3.6.2. Електрика. Електрогенератори та електродвигуни

Практичне використання електрики було одним із найбільших досягнень ХІХ століття.

1808 рік – Деві запропонував дугову лампу.

1821 рік – Фарадей розробив теоретичні основи дії електродвигуна.

1831 рік – Фарадей розробив теоретичні основи динамомашини.

1832 рік – Шилінг П.А. а в 1837 році одночасно американець Семюель Морзе та англійці Кук і Уітсон винайшли телеграф (морзянка).

1861 рік – Філіп Рейс і пізніше 1876 р. Белл Олександр винайшли телеграф з передачею усної мови (телефон).

Поряд з винайденням телеграфу й телефону, винайдення можливості передачі енергії електричним струмом здійснили не менш великі перетворення. Це дозволило підвести енергію до невеликих установок, до приладів домашнього вжитку, до індивідуальних приводів заводських машин. При цьому виробництва позбавлялись від незручних, непродуктивних і дуже шумливих трансмісій. Було покінчено з необхідністю установлювати верстати навколо парового (водяного, вітрового) двигуна.

Електрика зробила можливим будівництво фабрик за межами перенаселених міст, на віддаленні від районів видобутку вугілля, до яких вони раніше були прив’язані і в сільській місцевості з її більш здоровими для робітників умовами. Якщо ж фабрики за іншими причинами необхідно було зосереджувати в одному місці, то паливо можна було спалювати подалі від них, не забруднюючи тут атмосферу кіптявою й димом, подаючи сюди електроенергію здалеку.

Над створенням електрогенераторів (динамомашин) працював цілий ряд винахідників.

1870 рік – Грамм винайшов кільцевий (електричний) генератор, що розцінювався тоді як найбільш велике досягнення в справі створення генераторів. Це стало поштовхом до широкого впровадження цих генераторів у промисловість.

1880 рік – Едісон довів майже до завершеності конструкцію електрогенераторів, так що останні, що були у вжитку в 1882 році відрізнялись від сучасних тільки вугільною щіткою, введеною в 1883 р., і іншою обмоткою.

1880 рік – Едісон розробив передачу електроенергії по кабелях і провідниках.

1889 рік – Ферранті зі своїми генераторами змінного струму на 10000 вольт займав перспективний напрямок, бо створив можливість передачі електричної енергії на великі відстані. Це дало змогу укрупнити потужності електростанцій, розмістивши їх в місцях знаходження природної енергії (вугілля, вода, вітер).

1900 рік – На передових підприємствах почали широко упроваджуватись електродвигуни замість незграбних, шумливих і небезпечних навісних трансмісій з ремінними приводами. Спочатку двигуни просто пристосовували до існуючих механізмів, але далі почали будувати верстати з індивідуальними двигунами.

3.6.3. Парова турбіна

Одним із найважливіших технічних засобів сучасної технології вироблення електроенергії є парова турбіна. Досить згадати хоч би те, що дві перші схеми парових двигунів, запропоновані Героном (рис. 3.8) у 70-ті роки до н.е. і Бранкі (рис. 3.16) у 1629 р. н.е. були паровими турбінами, хоч і не відіграли ніякої практичної ролі. Успіх поршневих парових машин ослабив увагу до турбін. До того ж ерудованим інженерам того часу ставали все більш очевидними труднощі зі створення робочої парової турбіни. Швидкості обертання роторів турбін далеко виходили за рамки можливостей тих часів, а необхідна точність підгонки деталей за таких високих швидкостей залишалась нерозв’язаною в інженерному відношенні до самого кінця ХІХ ст..

І все ж таки парова турбіна, якби її удалось зробити, обіцяла дійсно визначені вигоди – високий ККД, підвищену потужність і позбавлення від достатньо складного процесу перетворення сили пари в обертальний рух за допомогою поршневого пристрою.

Незважаючи на неоднократні спроби, перші промислові турбіни були створені тільки в кінці ХІХ століття.

1884 рік – Ч. Парсонс запатентував свою багатоступеневу турбіну

(рис. 3.21). Почалось масове використання парових турбін у техніці.

Рис. 3.21. Перший турбогенератор Парсонса

1891 рік – Ч. Парсонс обладнав парову турбіну конденсатором, що підняло її ККД і зробило її конкурентноздатною з поршневим паровим двигуном. Після цього парова турбіна стала швидко впроваджуватись на багатьох електроцентралях і незабаром обігнала за своїми габаритами й ККД найкрупніші поршневі машини.

1912 рік – З’явились турбогенератори потужністю 25000 кВт (біля 33000 к.с.), у той час як максимальна потужність поршневих парових машин ніколи не піднімалась вище 20000 к.с.

Установки такої величезної потужності були потрібні тільки електроенергетиці й судноплавству. У 1905 році в Англії було прийнято рішення про переведення всіх без виключення військових кораблів на паротурбінну тягу. У 1909 році Парсонс приступив до розроблення системи приводів гребних гвинтів з редукторами. Це дало можливість прилаштувати парові турбіни до використання на тихохідних вантажних суднах.

У наші часи парові турбіни використовують також у приводах середньої та малої потужності, особливо там, де є дешева водяна пара. У таких умовах можна досягнути значної економії більш дорогої електричної енергії. Конструкція привода не часто потребує використання редукторів, бо є можливість прямого підключення парових турбін до робочих механізмів і регулювати швидкість обертання парової турбіни подачею водяної пари в турбіну.