В послевоенные годы советские ученые совместно с турбостроительными и котлостроительными заводами решили важную задачу технического прогресса нашей энергетики: перевод тепловых электростанций с довоенных параметров пара — 29 атмосфер, 400 градусов на более высокие — 90 атмосфер, 500 градусов.
В настоящее время Центральный научно-исследовательский котлотурбинный институт имени И. И. Ползунова в содружестве с котлотурбинными заводами работает над созданием котельных и турбинных агрегатов с давлением пара: 90—200 атмосфер и с температурой в 535–600 градусов и выше.
Мощность паровых турбин повышается со 100 000–150 000 киловатт до 200 000–250 000 киловатт. В будущем даже турбина мощностью в 200 000–250 000 киловатт будет снабжаться паром от одного сверхмощного котельного агрегата. Такой принцип строительства электростанций значительно снизит стоимость их сооружения и в несколько раз уменьшит численность эксплуатационного персонала.
Успехи, достигнутые в области турбостроения, велики, однако экономический коэффициент полезного действия конденсационных турбин в лучшем случае только сравнялся с коэффициентом полезного действия двигателей Дизеля. Таким образом, единственным путем, по которому могло идти дальнейшее экономическое использование тепла в силовых установках, оставался путь использования отходящего пара для нужд производства. Прямым результатом предложений, сделанных в этой области и разработанных отдельными конструкторами, было распространение паровых турбин на фабриках и заводах, где они при современных технологических процессах оказались наиболее выгодными и удобными двигателями.
Дело в том, что современное производство почти всегда нуждается в теплоте и электрической энергии. Тепло подводится обычно в виде пара. Теплосиловая установка и состоит в том, что пар из котлов высокого давления сначала направляется в паровую турбину, где теряет часть своего давления, а затем идет на тепловые нужды производства, в то время как турбина снабжает предприятие электрической энергией. Типы турбин такого промышленного назначения чрезвычайно разнообразны. Современная техника, легко преодолевая конструктивные трудности, имеет возможность удовлетворить запросы любого предприятия так, что в теплосиловой установке используется теплотворная способность топлива на 80–90 процентов.
В условиях капиталистического общества основным препятствием к распространению и развитию этих промышленных турбин среди многих других является раздробленность предприятий. Крупные теплосиловые установки с использованием отходящего тепла требуют объединения нескольких предприятий, часто разнородных.
Последним достижением энергетической техники в полной мере смогло воспользоваться, как и многими другими, только советское социалистическое плановое хозяйство.
Среди советских предприятий, осуществивших у себя впервые почти полное использование тепла сжигаемого топлива, характерным является паросиловое хозяйство Балахнинского бумажного комбината.
Для производства бумаги нужно очень много пара, идущего на обогревание каландров бумагоделательной машины. Каландры сушат и гладят превращающуюся в бумажную ленту древесную массу. Котельная установка фабрики состоит из нескольких паровых котлов высокого давления. Пар отсюда по паропроводам направляется сначала в паровую турбину, вращающую генератор электрического тока, а затем идет уже в каландры бумагоделательной машины. После этого он поступает еще в радиаторы парового отопления зданий фабрики.
Теплосиловая установка, таким образом, обслуживает все потребности комбината в тепле и частью — в электроэнергии, потребной для электродвигателей, приводящих в действие бумагоделательную машину.
Так как не всякое предприятие нуждается в соответствующем количестве тепла и электроэнергии, то мы создаем теплоэлектроцентрали, представляющие самостоятельное предприятие, вырабатывающее пар и электрический ток. Вокруг этой теплоэлектроцентрали строятся фабрики и заводы, которые она снабжает паром и током с таким расчетом, чтобы тепло и ток централи использовались этими предприятиями полностью.
Совершенно ясно, что осуществление подобных установок возможно только в плановом, социалистическом хозяйстве и немыслимо при частновладельческой системе. Этот факт с горечью отмечал в 1930 году Международный энергетический конгресс в Берлине.
Советская энергетика является носителем наиболее передовых тенденций современной техники. По темпам развития электрификации Советскому Союзу принадлежит первое место в мире. Многие достижения советской научно-технической мысли являются наивысшими в современной технике и получают общее признание во всем мире.
4. Газовые турбины
Общий труд
Как только выяснились преимущества паровой турбины над паровой машиной, так тотчас же появились теоретические исследования о рабочем процессе газовой турбины и начались практические опыты ее осуществления. Проблема газовой турбины представляет большие трудности и до последнего времени не могла считаться решенной, если говорить о настоящей турбине внутреннего сгорания, в которой сгорание газовой смеси происходит в самой турбине. От них надо отличать турбины, работающие продуктами сгорания, выходящими из тех или иных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Такую турбину предложил, как мы уже говорили, впервые Рато для повышения зарядки двигателей самолета на большой высоте. Подобные турбины создавались и целым рядом других изобретателей и заводов преимущественно с той же целью подзарядки двигателей, в том числе и дизелей.
В настоящей турбине внутреннего сгорания воздух и газ в случае, если как горючее применяется газ, сжимаются отдельно до более высокого давления, затем сжигаются в какой-либо камере и подводятся к турбине, в которой происходит расширение продуктов сгорания до атмосферного давления.
Попытки построить настоящую газовую турбину начались очень давно.
Со времени первого патента на газовую турбину, выданного в Англии в 1791 году, до начала XX века разрешение проблем, связанных с газовой турбиной, привлекало внимание многих изобретателей.
Из этих попыток осуществления турбины внутреннего сгорания заслуживала серьезного внимания только турбина Гольцварта. Более ранние конструкции турбин, например Караводина, не получили дальнейшего развития. Турбина Караводина имела мощность, равную только двум лошадиным силам, и работала с очень низким коэффициентом полезного действия.
Гольцварт избрал тип турбины, работающей отдельными взрывами, без предварительного сжатия. В его опытной турбине было введено небольшое предварительное сжатие, причем давление взрыва дошло до 9 атмосфер. В новой опытной турбине Гольцварта первоначальное сжатие было повышено, вследствие чего и давление взрыва повысилось до 12–14 атмосфер. Кроме того, введены были некоторые конструктивные усовершенствования. Результаты испытаний этой турбины были более удовлетворительны, чем предыдущей, но все же полный экономический коэффициент полезного действия этой турбины не превосходил 13 процентов, то есть не доходил даже до величины, получаемой у хороших паровых машин.
Опыты с турбиной Гольцварта продолжались и далее, с затратой больших денежных средств, но технические трудности построения удовлетворительно работающей газовой турбины не были преодолены, и опыты пришлось прекратить.
Большая доля заслуг в создании турбин внутреннего сгорания принадлежит русским инженерам и ученым. В конце прошлого века инженер-механик русского флота П. Д. Кузьминский сконструировал такую машину в качестве корабельного двигателя. Было немало и других интересных попыток. В 1912 году А. Н. Шелест указал на новый принцип работы тепловых машин, в виде механического генератора газов.
Шелест спроектировал даже локомотив с газовой турбиной постоянного давления. Он предусматривал возможность работы турбин на пылеобразном твердом топливе.
Теорию газовых турбин и современную газотурбинную установку с горением при постоянном давлении разработал советский ученый профессор В. М. Маковский.
Газовая турбина состоит в основном из центробежного воздушного компрессора, камеры сгорания, турбины смонтированной на общем валу с компрессором, и какого-либо вспомогательного двигателя для запуска турбины.
Введением в схему газовой турбины регенератора — подогревателя сжатого воздуха за счет тепла отработавших газов — повышается ее коэффициент полезного действия.
Хотя все перечисленные выше основные элементы газотурбинной установки были давно известны, инженеры, работавшие в этой области техники, натолкнулись на весьма серьезные практические трудности. В то время еще не было жаропрочных материалов, способных выдержать действие высоких температур, неизбежных в двигателе этого типа. В то же время коэффициент полезного действия как компрессоров, так и турбин был слишком низок, чтобы обеспечить получение удовлетворительных результатов.
