Кіріспе

Бу турбинасы – қысыммен ұсталған будан жылу энергиясын алып, оны айналмалы білікке механикалық жұмыс істеу үшін пайдаланатын машина. Оның қазіргі түрін 1884 жылы Чарльз Парсонс ойлап тапқан. Қазіргі заманғы бу турбинасын жасау – 20 ғасырда қолжетімді болған технологияларды пайдаланып, жоғары сапалы болат қорытпаларын дәлдеу арқылы бөліктерге айналдыруды қамтитын, күрделі металл өңдеу процесі. Бу турбиналарының беріктігі мен тиімділігі 21 ғасырдың энергия экономикасы үшін маңызды болып табылады. Бу турбинасы – жылу машинасының бір түрі, ол термодинамикалық тиімділігін арттырудың көп бөлігін будың кеңею сатыларын көбейту арқылы іске асырады, бұл идеалды қайтымды кеңею процесіне жақындатады. Турбина айналмалы қозғалыс тудыратындықтан, оны генератормен байланыстырып, осы қозғалысты электр энергиясына айналдыруға болады. Мұндай турбогенераторлар – жылу электр станцияларының негізгі құралы, олар табиғи отын, ядролық отын, геотермальдық немесе күн энергиясымен жұмыс істей алады. 2022 жылы АҚШ-та өндірілген электр энергиясының шамамен 42% бу турбиналары арқылы алынған. Техникалық қиындықтарға ротордың тепе-теңдігін сақтамау, дірілдеу, подшипниктердің тозуы және теңсіз кеңею (әртүрлі жылулық соққы түрлері) жатады. Ірі орналымдарда, тіпті ең мықты турбина да, дұрыс реттелмесе, өзін-өзі бұзып алуы мүмкін.

Тарих

Реакциялық бу турбинасы деп жіктелетін алғашқы құрылғы, 1-ші ғасырда Рим Египтінде Александриялық Герон сипаттаған, қарапайым ойыншықтан асып түспеді – классикалық Aeolipile. 1551 жылы Осман Египтінде Тақи әл-Дин тұнбаны айналдыру үшін қолданылатын практикалық мақсаты бар бу турбинасын сипаттады. Бу турбиналарын итальяндық Джованни Бранка (1629) және Англиядағы Джон Уилкинс (1648) да сипаттаған. Тақи әл-Дин мен Уилкинс сипаттаған құрылғылар бүгінде булық домкраттар деп белгілі. 1672 жылы Фердинанд Вербист импульстік турбинамен қоздырылатын кішкентай ойыншық көлікті жобалады. Осы көліктің көбірек қазіргі заманғы нұсқасын 18 ғасырдың соңында белгісіз неміс механик жасады. 1775 жылы Сохода Джеймс Уатт реакциялық турбинаны жобалап, оны сол жерде пайдалануға енгізді. 1807 жылы Поликарп Залесов импульстік турбинаны жобалап, оны өрт сөндіру сорғысын іске қосу үшін қолданды. 1827 жылы француз ғалымдары Реал мен Пишон біріктірілген импульстік турбинаны патенттеді және жасады. Қазіргі заманғы бу турбинасын 1884 жылы Чарльз Парсонс ойлап тапты, оның алғашқы моделі электр энергиясын өндіретін динамоға қосылды. Парсонстың бу турбинасын ойлап табуы арзан және көп электр энергиясын мүмкін етті және теңіз көлігі мен теңіз соғысын революцияландырды. Парсонстың дизайны реакциялық типті болды. Оның патенты лицензияланды және турбинаны американдық Джордж Вестингхаус бірден кеңейтті. Парсонс турбинасын кеңейту де оңай болды. Парсонс өзінің өнертабысы әлемнің барлық ірі электр станцияларында қолданылуын көруден ләззат алды, ал генераторлардың көлемі оның алғашқы орнатылғаннан бастап қуат бірліктеріне дейін өсті. Парсонс өмір сүрген кезеңде бірліктің электр энергиясын өндіру қабілеті шамамен 10 000 есеге артты, ал оның фирмасы C. A. Parsons and Company және олардың лицензиаттары құрған турбогенераторлардың жалпы қуаты, тек құрлықтағы мақсаттар үшін, отыз миллион ат күшінен асты.

Түрлері

Бу турбиналары шағын (<0,75 кВт (<1 а.к.) сиымдылықтағы, сирек кездесетін) агрегаттардан бастап, сорғылар, компрессорлар және басқа да валмен қозғалатын жабдықтарды басқаруға қолданылатын, электр энергиясын өндіруге арналған турбиналарға дейін әртүрлі өлшемдерде жасалады. Қазіргі заманғы бу турбиналарының бірнеше жіктемесі бар.

Бет және сахнаның дизайны

Турбина қалақтары екі негізгі түрге бөлінеді: қалақтар және соплолар. Қалақтар будың оларға тиюінен толығымен қозғалады және олардың пішіндері жиырылмайды. Бұл бу жылдамдығының төмендеуіне әкеледі және бу қалақтар арқылы қозғалғанда қысымның айтарлықтай төмендеуі болмайды. Қалақтарды кезектестіре орналастырылған соплолардан тұратын турбина импульстік турбина, Кертис турбинасы, Рато турбинасы немесе Браун-Кертис турбинасы деп аталады. Соплолар қалақтарға ұқсас, бірақ олардың пішіндері шығу тесігіне жақын жиырылады. Бұл бу қысымының төмендеуіне және соплолар арқылы қозғалғанда жылдамдықтың артуына әкеледі. Соплолар будың оларға тиюінен және шығу тесігіндегі жоғары жылдамдықты будың тудырған реакциясынан қозғалады. Жылжымалы соплолар мен тұрақты соплолардан тұратын турбина реакциялық турбина немесе Парсонс турбинасы деп аталады. Аз қуатты қолданулардан басқа, турбина қалақтары бірнеше сатыда тізбектей орналастырылады, бұл төмен жылдамдықтарда тиімділікті едәуір арттырады. Реакциялық саты – бұл тұрақты соплолардың қатарынан кейін жылжымалы соплолардың қатары. Бірнеше реакциялық сатылар будың кіретін жері мен шығатын жері арасындағы қысымның төмендеуін көптеген кішкентай төмендеулерге бөледі, нәтижесінде қысымды күшейтілген турбина пайда болады. Импульстік сатылар қысымды күшейтілген, жылдамдықты күшейтілген немесе қысым-жылдамдық күшейтілген болуы мүмкін. Қысымды күшейтілген импульстік саты – бұл бірнеше сатылы жылжымалы қалақтар қатарымен жалғасқан тұрақты соплолар қатары. Ол өнертабының авторының атымен Рато турбинасы деп те аталады. Жылдамдықты күшейтілген импульстік саты (Кертис ойлап тапқан және «Кертис дөңгелегі» деп те аталады) – бұл екі немесе одан көп жылжымалы қалақтар қатары, содан кейін тұрақты қалақтар қатары. Бұл жылдамдықтың төмендеуін бірнеше кішкентай төмендеулерге бөледі. Жылдамдықты күшейтілген импульстік сатылар тізбегі қысым-жылдамдық күшейтілген турбина деп аталады. 1905 жылға қарай, бу турбиналары жылдам кемелерде (мысалы, ) және құрлықтағы электр станцияларында қолданыла бастағанда, көп сатылы турбинаның басында (бу қысымы ең жоғары жерде) бір немесе бірнеше Кертис дөңгелектерін пайдаланудың тиімділігі анықталды, содан кейін реакциялық сатылар. Бұл турбина роторы мен корпусы арасындағы ағып кетуді азайту арқасында жоғары қысымды бумен тиімді болды. Бұл 1905 жылғы неміс AEG теңіз бу турбинасының суретінде көрсетілген. Бу қазандықтардан оң жақтан жоғары қысыммен келіп, оператор (осы жағдайда дроссельмен деп аталатын теңізші) қолмен басқаратын газ арқылы өтеді. Ол бес Кертис дөңгелегі мен көптеген реакциялық сатылардан (ортадағы екі үлкен ротордың шетіндегі кішкентай қалақтар) өтіп, төмен қысыммен шығады, әрине конденсаторға дейін. Конденсатор будан алынған энергияны барынша арттыратын вакуумды қамтамасыз етеді және буды қазандықтарға қайтару үшін сумен қоректендіруге конденсациялайды. Сол жақта бірнеше қосымша реакциялық сатылар (екі үлкен роторда) турбинаны кері жұмыс істеу үшін кері айналдырады, бу бөлек газ арқылы жіберіледі. Кемелер кері бағытта сирек жұмыс істейтіндіктен, кері турбиналарда тиімділік маңызды емес, сондықтан шығындарды үнемдеу үшін бірнеше саты ғана қолданылады.

Беттің дизайны

Турбинаны жобалаудағы басты мәселе – қанатшалардың иілуін азайту болды. Жоғары температура мен жүктеме салдарынан бу турбинасының материалдары осы механизмдер арқылы зақымданады. Турбинаның тиімділігін арттыру үшін температураны көтеру кезінде иілу маңызды болып кетеді. Иілуді шектеу үшін жылулық қаптамалар және қатты ерітіндімен күшейтілген, сондай-ақ дән шекарасын күшейтілген суперқорытпалар қанатшалардың құрылымында қолданылады. Қорғаушы қаптамалар жылулық зақымдануды азайту және тотығуды шектеу үшін пайдаланылады. Мұндай қаптамалар көбінесе цирконий диоксидіне негіделген, тұрақтандырылған керамикадан жасалады. Жылулық қорғаныш қабатын қолдану никель суперқорытпасының температураға ұшырауын шектейді. Бұл қанатшадағы иілу механизмдерін азайтады. Тотығуға қарсы қаптамалар, әсіресе жоғары температурада, қанатшалардың сыртына жиналатын тиімділік жоғалтуларын шектейді. Никель негізді қанатшалар алюминий мен титанмен қоса құйылып, беріктігі мен иілуге төзімділігін арттырады. Бұл қорытпалардың микроқұрылымы әртүрлі құрамы бар аймақтардан тұрады. Гамма-прима фазасының біркелкі таралуы – никель, алюминий және титанның комбинациясы – микроқұрылымға байланысты қанатшаның беріктігі мен иілуге төзімділігін арттырады. Ренений және рутений сияқты отқа төзімді элементтерді қорытпаға қосу арқылы иілу беріктігін жақсартуға болады. Бұл элементтердің қосылуы гамма-прима фазасының таралуын азайтады, соның салдарынан шаршауға төзімділік, беріктік және иілуге төзімділік сақталады.

Буды жеткізу және шығару шарттары

Турбиналардың түрлері: конденсациялық, конденсациялық емес, қайта қыздыру, аралық алу және индукциялық.

Конденсациялық турбиналар

Конденсациялық турбиналар ең көп кездесетін жерлер электр станциялары. Бұл турбиналар қазаннан буды қабылдап, конденсаторға шығарады. Шығарылған бу атмосфералық қысымнан әлдеқайда төмен қысымда болады және көбінесе 90% сапаға жуық ішінара конденсацияланған күйде келеді.

Конденсациясыз турбиналар

Конденсацияланбайтын турбиналар көбінесе процестік буды пайдалану үшін қолданылады, онда бу турбинадан шығарылғаннан кейін қосымша мақсаттарда қолданылады. Түсірілім қысымын реттегіш клапан процестік будың қажетті қысымына қарай басқарады. Олар мұнай өңдеу зауыттарында, аудандық жылу беру жүйелерінде, қағаз және целлюлоза заводтарында, сондай-ақ көп мөлшерде төмен қысымды процестік бу қажет болатын тұзсыздандыру объектілерінде жиі кездеседі.

Қайта қыздыру турбиналары

Қайта қыздыру турбиналары электр станцияларында дерлік толығымен қолданылады. Қайта қыздыру турбинасында бу ағыны турбинаның жоғары қысым бөлімінен шығып, қазанға қайтарылады, онда қосымша қыздыру жүзеге асырылады. Содан кейін бу турбинаның орташа қысым бөліміне қайта кіріп, кеңеюін жалғастырады. Циклде қайта қыздыруды қолдану турбинадан алынатын жұмыс мөлшерін арттырады, сонымен қатар бу конденсацияланбастан бұрын кеңею толық аяқталады, осылайша соңғы қатардағы лопастардың тозуын азайтады. Көптеген жағдайларда циклде қолданылатын қайта қыздырулардың максималды саны 2-ге тең, себебі буды қосымша қыздыруға кеткен шығын турбинадан алынатын жұмыс мөлшерінің артуын өтемейді.

Шұғыл турбиналар

Экстракциялық типтегі турбиналар барлық қолданбаларда жиі кездеседі. Экстракциялық типтегі турбинада бу турбинаның әртүрлі сатыларынан алынып, өнеркәсіптік процестердің қажеттіліктеріне қолданылады немесе жалпы циклдың тиімділігін арттыру үшін қазандық суын қыздыруға жіберіледі. Экстракциялық ағын клапан арқылы реттелуі немесе реттелмей қалуы мүмкін. Алынған бу турбинаның келесі сатыларында қуаттың төмендеуіне әкеледі. Индукциялық турбиналар қосымша қуат өндіру үшін ортаңғы сатыға төмен қысымды буды жібереді.

Қаптама немесе шахта құрылғылары

Бұл құрылымдарға бір корпусты, тандемалық және қиылысқан турбиналар кіреді. Бір корпусты агрегаттар – генераторға бір корпус және білік тікелей қосылған ең қарапайым түр. Тандемді құрама турбиналар екі немесе одан көп корпустың бір генераторды іске қосу үшін тікелей біріктірілген жағдайда қолданылады. Қиылысқан турбиналар бір-біріне қатар қойылмаған екі немесе одан көп біліктерді пайдаланып, екі немесе одан көп генераторды қозғалтады, олар көбінесе әртүрлі жылдамдықпен жұмыс істейді. Қиылысқан турбиналар көбінесе ірі масштабты қолданулар үшін қолданылады. Төменде 1930-1960 жылдарға тән теңіздік орналымның мысалы келтірілген; онда жоғары және төмен қысымды турбиналар ортақ редукторлық механизмді қозғалтады, ал бір жоғары қысымды турбинада айналымдық турбина орналасқан.

Екі ағынды роторлар

Жылжымалы бу турбина білігіне жанама және осьтік итермелеу күштерін береді, бірақ қарапайым турбинадағы осьтік итермелеуге қарсы күш болмайды. Ротордың дұрыс орналасуын және тепе-теңдігін сақтау үшін, бұл күш теңдестірілуі керек. Осы үшін итермелеу подшипниктерін білік подшипниктері ретінде қолдануға болады, роторда фиктивті поршеньдер қолданылуы мүмкін, ротор екі бағытты ағынды болуы мүмкін, бу білік ортасынан кіріп, екі жағынан шығуы мүмкін, немесе осылардың кез келген комбинациясы қолданылуы мүмкін. Екі бағытты ағынды ротордағы әр жартысының қанаты қарама-қарсы бағытта орналасқан, сондықтан осьтік күштер бір-бірін жояды, ал жанама күштер біріктіріледі. Ротордың осы конструкциясы екі ағынды, қос осьтік ағынды немесе қос шығару деп те аталады. Мұндай құрылым күрделі турбинаның төмен қысымды корпустарында жиі қолданылады.

Жұмыс істеу принципі және жобалау

Идеалдық бу турбинасы – турбинаға кіретін будың энтропиясы, турбинадан шығатын будың энтропиясына тең болатын изентропиялық процесс, яғни тұрақты энтропиялық процесс деп есептеледі. Дегенмен, ешбір бу турбинасы толығымен изентропиялық болмайды, бірақ турбинаның қолданылуына қарай, оның изентропиялық тиімділігі әдетте 20-ден 90%-ға дейін ауыспайды. Турбинаның ішкі құрамы бірнеше жиынтық қанаттардан немесе лопастардан тұрады. Бір жиынтық стационарлық қанаттар корпуске, ал екінші жиынтық айналмалы қанаттар білігіне бекітіледі. Жиынтықтар белгілі бір ең аз аралықтармен біріктірілген, ал олардың мөлшері мен құрылымы әр кезеңде будың кеңеюін тиімді пайдалану үшін өзгеріп отырады.

Ең жоғары тиімділік туралы қорытындылар

Берілген бу жылдамдығы үшін, бір килограмм буға жасалған жұмыс ең көп болғанда немесе . Бу жылдамдығы артқан сайын, қанаттардағы жұмыс азаяды, бірақ сонымен бірге қанаттың беттік ауданы да кемиді, демек, үйкеліс жоғалтулары азаяды.

Реакциялық турбиналар

Реакциялық турбинада ротордың қанаттары конвергентті сораптар құрайтындай етіп орналастырылған. Бұл турбина түрі будың статор арқылы жасалған сораптардан өте келе жылдамдануынан туындайтын реакция күшін пайдаланады. Бу статордың бекітілген қанаттары арқылы роторға бағытталады. Бу статордан ротордың бүкіл шеңберін толтыратын ағын ретінде шығады. Содан кейін бу бағытын өзгертіп, қанаттар жылдамдығына қатысты жылдамдығын арттырады. Қысымның төмендеуі статор және ротордың екеуінің ішінде болады, бу статор арқылы жылдамданып, ротор арқылы баяулайды, бірақ сатыдағы бу жылдамдығының жалпы өзгеруі болмайды, бірақ қысым мен температураның төмендеуі байқалады, бұл роторды қозғалту кезінде атқарылған жұмысты көрсетеді.

Пайдалану және техникалық қызмет көрсету

Жоғары қысымдар мен бу схемаларында қолданылатын материалдардың ерекшелігіне байланысты, бу турбиналары мен олардың корпустары жоғары жылу инерциясына ие. Бу турбинасын пайдалануға дайындау кезінде, қазаннан кейінгі негізгі бу тоқтату клапандарының құбырларын айналып өтетін арнайы желі болады. Бұл қызған будың клапанды баяу айналып өтуіне және бу турбинасымен бірге жүйедегі құбырларды жылытуға мүмкіндік береді. Бу болмаған жағдайда, турбинаны біркелкі қыздыру үшін, ротордың деформациясын болдырмау мақсатында, айналдыру механизмі қосылады. Турбинаны айналдыру механизмімен бірінші рет айналдырғаннан кейін, ротордың түзу жазықтықта орналасуына уақыт беріледі (қисаюдың алдын алу үшін), содан кейін айналдыру механизмі өшіріліп, бу турбинаға жіберіледі – алдымен кері қанаттарға, содан кейін тікелей қанаттарға. Бұл турбинаны 10–15 айналым/мин (0,17–0,25 Гц) жылдамдықпен баяу айналдыру арқылы жүзеге асырылады. Ірі бу турбиналарын жылыту процедурасы он сағаттан асуы мүмкін, ал олардың қызмет ету мерзімі көбінесе 50 жылдан асады.

Тікелей қозғалтқыш

Электр станциялары әлемдегі электр энергиясының көп бөлігін (шамамен 80%) өндіру үшін электр генераторларын қозғалтатын үлкен бу турбиналарын пайдаланады. Үлкен бу турбиналарының пайда болуы орталық электр станцияларында электр қуатын өндіруді мүмкін етті, себебі үлкен қуаттылықтағы бу машиналары өте көлемді болып, баяу жылдамдықпен жұмыс істеді. Көптеген орталық станциялар – жанармайлы электр станциялары және ядролық электр станциялары; кейбір орналымдар геотермалды буды немесе бу жасау үшін шоғырландырылған күн энергиясын (CSP) пайдаланады. Бу турбиналары ірі центробегтік сорғыларды, мысалы, жылу электр станциясының су беру сорғыларын тікелей іске қосу үшін де қолданылуы мүмкін. Электр энергиясын өндіруге арналған турбиналар көбінесе генераторлармен тікелей біріктіріледі. Генераторлар электр жүйесінің жиілігіне сәйкес тұрақты синхронды жылдамдықпен айналуы керек болғандықтан, ең көп таралған жылдамдықтар 50 Гц жүйелер үшін 3000 айналым/мин, ал 60 Гц жүйелер үшін 3600 айналым/мин болып табылады. Ядролық реакторлардың температуралық шектеулері жанармайлы станцияларға қарағанда төмен болғандықтан, будың сапасы да төмендеу, сондықтан турбина-генератор жиынтығы осы жылдамдықтардың жартысында, бірақ турбина қанаттарының тозуын азайту үшін төрт полюсті генераторлармен жұмыс істеуі мүмкін.

Теңіздің қозғалтқышы

Бу кемелерінде бу турбиналарының артықшылықтары – кішірек өлшем, техникалық қызмет көрсетудің қарапайымдығы, жеңіл салмақ және аз дірілдеу. Бу турбинасы мыңдаған айналымдарда жұмыс істегенде ғана тиімді, ал ең тиімді винт конструкциялары 300 айналымнан төмен жылдамдықтар үшін жасалған; нәтижесінде, дәл (соған сәйкес қымбат) айналым жылдамдығын төмендету механизмдері қажет, бірақ Бірінші дүниежүзілік соғыс кезеңіндегі көптеген алғашқы кемелер, мысалы, "Turbinia", бу турбиналарынан винт біліктеріне тікелей беріліс жүйесін қолданды. Тағы бір балама – турбоэлектрлік беріліс, онда жоғары жылдамдықты турбинамен қоздырылатын электр генераторы винт валдарымен байланысқан бір немесе бірнеше төмен жылдамдықты электр моторларын іске қосу үшін пайдаланылады; соғыс кезінде дәлдікпен аспаптарды кесу өндірістің шектеулі факторы болуы мүмкін. Турбоэлектрлік жетек Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде құрастырылған АҚШ-тың ірі әскери кемелерінде және кейбір жылдам лайнерлерде кеңінен қолданылды, сондай-ақ Екінші дүниежүзілік соғыстағы кейбір әскер тасымалдау кемелері мен сериялық эсминецтерде қолданылды. Турбиналар мен олармен байланысты берілістер немесе генератор/мотор жиынтықтарының жоғары құны, турбинаның салыстырмалы түрде кішірек көлемімен және техникалық қызмет көрсету талаптарының азаюымен, тең қуатты поршеньді қозғалтқышпен салыстырғанда өтелді, бірақ отын шығындары дизельдік қозғалтқыштарға қарағанда жоғары, себебі бу турбиналарының жылу тиімділігі төмен. Отын шығындарын азайту мақсатында, жылдар бойы екі типті қозғалтқыштардың жылу тиімділігі жақсартылып келді.

Ерте дамуы

1894 жылдан 1935 жылға дейінгі кезеңдегі бу турбиналық теңіз жылжыту жүйесінің дамуына турбинаның жоғары тиімділігін кеменің винтінің төмен тиімділігімен (минутына 300 айналымнан кем) үйлестіру қажеттілігі басымдық берді, бұл кері поршеньді қозғалтқыштармен салыстырылатын жалпы шығындарды қамтамасыз етуді де қамтыды. 1894 жылы кемелерге қажетті қуат деңгейі үшін тиімді редукторлар болмағандықтан тікелей жетегі қажет болды. Turbinia кемесінде, әрбір винт білігіне тікелей жетегі бар турбинаның тиімділігі алғашқы сынақтардан кейін бу ағынын барлық үш тікелей жетегі бар турбина арқылы (әр білікке біреуден) қатарластыру арқылы төмендетілді, бұл сериялы жұмыс істейтін шамамен 200 турбиналық сатыздан тұрды. Сонымен қатар, әр білікте жоғары жылдамдықпен жұмыс істеу үшін үш винт орнатылған. Бұл дәуірдегі жоғары білік жылдамдықтарын 1909 жылы суға түсірілген алғашқы американдық турбиналық эсминецтердің бірі – Smith мысалымен көрсетуге болады, ол тікелей жетегі бар турбиналарды қолданды және оның үш білігі 724 айналымда айналды. Көп корпусты турбиналарды пайдалану, буды бірінен кейін біріге шығару арқылы, кейінгі теңіз жылжыту жүйелерінде стандартқа айналды және бұл қиылысқан құрамның бір түрі болып табылады. Алғашқы турбина жоғары қысымды (ЖҚ) турбина, соңғысы – төмен қысымды (ТҚ) турбина деп аталды, ал арадағы турбиналар орташа қысымды (ОҚ) турбиналар болды. Turbinia-дан әлдеқайда кейінгі конструкцияны 1934 жылы Калифорния штатының Лонг-Бич қаласында суға түсірілген кемеде көруге болады, онда әр білік бір редукторлық қоробканың екі кіріс біліктеріне қосылған төрт турбинадан тұрады. Олар ЖҚ, 1-ші ОҚ, 2-ші ОҚ және ТҚ турбиналары.

Круиздік машиналар мен шестерінділер

Экономияға ұмтылыс кемелердің круиздік жылдамдығын ескергенде одан да маңыздырақ болды. Круиздік жылдамдық – соғыс кемесінің максималды жылдамдығының шамамен 50%-ы және оның максималды қуатының 20-25%-ы. Бұл ұзақ сапарларда отынды үнемдеуге бағытталған жылдамдық. Бұл пропеллер айналуын тиімді диапазонға түсіргенімен, турбинаның тиімділігі күрт төмендеді және алғашқы турбиналық кемелердің круиздік қашықтығы нашар болды. Бу турбиналық қозғалтқыштар дәуірінің көп бөлігінде пайдалы болған шешім – круиздік турбина. Бұл қосымша турбина, ол тікелей бір немесе бірнеше валдарға қосылып, жоғары қысымды турбинаның (HP турбина) бойымен орташа бөлігіне шығарылып, жоғары жылдамдықтарда қолданылмады. 1911 жылға қарай редукторлық механизмдер қолжетімді болғанда, кейбір кемелер, әсіресе «Невада» линкорлары, тікелей жетекті негізгі турбиналарын сақтап, круиздік турбиналарда оларды пайдаланды. Редукторлық механизмдер турбиналардың валдан әлдеқайда жоғары жылдамдықпен тиімді диапазонда жұмыс істеуіне мүмкіндік берді, бірақ оларды өндіру қымбатқа түсті. Круиздік турбиналар бастапқыда отынды үнемдеу үшін поршендік қозғалтқыштармен бәсекелесті. Жылдам кемелерде поршендік қозғалтқыштарды сақтап қалудың мысалы – 1911 жылғы әйгілі лайнер, оның әпкелік кемелері және HMHS Britannic екі шеткі валда үш кеңейімді қозғалтқыштармен жабдықталған, олардың екеуі де ортаңғы валдағы төмен қысымды турбинаға (LP турбина) шығарылды. 1909 жылы турбиналарды қабылдағаннан кейін, АҚШ Әскери-теңіз күштері 1912 жылы поршендік механизмдерге қайта оралды, содан кейін 1914 жылы «Невадада» турбиналарды қайта қолданды. Поршендік механизмдерге деген ұзаққа созылған сүйіспеншілік себебі, АҚШ Әскери-теңіз күштерінің Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін капиталдық кемелердің жылдамдығын арттыруға жоспары болмағандықтан, максималды жылдамдық экономикалық круизге қарағанда маңызды емес болды. АҚШ 1898 жылы Филиппин мен Гавайиді өзіне қарасты территориялар етіп алды және Британдық Корольдік теңіз күштерінің бүкіл әлемдегі көмір станцияларының желісіне ие болған жоқ. Осылайша, 1900-1940 жылдары АҚШ Әскери-теңіз күштерінің отынды үнемдеуге ең көп қажеттілігі болды, әсіресе Бірінші дүниежүзілік соғыстан кейін Жапониямен соғыс болу ықтималдығы туған кезде. Бұл қажеттілік АҚШ-тың 1908-1920 жылдары ең бірде-бір крейсерді іске қоспауымен күшейді, сондықтан эсминецтерге әдетте крейсерлерге жүктелетін ұзақ қашықтықтағы миссияларды орындау тапсырылды. Сондықтан, 1908-1916 жылдары іске қосылған АҚШ эсминецтерінде әртүрлі круиздік шешімдер орнатылды. Оларға кішкентай поршендік қозғалтқыштар және бір немесе екі валда тісті немесе тіссіз круиздік турбиналар кірді. Алайда, толық тісті турбиналар бастапқы құны мен отын тұтынуы бойынша экономикалық тиімді екенін көрсеткеннен кейін, олар тез қабылданып, көптеген кемелерге круиздік турбиналар да қосылды. 1915 жылдан бастап Британдық Корольдік теңіз күштерінің барлық жаңа эсминецтерінде толық тісті турбиналар болды, ал АҚШ 1917 жылы оларға қосылды. Британдық теңіз күштерінде жылдамдық 1916 жылдың ортасында Ютландия шайқасында шайқас крейсерлеріндегі броняның артық мөлшері құрбандыққа шалынғанын көрсеткенге дейін басымдыққа ие болды. Британдықтар 1906 жылдан бастап тек турбиналық соғыс кемелерін пайдаланды. Олардың бүкіл әлемдегі империясы болғандықтан, ұзақ круиздік қашықтықтың қажет екенін мойындап, кейбір соғыс кемелері, әсіресе 1912 жылдан бастап, алғашқы тәжірибелік орнатулардан кейін круиздік турбиналармен жабдықталды. АҚШ Әскери-теңіз күштерінде 1935-1936 жылдары іске қосылған «С» классында қос редукциялы беріліс енгізілді. Бұл турбина айналуын вал айналуынан жоғары деңгейге көтерді, соның салдарынан бір редукциялы берілістен кіші турбиналарды пайдалануға мүмкіндік берді. Бу қысымы мен температурасы да бірте-бірте артты, Бірінші дүниежүзілік соғыс кезеңіндегі кемелерде / [қаныққан будан] Екінші дүниежүзілік соғыс және одан кейінгі кемелерде / [қыздырылған буға] дейін. Стандартты конфигурация – осьтік ағынды жоғары қысымды турбина (кейде круиздік турбинасымен бірге) және қос осьтік ағынды төмен қысымды турбина, қос редукциялы беріліс қорабына қосылған. Бұл конфигурация АҚШ Әскери-теңіз күштерінде бу дәуірі бойы қолданылып, кейбір Британдық теңіз күштерінің жобаларында да пайдаланылды. Бұл конфигурациядағы механизмдерді көптеген елдерде сақталған Екінші дүниежүзілік соғыс кезеңінің көптеген әскери кемелерінде көруге болады. АҚШ Әскери-теңіз кемелерін қайта құру 1950 жылдардың басында жаңартылғанда, көптеген су үстіндегі жауынгерлік кемелер мен ұшақ тасымалдаушылар / буды пайдаланды. Бұл АҚШ Әскери-теңіз күштерінде бумен жұмыс істейтін соғыс кемелерінің дәуірі аяқталған 1970 жылдардың басына дейін жалғасты. Амфибиялық және қосымша кемелер соғыстан кейін де буды пайдалана берді, 2001 жылы іске қосылған «Иво Джима», АҚШ Әскери-теңіз күштері үшін салынған соңғы бумен жұмыс істейтін кеме болуы мүмкін.

Турбоэлектрлік қозғалтқыш

Турбоэлектрлік жетегі 1917 жылы суға түсірілген «Нью-Мексико» линкор кемесінде қолданылды. Келесі сегіз жылда АҚШ Әскери-теңіз күштері бес қосымша турбоэлектрлік линкор және екі әуе кемесін (алғашқыда S ретінде тапсырыс берілген) суға түсірді. Тағы он турбоэлектрлік капиталдық кемелер жоспарланған, бірақ Вашингтондық теңіз келісімінің шектеулеріне байланысты жоба тоқтатылды. «Нью-Мексико» 1931–1933 жылдарғы жөндеуден өткенімен, қалған турбоэлектрлік кемелер өздерінің қызмет ету кезеңінің соңына дейін жүйені сақтап қалды. Бұл жүйеде төрт валдың әрқайсысын қозғау үшін екі үлкен бу турбиналық генераторлар электр моторларын пайдаланды. Бұл жүйе бастапқыда редукторлы беріліске қарағанда арзан болды және кемелерді портта маневрлі етті, валдар жылдам кері айналып, көптеген редукторлы жүйелерге қарағанда күшті кері жылдамдық бере алды. Кейбір мұхит лайнерлері де турбоэлектрлік жетегімен салынды, сондай-ақ кейбір әскер тасымалдауыштары мен Екінші дүниежүзілік соғыстағы көптеп өндірілген эсминецтерде де қолданылды. Алайда, АҚШ 1927 жылы суға түсірілген «Пенсаколадан» бастап «Келісім кемелерін» жобалағанда, салмақты үнемдеу үшін редукторлы турбиналар қолданылды және одан кейін барлық жылдам бумен жүретін кемелерде қолданыла берді.

Қазіргі қолданылуы

1980 жылдан бері жылдам кемелерде бу турбиналары газ турбиналарымен, ал басқа кемелерде дизельдік қозғалтқыштармен алмастырылды; ерекше жағдайлар – ядролық қуатпен жүретін кемелер мен су асты кемелері және сұйытылған табиғи газ (СЖГ) тасымалдаушылары. Кейбір қосалқы кемелер бумен жүруді жалғастыруда. АҚШ Әскери-теңіз күштерінде дәстүрлі бу турбинасы «Wasp» класындағы шабуылға арналған кемелердің біреуін қоспағанда, барлығында қолданылады. Ұлыбритания Корольдік теңіз күштері 2002 жылы соңғы дәстүрлі бумен жүретін әскери кеме класын – тоқтатып, ал Италия теңіз күштері 2006 жылы соңғы дәстүрлі бумен жүретін әскери кемелерін – тоқтату арқылы одан әрі ілесуде. 2013 жылы Франция теңіз күштері соңғы бумен жүретін кемесін тоқтату арқылы бу дәуірін аяқтады. Басқа да «көк су» теңіз күштерінің арасында Ресей теңіз күштері қазіргі уақытта бумен жүретін және кемелерін пайдалануда. Үндістан теңіз күштері қазіргі уақытта өзгертілген INS Vikramaditya кемесін пайдалануда; сонымен қатар 2000 жылдардың басында тапсырылған үш кемесі де бар. Қытай теңіз күштері қазіргі уақытта бумен жүретін және кемелерін, сондай-ақ жалғыз 051B эсминецін пайдалануда. Басқа теңіз күштерінің көпшілігі бумен жүретін әскери кемелерін тоқтатып немесе қайта жабдықтады. 2020 жылғы мәліметтер бойынша, Мексика теңіз күштері төрт бумен жүретін бұрынғы АҚШ кемесін пайдалануда. Египет және Қытай теңіз күштері сәйкесінше екі және алты бұрынғы АҚШ кемесін пайдалануда. Эквадор теңіз күштері қазіргі уақытта екі бумен жүретін кеме (өзгертілген ) пайдалануда. Бүгінгі таңда бу турбинасының циклдық тиімділігі 50%-дан аспайды, бірақ дизельдік қозғалтқыштар, әсіресе теңіз саласында, одан да жоғары тиімділікке ие. Дизельдік электр станцияларының операциялық шығындары да төмендеу, себебі аз операторлар қажет. Осылайша, дәстүрлі бу қуаты жаңа кемелерде өте сирек қолданылады. Бірақ СЖГ тасымалдаушылары бу турбинасымен газды қайта сұйытудан гөрі пайдалануды тиімдірек деп санайды. Ядролық кемелер мен су асты кемелері турбиналар үшін буды жасау үшін ядролық реакторды пайдаланады. Ядролық энергия дизельдік қуат қолдануға қолайсыз жағдайларда (мысалы, су асты кемелерінде) немесе жанармай құю логистикасы қиындықтар тудырған жерлерде (мысалы, мұз сындыратын кемелерде) көбінесе таңдалады. Корольдік теңіз күштерінің реакторлық отынының 40 рет жер шарын айналып өтуге жеткілікті екені бағаланды – бұл кеменің қызмет ету мерзіміне толыққанды жетеді. Ядролық қозғалтқыш қызмет көрсетудің қымбаттылығы және ядролық жүйелер мен отын циклдеріне қажетті нормативтік бақылаулар салдарынан коммерциялық кемелерде өте сирек қолданылады.

Локомотивтер

Бу турбиналық локомотив – бу турбинасымен жұмыс істейтін бу локомотиві. Алғашқы бу турбиналық теміржол локомотиві 1908 жылы Италияның Милан қаласында Officine Meccaniche Miani Silvestri Grodona Comi компаниясы үшін салынған. 1924 жылы Krupp компаниясы Deutsche Reichsbahn үшін 1929 жылы пайдалануға берілген T18 001 бу турбиналық локомотивін құрастырды. Бу турбиналық локомотивтердің басты артықшылықтары – жақсы айналу тепе-теңдігі және рельстерге түсетін соққының азаюы. Дегенмен, кемшілігі – қуатты берудің төмен икемділігі, сондықтан турбиналық локомотивтер тұрақты қуатпен ұзақ қашықтыққа тасымалдау үшін жақсырақ жаратылған.

Сынау

Британдық, неміс және басқа ұлттық, халықаралық сынақ кодтары бу турбиналарын сынау процедуралары мен анықтамаларын стандарттау үшін қолданылады. Қай сынақ кодын қолдану туралы шешім сатып алушы мен өндірушінің арасындағы келісім болып табылады және турбинаның және оған қосымша жүйелердің жобалануына әсер етеді. АҚШ-та ASME бу турбиналарының өнімділігін тексеруге арналған бірнеше кодтарды жасады. Оларға ASME PTC 6–2004, «Бу турбиналары», ASME PTC 6.2 2011, «Бу турбиналары комбинирленген циклдарда», PTC 6S 1988, «Бу турбиналарының қалыпты жұмыс істеуін тексеру процедуралары» кіреді. Бұл ASME өнімділігін тексеру кодтары бу турбиналарын сынау саласында халықаралық деңгейде мойындылық пен қабылдануға ие болды. ASME өнімділігін тексеру кодтарының, соның ішінде PTC 6-ның ең маңызды және ерекшелендіретін қасиеті – өлшеудің сынақ белгісіздігі сынақтың сапасын көрсетеді және оны коммерциялық төзімділік ретінде пайдалануға болмайды.