ऊर्जा। अद्भुत भाप टरबाइन

पिछली सदी के अंत तक औद्योगिक क्रांतिविकास में एक महत्वपूर्ण मोड़ पर पहुंच गया। डेढ़ सदी पहले, भाप इंजनों में काफी सुधार हुआ था - वे किसी भी प्रकार के ईंधन पर चल सकते थे और विभिन्न प्रकार के तंत्रों को गति में सेट कर सकते थे। भाप इंजन के डिजाइन के सुधार पर एक बड़ा प्रभाव डायनेमो के आविष्कार के रूप में ऐसी तकनीकी उपलब्धि थी, जिसने बिजली प्राप्त करना संभव बना दिया बड़ी मात्रा. जैसे-जैसे ऊर्जा की मानव मांग बढ़ती गई, वैसे-वैसे भाप के इंजनों का आकार भी बढ़ता गया, जब तक कि उनके आयाम यांत्रिक शक्ति की सीमाओं से विवश नहीं हो गए। उद्योग के आगे विकास के लिए, यांत्रिक ऊर्जा प्राप्त करने की एक नई विधि की आवश्यकता थी।

यह विधि 1884 में सामने आई, जब एक अंग्रेज (1854-1931) ने औद्योगिक उपयोग के लिए उपयुक्त पहले टर्बोजेनरेटर का आविष्कार किया। दस साल बाद, पार्सन्स ने अपने आविष्कार को वाहनों पर लागू करने की संभावना का अध्ययन करना शुरू किया। कई वर्षों की मेहनत रंग लाई: टरबाइन से लैस स्टीमर टर्बिनिया, 35 समुद्री मील की गति तक पहुँच गया - रॉयल नेवी के किसी भी जहाज से अधिक। पारस्परिक पिस्टन स्टीम इंजन की तुलना में, टर्बाइन अधिक कॉम्पैक्ट और सरल होते हैं। इसलिए, समय के साथ, जब शक्ति और दक्षता टर्बाइनों में काफी वृद्धि हुई है, उन्होंने पिछले डिजाइनों के इंजनों को बदल दिया है। वर्तमान में, दुनिया भर में थर्मल पावर प्लांटों में जनरेटर ड्राइव के रूप में स्टीम टर्बाइन का उपयोग किया जाता है। विद्युत प्रवाह. यात्री जहाजों के लिए इंजन के रूप में स्टीम टर्बाइनों के उपयोग के लिए, हमारी शताब्दी के पूर्वार्द्ध में उनके अविभाजित प्रभुत्व को समाप्त कर दिया गया था, जब डीजल इंजन व्यापक हो गए थे। आधुनिक भाप का टर्बाइनपार्सन्स द्वारा आविष्कार की गई पहली मशीन की कई विशेषताएं विरासत में मिलीं।

भाप टरबाइन के संचालन में अंतर्निहित प्रतिक्रियाशील और सक्रिय सिद्धांत। उनमें से पहला "ईओलिपिल" डिवाइस (ए) में इस्तेमाल किया गया था, जिसे अलेक्जेंड्रिया के हेरॉन द्वारा आविष्कार किया गया था: जिस क्षेत्र में भाप स्थित है वह प्रतिक्रिया बलों की कार्रवाई के कारण घूमता है जो भाप खोखले ट्यूबों को छोड़ने पर उत्पन्न होती है। दूसरे मामले (बी) में, ब्लेड पर निर्देशित स्टीम जेट विक्षेपित होता है और इसके कारण पहिया घूमता है। टर्बाइन ब्लेड्स (c) स्टीम जेट को भी विक्षेपित करते हैं; इसके अलावा, ब्लेड के बीच से गुजरते हुए, भाप फैलती है और तेज हो जाती है, और परिणामी प्रतिक्रिया बल ब्लेड को धक्का देते हैं।

स्टीम टर्बाइन का संचालन रोटर पर एक परिधीय बल बनाने के दो सिद्धांतों पर आधारित है, जिसे प्राचीन काल से जाना जाता है - प्रतिक्रियाशील और सक्रिय। 130 ईसा पूर्व में वापस। अलेक्जेंड्रिया के हीरो ने ऐओलिपिल नामक एक उपकरण का आविष्कार किया। यह एक खोखला गोला था जो भाप से भरा हुआ था जिसमें दो एल-आकार के नोजल थे जो विपरीत दिशा में स्थित थे और दिशा की ओर थे विभिन्न पक्ष. नोजल से भाप निकली उच्च गति, और उभरती प्रतिक्रिया बलों के कारण, गोला घूमने लगा।

दूसरा सिद्धांत भाप की स्थितिज ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में बदलने पर आधारित है, जो उपयोगी कार्य करती है। इसे 1629 में निर्मित जियोवानी ब्रान्ची की मशीन के उदाहरण से स्पष्ट किया जा सकता है। इस मशीन में, भाप का एक जेट पैडल के साथ एक पहिया को गति में सेट करता है, जो पानी मिल के पहिये की याद दिलाता है।

स्टीम टर्बाइन इन दोनों सिद्धांतों का उपयोग करता है। उच्च दबाव वाली भाप का एक जेट एक डिस्क पर लगे घुमावदार ब्लेड (पंखे के ब्लेड के समान) पर निर्देशित होता है। ब्लेड के चारों ओर बहने पर, जेट विक्षेपित हो जाता है, और ब्लेड वाली डिस्क घूमने लगती है। ब्लेड के बीच, भाप फैलती है और अपनी गति को तेज करती है: नतीजतन, भाप की दबाव ऊर्जा गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

ब्रांका की मशीन की तरह पहले टर्बाइन पर्याप्त शक्ति विकसित नहीं कर सके, क्योंकि भाप बॉयलर बनाने में सक्षम नहीं थे अधिक दबाव. थॉमस सेवरी, थॉमस न्यूकोमेन और अन्य के पहले काम करने वाले भाप इंजनों को उच्च दबाव वाले भाप की आवश्यकता नहीं थी। कम दबाव वाली भाप ने पिस्टन के नीचे की हवा को विस्थापित कर दिया और संघनित हो गई, जिससे एक वैक्यूम बन गया। कार्रवाई के तहत पिस्टन वायुमण्डलीय दबावउपयोगी काम करने के लिए नीचे। इन तथाकथित वायुमंडलीय इंजनों के लिए भाप बॉयलरों के निर्माण और उपयोग में अनुभव ने धीरे-धीरे इंजीनियरों को ऐसे बॉयलरों को डिजाइन करने के लिए प्रेरित किया जो वायुमंडलीय दबाव से कहीं अधिक दबाव बनाने और बनाए रखने में सक्षम थे।

उच्च दबाव वाली भाप प्राप्त करने की संभावना के आगमन के साथ, आविष्कारकों ने फिर से टरबाइन की ओर रुख किया। विभिन्न डिजाइन विकल्पों की कोशिश की गई है। 1815 में, इंजीनियर रिचर्ड ट्रेविथिक ने स्टीम लोकोमोटिव इंजन के व्हील रिम पर दो नोजल लगाने और उनके माध्यम से एक बॉयलर से भाप पास करने की कोशिश की। ट्रेविथिक की योजना विफल रही। न्यू यॉर्क के सिरैक्यूज़ में विलियम एवरी द्वारा 1837 में निर्मित एक चीरघर इसी तरह के सिद्धांत पर आधारित था। अकेले इंग्लैंड में, 100 से अधिक वर्षों में, 1784 से 1884 तक, 200 आविष्कारों का पेटेंट कराया गया था, एक तरह से या किसी अन्य टर्बाइन से संबंधित, और इनमें से आधे से अधिक आविष्कार बीस साल की अवधि में - 1864 से 1884 तक पंजीकृत किए गए थे।

इनमें से किसी भी प्रयास के परिणामस्वरूप औद्योगिक रूप से प्रयोग करने योग्य मशीन नहीं बन पाई। आंशिक रूप से, ये विफलताएं भाप के विस्तार का वर्णन करने वाले भौतिक नियमों की अज्ञानता के कारण थीं। भाप का घनत्व पानी के घनत्व से बहुत कम होता है, और इसकी "लोच" बहुत अधिक होती है, इसलिए स्टीम टर्बाइन में भाप के जेट की गति पानी के टर्बाइनों में पानी की गति से बहुत अधिक होती है, जिसे आविष्कारकों को करना पड़ता था। से निपटें। यह पाया गया कि दक्षता टरबाइन अधिकतम हो जाती है जब ब्लेड की गति भाप की गति के लगभग आधे के बराबर होती है; इसलिए, पहले टर्बाइनों में बहुत अधिक घूर्णी गति थी।

बड़ी संख्या में क्रांतियाँ कई अवांछनीय प्रभावों का कारण थीं, जिनमें से केन्द्रापसारक बलों की कार्रवाई के तहत घूर्णन भागों के विनाश के खतरे ने एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। जिस डिस्क पर ब्लेड लगे थे, उसका व्यास बढ़ाकर टरबाइन के घूमने की गति को कम किया जा सकता है। हालांकि, ऐसा संभव नहीं हो सका। शुरुआती उपकरणों में भाप का प्रवाह बड़ा नहीं हो सकता, जिसका अर्थ है कि आउटलेट का क्रॉस सेक्शन बड़ा भी नहीं हो सकता है। इस कारण से, पहले प्रायोगिक टर्बाइनों में एक छोटा व्यास और छोटे ब्लेड थे।

भाप के गुणों से जुड़ी एक और समस्या और भी कठिन थी। नोजल से गुजरने वाली भाप की गति इनलेट दबाव के अनुपात में आउटलेट दबाव के अनुपात में बदल जाती है। अभिसरण नोजल में अधिकतम वेग प्राप्त किया जाता है, हालांकि, लगभग दो के दबाव अनुपात पर; दबाव ड्रॉप में और वृद्धि अब जेट वेग में वृद्धि को प्रभावित नहीं करती है। इस प्रकार, डिजाइनर उच्च दबाव भाप की संभावनाओं का पूरा लाभ नहीं उठा सके: उच्च दबाव भाप में संग्रहीत ऊर्जा की मात्रा की एक सीमा थी जिसे गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता था और ब्लेड में स्थानांतरित किया जा सकता था। 1889 में, स्वीडिश इंजीनियर कार्ल गुस्ताव डी लावल ने एक नोजल का इस्तेमाल किया जो आउटलेट पर फैलता है। इस तरह के एक नोजल ने बहुत अधिक भाप वेग प्राप्त करना संभव बना दिया, और परिणामस्वरूप, लैवल टर्बाइन में रोटर की गति में काफी वृद्धि हुई।

पार्सन्स ने एक मौलिक रूप से नया टर्बाइन डिज़ाइन बनाया। यह कम घूर्णन गति से अलग था, और साथ ही, इसने भाप ऊर्जा का अधिकतम लाभ उठाया। यह इस तथ्य के कारण हासिल किया गया था कि पार्सन्स टर्बाइन में, भाप धीरे-धीरे विस्तारित हुई क्योंकि यह 15 चरणों से गुजरती थी, जिनमें से प्रत्येक ब्लेड क्राउन की एक जोड़ी थी: एक तय किया गया था (टर्बाइन आवरण के लिए तय गाइड वैन के साथ), दूसरा चल (रोटर ब्लेड के साथ) एक घूर्णन शाफ्ट पर घुड़सवार डिस्क पर) था। स्थिर और चल रिम्स के ब्लेड विपरीत दिशाओं में उन्मुख थे, अर्थात। ताकि अगर दोनों मुकुट चल रहे हों, तो भाप उन्हें अलग-अलग दिशाओं में घुमाएगी।

टर्बाइन ब्लेड के मुकुट तांबे के छल्ले थे जिनमें ब्लेड 45 डिग्री के कोण पर स्लॉट में तय किए गए थे। जंगम मुकुट शाफ्ट पर तय किए गए थे, निश्चित में दो हिस्सों में शरीर से सख्ती से जुड़ा हुआ था (शरीर के ऊपरी आधे हिस्से को हटा दिया गया था)।

ब्लेड के जंगम और स्थिर रिम्स को वैकल्पिक करना (ए) भाप आंदोलन की दिशा निर्धारित करता है। स्थिर ब्लेड के बीच से गुजरते हुए, भाप का विस्तार हुआ, त्वरित हुआ और चलती ब्लेड को निर्देशित किया गया। यहां भी, भाप का विस्तार हुआ, जिससे ब्लेड को धक्का देने वाला बल पैदा हुआ। भाप की गति की दिशा मुकुट के 15 जोड़े (बी) में से एक पर दिखाई जाती है।

स्थिर ब्लेड की ओर निर्देशित भाप इंटरब्लेड चैनलों में फैल गई, इसकी गति बढ़ गई, और इसे विक्षेपित कर दिया गया ताकि यह चल ब्लेड पर गिर जाए और उन्हें घूमने के लिए मजबूर कर दे। जंगम ब्लेड के इंटरब्लेड चैनलों में, भाप का भी विस्तार हुआ, बाहर निकलने पर एक त्वरित जेट बनाया गया, और परिणामस्वरूप प्रतिक्रियाशील बल ने ब्लेड को धक्का दिया।

कई चल और स्थिर ब्लेड रिम्स के साथ, उच्च रोटेशन गति अनावश्यक हो गई। पार्सन्स मल्टी-स्टेज टर्बाइन के 30 रिम्स में से प्रत्येक पर, भाप का थोड़ा विस्तार हुआ, जिससे इसकी कुछ गतिज ऊर्जा खो गई। प्रत्येक चरण (मुकुट की जोड़ी) पर, दबाव केवल 10% गिरा, और परिणामस्वरूप, एक चरण के साथ टरबाइन में अधिकतम भाप वेग जेट वेग के 1/5 के बराबर निकला। पार्सन्स का मानना ​​​​था कि इस तरह की छोटी दबाव बूंदों के साथ, भाप को पानी के समान थोड़ा संकुचित तरल माना जा सकता है। इस धारणा ने उन्हें उच्च सटीकता के साथ भाप के वेग, दक्षता की गणना करने में सक्षम बनाया। टर्बाइन और ब्लेड के आकार। भाप के चरणबद्ध विस्तार का विचार, जो आधुनिक टर्बाइनों के डिजाइन को रेखांकित करता है, पार्सन्स द्वारा सन्निहित कई मूल विचारों में से एक था।

एक अन्य आविष्कार एक नए प्रकार का असर था जिसे विशेष रूप से तेजी से घूमने वाले शाफ्ट के लिए डिज़ाइन किया गया था। हालांकि पार्सन्स टरबाइन के रोटेशन की गति को कम करने में कामयाब रहे, फिर भी यह अन्य इंजनों की तुलना में दस गुना अधिक रहा। इसलिए, आविष्कारक को "शाफ्ट बीट" नामक एक घटना से निपटना पड़ा। उस समय पहले से ही यह ज्ञात था कि प्रत्येक शाफ्ट की अपनी विशिष्ट महत्वपूर्ण रोटेशन गति होती है, जिस पर एक छोटा सा असंतुलन भी एक महत्वपूर्ण झुकने वाला बल बनाता है। यह पता चला कि रोटेशन की महत्वपूर्ण गति शाफ्ट के अनुप्रस्थ कंपन की प्राकृतिक आवृत्ति से संबंधित है (इस आवृत्ति पर, शाफ्ट प्रतिध्वनित और पतन शुरू होता है)। पार्सन्स और डी लावल ने स्वतंत्र रूप से पाया कि महत्वपूर्ण से अधिक गति पर, शाफ्ट तेजी से घूमता है। इसके बावजूद, एक छोटा सा असंतुलन अभी भी संतुलन की स्थिति से शाफ्ट के विचलन का कारण बना। इसलिए, शाफ्ट को नुकसान से बचने के लिए, इसे बीयरिंगों में स्थापित किया जाना चाहिए जो इसके छोटे पार्श्व विस्थापन की अनुमति देगा।

प्रारंभ में, पार्सन्स ने स्प्रिंग्स पर लगे पारंपरिक बेयरिंग का उपयोग करने की कोशिश की, लेकिन पाया कि इस डिज़ाइन ने केवल कंपन को बढ़ाया। अंत में, वह एक असर के साथ आया, जिसमें छल्ले का एक सेट था। पार्सन्स ने दो आकार के छल्ले का इस्तेमाल किया: एक आंतरिक असर वाले खोल के खिलाफ (जिसके माध्यम से शाफ्ट पारित हुआ) लेकिन आवास को नहीं छुआ; वे अन्य रिंगों के साथ बारी-बारी से आते हैं जो लाइनर को छुए बिना केस के खिलाफ अच्छी तरह से फिट होते हैं। अनुदैर्ध्य दिशा में छल्ले की पूरी प्रणाली एक वसंत द्वारा संकुचित थी। इस डिजाइन ने शाफ्ट के छोटे पार्श्व विस्थापन की अनुमति दी और साथ ही दो प्रकार के वाशर के बीच घर्षण के कारण कंपन को दबा दिया।

शाफ्ट पर असर ने शाफ्ट के छोटे पार्श्व विस्थापन की अनुमति दी, लेकिन कंपन को कम कर दिया। इसमें बारी-बारी से छल्ले शामिल थे: कुछ ने लाइनर को कसकर कवर किया (जिसके अंदर शाफ्ट गुजरा), टरबाइन हाउसिंग को छुए बिना, अन्य ने लाइनर को छुए बिना आवास के खिलाफ कसकर दबाया। छल्ले के पूरे सेट को एक स्प्रिंग द्वारा संकुचित किया गया था। पेंच पंप (बाएं) तेल निकाल दिया ( पीला) असर में।

इस डिजाइन ने सफलतापूर्वक काम किया, और जिन लोगों ने 1885 में लंदन में इन्वेंटर्स प्रदर्शनी में प्रस्तुत टर्बाइन के प्रोटोटाइप को देखा, उन्होंने नोट किया कि उस समय के अन्य भाप इंजनों की तुलना में यह कितना आसान था। उत्तरार्द्ध ने नींव को इतना हिला दिया कि कंपन मशीन से काफी दूरी पर भी महसूस किया गया।

1884 में बनाया गया पार्सन्स टर्बाइन जनरेटर, औद्योगिक उपयोग में आने वाली पहली स्टीम ट्यूब थी। शाफ्ट के बीच में स्थित एक आयताकार छेद के माध्यम से उच्च दबाव में भाप टरबाइन में प्रवेश करती है। यहां इसे विभाजित किया गया और ब्लेड के मुकुट से गुजरते हुए शाफ्ट के विपरीत छोर पर निर्देशित किया गया। विस्तारित भाप ने चल (काम करने वाले) रिंगों को घुमाया, जो केंद्रीय शाफ्ट पर कसकर बैठे थे। चल रिंगों के बीच टरबाइन हाउसिंग की भीतरी सतह पर स्थिर ब्लेड के रिम्स लगे होते थे। स्थिर ब्लेड चलती पहियों के ब्लेड को भाप निर्देशित करते हैं।
प्रत्येक पहिए के इंटरब्लेड स्पेस में, भाप का विस्तार हुआ। मल्टी-स्टेज स्टीम विस्तार के सिद्धांत ने पार्सन्स को उच्च दबाव में भाप की ऊर्जा का पूरा लाभ उठाने और उच्च गति से बचने की अनुमति दी। शाफ्ट ने डायनेमो, या विद्युत जनरेटर (दाएं) घुमाया।

पार्सन्स टर्बाइन में, शाफ्ट के मध्य भाग में एक नियंत्रण वाल्व के माध्यम से भाप की आपूर्ति की जाती थी। यहां, भाप प्रवाह को विभाजित किया गया और दो चैनलों के माध्यम से चला गया: एक भाप शाफ्ट के बाएं छोर तक गई, दूसरी दाईं ओर। दोनों चैनलों में भाप की मात्रा समान थी। प्रत्येक जेट टरबाइन में ब्लेड के मुकुट से होकर गुजरा।

प्रवाह को विभाजित करने के लाभों में से एक यह था कि टरबाइन ब्लेड पर भाप के दबाव से उत्पन्न अनुदैर्ध्य (अक्षीय) बल बिल्कुल संतुलित थे। इस प्रकार, जोर (अक्षीय) असर की कोई आवश्यकता नहीं थी। वर्णित डिज़ाइन का उपयोग कई आधुनिक भाप टर्बाइनों में किया जाता है।

और फिर भी, पार्सन्स की पहली मल्टीस्टेज टर्बाइन विकसित हुई अच्छी गति- 18000 आरपीएम। ऐसी गति पर, टरबाइन ब्लेड पर अभिनय करने वाला केन्द्रापसारक बल गुरुत्वाकर्षण बल से 13 हजार गुना अधिक था। घूमने वाले भागों के टूटने के खतरे को कम करने के लिए, पार्सन्स ने एक बहुत विकसित किया सरल डिजाइन: प्रत्येक डिस्क एक ठोस तांबे की अंगूठी से बनाई गई थी; स्लॉट, जिसमें ब्लेड शामिल थे, डिस्क की परिधि के आसपास स्थित थे और स्लॉट्स को 45 ° के कोण पर उन्मुख किया गया था। जंगम डिस्क शाफ्ट पर लगाए गए थे और इसके किनारे पर तय किए गए थे। फिक्स्ड क्राउन में दो हाफ-रिंग्स होते थे, जो ऊपर और नीचे से टर्बाइन हाउसिंग से जुड़े होते थे। इसके चरणबद्ध विस्तार के दौरान भाप की मात्रा में वृद्धि के लिए आवश्यक है कि भाप के दौरान ब्लेड की लंबाई क्रमिक रूप से तीन गुना बढ़ जाए - 5 से 7 मिमी तक। जेट विशेषताओं में सुधार के लिए ब्लेड के किनारों को चम्फर्ड किया गया है।

शाफ्ट के घूर्णन की गति को कम करने की समस्या ने अन्य आविष्कारों को जन्म दिया। गति इतनी अधिक थी कि तत्कालीन मौजूदा ट्रांसमिशन तंत्र (जैसे गियर) का उपयोग करके इस समस्या को हल करना असंभव था। भाप इंजनों के पहले के डिजाइनों में पाए जाने वाले साधारण केन्द्रापसारक नियामक का उपयोग करना भी असंभव था: नियामक गेंदों को केवल केन्द्रापसारक बल द्वारा फाड़ा जाएगा। पार्सन्स ने एक पूरी तरह से नए प्रकार के नियामक का विकास किया। टरबाइन शाफ्ट पर, उन्होंने हवा से युक्त ट्यूबों की एक प्रणाली से जुड़ा एक केन्द्रापसारक पंखा रखा। एक घूमने वाला पंखा ट्यूबों से हवा को चूसता है, जिससे उनमें एक वैक्यूम बन जाता है। इस वैक्यूम को ट्यूब सिस्टम के दूसरी तरफ स्थित एक चमड़े के डायाफ्राम द्वारा प्रतिक्रिया दी गई थी और एक नियंत्रण वाल्व से जुड़ा था जो टरबाइन को भाप की आपूर्ति को नियंत्रित करता था। यदि टर्बाइन के घूमने की गति बढ़ जाती है, तो ट्यूबों में हवा का विरलन बढ़ जाता है और डायाफ्राम अधिक धनुषाकार हो जाता है; नतीजतन, डायाफ्राम से जुड़े एक वाल्व ने टरबाइन को भाप की आपूर्ति कम कर दी और इसका रोटेशन धीमा हो गया।

नियामक ने अच्छा काम किया, लेकिन बहुत संवेदनशील नहीं था। पार्सन्स टर्बाइन ने एक डायनेमो (विद्युत जनरेटर) चलाया। जिस समय पार्सन्स ने अपनी टरबाइन बनाई, उस समय एक गरमागरम लैंप की लागत एक चौथाई टन कोयले के बराबर थी। विद्युत प्रवाह में अचानक परिवर्तन के दौरान लैंप को जलने से रोकने के लिए (जो अक्सर भाप इंजन का उपयोग करने पर होता था), डायनेमो को 1-2% की सटीकता के साथ एक निरंतर वोल्टेज प्रदान करना था। इस उद्देश्य के लिए, पार्सन्स ने अपने टरबाइन को एक विशेष ठीक समायोजन तंत्र के साथ प्रदान किया जो डायनेमो पर वोल्टेज में परिवर्तन के लिए सीधे प्रतिक्रिया करता था।

डायनेमो की वाइंडिंग पर वोल्टेज तीव्रता के समानुपाती होता है चुंबकीय क्षेत्रध्रुवों पर बनाया गया है। पार्सन्स ने नरम लोहे से एक जूआ बनाया और उसे डायनेमो के खंभे पर एक स्प्रिंग लगाकर ठीक कर दिया। घुमाव, वसंत के प्रतिरोध पर काबू पाने, चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में मुड़ने की मांग की; रोटेशन का कोण सीधे क्षेत्र की ताकत पर निर्भर करता था, जो बदले में डायनेमो की वाइंडिंग पर वोल्टेज से संबंधित था। घुमाव के साथ, एक तांबे का वाल्व मुड़ गया। अपनी स्थिति के आधार पर, यह अधिक या कम हद तक एक केन्द्रापसारक प्रशंसक के साथ नियामक प्रणाली में शामिल ट्यूब के उद्घाटन को कवर करता है,

यदि चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बढ़ती है, तो वाल्व धीरे-धीरे ट्यूब के उद्घाटन को अवरुद्ध करना शुरू कर देता है। इसने नियामक प्रणाली में हवा की पहुंच को कम कर दिया और केन्द्रापसारक पंखे द्वारा बनाए गए वैक्यूम को बढ़ा दिया। उसी समय, चमड़े का डायाफ्राम मुड़ा हुआ था और नियंत्रण वाल्व ने टरबाइन को भाप की आपूर्ति कम कर दी थी। इस प्रकार, टर्बाइन के घूमने की गति डायनेमो की वाइंडिंग पर वोल्टेज पर निर्भर करती थी। पार्सन्स फाइन एडजस्टमेंट मैकेनिज्म पहले सर्वोमोटर्स, फीडबैक डिवाइसों में से एक था, जो इसके एक छोटे से हिस्से की खपत करते हुए बड़ी मात्रा में ऊर्जा के खर्च को नियंत्रित करता है।

उच्च दाब भाप (गहरा लाल) शाफ्ट के मध्य बिंदु पर एक छेद के माध्यम से प्रवेश करती है और शाफ्ट के दोनों सिरों तक ब्लेड क्राउन से गुजरती है। निकास भाप (हल्का लाल) आवास के तल पर एक आउटलेट चैनल से जुड़े दो गुहाओं में प्रवेश करती है। शाफ्ट की धुरी के साथ केंद्र से भी आगे आवास के ऊपरी हिस्से में एक चैनल से जुड़े दो अन्य गुहाएं हैं; उन्हें आंशिक निर्वात (नीला) में रखा जाता है।

कपलिंग, निकास भाप और आंशिक वैक्यूम के साथ गुहाओं के बीच दबाव अंतर के कारण आवास की आंतरिक सतह के खिलाफ कसकर दबाए गए, घूर्णन शाफ्ट की सतह के पास अंतराल के माध्यम से निकास भाप को बाहर निकलने की अनुमति नहीं देते हैं। स्नेहन की आपूर्ति एक स्क्रू पंप (बाएं) द्वारा की जाती है जो शाफ्ट पर और अन्य बीयरिंगों में तेल (पीला) पंप करता है। तेल डायनेमो शाफ्ट (केंद्र और दाएं) के अंदर एक चैनल के माध्यम से केंद्रीय बीयरिंग तक पहुंचता है। नियामक एक केन्द्रापसारक प्रशंसक (बाएं) का उपयोग करता है जो पाइपिंग सिस्टम में एक वैक्यूम (नीला) बनाता है। एक वाल्व से जुड़ी एक चमड़े की झिल्ली जो टरबाइन को भाप की आपूर्ति को नियंत्रित करती है, ट्यूबों में वैक्यूम होने पर उनकी ओर आकर्षित होती है।

ठीक समायोजन तंत्र डायनेमो के शीर्ष पर स्थित है। यह तंत्र डायनेमो की वाइंडिंग पर वोल्टेज के आधार पर हवा के प्रवाह को ट्यूब सिस्टम में बदल देता है। वायु नलियों में निर्मित निर्वात की क्रिया के तहत, बीयरिंगों से तेल वापस ऊर्ध्वाधर जलाशय (बाएं) में प्रवाहित होता है।

सेंट्रीफ्यूगल फैन, जो पार्सन्स नियामक पर हावी था, ने भी स्नेहन प्रणाली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। टरबाइन शाफ्ट के रोटेशन की उच्च गति के लिए बिल्कुल विश्वसनीय स्नेहन की आवश्यकता होती है। शाफ्ट के अंत में, पार्सन्स ने एक सर्पिल हेलिक्स को मजबूत किया, जो तेल के भंडार में डूबा हुआ था और शाफ्ट पर बीयरिंगों को स्नेहक प्रदान करता था। पाइप्स ने तेल को शाफ्ट के दूर के छोर तक निर्देशित किया जहां डायनेमो स्थित था, और डायनेमो शाफ्ट के अंदर एक चैनल केंद्रीय बीयरिंग तक तेल ले गया और डायनेमो के इंटीरियर को ठंडा कर दिया। गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में, तेल केंद्रीय नोड में वापस आ गया। मुख्य तेल भंडार एक ऊर्ध्वाधर ट्यूब द्वारा सीधे पंखे पर स्थित वायु ट्यूबों की एक प्रणाली से जुड़ा था। पंखे द्वारा बनाए गए वैक्यूम ने तेल को केंद्रीय असेंबली से वापस तेल जलाशय में प्रवाहित करने के लिए मजबूर किया, ताकि तेल का स्तर पेंच पंप को संचालित करने के लिए पर्याप्त हो।

पार्सन्स का एक और आविष्कार, जिसका उपयोग आधुनिक टर्बाइनों में भी किया जाता है, शाफ्ट और टर्बाइन आवरण के बीच के अंतराल के माध्यम से भाप के रिसाव को खत्म करने की एक विधि थी। क्लच को शाफ्ट से कसने का कोई भी प्रयास असफल होगा, क्योंकि महत्वपूर्ण गति पर, त्वरण के दौरान बीट्स के परिणामस्वरूप बहुत अधिक घर्षण पैदा होगा। पार्सन्स द्वारा डिजाइन किए गए युग्मन ने शाफ्ट को कसकर फिट किया और साथ ही साथ छोटे विस्थापन के लिए अनुमति दी। ऑपरेटिंग गति तक पहुंचने पर, क्लच ने एक विश्वसनीय शटर के रूप में काम किया, जिससे टरबाइन आवरण के अंदर निकास भाप बनी रही।

जैसे ही टरबाइन परिचालन गति तक पहुँच गया, क्लच को शाफ्ट के खिलाफ आउटलेट पाइप और चैम्बर के बीच दबाव अंतर के प्रभाव में कसकर दबाया गया, जहां एक आंशिक वैक्यूम बनाए रखा गया था। टरबाइन आवरण के तल पर एक आउटलेट चैनल के माध्यम से निकास भाप दो गुहाओं (शाफ्ट के प्रत्येक छोर पर एक) से चली गई। प्रत्येक आउटपुट गुहाओं की तुलना में दो अन्य गुहा शाफ्ट के मध्य बिंदु से दूर स्थित थे। शरीर के ऊपरी हिस्से में एक चैनल इन चरम गुहाओं को जोड़ता है। दो आंतरिक गुहाओं में से प्रत्येक के अंदर, पार्सन्स ने शाफ्ट को कसकर बंद कर दिया। चरम गुहाओं में आंशिक वैक्यूम बनाए रखने के लिए, पार्सन्स ने स्टीम जेट पंप का इस्तेमाल किया। टर्बाइन के क्रांतियों की एक छोटी संख्या में, युग्मन शाफ्ट के साथ-साथ स्वतंत्र रूप से घूमते थे। ऑपरेटिंग गति तक पहुंचने पर, आंतरिक गुहाओं (जहां टरबाइन से निकास भाप प्रवेश करती है) और बाहरी गुहाओं (जहां आंशिक वैक्यूम बनाए रखा गया था) के बीच एक दबाव अंतर उत्पन्न हुआ। एक दबाव ड्रॉप की कार्रवाई के तहत, टर्बाइन हाउसिंग के खिलाफ कपलिंग को कसकर दबाया गया और गुहाओं को एक दूसरे से अलग कर दिया।

पार्सन्स की प्रतिभा किन परिस्थितियों में बनी, जिसकी बदौलत वह टरबाइन बनाने के रास्ते में आने वाली कठिनाइयों को दूर करने में सफल रहे? पार्सन्स, आयरलैंड के काउंटी ऑफ़ली में, बिर में एक जमींदार परिवार का सबसे छोटा बेटा था। उनके पिता, तीसरे अर्ल ऑफ रॉस, एक प्रतिभाशाली वैज्ञानिक थे। उन्होंने कास्टिंग और पीसने की तकनीक में बहुत बड़ा योगदान दिया बड़े दर्पणदूरबीनों के लिए। 1845 में, अपनी संपत्ति पर एक कार्यशाला में, उन्होंने एक दर्पण दूरबीन का निर्माण किया, जो कई दशकों तक दुनिया की सबसे बड़ी दूरबीन बनी रही। इस दूरबीन के साथ, पार्सन्स सीनियर ने कई सर्पिल नीहारिकाओं की खोज की। 1849 से 1854 तक वह लंदन की रॉयल सोसाइटी के अध्यक्ष थे। संसद सदस्य के रूप में, उन्होंने बैठकों में भाग लेने के लिए लंदन में एक घर खरीदा। वर्ष के भाग के लिए, पूरा परिवार यहां रहता था, स्वागत समारोह की व्यवस्था करता था जिसमें वैज्ञानिक समुदाय के प्रतिनिधियों को आमंत्रित किया जाता था।

पार्सन्स ने अपने बच्चों को स्कूल नहीं भेजा। उनके शिक्षक खगोलविद थे, जिन्हें काउंट ने दूरबीन से रात के अवलोकन के लिए आमंत्रित किया था; दिन में ये विद्वान बच्चों को पढ़ाते थे। हर संभव तरीके से बच्चों को होम वर्कशॉप में भाग लेने के लिए प्रोत्साहित किया गया। चार्ल्स को बचपन से जिस शिल्प से परिचित कराया गया था, उसने उस अवधि के दौरान एक अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जब वह अपनी टरबाइन का निर्माण कर रहा था।

चार्ल्स ने ट्रिनिटी कॉलेज, डबलिन में प्रवेश किया, और फिर सेंट जॉन कॉलेज, कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय चले गए, जहाँ से उन्होंने 1877 में स्नातक की उपाधि प्राप्त की। उन्होंने एडवर्ड ई। रूट के अधीन गणित का अध्ययन किया, जो उस समय के संरक्षण के लिए परिस्थितियों के अध्ययन में लगे हुए थे। एकसमान गति, विशेष रूप से इन उद्देश्यों के लिए विभिन्न यांत्रिक नियामकों का उपयोग।

इस समय तक, पार्सन्स ने अपने विशेषाधिकार प्राप्त परवरिश के फल का आनंद लिया था। उनकी किस्मत में एक मोड़ तब आया जब वह एक प्रसिद्ध नौसैनिक बंदूक निर्माता जॉर्ज आर्मस्ट्रांग के प्रशिक्षु बन गए, और न्यूकैसल अपॉन टाइन में अपने एल्सविक कारखाने में काम करना शुरू कर दिया। पार्सन्स को ऐसा निर्णय लेने के लिए प्रेरित करने वाले कारण अज्ञात रहे: उस समय, धनी परिवारों के बच्चों ने शायद ही कभी इंजीनियरिंग में अपना करियर चुना।

पार्सन्स ने आर्मस्ट्रांग के सबसे मेहनती छात्र के रूप में ख्याति प्राप्त की। अपने शिक्षुता के दौरान, उन्हें नवीनतम नवाचार पर काम करने की अनुमति मिली - घूर्णन सिलेंडर के साथ एक भाप इंजन - और 1877 और 1882 के बीच। उन्होंने अपने कई आविष्कारों का पेटेंट कराया। यदि आप इन पेटेंटों का अध्ययन करते हैं, तो आप पा सकते हैं कि उन्होंने ए। पायने की तुलना में एक दशक पहले दबाव स्नेहन के विचार का इस्तेमाल किया था, जो इस क्षेत्र में अपने आविष्कारों के लिए प्रसिद्ध है। पार्सन्स से पहले, बियरिंग्स को लुब्रिकेट करने के लिए ड्रॉपर का उपयोग किया जाता था, इसलिए बियरिंग्स को निरंतर निगरानी की आवश्यकता होती थी। मजबूर स्नेहन के विचार ने विशेष रूप से टर्बाइनों में उच्च गति वाली मशीनों के निर्माण में एक असाधारण भूमिका निभाई।

टर्बाइन बनाने का विचार पार्सन्स को आया, जाहिरा तौर पर, जब वह अभी भी एक छात्र था। लॉर्ड रेले ने कैम्ब्रिज के पार्सन्स के परिचितों में से एक के शब्दों से संबंधित है, जिसे भविष्य के आविष्कारक ने खिलौना पेपर इंजन दिखाया था: जब पार्सन्स ने खिलौने के पहियों पर उड़ा दिया, तो वे घुमाए गए। पार्सन्स ने कहा कि इस मशीन की घूर्णन गति होगी "किसी भी अन्य की तुलना में दस गुना अधिक।"

आर्मस्ट्रांग के लिए काम करते हुए पार्सन्स ने टर्बाइनों के साथ अपना पहला वास्तविक प्रयोग शुरू किया। 1881 से 1883 तक, अर्थात्। अपनी इंटर्नशिप के तुरंत बाद, उन्होंने जेम्स किल्सन के साथ मिलकर गैस से चलने वाला टारपीडो विकसित किया। आर्मस्ट्रांग बड़े पैमाने पर नौसैनिक हथियारों के उत्पादन से जुड़े थे और संभवत: एक नए प्रकार के टारपीडो प्रणोदक को विकसित करने के प्रयासों का समर्थन करते थे। इस प्रस्तावक की ख़ासियत यह थी कि जलते हुए ईंधन ने उच्च दबाव वाली गैस का एक जेट बनाया। जेट प्ररित करनेवाला से टकराया, जिससे वह घूम गया। प्ररित करनेवाला, बदले में, टारपीडो के प्रोपेलर को घुमाता है।

पर नोटबुकपार्सन्स, प्ररित करनेवाला के डिजाइन के कोई स्पष्ट संकेत नहीं हैं, लेकिन शीट तांबे से पार्सन्स द्वारा बनाई गई एक छोटी नाव की जांच करके इसका कुछ विचार प्राप्त किया जा सकता है। नाव पतवार के नीचे स्थित तीन-ब्लेड वाले प्रोपेलर द्वारा संचालित थी। पेंच 44 सर्पिल स्लॉट के साथ एक बड़ी रिंग के अंदर स्थित था। एक जेट में निकलने वाली गैस इन स्लॉट्स से होकर गुजरी और प्रवाह के विक्षेपण से उत्पन्न बल के कारण वलय घूमने लगा। इसके साथ ही नाव को आगे बढ़ाते हुए प्रोपेलर भी घुमाया।

इसलिए, पार्सन्स ने अपने शुरुआती प्रयोग गैस टर्बाइनों के साथ किए, न कि स्टीम टर्बाइनों के साथ। उन्होंने 1883 में उन पर काम करना बंद कर दिया, हालांकि उनका 1884 का पेटेंट गैस टरबाइन के आधुनिक चक्र का वर्णन करता है। बाद में उन्होंने इसका स्पष्टीकरण दिया।

"कई साल पहले किए गए प्रयोग -उन्होंने लिखा है, - और आंशिक रूप से गैस टरबाइन की वास्तविकता को सत्यापित करने के उद्देश्य से, मुझे आश्वस्त किया कि हमारे पास जो धातुएं हैं उनके साथ ... ब्लेड को रोटेशन में लाने के लिए गैसों के एक गरमागरम जेट का उपयोग करना एक गलती होगी - चाहे शुद्ध में पानी या फेरी के साथ या मिश्रित।"

यह एक पूर्वज्ञानी टिप्पणी थी: पार्सन्स की मृत्यु के दस साल बाद तक धातुएं दिखाई नहीं दीं जो गैस टर्बाइनों के निर्माण के लिए उपयुक्त थीं।

1884 की शुरुआत में पार्सन्स क्लार्क चैपमैन एंड कंपनी में जूनियर पार्टनर बन गए। गेट्सहेड में बसने के बाद, उन्होंने स्टीम टर्बाइन डिजाइन करने की शुरुआत की। अगस्त 1883 से संबंधित टारपीडो के निर्माण पर उनके प्रयोगों के रिकॉर्ड से संकेत मिलता है कि उस समय तक उन्हें ब्लेड के रोटेशन की गति को गैस जेट की गति में लाने की आवश्यकता के विचार में नहीं आया था। . इनलेट और आउटलेट पर दबाव के बड़े अनुपात के साथ नोजल बनाने की समस्या ने भी उनका ध्यान नहीं खींचा। लेकिन पहले से ही अप्रैल 1884 में, उन्होंने दो अनंतिम पेटेंट जारी किए, और उसी वर्ष अक्टूबर और नवंबर में उन्होंने दिया पूर्ण विवरणआविष्कार

यह पार्सन्स के लिए एक अविश्वसनीय रूप से उत्पादक अवधि थी। उन्हें न केवल उच्च गति वाले शाफ्ट और अन्य टरबाइन भागों के साथ प्रयोग करना था, बल्कि अपनी मशीन की ऊर्जा का उपयोग करने के संभावित तरीकों के बारे में भी सोचना था। 18,000 आरपीएम की घूर्णन गति के साथ, इसका उपयोग सामान्य उद्देश्यों के लिए नहीं किया जा सकता था। पार्सन्स ने उच्च गति पर टरबाइन द्वारा संचालित एक डायनेमो बनाने का भी निर्णय लिया, जो कि कुछ आधुनिक विद्युत मशीनें. इसके बाद, पार्सन्स ने अक्सर दोहराया कि यह आविष्कार उतना ही महत्वपूर्ण था जितना कि टरबाइन का निर्माण। आज तक, भाप टरबाइन का मुख्य अनुप्रयोग विद्युत जनरेटर को चलाना रहा है।

पहले भाप टर्बाइन विशेष रूप से कुशल नहीं थे। जब तक उनका बिजली उत्पादन पारंपरिक भाप इंजनों की अर्थव्यवस्था से मेल नहीं खाता, तब तक उन्हें अन्य सुविधाओं की कीमत पर खरीदारों के लिए आकर्षक बनाना पड़ता था। ऐसी आकर्षक विशेषताएं उनके छोटे आकार, विद्युत वोल्टेज की स्थिरता, नियंत्रण के अभाव में विश्वसनीय संचालन और कम परिचालन लागत हैं। ये सभी विशेषताएं पहली टर्बाइन के पास थीं।

नवंबर 1884 में, जब टरबाइन का पहला प्रोटोटाइप बनाया गया था, माननीय चार्ल्स ए. पार्सन्स केवल 30 वर्ष के थे। इंजीनियरिंग प्रतिभा और बाजार की जरूरतों के लिए एक स्वभाव अपने आप में उनकी संतानों के जीवन में सफलतापूर्वक प्रवेश करने के लिए पर्याप्त स्थिति नहीं थी। कई चरणों में, पार्सन्स को अपने स्वयं के धन का निवेश करना पड़ा ताकि किया गया कार्य व्यर्थ न जाए। अपने कुछ पेटेंटों की वैधता बढ़ाने के लिए 1898 में एक परीक्षण के दौरान, यह पाया गया कि पार्सन्स ने टर्बाइन के निर्माण पर £1,107,13 और 10डी व्यक्तिगत धन खर्च किया था।

टर्बिनिया टरबाइन इंजन वाला पहला स्टीमशिप है। इसे 1894 में लॉन्च किया गया था।
स्टीमर ने रिकॉर्ड गति विकसित की - 35 समुद्री मील तक।
इसके बाद, बड़े जहाजों पर टर्बाइनों का उपयोग किया जाने लगा।

स्टीम टर्बाइन प्लांट एक लगातार चलने वाली थर्मल यूनिट है, जिसका काम करने का माध्यम पानी और भाप है। स्टीम टर्बाइन एक पावर इंजन है जिसमें भाप की संभावित ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, और गतिज ऊर्जा, बदले में रोटर रोटेशन की यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। टरबाइन रोटर सीधे या गियर के माध्यम से काम करने वाली मशीन से जुड़ा होता है। काम करने वाली मशीन के उद्देश्य के आधार पर, भाप टरबाइन का उपयोग विभिन्न प्रकार के उद्योगों में किया जा सकता है: ऊर्जा में, परिवहन में, समुद्र और नदी नेविगेशन आदि में। भाप टरबाइन और सहायक उपकरण शामिल हैं।

भाप टरबाइन का इतिहास

स्टीम टर्बाइन का संचालन रोटर पर एक परिधीय बल बनाने के दो सिद्धांतों पर आधारित है, जिसे प्राचीन काल से जाना जाता है - प्रतिक्रियाशील और सक्रिय। 130 ईसा पूर्व में वापस। अलेक्जेंड्रिया के हीरो ने ऐओलिपिल नामक एक उपकरण का आविष्कार किया। चित्र 2.1 के अनुसार, यह भाप से भरा एक खोखला गोला था जिसमें दो एल-आकार के नोजल विपरीत दिशाओं में स्थित थे और विभिन्न दिशाओं में निर्देशित थे। नोजल से भाप तेज गति से निकली, और परिणामी प्रतिक्रिया बलों के कारण, गोला घूम गया।

दूसरा सिद्धांत भाप की स्थितिज ऊर्जा को गतिज ऊर्जा में बदलने पर आधारित है। इसे 1629 में निर्मित जियोवानी ब्रांका की मशीन के उदाहरण द्वारा चित्रित किया जा सकता है और चित्र 2.2 में दिखाया गया है। इस मशीन में, भाप का एक जेट पैडल के साथ एक पहिया को गति में सेट करता है, जो पानी की चक्की के पहिये की याद दिलाता है।

स्टीम टर्बाइन इन दोनों सिद्धांतों का उपयोग करता है। उच्च दबाव में भाप के एक जेट को डिस्क पर लगे घुमावदार ब्लेड की ओर निर्देशित किया जाता है। ब्लेड के चारों ओर बहने पर, जेट विक्षेपित हो जाता है, और ब्लेड वाली डिस्क घूमने लगती है। एक विस्तारित चैनल में ब्लेड के बीच घूमना (आखिरकार, ब्लेड की मोटाई कम हो जाती है क्योंकि यह टांग के पास पहुंचती है), भाप फैलती है और तेज होती है। ऊर्जा और संवेग के संरक्षण के नियमों के अनुसार, एक बल टरबाइन के पहिये पर घूमता है, इसे घुमाता है। नतीजतन, भाप की दबाव ऊर्जा (संभावित ऊर्जा) टरबाइन रोटेशन की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।

ब्रांका की मशीन की तरह पहले टर्बाइनों में सीमित शक्ति थी, क्योंकि भाप बॉयलर उच्च दबाव बनाने में सक्षम नहीं थे। जैसे ही उच्च दबाव वाली भाप प्राप्त करना संभव हुआ, आविष्कारकों ने फिर से टरबाइन की ओर रुख किया। 1815 में, इंजीनियर रिचर्ड ट्रेविथिक ने स्टीम लोकोमोटिव के व्हील रिम पर दो नोजल स्थापित किए और उनके माध्यम से भाप को मजबूर किया। 1837 में अमेरिकी विलियम एवरी द्वारा निर्मित चीरघर का उपकरण इसी सिद्धांत पर आधारित था। अकेले इंग्लैंड में 20 वर्षों के लिए, 1864 से 1884 तक, सौ से अधिक आविष्कारों का पेटेंट कराया गया था, एक तरह से या किसी अन्य टर्बाइन से संबंधित। लेकिन इनमें से किसी भी प्रयास के परिणामस्वरूप उद्योग के लिए उपयुक्त मशीन का निर्माण नहीं हुआ।

भाग में, ये विफलताएं भाप के विस्तार की भौतिकी की गलतफहमी के कारण थीं। तथ्य यह है कि भाप का घनत्व पानी के घनत्व से बहुत कम है, और इसकी "लोच" तरल की लोच से बहुत अधिक है, इसलिए भाप टरबाइन में भाप जेट की गति पानी की गति से बहुत अधिक है। पानी के टर्बाइनों में। प्रयोगात्मक रूप से यह पाया गया कि दक्षता टर्बाइन अपने अधिकतम तक पहुँच जाता है जब ब्लेड की परिधीय गति स्टीम जेट की गति से लगभग आधी होती है। यही कारण है कि पहले टर्बाइनों में बहुत अधिक घूर्णी गति होती थी।

लेकिन एक उच्च घूर्णी गति अक्सर केन्द्रापसारक बलों की कार्रवाई के कारण टरबाइन के घूमने वाले हिस्सों को नष्ट कर देती है। डिस्क के व्यास को बढ़ाकर, जिस पर ब्लेड लगे हुए थे, परिधि वेग को बनाए रखते हुए कोणीय वेग में कमी प्राप्त की जा सकती है। हालांकि, इस विचार को लागू करना मुश्किल था, क्योंकि उत्पादित उच्च दबाव वाली भाप की मात्रा मशीन के लिए पर्याप्त नहीं थी। बड़े आकार. इस संबंध में, पहले प्रायोगिक टर्बाइनों में एक छोटा व्यास और छोटे ब्लेड थे।

भाप के गुणों से जुड़ी एक और समस्या और भी कठिन थी। नोजल से निकलने वाली भाप की गति नोजल के इनलेट और आउटलेट पर दबावों के अनुपात के समानुपाती होती है और लगभग दो के दबाव अनुपात पर अपने अधिकतम मूल्य तक पहुंच जाती है। दबाव ड्रॉप में और वृद्धि से जेट वेग में वृद्धि नहीं होती है। इस प्रकार, एक स्थिर या पतला बोर नोजल का उपयोग करते समय डिजाइनर उच्च दबाव भाप का पूरा लाभ नहीं उठा सके।

1889 में, स्वीडिश इंजीनियर कार्ल गुस्ताव डी लावल ने एक नोजल का इस्तेमाल किया जो आउटलेट पर फैलता है। इस तरह के नोजल ने बहुत अधिक भाप वेग प्राप्त करना संभव बना दिया, और परिणामस्वरूप, टरबाइन रोटर के रोटेशन की गति में भी काफी वृद्धि हुई।

चित्र 2.4 एक लावल भाप टरबाइन को दर्शाता है। इसमें, भाप नोजल में प्रवेश करती है, इसमें एक महत्वपूर्ण गति प्राप्त करती है, और टरबाइन डिस्क के रिम पर स्थित काम करने वाले ब्लेड को निर्देशित किया जाता है। जब स्टीम जेट काम करने वाले ब्लेड के चैनलों में बदल जाता है, तो बल उत्पन्न होते हैं जो डिस्क और उससे जुड़े टरबाइन शाफ्ट को घुमाते हैं। पाने के लिए आवश्यक शक्तिएकल-चरण टरबाइन पर, बहुत अधिक भाप प्रवाह दर की आवश्यकता होती है। विस्तारित नोजल के विन्यास को बदलकर, भाप के विस्तार की एक महत्वपूर्ण डिग्री प्राप्त करना संभव था और, तदनुसार, भाप के बहिर्वाह की एक उच्च गति (1200 ... 1500 मीटर / सेकंड)।

के लिये सबसे अच्छा उपयोगउच्च भाप गति, लावल ने एक डिस्क डिज़ाइन विकसित किया जो 350 मीटर/सेकेंड तक परिधीय गति का सामना कर सकता था, और कुछ टर्बाइनों की घूर्णन गति 32,000 मिनट-1 तक पहुंच गई।

टर्बाइन, जिसमें भाप के विस्तार की पूरी प्रक्रिया और भाप के प्रवाह का संबद्ध त्वरण नोजल में होता है, सक्रिय कहलाते हैं। ऐसे उपकरणों में, विशेष रूप से, ब्रांका टर्बाइन शामिल हैं।

इसके बाद, सक्रिय भाप टर्बाइनों के सुधार ने एक के बाद एक स्थित कई चरणों में भाप के क्रमिक विस्तार का उपयोग करने के मार्ग का अनुसरण किया। पिछली शताब्दी के अंत में फ्रांसीसी वैज्ञानिक रैटो द्वारा विकसित और डिजाइनर सेली द्वारा सुधारित ऐसे टर्बाइनों में, एक सामान्य शाफ्ट पर लगे कई डिस्क विभाजन द्वारा अलग किए जाते हैं। इन विभाजनों में, प्रोफाइल छेद की व्यवस्था की गई थी - नलिका। इस तरह से निर्मित प्रत्येक चरण में, भाप ऊर्जा के एक हिस्से का उपयोग किया जाता है। वाष्प प्रवाह की गतिज ऊर्जा का परिवर्तन बिना होता है अतिरिक्त विस्तारकाम करने वाले ब्लेड के चैनलों में भाप। सक्रिय मल्टीस्टेज टर्बाइनों का व्यापक रूप से स्थिर प्रतिष्ठानों, साथ ही साथ समुद्री इंजनों में उपयोग किया जाता है।

टर्बाइनों के साथ जिसमें भाप का प्रवाह टरबाइन शाफ्ट की धुरी के लगभग समानांतर चलता है और जिसे अक्षीय टर्बाइन कहा जाता है, तथाकथित रेडियल टर्बाइन बनाए गए हैं जिसमें टरबाइन की धुरी के लंबवत एक विमान में भाप बहती है। इस प्रकार के टर्बाइनों में, 1912 में प्रस्तावित जंगस्ट्रॉम बंधुओं की टरबाइन सबसे अधिक रुचिकर है।

डिस्क की साइड सतहों पर, जेट चरणों के ब्लेड धीरे-धीरे बढ़ते व्यास के छल्ले में व्यवस्थित होते हैं। टरबाइन को पाइप के माध्यम से भाप की आपूर्ति की जाती है और फिर डिस्क में छेद के माध्यम से इसे केंद्रीय कक्ष में निर्देशित किया जाता है। डिस्क पर लगे ब्लेड के चैनलों के माध्यम से भाप इससे परिधि तक बहती है। एक पारंपरिक टरबाइन के विपरीत, जंगस्ट्रॉम भाइयों के डिजाइन में कोई निश्चित नलिका या गाइड वैन नहीं हैं। दोनों डिस्क विपरीत दिशाओं में घूमती हैं, इसलिए टर्बाइन द्वारा विकसित शक्ति को दो शाफ्ट में प्रेषित किया जाता है। वर्णित डिजाइन की टरबाइन बहुत कॉम्पैक्ट निकली।

और फिर भी, कई नए के बावजूद रचनात्मक समाधानएकल-चरण सक्रिय टर्बाइनों में उपयोग किया जाता है, उनकी दक्षता कम थी। इसके अलावा, विद्युत जनरेटर के ड्राइव शाफ्ट की घूर्णी गति को कम करने के लिए एक कमी गियर की आवश्यकता ने सिंगल-स्टेज टर्बाइनों के प्रसार में बाधा उत्पन्न की। इसलिए, लैवल टर्बाइन, जिनका व्यापक रूप से टर्बाइन निर्माण के प्रारंभिक चरण में छोटी शक्ति (500 kW तक) की इकाइयों के रूप में उपयोग किया जाता था, ने बाद में अन्य प्रकार के टर्बाइनों को रास्ता दिया।

पार्सन्स ने मौलिक रूप से नए डिजाइन का टरबाइन बनाया। यह कम घूर्णी गति से प्रतिष्ठित था, और साथ ही, इसमें भाप ऊर्जा का अधिकतम उपयोग किया गया था। तथ्य यह है कि पार्सन्स टरबाइन में, भाप धीरे-धीरे विस्तारित हुई क्योंकि यह 15 चरणों से गुज़री, जिनमें से प्रत्येक में ब्लेड के दो मुकुट शामिल थे: एक स्थिर था (टर्बाइन आवास के लिए तय गाइड वैन के साथ), दूसरा चल रहा था (साथ में) डिस्क पर रोटर ब्लेड) घूर्णन शाफ्ट से जुड़ा हुआ है)। फिक्स्ड और मूवेबल रिम्स के ब्लेड्स के प्लेन परस्पर लंबवत थे।

स्थिर ब्लेडों की ओर निर्देशित भाप प्रतिच्छेदन चैनलों में फैल गई, इसकी गति बढ़ गई, और जब यह चल ब्लेड पर गिर गई, तो इसने उन्हें घुमा दिया। जंगम ब्लेड के इंटरब्लेड चैनलों में, भाप का और विस्तार हुआ, जेट वेग में वृद्धि हुई, और परिणामी प्रतिक्रियाशील बल ने ब्लेड को धक्का दिया।

चल और स्थिर ब्लेड रिम्स की शुरूआत के लिए धन्यवाद, उच्च रोटेशन गति अनावश्यक हो गई है। पार्सन्स के मल्टी-स्टेज टर्बाइन के तीस रिम्स में से प्रत्येक पर, भाप का थोड़ा विस्तार हुआ, जिससे इसकी कुछ गतिज ऊर्जा खो गई। प्रत्येक चरण (मुकुट की जोड़ी) पर, दबाव केवल 10% गिरा। स्टीम स्टेजिंग, जो आधुनिक टर्बाइन डिजाइनों को रेखांकित करती है, कई में से एक थी। मूल विचारपार्सन्स द्वारा सन्निहित।

एक अन्य उपयोगी विचार शाफ्ट के मध्य भाग में भाप की आपूर्ति का संगठन था। यहां भाप के प्रवाह को विभाजित किया गया और शाफ्ट के बाएं और दाएं छोर पर दो दिशाओं में चला गया। दोनों दिशाओं में भाप का प्रवाह समान था। प्रवाह को विभाजित करने के लाभों में से एक यह था कि टरबाइन ब्लेड पर भाप के दबाव के कारण अनुदैर्ध्य (अक्षीय) बल संतुलित थे। इस प्रकार, जोर असर की कोई आवश्यकता नहीं थी। वर्णित डिज़ाइन का उपयोग कई आधुनिक भाप टर्बाइनों में किया जाता है।

और फिर भी, पार्सन्स की पहली मल्टी-स्टेज टर्बाइन की गति बहुत अधिक 18,000 मिनट-1 थी। टरबाइन ब्लेड पर अभिनय करने वाला केन्द्रापसारक बल गुरुत्वाकर्षण से 13,000 गुना अधिक था। घूमने वाले भागों के टूटने के जोखिम को कम करने के लिए, पार्सन्स एक सरल उपाय लेकर आए। प्रत्येक डिस्क को एक ठोस तांबे की अंगूठी से बनाया गया था, और जिन स्लॉट्स में ब्लेड दर्ज किए गए थे, वे डिस्क की परिधि के आसपास स्थित थे और स्लॉट्स को 45 ° के कोण पर उन्मुख किया गया था। जंगम डिस्क शाफ्ट पर लगाए गए थे और इसके किनारे पर तय किए गए थे। फिक्स्ड क्राउन में दो हाफ-रिंग्स होते थे, जो ऊपर और नीचे से टर्बाइन हाउसिंग से जुड़े होते थे। पार्सन्स टर्बाइन के ब्लेड सपाट थे। भाप प्रवाह दर में कमी के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए, क्योंकि यह अंतिम चरण में जाता है, पहले पार्सन्स मशीन में दो तकनीकी समाधान लागू किए गए थे: डिस्क का व्यास चरणों में बढ़ गया और ब्लेड की लंबाई 5 से 7 मिमी तक बढ़ गई। जेट प्रवाह की स्थिति में सुधार करने के लिए ब्लेड के किनारों को चम्फर्ड किया गया था।

पार्सन्स उस परिवार का सबसे छोटा बेटा था जिसे आयरलैंड में जमीन मिली थी। उनके पिता, काउंट रॉस, एक प्रतिभाशाली वैज्ञानिक थे। उन्होंने दूरबीनों के लिए बड़े दर्पणों की ढलाई और पॉलिश करने की तकनीक में बहुत बड़ा योगदान दिया।

पार्सन्स ने अपने बच्चों को स्कूल नहीं भेजा। उनके शिक्षक खगोलविद थे, जिन्हें काउंट ने दूरबीन से रात के अवलोकन के लिए आमंत्रित किया था; दिन में ये विद्वान बच्चों को पढ़ाते थे। हर संभव तरीके से बच्चों को होम वर्कशॉप में भाग लेने के लिए प्रोत्साहित किया गया।

चार्ल्स ने डबलिन में ट्रिनिटी कॉलेज में प्रवेश किया, और फिर सेंट जॉन्स कॉलेज, कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय चले गए, जहाँ से उन्होंने 1877 में स्नातक की उपाधि प्राप्त की।

पार्सन्स की किस्मत में एक महत्वपूर्ण मोड़ तब आया जब वह एक प्रसिद्ध नौसैनिक बंदूक निर्माता जॉर्ज आर्मस्ट्रांग के प्रशिक्षु बन गए, और न्यूकैसलपोन टाइन में अपने एल्सविक कारखाने में काम करना शुरू कर दिया। पार्सन्स को ऐसा निर्णय लेने के लिए प्रेरित करने वाले कारण अज्ञात रहे: उस समय, धनी परिवारों के बच्चों ने शायद ही कभी इंजीनियरिंग में अपना कैरियर चुना। पार्सन्स ने आर्मस्ट्रांग के सबसे मेहनती छात्र के रूप में ख्याति प्राप्त की। अपनी इंटर्नशिप के दौरान, उन्हें नवीनतम नवाचार पर काम करने की अनुमति मिली - घूर्णन सिलेंडर के साथ एक भाप इंजन - और 1877 और 1882 के बीच। उन्होंने अपने कई आविष्कारों का पेटेंट कराया।

आर्मस्ट्रांग के लिए काम करते हुए पार्सन्स ने टर्बाइनों के साथ अपना पहला प्रयोग शुरू किया। 1881 से 1883 तक, अर्थात्। इंटर्नशिप के तुरंत बाद, उन्होंने गैस से चलने वाले टारपीडो के निर्माण पर काम किया। टारपीडो प्रोपल्सर की ख़ासियत यह थी कि जलते हुए ईंधन ने एक उच्च दबाव वाला गैस जेट बनाया। जेट प्ररित करनेवाला से टकराया, जिससे वह घूम गया। प्ररित करनेवाला, बदले में, टारपीडो के प्रोपेलर को घुमाने के लिए चला गया।

उस पर काम गैस टर्बाइन 1883 में पार्सन्स बंद हो गए, हालांकि उनका 1884 का पेटेंट इस तरह के टर्बाइन के आधुनिक चक्र का वर्णन करता है। बाद में उन्होंने इसका स्पष्टीकरण दिया। "कई साल पहले किए गए प्रयोग," उन्होंने लिखा, "और आंशिक रूप से एक गैस टरबाइन की वास्तविकता को सत्यापित करने के उद्देश्य से, मुझे आश्वस्त किया कि हमारे निपटान में धातुओं के साथ ... एक गरमागरम जेट का उपयोग करना एक गलती होगी गैसें - चाहे शुद्ध रूप में हों, या पानी या भाप के साथ मिश्रित हों। यह एक पूर्वज्ञानी टिप्पणी थी: पार्सन्स की मृत्यु के दस साल बाद तक धातुएं प्रकट नहीं हुईं जिनमें आवश्यक गुण थे।

अप्रैल 1884 में उन्होंने दो अनंतिम पेटेंट दायर किए, और उसी वर्ष अक्टूबर और नवंबर में उन्होंने आविष्कार का पूरा विवरण दिया। यह पार्सन्स के लिए एक अविश्वसनीय रूप से उत्पादक अवधि थी। उन्होंने उच्च गति पर एक टरबाइन द्वारा संचालित एक डायनेमो बनाने का फैसला किया, जो कुछ आधुनिक इलेक्ट्रिक मशीनों के लिए उपलब्ध हैं। इसके बाद, पार्सन्स ने अक्सर दोहराया कि यह आविष्कार उतना ही महत्वपूर्ण था जितना कि टरबाइन का निर्माण। आज तक, भाप टरबाइन का मुख्य अनुप्रयोग विद्युत जनरेटर को चलाना रहा है।

नवंबर 1884 में, जब टरबाइन का पहला प्रोटोटाइप बनाया गया था, माननीय चार्ल्स ए. पार्सन्स केवल 30 वर्ष के थे। इंजीनियरिंग प्रतिभा और बाजार की जरूरतों के लिए एक स्वभाव अपने आप में उनकी संतानों के जीवन में सफलतापूर्वक प्रवेश करने के लिए पर्याप्त स्थिति नहीं थी। कई चरणों में, पार्सन्स को अपने स्वयं के धन का निवेश करना पड़ा ताकि किया गया कार्य व्यर्थ न जाए। अपने कुछ पेटेंटों की वैधता बढ़ाने के लिए 1898 में एक परीक्षण के दौरान, यह पाया गया कि पार्सन्स ने टर्बाइन के निर्माण पर £1,107,13 और 10डी व्यक्तिगत धन खर्च किया था।

ऊर्जा और विद्युतीकरण के लिए भाप टर्बाइनों का आविष्कार और वितरण बहुत महत्वपूर्ण था। उनके संचालन का सिद्धांत हाइड्रोलिक के समान था, हालांकि, अंतर के साथ, हाइड्रोलिक टरबाइन पानी के एक जेट द्वारा संचालित होता था, और भाप टरबाइन गर्म भाप के जेट द्वारा संचालित होता था।

जिस तरह पानी के टरबाइन ने इतिहास में एक नए शब्द का प्रतिनिधित्व किया, उसी तरह भाप टरबाइन ने नई संभावनाओं का प्रदर्शन किया। पुरानी वाट मशीन, जिसने 19वीं शताब्दी की तीसरी तिमाही में अपनी शताब्दी मनाई थी, की दक्षता कम थी, क्योंकि इसमें घूर्णी गति को जटिल और तर्कहीन तरीके से प्राप्त किया गया था।

वास्तव में, जैसा कि हमें याद है, भाप ने घूमने वाले पहिये को यहाँ नहीं हिलाया, बल्कि पिस्टन पर दबाव डाला, पिस्टन से रॉड, कनेक्टिंग रॉड और क्रैंक के माध्यम से, आंदोलन को मुख्य शाफ्ट तक पहुँचाया गया। कई स्थानान्तरण और परिवर्तनों के परिणामस्वरूप, ईंधन के दहन से प्राप्त ऊर्जा का एक बड़ा हिस्सा, शब्द के पूर्ण अर्थ में, बिना किसी लाभ के पाइप में उड़ गया।

एक से अधिक बार, आविष्कारकों ने एक सरल और अधिक किफायती मशीन - एक स्टीम टर्बाइन, जिसमें एक स्टीम जेट सीधे घूमता है, को डिजाइन करने की कोशिश की। वर्किंग व्हील. एक साधारण गणना से पता चला कि इसकी दक्षता वाट की मशीन से अधिक परिमाण के कई आदेश होनी चाहिए। हालाँकि, इंजीनियरिंग की सोच के रास्ते में कई बाधाएँ थीं।

टरबाइन को वास्तव में अत्यधिक कुशल बनाने के लिए, प्ररित करनेवाला को बहुत तेज गति से घूमना पड़ता था, जिससे प्रति मिनट सैकड़ों चक्कर लगते थे। बहुत देर तकवे इसे हासिल नहीं कर सके, क्योंकि वे नहीं जानते थे कि स्टीम जेट को उचित गति कैसे प्रदान की जाए।

उस यह केवल 1883 में था कि स्वीडिश गुस्ताव लावल कई कठिनाइयों को दूर करने और पहली काम करने वाली भाप टरबाइन बनाने में कामयाब रहे। कुछ साल पहले, लवल ने दूध विभाजक के लिए पेटेंट प्राप्त किया था। इसे क्रियान्वित करने के लिए, एक बहुत ही उच्च गति वाली ड्राइव की आवश्यकता थी। तत्कालीन मौजूदा इंजनों में से कोई भी कार्य को संतुष्ट नहीं करता था।

लावल को विश्वास था कि केवल एक भाप टरबाइन ही उसे आवश्यक घूर्णी गति दे सकती है। उन्होंने इस पर काम करना शुरू कर दिया डिजाइन और अंततः वांछित हासिल किया। लवल टर्बाइन एक हल्का पहिया था, जिस पर कई के माध्यम से नीचे रखा गया था न्यून कोणनोजल भाप रहे थे। 1889 में, लावल ने नोजल में शंक्वाकार विस्तारक जोड़कर अपने आविष्कार में काफी सुधार किया। इसने टरबाइन की दक्षता में काफी वृद्धि की और इसे एक सार्वभौमिक इंजन में बदल दिया।

टरबाइन के संचालन का सिद्धांत अत्यंत सरल था। भाप, उच्च तापमान तक गर्म, बॉयलर से भाप पाइप के माध्यम से नलिका में आई और फट गई। नलिका में, भाप वायुमंडलीय दबाव तक फैल गई। इस विस्तार के साथ मात्रा में वृद्धि के कारण, बहिर्वाह दर में उल्लेखनीय वृद्धि प्राप्त हुई (5 से 1 वायुमंडल में विस्तार करते समय, स्टीम जेट की गति 770 मीटर / सेकंड तक पहुंच गई)।

इस प्रकार, भाप में निहित ऊर्जा को टरबाइन ब्लेड में स्थानांतरित कर दिया गया था। नलिका की संख्या और भाप के दबाव ने टरबाइन की शक्ति को निर्धारित किया। जब निकास भाप को सीधे हवा में नहीं छोड़ा जाता था, लेकिन भाप इंजनों की तरह, एक कंडेनसर को भेजा जाता था और कम दबाव पर तरलीकृत किया जाता था, तो टरबाइन की शक्ति सबसे अधिक होती थी। तो, 5 बजे से भाप के विस्तार के साथ। 1/10 एटीएम तक। जेट वेग सुपरसोनिक मूल्यों तक पहुंच गया।

अपनी स्पष्ट सादगी के बावजूद, लावल टर्बाइन इंजीनियरिंग का एक वास्तविक चमत्कार था। उस तनाव की कल्पना करने के लिए पर्याप्त है जो कार्यकर्ता ने इसमें अनुभव किया, यह समझने के लिए कि आविष्कारक के लिए अपनी संतानों से निर्बाध कार्य प्राप्त करना कितना कठिन था। टर्बाइन व्हील की भारी गति पर, गुरुत्वाकर्षण के केंद्र में थोड़ी सी भी बदलाव के कारण धुरी पर एक मजबूत भार और बीयरिंग के अधिभार का कारण बनता है। इससे बचने के लिए, लावल ने पहिया को बहुत पतले धुरी पर रखने का विचार रखा, जो घुमाए जाने पर थोड़ा झुक सकता था। जब घुमाया नहीं गया, तो यह स्वयं एक सख्ती से केंद्रीय स्थिति में आ गया, जिसे तब घूर्णन की किसी भी गति पर रखा गया था। इस सरल समाधान के लिए धन्यवाद, बीयरिंगों पर विनाशकारी प्रभाव न्यूनतम कर दिया गया था।

जैसे ही यह दिखाई दिया, लावल टर्बाइन ने सार्वभौमिक मान्यता प्राप्त की। यह पुराने भाप इंजनों की तुलना में बहुत अधिक किफायती था, संभालना बहुत आसान था, कम जगह लेता था, और स्थापित करना और कनेक्ट करना आसान था। लावल टर्बाइन ने विशेष रूप से बहुत लाभ दिया जब यह आरी, विभाजक और केन्द्रापसारक पंपों के साथ उच्च गति वाली मशीनों से जुड़ा था।

इसे विद्युत जनरेटर के लिए एक ड्राइव के रूप में भी सफलतापूर्वक उपयोग किया गया था, लेकिन फिर भी, इसके लिए, इसकी अत्यधिक उच्च गति थी और इसलिए केवल एक गियरबॉक्स (गियर की एक प्रणाली जो कम हो जाती थी) के माध्यम से कार्य कर सकती थी। टरबाइन शाफ्ट से जनरेटर शाफ्ट तक गति के संचरण के दौरान रोटेशन की गति)।

1884 में, अंग्रेजी इंजीनियर चार्ल्स पार्सन्स को एक मल्टी-स्टेज जेट टर्बाइन के लिए एक पेटेंट प्राप्त हुआ, जिसका आविष्कार उन्होंने विशेष रूप से इलेक्ट्रिक जनरेटर चलाने के लिए किया था। 1885 में, उन्होंने एक मल्टी-स्टेज जेट टर्बाइन डिजाइन किया, जो बाद में थर्मल पावर प्लांट में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने लगा।

उसके पास निम्नलिखित उपकरण था, जो जेट टर्बाइन डिवाइस की याद दिलाता है। केंद्रीय शाफ्ट पर ब्लेड के साथ घूमने वाले पहियों की एक पंक्ति लगाई गई थी। इन पहियों के बीच विपरीत दिशा वाले ब्लेड वाले रिम्स (डिस्क) लगाए गए थे। टरबाइन के एक सिरे पर उच्च दाब पर भाप की आपूर्ति की जाती थी।

दूसरे छोर पर दबाव छोटा (वायुमंडलीय से कम) था। इसलिए, भाप ने गुजरने की कोशिश की टर्बाइन सबसे पहले, उन्होंने पहले मुकुट के कंधे के ब्लेड के बीच अंतराल में अभिनय किया। इन ब्लेडों ने इसे पहले चलने वाले पहिये के ब्लेड तक निर्देशित किया। उनके बीच भाप गुजर गई, जिससे पहिए मुड़ गए। फिर उसने दूसरे ताज में प्रवेश किया।

दूसरे मुकुट के ब्लेड दूसरे चल पहिया के ब्लेड के बीच भाप को निर्देशित करते हैं, जो रोटेशन में भी आया था। दूसरे चल पहिये से, तीसरे मुकुट के ब्लेडों के बीच भाप प्रवाहित होती थी, इत्यादि। सभी ब्लेडों को ऐसा आकार दिया गया कि इंटरब्लेड चैनलों का क्रॉस सेक्शन भाप के प्रवाह की दिशा में कम हो गया।

ब्लेड, जैसा कि थे, शाफ्ट पर लगे नलिका का निर्माण करते थे, जिसमें से विस्तार करते हुए, भाप निकलती थी। यहां सक्रिय और प्रतिक्रियाशील दोनों शक्ति का उपयोग किया गया था। घूमते हुए, सभी पहियों ने टरबाइन शाफ्ट को घुमाया। बाहर डिवाइस एक मजबूत आवरण में संलग्न था। 1889 में, इनमें से लगभग तीन सौ टर्बाइन पहले से ही बिजली पैदा करने के लिए उपयोग किए गए थे, और 1899 में एल्बरफेल्ड में पार्सन्स स्टीम टर्बाइन वाला पहला पावर स्टेशन बनाया गया था।

इस बीच, पार्सन्स ने अपने आविष्कार के दायरे का विस्तार करने की कोशिश की। 1894 में, उन्होंने भाप टरबाइन द्वारा संचालित एक प्रायोगिक पोत "टर्बिनिया" का निर्माण किया। परीक्षणों में, इसने 60 किमी / घंटा की रिकॉर्ड गति का प्रदर्शन किया। उसके बाद, कई पर स्टीम टर्बाइन लगाए जाने लगे।

निकोलाई अलेक्जेंड्रोव

उन्नीसवीं सदी व्यर्थ नहीं थी जिसे भाप की सदी कहा जाता है। भाप इंजन के आविष्कार के साथ, उद्योग, ऊर्जा और परिवहन में एक वास्तविक क्रांति हुई। उस कार्य को यंत्रीकृत करना संभव हो गया जिसके लिए पहले बहुत अधिक मानव हाथों की आवश्यकता होती थी। रेलवेभूमि द्वारा माल के परिवहन की संभावनाओं का नाटकीय रूप से विस्तार किया। हवा के खिलाफ चलने और माल की समय पर डिलीवरी की गारंटी देने में सक्षम विशाल जहाज समुद्र के लिए रवाना हुए। औद्योगिक उत्पादन के विस्तार ने बिजली उद्योग के सामने हर संभव तरीके से इंजनों की शक्ति बढ़ाने का कार्य निर्धारित किया है। हालाँकि, शुरू में यह उच्च शक्ति नहीं थी जिसने भाप टरबाइन को जीवन में लाया ...

पानी की संभावित ऊर्जा को घूर्णन शाफ्ट की गतिज ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए एक उपकरण के रूप में हाइड्रोलिक टरबाइन को प्राचीन काल से जाना जाता है। स्टीम टर्बाइन का एक समान रूप से लंबा इतिहास है, जिसमें सबसे शुरुआती डिजाइनों में से एक "हेरॉन टर्बाइन" के रूप में जाना जाता है, जो पहली शताब्दी ईसा पूर्व से है। हालाँकि, हम तुरंत ध्यान दें कि 19 वीं शताब्दी तक, भाप द्वारा संचालित टर्बाइन वास्तविक औद्योगिक रूप से लागू उपकरणों की तुलना में अधिक तकनीकी जिज्ञासा, खिलौने थे।

और केवल यूरोप में औद्योगिक क्रांति की शुरुआत के साथ, डी। वाट स्टीम इंजन के व्यापक व्यावहारिक परिचय के बाद, आविष्कारकों ने भाप टरबाइन को करीब से देखना शुरू कर दिया, इसलिए बोलने के लिए, "करीब"। स्टीम टर्बाइन बनाने के लिए गहन ज्ञान की आवश्यकता होती है भौतिक गुणभाप और इसकी समाप्ति के नियम। इसका उत्पादन पर्याप्त मात्रा में ही संभव हो सका उच्च स्तरधातुओं के साथ काम करने के लिए प्रौद्योगिकियां, चूंकि व्यक्तिगत भागों के निर्माण में आवश्यक सटीकता और तत्वों की ताकत भाप इंजन के मामले में काफी अधिक थी।

एक भाप इंजन के विपरीत, जो भाप की संभावित ऊर्जा का उपयोग करके काम करता है और, विशेष रूप से, इसकी लोच, एक भाप टरबाइन एक भाप जेट की गतिज ऊर्जा का उपयोग करता है, इसे शाफ्ट की घूर्णी ऊर्जा में परिवर्तित करता है। जल वाष्प की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता एक माध्यम से दूसरे माध्यम में बहिर्वाह की उच्च दर है, यहां तक ​​कि अपेक्षाकृत कम दबाव ड्रॉप के साथ भी। इस प्रकार, 5 kgf/m2 के दबाव पर, बर्तन से वायुमंडल में बहने वाले भाप जेट का वेग लगभग 450 m/s होता है। पिछली शताब्दी के 50 के दशक में, यह पाया गया कि भाप की गतिज ऊर्जा के कुशल उपयोग के लिए, परिधि पर टरबाइन ब्लेड की परिधि गति उड़ाने वाले जेट की गति से कम से कम आधी होनी चाहिए, इसलिए त्रिज्या के साथ 1 मीटर के टर्बाइन ब्लेड में, लगभग 4300 आरपीएम की घूर्णी गति बनाए रखना आवश्यक है। तकनीक पहले XIX का आधासदी लंबे समय तक ऐसी गति को बनाए रखने में सक्षम बीयरिंगों को नहीं जानती थी। अपने स्वयं के व्यावहारिक अनुभव के आधार पर, डी। वाट ने मशीन तत्वों की गति की इतनी उच्च गति को सिद्धांत रूप में अप्राप्य माना, और खतरे के बारे में चेतावनी के जवाब में कि टरबाइन उनके द्वारा आविष्कार किए गए भाप इंजन के लिए खड़ा हो सकता है, उन्होंने इस तरह से उत्तर दिया : “अगर भगवान की मदद के बिना आप 1000 फीट प्रति सेकंड की गति से काम करने वाले हिस्सों को आगे नहीं बढ़ा सकते हैं तो हम किस तरह की प्रतिस्पर्धा की बात कर सकते हैं?

हालांकि, समय बीत गया, प्रौद्योगिकी में सुधार हुआ, और भाप टरबाइन के व्यावहारिक उपयोग का समय आ गया। 1883-1885 में पूर्वी संयुक्त राज्य अमेरिका में चीरघरों में पहली बार आदिम भाप टर्बाइनों का उपयोग किया गया था। गोलाकार आरी चलाने के लिए। धुरी के माध्यम से भाप की आपूर्ति की गई और फिर, विस्तार करते हुए, रेडियल दिशा में पाइप के माध्यम से निर्देशित किया गया। प्रत्येक पाइप एक घुमावदार टिप के साथ समाप्त हुआ। इस प्रकार, डिजाइन के संदर्भ में, वर्णित उपकरण हेरॉन टर्बाइन के बहुत करीब था, इसकी दक्षता बहुत कम थी, लेकिन इसके पारस्परिक पिस्टन आंदोलन के साथ भाप इंजन की तुलना में उच्च गति वाले आरी को चलाने के लिए अधिक उपयुक्त था। इसके अलावा, तत्कालीन अवधारणाओं के अनुसार, अपशिष्ट ईंधन का उपयोग भाप - चीरघर के कचरे को गर्म करने के लिए किया जाता था।

हालांकि, इन पहले अमेरिकी भाप टर्बाइनों का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया था। प्रौद्योगिकी के आगे के इतिहास पर उनका प्रभाव व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित है। फ्रांसीसी मूल के डी लावल के स्वीडन के आविष्कारों के बारे में क्या कहा नहीं जा सकता, जिसका नाम आज कोई भी इंजन इंजीनियर जानता है।

कार्ल गुस्ताव पैट्रिक डी लवाला

डी लावल के पूर्वज ह्यूजेनॉट्स थे जिन्हें स्वीडन में प्रवास करने के लिए मजबूर किया गया था देर से XVIघर में उत्पीड़न के कारण सदी। कार्ल-गुस्ताव-पैट्रिक (नाम गुस्ताव को अभी भी मुख्य माना जाता था) का जन्म 1845 में हुआ था और उन्होंने स्नातक की उपाधि प्राप्त की थी। तकनीकी संस्थानऔर उप्साला विश्वविद्यालय। 1872 में, डी लावल ने एक इंजीनियर के रूप में काम करना शुरू किया रासायनिक प्रौद्योगिकीऔर धातु विज्ञान, लेकिन जल्द ही एक कुशल दूध विभाजक बनाने की समस्या में दिलचस्पी हो गई। 1878 में वह विकसित करने में कामयाब रहे अच्छा विकल्पविभाजक डिजाइन, जिसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है; गुस्ताव ने इस रकम का इस्तेमाल स्टीम टर्बाइन पर काम शुरू करने में किया. यह विभाजक था जिसने नए उपकरण को गति दी, क्योंकि इसे एक यांत्रिक ड्राइव की आवश्यकता थी जो कम से कम 6000 आरपीएम की रोटेशन गति प्रदान करने में सक्षम हो।

किसी भी प्रकार के गुणक के उपयोग से बचने के लिए, डी लावल ने सबसे सरल जेट-प्रकार टरबाइन के साथ विभाजक ड्रम को उसी शाफ्ट पर रखने का प्रस्ताव रखा। 1883 में, इस डिजाइन के लिए एक अंग्रेजी पेटेंट लिया गया था। फिर डी लावल एकल-चरण सक्रिय प्रकार के टरबाइन के विकास के लिए आगे बढ़े, और पहले से ही 1889 में उन्हें एक विस्तारित नोजल के लिए एक पेटेंट प्राप्त हुआ (और आज "लावल नोजल" ​​शब्द आम उपयोग में है), जिससे इसे कम करना संभव हो जाता है भाप का दबाव और इसकी गति को सुपरसोनिक तक बढ़ा दें। इसके तुरंत बाद, गुस्ताव एक व्यावहारिक सक्रिय टरबाइन के निर्माण में उत्पन्न होने वाली अन्य समस्याओं को दूर करने में सक्षम था। इसलिए, उन्होंने एक लचीले शाफ्ट, समान प्रतिरोध की एक डिस्क का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा और डिस्क में ब्लेड को ठीक करने के लिए एक विधि विकसित की।

1893 में आयोजित शिकागो में अंतर्राष्ट्रीय प्रदर्शनी में, 5 hp की शक्ति वाला एक छोटा डे लावल टर्बाइन प्रस्तुत किया गया था। 30,000 आरपीएम की रोटेशन स्पीड के साथ! विशाल घूर्णी गति एक महत्वपूर्ण तकनीकी उपलब्धि थी, लेकिन साथ ही यह ऐसी टर्बाइन की अकिलीज़ एड़ी बन गई, जब से व्यावहारिक अनुप्रयोगउसने बिजली संयंत्र में कमी गियर को शामिल करने का अनुमान लगाया। उस समय, गियरबॉक्स मुख्य रूप से सिंगल-स्टेज वाले के रूप में निर्मित होते थे, इसलिए अक्सर बड़े गियर का व्यास टरबाइन के आकार से कई गुना बड़ा होता था। भारी गियर रिडक्शन गियर्स का उपयोग करने की आवश्यकता ने डी लावल टर्बाइनों के व्यापक परिचय को रोका। 500 hp की क्षमता वाला सबसे बड़ा सिंगल-स्टेज टरबाइन। 6 ... 7 किग्रा / एचपी एच की भाप की खपत थी।

एक दिलचस्प विशेषतालावल के काम को उनका "नग्न अनुभववाद" माना जा सकता है: उन्होंने काफी व्यावहारिक निर्माण किए, जिसका सिद्धांत बाद में दूसरों द्वारा विकसित किया गया था। इसलिए, चेक वैज्ञानिक ए। स्टोडोला ने बाद में एक लचीले शाफ्ट के सिद्धांत का गहराई से अध्ययन किया, उन्होंने समान प्रतिरोध के टरबाइन डिस्क की ताकत की गणना के मुख्य मुद्दों को भी व्यवस्थित किया। यह एक अच्छे सिद्धांत की कमी थी जिसने डी लावल को बड़ी सफलता हासिल करने की अनुमति नहीं दी, इसके अलावा, वह एक ऐसा व्यक्ति था जिसे दूर ले जाया गया और आसानी से एक विषय से दूसरे विषय पर स्विच किया गया। मामले के वित्तीय पक्ष की उपेक्षा करते हुए, यह प्रतिभाशाली प्रयोगकर्ता, एक और आविष्कार को लागू करने के लिए समय नहीं होने के कारण, जल्दी से उसमें रुचि खो गया, एक नए विचार से दूर हो गया। लॉर्ड रॉस के पुत्र अंग्रेज चार्ल्स पार्सन्स एक अन्य प्रकार के व्यक्ति थे।

चार्ल्स अल्गर्नन पार्सन्स

चार्ल्स पार्सन्स का जन्म 1854 में हुआ था और उन्होंने शास्त्रीय शिक्षा प्राप्त की थी अंग्रेजी शिक्षाकैम्ब्रिज विश्वविद्यालय से स्नातक करने के बाद। उन्होंने अपने व्यवसाय के रूप में मैकेनिकल इंजीनियरिंग को चुना और 1976 से उन्होंने न्यूकैसल में आर्मस्ट्रांग संयंत्र में काम करना शुरू किया। डिजाइनर की प्रतिभा और सरलता, के साथ संयुक्त वित्तीय संभावनाएंमाता-पिता ने पार्सन्स को जल्दी से अपने स्वयं के व्यवसाय का प्रभार लेने की अनुमति दी। पहले से ही 1883 में, वह क्लार्क, चैपमैन, पार्सन्स एंड कंपनी के सह-मालिक थे, और 1889 में, वह गिटन में अपने स्वयं के टर्बो-बिल्डिंग और डायनेमो-बिल्डिंग प्लांट के मालिक थे।

पार्सन्स ने 1884 में जेट प्रकार की पहली बहु-स्तरीय भाप टरबाइन का निर्माण किया। इसका उद्देश्य अपेक्षाकृत कम-शक्ति विभाजकों को चलाना नहीं था, बल्कि एक विद्युत जनरेटर के साथ मिलकर काम करना था। इस प्रकार, पहले चरण से, पार्सन्स ने भाप टर्बाइनों के लिए आवेदन के सबसे आशाजनक क्षेत्रों में से एक को सही ढंग से देखा, और भविष्य में उन्हें अपने आविष्कार के लिए उपभोक्ताओं की तलाश नहीं करनी पड़ी। अक्षीय बल को संतुलित करने के लिए, टरबाइन शाफ्ट के बीच में भाप की आपूर्ति की गई और फिर उसके सिरों तक प्रवाहित की गई। पार्सन्स का पहला स्टीम टर्बाइन केवल 6 hp का था। और विभिन्न परीक्षणों के अधीन किया गया है। मुख्य कठिनाइयाँ ब्लेड के तर्कसंगत डिजाइन का विकास और डिस्क में उनके बन्धन के तरीकों के साथ-साथ मुहरों का प्रावधान भी थीं। पहले से ही डिजाइन में, 1887 दिनांकित, पार्सन्स ने भूलभुलैया मुहरों का उपयोग किया, जिससे यूनिडायरेक्शनल भाप प्रवाह के साथ टर्बाइनों पर जाना संभव हो गया। 1889 तक, निर्मित टर्बाइनों की संख्या 300 इकाइयों से अधिक हो गई, उनकी शक्ति अभी तक 100 hp तक नहीं पहुंची है। लगभग 5000 आरपीएम की गति से। इस तरह के टर्बाइनों का उपयोग मुख्य रूप से विद्युत जनरेटर चलाने के लिए किया जाता था।

"क्लार्क, चैपमैन, पार्सन्स एंड कंपनी" में भागीदारों के बीच संबंध बादल रहित थे, और पार्सन्स को छोड़ने के लिए मजबूर होना पड़ा, पूर्व सहयोगियों और कॉपीराइट के हिस्से को छोड़कर, औपचारिक रूप से फर्म के स्वामित्व में था। इस संबंध में, उन्होंने लंबे समय तक सक्रिय टर्बाइनों (पेटेंट द्वारा संरक्षित) के निर्माण को छोड़ दिया और रेडियल मल्टीस्टेज टर्बाइनों के विकास के लिए स्विच किया। इस प्रकार में सुधार करते हुए, डिजाइनर प्रभावशाली परिणाम प्राप्त करने में कामयाब रहे। इसलिए, उन्होंने विशिष्ट भाप की खपत को 44 से घटाकर 12.7 किग्रा / kWh कर दिया, लेकिन साथ ही यह महसूस किया कि पिछले अक्षीय प्रकार का टरबाइन अभी भी अधिक आशाजनक था। 1894 से शुरू होकर, पेटेंट के अधिकारों को बहाल करने के बाद, पार्सन्स ने फिर से ऐसे टर्बाइनों से निपटना शुरू किया।

अपने कारखाने में, उन्होंने सबसे अधिक परीक्षण किया विभिन्न सामग्रीटर्बाइन ब्लेड के लिए, लेकिन संतृप्त और मध्यम रूप से सुपरहीटेड स्टीम के लिए कांस्य पर, उच्च दबाव वाले हिस्से के लिए शुद्ध तांबे और गंभीर रूप से सुपरहीटेड स्टीम के लिए निकल कांस्य पर बसे। इसके अलावा, भाप नियामक का तर्कसंगत डिजाइन बनाने के लिए गहन शोध किया गया। सटीकता में सुधार करने के लिए, पार्सन्स ने घर्षण को कम करने के लिए आंतरायिक फ़ीड रिले सिद्धांत लागू किया। समानांतर में, अन्य सुधार पेश किए गए, जिसके कारण 1896 में निर्मित 400 kW टरबाइन के लिए विशिष्ट भाप की खपत में 9.2 किग्रा / kWh की कमी आई।