История развития теории и конструирования турбокомпрессоров

Широкое внедрение в промышленность турбокомпрессоров началось в начале XX века, а до этого единственным типом компрессоров были поршневые.

Развитию турбокомпрессоростроения предшествовали теоретические работы в области газо- и аэродинамики членов Петербургской Академии наук, немецкого ученого Леонардо Эйлера (1707–1783) и швейцарского ученого Даниила Бернулли (1700–1782). Знаменитый трактат Л.Эйлера (1756), в котором представлены выведенные им уравнения движения идеальной жидкости и уравнение неразрывности, послужил основой для зарождения теории турбомашин.

Дальнейшее развитие теория турбомашин получила в трудах словацкого инженера Ауреля Стодолы (1859–1942), который создал научные основы проектирования и расчета паровых и газовых турбин, процессов преобразования энергии в лопаточных аппаратах, истечения газов через лабиринтные уплотнения, прочности деталей турбомашин.

Методы расчета осевых компрессоров и турбин основаны на классических работах Н.Е. Жуковского и С.А. Чаплыгина по аэродинамики крыла и решеток профилей в конце XIX – начале XX века.

Классическими по механике жидкости и газа и теории решеток являются работы Л.Г. Лойцянского, Г.Н. Абрамовича, К.И. Страховича, Г.Ф. Проскуры, Л. Прандтля, Х. Шлихтинга.

Первый работоспособный центробежный вентилятор с четырехлопастным рабочим колесом и ручным приводом был создан в 1832 г. Александром Александровичем Саблуковым (1783–1857). Первый вентилятор имел производительность 2000 м³/час и использовался для проветривания производственных помещений кожевенных и сахарных заводов. Позднее, в 1835 г., вентилятор был применен на Чагирском медном руднике.

В 1835 г. А.А. Саблуковым предложена также конструкция осевого вентилятора и обоснованы его преимущества перед центробежным.

В конце XIX века английский конструктор паровых турбин Чарлз Парсонс построил несколько конструкций осевых компрессоров, однако они имели очень низкий КПД (около 50 %) и дальнейшего распространения не получили.

Разработкой конструкций центробежных компрессоров занимался французский инженер Огюст Рато. Его фирма «Rateau» в 1900 г. выпустила первый центробежный компрессор для подачи воздуха в доменные печи.

В начале XX века начинается применение турбокомпрессоров в авиационной технике. В 1914 г. О. Рато предложил использовать для наддува в поршневые авиационные двигатели турбокомпрессор.

В 1934 г. фирмой «Brown-Boveri» (Швейцария) выпущен впервые многоступенчатый осевой компрессор для сверхзвуковой аэродинамической трубы с КПД 84 %. После чего этой фирмой выпускались осевые компрессоры для газотурбинных установок.

В настоящее время проектированием и изготовлением стационарных центробежных и осевых компрессоров, тягодутьевых машин в России и странах СНГ занимаются следующие организации: ОАО «Невский завод» и ОАО «Компрессорный комплекс» (г. Санкт-Петербург), ОАО «Казанькомпрессормаш» и НИИ «Турбокомпрессор» им. В.Б. Шнеппа (г. Казань), ОАО «Дальэнергомаш» (г. Хабаровск), ОАО НПО «Искра» (г. Пермь), ОАО «Сумское НПО им. М.В. Фрунзе» (г. Сумы, Украина), ПК «Сибэнергомаш» (г. Барнаул); авиационных и судовых турбокомпрессоров – ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ЦИАМ им. П.И. Баранова, ОАО «Люлька-Сатурн» (г. Москва), ОАО «ОМКБ» (г. Омск), СНТК им. Н.Д. Кузнецова (г. Самара), ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь), ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение» (г. Казань), НПП «Машпроект», ОАО «Заря» (Николаевский судостроительный завод, г. Николаев, Украина).

За рубежом производство и разработку турбокомпрессоров различного назначения ведут следующие крупные фирмы и концерны: «General Electric», «Cooper-Bessemer», «Ingersoll-Rand» (США), «Cooper Rolls» (Великобритания), «Nuovo Pignone» (Италия), «Mitsubishi» (Япония), «Termodin», «Creusot-Loire» (Франция), «Siemens», «MAN Turbo», «Demag Delaval», «Gardner Denver» (Германия), «Atlas Copco», «Sulzer», (Швейцария) и др.

Следует отметить значительный вклад в теорию и конструирование турбокомпрессоров таких ученых, как К. Пфлейдерер, Б. Эккерт, И.И. Кириллов, К.И. Страхович, В.Ф. Рис, К.П. Селезнев, Г.Н. Ден, Ю.Б. Галеркин и др.