100 знаменитых изобретений
Шрифт:
Выпавшие из топочной камеры шлаки и летучая зола из золоуловителей по каналам транспортируются водой и затем насосами перекачиваются в золоотвал. Воздух для сжигания топлива подается вентилятором в воздухоподогреватель котла. Перегретый пар высокого давления и высокой температуры, полученный в котле, по паропроводам подается в паровую турбину, где он расширяется до очень низкого давления и уходит в конденсатор. Образовавшийся в конденсаторе конденсат забирается конденсатным насосом и подается через подогреватель в деаэратор. В деаэраторе происходит удаление из конденсата воздуха и газов. В деаэратор поступает также сырая вода, прошедшая через водоподготовительное
Мощность современных ТЭС может достигать 6000 мегаватт и более при КПД до 40 %.
На ТЭС могут также применяться газовые турбины, работающие на природном газе или жидком топливе. Газотурбинные электростанции (ГТЭС) применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.
Существуют также парогазовые электростанции, в которых энергетическая установка состоит из паротурбинного и газотурбинного агрегатов. Их КПД доходит до 43 %.
Преимуществом ТЭС по сравнению с гидроэлектростанциями является то, что их можно построить в любом месте, приблизив их к потребителю. Они работают практически на всех видах органического топлива, поэтому их можно приспособить к тому виду, который имеется в наличии в данной местности.
В середине 70-х годов XX в. доля электроэнергии, вырабатываемой на ТЭС, составляла примерно 75 % от общей выработки. В СССР и США она была еще выше – 80 %.
Основным недостатком теплоэлектростанций является высокая степень загрязнения окружающей среды углекислым газом, а также большая площадь, которую занимают отвалы золы.
Теплоход
К концу XIX в. на реках и морях господствовали пароходы. Но в это время стали особенно проявляться недостатки паровых поршневых двигателей: низкая экономичность, большая масса топлива, которую должен был брать пароход, отправляясь в плавание.
В 1880-е годы появились первые двигатели внутреннего сгорания – карбюраторные, работавшие на бензине или нефти. В 1892 г. немец Р. Дизель получил патент на изобретенный им двигатель, впоследствии названный его именем. Он работал на дешевых тяжелых видах топлива. Впервые двигатель Дизеля был построен в 1897 году.
Идея создания теплоходов была впервые выдвинута профессором Петербургского политехнического института К. П. Боклевским в 1898 году.
В этом же году чертежи двигателя Дизеля за 500 000 рублей купил один из владельцев русского «Товарищества братьев Нобель» Э. Нобель. Больше всего Нобеля привлекало то, что новый двигатель мог работать на тяжелом топливе.
Новый двигатель был изучен на заводе «Товарищества Нобеля» в Петербурге. В него были внесены изменения, в частности для того, чтобы он мог работать на нефти.
В 1899 г. этот двигатель был запущен. Он работал на нефти и развивал мощность в 25 л. с. Теперь Нобель хотел применить его в качестве судовой машины. Для этого были серьезные преграды. Дизель мог вращаться только в одну сторону и не имел реверса (заднего хода). При крайних положениях поршня запуск дизеля был невозможен. Регулировать работу дизеля, уменьшая или увеличивая частоту вращения вала, было крайне тяжело, а это не давало возможности менять скорость
Дизель имел и свои преимущества по сравнению с паровыми двигателями. У него был высокий КПД, дизель потреблял в 4 раза меньше топлива по сравнению с паровыми машинами одинаковой мощности, что было особенно важно при большой дальности плавания. Заправка дизельного судна осуществлялась наливом, в то время как уголь грузился вручную.
Для того, чтобы новое судно могло маневрировать, Нобель дал инженерам распоряжение связать двигатель с гребным валом через передачу, позволявшую изменять направление вращения винта и число его оборотов.
Первый в мире теплоход «Вандал» был построен в 1903 г. на Сормовском заводе в России. Он предназначался для перевозки светлых нефтепродуктов. Его водоизмещение составляло около 800 тонн. На «Вандале» были установлены 3 двигателя мощностью по 120 л. с. каждый. Передача вращения от двигателя к гребным винтам осуществлялась с помощью электрогенераторов, поэтому «Вандал» одновременно являлся первым в мире дизель-электроходом. Он двигался со скоростью около 14 км/ч.
Первенец теплоходостроения «Вандал» находился в строю более 60 лет. В 1964 г. он, со снятыми двигателями, превращенный в несамоходную баржу, перевозил по Куре горючее в глубинные районы Азербайджана.
После постройки первого теплохода Нобель приобрел лицензию на установку Дель Пропосто. Принцип ее действия заключался в том, что при движении судна вперед дизель непосредственно вращал гребной вал, а при заднем ходе или повороте применялась электрическая передача.
В 1904 году в России по этой схеме был построен танкер «Сармат». На нем стояли два дизеля мощность по 180 л. с. каждый и два электрогенератора. Каждый дизель был соединен с генератором, а затем посредством муфты с гребным винтом, на котором располагался электрический мотор. При движении вперед дизель работал прямо на винт, а генератор и электродвигатель не получали тока, действуя как маховики. При движении назад двигатель вращал электрогенератор, который питал током электромотор, вращая гребной винт в обратном направлении.
«Сармат» показал преимущества судовых дизелей. Он был значительно экономичнее пароходов, работавших на нефти, при сохранении маневренности и хорошего управления.
В 1907 г. было построено колесное буксирное судно «Мысль». В 1908 г. на Коломенском заводе был спущен на воду крупный морской теплоход «Дело», предназначенный для перевозки топлива по Каспийскому морю. Его общая грузоподъемность составляла 5000 тонн, а мощность двух главных двигателей была равна 1000 л. с.
Последним препятствием на пути развития теплоходов было отсутствие реверсного двигателя. Этот двигатель должен был иметь механизм, переключающий передний и задний ход и устройство, позволяющее запустить двигатель при любом положении коленчатого вала.
Для переключения дизеля с переднего хода на задний и наоборот на распределительном валу дизеля были размещены две системы кулачков – для переднего и заднего хода. Перевод с одного хода на другой осуществлялся передвижением всей системы в разные стороны и занимал примерно 10 секунд.
Пуск двигателя при положении коленвала в одной из мертвых точек проходил следующим образом. Сначала все цилиндры продувались воздухом, затем один из них переключался на нефть. После того как он переходил на рабочий ход, на нефть переходил второй цилиндр. Неодновременность вспышек в цилиндрах при их последовательном включении позволяла начать вращение коленвала из любого положения. Число оборотов регулировалось изменением подачи нефти.