dahil sa pagtaas ng dami na kasama ng pagpapalawak na ito, ang isang makabuluhang pagtaas sa rate ng pag-agos ay nakuha (kapag lumawak mula 5 hanggang 1 na kapaligiran, ang bilis ng steam jet ay umabot sa 770 m / s). Kaya, ang enerhiya na nakapaloob sa singaw ay inilipat sa mga blades ng turbine. Ang bilang ng mga nozzle at presyon ng singaw ay tumutukoy sa kapangyarihan ng turbine. Kapag ang singaw ng tambutso ay hindi direktang inilabas sa hangin, ngunit ipinadala, tulad ng sa mga makina ng singaw, sa isang pampalapot at natunaw sa pinababang presyon, ang kapangyarihan ng turbine ay ang pinakamataas. Kaya, kapag ang singaw ay lumawak mula 5 atmospheres hanggang 1/10 ng isang atmosphere, ang jet velocity ay umaabot sa supersonic na halaga.
Sa kabila ng maliwanag na pagiging simple nito, ang Laval turbine ay isang tunay na kamangha-mangha ng engineering. Sapat na isipin ang mga pagkarga na naranasan ng impeller dito upang maunawaan kung gaano kahirap para sa imbentor na makamit ang walang tigil na operasyon mula sa kanyang mga supling. Sa napakalaking bilis ng turbine wheel, kahit na ang isang bahagyang pagbabago sa gitna ng grabidad ay nagdulot ng malakas na pagkarga sa ehe at labis na karga ng mga bearings. Upang maiwasan ito, naisip ni Laval na ilagay ang gulong sa isang napakanipis na ehe, na, kapag pinaikot, ay maaaring bahagyang yumuko. Kapag untwisted, ito mismo ay dumating sa isang mahigpit na sentral na posisyon, na pagkatapos ay gaganapin sa anumang bilis ng pag-ikot. Salamat sa mapanlikhang solusyon na ito, ang mapanirang epekto sa mga bearings ay nabawasan sa pinakamaliit.
Sa sandaling lumitaw ito, ang Laval turbine ay nanalo ng unibersal na pagkilala. Ito ay mas matipid kaysa sa mga lumang makina ng singaw, napakadaling hawakan, kumukuha ng kaunting espasyo, at madaling i-install at kumonekta. Ang Laval turbine ay nagbigay ng napakahusay na benepisyo kapag ito ay konektado sa mga high-speed machine: saws, separator, centrifugal pump. Matagumpay din itong ginamit bilang isang drive para sa isang electric generator, ngunit gayunpaman, para dito, mayroon itong sobrang mataas na bilis at samakatuwid ay maaari lamang kumilos sa pamamagitan ng isang gearbox (system mga gulong ng gear, na nagpababa sa bilis ng pag-ikot kapag ang paggalaw ay inilipat mula sa turbine shaft patungo sa generator shaft).
Noong 1884, ang English engineer na si Parson ay nakatanggap ng patent para sa isang multi-stage jet turbine, na partikular niyang inimbento para magmaneho ng electric generator. Noong 1885, nagdisenyo siya ng multi-stage jet turbine, na kalaunan ay naging malawakang ginamit sa mga thermal power plant. Mayroon siyang sumusunod na device, na parang isang jet turbine device. Ang isang hilera ng mga umiikot na gulong na may mga blades ay naka-mount sa gitnang baras. Sa pagitan ng mga gulong na ito ay may mga nakapirming rim (mga disc) na may mga talim na may kabaligtaran na direksyon. singaw sa ilalim malaking pressure konektado sa isang dulo ng turbine. Ang presyon sa kabilang dulo ay maliit (mas mababa kaysa sa atmospera). Samakatuwid, hinahangad ng singaw na dumaan sa turbine. Una, kumilos siya sa mga puwang sa pagitan ng mga talim ng balikat ng unang korona. Itinuro ito ng mga blades na ito sa mga blades ng unang movable wheel. Dumaan ang singaw sa pagitan nila, dahilan para umikot ang mga gulong. Pagkatapos ay pinasok niya ang pangalawang korona. Ang mga blades ng pangalawang korona ay nagdidirekta ng singaw sa pagitan ng mga blades ng pangalawang movable wheel, na nag-ikot din. Mula sa pangalawang movable wheel, dumaloy ang singaw sa pagitan ng mga blades ng ikatlong korona, at iba pa. Ang lahat ng mga blades ay binigyan ng isang hugis na ang cross section ng mga interblade channel ay nabawasan sa direksyon ng daloy ng singaw. Ang mga blades, tulad nito, ay nabuo ang mga nozzle na naka-mount sa baras, mula sa kung saan, lumalawak, umagos ang singaw. Parehong aktibo at reaktibong kapangyarihan ang ginamit dito. Umiikot, pinaikot ng lahat ng mga gulong ang turbine shaft. Sa labas, ang aparato ay nakapaloob sa isang malakas na pambalot. Noong 1889, humigit-kumulang tatlong daan sa mga turbin na ito ang nagamit na upang makabuo ng kuryente, at noong 1899 ang unang planta ng kuryente na may Parson steam turbines ay itinayo sa Elberfeld. Samantala, sinubukan ni Parson na palawakin ang saklaw ng kanyang imbensyon. Noong 1894, nagtayo siya ng isang pang-eksperimentong sisidlan na "Turbinia" na hinimok ng isang steam turbine. Sa mga pagsubok, nagpakita ito ng rekord ng bilis na 60 km / h. Pagkatapos nito, nagsimulang mai-install ang mga steam turbine sa maraming mga high-speed na barko.
Ang planta ng steam turbine ay isang tuluy-tuloy na operating thermal unit, ang gumaganang medium kung saan ay tubig at singaw. Ang steam turbine ay isang power engine kung saan ang potensyal na enerhiya ng singaw ay na-convert sa kinetic energy, at ang kinetic energy, naman, ay na-convert sa mekanikal na enerhiya ng rotor rotation. Turbine rotor direkta o sa pamamagitan ng gear na tren konektado sa gumaganang makina. Depende sa layunin ng gumaganang makina, ang isang steam turbine ay maaaring gamitin sa iba't ibang uri ng mga industriya: sa enerhiya, sa transportasyon, sa dagat at ilog nabigasyon, atbp. May kasamang steam turbine at auxiliary equipment.
Kasaysayan ng steam turbine
Ang pagpapatakbo ng isang steam turbine ay batay sa dalawang prinsipyo ng paglikha ng isang circumferential force sa rotor, na kilala mula noong sinaunang panahon - reaktibo at aktibo. Bumalik noong 130 BC. Ang Bayani ng Alexandria ay nag-imbento ng isang aparato na tinatawag na aeolipil. Alinsunod sa Figure 2.1, ito ay isang guwang na globo na puno ng singaw na may dalawang hugis-L na nozzle na matatagpuan sa magkabilang panig at nakadirekta sa iba't ibang direksyon. Ang singaw ay dumaloy palabas ng mga nozzle sa mataas na bilis, at dahil sa mga nagresultang puwersa ng reaksyon, ang globo ay umiikot.
Ang pangalawang prinsipyo ay batay sa conversion ng potensyal na enerhiya ng singaw sa kinetic energy. Maaari itong ilarawan sa pamamagitan ng halimbawa ng makina ni Giovanni Branca, na itinayo noong 1629 at ipinapakita sa figure 2.2. Sa makinang ito, isang jet ng singaw ang nagpapakilos sa isang gulong na may mga sagwan, na nakapagpapaalaala sa gulong ng isang gilingan ng tubig.
Ginagamit ng steam turbine ang parehong mga prinsipyong ito. Ang isang jet ng singaw sa ilalim ng mataas na presyon ay nakadirekta sa mga curved blades na naka-mount sa mga disc. Kapag umaagos sa paligid ng mga blades, ang jet ay pinalihis, at ang disk na may mga blades ay nagsisimulang umikot. Ang paglipat sa pagitan ng mga blades sa isang lumalawak na channel (pagkatapos ng lahat, ang kapal ng mga blades ay bumababa habang papalapit ito sa shank), ang singaw ay lumalawak at bumibilis. Alinsunod sa mga batas ng konserbasyon ng enerhiya at momentum, isang puwersa ang kumikilos sa turbine wheel, pinaikot ito. Bilang resulta, ang enerhiya ng presyon (potensyal na enerhiya) ng singaw ay na-convert sa kinetic energy ng pag-ikot ng turbine.
Ang mga unang turbine, tulad ng makina ni Branca, ay may limitadong kapangyarihan, dahil ang mga steam boiler ay hindi nakalikha ng mataas na presyon. Sa sandaling naging posible na makakuha ng mataas na presyon ng singaw, ang mga imbentor ay muling bumaling sa turbine. Noong 1815, ang inhinyero na si Richard Trevithick ay nag-install ng dalawang nozzle sa gilid ng gulong ng isang steam locomotive at pinilit ang singaw sa pamamagitan ng mga ito. Ang aparato ng sawmill, na itinayo noong 1837 ng Amerikanong si William Avery, ay batay sa isang katulad na prinsipyo. Sa Inglatera lamang sa loob ng 20 taon, mula 1864 hanggang 1884, higit sa isang daang imbensyon ang na-patent, sa isang paraan o iba pang nauugnay sa mga turbine. Ngunit wala sa mga pagtatangka na ito ang nagresulta sa paglikha ng isang makina na angkop para sa industriya.
Sa bahagi, ang mga pagkabigo na ito ay dahil sa hindi pagkakaunawaan sa pisika ng pagpapalawak ng singaw. Ang katotohanan ay ang density ng singaw ay mas mababa kaysa sa density ng tubig, at ang "pagkalastiko" nito ay mas malaki kaysa sa pagkalastiko ng likido, kaya ang bilis ng steam jet sa mga steam turbine ay mas malaki kaysa sa bilis ng tubig. sa mga water turbine. Ito ay eksperimento natagpuan na ang kahusayan Ang turbine ay umabot sa pinakamataas nito kapag ang peripheral speed ng mga blades ay humigit-kumulang kalahati ng bilis ng steam jet. Ito ay para sa kadahilanang ito na ang mga unang turbine ay may napakataas na bilis ng pag-ikot.
Ngunit ang isang mataas na bilis ng pag-ikot ay madalas na humantong sa pagkawasak ng mga umiikot na bahagi ng turbine dahil sa pagkilos ng mga puwersang sentripugal. Ang pagbaba sa angular velocity habang pinapanatili ang circumferential velocity ay maaaring makamit sa pamamagitan ng pagtaas ng diameter ng disk kung saan ang mga blades ay nakakabit. Gayunpaman, mahirap ipatupad ang ideyang ito, dahil ang dami ng high-pressure na singaw na ginawa ay hindi sapat para sa makina. Malaki. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang mga unang pang-eksperimentong turbine ay may maliit na diameter at maikling blades.
Ang isa pang problema na may kaugnayan sa mga katangian ng singaw ay mas mahirap. Ang bilis ng paglabas ng singaw mula sa nozzle ay proporsyonal sa ratio ng mga presyon sa pumapasok at labasan ng nozzle at umabot sa pinakamataas na halaga nito sa ratio ng presyon na humigit-kumulang dalawa. Ang karagdagang pagtaas sa pagbaba ng presyon ay hindi na humahantong sa pagtaas ng bilis ng jet. Kaya, ang mga taga-disenyo ay hindi maaaring mapakinabangan nang husto ang mataas na presyon ng singaw na kakayahan kapag gumagamit ng isang nakapirming o converging bore nozzle.
Noong 1889, ang Swedish engineer na si Carl Gustav de Laval ay gumamit ng nozzle na lumalawak sa labasan. Ang gayong nozzle ay naging posible upang makakuha ng mas mataas na bilis ng singaw, at bilang isang resulta, ang bilis ng pag-ikot ng turbine rotor ay tumaas din nang malaki.
Ang Figure 2.4 ay nagpapakita ng isang Laval steam turbine. Sa loob nito, ang singaw ay pumapasok sa nozzle, nakakakuha ng isang makabuluhang bilis sa loob nito, at nakadirekta sa mga gumaganang blades na matatagpuan sa gilid ng turbine disk. Kapag ang steam jet ay lumiliko sa mga channel ng gumaganang mga blades, lumitaw ang mga puwersa na umiikot sa disk at ang turbine shaft na nauugnay dito. Ang napakataas na rate ng daloy ng singaw ay kinakailangan upang makagawa ng kinakailangang kapangyarihan sa isang single-stage turbine. Sa pamamagitan ng pagbabago ng pagsasaayos ng lumalawak na nozzle, posible na makakuha ng isang makabuluhang antas ng pagpapalawak ng singaw at, nang naaayon, isang mataas na bilis (1200 ... 1500 m / s) ng pag-agos ng singaw.
Upang mas mahusay na magamit ang mataas na bilis ng singaw, si Laval ay bumuo ng isang disenyo ng disc na makatiis sa circumferential speed na hanggang 350 m/s, at ang bilis ng ilang turbine ay umabot sa 32,000 min-1.
Ang mga turbine, kung saan ang buong proseso ng pagpapalawak ng singaw at ang nauugnay na pagpabilis ng daloy ng singaw ay nangyayari sa mga nozzle, ay tinatawag na aktibo. Ang mga naturang device, sa partikular, ay kinabibilangan ng Branca turbine.
Kasunod nito, ang pagpapabuti ng mga aktibong steam turbine ay sumunod sa landas ng paggamit ng sunud-sunod na pagpapalawak ng singaw sa ilang mga yugto na matatagpuan nang paisa-isa. Sa gayong mga turbine, na binuo sa pagtatapos ng huling siglo ng Pranses na siyentipiko na si Rato at pinahusay ng taga-disenyo na si Celli, ang isang bilang ng mga disk na naka-mount sa isang karaniwang baras ay pinaghihiwalay ng mga partisyon. Sa mga partisyon na ito, ang mga profile na butas ay nakaayos - mga nozzle. Sa bawat yugto na ginawa sa ganitong paraan, ginagamit ang isang bahagi ng enerhiya ng singaw. Ang pagbabagong-anyo ng kinetic energy ng daloy ng singaw ay nangyayari nang wala karagdagang extension singaw sa mga channel ng nagtatrabaho blades. Ang mga aktibong multistage turbine ay malawakang ginagamit sa mga nakatigil na pag-install, gayundin sa mga marine engine.
Kasama ng mga turbine kung saan ang daloy ng singaw ay gumagalaw nang humigit-kumulang parallel sa axis ng turbine shaft at tinatawag na axial turbine, ang tinatawag na radial turbine ay nilikha kung saan ang singaw ay dumadaloy sa isang eroplano na patayo sa axis ng turbine. Kabilang sa ganitong uri ng mga turbine, ang turbine ng magkapatid na Jungström, na iminungkahi noong 1912, ay ang pinakamalaking interes.
Sa mga gilid na ibabaw ng mga disk, ang mga blades ng mga yugto ng jet ay nakaayos sa mga singsing ng unti-unting pagtaas ng diameter. Ang singaw ay ibinibigay sa turbine sa pamamagitan ng mga tubo at pagkatapos ay sa pamamagitan ng mga butas sa mga disk ito ay nakadirekta sa gitnang silid. Ang singaw ay dumadaloy mula dito patungo sa paligid sa pamamagitan ng mga channel ng mga blades na naka-mount sa mga disk. Hindi tulad ng isang conventional turbine, walang mga fixed nozzle o guide vane sa disenyo ng magkapatid na Jungström. Ang parehong mga disk ay umiikot sa magkasalungat na direksyon, kaya ang kapangyarihan na binuo ng turbine ay ipinapadala sa dalawang shaft. Ang turbine ng inilarawan na disenyo ay naging napaka-compact.
Gayunpaman, sa kabila ng ilang mga bagong solusyon sa disenyo na ginagamit sa mga single-stage na aktibong turbine, ang kanilang kahusayan ay mababa. Bilang karagdagan, ang pangangailangan para sa isang reduction gear upang mabawasan ang bilis ng pag-ikot ng drive shaft ng electric generator ay humadlang sa pagkalat ng mga single-stage turbine. Samakatuwid, Laval turbines, sa maagang yugto konstruksyon ng turbine, na malawakang ginagamit bilang mga yunit ng maliit na kapangyarihan (hanggang sa 500 kW), kalaunan ay nagbigay daan sa mga turbine ng iba pang mga uri.
Gumawa si Parsons ng turbine na may panimula na bagong disenyo. Ito ay nakikilala sa pamamagitan ng isang mas mababang bilis ng pag-ikot, at sa parehong oras, ang enerhiya ng singaw ay ginamit sa maximum sa loob nito. Ang katotohanan ay na sa Parsons turbine, ang singaw ay unti-unting lumawak habang ito ay dumaan sa 15 yugto, na ang bawat isa ay binubuo ng dalawang korona ng mga blades: ang isa ay nakatigil (na may mga guide vane na nakadikit sa turbine housing), ang isa ay nagagalaw (na may rotor blades sa disk). nakakabit sa isang umiikot na baras). Ang mga eroplano ng mga blades ng fixed at movable rims ay magkaparehong patayo.
Ang singaw na nakadirekta sa mga nakapirming blades ay lumawak sa mga interscapular channel, tumaas ang bilis nito, at kapag nahulog ito sa mga movable blades, pinaikot nito ang mga ito. Sa mga interblade channel ng movable blades, lalong lumawak ang singaw, tumaas ang jet velocity, at ang umuusbong na reactive force ay nagtulak sa mga blades.
Salamat sa pagpapakilala ng movable at fixed blade rims, ang mataas na bilis ng pag-ikot ay naging hindi na kailangan. Sa bawat isa sa tatlumpung rim ng multi-stage turbine ng Parsons, bahagyang lumawak ang singaw, na nawawala ang ilan sa kinetic energy nito. Sa bawat yugto (pares ng mga korona), ang presyon ay bumaba lamang ng 10%. Ang steam staging, na nagpapatibay sa mga modernong disenyo ng turbine, ay isa lamang sa marami. orihinal na ideya kinakatawan ni Parsons.
Ang isa pang mabungang ideya ay ang organisasyon ng suplay ng singaw sa gitnang bahagi ng baras. Dito nahati ang daloy ng singaw at napunta sa dalawang direksyon sa kaliwa at kanang dulo ng baras. Ang daloy ng singaw sa magkabilang direksyon ay pareho. Isa sa mga pakinabang ng paghahati ng daloy ay ang paayon (axial) na pwersa dahil sa presyon ng singaw sa mga blades ng turbine ay balanse. Kaya, hindi na kailangan ng thrust bearing. Ang inilarawang disenyo ay ginagamit sa maraming modernong steam turbine.
Gayunpaman, ang unang multi-stage turbine ng Parsons ay may masyadong mataas na bilis na 18,000 min-1. Ang puwersa ng sentripugal na kumikilos sa mga blades ng turbine ay 13,000 beses na mas malaki kaysa sa gravity. Upang mabawasan ang panganib na masira ang mga umiikot na bahagi, gumawa si Parsons ng isang simpleng solusyon. Ang bawat disk ay ginawa mula sa isang solidong tansong singsing, at ang mga puwang kung saan ang mga blades ay pumasok ay matatagpuan sa paligid ng circumference ng disk at mga puwang na nakatuon sa isang anggulo na 45°. Ang mga movable disk ay naka-mount sa shaft at naayos sa ledge nito. Ang mga nakapirming korona ay binubuo ng dalawang kalahating singsing, na nakakabit mula sa itaas at ibaba sa pabahay ng turbine. Ang mga blades ng Parsons turbine ay patag. Upang mabayaran ang pagbaba sa rate ng daloy ng singaw habang lumilipat ito sa mga huling yugto, dalawang teknikal na solusyon ang ipinatupad sa unang makina ng Parsons: ang diameter ng disk ay tumaas sa mga hakbang at ang haba ng mga blades ay tumaas mula 5 hanggang 7 mm. Ang mga gilid ng mga blades ay chamfered upang mapabuti ang mga kondisyon ng daloy ng jet.
Si Parsons noon nakababatang anak sa isang pamilya na nakatanggap ng lupain sa Ireland. Ang kanyang ama, si Count Ross, ay isang mahuhusay na siyentipiko. Gumawa siya ng isang malaking kontribusyon sa teknolohiya ng paghahagis at pagpapakintab ng malalaking salamin para sa mga teleskopyo.
Hindi ipinaaral ng mga Parson ang kanilang mga anak. Ang kanilang mga guro ay mga astronomo, na inimbitahan ng bilang para sa mga obserbasyon sa gabi gamit ang mga teleskopyo; sa araw, ang mga iskolar na ito ay nagtuturo sa mga bata. Sa lahat ng posibleng paraan, hinikayat ang mga bata na makilahok sa mga home workshop.
Pumasok si Charles sa Trinity College sa Dublin, at pagkatapos ay lumipat sa St. John's College, Cambridge University, kung saan siya nagtapos noong 1877.
Ang isang pagbabago sa kapalaran ni Parsons ay dumating nang siya ay naging isang apprentice ni George Armstrong, isang kilalang tagagawa ng baril ng hukbong-dagat, at nagsimulang magtrabaho sa kanyang pabrika sa Elswick sa Newcastlepon Tyne. Ang mga dahilan na nag-udyok kay Parsons na gumawa ng ganoong desisyon ay nanatiling hindi alam: sa oras na iyon, ang mga bata mula sa mayayamang pamilya ay bihirang pumili ng karera sa engineering. Nagkamit ng reputasyon si Parsons bilang pinakamasipag na estudyante ni Armstrong. Sa kanyang internship, nakatanggap siya ng pahintulot na magtrabaho sa pinakabagong inobasyon - isang steam engine na may umiikot na mga cylinder - at sa pagitan ng 1877 at 1882. Nag-patent siya ng ilan sa kanyang mga imbensyon.
Sinimulan ni Parsons ang kanyang unang mga eksperimento sa mga turbine habang nagtatrabaho para sa Armstrong. Mula 1881 hanggang 1883, i.e. kaagad pagkatapos ng internship, nagtrabaho siya sa paglikha ng isang torpedo na pinapagana ng gas. Ang kakaiba ng torpedo propulsor ay ang nasusunog na gasolina ay lumikha ng isang high-pressure gas jet. Ang jet ay tumama sa impeller, na naging sanhi ng pag-ikot nito. Ang impeller naman, ang nagtulak sa propeller ng torpedo sa pag-ikot.
Huminto si Parsons sa trabaho sa mga gas turbine noong 1883, bagaman ang kanyang patent noong 1884 ay naglalarawan sa modernong cycle ng naturang turbine. Nang maglaon ay nagbigay siya ng paliwanag tungkol dito. "Ang mga eksperimento na isinagawa maraming taon na ang nakalilipas," isinulat niya, "at bahagyang naglalayong patunayan ang katotohanan ng isang gas turbine, nakumbinsi ako na sa mga metal na mayroon kami sa aming pagtatapon ... ito ay isang pagkakamali na gumamit ng isang incandescent jet ng mga gas - maging sa purong anyo, o halo-halong tubig o singaw. Ito ay isang prescient na pangungusap: hindi hanggang sampung taon pagkatapos ng kamatayan ni Parsons na lumitaw ang mga metal na nagtataglay ng mga kinakailangang katangian.
Noong Abril 1884, kumuha siya ng dalawang pansamantalang patent, at noong Oktubre at Nobyembre ng parehong taon ay naglabas siya. Buong paglalarawan mga imbensyon. Ito ay isang hindi kapani-paniwalang produktibong panahon para sa Parsons. Nagpasya siyang lumikha ng isang dynamo, na pinapagana ng turbine sa mataas na bilis, na magagamit sa ilan sa mga modernong electric machine. Kasunod nito, madalas na inuulit ni Parsons na ang imbensyon na ito ay kasinghalaga ng paglikha ng turbine mismo. Hanggang ngayon, ang pangunahing aplikasyon ng steam turbine ay upang magmaneho ng mga de-koryenteng generator.
Noong Nobyembre 1884, nang ang unang prototype ng turbine ay nilikha, ang Honorable Charles A. Parsons ay 30 taong gulang lamang. Ang henyo sa pag-inhinyero at isang likas na talino para sa mga pangangailangan ng merkado ay hindi sapat na mga kondisyon para sa kanyang mga supling upang matagumpay na makapasok sa buhay. Sa ilang mga yugto, kinailangan ni Parsons na mamuhunan ng kanyang sariling mga pondo upang ang gawaing ginawa ay hindi mawalan ng kabuluhan. Sa panahon ng pagsubok noong 1898 upang palawigin ang bisa ng ilan sa kanyang mga patent, napag-alamang gumastos si Parsons ng £1,107 13s at 10d ng personal na pera sa paggawa ng turbine.
Ang turbine ay isang umiikot na aparato na hinihimok ng daloy ng isang likido o gas.
Ang pinakasimpleng halimbawa ng turbine ay isang water wheel.
Isipin ang isang patayong inilagay na gulong, sa gilid kung saan ang mga scoop o blades ay naayos. Ang isang stream ng tubig ay ibinuhos sa mga blades na ito mula sa itaas. Sa ilalim ng impluwensya ng tubig, umiikot ang gulong. At sa pamamagitan ng pag-ikot ng gulong, maaaring i-activate ang iba pang mga mekanismo. Kaya, sa isang gilingan ng tubig, pinaikot ng gulong ang mga gilingang bato. At naggigiling sila ng harina. Sa mga hydroelectric power plant, ang mga turbin ay nagtutulak ng mga generator na gumagawa ng kuryente. Sa mga thermal power plant, ang mga blades ng turbine ay itinatakda sa paggalaw sa pamamagitan ng thermal energy, na inilalabas kapag sinunog ang gasolina (gas, karbon, atbp.). Ang mga generator ng hangin ay hinihimok ng enerhiya ng hangin.
Mula sa punto ng view ng pisika, ang mga turbine ay mga aparato na nagko-convert ng enerhiya ng singaw, hangin, tubig sa kapaki-pakinabang na gawain.
Depende sa kung anong uri ng enerhiya ang na-convert sa mga turbine, ang mga steam turbine at gas turbine ay nakikilala.
Steam turbine
Aeolipil ng Heron
sa isang steam turbine thermal energy ang singaw ay na-convert sa mekanikal na gawain.
Noong 130 BC, ang Greek mathematician at mekaniko na si Heron ng Alexandria ay nag-imbento ng primitive steam turbine, na tinatawag na "aeolipil". Ang aparato ay isang mahigpit na selyadong boiler, kung saan tinanggal ang dalawang tubo. Ang isang guwang na bola na may dalawang hugis-L na mga nozzle ay na-install sa mga tubo na ito. Ang tubig ay ibinuhos sa kaldero, at ito ay inilagay sa apoy. Ang singaw ay pumasok sa bola sa pamamagitan ng mga tubo at nakatakas mula sa mga nozzle sa ilalim ng presyon. Nagsimulang umikot ang bola. Ito ay ang prototype ng isang jet engine, kung saan ang puwersa ng jet na umiikot sa bola ay nilikha ng singaw.
Noong panahon ni Heron, ang kanyang imbensyon ay itinuring na parang laruan. Praktikal na aplikasyon hindi nito nahanap.
Noong 1629, ang inhinyero at arkitekto ng Italya na si Giovanni Branchi ay lumikha ng isang steam turbine kung saan ang isang gulong na may mga blades ay pinaandar ng isang stream ng singaw.
Noong 1815, ang English engineer na si Richard Treiswick ay nag-install ng dalawang nozzle sa gilid ng isang lokomotive wheel at hinayaan ang singaw sa kanila.
Sa pagitan ng 1864 at 1884, daan-daang mga imbensyon ng turbine ang na-patent ng mga inhinyero.
At noong 1889 lamang. Ang Swedish engineer na si Gustaf Laval ay lumikha ng steam turbine na maaaring magamit sa industriya. Sa Laval turbine, isang jet ng singaw na lumalabas sa mga nozzle ng isang nakapirming stator na pinindot sa mga blades na naayos sa rim ng gulong. Umikot ang steam pressure wheel. Ang nasabing turbine ay tinatawag na aktibo.
Sa Laval turbine, lumawak ang nozzle sa labasan. Pinapataas nito ang bilis ng tumatakas na singaw at, bilang kinahinatnan, ang bilis ng pag-ikot ng turbine. Ang Laval nozzle ay naging prototype ng mga modernong rocket nozzle.
Mas maaga, nang nakapag-iisa kay Laval, noong 1884, ang English engineer at industrialist na si Charles Algernon Parsons ay nag-imbento ng multi-stage jet steam turbine. Sa naturang turbine mayroong ilang mga hilera ng rotor blades, na tinatawag na mga yugto. Pinapatent ni Parson ang ideya ng isang barkong pinapagana ng turbine na ito.
gas turbine
John Barber
Ang isang gas turbine ay naiiba sa isang steam turbine dahil ito ay hinihimok hindi sa pamamagitan ng singaw mula sa isang boiler, ngunit sa pamamagitan ng isang gas na nabuo sa panahon ng pagkasunog ng gasolina. At ang lahat ng mga pangunahing prinsipyo ng steam at gas turbines ay pareho.
Ang unang patent para sa isang gas turbine ay nakuha noong 1791 ng Englishman na si John Barber. Dinisenyo ni Barber ang kanyang turbine para i-propel ang isang cart na walang kabayo. At ang mga elemento ng Barber turbine ay naroroon sa mga modernong gas turbine.
Noong 1903, ang Norwegian na si Edgidius Elling ay nag-imbento ng gas turbine na gumagawa ng mas maraming enerhiya kaysa sa ginugol sa trabaho nito. Ang prinsipyo ng operasyon nito ay ginamit ng English design engineer na si Sir Frank Whittle, na noong 1930 ay nag-patent ng gas turbine para sa jet propulsion.
Turbine Tesla
Turbine Tesla
Noong 1913, ang inhinyero, physicist at imbentor na si Nikola Tesla ay nagpa-patent ng isang turbine, ang disenyo nito ay sa panimula ay naiiba sa isang tradisyonal na turbine. Ang Tesla turbine ay walang mga blades na hinimok ng enerhiya ng singaw o gas.
Ang umiikot na bahagi ng turbine - ang rotor - ay isang hanay ng mga manipis na metal disk na naka-mount sa isang baras at pinaghihiwalay ng mga washers. Ang daloy ng gas o gumaganang likido ay nagmula sa panlabas na gilid ng mga disk at dumaan sa gitna kasama ang mga puwang, na umiikot. Ito ay kilala na kung ang daloy ng isang likido o gas ay nakadirekta sa isang patag na ibabaw, pagkatapos ay ang daloy ay nagsisimulang i-drag ang ibabaw na ito kasama nito. Ang mga disk sa turbine ni Pascal ay dinadala kasama ng daloy ng gas, na nagdudulot ng pag-ikot.