Мощность этих турбин была невелика. Главным образом строились турбины в 20, 40 и 60 лошадиных сил.
Турбина Лаваля со снятым кожухом
Это были активные одноступенчатые турбины с парциальным подводом пара, т. е. с подводом не по всей окружности. К турбинному колесу (Ь), сидящему на тонкой горизонтальной оси (h), пар подводится по нескольким, установленным под острым углом к плоскости колеса, соплам, с коническим расширением на конце (а). Число этих сопл зависело от мощности турбины и давления пара.
Двадцатисильная турбина, например, имела восемь сопл. Пар поступал сплошной струей из оконечника сопла на лопатки, что избавляло от необходимости в особом, непропускающем пара соединении между соплом и турбинным колесом.
Сопла приделывались к закрытому, кольцеобразному каналу (с), присоединенному к главной пароподводящей трубе (d), снабженной паровпускным клапаном. Часть сопл можно было закрывать клапанами с ручным маховичком для того, чтобы при меньшем притоке пара через остальные сопла было возможно работать при полном давлении, не уменьшая его паровыпускным клапаном, что способствовало более экономичной работе турбины.
В турбине утилизировалась только живая сила истекающего из сопла на лопатки колес пара. Расширения пара в самом колесе не происходило, как это имело место в цилиндрах паровых двигателей.
Соплам был придан такой вид, что пар в них уже расширялся до атмосферного давления, соответствующего давлению в кожухе турбины. Благодаря увеличению объема пара получалось значительное увеличение скорости его истечения, и таким образом вся заключавшаяся в паре энергия превращалась в механическую работу на лопатках турбинного колеса.
Скорость истечения пара при давлении в котле в пять атмосфер и давлении в кожухе турбины в одну атмосферу достигала 770 метров в секунду. При наличии же конденсатора с вакуумом, примерно до одной десятой атмосферы, скорость истечения повышалась до 1100 метров в секунду.
Эта очень большая скорость на деле не вполне использовалась в турбинах Лаваля, так как при полном ее использовании скорость по окружности была бы чрезвычайно большой. Окружная скорость построенных Лавалем турбин не превышала 350 метров в секунду. При всей своей изобретательности он не мог выполнить всех требований относительно прочности материалов, предъявляемых центробежной силой при больших скоростях.
Кроме того при больших скоростях слишком увеличивались потери на трение турбинного колеса о воздух.
Колеса турбин состояли из двух крепких стальных дисков, между которыми были укреплены отдельные лопатки. Диаметр колеса в турбинах мощностью от 5 до 100 лош. сил соответственно достигал 10–60 сантиметров. Двадцатисильная турбина имела колесо в 20 сантиметров диаметром; окружная скорость его достигала 300 метров в секунду; число оборотов доходило до 30 тысяч в минуту.
Турбинное колесо помещалось на весьма тонкой оси: так, у двадцатисильной турбины ось имела диаметр только в 12–13 миллиметров. Эта гибкая ось, уступая при вращении влиянию центробежной силы, сама по себе приходила в строго центральное положение, которое и удерживалось при любой скорости вращения. Благодаря этому получалось спокойное вращение колеса и надежность в работе.
Турбина Лаваля мощностью в 100 лош. сил, соединенная с динамо-машиной
Так как число оборотов этих турбин было непомерно велико для непосредственного привода от вала турбины, то оно обычно уменьшалось в 10–30 раз геликоидальной передачей (l), которая и передавала уже энергию рабочим механизмам или непосредственно, или дальнейшей передачей при помощи ремней.
Для приведения в действие механизмов, работающих при большом числе оборотов, как например центробежных насосов, центрофуг и вентиляторов, передача не применялась, и тогда получалась установка, занимавшая очень мало места при сравнительно большой мощности.
Весьма чувствительный центробежный регулятор, приводимый в действие одним из передаточных приводов, действовал при посредстве рычага на паровыпускной клапан и поддерживал постоянную скорость вращения при самых разнообразных изменениях нагрузки.
Коэффициент полезного действия турбин Лаваля оказался очень значительным, причем при высоких давлениях пара он, как и в паровых двигателях, повышался, но в турбинах можно было пользоваться более высокими давлениями пара, так как в них не было подвижных, непропускающих пара частей, вроде поршней и сальников паровых двигателей.
Турбины от 5 до 40 лошадиных сил расходовали, работая без конденсатора, при давлении в котле в шесть атмосфер, от 20 до 25 килограммов пара на лошадиную силу в час. При давлении в котле в двадцать атмосфер, работая без конденсатора, стосильные турбины расходовали пара вдвое меньше.