Густав Лаваль

Впрочем, впоследствии подобные турбинные сепараторы в несколько усовершенствованном виде вновь начали строиться и получили распространение, так как удалось значительно понизить расход пара их турбинами.

Но кроме сепаратора, во всяком случае, эта первая турбина Лаваля нигде не применялась.

Раз занявшись турбиной, Лаваль все-таки хотел довести конструкцию турбинного сепаратора до совершенства, обеспечивающего таким сепараторам практическое применение. Неудача с первой турбиной к тому же затрагивала его самолюбие, и ему хотелось оправдать веру друзей в его конструкторский талант.

Продолжая разрабатывать конструкцию, он в 1886 году построил второй турбинный сепаратор с тем же реактивным колесом. Колесо состояло на этот раз из прямых каналов, снабженных конусообразными выходными насадками, с подводом пара через полую ось. Но и эта турбина, в принципе ничем не отличавшаяся от первой, также не помогла распространению турбинных сепараторов.

Однако в дальнейшем эти конические насадки сыграли решительную роль в истории создания турбины.

Дело в том, что эти насадки, как это заметил Лаваль при первых же опытах с ними, представляли собой замечательный аппарат для более совершенного использования кинетической энергии пара. Пар, под влиянием разности давлений в начале и конце этих насадок, проходя через них, получал ускорение вследствие перехода потенциальной энергии пара в его кинетическую энергию, живую «ветровую» силу.

Изобретательному уму Лаваля, сделав это наблюдение, легко было заключить, что если этот пар с полученной скоростью его истечения направить этим же самым аппаратом на лопатки рабочего колеса, то он произведет давление на лопатки, оказывающие ему сопротивление, и, отдавая им часть своей энергии, заставит колесо вращаться.

Таким образом, напав на мысль — это было в 1886 году, десять лет спустя после случая в Клостере — применить коническую насадку как аппарат для преобразования потенциальной энергии пара и поместить эту насадку как направляющий аппарат перед лопатками рабочего колеса, — Лаваль перешел от опытов с чисто реактивной турбиной к турбине чисто активной. Иными словами, мысль изобретателя от эолипила обратилась к другой готовой технической форме, к знаменитой машине Джиованни Бранка, той самой машине, о которой принято было думать, что струей пара никогда нельзя получить сколько-нибудь значительной силовой мощности.

Восставая против этого общепринятого мнения, Лаваль с гениальной простотой решил задачу, несмотря на чрезвычайные трудности, которые тотчас же встали перед ним, как только он взялся за осуществление идеи.

Теперь уже речь шла не о специальном двигателе для сепаратора, — Лаваль это отлично понимал. Перед ним стояла задача постройки того быстроходного двигателя, которого требовала современная промышленность.

Лаваль ни на минуту не сомневался в практическом успехе своего будущего создания. О закулисной борьбе против всякого нового двигателя, которую должен будет повести капитал, вложенный в паровые машины и в их производство, о сопротивлении предприятий, уже освоивших паровые машины и не расположенных тратить время и средства на освоение нового двигателя, он, конечно, не думал.

Все дело заключалось, как ему казалось, только в технических трудностях, а на преодоление их у него было достаточно теперь не только энергии, опыта, знаний, но и материальных средств в виде акций процветающего «Сепаратора», которым командовал изумительный Бернстрем.

Материальные условия для развития деятельности Лаваля были в это время очень благоприятными. Человек скромных потребностей, интересовавшийся лишь тем, что имело непосредственное отношение к технике, он тратил все свои огромные средства только на оборудование своих мастерских и лабораторий и ничего — на себя. Он не курил, он с отвращением, уступая просьбам, пил вино в редких и очень торжественных случаях; единственным его пристрастием было крепкое кофе. Он был расчетлив в житейских делах, но на свои опыты, он никогда не жалел никаких денег. Для этой цели он постепенно продавал принадлежавшие ему акции «Сепаратора», с каждым днем все выше и выше оценивавшиеся на бирже, и укреплял материальную базу для своих изобретательских работ. Он понимал, что готовое изобретение может вернуть ему все затраченные средства, но что капиталистическое хозяйство не даст ему ни одного гроша для предварительных опытов и изысканий.

К моменту возникновения идеи турбины Лаваль, осуществив свои мечты, имел прекрасную лабораторию и строящиеся мастерские. У него работал штат техников и инженеров. Весь тогдашний квартал между Хантверкарегатаном и озером Мелар, влево от Пильгатана, принадлежал Лавалю. Здесь располагались его мастерские и лаборатория, где производились самые разнообразные опыты, начиная от ветряных двигателей и кончая ацетиленовыми лампами.

С величайшим энтузиазмом Лаваль взялся за осуществление паровой турбины, мысль о которой так долго вынашивалась им.

Теоретически вопрос для изобретателя был ясен.

Полная работа пара в проектируемой им турбине разделялась на два процесса: во-первых, преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую, и во-вторых, передача кинетической энергии пара движущимся частям машины — лопаткам колеса.

Первая часть работы пара, а именно преобразование потенциальной энергии пара в кинетическую, должна была совершаться в особом аппарате, построенном на принципе конической насадки. В нем давление пара наиболее полно преобразовывалось в скорость истечения. Этот аппарат, получивший впоследствии известность как «сопло Лаваля», представляет собой коническую трубу с постепенным расширением к выходу. Расширяющееся сопло позволяет понизить давление пара, подводимого из котла, и повысить скорость его истечения до скорости, значительно превышающей скорость распространения звука.

Получив 29 апреля 1889 года патент на применение этого аппарата в турбине, Лаваль перешел к решению всей проблемы в целом.

Этому предшествовали опыты в мастерских. Задача, которую он в эти годы решал, заключалась в том, чтобы превратить полученную при расширении пара энергию в механическую работу турбинного колеса с одним рядом лопаток на нем.

Турбина Лаваля

Задача эта, легкая на первый взгляд, оказывалась в действительности чрезвычайно трудной. Возбужденный, небритый, питавшийся едва ли не одним крепким кофе, Лаваль то просиживал целые ночи за письменным столом, то безвыходно с медвежьим терпением трудился в мастерских, то бродил, как помешанный, с пустыми глазами, из комнаты в комнату, снова садился к столу и считал и чертил и вновь пересчитывал, и вновь перечерчивал. Иногда он раскрывал старые руководства и новые теоретические исследования и бросал их с досадой, натыкаясь повсюду на ошибки расчетов, опытов и заключений.

«Что нужно?» спрашивал он самого себя, как строгий учитель растерявшегося школьника, и вслух заставлял себя твердить, как заданный урок:

— Прежде всего скорость турбинного колеса на окружности должна быть чрезвычайно значительной для того, чтобы результаты оказались экономически выгодными. Для достижения такой большой окружной скорости при колесе не слишком больших размеров нужно иметь неслыханное число оборотов колеса, порядка 20–30 тысяч оборотов в минуту…

О, эти скорости вполне соответствовали творческим стремлениям Лаваля! Но как сконструировать вал и подшипники, которые давали бы возможность без вибрации работать турбинному колесу с такой неслыханной скоростью? и как добиться прочности и уравновешенности турбинного диска?

В самом деле, если представить себе колесо, диаметром всего полметра, делающее 30 тысяч оборотов в минуту, т. е. имеющее окружную скорость в 340 метров в секунду, и допустить, что это колесо не сбалансировано на периферии хотя бы только на один грамм, то центробежная сила, которая при такой скорости возникнет, разнесет на куски все колесо!

Этот турбинный вал, это турбинное колесо теоретически готовой машины, но практически еще далекой от осуществления, преследовали Лакали даже во сне. Он видел, как диски разлетались на куски, разбивавшие стены противоположных домов, калечившие людей. Просыпаясь в ужасе, он опять садился за стол, пил кофе и думал. Не было сил, которые могли бы остановить творческое воображение этого упрямого человека, как ни велики были трудности, но ведь где-то в природе существовали же и законы их преодоления.