Успешное развитие гидроэнергетики СССР тесно связано с ростом и совершенствованием отечественного гидромашиностроения В области гидротурбостроения и генераторостроения СССР добился огромных успехов На наших заводах созданы высокоэкономичные, крупнейшие в мире гидроагрегаты Их используют как на гидроэлектростанциях СССР, так и на гидроэлектростанциях стран социалистического лагеря Советская гидротурбинная промышленность приступила к решению новых задач по оснащению строящихся и проектируемых гидроэлектростанции наиболее совершенным и уникальным оборудованием.
Производство гидротурбин в нашей стране прервалось в годы первой мировой войны и разрухи Начало строительства гидроэлектростанций в 20-х годах положило начало и советскому гидротурбостроению одновременно в Москве и Ленинграде В плане IОЭЛРО прямо указывалось, что « основы турбостроения у нас могут считаться все же заложенными (особенно интересны опыты по производству гидротурбин)» 4, и это подтверждало уверенность в переходе на продукцию отечественного гидромашиностроения.
В 1920 г завод Пирвиц вошел в систему Московского совета народного хозяйства и был укомплектован молодыми специалистами, окончившими МВТУ, которые и осваивали производство гидротурбин мощностью 15—75 кВт Непосредственную помощь им оказывала кафедра гидромашин МВТй, возглавлявшаяся проф И И Куколевским5 Знаменательным событием этого периода явился выпуск в 1920 г турбины мощностью 50 кВт для Ярополецкои ГЭС, построенной по инициативе В. И. Ленина.
С 1924 г производство турбин с завода Пирвиц было временно перенесено на Московский завод «Красная Пресня» Сотрудники этого завода приступили к самостоятельной разработке новых конструкций гидротурбин и в том же 1924 г выпустили первую горизонтальную радиально-осевую турбину мощностью 200 кВт при напоре 8 м и 200 об/мин, предназначенную для гидроэлектростанции в г Петрозаводске Коэффициент полезного действия турбины на месте установки оказался равным 86% В то же время в гидравлической лаборатории МВТУ, руководимся проф И И Куколевским, была создана первая экспериментальная база, обеспечившая развитие производства турбин.
В 1925 г на заводе «Красная Пресня» группой московских инженеров под руководством И И Куколевского была спроектирована и испытана в гидравлической лаборатории МВТУ одна из первых в СССР пропеллерных турбин, рассчитанная в соответствии с методом подъемных сил Η Е Жуковского 6
В 1926 г в Москве был открыт временно законсервированный завод имени М И Калинина (бывш Доброва и Набгольц) куда были переданы кадры и все производство гидротурбин с завода «Красная Пресня» Завод имени Калинина изготовил в 1926—
- гг. для Сызранской ГЭС первые три радиально-осевые сдвоенные турбины мощностью по 880 кВт при напоре 13 м, а в
- г выпустил для Ленинаканской ГЭС в Армении спиральную радиально-осевую высоконапорную турбину мощностью 1650 кВт при напоре 110 м Выпуском этой турбины был превзойден максимум мощности в одной турбине на установках царской России
В 1929 г завод имени Калинина, используя модельные исследования, выполненные в гидравлической лаборатории МВТУ, построил осевую пропеллерную турбину для Рублевской ГЭС Турбина имела мощность 280 кВт при напоре 4 м и диаметре около 2 и.
В 1930 г были выпущены четыре первые вертикальные спиральные радиально-осевые турбины мощностью по 3300 кВт для Кадырьинской ГЭС.
После перехода полностью на производство гидромашин завод имени Калинина выпустил в 1934 г крупные вертикальные высоконапорные радиально-осевые турбины мощностью по 11 тыс. кВт при напоре 169 м для Капакерскои ГЭС.
Эти турбины — самые мощные из числа сделанных на заводе имени Калинина и вместе с турбинами второй очереди, изготовленными позднее Ленинградским металлическим заводом, были долгое время наиболее высоконапорными радиально-осевыми турбинами отечественного изготовления.
Нараставшая потребность в гидротурбинах привела к расширению производственной базы турбин, на заводе имени Калинина после 1939 г сохранилось в основном лишь производство сред них турбин Всего на заводе имени Калинина за время существования производства гидротурбин было выпущено свыше 300 машин общей мощностью около 130 тыс. кВт.
За указанный период развития гидротурбостроения возросли требования к гидравлическим лабораторным испытаниям Это привело к организации Всесоюзного научно-исследовательского института гидромашиностроения (ВИГМ) Было обращено внимание на кавитационные свойства машин и созданы кавитационные установки в МВТУ — в 1932 г и в ВИГМ — в 1934 г.
Завод имени Калинина и МВТУ явились той базой, на основе которой выросло малое и среднее гидротурбостроение в Москве.
3 Эжекция при помощи водосбросного потока, т с понижение давлений па отсасывающей стороне турбин, явилась объектом обширных экспериментально-теоретических исследований наших ученых Исследования показали, что при помощи эжекции можно достигнуть значительного «восстановления» мощности турбины, резко снижающейся в половодье на равнинных реках вследствие большого подъема горизонта нижнего бьефа по сравнению с горизонтом верхнего бьефа, а следовательно, и существенного уменьшения напора на установке.
4 «План электрификации РСФСР» М, 1920, стр 20
5 «Гидромашиностроение» Сб научных работ (кафедры гидравлики и гидравлических машин МВТУ) М , 1949, стр 3
6 Первой турбиной этой системы, построенной в СССР, является опытная осевая пропеллерная турбина, спроектированная, построенная и испытанная проф Г Ф Проскурой в гидравлической лаборатории Харьковского гохнологического института в 1922—1923 гг («Сб трудов лаборатории проблем быстроходных машин и механизмов», изд АН УССР, 1953, вып 3)
Надо сказать, что завод имени Калинина оказал помощь ряду других заводов в организации производства гидротурбин Налаживанию гидротурбостроения на заводе имени Калинина весьма способствовала связь с Ленинградским металлическим заводом.
* * *
Одновременно с возобновлением гидротурбостроения на московских заводах оно было восстановлено и в Ленинграде в старых мастерских Металлического завода, причем первоначально турбины предназначались для механического привода и малых гидроэлектростанций.
В то время Советский Союз приступал к строительству гидроэлектростанций по плану ГОЭЛРО.
В 1924 г из стен Ленинградского металлического завода вышла первая советская сравнительно крупная гидротурбина, предназначенная для Окуловской бумажной фабрики Турбина — горизонтальная радиально-осевая в металлической спирали с диаметром колеса 1000 мм, мощностью 370 кВт при напоре 14 ле и 214 об/мин, т.е. ее мощность в 18 раз превышала среднюю мощность турбин, построенных в нашей стране до революции (см табл. 1).
Окуловская турбина, изготовленная по чертежам, разработанным в конструкторском бюро завода под руководством И Н Вознесенского, стала прародительницей волжских гигантов и уникальных красноярских машин, которые превосходят ее по своей мощности в тысячу с лишним раз.
Особо следует отметить роль И Н Вознесенского в развитии советского гидротурбостроения, он до конца своей жизни не порывал творческого содружества с Ленинградским металлическим заводом и принимал самое деятельное участие в разработке теории и практике гидротурбостроения В частности, им разработан усовершенствованный метод гидродинамического расчета турбин и развита теория регулирования Под руководством И Н Вознесенского еще в 1923 г на заводе «Красный путиловец» (ныне Кировском) была спроектирована осевая пропеллерная турбина с поворотными лопастями для Кочетовской ГЭС после изготовления этой турбины на Ленинградском металлическом заводе доступ в СССР иностранным патентам на осевую турбину с поворотными лопастями был закрыт.
В 1924 г Ленинградским металлический завод выпустил для Ахалцыхской ГЭС на Кавказе вторую горизонтальную турбину радиально-осевого типа, мощностью 55 кВт, работавшую при напоре 7,5 м и развивавшую 600 об/мин Две машины общей мощностью 425 кВт — итог первого года советского гидротурбостроения на Ленинградском металлическом заводе.
В следующем, 1925 г гидротурбостроение в СССР было освоено на ряде заводов, но занимались они строительством гидротурбин «между делом» При таких условиях под гидротурбостроение не могло быть подведено серьезной технической и научно-исследовательской базы Поэтому высшие планирующие органы сочли необходимым сосредоточить гидротурбостроение на заводах, имеющих для этого технические возможности, средства и перспективы Такими заводами стали Ленинградский металлический завод-втуз и частично Московский завод имени М И Калинина До начала первой пятилетки гидротурбостроение на Ленинградском металлическом заводе занимало незначительное место, так как основное оборудование турбинного цеха завода до отказа было загружено паровыми турбинами да и само имевшееся оборудование и металлургическая база лимитировали гидротурбостроение Лишь во второй пятилетке производственная база гидротурбостроения на заводе была расширена, что открыто возможности дальнейшего роста.
В настоящее время не только в нашей стране, но и далеко за ее пределами известна марка «ЛМЗ» — Ленинградского металлического завода — ведущего предприятия советского крупного гидротурбостроения.
В 1925 г ЛМЗ выпустил уже девять гидротурбин общей мощностью 4560 квт, в том числе первую советскую крупную гидротурбину радиально-осевою типа мощностью 3600 квт для Земо- Авчальскои ГЭС у Тбилиси, которая действует до настоящего времени при напоре 20 м и 214 об/мин.
В 1926 г предельная мощность выпущенного советского агрегата достигла 1100 квт Две такие турбины были установлены на Ленинаканской ГЭС в Армении для напора 110 м и 750 об/мин, их работа в течение нескольких десятков лет без всякого ремонта и аварии лучше всего говорит об их качествах. Расчетный напор этих машин в 20—50 раз превышал напоры гидротурбин, строившихся в России до Великой Октябрьской социалистической революции.
С 1926 г советское гидротурбостроение приобретает прочную основу, оборудуя машинами своего производства большое количество гидроэлектростанций, накапливая технический опыт, строя, учась Рост идет и по линии отдельных агрегатов, и по линии суммарной мощности выпускаемых за год турбин, и все это — огромными темпами С каждым годом завоевываются все новые и новые высоты гидротурбостроительной техники Средняя мощность одного агрегата, правда, несколько снижается, но это обусловлено тем периодом гидроэлектростроительства в нашей стране, когда по всем районам СССР возникали параллельно с крупными гидроэлектростанциями небольшие установки, сооружаемые на средства отдельных республик, областей и районов.
За первые пять лет советского гидротурбостроения (1924— 1928) ЛМЗ выпустил более 23 тыс. кВт (31 451 л с ) гидротурбин (см табл. 27), т.е. тпеть суммарной мощности гидротурбин, выпущенных за 44 предреволюционных года 1 При этом средняя мощность советского агрегата — 490 кВт (669 л с ) — превышала в 20 раз мощность гидротурбины дореволюционного выпуска Характерная особенность этого периода для советского энергомашиностроения — разработка ряда оригинальных конструкций гидравлических турбин Например, впервые в нашей стране с 1927 г начали выпускать турбины с автоматическими регуляторами (самостоятельно изготовляемыми ЛМЗ) — сложнейшими механизмами, имеющими решающее значение для обеспечения высоких энергетических и кавитационных качеств гидротурбин 2 Большинство турбин, построенных в России до революции, было снабжено ручным регулированием либо совсем не имело регулятора.
1 См табл 1
2 М Смирнов Автоматические регуляторы проточного типа М — Л, 1938
Таблица 27
Гидротурбостроение в СССР за 1924—1928 гг.
Гидротурбостроение в СССР за 1924—1928 гг.
Изготовление отечественными заводами энергооборудования, уже начиная с первых лет первой пятилетки, позволило резко сократить ввоз его из-за границы.
Первая пятилетка явилась для отечественного гидротурбостроения этапом дальнейших достижений в области повышения единичной мощности агрегатов, увеличения их выпуска по суммарной мощности и в деле овладения новыми конструкциями Ведущее положение к этому времени окончательно занял Ленинградский металлический завод В мае 1928 г начала функционировать заводская гидротурбинная лаборатория, созданная для решения задач, связанных с изучением рабочего процесса турбины и вспомогательного оборудования.
В первый же год пятилетки (1928) ЛМЗ выпустил гидротурбин на общую мощность 5552 кВт (из суммарной мощности 9950 кВт турбин, изготовленных советскими заводами) А в следующем году ЛМЗ построил две вполне современные для того периода большие гидротурбины радиально осевого типа, мощностью по 12 800 кВт при напоре 60 м для Рионской ГЭС и тем достиг уровня крупнейших турбиностроительных заводов Западной Европы.
Значение этого достижения советской техники представляется еще большим, если учесть, что постройка столь мощных гидротурбин была осуществлена всего на шестом году развития советского гидротурбостроения, притом по советским конструкциям и из советских материалов Надо вспомнить, что в тот период значительное количество энергооборудования импортировалось и первенец советской гидроэлектроэнергетики — Волховская ГЭС еще не могла быть оснащена отечественным оборудованием и была сооружена на шведских турбинах, а вторая (по времени постройки) гидростанция — ЗАГЭС — оборудована тишь одной советской турбиной на 3600 кВт.
Средняя мощность выпущенною в 1929 г агрегата составила уже 1856 кВт, т.е. почти в десять раз превысила мощность турбины, выпущенной ЛМЗ в 1924 г (в первом году начала гидротурбостроения).
1930-и год явился переломным годом в смысле постепенного отказа от импорта гидротурбин и перехода на отечественное гидромеханическое оборудование В связи с развитием электрификации страны и задачей форсированного выпуска гидротурбин ЛМЗ переходит к производству крупных гидротурбин более сложной конструкции с деталями больших габаритов, снабженных разнообразным вспомогательным оборудованием.
Общая мощность гидротурбин, выпущенных в 1930 г, значительно превосходила выпуск гидротурбин в предшествующие годы Все они были мощными агрегатами, сконструированными по последнему слову техники, были снабжены автоматическими регуляторами скорости и вспомогательным оборудованием, затворами и холостыми выпусками В это число входили турбины для закавказских ГЭС радиально-осевые турбины мощностью 12 800 кВт при напоре 60 м для Рионской ГЭС и первая турбина мощностью 8000 кВт при напоре 105 м для Дзорагетской ГЭС Была изготовлена также первая горизонтальная ковшевая турбина мощностью 8100 кВт для Гизельдонской ГЭС, рассчитанная на напор 289 м при 500 об/мин Выпуск этой машины означал для советского гидротурбостроения овладение новой ступенью техники — постройкой высоконапорных турбин.
В этом же году ЛМЗ была выпущена первая поворотно-лопастная турбина для Первомайской ГЭС, мощностью 294 кВт при напоре 4,25 м, конструкция этой турбины в основном повторяла иностранные образцы.
В четвертом году пятилетки (1931) на ЛМЗ была возложена задача выпуска гидротурбин общей мощностью 52,5 тыс. кВт Среди выпущенных в этом году четвертая турбина для Рионской ГЭС мощностью 12 800 кВт, две высоконапорные ковшевые турбины по 8100 кВт для Гизельдонской ГЭС, радиально-осевая турбина мощностью 8000 кВт для Дзорагетской ГЭС Турбины ДзораГЭС — высоконапорные, радиально-осевого типа — представляют большое достижение советского гидромашиностроения, особенно если учесть, что и за рубежом в то время имелись лишь единицы подобных турбин.
В 1930—1932 гг. Ленинградским металлическим заводом были спроектированы, изготовлены и установлены крупные радиально осевые турбины мощностью 14 500 кВт при напоре 35 м на гидроэлектростанциях Сходненской и мощностью 15 300 кВт при напоре 36 м на Нива ГЭС 2, показавшие в эксплуатации высокий кпд — 92,2% превосходящий кпд турбин иностранных фирм, кроме того, была изготовлена первая крупная поворотно-лопастная турбина ординальной отечественной конструкции для Земо-Авчальской ГЭС 2 Эта турбина мощностью 12 500 кВт при напоре 23,5 м с диаметром колеса 3,6 м и кривошипным приводом новой, более целесообразной конструкции механизма поворота лопастей создана ЛМЗ1 Турбина 3ΑΙ ЭС 2 являлась в то время одной из самых высоконапорных поворотно-лопастных турбин 2
Аналогичные турбины были изготовлены и для Туломской ГЭС.
Освоению производства поворотно-лопастных турбин коллективом ЛМЗ помогло его участие в изготовлении ряда узлов для одной турбины Нижне-Свирской ГЭС, мощностью 27 600 кВт, при напоре 11,0 м, с диаметром рабочего колеса 7,4 м По первоначальным наметкам все четыре турбины для Нижне-Свирской ГЭС должен был строить шведский завод Веркстаден-Кристииехамн Однако постройка четвертой турбины была передана Ленинградскому металлическому заводу3
В течение первой пятилетки советское гидротурбостроение по отдельным объектам уже достигло технического уровня гидротурбостроения в Западной Европе В нескольких институтах и на заводах велись научно-исследовательские работы, испытывались модели рабочих колес различных систем, быч разработан ряд новых, особенно быстроходных колес поворотно-лопастного и радиальноосевого типов, выработаны новые формы всасывающих труб, дающих существенную экономию в строительных работах, получила дальнейшее развитие теория регулирования турбин (в трудах И Н Вознесенского) Путем конструктивных улучшений достигнут высокий кпд, который в ряде случаев по данным замеров на действующих установках превосходил кпд турбин иностранных фирм, гак, например, на Нива ГЭС 2 к.п.д. равен 92,2%
За восемь лет советские гидротурбостроители, естественно, не могли получить тою огромного научно-технического опыта, которым обладали 60-летние заграничные фирмы, но этот пробел наверстывался «семимильными шагами» во второй пятилетке.
Во второй пятилетке намечалось завершить ту огромную работу, которая «обеспечит за СССР экономическую самостоятельность» (XVI партсъезд) и даст возможность по ряду показателей догнать и порешать в технико-экономическом отношении передовые капиталистические страны.
Сущность приложения тезиса «догнать и перегнать» к гидротурбостроению заключалась не только в достижении рекордных мощностей в одном агрегате, но и в освоении самих принципов конструкций, технологии и в темпах развития гидротурбостроения.
Наметки второй пятилетки гидротурбостроения свидетельствуют об огромных темпах роста, значительном увеличении суммарно-погодового выпуска машин, достижении рекордных мощностей отдельных агрегатов — роста, обусловленного социалистической природой народного хозяйства СССР.
1 Небезынтересно отметить, что при изготовлении поворотно-лопастной турбины дтя ЗАГЭС 2 т.е. уже в начальный период советского крупного турбостроения ЛМЗ отказался от общепринятой схемы привода лопастей примененной шведским заводом Веркстаден для турбин Нижне-Свирской ГЭС и той же ЗАГЭС 2, в которых поворот лопастей осуществлялся перемещением ползунов в горизонтальных прорезях крестовины,—конструкция сложная в изготовлении и к тому же требовавшая усилия для перемещения лопастей Созданная ЛМЗ схема механизма поворота лопастей применялась в дальнейшем с небольшими изменениями для большого количества машин (Тиме В Механизмы поворота лопастей конструкции ЛМЗ «Котлотурб»· на», сб 2, Л, 1933)
2 Чтобы оценить достижения советского гидротурбостроения 30-х годов в конструировании поворотно-лопастных гидротурбин для высоких напоров отметим что мировая практика турбостроения того времени насчитывала лишь три случая применения крупных поворотно-лопастных турбин для напоров порядка 22—25 м, таковы ГЭС Гренволфос, Норвегия (1933 г) — две турбины по 15 200 кет, напор 22,6 м, ГЭС Беттинген, Швейцария (1933 г) — три турбины по 8000 кет, напор 23,2 м и ГЭС Шэннон, Эйре (1934 г) —одна турбина 29 тыс. кет, напор 32,46 м (Ф Нестерук Гидроэнергетика мира М — Л , 1946, стр 104)
