С целью популяризации широкого внедрения гидротурбин на мельницах С. А. Балакшин написал очерк „Два брата“ [6]. Инженер-конструктор рассказал о том, как на одной из мельниц к гидротурбине отнеслись недоверчиво и продолжали использовать в качестве двигателя деревянное колесо. На другой же мельнице более дальновидные люди сразу применили гидротурбину. Она эффективно использовала энергию водотока, и мельница работала даже в то время, когда в реке было мало воды. В итоге, подчеркивал С. А. Балакшин, на этой мельнице почти совсем не знали простоев.
И вот в один из морозных дней на Курганский турбиностроительный завод в кабинет С. А. Балакшина вошел человек в меховом тулупе и огромной меховой шапке, на которой был слой снега. Его борода также была вся покрыта снегом и даже сосульками. Было очевидно, что он пришел издалека. Обратившись к инженеру-конструктору, посетитель сказал: „Я прочел Ваш очерк „Два брата“ вот и решил приобрести водяную турбину для нашей мельницы и жить так, как тот Иван, о котором Вы так красочно написали в книжке“.
Вторая гидротурбина Курганского турбиностроительного завода была установлена на р. Куртамыш Курганского уезда Тобольской губернии, а затем началось их победное шествие по Сибири, Уралу, Европейской части России, Средней Азии и Кавказу. Гидротурбины Балакшина быстро завоевали признание: они обладали высоким коэффициентом полезного действия, широким диапазоном мощностей, надежностью в работе и относительно низкой стоимостью. При этом Курганские гидротурбины не только отличались хорошим качеством изготовления, но и своевременно доставлялись заказчику [7]. Спрос на курганские гидротурбины превышал возможности завода, который ежегодно мог давать только около ста агрегатов. Всего же за период 1905—1919 гг. Курганский турбиностроительный завод выпустил около тысячи гидротурбин мощностью 1—300 кВт при максимальном напоре от 0,5 до 4,5 м.
Но вернемся к первой гидротурбине, названной „Богатырь-быстроход“ (см. рис. 1). Как уже говорилось она была радиально-осевого типа и состояла из рабочего колеса — 19, нижней опорной пяты — 24, направляющего аппарата — <?, отсасывающей трубы — 1, верхней опорной пяты — 10, вала — 6. Нижняя опорная пята имела сверху воронкообразные отверстия, через которые вода, попадая на опорную поверхность пяты, создавала водяную смазку и обеспечивала надежную работу турбины.
Рис. 1. Гидротурбина „Богатырь-Быстроход“ конструкции инженера С. А. Балакшина, 1905 г.
1 — отсасывающая труба; 2 — опорное кольцо направляющего аппарата; 3 — направляющие лопатки; 4 — крышка турбины; 5 — тяга к регулирующему кольцу; 6 — вал турбины; 7 — опорные балки; 8 — нижняя часть верхней опорной плиты; 9 — регулировочный болт; 10 — верхняя опорная пята; 11 — колпак верхней опорной пяты; 12 — капельная масленка; 13 — опорная букса; 14 — вкладыши; 15 — сальник; 16 — регулирующее кольцо; 17—тяга от регулировочного вала; 18—регулировочный вал; 19 —ступица рабочего колеса; 20 —обод рабочего колеса; 21 — нижняя опорная балка; 22 — лопасти рабочего колеса; 23 — клиновидная балка; 24 — нижняя опорная пята
Рис. 2. Схема расположения гидротурбины на мельнице
а — компоновка открытой турбинной камеры при небольшом колебании уровня воды в подходном канале; б — план установки; в — компоновка турбинной камеры при большом колебании уровня в подходном канале 1 — мелкая сороудерживающая решетка; 2 — паз затворов; 3 — верхняя опорная пята; 4 — верхний подшипник; 5 — рабочий шкив; 6 — регулятор; 7 — задняя стенка турбинной камеры; 8 — сальник; 9 — регулирующий вал; 10 — тяга к регулирующему кольцу; 11 — нижняя пята; 12 — отсасывающая труба; 13 — направляющий аппарат гидротурбины; 14—гидротурбина; 15 — крышка гидротурбины; 16—сальник; 17 — вал гидротурбины; 18—потолок турбинной камеры; 19—подводящий канал; 20 — отводящий канал
Гидротурбина с вертикальным валом и всеми элементами управления устанавливалась на мельнице (рис. 2). Вода подводилась к турбине из реки через бесплотинный водозабор и короткий канал — 19. В голове канала устанавливались сороудерживающие решетки, представлявшие собой ряд деревянных свай диаметром 5—10 см, забитых с шагом 30—40 см для задержания крупного сора. Непосредственно перед входом в турбинную камеру крепилась мелкая наклонная сороудерживающая решетка для задержания более мелкого сора. Мелкая решетка выполнялась из деревянных реек или полосового железа с просветами около 5 см. Площадь решеток назначалась из условия пропуска максимального расхода через решетки со скоростью порядка 1 м/с. За решетками по течению воды предусматривался простейший деревянный затвор, позволявший перекрыть полностью вход в открытую турбинную камеру для осмотра гидротурбины и ее элементов.
Открытые турбинные камеры выполнялись в двух -вариантах: при небольших колебаниях уровня в верхнем бьефе (около 2,5 м) пол мельничного помещения располагался выше максимального уровня воды из подходного канала (рис. 2, а); при больших колебаниях уровня в целях сокращения длины вала допускался подъем уровня выше пола мельницы (рис. 2, в). Во втором варианте пол мельницы делали водонепроницаемым, и турбинный вал во избежании протечки воды проходил через сальник.
Кроме турбин с вертикальным расположением вала, на Курганском турбиностроительном заводе строили турбины с горизонтальным валом и изогнутой отсасывающей трубой (рис. 3). Но и здесь вода к направляющему аппарату такой гидротурбины подводилась из открытой камеры. Горизонтальное же расположение вала в ряде случаев позволяло избежать лишней передачи шестернями. Например, на горизонтальном валу в турбинном помещении размещались два маховика с передачей от одного на генератор или мультипликатор, от другого — на мельничное колесо для помола зерна (см. рис. 3). Выполнялись также компоновки со сдвоенными горизонтальными турбинами на общем горизонтальном валу и питанием из открытой камеры. Общей для двух турбин была и отсасывающая труба (рис. 4).
Вскоре С. А. Балакшин внес в конструкцию гидротурбины типа „Богатырь“ ряд изменений. Он отказался от применения нижней опорной пяты, а вал рабочего колеса гидротурбины сделал составным из двух частей, соединенных с помощью муфты. Это создавало удобство для транспортировки и обеспечивало выпуск гидротурбин вне зависимости от времени поступления заказа (длина вала подбиралась в каждом отдельном случае с учетом высоты помещения мельницы). В связи с устранением нижней опорной пяты конструкция верхней опорной пяты претерпела также изменения.
Кроме гидротурбины „Богатырь“ разных габаритов и мощностей, завод выпускал турбины типа „Борец“, которые состояли из двух колес. Верхнее неподвижное колесо с жестко закрепленными лопатками выполняло роль направляющего аппарата, а нижнее — рабочего колеса, установленного на валу. Вал крепился в верхней и нижней опорных пятах. При этом с помощью ^верхней опорной пяты можно было поднимать или опускать рабочее колесо и регулировать зазор между ними и направляющими аппаратами. Стоимость гидротурбин „Борец“ была значительно ниже стоимости турбин „Богатырь“, но гидротурбины „Борец“ имели более низкий кпд и потребляли больше воды. По этой причине их производство вскоре было прекращено.
В 1905—1919 гг. на Курганском турбиностроительном заводе были созданы разные типы турбин (см. прил. табл. 1), а также вертикальные турбины — „Волх“, „Вольта“, „Дунай“ и „Поток“. За это время завод изготовил около тысячи гидротурбин, имеющих мощность от 1,0 („Борец“ — „Крошка“) до 300 кВт („Борец“ нормальный), рабочий напор — от 0,5 до 4,5 м и расход воды — до 9,0 м3/с. Коэффициент полезного действия этих гидротурбин составлял в среднем 80 %.
