Страница 19 из 40
Эта машина представляет собой прототип так называемой активной турбины.
Надо заметить, что долгое, время при упоминании машины Бранка добавлялось, что струей пара никогда нельзя получить какой-либо значительной силовой мощности. Ошибочности этого мнения способствовало, конечно, отсутствие теоретических знаний о свойствах газа и пара и о законах их истечения.
Тем не менее мысль об использовании активной и реактивной силы пара для получения в двигателе непосредственно вращательного движения не покидала изобретателей. Однако все предлагавшиеся ими машины представляли лишь измененные типы эолипила и никакого практического значения не имели. Лишь с появлением водяных турбин и теоретически разработанных принципов их работы, данных Понселе, и после опытов Сен-Венана и Вантцеля над истечением газов и пара начали постепенно появляться правильные представления о скоростях, которые должны возникать в паровых турбинах, и о причинах неудач изобретателей в этой области.
Но, несмотря на прогресс в понимании работы паровых турбин, сопровождавшийся появлением целого ряда новых конструкций, построенные паровые турбины не имели практического применения, и турбостроение не выходило из стадии элементарных опытов. Причина этого лежала не только в отсутствии знаний и низком уровне техники, но и главным образом в том, что всякое изобретение появляется в результате ряда экономических условий. Паровые турбины появились только тогда, когда требование на них было предъявлено техникам всех наций со стороны промышленности монополистического капитализма.
Развитие электротехники и электрических станций потребовало быстроходных и мощных двигателей для генераторов электрического тока. В восьмидесятых годах прошлого века такими двигателями могли быть лишь паровые машины. Одновременно с развитием электростанций начали усиленно строиться быстроходные паровые двигатели, но число оборотов их достигало всего 400–500 в минуту, в то время как генераторам нужна была значительно большая скорость. К тому же эти быстроходные паровые машины не имели больших мощностей и большие электростанции обслуживались все теми же тихоходными паровыми машинами, пожиравшими огромное количество топлива, что удорожало стоимость электроэнергии.
Таким образом, острая потребность в специальном быстроходном и экономичном двигателе для электростанций возникла с первых же шагов, успешно сделанных электротехникой, и возрастала с каждым новым шагом вперед. Разумеется, к этому времени, когда потребность в новом двигателе назрела, значительно поднялся и уровень машиностроительной техники и возросли знания в виде теоретических исследований Цейнера и ряда других ученых о свойствах водяного пара и законах его истечения.
Всецело подтверждая на практике справедливость марксова положения об экономической обусловленности появления всякого изобретения, эту задачу решили одновременно, но совершенно независимо друг от друга и совершенно различными методами, в Англии — Чарльз Парсонс и в Швеции — Густав де Лаваль. И совершенно так же, утверждая марксово положение о том, что всякий научный труд, всякое открытие и изобретение являются общим трудом и очень мало принадлежат тому или иному отдельному лицу, — паровые турбины являются результатом предварительной работы многих лиц, живших в разные времена и в разных странах. Если же история современного турбостроения открывается биографией Лаваля, то лишь благодаря тому, что его гениальной находчивости обязано турбостроение разрешением труднейших технических задач.
Турбина Лаваля
Впоследствии, вспоминая о клостерском периоде своей жизни и преследовавших его в это время идеях, Лаваль писал в одной из своих записных книжек:
«Я был всецело проникнут истиной: большие скорости — вот истинный дар богов! Я уже в 1876 году мечтал об успешном применении пара, направленного непосредственно на колесо для получения механической работы. Это было смелое предприятие. В те времена употреблялись лишь малые скорости. Скорости, позднее достигнутые в сепараторе, в то время казались невероятными, а в современных учебниках писалось о паре: жаль, что плотность пара так мала, что не допускает даже мысли о применении его на колесе для создания энергии… И все-таки мне удалось осуществить мои смелые мечты».
В этом признании, свидетельствующем, что Лаваль отдавал себе полный отчет в том, какое значение может иметь смутная идея, родившаяся в его сознании в Клостере во время неудачного опыта с пескоструйным аппаратом, нет ничего преувеличенного.
Следует напомнить, что в то время, когда идея паровой турбины впервые возникла у Лаваля, не было еще произведено достаточной подготовительной работы. Правда, паровая турбина, как мы уже видели, являлась древнейшим тепловым двигателем, существовавшим еще задолго до появления паровой машины, но, несмотря на массу проектов, возникавших в течение многих лет, никому еще не удавалось эту паровую турбину превратить в практически применяемый двигатель.
Только большая научная подготовка, настойчивость и неоспоримый изобретательский талант могли помочь Лавалю поставить на службу человечеству неслыханные дотоле большие скорости, даваемые паровой турбиной.
Первые работы Лаваля в области паровой турбины имели своей непосредственной целью создать простой и дешевый двигатель для сепаратора.
Для приведения во вращательное движение оси сепаратора с большим числом оборотов требовались специальные механизмы или же специальные двигатели. В ручном сепараторе Лаваля применялась зубчатая и червячная передача от рукоятки, делающей 40 оборотов в минуту, к шпинделю, делавшему 7 тысяч оборотов за то же время. В механических сепараторах, работавших от конного привода или от паровой машины, эта передача делалась ременной к промежуточному шкиву на горизонтальной оси, а от него уже шла канатная передача к шкиву на шпинделе.
Лаваль очень хорошо помнил, какую мускульную силу нужно было затрачивать ему и Зундбергу для приведения в действие сепаратора в те времена, когда на Регеринсгатане толпились любопытные, которым Лаваль должен был, обливаясь потом, демонстрировать свою машину.
Чтобы избавиться от сложной и неудобной передачи, требовавшей дополнительной механической энергии, Лаваль с самого начала пришел к мысли вращать шпиндель сепаратора с помощью реактивного турбинного колеса, являющегося не чем иным, как «эолипилом» Герона Александрийского.
Передачи Лаваля для увеличения числа оборотов сепаратора
В самом начале 1883 года Лаваль построил такой первый турбинный сепаратор. Английский патент, взятый им 2 апреля 1883 года, означенный № 1622, на турбину, «работающую паром или водой», и был первым патентом Лаваля в той области техники, которая принесла ему мировую известность.
Эта турбина представляла собой С-образное колесо, состоящее из двух изогнутых труб. Колесо было насажено непосредственно на оси сепаратора. Свежий пар, давлением не менее четырех атмосфер, выходил из этих изогнутых трубок и реактивным действием выходящей струи приводил в движение колесо.
Лаваль не придавал слишком большого значения этой своей работе и, демонстрируя турбинный сепаратор друзьям, заметил:
— Достоинство этой турбины — ее простота… Я думаю, что она поможет распространению наших машин, так как установка парового котла для нее легко может быть осуществлена даже в небольшом хозяйстве.
Вслед затем на рынок было выпущено несколько подобных турбинных сепараторов, однако они не получили распространения. Вопреки предположениям изобретателя, сепараторы эти оказались совсем неэкономичными: турбина расходовала слишком много пара. В то же время изготовление турбинных колес при тогдашнем состоянии машиностроительной техники обходилось очень дорого, и они были далеки от совершенства.
Турбинный сепаратор Лаваля и турбинное колесо