Введение

Машина, использующая пар для вращения вала.

Паровая турбина – это машина, которая извлекает тепловую энергию из пара под давлением и использует её для совершения механической работы на вращающемся выходном валу. Современная версия была изобретена Чарльзом Парсонсом в 1884 году. Изготовление современной паровой турбины включает в себя передовые методы металлообработки для создания высококачественных стальных сплавов в прецизионные детали с использованием технологий, впервые ставших доступными в XX веке. Дальнейшее повышение долговечности и эффективности паровых турбин остаётся ключевым фактором в энергетической экономике XXI века. Паровая турбина является видом теплового двигателя, значительное улучшение термодинамической эффективности которого достигается за счёт использования многоступенчатого расширения пара, что приближает процесс к идеальному обратимому расширению. Поскольку турбина генерирует вращательное движение, её можно соединить с генератором для преобразования этого движения в электричество. Такие турбогенераторы составляют основу тепловых электростанций, работающих на ископаемом топливе, ядерном топливе, геотермальной или солнечной энергии. В 2022 году около 42% всей электроэнергии, произведенной в Соединенных Штатах, было получено с использованием паровых турбин. К техническим проблемам относятся дисбаланс ротора, вибрация, износ подшипников и неравномерное расширение (различные формы теплового удара). В крупных установках даже самая надёжная турбина может разрушиться при работе вне оптимального режима.

История

Первое устройство, которое можно классифицировать как реактивная паровая турбина, было не более чем игрушкой – классическим эолипилом, описанным в I веке Героем Александрийским в римском Египте. В 1551 году Таки аль-Дин в Османском Египте описал паровую турбину с практическим применением – для вращения вертела. Паровые турбины также были описаны итальянцем Джованни Бранкой (1629) и Джоном Уилкинсом в Англии (1648). Устройства, описанные Таки аль-Дином и Уилкинсом, сегодня известны как паровые домкраты. В 1672 году Фердинанд Вербист разработал небольшую игрушечную машину с импульсной турбиной. Более современная версия этой машины была создана в конце XVIII века неизвестным немецким механиком. В 1775 году на заводе «Сохо» Джеймс Уатт спроектировал реактивную турбину, которая там и была установлена. В 1807 году Поликарп Залесов спроектировал и построил импульсную турбину, используя её для привода пожарного насоса. В 1827 году французы Реаль и Пишон запатентовали и построили многоступенчатую импульсную турбину. Современная паровая турбина была изобретена в 1884 году Чарльзом Парсонсом, первая модель которой была подключена к динамо-машине, вырабатывавшей электричество. Изобретение паровой турбины Парсонса сделало возможным дешевое и обильное производство электроэнергии и произвело революцию в морском транспорте и военно-морском деле. Конструкция Парсонса была реактивного типа. Его патент был лицензирован, и вскоре после этого турбина была увеличена в размерах американцем Джорджем Вестингхаусом. Турбина Парсонса также оказалась легко масштабируемой. Парсонс был рад видеть, что его изобретение было принято на всех крупных электростанциях мира, а размер генераторов увеличился с его первой установки до агрегатов большей мощности. За время жизни Парсонса генерирующая мощность одного агрегата была увеличена примерно в 10 000 раз, а общая мощность турбогенераторов, построенных его фирмой C. A. Parsons and Company и их лицензиатами, исключительно для наземного использования, превысила тридцать миллионов лошадиных сил.

Типы

Паровые турбины изготавливаются в широком диапазоне размеров – от небольших установок мощностью менее 0,75 кВт (менее 1 л.с.) (встречаются редко), используемых как механические приводы для насосов, компрессоров и другого оборудования с валовым приводом, до турбин, применяемых для генерации электроэнергии. Существует несколько классификаций современных паровых турбин.

Конструкция лезвия и сцены

Турбинные лопасти бывают двух основных типов: лопасти и сопла. Лопасти приводятся в движение исключительно за счет воздействия пара на них, и их профили не сужаются. Это приводит к снижению скорости пара и практически к отсутствию падения давления при движении пара через лопасти. Турбина, состоящая из лопастей, чередующихся с неподвижными соплами, называется импульсной турбиной, турбиной Кертиса, турбиной Рато или турбиной Браун-Кертиса. Сопла похожи на лопасти, но их профили сужаются вблизи выходного сечения. Это приводит к падению давления пара и увеличению скорости при движении пара через сопла. Сопла приводятся в движение как за счет воздействия пара на них, так и за счет реакции, вызванной высокоскоростным паром на выходе. Турбина, состоящая из движущихся сопла, чередующихся с неподвижными соплами, называется реактивной турбиной или турбиной Парсонса. За исключением областей применения с малой мощностью, турбинные лопасти располагаются в несколько ступеней последовательно, что называется каскадированием и значительно повышает эффективность на низких скоростях. Реактивная ступень представляет собой ряд неподвижных сопла, за которым следует ряд движущихся сопла. Несколько реактивных ступеней разделяют падение давления между входом пара и выходом на множество небольших перепадов, в результате чего получается турбина с каскадированным давлением. Импульсные ступени могут быть каскадированными по давлению, по скорости или по давлению и скорости. Импульсная ступень с каскадированием давления представляет собой ряд неподвижных сопла, за которым следует ряд движущихся лопаток, с несколькими ступенями для каскадирования. Она также известна как турбина Рато, в честь ее изобретателя. Импульсная ступень с каскадированием скорости (изобретенная Кертисом и также называемая «колесом Кертиса») представляет собой ряд неподвижных сопла, за которым следуют два или более ряда движущихся лопаток, чередующихся с рядами неподвижных лопаток. Это разделяет падение скорости по всей ступени на несколько меньших перепадов. Серия импульсных ступеней с каскадированием скорости называется турбиной с каскадированием давления и скорости. К 1905 году, когда паровые турбины стали использоваться на быстроходных судах (таких как…) и в наземных энергетических установках, было установлено, что желательно использовать одно или несколько колес Кертиса в начале многоступенчатой турбины (где давление пара наивысшее), за которыми следуют реактивные ступени. Это было более эффективно при использовании пара высокого давления из-за снижения утечек между ротором турбины и корпусом. Это иллюстрируется чертежом немецкой морской паровой турбины AEG 1905 года. Пар из котлов поступает справа под высоким давлением через дроссель, управляемый вручную оператором (в данном случае моряком, известным как машинист дросселя). Он проходит через пять колес Кертиса и многочисленные реактивные ступени (маленькие лопасти на краях двух больших роторов в середине), прежде чем покинуть турбину при низком давлении, почти наверняка попадая в конденсатор. Конденсатор создает вакуум, который максимизирует энергию, извлекаемую из пара, и конденсирует пар в питательную воду для возврата в котлы. Слева расположены несколько дополнительных реактивных ступеней (на двух больших роторах), которые вращают турбину в обратном направлении для движения назад, при этом пар подается отдельным дросселем. Поскольку корабли редко работают задним ходом, эффективность не является приоритетом для задних турбин, поэтому для экономии затрат используется лишь несколько ступеней.

Проблемы в проектировании лезвия

Основной задачей при проектировании турбин было снижение ползучести лопаток. Высокие температуры и напряжения, возникающие в процессе работы, приводят к повреждению материалов паровых турбин из-за этих механизмов. С повышением температуры в стремлении улучшить эффективность турбины, ползучесть становится существенной проблемой. Для ограничения ползучести в конструкциях лопаток используются тепловые покрытия и суперсплавы с упрочнением раствором и упрочнением границ зерен. Защитные покрытия применяются для снижения термических повреждений и ограничения окисления. Эти покрытия часто изготавливаются на основе стабилизированной керамики диоксида циркония. Использование теплозащитного покрытия ограничивает воздействие температуры на никелевый суперсплав, что снижает механизмы ползучести в лопатке. Окислительные покрытия ограничивают потери эффективности, вызванные образованием налета на внешней поверхности лопаток, что особенно важно в высокотемпературной среде. Никелевые лопатки легируются алюминием и титаном для повышения прочности и сопротивления ползучести. Микроструктура этих сплавов состоит из различных областей по составу. Равномерное распределение гамма-первичной фазы – комбинации никеля, алюминия и титана – способствует прочности и сопротивлению ползучести лопатки благодаря микроструктуре. Для повышения прочности сплава могут быть добавлены тугоплавкие элементы, такие как рений и рутений. Добавление этих элементов замедляет диффузию гамма-первичной фазы, тем самым сохраняя сопротивление усталости, прочность и сопротивление ползучести.

Условия подачи пара и выхлопных газов

Типы турбин включают конденсационные, неконденсационные, турбины с регенеративным подогревом, отводные и индукционные.

Конденсационные турбины

Конденсационные турбины наиболее часто встречаются на электростанциях. Эти турбины принимают пар от котла и отводят его в конденсатор. Отработанный пар имеет давление значительно ниже атмосферного и находится в частично конденсированном состоянии, обычно с качеством около 90%.

Турбины без конденсации

Неконденсационные турбины наиболее широко применяются для производства технологического пара, который после прохождения через турбину используется для других целей. Давление на выходе регулируется регулирующим клапаном в соответствии с требованиями к давлению технологического пара. Они часто используются на нефтеперерабатывающих заводах, в системах централизованного теплоснабжения, на целлюлозно-бумажных комбинатах и установках опреснения воды, где требуется большое количество технологического пара низкого давления.

Перегревательные турбины

Нагревательные турбины также используются практически исключительно на электростанциях. В турбине с повторным перегревом поток пара выходит из высоконапорной ступени турбины и возвращается в котел, где происходит дополнительный перегрев. Затем пар поступает в промежуточную ступень турбины и продолжает расширяться. Использование повторного перегрева в цикле увеличивает работу, совершаемую турбиной, а также обеспечивает завершение расширения до начала конденсации пара, что минимизирует эрозию лопаток в последних ступенях. В большинстве случаев максимальное количество повторных перегревов в цикле составляет 2, поскольку затраты на дополнительный перегрев пара перекрывают увеличение работы турбины.

Турбины для добычи

Турбины с отбором пара широко распространены во всех областях применения. В турбине с отбором пара пар отводится из различных ступеней турбины и используется для промышленных нужд или направляется в подогреватели питательной воды котла для повышения общей эффективности цикла. Отбор пара может регулироваться клапаном или осуществляться без регулирования. Отбор пара приводит к снижению мощности на последующих ступенях турбины. Промежуточные турбины вводят пар низкого давления на промежуточную ступень для выработки дополнительной мощности.

Устройства корпуса или вала

Эти конструкции включают однокорпусные, тандемные и перекрестно-соединительные турбины. Однокорпусные установки – это наиболее простая конструкция, в которой один корпус и вал соединены с генератором. Тандемные турбины используются, когда два или более корпусов напрямую соединены для привода одного генератора. Перекрестно-соединительная турбина имеет два или более валов, не расположенных на одной линии, приводящих в движение два или более генераторов, которые часто работают на разных скоростях. Перекрестно-соединительные турбины обычно применяются для крупных задач. Ниже представлена типичная судовая установка 1930-х – 1960-х годов, демонстрирующая турбины высокого и низкого давления, приводящие в действие общий редуктор, с крейсерской турбиной, установленной на одном из валов турбины высокого давления.

Двухпоточные роторы

Движущийся пар оказывает как тангенциальный, так и осевой импульс на вал турбины, но осевой импульс в простой турбине не уравновешен. Для поддержания правильного положения и балансировки ротора эта сила должна быть скомпенсирована встречной силой. Для опорных подшипников вала могут использоваться упорные подшипники, ротор может использовать фиктивные поршни, он может быть двухпоточным – пар входит в середину вала и выходит с обоих концов, – или использоваться комбинация этих решений. В двухпоточном роторе лопасти в каждой половине направлены в противоположные стороны, так что осевые силы взаимно нейтрализуются, а тангенциальные силы суммируются. Этот тип ротора также называют двухпоточным, двухсторонним осевым или двухсторонним выпускным. Такая конструкция часто применяется в корпусах низкого давления многоступенчатых турбин.

Принцип работы и конструкция

Идеальная паровая турбина рассматривается как изэнтропический процесс, или процесс с постоянной энтропией, в котором энтропия пара, входящего в турбину, равна энтропии пара, выходящего из турбины. Однако ни одна паровая турбина не является полностью изэнтропической, при этом типичные изэнтропические КПД варьируются от 20 до 90% в зависимости от области применения турбины. Внутренняя часть турбины состоит из нескольких рядов лопаток или ковшей. Один ряд стационарных лопаток крепится к корпусу, а один ряд вращающихся лопаток – к валу. Ряды перекрываются с определенными минимальными зазорами, при этом размеры и конфигурация рядов изменяются для эффективного использования расширения пара на каждом каскаде.

Выводы о максимальной эффективности

Для заданной скорости пара работа, совершаемая на килограмм пара, будет максимальной при или . С увеличением , работа, совершаемая на лопатках, уменьшается, но одновременно уменьшается и площадь поверхности лопатки, что приводит к снижению потерь на трение.

Реакционные турбины

В реактивной турбине лопасти ротора сами по себе формируют сужающиеся сопла. Этот тип турбины использует силу реакции, возникающую при ускорении пара в соплах, образованных статором. Пар направляется на ротор неподвижными лопатками статора. Он покидает статор в виде струи, охватывающей всю окружность ротора. Затем пар изменяет направление и увеличивает свою скорость относительно скорости лопастей. Падение давления происходит как в статоре, так и в роторе: пар ускоряется в статоре и замедляется в роторе, при этом общая скорость пара на ступени не меняется, но снижается давление и температура, что отражает работу, совершаемую при вращении ротора.

Эксплуатация и техническое обслуживание

Из-за высокого давления в паровых контурах и используемых материалов, паровые турбины и их корпуса обладают высокой тепловой инерцией. При подготовке паровой турбины к работе, главные запорные клапаны пара (после котла) оснащаются обходной линией, позволяющей перегретому пару медленно обходить клапан и прогревать трубопроводы системы вместе с турбиной. Также, при отсутствии подачи пара, включается механизм поворота, который медленно вращает турбину для обеспечения равномерного прогрева и предотвращения неравномерного расширения. После первоначального вращения турбины механизмом поворота, необходимого для выравнивания ротора (исключения его деформации), механизм отключается и в турбину подается пар, сначала на лопатки хода назад, а затем на лопатки хода вперед, медленно раскручивая турбину со скоростью 10–15 об/мин (0,17–0,25 Гц) для постепенного прогрева. Процедура прогрева крупных паровых турбин может занимать более десяти часов. Срок их службы зачастую превышает 50 лет.

Прямое приведение

Электростанции используют большие паровые турбины, приводящие в действие электрогенераторы для производства большей части (около 80%) электроэнергии в мире. Изобретение больших паровых турбин сделало практичной генерацию электроэнергии на централизованных станциях, поскольку поршневые паровые двигатели большой мощности были очень громоздкими и работали на низких скоростях. Большинство централизованных станций – это тепловые электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции; некоторые установки используют геотермальный пар или концентрированную солнечную энергию (CSP) для производства пара. Паровые турбины также могут использоваться непосредственно для привода больших центробежных насосов, например, насосов питательной воды на тепловой электростанции. Турбины, используемые для выработки электроэнергии, чаще всего напрямую соединены со своими генераторами. Поскольку генераторы должны вращаться с постоянной синхронной скоростью, соответствующей частоте энергосистемы, наиболее распространенными скоростями являются 3000 об/мин для систем на 50 Гц и 3600 об/мин для систем на 60 Гц. Поскольку ядерные реакторы имеют более низкие температурные ограничения и качество пара ниже, чем на электростанциях, работающих на ископаемом топливе, турбогенераторные установки могут быть сконструированы для работы на половине этих скоростей, но с использованием четырехполюсных генераторов, чтобы снизить эрозию лопаток турбины.

Морская тяга

На паровых судах преимущества паровых турбин перед двигателями внутреннего сгорания заключаются в меньшем размере, меньшем объеме технического обслуживания, меньшем весе и меньшей вибрации. Паровая турбина эффективна только при работе на тысячах оборотов в минуту, в то время как наиболее эффективные конструкции винтов рассчитаны на скорости менее 300 оборотов в минуту; следовательно, обычно требуются прецизионные (и, следовательно, дорогие) редукторы, хотя многие ранние корабли времен Первой мировой войны, такие как Turbinia, имели прямой привод от паровых турбин к винтовым валам. Другой альтернативой является турбоэлектрическая передача, в которой электрический генератор, приводимый в действие высокоскоростной турбиной, используется для питания одного или нескольких электродвигателей пониженной скорости, соединенных с винтовыми валами; прецизионная обработка зубчатых колес может стать узким местом в производстве во время войны. Турбоэлектрический привод широко использовался на крупных американских военных кораблях, спроектированных во время Первой мировой войны, и на некоторых быстроходных лайнерах, а также на некоторых транспортных судах и эскортных миноносцах серийного производства во время Второй мировой войны. Более высокая стоимость турбин и связанных с ними редукторов или генераторных/моторных установок компенсируется меньшими требованиями к техническому обслуживанию и меньшими габаритами турбины по сравнению с двигателем внутреннего сгорания той же мощности, хотя расход топлива выше, чем у дизельного двигателя, из-за более низкой тепловой эффективности паровых турбин. Для снижения затрат на топливо тепловая эффективность обоих типов двигателей постоянно улучшалась с течением времени.

Раннее развитие

Развитие паротурбинных морских установок с 1894 по 1935 год определялось необходимостью согласовать высокую эффективную скорость турбины с низкой эффективной скоростью (менее 300 об/мин) судового винта при общей стоимости, конкурентоспособной с двигателями внутреннего сгорания. В 1894 году эффективные редукторы для высоких мощностей, необходимых судам, были недоступны, поэтому применялся прямой привод. В Turbinia, где прямой привод передавался на каждый винтовой вал, эффективная скорость турбины была снижена после первых испытаний за счет направления потока пара последовательно через все три турбины прямого привода (по одной на каждом валу), что, вероятно, составляло около 200 турбинных ступеней, работающих последовательно. Кроме того, на каждом валу было установлено по три винта для работы на высоких скоростях. Высокие скорости вращения валов той эпохи демонстрирует один из первых американских эсминцев с турбинным приводом, Smith, спущенный на воду в 1909 году, который имел турбины прямого привода, и три его вала вращались со скоростью 724 об/мин. Использование турбин в нескольких корпусах, последовательно отводящих пар друг в друга, стало стандартом для большинства последующих морских двигательных установок и является формой поперечного соединения. Первая турбина называлась турбиной высокого давления (HP), последняя – турбиной низкого давления (LP), а любая турбина между ними – турбиной промежуточного давления (IP). Более позднюю конструкцию, чем в Turbinia, можно увидеть на корабле в Лонг-Бич, Калифорния, спущенном на воду в 1934 году, где каждый вал приводится в движение четырьмя турбинами, соединенными последовательно с концами двух входных валов единой редукторной коробки передач. Это турбины HP, 1-я IP, 2-я IP и LP.

Круизные машины и механизмы

Стремление к экономии было еще более важным при рассмотрении крейсерских скоростей. Крейсерская скорость составляет примерно 50% от максимальной скорости военного корабля и 20–25% от его максимальной мощности. Эта скорость использовалась для длительных переходов, когда требовалась экономия топлива. Хотя это снижало частоту вращения винта до эффективного диапазона, эффективность турбины значительно уменьшалась, и ранние турбинные корабли имели небольшую крейсерскую дальность. Решением, которое оказалось полезным на протяжении большей части эпохи паровых турбин, стала крейсерская турбина. Это была дополнительная турбина с увеличенным числом ступеней, изначально присоединенная непосредственно к одному или нескольким валам, с отводом на ступень на участке турбины высокого давления и не используемая на высоких скоростях. С появлением редукторных механизмов около 1911 года некоторые корабли, в частности линкор «Невада», оснащались ими на крейсерских турбинах, сохраняя при этом основные турбины с прямым приводом. Редукторные механизмы позволяли турбинам работать в эффективном диапазоне на гораздо более высокой скорости, чем вал, но были дороги в производстве. Крейсерские турбины первоначально конкурировали с поршневыми двигателями за экономию топлива. Примером сохранения поршневых двигателей на быстроходных кораблях был знаменитый лайнер 1911 года, который вместе со своими сестрами и HMHS Britannic имел трехцилиндровые паровые машины на двух внешних валах, оба отводивших отработанный пар на турбину низкого давления на центральном валу. После принятия турбин с кораблями типа «Юта», спущенными на воду в 1909 году, ВМС США вернулись к поршневым машинам на кораблях типа «Техас» 1912 года, а затем вновь перешли на турбины на «Неваде» в 1914 году. Сохраняющаяся склонность к поршневым машинам объяснялась тем, что ВМС США не планировали строить линкоры, превосходящие по водоизмещению до окончания Первой мировой войны, поэтому максимальная скорость была менее важна, чем экономичный крейсерский ход. Соединенные Штаты приобрели Филиппины и Гавайи в 1898 году и не имели развитой сети угольных станций, как у британского Королевского флота. Таким образом, ВМС США в 1900–1940 годах испытывали наибольшую потребность в экономии топлива среди всех стран, особенно в связи с перспективой войны с Японией после Первой мировой войны. Эта потребность усугублялась тем, что США не строили крейсера в период с 1908 по 1920 год, поэтому эсминцам приходилось выполнять задачи большой дальности, обычно возлагаемые на крейсера. Поэтому различные решения для крейсерского хода были установлены на американских эсминцах, спущенных на воду в 1908–1916 годах. Они включали небольшие поршневые двигатели и крейсерские турбины с редукторными или безредукторными передачами на одном или двух валах. Однако, как только полностью редукторные турбины оказались экономичными по первоначальной стоимости и расходу топлива, они были быстро приняты, а крейсерские турбины также были включены в конструкцию большинства кораблей. Начиная с 1915 года все новые эсминцы Королевского флота оснащались полностью редукторными турбинами, а Соединенные Штаты последовали этому примеру в 1917 году. В Королевском флоте скорость была приоритетом до битвы при Ютландии в середине 1916 года, когда стало ясно, что на линейных крейсерах слишком много брони было принесено в жертву ради скорости. С 1906 года британцы использовали исключительно военные корабли с турбинными установками. Поскольку они признали, что большая крейсерская дальность будет желательна, учитывая их мировую империю, некоторые военные корабли, в частности корабли типа «Квин Мэри», были оснащены крейсерскими турбинами с 1912 года после более ранних экспериментальных установок. В ВМС США корабли типа «Поларус», спущенные на воду в 1935–1936 годах, представили двойные редукторные передачи. Это еще больше увеличило скорость турбины по сравнению со скоростью вала, что позволило использовать турбины меньшего размера, чем при одинарном редукторе. Давление и температура пара также постепенно увеличивались, от / [насыщенного пара] на кораблях эпохи Первой мировой войны до / [перегретого пара] на некоторых кораблях Второй мировой войны и более поздних судах. Стандартной конфигурацией стала осевая турбина высокого давления (иногда с присоединенной крейсерской турбиной) и двойная осевая турбина низкого давления, соединенная с двойным редукторным механизмом. Эта схема продолжала использоваться на протяжении всей паровой эры в ВМС США и также применялась в некоторых конструкциях Королевского флота. Механизмы такой конфигурации можно увидеть на многих сохранившихся военных кораблях времен Второй мировой войны в разных странах. Когда строительство военных кораблей ВМС США возобновилось в начале 1950-х годов, большинство боевых надводных кораблей и авианосцев использовали / пар. Это продолжалось до конца эпохи паровых военных кораблей ВМС США с кораблями типа «Китти Хок» начала 1970-х годов. Десантные и вспомогательные корабли продолжали использовать пар и после Второй мировой войны, причем «Иво Джима», спущенная на воду в 2001 году, возможно, была последним неядерным паровым кораблем, построенным для ВМС США.

Турбоэлектрический привод

Турбоэлектрический привод был впервые применен на линкоре «Нью-Мексико», спущенном на воду в 1917 году. В течение последующих восьми лет ВМС США построили еще пять турбоэлектрических линкоров и два авианосца (первоначально заказанных как линкоры типа "S"). Было запланировано строительство десяти дополнительных турбоэлектрических кораблей главного калибра, но планы были отменены из-за ограничений, установленных Вашингтонским морским договором. Хотя «Нью-Мексико» был переоборудован редукторными турбинами в период с 1931 по 1933 год, остальные турбоэлектрические корабли сохранили эту систему на протяжении всей своей службы. Система состояла из двух крупных паровых турбогенераторов, приводящих в движение электродвигатель на каждом из четырех валов. Изначально система была дешевле редукторных передач и обеспечивала большую маневренность кораблей в порту, позволяя валам быстро менять направление вращения и развивать большую тягу задним ходом, чем большинство редукторных систем. Турбоэлектрический привод также использовался на некоторых океанских лайнерах, а также на транспортных судах и эскортных эсминцах серийного производства во время Второй мировой войны. Однако при проектировании «крейсеров договорного типа», начиная с «Пенсаколы», спущенной на воду в 1927 году, для снижения веса были использованы редукторные турбины, которые впоследствии применялись на всех быстроходных паровых кораблях.

Текущее использование

С 1980-х годов паровые турбины были заменены газовыми турбинами на быстроходных судах и дизельными двигателями на остальных судах; исключения составляют атомные корабли и подводные лодки, а также суда-газовозы (LNG carriers). Некоторые вспомогательные суда продолжают использовать паровую силовую установку. В ВМС США паровая турбина с обычным приводом все еще используется на всех десантных кораблях класса "Уосп" за исключением одного. Королевский флот вывел из эксплуатации свой последний класс надводных военных кораблей с обычной паровой установкой в 2002 году, а итальянский флот последовал этому примеру в 2006 году, выведя из эксплуатации свои последние надводные военные корабли с обычной паровой установкой. В 2013 году французский флот завершил эру паровых установок, выведя из эксплуатации свой последний корабль. Среди других флотов "синих вод" российский флот в настоящее время эксплуатирует паровые и . Индийский флот в настоящее время эксплуатирует INS Vikramaditya, модифицированный ; он также эксплуатирует три , введенных в эксплуатацию в начале 2000-х годов. Китайский флот в настоящее время эксплуатирует паровые , а также единый эсминец типа 051B. Большинство других военно-морских сил либо вывели из эксплуатации, либо переоборудовали свои военные корабли с паровой установкой. По состоянию на 2020 год мексиканский флот эксплуатирует четыре бывших американских с паровой установкой. Военно-морские силы Египта и Китайской Народной Республики соответственно эксплуатируют два и шесть бывших американских . Военно-морские силы Эквадора в настоящее время эксплуатируют два с паровой установкой (модифицированные ). Сегодня эффективность паротурбинного цикла еще не превысила 50%, в то время как дизельные двигатели обычно превышают 50%, особенно в морских применениях. Дизельные электростанции также имеют более низкие эксплуатационные расходы, поскольку требуется меньше обслуживающего персонала. Таким образом, обычная паровая энергия используется в очень немногих новых судах. Исключением являются суда-газовозы, которым часто оказывается более экономичным использовать газ от испарения с паровой турбиной, чем повторно сжижать его. Корабли и подводные лодки с ядерной силовой установкой используют ядерный реактор для производства пара для турбин. Ядерная энергия часто выбирается там, где дизельная энергия была бы непрактичной (например, в подводных лодках) или логистика дозаправки создает значительные проблемы (например, ледоколы). По оценкам, топлива для реактора кораблей Королевского флота достаточно для 40 кругосветных плаваний – потенциально на весь срок службы судна. Ядерная силовая установка применяется лишь на очень немногих коммерческих судах из-за высоких затрат на обслуживание и нормативного контроля, необходимого для ядерных систем и топливных циклов.

Локомотивы

Парно-турбинный локомотив — это паровоз, приводимый в движение паровой турбиной. Первый паротурбинный железнодорожный локомотив был построен в 1908 году для компании Officine Meccaniche Miani Silvestri Grodona Comi в Милане, Италия. В 1924 году компания Krupp построила паротурбинный локомотив T18 001, который начал эксплуатироваться в 1929 году, для Deutsche Reichsbahn. Основными преимуществами паротурбинного локомотива являются улучшенный баланс вращения и снижение ударных нагрузок на рельсы. Однако его недостатком является меньшая гибкость регулирования мощности, поэтому турболокомотивы лучше всего подходили для выполнения дальних рейсов с постоянной мощностью.

Испытания

Британские, немецкие и другие национальные и международные стандарты испытаний используются для унификации процедур и определений при испытаниях паровых турбин. Выбор стандарта испытаний, который будет применяться, является соглашением между заказчиком и изготовителем и оказывает определенное влияние на конструкцию турбины и сопутствующих систем. В Соединенных Штатах ASME разработала ряд стандартов испытаний на производительность паровых турбин, включая ASME PTC 6–2004 «Паровые турбины», ASME PTC 6.2 2011 «Паровые турбины в комбинированных циклах» и PTC 6S 1988 «Процедуры регулярных испытаний производительности паровых турбин». Эти стандарты испытаний производительности ASME получили международное признание и применяются для испытаний паровых турбин. Наиболее важной и отличительной особенностью стандартов испытаний производительности ASME, включая PTC 6, является то, что погрешность измерения указывает на качество испытания и не должна рассматриваться как коммерческая допустимая величина.