Mula sa kasaysayan ng steam turbine. Ang himala ng engineering o ang kasaysayan ng pag-imbento ng mga turbine

Reversible turbine ni Laval Ang pagbuo ng mga steam turbine bilang marine engine ay ganap na dahil sa patuloy, patuloy at pangmatagalang aktibidad ng Parsons. Noong 1894, si Parsons, pagkatapos ng mahaba at maingat na mga eksperimento, ay nakapagdisenyo ng mga turbine,

TURBINA Nika TURBINA Nika (poetess; nagpakamatay (itinapon sa bintana) noong Mayo 11, 2002 sa edad na 28; inilibing sa sementeryo ng Vagankovsky sa Moscow). Ang turbine ay naging sikat noong kalagitnaan ng 80s, nang magsimulang mailathala ang kanyang mga tula sa lahat ng media ng Sobyet. Nika sa 12

Sa pag-uugali ni Pierre Laval Solzhenitsyn at mga konseptong pampulitika ay nakakagulat na katulad ng pag-uugali at pananaw ni Pierre Laval, isang taksil sa mga Pranses. Pareho, sa ngalan ng "paglaya" mula sa "kasamaan" na umiiral sa estado, ay nanindigan para sa pagkatalo ng bansa. Pareho silang apologist

Ang pag-imbento ng mga steam turbine.

Kasama ng mga hydraulic turbine na inilarawan sa isa sa mga nakaraang kabanata, ang pag-imbento at pamamahagi ng mga steam turbine ay napakahalaga para sa enerhiya at elektripikasyon. 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 loob ng mahabang panahon hindi ito makakamit, dahil hindi nila alam kung paano ibigay ang tamang bilis sa steam jet.

Ang unang mahalagang hakbang sa pagbuo ng isang bagong teknikal na tool 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. Si Laval ay kumbinsido na ang isang steam turbine lamang ang maaaring magbigay sa kanya ng kinakailangang bilis ng 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 ang singaw ay na-induce sa pamamagitan ng ilang mga nozzle na nakatakda sa isang matinding anggulo. 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. Ang singaw, na pinainit sa isang mataas na temperatura, ay 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 pag-load 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 lalo na ng mahusay na mga 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 labis na mahusay na bilis at samakatuwid ay maaari lamang kumilos sa pamamagitan ng isang gearbox (isang sistema ng mga gears na nagpababa sa bilis ng pag-ikot kapag naglilipat ng paggalaw 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. Ang singaw sa ilalim ng mataas na presyon ay ibinibigay sa isa sa mga 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 daang mga turbine na ito ang nagamit na upang makabuo ng kuryente, at noong 1899 ang unang istasyon 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. Ang turbine rotor ay direktang konektado o sa pamamagitan ng isang gear 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, hindi mapakinabangan ng mga taga-disenyo ang mataas na presyon ng singaw kapag gumagamit ng pare-pareho o tapering 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 pagbabago ng kinetic energy ng daloy ng singaw ay nangyayari nang walang karagdagang pagpapalawak ng singaw sa mga channel ng rotor 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, ang mga Laval turbine, na malawakang ginagamit sa isang maagang yugto ng pagtatayo ng turbine 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 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 naayos (na may mga guide vane na naayos sa pabahay ng turbine), ang isa ay naitataas (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 nagresultang 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 itinanghal na pagpapalawak ng singaw, na sumasailalim sa mga modernong disenyo ng turbine, ay isa lamang sa maraming orihinal na ideya na isinama 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. Ang isa sa mga benepisyo 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 ang bunsong anak ng isang pamilya na nakatanggap ng lupain sa Ireland. Ang kanyang ama, si Count Ross, ay isang mahuhusay na siyentipiko. Gumawa siya ng 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 kay 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 gayong desisyon ay nanatiling hindi alam: sa oras na iyon, ang mga bata mula sa mayayamang pamilya ay bihirang pumili ng karera sa engineering. Nagkamit si Parsons ng isang reputasyon 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 maliwanag na maliwanag na 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 nag-file siya ng dalawang pansamantalang patent, at noong Oktubre at Nobyembre ng taong iyon ay nagbigay siya ng buong paglalarawan ng imbensyon. Ito ay isang hindi kapani-paniwalang produktibong panahon para sa Parsons. Nagpasya siyang lumikha ng isang dynamo, na pinapagana ng isang 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 £1,107.13 10d. ng personal na pera sa turbine.

Ang ika-12 siglo ay minarkahan ng hitsura ng unang steam engine. Ito ang kaganapan nang lumitaw ang mga mekanisadong makina sa industriya at teknolohiya, na unti-unting pinapalitan ang paggawa ng tao. Ang pag-unlad ng industriya ay hindi tumigil. Ang buong kasaysayan ng pag-unlad nito ay nailalarawan sa pamamagitan ng paghahanap para sa mga solusyon ng mga imbentor iba't-ibang bansa isang gawain - ang paglikha ng isang pore turbine.

Maaari itong mapagtatalunan na ang kasaysayan ng pag-imbento ng mga turbine ay nagsimula noong ika-19 na siglo, nang imbento ng Swedish scientist na si Carl Patrick Laval ang milk separator. Sa paghahanap ng solusyon sa problema ng pagtaas ng bilis sa device na ito, nag-imbento si Karl ng steam turbine, na idinisenyo sa huli XIX siglo. Ang turbine ay mukhang isang gulong na may mga blades, isang jet ng singaw na lumalabas sa pipe na pinindot sa mga blades na ito at ang gulong ay umiikot. Pinili ng siyentipiko ang mga tubo para sa pagbibigay ng singaw ng iba't ibang laki at hugis. sa mahabang panahon, at bilang resulta ng mahahabang eksperimento, napagpasyahan niya na ang tubo ay dapat na hugis-kono. Ginagamit pa rin ang device na ito ngayon, at tinatawag na Laval nozzle. Sa kabila ng katotohanan na ang pag-imbento ni Laval ay isang medyo simpleng aparato sa unang tingin, ito ay naging isang kahanga-hangang engineering. At pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon, pinatunayan ng mga siyentipiko - mga theorist na ang pag-imbento ng mga steam turbine gamit ang Loval nozzle ay nagbibigay ng pinakamataas na resulta.

Dagdag pa, ang kasaysayan ng pag-imbento ng mga turbine ay umuusad sa simula ng ika-20 siglo, nang ang Pranses na imbentor na si Auguste Rato ay nagdisenyo ng isang multi-stage na steam turbine, kung saan ang pinakamainam na pagbaba ng presyon para sa bawat yugto ng turbine ay kinakalkula.

Pagkatapos ng lahat, ang Amerikanong siyentipiko na si Glenn Curtis ay bumuo ng isang turbine na gumamit ng isang ganap na bagong sistema, mayroon itong maliit na sukat at isang maaasahang disenyo. Ang mga turbine na ito ay ginamit sa disenyo ng mga sistema ng pagpapaandar ng barko, unang inilagay ang mga ito sa mga destroyer, pagkatapos ay sa mga barkong pandigma, at sa wakas sa mga barkong pampasaherong.

Kaya, ang kasaysayan ng pag-imbento ng mga turbine ay nagpapakita ng ilang mga paraan upang makahanap ng isang maginhawa at matipid na makina ng init. mga siyentipiko XIX mga siglo. Ang ilang mga imbentor ay binuo kung saan ang gasolina ay masusunog sa silindro, kaya ang naturang makina ay magkasya nang maayos sa mga sasakyan. Ito ay pinahusay ng ibang mga siyentipiko upang mapataas ang kapangyarihan at kahusayan nito.

Sa ngayon, ang kasaysayan ng pag-imbento ng mga turbine ay nagsisimula sa mga dakilang pangalan tulad ng Laval, Parsons at Curtis. Ang lahat ng mga siyentipiko at imbentor na ito ay gumawa ng malaking kontribusyon sa pag-unlad ng industriya at mga komunikasyon sa transportasyon sa buong mundo. Ang lahat ng kanilang mga nagawa ay napakahalaga para sa lahat ng sangkatauhan. At ang pinakamahalaga ay ang pagkalat ng ganitong uri ng enerhiya bilang kuryente. Sa kasalukuyan, ang mga imbensyon ng mga siyentipikong ito ay malawakang ginagamit sa buong mundo sa paggawa ng mga barko at power plant.

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. Malaking impluwensya upang mapabuti ang disenyo ng mga makina ng singaw ay nagkaroon ng isang teknikal na tagumpay gaya 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 ng industriya, isang bagong paraan ng pagkuha ng mekanikal na enerhiya ay kinakailangan.

Ang pamamaraang ito ay lumitaw noong 1884, nang ang isang Englishman (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 steamer na Turbinia, na nilagyan ng turbine, 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 Ang mga turbine ay tumaas nang malaki, pinalitan nila ang mga makina ng mga nakaraang disenyo. Sa kasalukuyan, ang mga steam turbine ay ginagamit sa buong mundo sa mga thermal power plant bilang mga drive para sa electric current generators. Tulad ng para sa paggamit ng mga steam turbine bilang mga makina para sa mga barkong pampasaherong, ang kanilang hindi nahahati na 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.

Mga reaktibo at aktibong prinsipyo na pinagbabatayan ng pagpapatakbo ng steam turbine. Ang una sa kanila ay ginamit sa "eolipil" na aparato (a), na naimbento 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 steam jet na nakadirekta sa mga blades ay pinalihis at dahil dito umiikot ang gulong. Ang mga blades ng turbine (c) ay nagpapalihis din sa steam jet; bilang karagdagan, ang pagpasa sa pagitan ng mga blades, ang singaw ay lumalawak at nagpapabilis, 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 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, nagsimulang umikot ang globo.

Ang ikalawang prinsipyo ay batay sa conversion ng potensyal na enerhiya ng singaw sa kinetic energy, na gumagawa ng 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 disc. 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 kayang lumikha ng mataas na presyon. Ang unang gumaganang steam engine nina Thomas Savery, Thomas Newcomen at iba pa ay hindi nangangailangan ng high pressure steam. Ang mababang presyon ng singaw ay inilipat ang hangin sa ilalim ng piston at na-condensed, na lumilikha ng vacuum. Ang piston sa ilalim ng pagkilos ng atmospheric pressure ay bumaba, na gumagawa 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 bumuo at magpanatili ng 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 England lamang, higit sa 100 taon, mula 1784 hanggang 1884, 200 na imbensyon ang na-patent, isang paraan o iba pang nauugnay sa mga turbine, at higit sa kalahati ng mga imbensyon na ito ay nakarehistro 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.

Ang isang malaking bilang ng mga rebolusyon ay ang sanhi ng isang bilang ng mga hindi kanais-nais na mga epekto, 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 maaaring samantalahin ng mga taga-disenyo ang mga posibilidad ng mataas na presyon ng singaw: mayroong limitasyon sa dami ng enerhiya na nakaimbak ng 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 na gumawa ng mga kalkulasyon ng bilis ng singaw, kahusayan, na may mataas na antas ng katumpakan. 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 isa pang imbensyon ay isang bagong uri ng tindig na partikular na idinisenyo para sa isang mabilis na umiikot na baras. Bagaman nagawa ni Parsons na bawasan ang bilis ng pag-ikot ng turbine, nanatili pa rin itong sampung beses na mas mataas kaysa sa iba pang mga makina. Samakatuwid, ang imbentor ay kailangang harapin ang isang kababalaghan na kilala bilang "shaft beat". Sa oras na iyon ay kilala na ang bawat baras ay may sariling katangian na kritikal na bilis ng pag-ikot, kung saan kahit na ang isang maliit na kawalan ng timbang ay lumilikha ng isang makabuluhang baluktot na puwersa. Ito ay lumabas na ang kritikal na bilis ng pag-ikot ay nauugnay sa natural na dalas ng mga transverse vibrations ng baras (sa dalas na ito, ang baras ay nagsisimulang tumunog at gumuho). Independyenteng natagpuan nina Parsons at de Laval na sa bilis na higit sa kritikal, ang baras ay patuloy na umiikot. Sa kabila nito, ang isang maliit na kawalan ng timbang ay humantong pa rin sa paglihis ng baras mula sa posisyon ng ekwilibriyo. Samakatuwid, upang maiwasan ang pinsala sa baras, dapat itong mai-install sa mga bearings na magpapahintulot sa mga maliliit na pag-ilid sa gilid nito.

Sa una, sinubukan ni Parsons na gumamit ng isang maginoo na tindig na naka-mount sa mga bukal, ngunit natagpuan na ang disenyo na ito ay nagpapataas lamang ng vibration. Sa huli, nakagawa siya ng isang tindig, na binubuo ng isang hanay ng mga singsing. Gumamit si Parsons ng dalawang sukat ng mga singsing: ang isang masikip laban sa panloob na bearing shell (kung saan dumaan ang baras) ngunit hindi hinawakan ang pabahay; nagpalit-palit sila ng iba pang singsing na akma sa case nang hindi hinahawakan ang liner. Ang buong sistema ng mga singsing sa longitudinal na direksyon ay na-compress ng isang spring. Ang disenyong ito ay nagpapahintulot sa maliliit na lateral displacements ng shaft at sa parehong oras ay pinigilan ang mga vibrations dahil sa friction sa pagitan ng dalawang uri ng washers.

Ang tindig sa baras ay pinahihintulutan ang maliliit na pag-ilid ng baras, ngunit nabasa ang mga panginginig ng boses. Binubuo ito ng mga alternating ring: ang ilan ay mahigpit na tinakpan ang liner (sa loob kung saan ang baras ay dumaan), nang hindi hawakan ang pabahay ng turbine, ang iba ay mahigpit na pinindot laban sa pabahay nang hindi hinahawakan ang liner. Ang buong hanay ng mga singsing ay na-compress ng isang spring. Ang screw pump (kaliwa) ay nagtulak ng langis (dilaw) sa bearing.

Matagumpay na gumana ang disenyong ito, at ang mga nakakita sa turbine na ipinakita sa Inventors' Exhibition sa London noong 1885 ay napansin kung gaano ito kakinis kumpara sa ibang mga makina ng singaw noong panahong iyon. Niyanig ng huli ang pundasyon kaya naramdaman ang panginginig ng boses kahit medyo malayo sa makina.

Ang Parsons turbine generator, na itinayo noong 1884, ay ang unang steam tube na inilagay sa pang-industriyang paggamit. Ang singaw sa ilalim ng mataas na presyon ay pumasok sa turbine sa pamamagitan ng isang hugis-parihaba na butas na matatagpuan malapit sa gitna ng baras. Dito ito ay hinati at itinuro sa magkabilang dulo ng baras, na dumadaan sa mga korona ng mga blades. Pinaikot ng lumalawak na singaw ang mga movable (working) rings, na mahigpit na nakaupo sa central shaft. Sa pagitan ng mga movable rings ay may mga rim ng fixed blades na naayos sa panloob na ibabaw ng turbine casing. Ang mga nakapirming blades ay nagdirekta ng singaw sa mga blades ng gumagalaw na mga gulong.
Sa interblade space ng bawat gulong, lumawak ang singaw. Ang prinsipyo ng multi-stage expansion ng singaw ay nagpapahintulot sa Parsons na samantalahin nang husto ang enerhiya ng singaw sa ilalim ng mataas na presyon at maiwasan isang malaking bilang mga rebolusyon. Pinaikot ng baras ang dynamo, o electric generator (kanan).

Sa Parsons turbine, ang singaw ay ibinibigay sa pamamagitan ng isang control valve sa gitnang bahagi ng baras. Dito, nahahati ang daloy ng singaw at dumaan sa dalawang channel: ang isang singaw ay napunta sa kaliwang dulo ng baras, ang isa pa sa kanan. Ang dami ng singaw sa magkabilang channel ay pareho. Ang bawat jet ay dumaan sa mga korona ng mga blades sa turbine.

Ang isa sa mga benepisyo ng paghahati ng daloy ay ang mga paayon (axial) na puwersa na nabuo ng presyon ng singaw sa mga blades ng turbine ay eksaktong balanse. Kaya, hindi na kailangan ng thrust (axial) bearing. Ang inilarawang disenyo ay ginagamit sa maraming modernong steam turbine.

Gayunpaman, ang unang multi-stage turbine ng Parsons ay nakabuo ng mataas na bilis - 18,000 rpm. Sa ganitong mga bilis, ang puwersa ng sentripugal na kumikilos sa mga blades ng turbine ay 13 libong beses na mas malaki kaysa sa puwersa ng grabidad. Upang mabawasan ang panganib ng pagkasira ng mga umiikot na bahagi, bumuo si Parsons ng isang napaka simpleng disenyo: bawat disc ay ginawa mula sa isang solidong tansong singsing; ang mga puwang, na kasama ang mga blades, 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 pagtaas sa dami ng singaw sa panahon ng sunud-sunod na pagpapalawak nito ay nangangailangan na ang haba ng mga blades kasama ang kurso ng singaw ay tumaas nang tatlong beses nang sunud-sunod - mula 5 hanggang 7 mm. Ang mga gilid ng mga blades ay na-chamfer upang mapabuti ang mga katangian ng jet.

Ang problema ng pagbabawas ng bilis ng pag-ikot ng baras ay nagbunga ng iba pang mga imbensyon. Ang mga bilis ay napakataas na imposibleng malutas ang problemang ito gamit ang mga umiiral na mekanismo ng paghahatid noon (tulad ng mga gear). Imposible ring gamitin ang simpleng centrifugal regulator na natagpuan sa mga naunang disenyo ng mga steam engine: ang mga bola ng regulator ay mapupunit lamang ng puwersang centrifugal. Gumawa si Parsons ng isang ganap na bagong uri ng regulator. Sa turbine shaft, inilagay niya ang isang centrifugal fan na konektado sa isang sistema ng mga tubo na naglalaman ng hangin. Isang umiikot na fan ang sumipsip ng hangin palabas ng mga tubo, na lumilikha ng vacuum sa mga ito. Ang vacuum na ito ay na-react ng isang leather na diaphragm na matatagpuan sa kabilang panig ng tube system at nakakonekta sa isang control valve na kumokontrol sa supply ng singaw sa turbine. Kung ang bilis ng pag-ikot ng turbine ay tumaas, ang rarefaction ng hangin sa mga tubo ay tumaas at ang diaphragm ay mas arko; bilang isang resulta, ang isang balbula na konektado sa diaphragm ay nabawasan ang supply ng singaw sa turbine at ang pag-ikot nito ay bumagal.

Ang regulator ay gumana nang maayos, ngunit hindi masyadong sensitibo. Ang Parsons turbine ay nagmaneho ng dynamo (electric generator). Sa oras na itinayo ni Parsons ang kanyang turbine, ang isang maliwanag na lampara ay nagkakahalaga ng isang quarter tonelada ng karbon. Upang maiwasan ang pagkasunog ng mga lamp sa mga biglaang pagbabago sa electric current (na kadalasang nangyayari kung ginamit ang mga steam engine), ang dynamo ay kailangang magbigay ng pare-parehong boltahe na may katumpakan na 1-2%. Para sa layuning ito, binigyan ni Parsons ang kanyang turbine ng isang espesyal na mekanismo ng pagsasaayos ng pinong direktang tumugon sa mga pagbabago sa boltahe sa dinamo.

Ang boltahe sa winding ng dynamo ay proporsyonal sa intensity magnetic field nilikha sa mga poste. Si Parsons ay gumawa ng pamatok mula sa malambot na bakal at inayos ito sa ibabaw ng mga poste ng dinamo sa pamamagitan ng paglalagay ng isang bukal dito. Ang rocker, na nagtagumpay sa paglaban ng tagsibol, ay naghangad na lumiko sa direksyon ng magnetic field; ang anggulo ng pag-ikot ay direktang nakasalalay sa lakas ng field, na kung saan ay nauugnay sa boltahe sa windings ng dynamo. Kasama ang rocker, lumiko ang isang tansong balbula. Depende sa posisyon nito, ito sa mas malaki o mas maliit na lawak ay sakop ang pagbubukas ng tubo na kasama sa regulator system na may isang centrifugal fan,

Kung ang lakas ng magnetic field ay lumago, ang balbula ay nagsimulang unti-unting harangan ang pagbubukas ng tubo. Binawasan nito ang pag-access ng hangin sa sistema ng regulator at pinataas ang vacuum na nilikha ng centrifugal fan. Kasabay nito, ang leather diaphragm ay baluktot at ang control valve ay nabawasan ang supply ng singaw sa turbine. Kaya, ang bilis ng pag-ikot ng turbine ay nakasalalay sa boltahe sa mga windings ng dynamo. Ang mekanismo ng fine adjustment ng Parsons ay isa sa mga unang servomotor, mga feedback device na kumokontrol sa daloy. isang malaking bilang enerhiya, kumonsumo ng maliit na bahagi nito.

Ang mataas na presyon ng singaw (madilim na pula) ay pumapasok sa isang butas sa gitna ng baras at dumadaan sa mga korona ng talim hanggang sa magkabilang dulo ng baras. Ang singaw ng tambutso (light red) ay pumapasok sa dalawang cavity na konektado ng outlet channel sa ilalim ng housing. Kahit na higit pa mula sa gitna kasama ang axis ng baras ay dalawang iba pang mga cavity na konektado sa pamamagitan ng isang channel sa itaas na bahagi ng pabahay; sila ay pinananatili sa ilalim ng bahagyang vacuum (asul).

Ang mga coupling, na mahigpit na pinindot laban sa panloob na ibabaw ng pabahay dahil sa pagkakaiba ng presyon sa pagitan ng mga cavity na may singaw ng tambutso at bahagyang vacuum, ay hindi pinapayagan ang singaw ng tambutso na makatakas sa mga puwang malapit sa ibabaw ng umiikot na baras. Ang pagpapadulas ay ibinibigay ng screw pump (kaliwa) na nagbobomba ng langis (dilaw) sa bearing sa shaft at sa iba pang mga bearings. Ang langis ay umabot sa gitnang bearings sa pamamagitan ng isang channel sa loob ng dynamo shaft (gitna at kanan). Gumagamit ang regulator ng centrifugal fan (kaliwa) na lumilikha ng vacuum (asul) sa piping system. Ang isang leather membrane na konektado sa isang balbula na kumokontrol sa supply ng singaw sa turbine ay naaakit sa kanila kapag ang vacuum ay nasa mga tubo.

Ang mekanismo ng fine adjustment ay matatagpuan sa tuktok ng dynamo. Binabago ng mekanismong ito ang daloy ng hangin sa sistema ng tubo depende sa boltahe sa mga windings ng dynamo. Sa ilalim ng pagkilos ng vacuum na nilikha sa mga tubo ng hangin, ang langis mula sa mga bearings ay dumadaloy pabalik sa vertical reservoir (kaliwa).

Ang centrifugal fan, na nangibabaw sa Parsons regulator, ay may mahalagang papel din sa sistema ng pagpapadulas. Ang mataas na bilis ng pag-ikot ng turbine shaft ay nangangailangan ng ganap na maaasahang pagpapadulas. Sa dulo ng baras, pinalakas ni Parsons ang isang spiral helix, na inilubog sa isang reservoir ng langis at nagbigay ng pampadulas sa mga bearings sa baras. Ang mga tubo ay nagdidirekta ng langis sa dulong bahagi ng baras kung saan matatagpuan ang dynamo, at ang isang channel sa loob ng dynamo shaft ay nagdadala ng langis sa gitnang mga bearings at pinalamig ang loob ng dynamo. Sa ilalim ng impluwensya ng grabidad, bumalik ang langis sa gitnang node. Ang pangunahing reservoir ng langis ay konektado sa pamamagitan ng isang patayong tubo sa isang sistema ng mga tubo ng hangin na matatagpuan nang direkta sa bentilador. Ang vacuum na nilikha ng fan ay pinilit ang langis na dumaloy mula sa gitnang pagpupulong pabalik sa reservoir ng langis, upang ang antas ng langis ay sapat upang patakbuhin ang screw pump.

Ang isa pang imbensyon ng Parsons, na ginagamit din sa mga modernong turbine, ay isang paraan upang maalis ang pagtagas ng singaw sa pamamagitan ng mga puwang sa pagitan ng baras at ng turbine casing. Ang anumang pagtatangka na gawing mahigpit ang clutch sa baras ay hindi magtatagumpay, dahil sa mga kritikal na bilis, maraming friction ang malilikha bilang resulta ng mga beats sa panahon ng acceleration. Ang pagkabit, na dinisenyo ni Parsons, ay mahigpit na nilagyan ng baras at sa parehong oras ay pinapayagan para sa maliliit na displacements. Sa pag-abot sa bilis ng pagpapatakbo, ang clutch ay kumilos bilang isang maaasahang shutter, na pinapanatili ang singaw ng tambutso sa loob ng casing ng turbine.

Sa sandaling ang turbine ay umabot sa mga bilis ng pagpapatakbo, ang clutch ay pinindot nang mahigpit laban sa baras sa ilalim ng impluwensya ng pagkakaiba ng presyon sa pagitan ng outlet pipe at ng silid, kung saan ang isang bahagyang vacuum ay pinananatili. Ang singaw ng tambutso ay nagmula sa dalawang cavity (isa sa bawat dulo ng shaft) sa pamamagitan ng outlet channel sa ilalim ng turbine casing. Dalawang iba pang mga cavity ay matatagpuan mas malayo mula sa midpoint ng baras kaysa sa bawat isa sa mga output cavity. Ang isang channel sa itaas na bahagi ng katawan ay nagkonekta sa mga matinding cavity na ito. Sa loob ng bawat isa sa dalawang panloob na lukab, inilagay ni Parsons ang isang manggas na mahigpit na nakapaloob sa baras. Upang mapanatili ang isang bahagyang vacuum sa matinding mga cavity, gumamit si Parsons ng steam jet pump. Sa isang maliit na bilang ng mga rebolusyon ng turbine, ang mga coupling ay malayang umiikot kasama ang baras. Sa pag-abot sa bilis ng pagpapatakbo, lumitaw ang pagkakaiba ng presyon sa pagitan ng mga panloob na lukab (kung saan pumasok ang singaw ng tambutso mula sa turbine) at ang mga panlabas na lukab (kung saan napanatili ang bahagyang vacuum). Sa ilalim ng pagkilos ng isang pagbaba ng presyon, ang mga coupling ay mahigpit na pinindot laban sa pabahay ng turbine at pinaghiwalay ang mga cavity mula sa bawat isa.

Sa ilalim ng anong mga kondisyon nabuo ang talento ni Parsons, salamat sa kung saan napagtagumpayan niya ang mga paghihirap sa paraan ng paglikha ng isang turbine? Si Parsons ay ang bunsong anak na lalaki ng isang may lupang pamilya sa Birr, sa County Offaly, Ireland. Ang kanyang ama, ang pangatlong Earl ng Ross, ay isang mahuhusay na siyentipiko. Gumawa siya ng malaking kontribusyon sa teknolohiya ng paghahagis at pagpapakintab ng malalaking salamin para sa mga teleskopyo. Noong 1845, sa isang workshop sa kanyang ari-arian, nagtayo siya ng salamin na teleskopyo, na sa loob ng ilang dekada ay nanatiling pinakamalaking teleskopyo sa mundo. Sa teleskopyo na ito, natuklasan ni Parsons Sr. ang ilang spiral nebulae. Mula 1849 hanggang 1854 siya ay Pangulo ng Royal Society of London. Bilang miyembro ng Parliament, bumili siya ng bahay sa London para makadalo sa mga pulong. Para sa bahagi ng taon, ang buong pamilya ay nanirahan dito, na nag-aayos ng mga pagtanggap kung saan inanyayahan ang mga kinatawan ng komunidad na pang-agham.

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. Ang sasakyang-dagat, na ipinakilala ni Charles mula pagkabata, ay gumaganap ng isang napakahalagang papel sa panahon ng pagtatayo niya ng kanyang turbine.

Pumasok si Charles sa Trinity College, Dublin, at pagkatapos ay inilipat sa St. John's College, Cambridge University, nagtapos noong 1877. Nag-aral siya ng matematika sa ilalim ni Edward E. Root, na noong panahong iyon ay nag-aaral ng mga kondisyon para sa konserbasyon ng unipormeng galaw, lalo na ang paggamit ng iba't ibang mekanikal na regulator para sa mga layuning ito.

Hanggang sa panahong ito, nasiyahan si Parsons sa mga bunga ng kanyang pribilehiyong pagpapalaki. Ang isang pagbabago sa kanyang kapalaran ay dumating nang siya ay naging isang apprentice kay George Armstrong, isang kilalang tagagawa ng naval gun, at nagsimulang magtrabaho sa kanyang pabrika sa Elswick sa Newcastle upon Tyne. Ang mga dahilan na nag-udyok kay Parsons na gumawa ng gayong desisyon ay nanatiling hindi alam: sa oras na iyon, ang mga bata mula sa mayayamang pamilya ay bihirang pumili ng karera sa engineering.

Nagkamit si Parsons ng isang reputasyon bilang pinakamasipag na estudyante ni Armstrong. Sa panahon ng kanyang apprenticeship, 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. Kung pag-aaralan mo ang mga patent na ito, makikita mo na ginamit niya ang ideya ng pressure lubrication isang dekada nang mas maaga kaysa kay A. Payne, na sikat sa kanyang mga imbensyon sa lugar na ito. Bago ang Parsons, ang mga dropper ay ginamit upang mag-lubricate ng mga bearings, kaya ang mga bearings ay nangangailangan ng patuloy na pagsubaybay. Ang ideya ng sapilitang pagpapadulas ay may pambihirang papel sa paglikha ng mga high-speed machine, sa partikular na mga turbine.

Ang ideya ng paglikha ng isang turbine ay dumating sa Parsons, tila, noong siya ay isang mag-aaral pa. Isinalaysay ni Lord Rayleigh ang mga salita ng isa sa mga kakilala ni Parsons mula sa Cambridge, kung saan ipinakita ng hinaharap na imbentor ang isang makinang papel ng laruang: nang hinipan ni Parsons ang mga gulong ng laruan, umikot sila. Sinabi ni Parsons na ang bilis ng pag-ikot ng makinang ito ay magiging "sampung beses na higit sa iba."

Sinimulan ni Parsons ang kanyang unang tunay na mga eksperimento sa mga turbine habang nagtatrabaho para sa Armstrong. Mula 1881 hanggang 1883, i.e. kaagad pagkatapos ng kanyang internship, nakipagtulungan siya kay James Kilson upang bumuo ng isang gas-powered torpedo. Ang Armstrong ay higit na nauugnay sa paggawa ng mga sandatang pandagat at malamang na suportado ang mga pagsisikap na bumuo ng isang bagong uri ng torpedo propulsor. Ang kakaiba ng mover na ito ay ang nasusunog na gasolina ay lumikha ng isang jet ng high-pressure na gas. Ang jet ay tumama sa impeller, na naging sanhi ng pag-ikot nito. Ang impeller naman ay pinaikot ang propeller ng torpedo.

Ang mga notebook ng Parsons ay hindi malinaw na nagpapahiwatig ng disenyo ng impeller, ngunit ang ilang ideya nito ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagsusuri sa isang maliit na bangka na ginawa ng Parsons mula sa sheet na tanso. Ang bangka ay pinaandar ng isang three-bladed propeller na matatagpuan sa ilalim ng hull. Ang tornilyo ay matatagpuan sa loob ng isang malaking singsing na may 44 na mga puwang ng spiral. Ang gas na tumakas sa isang jet ay dumaan sa mga puwang na ito, at dahil sa puwersa na nilikha ng pagpapalihis ng daloy, nagsimulang umikot ang singsing. Kasabay nito, umikot din ang propeller, na itinulak ang bangka pasulong.

Kaya, isinagawa ni Parsons ang kanyang mga unang eksperimento sa mga gas turbine, at hindi sa mga steam turbine. Huminto siya sa pagtatrabaho sa mga ito noong 1883, bagaman ang kanyang patent noong 1884 ay naglalarawan sa modernong cycle ng isang gas 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 i-verify 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 upang dalhin ang mga blades sa pag-ikot - kung sa purong anyo o hinaluan ng tubig o lantsa."

Ito ay isang prescient na pangungusap: hindi hanggang sampung taon pagkatapos ng pagkamatay ni Parsons na lumitaw ang mga metal na angkop para sa paggawa ng mga gas turbine.

Sa unang bahagi ng 1884 Parsons ay naging isang junior partner sa Clarke Chapman and Company. Pagkatapos manirahan sa Gateshead, nagsimula siyang magdisenyo ng steam turbine. Ang kanyang mga talaan ng mga eksperimento sa paglikha ng isang torpedo, na may kaugnayan sa Agosto 1883, ay nagpapahiwatig na sa oras na iyon ay hindi pa siya nakarating sa ideya ng pangangailangan na dalhin ang bilis ng pag-ikot ng mga blades sa bilis ng gas jet . Ang problema ng paglikha ng isang nozzle na may malaking halaga ng ratio ng mga presyon sa pumapasok at labasan ay hindi sumasakop sa kanyang pansin. Ngunit noong Abril 1884 nag-file siya ng dalawang paunang patent, at noong Oktubre at Nobyembre ng parehong taon ay nagbigay siya ng kumpletong paglalarawan ng imbensyon.

Ito ay isang hindi kapani-paniwalang produktibong panahon para sa Parsons. Kailangan niyang hindi lamang mag-eksperimento sa mga high-speed shaft at iba pang bahagi ng turbine, ngunit mag-isip din tungkol sa mga posibleng paraan upang magamit ang enerhiya ng kanyang makina. Sa bilis ng pag-ikot na 18,000 rpm, hindi ito magagamit para sa mga ordinaryong layunin. Nagpasya din si Parsons na lumikha ng isang dynamo, na pinapagana ng turbine sa mataas na bilis, na maaaring makamit ng ilang 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.

ANG UNANG steam turbine ay hindi partikular na mahusay. Hanggang ang kanilang power output ay tumugma sa ekonomiya ng mga conventional steam engine, kailangan silang gawing kaakit-akit sa mga mamimili sa gastos ng iba pang mga tampok. Ang ganitong mga kaakit-akit na tampok ay ang kanilang maliit na sukat, katatagan ng boltahe ng kuryente, maaasahang operasyon sa kawalan ng kontrol at mababang gastos sa pagpapatakbo. Ang lahat ng mga tampok na ito ay taglay ng unang turbine.

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 £1,107.13 10d. ng personal na pera sa turbine.

Ang Turbinia ay ang unang steamship na may turbine engine. Ito ay inilunsad noong 1894.
Ang bapor ay nakabuo ng isang record na bilis - hanggang sa 35 knots.
Kasunod nito, nagsimulang gamitin ang mga turbine sa malalaking barko.