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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Turbina a vapor. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Uma turbina a vapor é um motor térmico que converte a energia do vapor em trabalho mecânico. No aparelho de pás de uma turbina a vapor, a energia potencial do vapor de água comprimido e aquecido é convertida em energia cinética, que por sua vez é convertida em trabalho mecânico - a rotação do eixo da turbina. O vapor da unidade de caldeira de vapor entra pelas palhetas guia nas pás curvas fixadas ao redor da circunferência do rotor e, agindo sobre elas, faz com que o rotor gire.
Juntamente com turbinas hidráulicas, a invenção e distribuição de turbinas a vapor foi de grande importância para energia e eletrificação. O princípio de seu funcionamento era semelhante aos hidráulicos, com a diferença, porém, de que a turbina hidráulica era acionada por um jato de água, e a turbina a vapor era acionada por um jato de vapor aquecido. Da mesma forma que a turbina hidráulica representou uma palavra nova na história das máquinas a água, a máquina a vapor demonstrou as novas possibilidades da máquina a vapor. A antiga máquina Watt, que celebrou o seu centenário no terceiro quartel do século XIX, tinha uma baixa eficiência, uma vez que o movimento rotacional nela era obtido de forma complexa e irracional. De fato, como lembramos, o vapor não movia a própria roda giratória aqui, mas pressionava o pistão, do pistão através da haste, biela e manivela, o movimento era transmitido ao eixo principal. Como resultado de inúmeras transferências e transformações, grande parte da energia recebida da combustão do combustível, no sentido pleno da palavra, voou para o tubo sem nenhum benefício. Mais de uma vez, os inventores tentaram projetar uma máquina mais simples e econômica - uma turbina a vapor, na qual um jato de vapor giraria diretamente o impulsor. Um cálculo simples mostrou que deveria ter uma eficiência várias ordens de grandeza maior do que a máquina de Watt. No entanto, havia muitos obstáculos no caminho do pensamento de engenharia. Para que uma turbina realmente se tornasse um motor altamente eficiente, o rotor tinha que girar a uma velocidade muito alta, fazendo centenas de rotações por minuto. Por muito tempo isso não foi possível, pois eles não sabiam como dar a velocidade adequada ao jato de vapor. Somente em 1883, o sueco Gustav Laval conseguiu superar muitas dificuldades e criar a primeira turbina a vapor em funcionamento. Alguns anos antes, a Laval havia obtido a patente de um separador de leite. Para colocá-lo em ação, era necessário um acionamento de alta velocidade. Nenhum dos motores então existentes não satisfez a tarefa. Laval estava convencido de que apenas uma turbina a vapor poderia lhe dar a velocidade de rotação necessária. Ele começou a trabalhar em seu design e acabou conseguindo o que queria. A turbina Laval era uma roda leve, em cujas pás o vapor era induzido através de vários bicos colocados em um ângulo agudo.
Em 1889, Laval melhorou significativamente sua invenção adicionando expansores cônicos aos bicos. Isso aumentou significativamente a eficiência da turbina e a transformou em um motor universal. O princípio de funcionamento da turbina era extremamente simples. O vapor, aquecido a alta temperatura, veio da caldeira através do tubo de vapor para os bicos e explodiu. Nos bicos, o vapor se expandiu até a pressão atmosférica. Devido ao aumento de volume que acompanha esta expansão, obteve-se um aumento significativo na vazão de saída (ao expandir de 5 para 1 atmosfera, a velocidade do jato de vapor atingiu 770 m/s). Assim, a energia contida no vapor foi transferida para as pás da turbina. O número de bicos e a pressão do vapor determinaram a potência da turbina. Quando o vapor de exaustão não era liberado diretamente no ar, mas era enviado, como nas máquinas a vapor, para um condensador e liquefeito a pressão reduzida, a potência da turbina era a mais alta. Assim, quando o vapor se expandiu de 5 atm para 1/10 atm, a velocidade do jato atingiu um valor supersônico. Apesar de sua aparente simplicidade, a turbina Laval era uma verdadeira maravilha da engenharia. Basta imaginar as cargas que o impulsor experimentou para entender o quão difícil foi para o inventor obter uma operação ininterrupta de sua prole. Em grandes velocidades da roda da turbina, mesmo uma ligeira mudança no centro de gravidade causava uma forte carga no eixo e sobrecarga dos rolamentos. Para evitar isso, Laval teve a ideia de colocar a roda em um eixo bem fino, que, ao ser girado, podia dobrar levemente. Quando destorcido, ele próprio chegava a uma posição estritamente central, que era então mantida em qualquer velocidade de rotação. Graças a esta solução engenhosa, o efeito destrutivo sobre os rolamentos foi reduzido ao mínimo. Assim que surgiu, a turbina Laval ganhou reconhecimento universal. Era muito mais econômico que os antigos motores a vapor, muito fácil de manusear, ocupava pouco espaço e era fácil de instalar e conectar. A turbina Laval deu benefícios especialmente grandes quando conectada a máquinas de alta velocidade com serras, separadores e bombas centrífugas. Também foi usado com sucesso como acionamento de um gerador elétrico, mas, no entanto, para ele tinha uma velocidade excessivamente alta e, portanto, só podia atuar através de uma caixa de engrenagens (sistema de engrenagens que baixava a velocidade de rotação ao transferir o movimento do eixo da turbina para o eixo do gerador). Em 1884, o engenheiro inglês Parsons recebeu uma patente para uma turbina a jato de vários estágios, que ele inventou especificamente para acionar um gerador elétrico. Em 1885, ele projetou uma turbina a jato de vários estágios, que mais tarde se tornou amplamente utilizada em usinas termelétricas. Ela tinha o seguinte dispositivo, uma reminiscência de um dispositivo de turbina a jato. Uma fileira de rodas giratórias com lâminas foi montada no eixo central. Entre essas rodas foram fixados aros (discos) com lâminas que tinham direção oposta.
Vapor sob alta pressão foi fornecido a uma das extremidades da turbina. A pressão na outra extremidade era pequena (menos que a atmosférica). Portanto, o vapor procurou passar pela turbina. Primeiro, ele atuou nos espaços entre as omoplatas da primeira coroa. Essas lâminas o direcionavam para as lâminas da primeira roda móvel. O vapor passou entre eles, fazendo com que as rodas girassem. Então ele entrou na segunda coroa. As lâminas da segunda coroa direcionavam o vapor entre as lâminas da segunda roda móvel, que também entrava em rotação. Da segunda roda móvel, o vapor fluía entre as lâminas da terceira coroa e assim por diante. Todas as lâminas receberam uma forma tal que a seção transversal dos canais entre lâminas diminuiu na direção do fluxo de vapor. As lâminas, por assim dizer, formavam bicos montados no eixo, dos quais, expandindo-se, o vapor fluía. Tanto a potência ativa quanto a reativa foram usadas aqui. Girando, todas as rodas giravam o eixo da turbina. Do lado de fora, o dispositivo foi fechado em uma caixa forte. Em 1889, cerca de trezentas dessas turbinas já eram usadas para gerar eletricidade e, em 1899, a primeira usina com turbinas a vapor Parsons foi construída em Elberfeld. Enquanto isso, Parsons tentou expandir o escopo de sua invenção. Em 1894, ele construiu um navio experimental "Turbinia" movido por uma turbina a vapor. Em testes, demonstrou uma velocidade recorde de 60 km/h. Depois disso, turbinas a vapor começaram a ser instaladas em muitos navios de alta velocidade. Autor: Ryzhov K.V.
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