1. Активная паровая турбина

Лаваль

Кровавый отблеск одной из мрачнейших страниц истории лежит на имени де Лавалей. Это был старинный французский дворянский род, по религиозным своим верованиям принадлежавший к протестантам; во Франции протестанты назывались гугенотами. Подвергаясь преследованиям со стороны католической церкви, многие из гугенотов покинули родину после Варфоломеевской ночи, когда правящая партия организовала массовое их истребление.

Один из них, именно Клод де Лаваль, вступил в ряды шведских войск и переселился в Швецию. Все дети, внуки и правнуки его, следуя традиции рода, служили на военной службе. Капитаном шведской армии был и Яков де Лаваль. Выйдя в отставку, он получил, по обычаю того времени, вместо пенсии «капитанское поместье» в Далекарлийской провинции северной Швеции. 9 мая 1845 года у него родился сын, названный при крещении Карлом-Густавом-Патриком.

До двенадцати лет мальчик не покидал пределов зеленой долины, где живописно расположился маленький поселок с церковью посреди двух десятков крестьянских жилищ. Но еще задолго до школьного возраста маленький Густав Лаваль выучился читать и писать, рассматривая чертежи и планы отца, исполнявшего обязанности землемера. На них такими смешными и загадочными топографическими знаками изображались деревья, колодцы, ручейки и дороги. Мальчик не проявлял большой склонности к усидчивым занятиям и книгам. Гораздо более его занимали обломки старых часов, испорченные замки и инструменты, заменявшие ему игрушки. Таинственный механизм всех этих вещей поражал его воображение.

Капитан Яков де Лаваль очень рано отказался от мысли видеть своего сына офицером. Военно-феодальная Знать Швеции в это время уступала место окрепшей и подходившей вплотную к власти промышленной буржуазии. Традиции рода уже не имели значения для потомка Клода де Лаваля, и отец не только не препятствовал развитию склонностей своего сына, но и сам мечтал сделать из него инженера и промышленника. Яков Лаваль взял на себя обязанности учителя, чтобы не отдавать мальчика в руки священника, занимавшегося с детьми в приходской школе й не желавшего прививать детям новые взгляды на жизнь.

Таким образом, этот маленький далекарлиец, закаленный, сильный и смелый, но простодушный и приветливый, как все жители этой провинции, получил свое первоначальное образование дома. Оно было таково, что, когда двенадцатилетний Густав поступил в фалунскую среднюю школу, он сразу же выдвинулся среди своих сверстников и развитием и необычайной любознательностью.

Окончив школу, Лаваль поступил в Технологический институт в Стокгольме. Он избрал своей специальностью кораблестроение. Трехлетнее пребывание в столице имело огромное значение для юноши. Лаваль не был поэтом, и не древность города, хранящего массу воспоминаний о былой славе Швеции, не красота природы этой «северной Венеции», расположенной на гранитных скалах среди озер и парков, пленяли ум и сердце юноши. Его привлекали к себе шумный порт, корабли, выгружавшие товары и машины, живая суета городской жизни.

С детских лет Лаваль был непоседлив, стремителен и решителен. Даже оживленная сутолока порта казалась ему ленивой и тихой толкотней. Взбираясь вприпрыжку по гранитным ступеням набережной, он с презрением думал о медлительности северян: грузчики ступали слишком лениво, лошади двигались слишком вяло. Кипы кож, железная руда, мешки с овсом, бочки с дегтем, лес — все, что вывозила шведская промышленность, носило какой-то деревенский, кустарный характер. Все кричало об отсталости, о лености, о неумении вести дело. Главное же, все это передвигалось раздражающе медленно, в то время как должно было бы вращаться с феерической быстротой в круговороте торгово-промышленного хозяйства.

Лаваль шел в свое общежитие, садился за книги, но вдруг вскакивал и начинал ходить из угла в угол. Его окружал мир необычайных видений, где машины стучали, дрожали, выкидывали миллионы самых разнообразных вещей в богатый, радостный, солнечный мир.

В 1866 году Лаваль окончил наконец свой курс, но ему не так-то легко оказалось найти себе подходящую работу. В конце концов, не найдя места по своей специальности, он вынужден был поступить конторщиком в материальный склад Фалунских рудников. Жестоко страдая от холода в дощатом сарае, он выдавал рудничным рабочим инструменты, селедку и соль. В техниках и инженерах шведская промышленность не очень нуждалась.

В то время в Фалуне работал известный гидротехник Венстрем. Кто-то рассказал ему, смеясь, о морском инженере, работающем конторщиком на рудниках. Венстрем пригласил Лаваля в свою контору чертежником. Здесь-то Лаваль и сделал открытие: оказалось, что те математические формулы, к которым он и его школьные товарищи относились как к необходимому злу, полагая, что они никогда не понадобятся им в жизни, были нужнее всего; оказалось, что именно математика помогает строить дешевле и лучше, заставляет механизмы двигаться быстрее, производить больше.

Пока Лаваль исполнял мелкие работы, он еще чувствовал себя сносно, но, как только ему случилось однажды произвести сложный расчет, обнаружилась недостаточность его знаний.

Молодой инженер понял, что без настоящей подготовки ему не выполнить ни одного из тех замыслов, которые волновали его воображение. Сдавая свою работу Венстрему, Лаваль заявил тут же, что он больше работать у него не может.

Старый инженер посмотрел на него, как на сумасшедшего.

— Что же, вы предпочитаете развешивать селедки? — спросил он.

— Нет, — спокойно ответил Лаваль. — Но для серьезной работы у меня не хватает знаний.

— И что же вы хотите делать?

— Учиться.

Венстрем внимательно посмотрел на юношу.

— Но как же вы будете жить? — воскликнул он.

— Не знаю. Во всяком случае, прежде чем жить, надо учиться.

Живой и решительный, он, не колеблясь ни одной минуты, перешел от решения к делу. Ссылаясь на свое громкое имя, он начал добиваться от фалунской дворянской организации стипендии для продолжения образования. Он ходил, просил, требовал, ругался, доставал рекомендации и все-таки вынудил фалунских дворян предоставить ему стипендию. Обеспечив себя таким образом, он уехал в Упсалу и поступил на математический факультет университета. Через пять лет он окончил его с высшей степенью отличия и после блестящей защиты диссертации получил звание доктора философии. Это звание присваивалось, независимо от специальности, всем оканчивавшим университет.

Запрятав свои дипломы в карманы лоснящегося, рыжего сюртука, Лаваль отправился на север в поисках места. В дороге он получил от администрации Фалунских рудников предложение отправиться в Германию, изучить там производство серной кислоты и затем организовать его в Фалуне. Молодой инженер охотно принял предложение: поехал в Герц и за месяц командировки настолько хорошо изучил дело, что уже зимой 1872 года построил на Фалунском руднике первый в Швеции завод серной кислоты.

Два года Лаваль руководил этим предприятием, попутно изучая горнозаводское дело и внося в него одно улучшение за другим. Но так как он жаждал самостоятельной деятельности, то и стал искать себе дело, которое могло бы дать ему средства и независимость для выполнения своих замыслов, о которых он говорил:

— Я не могу ступить ни одного шага, чтобы не наткнуться на новую задачу, требующую решения. Я знаю, что могу их решить, у меня все есть для этого, кроме денег.

Действительно, развивавшаяся в то время шведская промышленность предъявляла технике множество требований, самых разнообразных, и дела было непочатый край. Лаваль начал с того, что предложил одному богатому человеку построить стекольный завод для производства бутылок по новому способу: бутылки должны были формоваться во вращающихся изложницах. Тот поддался убедительности доводов изобретателя, вошел с ним в соглашение и построил завод. Вращающиеся изложницы вполне себя оправдали. Завод изготовлял, однако, такую массу бутылок, в какой не нуждался не только Фалун, но и вся Швеция. Компаньоны завалили своими бутылками рынок, сбили на них цену и остались без покупателей. Завод должен был закрыться с убытком в сорок тысяч крон.

Замечательно, что все основные технические идеи Лаваля, соответствуя вполне его живой, деятельной, быстро переходящей от решения к выполнению натуре, неизменно исходили из принципа быстроходных машин. А в быстроходных машинах как раз в то время испытывало нужду капиталистическое хозяйство. Благодаря коренившейся в самой его природе живости и проворству Лаваль, вероятно, с особенной остротой чувствовал, что нельзя уже удовлетворяться тихоходными, прожорливыми, неповоротливыми машинами Уатта. Лаваль сказал себе однажды: «Большие скорости!» И потом уже всю жизнь он боролся за переход к большим скоростям, высоким давлениям, электрическому току.

Расставшись с компаньоном, Лаваль вынужден был снова искать службу. На этот раз уже получившему известность инженеру не пришлось долго искать работу. Владелец машиностроительного завода в Клостере Лагергрен предложил Лавалю заведовать у него конструкторским бюро.

Это было в самом конце 1875 года. Накануне Нового года, вечером, Лаваль приближался к месту назначения. Нужно было только перебраться через реку. Возчик советовал вернуться, так как не надеялся на прочность льда. Но Лаваль во что бы то ни стало решил провести новогоднюю ночь в тепле и уюте. Он велел ехать, и на самой середине реки сани провалились под лед. Лаваль, не раздумывая, выскочил и, очутившись по горло в воде, помог лошади, поддерживая сани, выбраться на лед. Живость и решительность на этот раз выручили из беды, но к Лагергрену он явился насквозь промерзший и мокрый.

Впрочем, ни ледяная ванна, ни призрак опасности, счастливо избегнутой, не отразились на хорошем настроении Лаваля. Ночью, отогревшийся и возбужденный выпитым вином, исполненный веселых надежд на будущее, он излагал Лагергрену свои планы. Делал он это с такой горячностью, что даже старый, опытный предприниматель, плененный убедительностью доводов, смелостью и ясным умом, должен был согласиться, что металлургическая промышленность Швеции вступит в новый период своего развития, как только все эти планы будут осуществлены.

— Мы их осуществим! — кричал Лаваль. — Я заставлю старушку Швецию двигаться быстрее! Мы обгоним и немцев, и американцев, и англичан! Они будут к нам ездить учиться, а не мы к ним…

Раскричавшийся доктор философии едва не свалил маленький столик с кофейным сервизом. Но Лаваль был поистине очарователен: высокий, крепкий и сильный, с черными тугими усами, с легкими волнистыми волосами, зачесанными назад, сверкающий стеклами очков и живыми черными глазами, он олицетворял собой решительность, страстную стремительность и непреоборимый оптимизм. Слушая его, Лагергрен только мог поздравить себя с новым работником.

Он не ошибся. За два года своего пребывания в Клостере Лаваль ввел множество улучшений в производственный процесс и положил начало своеобразному «шведскому способу бессемерования» — получению стали из жидкого чугуна — устройством сетчатого дна для бессемеровского конвертора. Вопрос о применении электрического тока в металлургии он поднял тогда, когда еще никто об этом не думал. Наконец, здесь же, в Клостере, к нему пришла идея первой его быстроходной машины — сепаратора, — работавшей с неслыханной для того времени скоростью.

К этому времени различными изобретателями было предложено несколько машин для отделения сливок от молока, действие которых основывалось на центробежной силе.

Прочтя случайно в газете сообщение о такой машине, построенной в Германии неким Лефельдтом, Лаваль увидел ее недостаток в том, что она делала всего только восемьсот пятьдесят оборотов в минуту, и, усовершенствовав конструкцию, довел ее скорость до семи тысяч оборотов в минуту. Он предложил Лефельдту купить его идею.

Лефельдт отказался, не считая предложение целесообразным. Тогда Лаваль взял патент на свое имя, оставил службу в Клостере и отправился в Стокгольм продавать изобретение. Лагергрену он бросил на прощание громкую фразу: «Вы еще обо мне услышите!»

Предсказание это сбылось, но не так скоро, как думал Лаваль. Понадобилось порядочно времени и очень много труда, прежде чем ему удалось построить сепаратор с непрерывным съемом сливок, который мог удовлетворить потребителей. Зато с этого момента маленькая машина получила огромное распространение и надолго обеспечила Лаваля паями акционерного общества «Сепаратор», организованного им в компании с друзьями. Дела общества развивались с таким успехом, что через несколько лет, устранившись от непосредственного участия в предприятии, Лаваль мог, не считаясь с расходами и не отказываясь от самых дорогих экспериментов, широко развернуть свою изобретательскую деятельность. Опираясь на солидную материальную базу, Лаваль взялся за разрешение основных задач техники капиталистического хозяйства.

Вращать сепаратор руками, как это Лаваль сам на себе испытал, демонстрируя свою машину первым покупателям, было дело нелегкое, быстро вгонявшее изобретателя в пот. Ставить для этих аппаратов на фермах огромные паровые машины было невыгодно. Да к тому же самые лучшие паровые машины не могли при своей тихоходности угнаться за скоростью сепаратора. Для привода требовались еще передачи, чтобы иметь нужное сепаратору число оборотов.

И вот Лаваль решил использовать для вращения сепаратора скорость пара.

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 небес. Я уже в 1876 году мечтал об успешном использовании скорости пара, направленного непосредственно на колесо для получения механической работы. Это было смелое предприятие. В те времена употреблялись лишь тихоходные машины. Скорости, позднее достигнутые в сепараторе, в то время казались невероятными, а в наших 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».

Первые сепараторы Лаваля приводились в действие вручную.

Этот шведский инженер как будто был создан для того, чтобы выполнить новые задачи, поставленные промышленностью перед техникой.

А промышленность к концу прошлого века, полностью освоив машины, хотела заставить их работать как можно быстрее, производить как можно проворнее и больше нужных хозяйству вещей.

Древние машины приводились в действие мускульной силой людей и животных. Естественно, что они и работали медленно, малопродуктивно.

Первые механические двигатели, в том числе и паровые, заменяли живые двигатели. Ньюкомен создал водоотливную машину, поставив к старому насосу атмосферный двигатель вместо рабочего. Понятно, что такой двигатель и работал немногим скорее, чем рабочий, качавший воду тем же самым насосом.

Паровые двигатели обслуживали прядильные и ткацкие станки, лесопильные машины, мельничные жернова, работавшие также не очень быстро: конструкция их создавалась в эпоху мануфактуры, когда об универсальных двигателях не было и помину.

В эпоху промышленного капитализма с ростом производительных сил росли и потребности. Понадобились быстроходные машины и в производстве булавок и на орудийных заводах для обработки пушечных деталей. А быстроходные машины потребовали и соответствующей скорости двигателя.

К концу века появились центробежные насосы, центрифуги, сепараторы — машины, вращавшиеся с неслыханной скоростью. Кроме того, в мир вошла динамо-машина, производящая электрический ток. Оказалось, что генераторы переменного электрического тока работают нормально, делая три тысячи оборотов в минуту. Таким машинам нужны двигатели с равным числом оборотов, чтобы, не прибегая к передачам, соединять на одном валу двигатель и рабочую машину.

Паровой двигатель — очень тихоходная машина. При всем совершенстве техники скорость его едва-едва доходила до четырехсот оборотов в минуту. Легко видеть, как безнадежно отставал он по быстроходности хотя бы от динамо-машины. Двигатели внутреннего сгорания оказались более проворными. Однако и до сих пор даже в самых совершенных авиационных двигателях, в том числе и дизельных, число оборотов остается в пределах между одной и тремя тысячами в минуту. Надо думать, что добиться больших скоростей в двигателях с прямолинейновозвратным движением вообще невозможно без снижения срока их службы. А долговечность этих двигателей и так очень невелика.

Движение поршня в цилиндре происходит попеременно, взад и вперед, от одного крайнего положения до другого. При каждой перемене направления в конце хода, когда скорость меняет свое направление, обращаясь в нуль при мгновенной остановке поршня, величина ускорения будет наибольшей, а с ней вместе достигает максимума и сила инерции. Если число ходов поршня в минуту будет значительным — скажем, более трехсот, — то силы инерции достигнут очень больших величин. Действуя несколько сот раз в минуту вправо и влево поочередно, силы инерции расшатывают движущие части машины и даже ее раму. По мере износа и истирания частей в промежутках образуются зазоры. Истершаяся, расшатавшаяся машина становится ненадежной, небезопасной и выбрасывается в лом. Таким образом, наличие прямолинейновозвратного движения в машине обращается в неустранимое препятствие для ее быстроходности.

Самым простым и удобным движением является не прямолинейно-возвратное, а вращательное вокруг неподвижной оси, не изменяющей своего положения. При таком движении возможно достигнуть того, что вследствие самого движения не будет проявляться никаких вредных сил инерции. Нужно только самым точным образом уравновесить вращающиеся части, сбалансировать их, как выражаются техники. Ничтожное повышение веса в какой-нибудь части колеса при вращении его со скоростью нескольких десятков тысяч оборотов в минуту приведет к развитию таких сил инерции, что неточно сбалансированное колесо разлетится на куски.

Тихоходные двигатели с непосредственным вращательным движением были известны человечеству испокон веков. Подобными двигателями являются водяные и ветряные колеса.

Даровой энергией воды и ветра пользоваться, конечно, выгодно. Конструкция водяных и ветряных колес очень проста. Действующие модели их может построить каждый смышленый ребенок. Беда только в том, что работают эти двигатели не там, где нужно человеку, а там, где есть река; и не тогда, когда человеку нужно, а тогда, когда есть ветер.

Творческой фантазии человека не под силу найти средство, чтобы заставить ветер дуть на железное колесо с надлежащей силой и постоянством. Вид мельницы, окруженной заказчиками, стоящей неподвижно из-за безветрия, скорее внушает мысль об искусственном ветре. Таким искусственным ветром является струя водяного пара. Она извергается из котла даже при невысоком давлении с огромной скоростью. Уже при пяти атмосферах первоначального давления пар вытекает из сосуда, в котором он заключен, со скоростью 500 метров в секунду, в то время как скорость ветра даже при урагане не превышает 40 метров в секунду. Пар давлением в десять атмосфер направляется в конденсатор со скоростью, вдвое превышающей скорость пули, выпущенной из современной винтовки. Скорость перегретого пара еще значительнее.

Мысль об использовании кинетической энергии пара для получения вращательного движения возникла до того, как были накоплены теоретические знания о свойствах пара.

Любители техники строили такие машины в виде игрушек для собственного развлечения раньше того, как паром начали заниматься Папен, Севери, Ньюкомен, Ползунов, Уатт.

Уже в одном из древнейших трудов, затрагивающих вопросы механики, именно в труде Герона Александрийского — а он жил две тысячи лет назад, — описан прибор, называемый эолипилом. Он состоит из пустого шара с двумя трубками, загнутыми по направлению движения шара. Осью, на которой помещается шар, служат трубки, соединенные с котлом, где кипит вода. По этим осевым трубкам пар наполняет шар и, вытекая на воздух из загнутых трубок, приводит его во вращательное движение. Шар вращается благодаря действию реактивной силы выходящей струи пара. Это все та же реактивная сила, которая заставляла двигаться и повозку Ньюкомена, построенную им в подтверждение открытого закона — всякое действие равно противодействию и противоположно ему по направлению.

Давление пара в шаре уравновешивается стенками шара всюду, кроме отверстий трубок, через которые пар выходит наружу. Если бы отверстий не было, давление во все стороны было бы одинаково, и шар оставался бы неподвижным. Но давление на всю площадь шара изнутри, конечно, во много раз превышает давление на площадь отверстий, где оно не уравновешено. Избыток давления и заставляет шар вращаться.

Эолипил Герона представляет собой простейшую форму реактивной паровой турбины.

Другой прибор, в котором работа производилась за счет кинетической энергии пара, известен под названием машины Бранка. Она описана в труде Джованни Бранка, вышедшем в Риме в 1629 году. Машина Бранка состоит из парового котла, крышкой которому служит бюст человека с тонкой трубкой во рту. Вырывающийся из трубки пар направляется на лопатки горизонтального колеса с ячейками. Прямодействующая струя пара вращает это колесо со значительной скоростью.

Машина Бранка представляет собой простейший вид активной паровой турбины.

По этим двум старинным моделям изобретатели и техники, даже не имея никаких теоретических знаний, могли видеть, что скорость пара можно использовать для получения вращательного движения двояко: или действуя струей пара на колесо, или заставляя пар вытекать из колеса. Герои и Бранк не только указывали, каким путем можно обратить кинетическую энергию пара в механическую работу, но и предлагали опытные конструкции таких машин.

Тем не менее в продолжение многих лет машины Герона и Бранка оставались только моделями и игрушками. Вероятно, благодаря тому, что на эти модели все смотрели как на игрушки, и существовало мнение, упорное, хотя и неправильное, что скорость пара нельзя превратить в работу, нельзя получить на колесе сколько-нибудь прочное мощное движение.

Это, наверное, единственный случай в истории техники, когда отлично выполненные и хорошо действовавшие модели увели людей в сторону от правильного пути, а не привели к нему. Впрочем, виновато здесь не только влияние установившегося мнения, но и отсутствие теоретических познаний.

Большое значение могло иметь и другое обстоятельство. До поры до времени паровой двигатель удовлетворял промышленность, и никто не требовал лучшего. Но, как только пришло время и хозяйство стало ощущать нужду в быстроходном двигателе, взоры конструкторов обратились к старым двигателям с непосредственным вращательным движением, к моделям Герона и Бранка. Добавим, что к этому времени налицо были и научные знания о свойствах пара, и техническая возможность строить быстроходные машины.

Попыток создать турбину, главным образом реактивную, было немало, но турбостроение до Лаваля не могло справиться с огромными трудностями конструктивного характера. Трудности рождала как раз быстроходность этих машин.

Мысль об использовании скорости пара для получения вращательного движения с большим числом оборотов появилась у Лаваля действительно еще в 1876 году, во время его пребывания в Клостере. Как-то он производил опыты с пескоструйным аппаратом, из которого струя пара выбрасывала с большой силой измельченный песок. Аппарат употреблялся на заводе для очистки чугунных отливок. Лаваль надумал применить этот аппарат для бурения горных пород, придав выбрасываемой аппаратом струе вращательное движение. Он сделал винтообразный наконечник, который и насадил на трубку аппарата, выбрасывающую струю. К его великому удивлению, этот наконечник сам стал вращаться. Сначала Лаваль ничего не понял, проделал опыт несколько раз и вдруг догадался, что выходящая из насадки струя пара реактивной силой своей вращает его.

Тогда-то он и вспомнил о забытой всеми кинетической энергии пара и подумал о возможности использования скорости пара для создания быстроходных двигателей с вращательным движением.

Практически этой идеей он прежде всего воспользовался для того, чтобы вращать сепаратор.

В апреле 1883 года Лаваль взял патент на свою «турбину, работающую паром или водой», и вслед за тем построил турбинный сепаратор.

Турбина эта представляла собой S-образное колесо, состоящее из двух изогнутых труб. Колесо было насажено на ось сепаратора. Пар давлением до четырех атмосфер, вытекая из труб, реактивным действием струи вращал колесо.

Лаваль не придавал слишком большого значения этой своей работе и, демонстрируя турбинный сепаратор друзьям, сказал:

— Достоинство этой турбины — ее простота!

Но этого достоинства оказалось недостаточно для успеха. Турбина расходовала очень много пара.

Продолжая разрабатывать конструкцию турбины, Лаваль построил другое турбинное колесо. Оно состояло из прямых труб с конусообразными выходными насадками и с подводом пара через пустотелую ось. Но и с этим колесом сепараторы не имели практического успеха. Однако во время опытов с новым колесом молодой инженер сделал открытие, что конические насадки чрезвычайно повышают скорость пара. Благодаря разности давлений в начале и конце насадок потенциальная энергия пара вся сразу превращалась здесь в кинетическую энергию.

Воспользовавшись этим открытием, Лаваль решил построить активную турбину вроде машины Бранка, но пар направить на колесо из такой расширяющейся к концу трубки, получившей в технике название «сопло Лаваля».

Теперь уже речь шла не только о двигателе для сепаратора — Лаваль это отлично понимал. Перед ним стоял призрак нового универсального быстроходного двигателя, которого требовала прежде всего электротехника.

Материальные условия для развития деятельности Лаваля были в это время очень благоприятны. Человек скромных потребностей, интересовавшийся лишь тем, что имело непосредственное отношение к технике, он тратил все свои огромные средства только на оборудование мастерских и на производство опытов.

К моменту возникновения идеи турбины Лаваль имел прекрасную лабораторию и мастерские. У него работал штат инженеров и техников. Целый квартал между Пильгатаном и озером Мелар принадлежал Лавалю. Здесь находились мастерские и лаборатории, где производились самые разнообразные опыты и испытывались всевозможные модели, начиная от ветряных двигателей и кончая ацетиленовыми лампами.

Взяв в начале 1889 года патент на применение расширяющегося сопла к турбине, Лаваль перешел к решению всей проблемы. Этому предшествовали опыты в мастерских. Задача заключалась в том, чтобы превратить скорость пара в механическую работу колеса с одним рядом лопаток на нем.

Задача эта, легкая на первый взгляд, в действительности оказалась чрезвычайно трудной. Надо было обладать энергией, изобретательностью и смелостью Лаваля, чтобы преодолеть все трудности, стоявшие перед ним, несмотря на кажущуюся простоту и легкость конструкции. Технические трудности происходили из-за огромной скорости вращения колеса под действием струи пара: оно делало свыше тридцати тысяч оборотов в минуту. При такой скорости вращения колесо должно было быть не только очень прочным, но и математически точно уравновешенным во всех своих частях.

Возбужденный, небритый, нечесаный, питаясь одним черным кофе, Лаваль то просиживал целые ночи за письменным столом, то безвыходно, с медвежьим упрямством, трудился в мастерских. Иногда он бродил как помешанный, с пустыми глазами, по дому, снова садился за стол и считал и чертил, вновь пересчитывал и вновь перечерчивал.

Применять для турбинного колеса обыкновенный жесткий, мощный вал оказывалось невозможным: при опытах с такими валами машина начинала дрожать, вал изгибался, и немыслимо было добиться какой-нибудь надежности в работе. Опыты происходили в самых разнообразных условиях и не привели ни к чему. Надо было что-то изменить в самом корне, и Лаваль продолжал метаться по дому и мастерским в поисках выхода.

И, как это часто бывает в трудных положениях, выход был найден совсем не там, где искало его привычное мышление. Задача решалась не жесткостью, мощностью и прочностью системы, к чему стремился Лаваль сначала, а наоборот — ее чрезвычайной гибкостью и податливостью. Лаваль решил попробовать тонкий длинный, гибкий вал, так чтобы вся система при огромной скорости вращения уравновешивалась сама собой. Идея была очень смелой. Она противоречила привычному взгляду на вещи. Для людей, опиравшихся на грубый повседневный опыт, казалось бесплодным конструировать машину такого рода, и только уважение к изобретателю останавливало их от того, чтобы не сказать ему: «Ваши большие скорости неосуществимы, и надо все бросить, дорогой Густав! Существует критическая скорость в пять-шесть тысяч оборотов, за которой следует катастрофа».

Лаваль произвел предварительный опыт с камышовым стеблем, на который был насажен деревянный диск. Опыт принес Лавалю открытие. Стебель с диском стали вращать на станке, увеличивая скорость. Подходя к критической скорости, стебель дрожал, изгибался, вибрировал, но, к величайшему удивлению присутствующих, перейдя критическую скорость, камышовый вал перестал вибрировать, и вся система успокоилась. Испытанный вслед за тем деревянный негнущийся вал, дойдя до критической скорости, стал трещать и выбыл из строя.

Лаваль производит опыт с камышовым стеблем, на который насажен деревянный диск.

17 февраля 1889 года Лаваль отметил в своей записной книжке:

«Опыт с камышом удался».

Теперь, когда решена была труднейшая часть задачи, легче было решить и остальные ее части. Математика пригодилась изобретателю при расчете диска равного сопротивления для турбинного колеса. Как металлург он нашел специальные материалы для изготовления дисков и лопаток, а также и зубчатой передачи. Зубчатая передача снижала число оборотов турбинного колеса до нужного динамо-машине.

В 1890 году Лаваль выпустил на рынок свои первые турбины, соединенные с динамо-машинами. Широкая техническая общественность познакомилась с ними, однако, позднее — только в 1893 году, на Всемирной выставке в Чикаго. За это время Лаваль внес много усовершенствований в конструкцию и, в частности, взял патент на применение к паровой турбине конденсатора. В турбине, где возможно устроить широкое сообщение с конденсатором и не надо прибегать к клапанам, как в паровом двигателе, имеется возможность использовать очень глубокий вакуум. Применение конденсатора у турбины сразу же повысило коэффициент ее полезного действия.

Внеся все эти усовершенствования, Лаваль перешел к постройке более мощных турбин. Они стали применяться не только для вращения динамо-машин. Их использовали и как обычные двигатели.

Это были активные, одноступенчатые турбины. К турбинному колесу, сидящему на тонкой горизонтальной оси, пар подводился по нескольким, установленным под острым углом к плоскости колеса соплам с коническим расширением на конце. Число сопел зависело от мощности турбины и давления пара. Они прикреплялись к закрытой кольцеобразной трубе, присоединенной к главному паропроводу.

Колеса турбин состояли из двух крепких стальных дисков, между которыми были укреплены отдельные лопатки. Диаметр колеса в турбинах мощностью в 100 лошадиных сил не превышал полуметра. Турбинное колесо помещалось на тонком длинном валу. Так, у двадцатисильной турбины толщина вала равнялась всего только 12–13 миллиметрам. Этот гибкий вал при вращении сам по себе приходил в строго центральное положение, которое и удерживал при любой скорости. Чтобы вибрация системы при переходе через критическую скорость не привела к аварии, Лаваль окружил вал «ограничительными кольцами».

Число оборотов колеса достигало тринадцати тысяч в минуту. Посредством зубчатой передачи скорость уменьшалась в десять — тридцать раз на валу, который соединялся с рабочей машиной. Забавно, что размеры зубчатой передачи во много раз превышали размеры турбинного колеса и придавали турбине довольно странный вид.

Коэффициент полезного действия турбин Лаваля оказался очень значительным, и при высоких давлениях пара он еще более повышался. Простота конструкции турбин, их обслуживания и установки по сравнению с поршневыми паровыми машинами обеспечивала новому двигателю распространение.

Как только выяснились преимущества новых двигателей, к постройке турбин по лицензиям Лаваля приступили машиностроительные заводы Германии и Франции. В Стокгольме было организовано «Акционерное общество паровых турбин Лаваля», построившее большой турбостроительный завод.

Сам изобретатель немедленно перешел к опытам с паром очень высокого давления, явившимся продолжением его работ над повышением экономичности турбин. Эти эксперименты закончились появлением на Стокгольмской выставке 1897 года сконструированного Лавалем первого котла высокого давления пара с автоматическим регулированием.

Именно здесь более чем где-либо проявился во всем блеске гений шведского изобретателя. В своих идеях Лаваль шел впереди современников. Он предвидел пути развития техники на полвека вперед и угадывал их направление. Только в 20-х годах нашего века произошел повсеместно переворот в области техники паровых котлов, более решительный, чем все предыдущие, на основе выдвинутой Лавалем идеи применения высоких давлений пара.

Правда, и ранее находились смельчаки, пытавшиеся применять такой пар. Так, немецкий инженер Альбан еще в середине прошлого века сконструировал котел с давлением пара в сорок атмосфер. Но при практическом его выполнении он потерпел неудачу, и мысль о применении пара таких высоких давлений была оставлена надолго. Только в 1921 году появился работоспособный котел Шмидта с давлением пара в шестьдесят атмосфер.

Таким образом, у Лаваля, в сущности говоря, не было предшественников в этой области и, во всяком случае, не было накопленного технического опыта. Между тем Лаваль с присущей ему смелостью решил сразу перейти от применявшихся в его время на практике давлений в десять атмосфер к давлениям в сто десять и даже двести двадцать атмосфер, практически достигнутых лишь в настоящее время. Он сделал колоссальный скачок вперед, и сделал его в правильном направлении, как это показало дальнейшее развитие вопроса, стоящего и сегодня в центре внимания паровой техники.

Лавалевский паровой котел, выставленный в Стокгольме, вместе с обслуживавшимся им турбогенератором, дававшим ток для освещения выставки, представлял собой единственную в своем роде установку, являющуюся прототипом самых больших и экономичных современных установок.

Этот котел, высотой около трех метров, состоял из одной длинной спиральной трубки небольшого сечения, свернутой во множество витков, обогреваемых газами из топки. Вода накачивалась насосом с одного конца змеевика, а пар отбирался с другого его конца. Установка представляла собой органическое целое. Топливо и питательная вода подавались автоматически, так же автоматически регулировалось давление пара при входе в турбину. Давление пара в этом первом в мире прямоточном котле высокого давления держалось на уровне 120 атмосфер.

Турбина, выставленная в Стокгольме, отличалась от прежних турбин тем, что имела два ряда лопаток. Это был новый тип турбины, с двумя ступенями скорости. Отработавший в первом ряду лопаток пар направлялся на второй, сидящий на том же диске. Таким образом, его энергия использовалась на двух рядах лопаток, благодаря чему вдвое уменьшалась скорость колеса. Ступени скорости позволили снизить в самой турбине число оборотов до тринадцати тысяч в минуту. Турбина вращала динамо-машину и приводила в действие автоматические устройства котла. Отработавший в турбине пар шел в конденсатор. Вся установка занимала площадь в 20 квадратных метров и отличалась компактностью, изяществом и простотой.

Котел работал, к полному удовольствию устроителей, но по ночам Лавалю частенько приходилось возиться с починкой змеевика, который не выдерживал длительной эксплуатации из-за несовершенства примененного материала. Лаваль понимал, конечно, что для практического успеха котла понадобится еще немало времени, труда, опытов и терпения, но заниматься им он уже больше не мог.

Этот человек, очень мало заботившийся о своем деловом достоинстве, без сомнений и колебаний отдававшийся во власть бесчисленного множества охватывавших его идей, предоставлял другим доделывать то, что он начинал. Сам он спешил идти дальше, к разрешению новых задач.

Живая фантазия изобретателя охватывала все области техники и науки. В различные периоды своей жизни он интересовался самолетами и извлечением золота из морской воды, сепарированием газов и ферросплавами; он конструировал доильные машины и электрические печи для выплавки чугуна, построил воздухообволакиваемое судно и установку для обезвоживания торфа. Он занимался, множеством других вещей, о чем говорят заметки в его записных книжках и сломанные модели в пыльных складах мастерских на Пильгатане. Но ни одно из его предприятий не было, в сущности, доведено до окончательного практического успеха.

Этот год от году толстевший добродушный, веселый, проворный человек, теперь внешне походивший на пастора, при всех достоинствах имел в глазах предпринимателей один поистине все убивающий недостаток: он совершенно не умел устраивать свои материальные дела и все чаще и чаще стоял на краю банкротства.

Когда ему советовали сократить расходы на опыты, он резко отвечал:

— Мои эксперименты стоят тех средств, которые я на них трачу!

На эту самоуверенность Лаваль, конечно, имел право. Турбина Лаваля, правда, оказалась сама по себе неспособной к дальнейшему развитию и скоро была вытеснена из крупной промышленности турбинами других систем. Но только благодаря практическому разрешению Лавалем основных вопросов турбостроения оно достигло теперь своего блестящего развития. Десятки ученых разрабатывали в технической литературе вопросы о расширяющемся сопле Лаваля, о гибкой оси его турбин, о форме дисков. Эти исследования повели к созданию метода расчетов отдельных частей турбин и положили начало созданию теории паровой турбины.

Такое же следствие имели другие работы Лаваля как в области паровой техники, так и в области электрометаллургии. Но беспрерывно возникавшие для эксплуатации новых изобретений Лаваля акционерные общества неизменно лопались, а сам Лаваль получил репутацию дельца, на ранней поре своей жизни имевшего однажды случайный успех, развитый его компаньонами, а затем обнаружившего всю свою несостоятельность.

В то время как Лаваль, вспоминая свою молодость, снова рассчитывал, можно ли ему взять извозчика или придется идти пешком, выросшее из организованного им товарищества акционерное общество «Сепаратор» скупало за бесценок развалины заводов «Лактатор», производивших доильные машины Лаваля, и начинало производство собственных доильных машин.

В то время как Лаваль закрывал свои мастерские и распускал штат инженеров, «Акционерное общество паровых турбин Лаваля», выросшее из собственного турбостроительного завода Лаваля, переходило на строительство многоступенчатых турбин и распространяло свою деятельность на всю Европу.

На базе акционерного общества «Электросила Трольхеттан», организованного Лавалем для эксплуатации водопровода, решением королевского суда отнятого у общества, выросла правительственная гидростанция, являющаяся крупнейшей теперь в Швеции.

Даже капиталистические дельцы и воротилы, руководившие обществами, выросшими из лавалевских предприятий, были смущены тем, что ко дню двадцатипятилетнего существования «Сепаратора» у Лаваля не оказалось ни одной акции общества. А при основании его он имел половину всех паев. Этот случай ярко и отчетливо характеризует положение изобретателя в том самом капиталистическом хозяйстве, которое эксплуатировало его гений. Правление «Сепаратора» назначило Лавалю пожизненную пенсию, но пенсия не могла уже устроить его дел, обеспечить существование лабораторий и мастерских, производство экспериментов.

К тому же, хотя беспокойное воображение Лаваля по-прежнему перерабатывало тысячи разнообразных идей, физические силы оставляли изобретателя и приступы усталости охватывали его все чаще и чаще.

Дело заключалось не только в переутомлении и приближающейся старости, не только в неудачах последних лет и материальных затруднениях: Лаваль был тяжело болен, сам того не замечая.

За всю свою жизнь он, кажется, всего только однажды имел дело с врачами, после того как во время аварии сепаратора его с окровавленной рукой отправили в больницу. От природы наделенный прекрасным здоровьем, закаленный в суровой Далекарлии, много времени уделявший лыжному спорту, Лаваль и не нуждался в медиках. Ему, пожалуй, никогда и в голову не приходило, что он может стать жертвой какой-нибудь жестокой болезни. Он долго высмеивал советы жены обратиться к врачам по поводу своего странного состояния.

— Если бы они могли прописать мне вместо порошков и пилюль сто тысяч крон, — говорил он, — то я, наверное, почувствовал бы себя лучше. Микстура же мне никак не может помочь.

Однако в конце концов врачи явились, обследовали больного и определили у него наличие раковой опухоли в кишечнике. Диагноз произвел ошеломляющее впечатление на окружающих, но не на больного. Смеясь над грустным заключением врачей и над испугом жены, Лаваль в январе 1913 года уехал в Англию. Он повез туда свою последнюю работу: модель новой доильной машины, представлявшей собой остроумный, удобный аппарат, который быстро и легко раскрывался, устанавливался и затем так же легко складывался после работы. На родине эта машина не вызывала ни у кого доверия, так как самая идея ее уже была скомпрометирована прежней неудачей Лаваля.

В это время предвоенный хозяйственный подъем мирового капиталистического хозяйства давал возможность капиталистам вкладывать в промышленность огромные средства, но Лаваль уже не мог использовать благоприятное положение. Невероятные физические страдания заставили его вернуться домой.

На этот раз он сам уже обратился за помощью к медикам и согласился на операцию. Его немедленно перевезли в больницу. Через два дня, измученный болью и призраком смерти, он лег на операционный стол. Питавший всегда отвращение ко всяким наркотикам, теперь он с удовольствием вдыхал сладкий запах хлороформа, избавлявший его от страданий и мучительных мыслей.

Операцию сделали, но без всякой надежды на успех.

Лежа на белой холодной койке под пустым потолком, Лаваль понял, что жизнь окончена. Когда Тюко Робсам, старый сотрудник и друг, навестил его в пустынной, тихой больничной палате, Лаваль, пожимая ему руку, сказал с горечью:

— Было бы все-таки трагично, если бы я умер именно теперь, когда у меня все готово, все ясно и успех обезвоживания торфа обеспечен…

Светлая вера в свой гений осталась в нем непоколебленной до последней минуты сознания. Ночью 2 февраля 1913 года Лаваль умер.

Появившиеся во множестве некрологи, статьи и воспоминания были попытками наскоро оценить заслуги Лаваля как изобретателя и инженера, как вдохновителя шведской промышленности в период ее расцвета. Однако никто еще не дал полной истории жизни и деятельности этого изумительного мастера техники.

Тень практических неудач, решающих в капиталистическом обществе судьбу человека, застилает от его соотечественников величественные черты гения, сквозившие в каждой работе Лаваля.

Совершенно другую судьбу имел создатель реактивной турбины Чарлз Парсонс.

 

2. Реактивная паровая турбина

Парсонс

Чарлз Парсонс родился и вырос в одной из самых аристократических семей Англии. Он был прямым, хотя и очень далеким потомком Эдуарда III, короля английского, пятьдесят лет истощавшего страну войнами с Шотландией и Францией.

Однако его отец, Вильямс Парсонс, лорд Росс, получивший мировую известность, стяжал свою славу совсем не в качестве потомка короля. Он был ученый, оптик и астроном, председатель Королевского общества. В своем имении Бирр-Кастле, в Ирландии, где вырос Чарлз Парсонс, лорд Росс устроил обсерваторию, для которой сам изготовил инструменты. Его знаменитый гигантский рефлектор «Левиафан» долгое время был величайшим в мире.

С этим телескопом Вильямс Парсонс сделал немало открытий, наблюдая туманности.

Бирр-Кастл охотно посещался передовыми научными деятелями того времени благодаря радушию, гостеприимству, уму хозяина. Научная атмосфера, созданная строгим распорядком в занятиях и постоянным присутствием выдающихся ученых, окружала Чарлза Парсонса с самого начала его жизни и, несомненно, имела огромное значение в развитии его вкусов, взглядов и настроений.

Чарлз был последним сыном лорда Росса. Он родился в Лондоне 13 июня 1854 года, куда на время парламентских сессий выезжал из своего имения лорд Росс со всей семьей.

Это были годы войны, известной у нас под названием «Крымской кампании», явившейся следствием торгового соперничества между Россией и Англией на Ближнем Востоке. Лорд Росс горячо интересовался крымскими событиями, где объединенная армия европейских держав осаждала Севастополь. Накануне рождения своего младшего сына он писал начальнику инженерных войск Англии:

«Я мечтаю о создании такого защищенного стальною бронею и недоступного для вражеских снарядов судна, которое могло бы при быстром ходе непосредственно врезаться в неприятельский корабль и топить его. Для продвижения такого судна, я думаю, будет достаточно машины в триста лошадиных сил…»

Конечно, ему не приходила в голову мысль о том, что через тридцать лет его еще не родившийся сын положит начало строительству военных судов с небывалой скоростью хода. Лорд Росс, впрочем, сделал все, что мог, для воспитания своих детей, предопределяя для них в будущем карьеру ученых-инженеров.

Маленький Чарли, голубоглазый, рыжеватый мальчик, застенчивый и скромный, не обнаруживал тогда никаких особенных способностей. Он проводил время в парке со своими братьями и сестрами, ловил рыбу в пруду, на котором стояло водяное колесо, приводившее в движение станки отцовских мастерских. Больше всего детей привлекал тот угол парка, где находился знаменитый телескоп, главным образом потому, что им не запрещали бегать и играть на лесенках его огромной трубы. Однако Чарли и Клер, его брат, очень рано стали обнаруживать особенный интерес ко всякого рода техническим экспериментам. Впрочем, в этом не было ничего удивительного, так как в рабочем дне Бирр-Кастля, начинавшемся уроками в половине восьмого утра и продолжавшемся до половины седьмого вечера, с перерывами на обед и завтрак, стояли на первом месте вопросы физики, математики, естествознания.

Чарли постоянно возился в маленькой мастерской, сооружая самые разнообразные машины.

Характер занятий, которые учителя вели с детьми по указаниям самого лорда Росса, обострили интерес Чарли и его брата к технике и машинам. Роберт Болл, один из учителей, оставил воспоминания о своем ученике. Он рассказывает:

«Чарли постоянно возился в маленькой мастерской, сооружая самые разнообразные машины. Я помню две его изобретательские затеи. Одна из них представляла собой рупор, усиливающий звук, а другая — аппарат для измерения глубины, который был с успехом потом применен на яхте его отца. В этом изобретенном Чарли аппарате глубина устанавливалась путем измерения давления в барометрической трубке, то есть был применен принцип, лежащий в основе аппарата лорда Кельвина, так хорошо известного в настоящее время… Затем, с помощью брата, будущий изобретатель паровой турбины построил также паровую машину. Я помню восторг, с каким братья шлифовали стекло телескопа на станке, работавшем от паровой машины их собственного изготовления».

Надо прибавить, что спустя три года Чарли с братом сконструировали к этой машине коническую шестерню и коробку передач. В это время Чарли было тринадцать лет, а Клеру — шестнадцать.

«Я всегда чувствовал, — заканчивая свои воспоминания, говорит Роберт Болл, — глубокое удовлетворение при мысли, что впервые обогащал основами алгебры и геометрии мозг человека, революционизировавшего применение пара изобретением паровой турбины. Казалось, что богатая одаренность отца в лице его младшего сына возрастает до блестящего машиностроительного гения».

Лорд Росс не увидел результатов своей системы воспитания детей: он умер, когда Чарли исполнилось тринадцать лет. Некоторое время в замке все оставалось по-прежнему, но затем младшие дети были отправлены в столицу Ирландии для продолжения образования в дублинском колледже. Колледж напоминал собой скорее семинарию, нежели светскую школу, и Чарли поторопился перебраться в Кембриджский университет. К большому счастью Парсонса, пребывание его здесь совпало с переломом в системе и методах преподавания. Один за другим английские университеты начали переходить от изучения философии и богословия к изучению естественных наук. Как раз в год поступления Парсонса в Кембридже начали читаться лекции по прикладной механике, хотя еще и не в качестве обязательного предмета. В числе первых студентов, начавших добровольно слушать новый курс, был и Парсонс.

Старые товарищи по колледжу, вспоминая впоследствии о жизни в Кембридже, утверждают, что в те годы рыжеволосый, голубоглазый Чарли, очень скромный и застенчивый юноша, ничем не выделялся из среды своих товарищей и не обнаруживал особенных способностей к математическим наукам. Большую, чем школьные успехи, известность Парсонсу создал спортивный клуб, членом которого он состоял. Однако ни увлечение водным спортом, ни шумная студенческая жизнь не могли отвлечь юношу от его любимых занятий в лабораториях.

Окончив университет, Парсонс решил продолжать свое образование на производственной работе. Для этого он поступил учеником на машиностроительный завод Армстронга — огромное предприятие, во главе которого стоял Вильям Армстронг, видный инженер, изобретатель гидравлического подъемного крана и гидравлического аккумулятора.

В течение четырех лет Парсонс работал под руководством Армстронга, предоставлявшего полный простор изобретательским склонностям своего ученика. Тут же, на заводе, был построен по проекту Парсонса так называемый «ротативный» паровой двигатель, то есть двигатель с непосредственным вращательным движением. Как и многие попытки такого рода, он не имел практического успеха. Главное внимание Парсонс уделял опытам с торпедами, движущимися реактивной силой газов. В этих опытах принимал участие другой ученик Армстронга — Вильям Кросс. Опыты настолько увлекли обоих, что, когда Кросс получил место директора паровозостроительного завода в Лидсе, Парсонс отправился вместе с ним, несмотря на свою привязанность к Армстронгу. Впрочем, Армстронг считал учение законченным и выдал Парсонсу блестящую аттестацию как инженеру и конструктору высшей квалификации.

Дальнейшие опыты с торпедами не привели к практическому результату. Работа над ротативным двигателем и опыты с торпедами объединили мысли изобретателя на идее создания быстроходного двигателя с непосредственным вращательным движением. То были годы, когда вопросы электротехники начинали все более и более занимать не только изобретателей, но и промышленников. Электрический ток открывал новые, очень широкие перспективы.

Между тем дальнейшее развитие электротехники упиралось в отсутствие специального двигателя для генераторов электрического тока, двигателя с большим числом оборотов, каким прежде всего могла быть паровая турбина. На этой проблеме и остановился молодой инженер.

Парсонс предположил, что для успеха следует распределить давление пара между рядом паровых турбин. Результат, получаемый в каждой из них, будет приблизительно одинаков с результатом, получаемым в турбине, где применяется несжимаемая жидкость, например вода. Таким образом, ряд этих простых турбин даст суммарный коэффициент полезного действия, равный приблизительно коэффициенту полезного действия водяной турбины Фурнейрона.

Именно это распределение падения пара на ряд простых турбин, помещенных на одном валу, Парсонс и считал своим изобретением, на которое им был взят патент в апреле 1884 года. За год до этого взял английский патент на турбину, «работающую паром или водой», Лаваль. Работы обоих изобретателей, таким образом, протекали одновременно, но совершенно независимо друг от друга и шли противоположными путями.

Не имея в своем распоряжении мастерских, где можно было построить новую машину, требующую большой точности в обработке деталей, Парсонс вступил младшим компаньоном в фирму «Кларк, Чапман и К°». Фирма располагала хорошим машиностроительным заводом в Гетсхеде, близ Ньюкестля на Тайне, и намеревалась создать у себя электротехнический отдел. Во главе этого отдела и стал новый компаньон.

Первое время условия работы Парсонса были очень благоприятны, и уже к концу года он построил свою турбину. Конструкция ее свидетельствовала об огромной изобретательности автора. Это была машина мощностью в 4 киловатта, а считая в обычных единицах мощности, первая турбина Парсонса имела мощность в 5 лошадиных сил.

Эта турбина состояла из ряда помещенных на одном валу венцов лопаток особой конструкции. Между этими вращающимися с валом венцами лопаток помещались ряды неподвижных лопаток, укрепленных в кожухе турбины.

Они имели такую же конструкцию, как и рабочие, но загнуты были в обратную сторону. Эти так называемые «реактивные лопатки» и составляли основное изобретение Парсонса.

Реактивные лопатки имеют такую форму, что пространства между лопаточными каналами образуют как бы насаженные на вал сопла, из которых выходит пар. Работая в лопатках, пар заставляет вращаться вал с венцами, называемый ротором турбины. Лопатки неподвижных венцов, проходящих между рядами рабочих лопаток, служат для того, чтобы направлять пар. Выходя из них, пар расширяется, а давление его несколько падает.

Первая турбина Парсонса, непосредственно соединенная с динамо-машиной, работала паром при давлении в семь атмосфер. Благодаря разложению давления на ряд ступеней она делала всего лишь восемнадцать тысяч оборотов в минуту — вдвое меньше, чем у Лаваля. Парсонсу, таким образом, не пришлось устраивать сложную передачу, снижающую число оборотов. В те времена мало что знали о работе динамо-машин: только два года спустя профессор Хопкинсон дал обоснованную теорию динамо-машины и установил, что наивыгоднейшая скорость ее вращения будет три тысячи оборотов в минуту. Поэтому непосредственное соединение быстроходного двигателя, каким явилась турбина Парсонса, с такой же быстроходной динамо-машиной, сконструированной им же, при тогдашнем уровне знаний рассматривалось как величайшее изобретение, где и турбина и динамо-машина вызывали равное восхищение.

Турбогенератор Парсонса специалистами был оценен очень высоко. Знаменитый физик Вильям Томсон, позднее получивший имя лорда Кельвина, отозвался о турбине Парсонса как о замечательном изобретении. Впоследствии этот отзыв сослужил Парсонсу плохую службу, но пока он побудил изобретателя с новой энергией заниматься усовершенствованием своей машины, которой лорд Кельвин предсказывал великое будущее.

Парсонс не спешил с выпуском на рынок своей турбины. Он начал подвергать ее многочисленным испытаниям для выяснения необходимых изменений в конструкции. Отныне единственной и все себе подчиняющей целью его жизни и деятельности было превращение этой турбины в двигатель, которого требовала промышленность.

Для достижения этой цели Парсонс имел все данные: он был молод, настойчив, терпелив; он обладал знаниями и не переставал никогда учиться; он был спокоен и счастлив в своей семье; наконец, он был материально обеспечен и совершенно независим.

Дуглас Кларк, адвокат, конструктор двухтактного двигателя внутреннего сгорания и специалист по патентным делам, перевидавший на своем веку немало изобретателей, свидетельствует, что такого, как у Парсонса, глубокого знания машины и совершающихся в ней процессов работы он не встречал ни у кого. Даже он, осведомленный в вопросах машиностроения человек, не мог до конца разобраться в подробностях процессов, о которых ему толковал Парсонс, для описания их в патентах.

Не имея возможности иногда лично выслушивать клиента, он дал однажды такой совет своему помощнику:

— Когда к вам придет сэр Чарлз для переговоров о новом его патенте, то вы усадите его в кресло и предоставьте ему говорить. Первую четверть часа вы ничего не будете понимать, но вы не перебивайте его. Вторую четверть часа в вашей голове едва ли станет светлее, но если вам удастся что-нибудь понять, то вы скажете: «Сэр, прежде чем идти дальше, позвольте спросить, так ли я вас понял?» И напишите ему на бумаге то, что вы поняли. Он прочтет, поморщится и скажет: «Да, но позвольте, уж я лучше сам напишу». Тогда вы дайте ему бумагу и предоставьте писать что угодно, любезно заметив при этом: «Если вы находите нужным что-нибудь добавить, то пожалуйста. Я подожду!» Таким образом, вам, вероятно, удастся получить патентное описание…

При напряженной работе, которую вел Парсонс над усовершенствованием турбины, число патентов было очень значительно. Однако господам Кларку и Чапману совсем не нравилась щепетильность компаньона в работе над своим детищем, требовавшая средств на эксперименты и задерживавшая выпуск машины на рынок. На этой почве между компаньонами и произошло столкновение, очень поучительное и характерное для капиталистического хозяйства с его невероятными противоречиями.

Вступая в компанию с Кларком и Чапманом, Парсонс никак не думал о том, что интересы его и его компаньонов могут где-нибудь столкнуться. Он подписал с легким сердцем договор, выработанный ими, радуясь возможности работать над осуществлением своей идеи в прекрасно оборудованных мастерских фирмы.

По этому договору он внес двадцать тысяч фунтов стерлингов и участвовал в прибылях от всего предприятия в равной доле с компаньонами. Этот капитал, составлявший значительную долю доставшегося ему после отца наследства, Парсонс считал помещенным очень хорошо. По договору, он как член фирмы предоставлял фирме право эксплуатации своих изобретений. Соответственно с этим пунктом договора патенты Парсонса записывались на имя всех компаньонов вместе. Договор предусматривал возможность выхода Парсонса из фирмы. В этом случае фирма возвращала ему целиком внесенные деньги, а патенты он должен был выкупить от нее за семь восьмых их действительной стоимости.

Дела электротехнического отдела, которым руководил Парсонс, шли очень хорошо. Но Кларк и Чапман находили, что их молодой компаньон больше занят своими опытами, чем прибылями, и считали, что эксперименты стоят слишком дорого. Они потребовали, чтобы Парсонс о своих намерениях предварительно советовался с ними. Сообща они начали обсуждать его планы, и положение изобретателя, вынужденного торговаться с компаньонами за каждый фунт стерлингов, становилось нестерпимым. Исчерпав все средства для устранения недоразумений, Парсонс заявил о своем выходе из фирмы.

Кларк и Чапман не стали удерживать возмущенного компаньона, вернули ему его деньги, но стоимость патентов, которые он должен был выкупить, оценили в такую сумму, что у изобретателя волосы стали дыбом. Дело перешло в суд. Экспертами Парсонс пригласил Дугласа Кларка, а фирма — лорда Кельвина. Фирма сделала чрезвычайно удачный выбор, так как великий физик имел огромный авторитет, а мнение его о турбине Парсонса было известно. Так началось это беспримерное дело, где изобретатель стремился снизить цену своих патентов, а его противники, державшие их в руках, доказывали, наоборот, что ценность их необычайно высока.

Мнение это поддержал и лорд Кельвин. Добродушный человек, всю жизнь интересовавшийся лишь вопросами науки, он был очень далек от всего остального мира. Он мало интересовался вопросом, вследствие чего понадобилась его экспертиза, и честно заявил суду, что патенты Парсонса имеют огромную ценность. Указывая на изобретательность Парсонса, проявившуюся в усовершенствовании деталей конструкции турбогенератора, он утверждал, что в дальнейшем турбина Парсонса получит широчайшее распространение, так что будущая ценность его патентов еще значительнее настоящей. Он говорил о патентах Парсонса, подробно разбирая их, как ученый, и глаза его сияли человеческой гордостью за великое достижение техники и науки.

Дуглас Кларк, наоборот, доказывал, что хотя в будущем, может быть, патенты Парсонса и будут высоко оценены, но в настоящее-то время без самого изобретателя стоимость их не выше стоимости бумаги, на которой они написаны. Он доказывал это с такой страстностью, что даже Парсонс смутился и заметил своему адвокату:

— Ну, мистер Кларк, вам все представляется в слишком уж мрачном свете.

В конце концов, после споров и целого ряда технических опытов, адвокат фирмы заявил, что если Парсонс не считает свои патенты ценными, то его доверители согласны оставить их у себя и не настаивать на выкупе их бывшим компаньоном.

Кларк вынужден был согласиться на это. Так изобретатель лишился прав на свои патенты, а фирма «Кларк, Чапман и К°» приобрела в собственность бумаги, с которыми без Парсонса не знала, что делать. Друзья утешали изобретателя, что через два-три года компаньоны согласятся отдать их по любой цене, и ему ничего не оставалось, как ждать. Благодаря судьбу за свою материальную обеспеченность, Парсонс основал в Гитоне, близ Ньюкестля, собственный турбостроительный завод и стал строить турбины несколько измененной системы.

Однако машины вышли не лучше прежних, и вопрос о выкупе патентов не переставал интересовать изобретателя. Но только через пять лет Парсонсу удалось договориться с бывшими своими компаньонами. Теперь они уступили патенты даже за меньшую сумму, чем он предполагал.

Сделка состоялась, и Парсонс вернулся к прежней системе своих турбин. Такую турбину мощностью в 350 киловатт он установил для электростанции лондонского метро. До этого момента турбогенераторы Парсонса имели значительно меньшую мощность.

Надо сказать, что, в общем, распространение турбин было таково, что доходы с них не окупали даже экспериментов изобретателя. Если он не бросил всего дела, то только потому, что располагал собственными средствами и понимал, что надо ждать. Он, конечно, знал, что в капиталистическом хозяйстве осуществление изобретения и тем более внедрение его неизбежно сопровождаются сопротивлением среды, сопротивлением тем большим, чем новее и радикальнее самое изобретение. Но в конце концов консерватизм потребителей, уже вложивших капитал в двигатели иного типа, всячески поддерживаемый заводами, строящими эти двигатели, стал и ему казаться неодолимым.

Тогда Парсонс решил сделать попытку применения своих турбин в совершенно другой области, интерес к которой у него самого никогда не прекращался.

Страстный приверженец водного спорта, Чарлз Парсонс, прогуливаясь в своей яхте по мутным водам Тайна или глядя из окон своего дома на медленный речной транспорт, часто задумывался о том, как превратить турбину в судовой двигатель.

Парсонс начал работу в этой области издалека. К радости своей маленькой дочки и сына, он сооружал одну за другой крошечные деревянные яхточки игрушечного типа. Гребной винт приводился в движение раскручивавшимся резиновым шнуром. Игрушки, восхищавшие детей, открыли изобретателю больше тайн, чем океанские корабли.

По этим моделям Парсонс рассудил, что наилучшее действие гребного винта получается при 8000 оборотов в минуту.

Наученный горьким опытом, теперь уже он не искал компаньонов для осуществления своей новой идеи, а организовал сам акционерное «Общество судовых турбин Парсонса». Большую часть акций из осторожности он оставил за собой, а остальные распределил между вернейшими людьми. Парсонс был директором общества, он же отвечал и за исследовательские работы и за постройку опытного судна. Так как все предварительные расчеты он уже сделал, построить судно ему удалось в том же, 1894 году.

К радости своей маленькой дочки и сына, Парсонс сооружал одну за другой крошечные деревянные яхточки.

Оно названо было «Турбинией» и имело всего тридцать метров длины и сорок четыре тонны водоизмещения.

Первые опыты дали скромные результаты. Предполагаемой скорости в 37 узлов, то есть свыше 60 километров в час, достигнуть не удалось. При быстром вращении винта получалась кавитация — в водном потоке образовывались пространства, не успевавшие заполняться водой. Винт работал наполовину впустую.

Парсонс перепробовал самые различные формы винта, но добиться толку не удавалось до тех пор, пока конструктор не поставил турбины, делавшие всего только две тысячи оборотов в минуту. Новая установка, состоявшая из трех турбин, работавших на три винта, дала совсем другие результаты.

Надо заметить, что для снижения числа оборотов в турбине Парсонсу раньше приходилось увеличивать число ступеней, на которые разлагалось давление пара, и, стало быть, увеличивать число венцов. Роторы таких турбин получались слишком длинными, и Парсонс вынужден был вместо одной турбины строить две или три, перепуская пар из одной в другую. Такая установка состояла из турбины высокого давления, турбины среднего давления и турбины низкого давления.

Официальные испытания судна произвели ошеломляющее впечатление на специалистов. По скорости хода «Турбиния», делавшая тридцать три узла, далеко превосходила все суда того времени. Турбины работали давлением пара в пятнадцать атмосфер, причем при общей мощности установки, составлявшей 2100 лошадиных сил, расход пара оказался меньшим, чем у поршневых паровых машин такой же мощности.

Расчет Парсонса оказался правильным. Судовые турбины произвели несравненно больший эффект, чем стационарные. Конечно, прежде всего изобретением Парсонса заинтересовалось Британское адмиралтейство. Видным членом Адмиралтейства был в то время великосветский приятель Парсонса — Фишер, в будущем лорд, а в прошлом участник Крымской войны. «Обществу судовых турбин» был дан заказ на постройку двух быстроходных миноносцев. Парсонс немедленно приступил к постройке специального завода судовых турбин в Уолсенде на Тайне. Он занялся новым делом с огромной энергией, тем более, что в Гитоне, где строил он стационарные турбины, дела шли далеко не блестяще.

Парсонсу пришлось даже хлопотать о продлении срока патентов, чтобы окупить затраченный капитал. На этот раз мнение лорда Кельвина, заявившего парламенту, что «турбина Парсонса является самым величайшим изобретением в области паровых машин со времени Уатта», сослужило изобретателю службу. Срок действия патентов был продлен на пять лет.

Решение это подбодрило изобретателя. Он почувствовал себя обеспеченным временем, а ведь одно только время и нужно было для того, чтобы побороть косность промышленников и дождаться успеха. Все остальное, что зависело от его собственных рук и способностей, он сделал.

И действительно, мало-помалу успех к нему пришел. Впервые реально, ощутительно он почувствовал его, когда под гром рукоплесканий тысячной толпы и крики испуганных женщин его «Турбиния» промчалась по Сене через территорию Парижской Всемирной выставки. Маленькое судно поразило изумленных зрителей невероятной быстротой своего хода. В это же время окончились испытания эльберфельдских турбин, вызвавших решительный перелом в отношении к новому двигателю со стороны промышленных кругов.

Этот заказ на две турбины мощностью по 1000 киловатт каждая Парсонс получил от электростанции в Эльберфельде, видном промышленном городе Германии. Заказ был сделан по инициативе и настоянию главного инженера во Франкфурте, англичанина Линдлея. Линдлей высоко ценил турбины Парсонса, но исходил не из одного патриотического желания способствовать развитию британской машиностроительной промышленности. Немалую роль в этом деле играл и английский уголь. Империалистическим стремлениям углепромышленников угрожала нефть, вооружавшаяся двигателями Дизеля, перспективы развития и распространения которых были необъятны.

Почувствовав серьезную опасность, углепромышленные круги, поведя, с одной стороны, бешеную кампанию против дизелей, с другой стороны — перешли к защите паровых турбин. Поршневая паровая машина явно не соответствовала развитию производительных сил в наступившую эпоху монополистического капитализма.

При высоком уровне постройки паровых машин, достигнутом на ряде немецких заводов, заказ на турбины, да еще переданный иностранной фирме, возбудил большое неудовольствие в Германии. Парсонс превзошел самого себя при выполнении заказа и сдал превосходные машины. Для производства испытаний в Эльберфельд были вызваны: профессор Шретер — по паровой части и профессор Вебер — по электротехнической части. Опубликованный ими в 1900 году отчет изменил общественное мнение решительно и бесповоротно в пользу турбин.

Хотя турбины расходовали не меньше пара, чем поршневые паровые машины, в их пользу говорила легкость установки и эксплуатации. Основные преимущества турбин по сравнению с поршневой паровой машиной сводились к следующему: уход за турбиной заключался лишь в наблюдении за регулирующим механизмом и системой смазки; турбина занимала значительно меньше места, нежели поршневая машина; во время работы она не производила толчков и ударов за отсутствием у нее прямолинейно-возвратных движений, как в поршневой машине; вследствие этого турбина не требовала массивных фундаментов; смазочное масло не попадало с паром в конденсатор, как в поршневой машине, благодаря чему конденсационная вода могла идти обратно в паровой котел.

Совокупность всех этих свойств турбины при ее быстроходности, столь выгодной для генератора электрического тока, делала ее незаменимым двигателем на электростанциях.

После опубликования отчета об эльберфельдских турбинах завод Парсонса был завален заказами. Началось строительство турбин по лицензиям Парсонса и на многих заводах Европы и Америки. Целый ряд конструкторов взялся за разработку новых разнообразных типов паровых турбин на основе достижений Лаваля и Парсонса. В связи с внедрением электрического тока во все области промышленности турбогенератор становился основным агрегатом, на который опирался промышленный капитализм в деле развития производительных сил.

Надежда Парсонса на судовые турбины также оправдалась, но далеко не так скоро, как он мечтал. Турбинные миноносцы, на которые Британское адмиралтейство возлагало огромные надежды, погибли один за другим осенью 1901 года при чрезвычайно запутанных и загадочных обстоятельствах.

Корпусы судов построил в своих доках Армстронг, а турбинные установки сделал завод Парсонса. Оба судна развивали скорость до тридцати семи узлов — неслыханную в то время. Оба были приняты Адмиралтейством после тщательных испытаний, во время которых не было обнаружено ничего подозрительного.

Первым погиб «Випер». Днем миноносец попал в густой туман, принудивший его идти вдоль берега со скоростью в десять узлов. Близ Олдернея «Випер» налетел на подводный камень, потерял винты, а затем, лишенный возможности двигаться, был выброшен на остров Ренокет. При катастрофе корпус судна разломился надвое.

Комиссия Адмиралтейства, расследовавшая причины гибели нового корабля, пришла к заключению, что катастрофа вызвана случайными обстоятельствами. Новизна конструкции миноносца, оборудованного паровыми турбинами, по мнению комиссии, не имела никакого значения.

Фишер сообщил о решении комиссии своему другу. Парсонс вздохнул облегченно.

Однако последовавшая вскоре за тем гибель «Кобры», второго такого же судна, заставила взглянуть на дело иначе.

«Кобра» была только что принята и вышла в свой первый рейс из Ньюкестля, имея на борту главного инженера Адмиралтейства. Утром 18 сентября 1901 года «Кобра», находясь в открытом море, вдали от берега, попала в шторм. В семь часов утра послышался легкий треск, и судно переломилось на две части так, что часть команды осталась на носовой половине, а другая часть — на кормовой. Обе половины немедленно затонули, и из сорока четырех человек команды удалось спастись лишь двенадцати. Среди погибших находились друзья и сотрудники Парсонса.

Гибель «Кобры» вслед за «Випером» произвела потрясающее впечатление. Общественное мнение было взволновано до крайности. Если на запрос в парламенте по поводу гибели «Випера» лорд Адмиралтейства дал успокоительный ответ, что причиной ее, во всяком случае, не являются турбины Парсонса, то на этот раз оставалось очень мало людей, которые не были уверены в обратном.

Самый тщательный разбор дела пе помог выяснить истинную причину катастрофы. Суд признал только, что судно было несколько перегружено. Несомненно, что дело было не в турбинах, и Адмиралтейство не побоялось дать заказ еще на два миноносца с паротурбинными установками. Уголь не хотел отказываться от новых машин, британский флот не хотел лишиться быстроходных судов, а Фишер желал помочь Парсонсу восстановить доверие к турбинам.

Из этих миноносцев «Велокс» был спущен на воду в 1902 году, а «Иден» — в 1905 году. Никаких происшествий с ними не произошло. Для окончательного сравнения турбинных и паровых судов из четырех однотипных крейсеров, находившихся в постройке, три оборудовали паровыми поршневыми машинами, а один — турбинами.

Этот последний крейсер, «Аметист», законченный в 1904 году, имел паротурбинную установку общей мощностью в 10000 лошадиных сил. Он легко доказал свои преимущества перед собратьями, превосходя их быстротой хода и меньшим расходом пара.

Впоследствии Парсонс в одном из своих публичных выступлений признавался, что трагическая гибель «Випера» и «Кобры» едва не погубила будущность паровых турбин как судовых двигателей. Ослабить впечатление от катастроф удалось только спуском на воду в 1903 году пассажирского быстроходного парохода «Король Эдуард», который благополучно совершал рейсы по реке Клайд в течение многих лет и доказал полную надежность судовых турбин.

Вслед за этим пароходом, при материальном и моральном содействии Парсонса, в Англии начали плавать два речных и два морских турбинных судна, но коммерческое судостроение трудно было заставить перейти на турбины. Дело сводилось к тому, что нейтральные судостроители просто выжидали результатов состязания между турбинными судами и теплоходами, появившимися в России и вслед за тем в Германии. Несомненные преимущества теплоходов заставляли мировое судостроение весьма критически относиться к опытным пароходам Парсонса и терпеливо выжидать. Коммерческий флот явно склонялся на сторону дизелей, однако в военном флоте неожиданно победили турбины.

Броненосец «Дредноут».

Этому содействовало появление в британском флоте броненосца, построенного в 1906 году, название которого стало нарицательным для кораблей такого типа. Это был «Дредноут», что в переводе значит «неустрашимый», — корабль, произведший переворот в области военного судостроения.

Идея этого корабля принадлежала итальянскому инженеру Куниберти. От существовавших броненосцев «Дредноут» отличался вооружением и скоростью хода, составлявшей около 22 узлов. Мощность его турбин, впервые установленных Парсонсом на столь крупном судне с водоизмещением в 18 ООО тонн, составляла 24 700 лошадиных сил.

Блестящий успех, достигнутый Англией постройкой «Дредноута», побудил буквально все морские государства вступить на путь постройки таких же кораблей. Строительство дредноутов развивалось с исключительной быстротой. Оно совпало с подготовкой к первой мировой войне. Не осталось ни одной страны в мире, не получившей от Парсонса лицензий на постройку паровых турбин.

Любопытно, что в Германии дредноуты строились даже под личным наблюдением Парсонса. В России турбины были установлены на боевых кораблях «Гангуте», «Полтаве», «Севастополе» и «Петропавловске».

В течение нескольких лет монополия Парсонса в области судовых турбоустановок была неограниченной. Успех их в военном судостроении не мог не сказаться и на отношении к ним коммерческого флота. От небольших, почти опытных пароходов коммерческое судостроение сразу перешло к установкам турбин на больших трансатлантических пароходах, так как казалось, что дизели не пойдут дальше мелких судов.

Уже в 1907 году в Англии были спущены на воду два огромных пассажирских судна — «Мавритания» и «Лузитания» водоизмещением по 40 тысяч тонн, с турбинами мощностью по 70 тысяч лошадиных сил. Эти гиганты получили мировую известность.

«Мавритания» завоевала первое место по скорости хода среди океанских, судов и двадцать лет не уступала никому своего первенства.

На пути от маленькой «Турбинии» до колоссальной «Мавритании» Парсонс подверг свои турбины ряду конструктивных изменений.

Вначале он осуществлял непосредственное соединение вала турбины с гребным винтом. Для того чтобы число оборотов ротора турбины соответствовало наивыгоднейшему числу оборотов винта, Парсонсу пришлось увеличивать турбинные роторы, что вело к увеличению веса и размеров всей установки. Так, на «Мавритании» диаметр ротора в турбине высокого давления пара имел около двух с половиной метров, а в турбине низкого давления — около четырех метров. При этих размерах вес ротора первой турбины равнялся 72 тоннам, а второй — 126 тоннам.

Такая турбинная установка представляла собой сложное и громоздкое сооружение, тем более что сверх этих главных турбин ставились еще турбина тихого хода и турбина обратного хода, так как в турбине вообще нет реверса и нельзя менять прямой ход на обратный. Если для военного корабля громоздкость всей установки, искупавшаяся быстроходностью судна, не имела решающего значения, то для коммерческого судна, где на первом месте стоит грузоподъемность, такие установки никуда не годились. Для торгового флота, особенно товарного, неизмеримо больше выгод представляют дизели.

Пассажирские пароходы мирились еще с неудобством турбинных установок, но грузовой флот решительно на них не шел.

Парсонсу ничего не оставалось делать, как отказаться от непосредственного соединения ротора с винтом и найти подходящую передачу, которая бы наивыгоднейшую скорость турбины снижала до наивыгоднейшего числа оборотов винта.

Некоторые конструкторы предлагали сделать то же, что сделано было на «Сармате»: поставить турбогенераторы, а ток направить в электродвигатели, работающие на винт. Этой «электрической передачей» впоследствии пользовались некоторые судостроители, и сейчас она часто применяется на судах. Но Парсонс предпочел остановиться на механической зубчатой передаче, следуя примеру Лаваля.

Копируя затем блестящий ход Нобеля с переделкой паровой шхуны в теплоход, Парсонс в 1909 году взялся на товарном пароходе «Веспасиан» обычные паровые машины заменить турбинами. Для того чтобы новая установка по месту и весу соответствовала прежней, он ввел зубчатую передачу, так что число оборотов винта осталось прежним. Опыт увенчался успехом, и применение Парсонсом зубчатой передачи с коммерческой точки зрения было найдено столь же существенным, как и изобретение самой турбины.

Однако к этому времени теплоходы уже настолько пленили судостроителей, что углепромышленники не смогли извлечь большой пользы из нового изобретения Парсонса. В Лондон явилась «Зеландия». Впервые за много лет дружбы с Парсонсом лорд Фишер, неуклонно и твердо вводивший турбины в британский флот, усомнился в правильности своей политики. Он вызвал Парсонса и вместе с ним отправился осматривать новое судно.

— Сэр Чарлз, — глухо заметил своему консультанту первый лорд Адмиралтейства, мчась в автомобиле по лаковым от дождя улицам Лондона, — вы подробно знакомились по моей просьбе с двигателями Дизеля. Находите ли вы и теперь, что они не дадут никаких преимуществ военному судну?

— Я посетил все заводы, строящие эти машины, — медленно отвечал он, — в них есть только одно преимущество, на первый взгляд имеющее значение для военного судна: при полной нагрузке и нормальной работе они почти бездымны. На «Зеландии» вас прежде всего поразит отсутствие труб… Однако я исследовал этот вопрос вполне и нашел, что при неполной нагрузке дизели выбрасывают в выхлопную трубу черный, густой дым. Так что и это преимущество не имеет значения, раз судно может обнаружить себя перед неприятелем при маневрировании. Преимущество турбин — быстроходность — безусловно решает вопрос, по крайней мере для военного флота.

Лорд Фишер, прямой и спокойный, кивал головой в знак согласия. Он вышел на набережную, рассеяв сомнения, и с некоторой долей иронии поднялся на палубу бес-трубной «Зеландии».

Обойдя теплоход и осмотрев машинное отделение, лорд Фишер покинул «Зеландию».

— Однако несомненно, — вдруг, как всегда без всяких вступлений высказывая то, что было у него на уме, начал Парсонс, усаживаясь в машину, — несомненно, что в коммерческом флоте будет весьма выгодно пользоваться дизелями. Старику Уатту и нашим турбинам придется подвинуться, чтобы дать место машинам господина Дизеля.

— Это затрагивает интересы нашей промышленности? — высокомерно поднимая брови, спросил лорд Фишер, точно готовясь двинуть весь британский флот на ее защиту.

— В известной мере, — неопределенно отвечал Парсонс, — да… Однако думаю, что, после того как военный флот перешел на нефть, мировой добычи нефти не хватит для удовлетворения и паровых котлов и дизелей, если еще и значительная часть промышленных предприятий перейдет на дизельные двигатели. Но конкурировать с ними мы можем, только повышая экономичность пара. Над этим вопросом я сейчас работаю.

Парсонс закрыл свои голубые глаза и смолк. Консультируя первого лорда Адмиралтейства, Парсонс был убежден, вероятно, в своей объективности. В действительности же он был одной из самых опасных игрушек в руках империалистических сил, подготовлявших первую мировую войну за новый передел мира.

В этой войне, в одном из сражений на французском фронте, был убит единственный сын Парсонса, офицер английской армии, тот самый мальчик, который когда-то восхищался игрушечными моделями судов, сооружаемыми его отцом и плававшими на пруду в парке Эллен-Холла.

Но и среди тяжелых мыслей, вызванных смертью сына, едва ли думалось Чарлзу Парсонсу, насколько сам он, строя быстроходные крейсеры и дредноуты для английского флота, снабжая турбинами военные корабли немцев, способствовал усилению мощи враждебных флотов, а значит, и усилению империалистических тенденций обеих стран.

Ютландский бой, происшедший в Северном море в ночь на 1 июня 1916 года, вошел в историю с эпитетом «великий». Это было самое большое морское сражение по количеству и величине принимавших в нем участие судов. Но Ютландский бой с полным правом может быть назван и величайшей демонстрацией диких противоречий монополистического капитализма. В этом сражении, где крейсеры исчезали с поверхности моря, прежде чем успевал рассеяться дым от происшедшего взрыва, где, по словам немецкого главнокомандующего, «вся дуга горизонта внезапно превратилась в огневое море, в то время когда самих кораблей еще не было видно», сражались не только немцы с англичанами. Здесь сражались турбины Парсонса с турбинами Парсонса, обнаруживая исключительную маневренность кораблей, пушки Круппа — с пушками Круппа, демонстрируя свою дальнобойность и меткость. Здесь гибли люди во имя интересов монополистического капитала, ведшего свою собственную войну с иными границами, с иными линиями фронта.

«Общество судовых турбин Парсонса» установило на судах британского флота к концу войны турбины общей мощностью в 3 миллиона лошадиных сил. Не меньше было сделано турбинных установок по лицензиям Парсонса и во флотах враждебных и союзных стран.

Война приостановила дальнейшее развитие стационарных турбин. После заключения мира Парсонс снова вернулся к этому делу.

Некоторое время Парсонсу и его друзьям казалось, что распространение дизелей не пойдет дальше мелкой промышленности и мелкого судового транспорта. Монополистический капитализм, сменивший капитализм промышленный, связывал свою судьбу с электрическим током и, стало быть, с турбогенератором. Общее развитие турбостроения, естественно, шло более бурными темпами, нежели распространение двигателей Дизеля.

Однако во время войны Аугсбургский завод осуществил опытный дизель мощностью в 3000 лошадиных сил в одном цилиндре и построил к концу войны судовой дизель мощностью в 12 ООО лошадиных сил. Парсонс увидел, что дизели и по линии крупных мощностей могут догнать паровые турбины.

Семидесятилетний старик, высокий и стройный, не утративший ни в манерах, ни в речи, ни в осанке ни одной черты представителя английской знати, был взволнован, как уличный мальчишка. Человек, прошедший сквозь строй долгих лет и многогранной беспрерывной деятельности, старик, чей жизненный путь подходил уже к концу, Парсонс бросился с юношеской страстностью работать над дальнейшим усовершенствованием своих турбин.

Двигатель Дизеля Аугсбургского завода мощностью в 12 000 лошадиных сил был разрушен по Версальскому договору. Машиностроительный гений Парсонса едва ли был удовлетворен этим варварским актом. Конечно, разрушение аугсбургского дизеля не могло помешать дальнейшему развитию дизелестроения. Но как характерен этот факт для буржуазных дельцов и властителей!

Парсонс ответил на вызов Аугсбургского завода паротурбинной установкой на предприятиях «Компании Эдисона» в Чикаго. Долгое время она служила показателем изумительных успехов паровой техники. Здесь работала турбина Парсонса мощностью в 50000 киловатт.

Эта чикагская установка, пущенная в ход в 1925 году, представляет турбогенератор, работающий паром высокого давления, состоящий, как обычно у Парсонса, из трех турбин.

Пар подводится к турбинам под давлением в сорок атмосфер. Сначала он проходит через турбину высокого давления, которая вращает генератор электрического тока в 16 000 киловатт. Отсюда пар выходит с давлением около восьми атмосфер и подвергается подогреву, после чего переходит в промежуточную турбину среднего давления.

Вторая турбина вращает генератор в 29 000 киловатт. Здесь давление пара падает до давления гораздо более низкого, чем имеет отработавший пар обычной поршневой паровой машины. Тем не менее он еще не использован полностью и идет через громадный расширяющийся паропровод в турбину низкого давления. Эта третья турбина вращает генератор в 6 ООО киловатт. Отсюда уже пар идет в конденсатор.

Таким образом, 6000 киловатт, или 8000 лошадиных сил, получаются от пара, который в поршневой машине не имел бы никакого применения.

При таком чрезвычайно низком давлении пара он имеет колоссальный объем. Поэтому турбина низкого давления должна быть громадного размера: длина лопатки в последнем венце более метра, и весит она около девяти килограммов. Ротор этой турбины весит 54 тонны, что равняется весу паровоза. Скорость пара в этой турбине составляет 640 километров в час. При всем том турбина вращается спокойно и плавно, делая 750 оборотов в минуту.

Интересным в этой установке является ее конденсатор вертикального типа, так как трубки с охлаждающей водой расположены здесь вертикально.

Корпус турбины низкого давления и паропровод конденсатора снабжены ребрами, повышающими их прочность, так как иначе вследствие вакуума внутри конденсатора наружное давление воздуха могло бы их раздавить. Конденсатор требует около 160 кубических метров воды в минуту. Вода озера Мичиган, которая проходит через конденсатор, отличается низкой температурой, благодаря чему вакуум в конденсаторе получается очень глубокий.

Эта самая крупная из турбин Парсонса недолго радовала сердце изобретателя. Уже в следующем году немцы Блом и Фосс по чертежам Аугсбургского завода построили для гамбургской электростанции дизель мощностью в 15 000 лошадиных сил, а через десять лет на электростанции в Копенгагене завод Бурмейстера и Вайнса установил дизель мощностью в 22 500 лошадиных сил.

Если раньше думали, что мощности меньше 25 лошадиных сил для дизелей являются конструктивно трудновыполнимыми, а большие мощности мало выгодными по сравнению с паровыми установками, то с течением времени пришлось убедиться в том, что обе границы мощностей дизеля оказались стертыми. Двигателями Дизеля смогли заменяться с успехом и легкие бензиновые двигатели и тяжелые паровые установки. Вопрос о целесообразности установки того или иного типа двигателя стал решаться в зависимости от целого ряда эксплуатационных условий, среди которых тип самой машины уже не имел решающего значения.

Впрочем, Парсонс был прав, считая, что на электростанциях будут господствовать турбины, несмотря на более низкий коэффициент их полезного действия, нежели у дизелей. Преимуществом паровой машины оставалась возможность питать котлы любым топливом, начиная от угля и нефти и кончая торфом, дровами, отходами производства. Если раньше запасы высокосортного минерального топлива казались неограниченными и считалось, что нефть и уголь ни на что другое, как на топливо, не годны, то постепенно этот взгляд изменился, и вопрос о топливе приобрел решающее значение. Нефть и уголь стали сырьем для химической промышленности. Паровые котлы поэтому начали питать дешевым топливом: торфом, низкосортным углем, отходами.

В процессе борьбы паровых машин с двигателями внутреннего сгорания паровые котлы достигли высокого совершенства. Мало-помалу паровой котел превратился в очень сложную установку с автоматической подачей топлива, автоматическим регулированием притока питательной воды, с целым рядом аппаратов, контролирующих его работу. Выросший из первого котла-автомата, построенного Лавалем, такой котел, разумеется, ничем и нигде не напоминает собой того, что обычно называется у нас котлом.

Высокие давления пара оказались в центре внимания послевоенной паровой техники. Лаваль и вслед за ним Парсонс повысили экономичность паровых машин и вернули углю многие, казалось, навсегда утраченные позиции.

Идя по пути, указанному Парсонсом, американский трест «Дженерал электрик компани» осуществил паротурбинную установку на предприятиях «Гаммонд» в Чикаго мощностью в 208 000 киловатт. Однако эта рекордная установка, как и другая установка того же треста, в 160000 киловатт, остались единичными. Установки мощнее 50000 киловатт не сразу привились в капиталистическом хозяйстве. Для частных предприятий такие установки не требовались, а объединить несколько предприятий в одно частным собственникам не удается. Освоить крупнейшие мощности турбин, как мы увидим дальше, может только плановое социалистическое хозяйство.

Отстаивая интересы угля, Парсонс боролся за утверждение своих турбин не только на суше, но и на воде. До конца жизни он возглавлял свои огромные турбостроительные предприятия. За два года до смерти Парсонс спустил на воду пароход «Король Георг V», оборудованный турбинами и котлами высокого давления.

Этот пароход должен был доказать возможность и выгодность применения пара высокого давления в судовых установках.

Надо заметить, что двигатели Дизеля ни в одной области не завоевали себе такого прочного положения, как в судостроении. Английский союз судостроителей, произведший незадолго до того обследование мирового судостроения, нашел, что в 1927 году по всем странам находилось в постройке 356 паровых машин, 324 дизельных двигателя и только 35 паровых турбин, причем общая мощность строившихся паровых машин и турбин была меньше общей мощности строившихся судовых дизелей.

Эти данные свидетельствовали об угрожающем росте теплоходостроения, и спуск «Короля Георга V» был прямым ответом на эту угрозу. Однако, несмотря на то что пароход вполне оправдал ожидания Парсонса, он ничем не мог помочь ни углю, ни турбинам.

Этому способствовало еще одно обстоятельство. Важнейшим достоинством паротурбинных судов была скорость хода. «Мавритания», двадцать лет не уступавшая никому «голубой ленты» — символа первенства по скорости хода на Атлантическом океане, — в том же, 1929 году оказалась побитой германским «Бременом», прошедшим расстояние между Плимутом и Нью-Йорком на два часа сорок минут быстрее «Мавритании». Победитель был, однако, простым пароходом, котлы которого отапливались нефтью. «Бремен» владел «голубой лентой» до 1935 года, когда вынужден был уступить первенство французскому пароходу «Нормандия». Основным достоинством «Нормандии» является рекордная скорость хода, достигающая тридцати узлов при мощности механизмов в 160000 лошадиных сил. «Нормандия», сгоревшая в Нью-Йоркском порту, была оборудована турбинами, но они работали не на винты, а на генераторы электрического тока. Винты же приводились в движение электродвигателями мощностью по 40000 лошадиных сил на каждый из четырех винтов. Турбогенераторы доставляли им ток. «Нормандия» относится, таким образом, к турбинным пароходам с электрической передачей на винт. В настоящее время «голубой лентой» владеет «Куин Мэри».

Необычайная целеустремленность создала Парсонсу мировую известность и авторитет благодаря успехам турбостроения. На заседаниях энергетической конференции в Берлине в 1931 году, где он возглавлял английскую делегацию, при обсуждении каких бы то ни было вопросов можно было неизменно услышать возле себя шепот:

— А что сказал Парсонс?

— Что думает по этому поводу Парсонс?

Он производил впечатление оригинала, когда неожиданно исчезал из блестящего салона океанского парохода между двумя обеденными блюдами. Под руку с каким-нибудь инженером спускался в преисподнюю корабля, слушал здесь, в темном туннеле, ему одному понятный во всех оттенках гул гребных винтов, музыку которых старался он объяснить своему спутнику, и потом так же неожиданно возвращался к столу. В действительности он не был ни чудаком, ни оригиналом: он просто делал только то, что его интересовало, и часто без всякого стеснения отдавался своим мыслям, когда разговор собеседников переставал его занимать.

Если Парсонс иногда и занимался делами, не имеющими отношения к турбостроению, то занятия эти только заменяли ему отдых и развлечения. Таковы были его опыты с превращением углерода в алмаз, постройка астрономических инструментов на организованном им заводе оптических приборов. Однако несомненно, что по способу своего мышления он принадлежал к художественному типу, как, впрочем, большинство инженеров и техников. Художники воспринимают объективный мир преимущественно своими пятью чувствами, непосредственно его созерцая. Люди противоположного типа мышления, мыслители, предпочитают постигать объективный мир, созерцая его с закрытыми глазами, одним умом, опираясь на формулы, числа и чертежи. Им больше говорит книга, чем природа, описание машины, чем самая машина. Тонкой работы своего ума Парсонс не замечал и, подчеркивая конкретность своих представлений, говорил даже, что он получает свой «опыт и знания кончиками пальцев».

Отвлеченное математическое мышление было ему чуждо. Когда однажды Дуглас Кларк спросил его, понимает ли он теорию относительности Эйнштейна, Парсонс ответил с улыбкой:

— Нет, не понимаю! Не думаю, однако, чтобы я много от этого потерял, — добавил он. — Я в своих делах не встречал нужды в этой теории.

Единственной душевной страстью Парсонса оставался до последнего дня его жизни водный спорт. Если он не носился по морю на своей «Турбинии», то отправлялся в путешествие на трансатлантическом судне. В январе 1931 года Парсонс предпринял последнее из своих кругосветных путешествий. Ничего нового не мог уже дать ему земной шар: Канада, Южная Африка, Египет, Австралия, Южная Америка, Вест-Индийские острова — все самые далекие уголки мира уже были изучены этим верным морю спортсменом. На этот раз он решил повторить посещение Вест-Индийских островов.

Ему шел семьдесят седьмой год. Ничто, однако, не предвещало, что это будет его последняя прогулка. Парсонс был здоров, весел, как всегда оживлен и жизнерадостен. Не было ничего удивительного и в том, что на последнем заседании правления «Общества паровых турбин», незадолго до отъезда, беседуя с друзьями, он с грустью вспоминал о гибели «Кобры» и старых сотрудников: воспоминание об этой мрачной странице жизни никогда не покидало его.

Вместе с женой 22 января Парсонс отправился в свое путешествие на пароходе «Герцогиня Ричмондская». Все было прекрасно в этом путешествии. За несколько дней до смерти Парсонс провел целый вечер на Тринидаде, этом залитом нефтью острове. Здесь он развлекался тем, что поджигал плававшую по поверхности озер смолу и нефть, просачивавшуюся всюду из недр… Что думал, глядя на вспыхивающие огоньки, этот семидесятишестилетний старик, то и дело поправлявший скатывающееся с тонкого, горбатого носа пенсне? Кому посвящал свои последние забавы машиностроительный гений— друзьям или врагам, живым или мертвым, между рядами которых он прошел свою долгую жизнь?

Затем ему захотелось побывать в Каракасе, столице Венесуэлы. Он отправился из порта в город на автомобиле, но вернулся, чтобы провести день в постели. Казалось, что он стал жертвой одной из своих обычных простуд, которым так часто подвергался на воде. Вернее всего, что переход от английской зимы к тропическому климату сказался резким потрясением на его организме, ослабленном артериосклерозом.

Парсонс провел в постели несколько дней и на закате солнца И февраля 1931 года умер, когда «Герцогиня Ричмондская» спокойно стояла в Кингстонской гавани на острове Ямайка.

Реактивная турбина Парсонса при всем ее совершенстве, как и активная турбина Лаваля, не стала последним словом турбостроения. Достижениями первых творцов турбины воспользовались многие другие конструкторы для создания иных типов турбин. К ним принадлежат Генрих Целли — швейцарский инженер, Чарлз Кэртис — американец, братья Юнгстрем — шведы, Огюст Рато — француз.

Совершенно новое место в промышленности для турбины, исключительно поднявшее ее значение, нашел Огюст Рато.

 

3. Многоступенчатые турбины

Рато

«Чтобы иметь успех и избежать ошибок в области прикладной механики, все ваши поиски должна сопровождать математика!»

Молодой человек, неустанно повторявший эти слова своим ученикам, был самым юным профессором в мире. Ему шел двадцать четвертый год, когда он начал читать лекции по аналитической механике, промышленной электротехнике и машиностроению в знаменитой Сент-Этьеннской горной школе. Лекции юного профессора поражали слушателей блестящим изложением, глубиной познаний, разносторонностью. Не прибегая ни к каким запискам и конспектам, опираясь на свою изумительную память и еще более на своеобразное математическое мышление, Огюст Рато увлекал своих слушателей; однако он уводил их не в отвлеченные рассуждения о теории, а в область искусства приложения теории для разрешения практических задач.

Он постоянно останавливал внимание учеников на создателе водяной турбины Бенуа Фурнейроне, чей огромный портрет украшал актовый зал школы. Именно по поводу Фурнейрона, самого замечательного воспитанника Сент-Этьеннской школы, Рато говорил:

— Теория — не все. Она только указывает путь, а не решает вопросов. Чтобы достигнуть успеха в области прикладной механики, нужно добавить понимание отдельных мелочей явления, нужно вносить поправки в теорию. Нужно уметь, как говорится, практикой проверять теорию!

Этим умением как раз и обладал в высшей степени сам Рато. В нем сочетались теоретик и практик, мыслитель и экспериментатор. Он был полным хозяином в области математических знаний и признавался друзьям, что может целые часы думать только одними формулами и числами, без единого слова. И этот же самый ум находил без затруднений практическое решение любой задачи, которую капиталистическое хозяйство ставило в данный момент перед техникой.

Рато давал теоретическое обоснование каждому новому опыту в турбостроении, едва лишь он начинался. Через десять лет он составил обширный научный трактат о турбомашинах, остающийся и до сих пор основным для всех интересующихся вопросом в полном объеме. Как практик он не только предложил тип практически совершенной паровой турбины, но еще и указал новый путь к максимальному использованию теплотворной способности топлива.

Рато вывел основные формулы для нахождения скорости истечения пара из отверстий и сопел, формулы для определения мощности турбины, формулы для расчета на прочность отдельных ее частей. Он исследовал массу вопросов и даже вопрос трения пара о колесо турбины.

Есть люди, одаренные абсолютным слухом и музыкальной памятью. Они читают ноты, как мы книги, — зажав уши, подперев голову руками. Математики так же читают трактаты, состоящие из одних только формул и чисел. Они видят машину, глядя на формулы, как музыкант слышит музыку, читая ноты. Рато был типичным математиком, с той разницей, что он не только видел свои машины, мысля формулами и чертежами, но и строил их.

Если бы он рос в других условиях, он, может быть, показывал бы в бродячем цирке пораженным зрителям свое искусство производить в уме сложнейшие вычисления с невероятной быстротой. Но родители его были почтенные, обеспеченные люди, и Рато стал профессором, академиком и даже «великим французом» в годы первой мировой войны.

Огюст Рато родился 13 октября 1863 года в маленьком Руайяне, расположенном близ впадения реки Жиронды в Атлантический океан. В этом городе, насчитывавшем всего пять-шесть тысяч жителей, отец Рато был организатором и начальником городских общественных работ.

Летом Руайян, привлекавший своим благоустроенным курортом десятки тысяч парижан, обращался в шумный, веселый город, развлекавший маленького школьника. Мальчик беспечно толкался в толпе курортников, гулявших по приморской набережной в весенние жаркие утра, и всячески избегал глядеть на башенные часы, строгие черные стрелки которых напоминали ему о приближающейся расплате за опоздание. Но зимой, когда привлекательные места для прогулок становились унылыми и скучными, маленький Рато всецело отдавался учебе, обнаруживая не только способности, но и трудолюбие.

Отец Рато, пользуясь своим общественным положением, добился приема сына в Парижскую политехническую школу, доступ в которую был столь затруднителен для рядовых французов.

Блестящий мундир и шпага, делавшие большеголового, но красивого юношу заметным во всяком обществе, никак не повлияли на образ жизни восемнадцатилетнего студента. Он окончил школу лучшим в своем выпуске. Отсюда его направили в Парижскую высшую горную школу.

Этот высокий, стройный брюнет с живыми карими глазами, необычайно располагавший к себе всех, кто с ним сталкивался, казалось, был создан вовсе не для научной карьеры. Однако по окончании Горной школы, прослужив всего лишь год в качестве инженера на каменноугольных копях в Родезе, Рато вернулся к научной работе. Он получил место профессора Горной школы в Сент-Этьенне.

Здесь он провел десять лет, занимаясь теоретическим исследованием работы турбомашин. Затем он перебрался в Париж, чтобы перейти от теоретических исследований к практическим выводам. С его научным авторитетом ему нетрудно было заинтересовать проектом своей паровой турбины один из лучших машиностроительных заводов в Париже — «Сотте-Гарле». Испробовав ряд опытных конструкций под руководством Рато, завод приступил к постройке турбины мощностью в 1000 лошадиных сил.

Это происходило в 1898 году. Постройку турбины не успели закончить к открытию Всемирной выставки, однако вера в точность расчетов Рато была у всех настолько велика, что выставочный комитет принял вместо турбины ее чертежи и отдельные части. Жюри выставки ознакомилось с построенной турбиной на заводе.

Теоретические расчеты Рато убедили его прежде всего в том, что активная турбина выгоднее реактивной и что для наивыгоднейшего использования скорости пара на колесе турбины лопатки колеса активной турбины должны двигаться со скоростью вдвое меньшей, чем скорость истекающего из сопла пара.

Но скорость истечения пара из сопла всецело зависит от разницы давлений и температур в начале и конце его расширения. Чем больше падение давления и температуры при расширении пара, тем выше его скорость. Давление дара в котле может доходить до двухсот атмосфер, а давление в конденсаторе, где кончается расширение, бывает значительно меньшим, чем обычное атмосферное давление. При такой разнице давлений в начале и конце процесса расширения пара скорость его чрезвычайно велика. Уже при выходе пара из котла с давлением в десять атмосфер на воздух через сопло Лаваля скорость его доходит почти до километра в секунду, а при выпуске такого же пара в конденсатор, где давление равно десятой доле атмосферного, скорость пара составляет 1167 метров в секунду. Пуля современной винтовки движется значительно медленнее.

Применяя перегретый пар, скорость его можно повысить еще больше. Если все падение давления происходит на одном колесе активной турбины, для полного использования скорости пара нужно было делать, как Лаваль, турбины с окружной скоростью колеса в триста — четыреста метров в секунду, дававшие до тридцати тысяч оборотов в минуту.

Для соединения такого быстроходного двигателя с исполнительным механизмом или с генератором электрического тока прибегали к зубчатым передачам системы Лаваля. Размеры этих передач значительно превышали размеры самой турбины. Для надежной работы турбины нужны были, кроме того, гибкий вал и диск равного сопротивления, изготовление которых давалось нелегко.

Но и преодолев все эти затруднения, Лавалю не удалось построить турбины мощностью свыше 500 лошадиных сил.

Задача сводилась к тому, чтобы дать такую конструкцию активной турбины, которая при сравнительно небольшом числе оборотов имела бы высокий коэффициент полезного действия, могла применяться для любых мощностей и изготовление отдельных частей которой не встречало бы затруднений.

Для Рато важно было установить задачу, разрешение же ее не представляло больших затруднений. Он решил, что разность давлений и температур в котле и конденсаторе должна преобразовываться в скорость пара в целом ряде систем, последовательно расположенных, состоящих из групп сопел и рабочего колеса.

Исходя из этого, Рато разделил цилиндр турбины на ряд камер специальными диафрагмами. В этих диафрагмах он укреплял направляющие лопатки, через которые пар проходил из одной камеры в другую. В каждой камере помещалось одно рабочее колесо. Разумеется, все колеса насаживались на один общий вал.

Таким образом, при переходе из одной камеры в другую пар расширялся в направляющих лопатках, заменявших сопла, и давление его падало постепенно.

Турбина Рато имела немало преимуществ перед турбинами Парсонса и Лаваля. Однако конструкторское бюро Рато и его маленький завод не скоро получили заказы.

Когда в 1902 году Рато установил свою первую турбину на каменноугольных копях в Брюа, он сознавался одному из своих приятелей:

«Директор копей не очень-то уверен, что сделал выгодное дело! Он согласился на это только из уважения ко мне».

Первый период исключительно практической деятельности Рато, после десятилетней профессуры в Сент-Этьенне продолжался четыре года: за это время он разработал конструкцию турбины нового типа, положил начало серийному производству этой турбины, сделал первые установки на производстве, выпустил первые турбовентиляторы своей системы и, наконец, создал тепловой аккумулятор. Это изобретение имело крупное значение для развития турбостроения и, главное, указало практический путь для разрешения одной из основных проблем энергетической техники — наибольшего использования теплотворной способности топлива.

Горный инженер, представлявший собой редкостное соединение больших знаний и практического опыта, Рато, конечно, не мог не заметить, посещая рудники, что шахтные подъемные паровые машины работают без конденсаторов, выпуская отработавший пар на воздух. Из-за неудобств, связанных с установкой конденсатора, подобным же образом работали прокатные машины, паровые молоты, воздуходувки.

Вал турбины Рато.

Общий вид турбины Рато.

Этот выбрасываемый на воздух пар не давал спать молодому инженеру. При наличии турбин, решил он, отработавший в паровой машине пар возможно и выгодно использовать в паровой турбине с конденсатором, которая может работать паром низкого давления.

Что могло мешать осуществлению этой простой идеи? Затруднение состояло в том, что паровые машины такого рода работают неравномерно, давая то много, то мало отработавшего пара, в то время как турбине нужен равномерный приток пара, особенно если она вращает генератор электрического тока.

В противоположность Лавалю, решавшему задачи, в которых было слишком много неизвестных, и вследствие того часто терпевшему неудачи, Рато, как истый математик, прежде всего стремился правильно ставить задачу. Разрешение ее при достаточном количестве данных не представляло труда.

Практическое решение вопроса, вставшего перед ним в рудниках, сводилось к тому, чтобы между турбиной низкого давления и паровой машиной установить аккумулятор. Аккумулятор запасал бы излишнюю теплоту отработавшего пара во время усиленной работы и отдавал бы ее турбине в периоды слабой работы паровой машины. При наличии такого аккумулятора пар, неравномерно поступающий из машин, должен пойти в турбину совершенно равномерно.

Такой аккумулятор и построил Рато. Он представлял собой железный резервуар, наполненный внутри чугунными сосудами с водой. При избытке пара чугун и вода отнимали у него теплоту, и часть пара конденсировалась в воду. При недостатке пара из машин давление в аккумуляторе падало, точка кипения, естественно, понижалась, часть воды превращалась в пар, и этот пар прибавлялся к отработавшему пару, проходящему через аккумулятор в турбину.

Аппарат был рассчитан так, что запаса теплоты хватало на обычные периоды остановки или слабой работы паровых машин, продолжающихся не более одной-двух минут. Если машины останавливались на больший срок, в аккумулятор автоматически добавлялся свежий пар непосредственно из котла.

Тепловой аккумулятор давал возможность предприятиям с переменным расходом пара значительно повысить использование теплотворной способности топлива.

Сначала предложением Рато воспользовались судостроители. Они начали сооружать на судах комбинированные установки паровых двигателей и турбин. Первым судном подобного типа был пароход «Отаки», вслед за которым был построен еще ряд таких судов. К ним принадлежали известные трансатлантические гиганты «Титаник» и «Олимпик». Все эти суда строились по такой системе: два внешних гребных вала приводились в движение паровыми машинами, а средний вал обслуживался паровой турбиной. В турбину подводился отработавший в паровых двигателях пар, имевший при поступлении сюда давление в две атмосферы. Из турбины он шел в конденсатор.

«Титаник» несколько лет спустя погиб в Атлантическом океане, столкнувшись с плавучей льдиной огромных размеров. Разумеется, в этой катастрофе система его машин нисколько не повинна.

Как ни велико было значение практической деятельности Рато, она не принесла ему материальных выгод за эти годы. Основанные им предприятия не могли существовать, опираясь на одно «уважение» заказчиков к имени ученого и его авторитету. К тому же сам Рато почувствовал необходимость вернуться к теоретическим исследованиям. Все эти обстоятельства заставили его занять кафедру промышленной электротехники в Парижской высшей горной школе и возвратиться к профессуре.

По-прежнему он оставался блестящим лектором и оказывал на слушателей огромное влияние. Секрет влияния заключался еще и в том, что Рато видел в своих учениках будущих работников отечественной промышленности и относился к ним скорее как к сотрудникам своего предприятия, нежели как к случайным слушателям, будущее которых его не касается. Он был особенно внимателен к обращавшимся к нему за помощью студентам, и они платили ему привязанностью, столь несвойственной вообще отношениям, существовавшим между профессурой и студенчеством казенных школ.

Вернувшись к научной и педагогической работе., Рато, конечно, не оборвал своей связи с промышленным и деловым миром. Кое-как собственные его предприятия развивались, хотя скорее они напоминали опытные мастерские, чем коммерческие учреждения. Здесь Рато осуществлял одну за другой конструкции разных турбомашин. Из них наибольшее значение имел для промышленности сконструированный им турбокомпрессор, заменивший на предприятиях прежние громоздкие воздуходувные поршневые машины. Здесь, как и в его вентиляторе, быстроходность турбины была основным достоинством. Верный своему практическому чутью и пониманию природы, Рато применял турбомашины лишь там, где турбина естественно сливалась с исполнительным механизмом, требовавшим большого числа оборотов.

«Счастлив только тот, — говорил Рато, — кто исполнил свое назначение!»

Свое собственное назначение он видел в реализации огромных знаний и теоретических заключений. К исполнению этого назначения он стремился всю жизнь. Увидев, что профессура мешает ему выполнять свое назначение, он вышел в отставку и всецело занялся прикладной техникой.

Рато быстро стяжал репутацию выдающегося ученого-инженера. Вскоре он приобрел в этом мире огромный авторитет. Он был новым типом предпринимателя-ученого, одинаково легко разбирающегося и в практических нуждах промышленности и в подготовленности прикладной техники для удовлетворения этих нужд. Сам он не имел средств для организации большого дела, но в эпоху предвоенного подъема очень многие французские капиталисты готовы были объединить свои интересы с маленькими предприятиями Рато и, главное, с его капиталом в виде патентов и изобретательских способностей.

Так возникло в Ля-Курневе, близ Парижа, «Общество Рато», располагающее и до сего времени крупнейшими машиностроительными и турбостроительными заводами.

Живой, общительный человек, Рато широко использовал залы различных научных обществ для своих выступлений. Они заменили ему школьные аудитории.

Но особенное значение получила общественная деятельность Рато во Франции во время первой империалистической войны. В эти годы ко многим его титулам и почетным дипломам ему было прибавлено звание «великого француза».

Свободный от всяких военных обязанностей, Рато добровольно явился во время мобилизации в Сент-Этьенн и выразил готовность работать в военной промышленности. Его назначили управляющим делами Комиссии по усилению военной мощи Франции. Вскоре Рато предложил модель тяжелого снаряда, имевшего при взрыве весьма значительный радиус так называемого «полезного действия». Этих снарядов французские заводы выпустили свыше четырех миллионов штук. Затем Рато реализовал замечательное изобретение, обеспечившее французской авиации колоссальное превосходство, — именно «наддув» в двигателях внутреннего сгорания. Дело в том, что на большой высоте, на которой иногда должны двигаться самолеты, особенно военные, разрежение воздуха очень значительно. Такого воздуха оказывается недостаточно для нормальной работы двигателя при обычном способе засасывания, вследствие чего мощность двигателя резко снижается. Рато направил отходящие из двигателя газы в небольшую газовую турбину, которую соединил с компрессором. Этот турбокомпрессор подавал в цилиндры воздух в сжатом виде, и таким образом двигатель на любой высоте питался нормально.

Впоследствии наддув в двигателях внутреннего сгорания стал применяться очень широко. В годы же войны, когда турбокомпрессорами были снабжены лишь двигатели французских и союзных самолетов, изобретение Рато разрешило огромной важности вопрос о полете на большой высоте.

Награжденному орденом Почетного легиона изобретателю поручили затем заняться специально вопросом отката артиллерийских орудий. Вопрос этот, имеющий для артиллерии большое значение, Рато изучил со всей тщательностью и вниманием. В результате, по свидетельству специалистов, он создал прекрасно разработанную теорию работы орудий, которая легла в основу пушек новой системы. Работы эти остаются для широких кругов до сего времени полнейшей тайной, но, по свидетельству лиц, с ними знакомых, они являются шедевром творческой деятельности Рато.

Увенчанный премиями Фурнейрона и Понселе, награжденный всеми знаками отличия, Рато был в 1918 году избран членом Французской академии наук и деканом вновь организованного Отдела прикладных наук.

Тип активной многоступенчатой турбины, предложенный Рато, получил большое развитие в Швейцарии, Германии и Франции.

Особенное значение в этом деле получило конструктивное осуществление активной турбины со ступенями давления, данное Генрихом Целли.

Положив в основу своей конструкции идею Рато, Целли внес ряд усовершенствований. Прежде всего он сократил число ступеней, принятых Рато, до десяти. В скором времени образовался синдикат из нескольких заводов для постройки турбин Целли. Постройкой их затем занялись многие заводы, в том числе и «Общество постройки турбин Лаваля» в Стокгольме. Некоторые из этих заводов сохранили основной тип «Рато — Целли», то есть турбины с одними ступенями давления, другие же стали строить комбинированные активные турбины с колесами Кэртиса в верхней части турбины.

Двухвенечный диск Кэртиса дает возможность снизить скорость лопаток вчетверо против скорости пара, а трехвенечный — в девять раз.

В системе Кэртиса пар проходит через расширяющееся сопло Лаваля, но скорость пара используется не в одном ряде лопаток, как у Лаваля, а в двух или более. Эти ряды лопаток размещаются обыкновенно на одном диске; в промежутках между двумя подвижными рядами лопаток помещается неподвижный ряд лопаток, служащий для изменения направления движения пара.

Осуществление турбин Кэртиса приняла на себя американская компания «Дженераль электрик», которая начала строить эти турбины в 1902 году.

Производство турбин типа Кэртиса не было охранено в Европе патентом, и многие фирмы, строившие первоначально турбины типа «Рато — Целли», перешли к постройке смешанных турбин с колесом Кэртиса в верхней части и с несколькими ступенями давления — в нижней.

Этот тип сделался наиболее распространенным и в общих чертах удерживается до сих пор.

Паровые турбины в дореволюционной России строились в незначительном количестве, только на Металлическом заводе в Петербурге. Первоначально завод строил турбины системы Рато, но число построенных им до революции стационарных турбин было чрезвычайно незначительно.

Судовые турбины строились исключительно для военных судов, причем для линейных кораблей и больших крейсеров применялись турбины Парсонса. Право производства их приобрели Балтийский судостроительный, Франко-русский и Николаевский судостроительный заводы.

Турбины для контрминоносцев и небольших крейсеров строились Металлическим заводом и Судостроительным заводом в Ревеле (ныне Таллин).

Уже в самом начале реконструктивного периода социалистическое хозяйство нашей страны приступило к развитию собственного турбостроения.

Трудности, стоявшие перед советскими заводами, были огромны. Не только отсутствовал опыт, оборудование, технические материалы, даже чертежи; все это можно было получить без большого затруднения при техническом содействии иностранных фирм, всячески добивавшихся того, чтобы заставить советские предприятия строить турбогенераторы по их типу, их чертежам. Дело заключалось в том, чтобы создать советский турбогенератор, по качеству стоящий выше машин этих фирм.

В 1930 году завод имени Кирова построил генератор мощностью в 50000 киловатт для Каширской электростанции. Коэффициент полезного действия у него оказался выше, чем у турбогенератора «Сименс — Шуккерт».

В подобных же условиях развивалось и турбостроение на Металлическом заводе в Ленинграде. Перед рабочими и инженерно-техническим составом завода стояла задача освободить советскую электропромышленность от необходимости соединять советские генераторы с заграничными турбинами. Металлический завод искал новых и лучших конструкций. Бюро паровых турбин завода под руководством инженера М. И. Гринберга разрабатывало одновременно чертежи новейших комбинированных турбин, переходя к крупнейшим мощностям.

Заложив в 1931 году серию крупных турбин, завод сдал в эксплуатацию для целого ряда советских электростанций шестнадцать турбин мощностью в 24 000 киловатт каждая и две турбины мощностью по 50 000 киловатт для Невдубстроя. Начиная с 1930 года заводом были также запроектированы крупные теплофикационные турбины, то есть турбины промышленные, специального назначения.

Первые две турбины этого типа установлены на Московской и Ленинградской электростанциях. Московская турбина мощностью в 12 тысяч киловатт, давая ток электростанции, пропущенным через турбину паром отапливает Кремль и прилегающие к нему в центре города здания: Академический Большой театр и другие.

Таким образом, наши заводы не только освоили производство лучших типов мощных и сверхмощных турбин, но и начали производить по собственным чертежам мощные теплофикационные турбины.

Не имея своего опыта в постройке мощных турбин, завод в то же время не мог слепо следовать чужому, так как без изменений в конструкциях и производстве европейские типы турбин невозможно было использовать. Завод не располагал оборудованием, рассчитанным на производство турбин мощностью в 50 ООО киловатт. Трудности изготовления подобной турбины связаны главным образом с ее размерами. Цилиндр низкого давления такой турбины в собранном виде настолько превышает габариты железнодорожного транспорта, что для перевозки к месту назначения он должен делаться разъемным, а для этого необходима исключительная тщательность обработки отдельных частей, чтобы удержать в конденсаторе вакуум.

К десятилетию первого советского турбогенератора объединенными силами Металлического завода и завода «Электросила» импорт турбогенераторов был совершенно прекращен. Турбогенераторы 1934 года были уже построены целиком из советских материалов. С этого же года начинается изготовление турбогенераторов для внешнего рынка.

Десятилетие первого советского турбогенератора совпало и с двумя другими моментами, чрезвычайно значительными для развития советского турбостроения. К концу года Металлический завод и завод «Электросила» приступили к изготовлению рабочих чертежей турбогенератора на 100 000 киловатт. Этот турбогенератор рассчитан на три тысячи оборотов в минуту, причем размеры машины не превышают размеров пятидесятитысячных турбогенераторов.

В том же юбилейном году вступил в строй новый Турбогенераторный завод в Харькове, представляющий собой исключительное предприятие как по оборудованию и размерам, так и по мощности своей продукции. Он рассчитан на изготовление турбин мощностью до 200 000 киловатт. Первой турбиной его была турбина мощностью в 50 000 киловатт для Зуевской электростанции, но в конструкторском бюро были готовы все рабочие чертежи и для изготовления турбогенератора мощностью в 100000 киловатт.

Несмотря на полное прекращение котлотурбинного производства в начале Великой Отечественной войны, строители котлов и турбин, твердо веря в победу советского оружия, шли по пути творческих исканий.

Конструкторское бюро Ленинградского металлического завода было эвакуировано в один из далеких районов Урала. В дни сталинградских боев этому коллективу было поручено приступить к проектированию мощных турбин и барабанного котла высокого давления. Это был смелый шаг вперед.

Кончилась война. Прошел год мирного труда. Дружный коллектив турбостроителей не только восстановил свой завод, но и построил первую турбину высокого давления пара мощностью в 100 ООО киловатт.

Чем же она замечательна?

Турбина рассчитана на давление пара в 90 атмосфер и температуру 480 градусов при трех тысячах оборотов в минуту. По своей экономичности она не уступает лучшим образцам современных турбин. Быстроходные турбины лучших американских фирм имеют, например, два вала, турбина же советского завода — одновальная. Это дает ей значительный выигрыш в размерах, затрате металла, упрощает ее изготовление и эксплуатацию.

В Советском Союзе выпускаются не только эти самые мощные в мире одновальные быстроходные турбины высокого давления, но и турбины сверхвысокого давления — 150000 киловатт, 170 атмосфер! В Соединенных Штатах Америки и в Западной Европе турбины мощностью около 100000 киловатт и выше изготовлялись тихоходными и двухвальными, более тяжелыми по сравнению с советскими турбинами. Но за последние годы турбинные фирмы США стали на советский путь проектирования паровых турбин и освоили производство турбин такого типа мощностью до 200000—300000 киловатт.

В послевоенные годы советские ученые совместно с турбостроительными и котлостроительными заводами решили важную задачу технического прогресса нашей энергетики: перевод тепловых электростанций с довоенных параметров пара — 29 атмосфер, 400 градусов на более высокие — 90 атмосфер, 500 градусов.

В настоящее время Центральный научно-исследовательский котлотурбинный институт имени И. И. Ползунова в содружестве с котлотурбинными заводами работает над созданием котельных и турбинных агрегатов с давлением пара: 90—200 атмосфер и с температурой в 535–600 градусов и выше.

Мощность паровых турбин повышается со 100 000–150 000 киловатт до 200 000–250 000 киловатт. В будущем даже турбина мощностью в 200 000–250 000 киловатт будет снабжаться паром от одного сверхмощного котельного агрегата. Такой принцип строительства электростанций значительно снизит стоимость их сооружения и в несколько раз уменьшит численность эксплуатационного персонала.

Успехи, достигнутые в области турбостроения, велики, однако экономический коэффициент полезного действия конденсационных турбин в лучшем случае только сравнялся с коэффициентом полезного действия двигателей Дизеля. Таким образом, единственным путем, по которому могло идти дальнейшее экономическое использование тепла в силовых установках, оставался путь использования отходящего пара для нужд производства. Прямым результатом предложений, сделанных в этой области и разработанных отдельными конструкторами, было распространение паровых турбин на фабриках и заводах, где они при современных технологических процессах оказались наиболее выгодными и удобными двигателями.

Дело в том, что современное производство почти всегда нуждается в теплоте и электрической энергии. Тепло подводится обычно в виде пара. Теплосиловая установка и состоит в том, что пар из котлов высокого давления сначала направляется в паровую турбину, где теряет часть своего давления, а затем идет на тепловые нужды производства, в то время как турбина снабжает предприятие электрической энергией. Типы турбин такого промышленного назначения чрезвычайно разнообразны. Современная техника, легко преодолевая конструктивные трудности, имеет возможность удовлетворить запросы любого предприятия так, что в теплосиловой установке используется теплотворная способность топлива на 80–90 процентов.

В условиях капиталистического общества основным препятствием к распространению и развитию этих промышленных турбин среди многих других является раздробленность предприятий. Крупные теплосиловые установки с использованием отходящего тепла требуют объединения нескольких предприятий, часто разнородных.

Последним достижением энергетической техники в полной мере смогло воспользоваться, как и многими другими, только советское социалистическое плановое хозяйство.

Среди советских предприятий, осуществивших у себя впервые почти полное использование тепла сжигаемого топлива, характерным является паросиловое хозяйство Балахнинского бумажного комбината.

Для производства бумаги нужно очень много пара, идущего на обогревание каландров бумагоделательной машины. Каландры сушат и гладят превращающуюся в бумажную ленту древесную массу. Котельная установка фабрики состоит из нескольких паровых котлов высокого давления. Пар отсюда по паропроводам направляется сначала в паровую турбину, вращающую генератор электрического тока, а затем идет уже в каландры бумагоделательной машины. После этого он поступает еще в радиаторы парового отопления зданий фабрики.

Теплосиловая установка, таким образом, обслуживает все потребности комбината в тепле и частью — в электроэнергии, потребной для электродвигателей, приводящих в действие бумагоделательную машину.

Так как не всякое предприятие нуждается в соответствующем количестве тепла и электроэнергии, то мы создаем теплоэлектроцентрали, представляющие самостоятельное предприятие, вырабатывающее пар и электрический ток. Вокруг этой теплоэлектроцентрали строятся фабрики и заводы, которые она снабжает паром и током с таким расчетом, чтобы тепло и ток централи использовались этими предприятиями полностью.

Совершенно ясно, что осуществление подобных установок возможно только в плановом, социалистическом хозяйстве и немыслимо при частновладельческой системе. Этот факт с горечью отмечал в 1930 году Международный энергетический конгресс в Берлине.

Советская энергетика является носителем наиболее передовых тенденций современной техники. По темпам развития электрификации Советскому Союзу принадлежит первое место в мире. Многие достижения советской научно-технической мысли являются наивысшими в современной технике и получают общее признание во всем мире.

 

4. Газовые турбины

Общий труд

Как только выяснились преимущества паровой турбины над паровой машиной, так тотчас же появились теоретические исследования о рабочем процессе газовой турбины и начались практические опыты ее осуществления. Проблема газовой турбины представляет большие трудности и до последнего времени не могла считаться решенной, если говорить о настоящей турбине внутреннего сгорания, в которой сгорание газовой смеси происходит в самой турбине. От них надо отличать турбины, работающие продуктами сгорания, выходящими из тех или иных поршневых двигателей внутреннего сгорания. Такую турбину предложил, как мы уже говорили, впервые Рато для повышения зарядки двигателей самолета на большой высоте. Подобные турбины создавались и целым рядом других изобретателей и заводов преимущественно с той же целью подзарядки двигателей, в том числе и дизелей.

В настоящей турбине внутреннего сгорания воздух и газ в случае, если как горючее применяется газ, сжимаются отдельно до более высокого давления, затем сжигаются в какой-либо камере и подводятся к турбине, в которой происходит расширение продуктов сгорания до атмосферного давления.

Попытки построить настоящую газовую турбину начались очень давно.

Со времени первого патента на газовую турбину, выданного в Англии в 1791 году, до начала XX века разрешение проблем, связанных с газовой турбиной, привлекало внимание многих изобретателей.

Из этих попыток осуществления турбины внутреннего сгорания заслуживала серьезного внимания только турбина Гольцварта. Более ранние конструкции турбин, например Караводина, не получили дальнейшего развития. Турбина Караводина имела мощность, равную только двум лошадиным силам, и работала с очень низким коэффициентом полезного действия.

Гольцварт избрал тип турбины, работающей отдельными взрывами, без предварительного сжатия. В его опытной турбине было введено небольшое предварительное сжатие, причем давление взрыва дошло до 9 атмосфер. В новой опытной турбине Гольцварта первоначальное сжатие было повышено, вследствие чего и давление взрыва повысилось до 12–14 атмосфер. Кроме того, введены были некоторые конструктивные усовершенствования. Результаты испытаний этой турбины были более удовлетворительны, чем предыдущей, но все же полный экономический коэффициент полезного действия этой турбины не превосходил 13 процентов, то есть не доходил даже до величины, получаемой у хороших паровых машин.

Опыты с турбиной Гольцварта продолжались и далее, с затратой больших денежных средств, но технические трудности построения удовлетворительно работающей газовой турбины не были преодолены, и опыты пришлось прекратить.

Большая доля заслуг в создании турбин внутреннего сгорания принадлежит русским инженерам и ученым. В конце прошлого века инженер-механик русского флота П. Д. Кузьминский сконструировал такую машину в качестве корабельного двигателя. Было немало и других интересных попыток. В 1912 году А. Н. Шелест указал на новый принцип работы тепловых машин, в виде механического генератора газов.

Шелест спроектировал даже локомотив с газовой турбиной постоянного давления. Он предусматривал возможность работы турбин на пылеобразном твердом топливе.

Теорию газовых турбин и современную газотурбинную установку с горением при постоянном давлении разработал советский ученый профессор В. М. Маковский.

Газовая турбина состоит в основном из центробежного воздушного компрессора, камеры сгорания, турбины смонтированной на общем валу с компрессором, и какого-либо вспомогательного двигателя для запуска турбины.

Введением в схему газовой турбины регенератора — подогревателя сжатого воздуха за счет тепла отработавших газов — повышается ее коэффициент полезного действия.

Хотя все перечисленные выше основные элементы газотурбинной установки были давно известны, инженеры, работавшие в этой области техники, натолкнулись на весьма серьезные практические трудности. В то время еще не было жаропрочных материалов, способных выдержать действие высоких температур, неизбежных в двигателе этого типа. В то же время коэффициент полезного действия как компрессоров, так и турбин был слишком низок, чтобы обеспечить получение удовлетворительных результатов.

Большинство инженеров считало эти трудности непреодолимыми, что вынудило некоторых из них обратиться к двигателям взрывного типа, как, например, турбина Гольцварта.

Характерная особенность турбины внутреннего сгорания заключается в том, что в ней механической работе предшествует преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую.

Другая особенность этой турбины состоит в разделении процессов сжатия и расширения газа по отдельным агрегатам. В самой турбине совершается расширение газа, сжатие же производится в компрессоре. Образование рабочего тела (газа) также происходит в отдельном агрегате — камере сгорания.

Турбина внутреннего сгорания оставляет далеко позади паровую машину с ее поршневым механизмом, громоздким паровым котлом и конденсационным устройством. Отсутствие котла и всей паровой аппаратуры ставит ее также впереди паровой турбины, а отсутствие поршня и кривошипно-шатунного механизма является существенным преимуществом по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.

Таким образом, газовая турбина представляет собой новый и наиболее совершенный тип теплового двигателя, обладающего всеми преимуществами своих предшественников и свободного от их недостатков. От паровой турбины в ней заимствована идея преобразования потенциальной энергии газа в равномерное вращательное движение рабочего колеса без промежуточных механизмов. От двигателя внутреннего сгорания заимствована идея непосредственного преобразования топлива в рабочее тело путем сжигания его в камере сгорания.

Недостатком простейших турбин, работающих по открытой схеме, является невысокий коэффициент полезного действия. Турбины с регенерацией тепла, промежуточным охлаждением воздуха и повторным подогревом газа обладают повышенной экономичностью, хотя теряют простоту и компактность конструкции из-за наличия больших теплообменных поверхностей.

Создание эффективных газовых турбин стало возможным лишь после того, как металлургия освоила производство сплавов, способных более или менее длительное время работать с большими напряжениями и при высокой температуре.

Сейчас металлургическая промышленность поставляет жаропрочные сплавы для газовых турбин, которые работают при температурах 700–800 градусов и выше. В то же время успехи аэродинамики дали возможность изготовлять компрессоры с высоким коэффициентом полезного действия. Они дают значительное увеличение отношения полезной работы к потерянной на компрессоре.

Для повышения экономичности газотурбинных установок применяются регенераторы где часть тепла рабочего тела, выходящего из турбины, отдается рабочему телу, поступающему в камеру сгорания.

Можно без преувеличения сказать, что создание газовой турбины явилось одним из основных условий, обеспечивших развитие турбореактивных и турбовинтовых двигателей, находящих широкое применение в современной авиации. Газовые турбины турбореактивных двигателей отличаются исключительной несложностью конструкции. Турбина в них используется непосредственно для создания тяги.

Однако газовые турбины в стационарных установках и на транспорте применяются еще очень мало.

В авиации насчитываются тысячи газовых турбин. Стационарных газовых турбин во всех странах имеется не более двухсот, а газотурбовозов — лишь несколько десятков.

Коэффициент полезного действия газовой турбины зависит от температуры газа перед соплами: чем выше температура, тем выше коэффициент. Однако по условиям жаропрочности применяемых сплавов современные турбины не допускают высоких температур газа, что приводит к сравнительно невысоким коэффициентам полезного действия. По этим причинам развитие стационарных и транспортных газовых турбин задерживается.

Другим препятствием развитию газотурбостроения служат малоэффективные способы сжигания твердого топлива в камерах турбин.

До сего времени как промышленные, так и транспортные газотурбинные установки работают или на жидком топливе, или на природном газе. Результаты проведенных повсюду опытов сжигания твердого топлива в газотурбинных установках внушают надежду на успех. Надо только усилить исследовательскую и конструкторскую работу в этой области, что и делается в настоящее время с большим размахом.

Газообразное топливо — одно из самых удобных топлив как для поршневого двигателя внутреннего сгорания, так и для газовой турбины. Но с точки зрения тепловой экономичности использование газогенераторного газа в цилиндре двигателя более рационально, чем в камере газовой турбины при низких температурах перед турбиной.

Иное дело непосредственное сжигание угля в камерах газовых турбин. Попытки сжигания угля непосредственно в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания к успеху не привели.

Дизель, проектируя свой двигатель, рассчитывал питать его угольной пылью, но не достиг успеха. Ближайший его сотрудник, Рудольф Павликовский, в течение сорока лет после Дизеля продолжал работать над созданием угольного двигателя, работающего по циклу Дизеля. Накануне войны ему удалось построить такой двигатель, названный им «рупамотор», то есть мотором Рудольфа Павликовского. Секрет оказался будто бы не в слабой прочности материалов, не в плохой конструкции, а в недостаточной размельченности угольной пыли, которую применял Дизель.

Однако дальнейших известий о рупамоторе не появилось. Совершенно ясно, что соединение процессов сжатия, сгорания и расширения в одном цилиндре, удачное для жидкого и газообразного топлива, оказалось непригодным для твердого. Разделение процессов должно оказаться благоприятным при использовании твердого топлива в газовой турбине.

Разделение процессов позволяет осуществить и очистку газов перед их расширением и избежать износа рабочих органов турбины, что помешало использованию угля в цилиндрах двигателей.

Самолеты с турбореактивными двигателями.

Газовых турбин на твердом топливе еще нет, имеются только проекты в США, Англии и СССР. Силовые установки такого рода в США и Англии испытываются на стендах уже в течение многих лет, но трудности поставленной задачи не преодолены, и работы не вышли из стадии экспериментов.

Однако при подземной газификации угля, быстро развивающейся у нас в Советском Союзе, вопрос о газовых турбинах на твердом топливе теряет свою остроту.

Газовые турбины нашли широкое применение в авиации в виде так называемых турбореактивных двигателей. Они работают по простому циклу и отличаются исключительной несложностью конструкции.

Двигатели внутреннего сгорания поршневого типа по экономичности и другим показателям работы приобрели сейчас сильнейших конкурентов в виде газовой турбины и компрессорного турбореактивного двигателя. Советское правительство приняло меры к широкому развитию производства подобных двигателей, особенно газовых турбин для стационарных и транспортных установок, а также для морских и речных судов.

В Советском Союзе уже работает Шатская газотурбинная электростанция, первая в мире установка на подземной газификации угля.

Мысль о возможности сжигания угля под землей высказал впервые Д. И. Менделеев, а затем к ней вернулся английский ученый Вильям Рамсей. Идею эту оценил В. И. Ленин. Он посвятил «одной из великих побед техники» статью в «Правде» и указывал, что подземная газификация угля ведет к революции в каменноугольном деле, высвобождая горняков от тяжкого труда под землей.

Опытных установок подземной газификации у нас много, и дело это идет к своему бурному развитию благодаря созданию газовых двигателей и газовых турбин большой мощности. Директивами XX съезда предусмотрено введение в действие как опытных, так и промышленных газотурбинных электростанций.

Газотурбинную установку для Шатской электростанции выполнил Ленинградский металлический завод. Турбина реактивная, мощностью в 12 ООО киловатт. Выходящий из-под земли газ охлаждается, очищается, поступает в камеры сгорания, куда одновременно подается воздух. Отсюда продукты сгорания, температура которых достигает 650 градусов, и устремляются под сильным давлением на рабочие лопатки турбины.

Создание газовой турбины трудно приписать тому или другому имени: так много конструкторов и инженеров теоретически и практически работало над ее осуществлением.

Газовая турбина есть плод общего труда ученых и техников многих стран и национальностей.

В такой же мере общим трудом является и создание турбореактивного двигателя, судьбу которого решила газовая турбина.

Однако в области реактивной техники особое место занимает известнейший русский ученый Константин Эдуардович Циолковский, о заслугах которого в этом деле нельзя не вспомнить.

Есть люди, у которых невозможно отделить их внутреннюю личную духовную жизнь от их общественной, профессиональной или научной деятельности, люди, для которых их профессия, наука или техника являются естественной страстью ума и сердца.

Идеи слишком необычные, слишком новые и неожиданные захватывают наш ум большей частью тогда, когда мы еще только устанавливаем собственное отношение к окружающему нас миру, — ум со сложившимся уже строем мыслей они так легко не могут захватить. Преодоление привычного мышления часто требует большого нервного труда, и в этом лежат обычно истоки личной и общественной трагедии людей, провозглашающих идеи, усвоение которых требует от окружающих разрушения их привычного мышления.

За восемь лет до первых полетов братьев Райт Константин Эдуардович Циолковский опубликовал свой проект самолета, по конструкции очень далекого от машин его предшественников, но очень близкого к современному типу самолета. За десять лет до появления первого цеппелина Циолковский выступил с проектом своего дирижабля, оболочка которого изготовляется из волнистой стали, дирижабля гораздо более совершенного, чем цеппелины. И за пятнадцать лет до работ Годдарда, поднявшего вопрос о практическом использовании реактивного двигателя, Циолковский разработал теорию реактивного движения, дал схему космической ракеты, доказал возможность межпланетных путешествий, и все это — с исчерпывающей полнотой и доказательностью. Но понадобилось почти полвека, для того чтобы были поняты, усвоены и оценены идеи этого замечательного ученого.

Следует отметить, что в настоящее время Циолковский уже во всем мире признается патриархом ракетного летания, и приоритет его в этом деле не только не оспаривается, но имя его в связи с вопросом о ракетах встречается всюду.

Посмотрим, однако, в чем заключается значение его теории и выводов, в чем именно здесь является он пионером и что в этом отношении было сделано до него.

Обыкновенная, всем и давно известная ракета есть трубка, сделанная из картона и набитая порохом. Если поджечь спрессованную массу ее заряда с открытого конца, он не взрывается сразу, а горит постепенно.

Существует очень распространенное, но неправильное мнение, будто ракета летит, отталкиваясь от воздуха струей выходящих из нее газов. На самом деле ракета при полете вовсе не опирается на воздух и не отталкивается от него. Зажженная ракета может лететь и в безвоздушном пространстве. Сжатые в трубке ракеты газообразные продукты сгорания, стремясь расшириться, давят на стенки трубки во все стороны равномерно, но дело в том, что боковые давления уравновешены стенками трубки, а продольное давление не уравновешено, так как газы снизу выходят наружу. Давление вверх поэтому сильнее, чем вниз, где газы свободно выходят. Вот это давление вверх, не уравновешиваемое снизу, и заставляет ракету двигаться вперед с большой скоростью.

Таким образом, ракету движет давление газа, заключенного в ней самой, и в опоре вне себя ракета для полета не нуждается. Наоборот, сопротивление воздуха только мешает скорости ракетного движения, и в безвоздушном пространстве она будет двигаться быстрее. Это соображение было положено в основание утверждения Циолковского о возможности полета в безвоздушном, межпланетном пространстве.

С математической точки зрения ракета есть летящее тело, масса которого непрерывно меняется, так как она выбрасывает беспрестанно продукты сгорания и теряет свой вес. И целый ряд математиков и физиков в последнюю четверть XIX века делали анализ движения тел с переменной массой, но конкретный случай такого движения — полет ракеты — был рассмотрен только одним математиком, профессором П. А. Мещерским, в сочинении «Динамика точки переменной массы», опубликованном в 1897 году. Это, так сказать, первая попытка теоретического исследования полета ракеты, но ничего общего с теорией Циолковского, одновременно занимавшегося тем же вопросом, она не имеет.

Заслуга Циолковского как пионера ракетного и вообще реактивного движения состоит в том, что он разработал основы этого движения, дал не только расчет полета ракеты, но и расчет расхода горючего, определил коэффициент полезного действия реактивного двигателя. Он показал, что все работы в области ракетной техники окажутся бесплодными, если не создать надежный реактивный двигатель и не подобрать для него наивыгоднейшее топливо.

Вопреки существовавшему всеобщему убеждению, что для ракеты лучшим, да, пожалуй, и единственным видом горючего является порох, Циолковский первый говорит о том, что выгоднее брать жидкие горючие смеси: бензин и жидкий кислород или жидкие водород и кислород.

Это предложение Циолковского, как самое целесообразное, подтвердилось опытами Годдарда. В декабре 1925 года им была сконструирована ракета с двигателем, работающим по реактивному принципу на бензине и жидком кислороде. В этом двигателе невоспламеняющийся газ, запасенный в сжатом виде, силой своего давления подавал из топливных баков бензин и кислород по длинным трубкам в камеру сгорания. Ракета Годдарда взлетала за 2,5 секунды на 60 метров вверх.

Опыты с первыми ракетами редко приводили энтузиастов этого дела к успеху по многим — совершенно, впрочем, устранимым — причинам, в частности из-за разрушения камер сгорания. Выходящие газы имеют температуру в несколько тысяч градусов, и практически редко кому удавалось подобрать материал, способный хотя бы и очень малый срок выдерживать такую температуру.

В качестве боевого снаряда ракета вывелась из употребления после того, как появились нарезные пушки. Но предметом развлечения она оставалась неизменно в течение многих веков.

Естественно, что, когда появились первые самолеты с тяжелыми и неудобными двигателями, у многих возникла мысль применить здесь ракетообразный двигатель, простой и легкий, как нарочно созданный для авиации.

Таких предложений было сделано на заре авиации очень много, но теоретического обоснования их работы не имелось. Теория «воздушно-реактивного двигателя», могущего заменить авиационный, впервые была разработана Борисом Сергеевичем Стечкиным.

«Отец русской авиации» Николай Егорович Жуковский, никогда не сомневавшийся в возможности динамического полета, не раз говорил своим ученикам, что надо бы кому-нибудь из членов Воздухоплавательного кружка посвятить себя вопросам авиационного моторостроения. При организации Авиационного расчетно-испытательного бюро и Курсов авиации при Московском высшем техническом училище в особенности специалист по авиамоторам стал совершенно необходимым. Развитие авиации в то время настоятельно требовало разделения специальностей пилота, конструктора и моториста, на первых порах соединявшихся в одном лице.

Выбор Николая Егоровича пал на тяготевшего к энергетической технике студента, бывавшего часто в Воздухоплавательном кружке, Бориса Сергеевича Стечкина.

Это был очень удачный выбор. Стечкин воспитывался в Орловском кадетском корпусе как раз в те годы, когда кадетские корпуса перестраивали свои учебные программы, приближая их к вопросам естествознания. Орловский кадетский корпус, в частности, отличался такой хорошей постановкой преподавания естественных наук и математики, что Стечкин по окончании его в 1908 году без всякой дополнительной подготовки выдержал конкурсный экзамен для поступления в Московское высшее техническое училище, где и начал учиться.

Юноша, часто бывавший в доме Жуковского и испытывавший на себе огромное влияние его светлого ума, принял совет Николая Егоровича и, еще будучи студентом, начал заниматься вопросами авиационного моторостроения. В 1915 году, когда открылись Курсы авиации, Стечкин заведовал моторной лабораторией курсов. Общее руководство занятиями в лаборатории осуществлял профессор, ныне академик, Н. И. Кулебакин, читавший на курсах лекции по вопросам авиационного моторостроения.

По окончании училища, в 1918 году, Стечкин был оставлен при нем для научно-исследовательской работы. Моторная лаборатория Курсов авиации помещалась, как и курсы, на Вознесенской улице. Когда тут организовался по инициативе Н. Е. Жуковского и А. Н. Туполева Экспериментально-аэродинамический отдел Народного комиссариата путей сообщения, моторная лаборатория вошла в его винтомоторную секцию, которой заведовать стал Стечкин.

А в конце того же 1918 года Б. С. Стечкин вместе со своей лабораторией вошел в состав ЦАГИ, возглавив здесь винтомоторный отдел.

В непосредственной близости к Жуковскому Стечкин формировался скорее как ученый и исследователь, нежели как конструктор. Он ставил перед винтомоторным отделом чисто исследовательские задачи. С организацией ЦАГИ ему удалось превратить моторную лабораторию из учебной в научно-исследовательскую и создать для этой цели экспериментальную базу.

Отдельных оригинальных и ценных научно-исследовательских работ сотрудниками винтомоторного отдела было проведено очень много.

Вопросами реактивного движения с особенной страстностью занимался здесь Ф. А. Цандер, человек совершенно необычайной целеустремленности, скромный, застенчивый и тихий в жизни, но исполненный внутренне грандиознейших замыслов и непреклонной веры в их осуществление.

Подобно Циолковскому, он мечтал о межпланетных сообщениях, давал своим детям имена планет и, увлеченный расчетами, заставлял вздрагивать углубленных в свои занятия сотрудников лаборатории, когда восклицал, высоко подняв голову:

— О Марс, о Юпитер! Я увижу вас…

Он рано умер от туберкулеза легких, не успев высказать всех своих идей и не дожив даже до появления реактивных самолетов, но и сделанные им предложения показывают, каким оригинальным и изобретательным умом энтузиаста обладал этот скромный, тихий человек.

Цандер начал заниматься реактивным движением еще до революции. После целого ряда работ по вычислению скорости истечения газов и по изучению сверхвысотного самолета с обычной винтомоторной группой он предложил в 1917 Году присоединить к этому самолету ракеты для полетов на больших высотах.

В 1923 году Цандер разрабатывает идею применения металла в качестве топлива в жидкостных реактивных двигателях с использованием для той же цели и отдельных частей конструкции летательного аппарата, с тем чтобы таким образом увеличить запас топлива. По его проекту летательный аппарат должен был во время полета постепенно втягивать крылья в камеру сгорания, расплавляя втянутые части и используя их далее в качестве топлива. К концу полета аппарат, таким образом, превращается в самолет с маленькими крыльями, необходимыми только для спуска и посадки. Проведенные Цандером позднее опыты подтвердили возможность сжигания в воздухе сплавов, содержащих магний и алюминий.

Из других предложений Цандера интересны крылатые ракеты для полетов в высшие слои земной атмосферы. В низших слоях атмосферы он рекомендовал пользоваться реактивными двигателями, приспособленными для полетов в воздухе.

Незадолго до смерти им была разработана схема реактивного двигателя весьма оригинальной конструкции.

Но самой интересной из работ, выполненных в винтомоторной лаборатории ЦАГИ, остается работа самого Стечкина «О теории воздушно-реактивного двигателя», опубликованная им в 1929 году.

Реактивное движение теперь уже вышло из своего младенческого возраста, но тридцать лет назад надо было обладать большой смелостью и предвидением, чтобы ввести вопросы реактивных двигателей в научное хозяйство исследовательского института.

Стечкин имел замыслы более скромные, чем полет на Луну, но и более близкие к осуществлению. Поэтому он занялся не ракетным, а воздушно-реактивным двигателем, столь простым и легким, что у техников он получил название «свистульки». Схематически воздушно-реактивный двигатель представляет собой сосуд с более узким горлом спереди и более широким — сзади. При быстром движении летательного аппарата с таким двигателем воздух входит в узкое горло сосуда, затем несколько уплотняется в расширяющемся сосуде и поступает в камеру сгорания. Газообразные продукты сгорания выходят из широкого горла со значительно большей скоростью, чем имеет воздух, поступающий в двигатель. Разность между скоростями поступления и выхода и сообщает всему аппарату движущую силу.

Ракета пленяет «звездоплавателей» тем, что она может лететь и в безвоздушном пространстве, так как не нуждается в кислороде для сгорания топлива. Кислород входит в состав горючего, как это имеет место при начинке ракеты порохом, или же запасается в жидком виде, как это проектировал Циолковский. В безвоздушном пространстве, конечно, только и можно летать на ракете, скорость которой будет при этом очень большой, так как тут нет сопротивления воздуха.

Но если мы собираемся летать в пределах земной атмосферы, то, разумеется, выгоднее не таскать с собой в баллонах жидкий воздух, а брать его прямо из атмосферы.

Вот такому-то воздушно-реактивному двигателю Стечкин и дал теоретическое обоснование; поставив вопрос на научную почву, он приблизил реактивный самолет к практическому осуществлению.

В течение последующего десятилетия вопросами реактивного движения у нас занимались мало, и это понятно: воздушно-реактивный двигатель становится выгодным лишь при очень большой скорости полета, приближающейся к звуковой. Но авиации в те времена такие скорости были еще не по силам, и в области реактивного движения продолжал работать только Циолковский.

Одна из работ этого страстного мечтателя все же имела очень интересное практическое приложение. В 1932 году Циолковский опубликовал свое сочинение «Стратоплан полуреактивный», посвященное описанию и приблизительным расчетам некоторых деталей своеобразного самолета, который «движется одновременно силою тяги воздушного винта и отдачей продуктов горения».

Это предложение Циолковского было тогда же использовано моторостроителями, знавшими по опыту, что при все возрастающих скоростях выхлопные трубы начинают действовать как реактивные двигатели. Углубившись в физическую сущность явления, В. И. Поликовский дал его теорию и показал, что, используя выхлопные трубы по предложенному им методу, можно повышать мощность двигателя на 15 процентов, что и подтвердилось практикой самолетостроения.

Осуществление воздушно-реактивного двигателя совершенно нового типа возможно, конечно, только на основе глубокого и правильного понимания природы явления.

Но характерно для широты нашей научной и технической мысли, что вопросами реактивного движения мы начали заниматься так давно.

То, что стало таким простым и ясным для всех нас теперь, полвека назад было понятно и ясно только старому калужскому учителю.

А между тем открытое и искреннее признание, почет и поклонение после переворота, внесенного в сознание окружающих первыми успехами авиации и воздухоплавания, были неизбежны, неотвратимы, как неизбежна и неотвратима была трагедия одиночества до этого переворота.

Революция спасла Циолковского от одинокой и страшной смерти, на которую он был обречен.

Великая Октябрьская социалистическая революция принесла ему признание. Новые люди, пришедшие к власти, чтобы установить новый общественный строй, нашли и оценили этого странного на вид человека. Они верили в науку и технику, верили во всемогущество человеческой мысли. В идеях Циолковского они увидели не заблуждение, а смелость, которая приносит победу. Они извлекли из забвения старые проекты калужского учителя и учредили специальный отдел цельнометаллических дирижаблей Циолковского. Десятки инженеров взялись за осуществление его идей. Ученики и последователи Циолковского учредили особую группу реактивных двигателей. Эта группа и начала разрабатывать проекты аппаратов, построенных на принципе ракеты. Но самого Циолковского более всего занимали все-таки межпланетные сообщения. Несмотря на свои шестьдесят лет, Циолковский возвратился к этим работам с необычайным подъемом.

Последнюю трудность осуществления межпланетных путешествий, сводящуюся к необходимости иметь огромное количество топлива, Циолковский устраняет новым предложением: он рекомендует составные, ступенчатые ракеты. Ракетные аппараты должны состоять, по его мысли, из нескольких ракет, соединенных так, что отработавшая ракета автоматически отбрасывается и не обременяет больше своим мертвым весом весь состав космического поезда.

Это предложение разработано Циолковским так полно и так убедительно, что он вправе был сказать в заключение:

«Эта идея приближает реализацию космической ракеты, заменив в моем воображении сотни лет, как я писал в 1903 году, только десятками их».

Успехи воздухоплавания и авиации убеждали Циолковского в том, что даже в этой наитруднейшей области техники человек идет вперед гигантскими шагами. Предоставив другим работать над усовершенствованием самолетов и аэростатов, Циолковский всецело отдается теперь идее межпланетных поездов.

Разрабатывая все шире и глубже технику космического путешествия, он выступает наконец с предложением, по смелости и оригинальности не имеющим себе равных в истории техники: он проектирует создание искусственного островка за пределами земной атмосферы, постройку внеземной станции, так сказать, нового спутника Земли. Металлическая конструкция, составляемая из материалов многих ракет, по мысли Циолковского, будет, как новая Луна, обращаться вокруг Земли и станет, таким образом, первой станцией межпланетных путешественников.

При всей кажущейся фантастичности этого предложения оно опять-таки настолько полно и обстоятельно разработано изобретателем, что является не только вполне осуществимым, но, как мы знаем, уже осуществляющимся сейчас.

В те годы, когда Циолковский начал выступать впервые со своими проектами, авиация и воздухоплавание казались человеческому уму менее осуществимыми, чем сейчас нам кажутся межпланетные ракетные поезда. Но несомненно уже родились те люди, которые будут первыми, кто полетит на Луну.

Однако практическое использование реактивного двигателя происходит пока что в пределах земной атмосферы. Такой двигатель не является в полном смысле слова ракетой и носит название воздушно-реактивного двигателя, то есть двигателя, работающего по реактивному принципу, но нуждающегося в воздухе для того, чтобы могло происходить сгорание топлива в нем самом.

Конечно, применяемые теперь в авиации воздушно-реактивные двигатели уже не представляют собой примитивную «свистульку», но принцип их действия тот же.

В чем же заключаются преимущества воздушно-реактивного двигателя перед обычным авиационным?

Самолет братьев Райт был снабжен двигателем внутреннего сгорания мощностью в 16 лошадиных сил. С тех пор поршневые двигатели непрерывно совершенствовались, повышая свою мощность. Есть авиационные двигатели мощностью в две тысячи лошадиных сил и выше.

Рост мощности сопровождается увеличением веса двигателя. Авиационный двигатель оброс множеством вспомогательных механизмов и представляет собой сейчас одну из самых сложных машин.

Для увеличения скорости полета необходимо повысить тягу двигателя, не допуская при этом роста его размеров и веса, ибо утяжеление самолета сведет на нет прирост мощности.

К. Э. Циолковский.

На пути к повышению скорости самолетов есть и другое препятствие. При небольших скоростях полета винт имеет высокий коэффициент полезного действия, но при скорости полета в 800 километров в час и более эффективность винта уменьшается. Когда лопасти винта начинают рассекать воздух со скоростями, превышающими скорость звука, возникает особое «волновое сопротивление», во много раз превышающее обычное сопротивление трения лопасти о воздух. На преодоление этого сопротивления затрачивается значительная доля мощности двигателя.

Для дальнейшего увеличения скорости полета поршневой двигатель и винт становятся все менее пригодными. Наоборот, воздушно-реактивные двигатели, мало пригодные для полета с небольшой скоростью, с увеличением скорости полета становятся очень удобными.

Простейший воздушно-реактивный двигатель может работать только во время полета, поэтому он не способен самостоятельно поднять самолет в воздух.

В настоящее время применяются гораздо более совершенные двигатели — турбореактивные.

Идея использовать газовую турбину для реактивного движения самолетов принадлежит английскому инженеру Франку Уиттлу. В 1930 году, когда ему было всего двадцать два года, он взял патент на свое изобретение: оно заключалось в разработке путей использования принципа реактивного движения, в усовершенствовании конструкций газовых турбин и воздушных компрессоров, применяемых в сочетании с реактивным движением.

Турбореактивный двигатель получил огромное распространение в авиации. В таком двигателе, для того чтобы обеспечить сгорание нужного количества топлива, перед камерой сгорания, во внутреннем потоке, ставится компрессор, повышающий давление воздуха до нескольких атмосфер. Компрессор же вращается турбиной, приводимой в действие газами, выходящими из камеры сгорания.

Турбина является самым компактным из известных сейчас двигателей. Мощность в несколько тысяч лошадиных сил может быть получена с одного диска турбины диаметром значительно меньше метра. Но проектирование турбины представляет большие трудности. Необходимо сконструировать прочную турбину при огромных окружных скоростях и высоких температурах воздуха.

Основное преимущество турбореактивного двигателя перед поршневым — небольшой вес и малые размеры.

Экономичность турбореактивного двигателя при скорости полета 900—1000 километров в час такая же, как у самолета с обычным двигателем, но при дальнейшем увеличении скорости экономичность реактивного двигателя будет расти, тогда как у винта она падает. Этот двигатель, в противоположность поршневому двигателю, не требует высокосортного бензина, он работает на керосине.

Турбореактивный двигатель прост в управлении и обеспечивает самостоятельный взлет самолета.

Появление турбореактивных двигателей сразу подняло авиацию на новую ступень. Самолеты с такими двигателями уже летают со скоростями, достигающими тысячи километров в час, имея при этом продолжительность полета, измеряемую не минутами, а часами.

Турбореактивный двигатель представляет собой весьма совершенную машину, и создание его опиралось на последние научные достижения газовой динамики, аэродинамики и других областей механики, па высокий уровень современного машиностроения и большой размах научно-исследовательской работы.

Не менее совершенными машинами являются и турбовинтовые двигатели.

От турбореактивного двигателя подобный двигатель отличается тем, что передает свою мощность тянущему винту. Ни один из пассажирских самолетов за рубежом в настоящее время не имеет столь мощных турбовинтовых двигателей, как советский самолет А. Н. Туполева «ТУ-114».

В настоящее время проводятся также и другие работы, посвященные применению газовой турбины для промышленных процессов, например для сжижения воздуха с целью получения кислорода и азота на основе простых, безопасных и высокопроизводительных схем, разработанных с такими поразительными результатами академиком П. JI. Капицей и его сотрудниками в Московском институте физических проблем.

Не только в истории энергетической техники создание газовой турбины является ясным и законченным примером общего труда ученых и инженеров, теоретиков и практиков, конструкторов и изобретателей. Нынешнее состояние науки и техники таково, что создание новых, все более совершенных и сложных машин вообще под силу только общему труду работников науки и техники, какую бы область техники мы ни взяли.

Сложная и вполне еще не разрешенная проблема турбины внутреннего сгорания на нынешнем этапе развития заключает историю создания машин-двигателей. Создание новых типов двигателей, очевидно, потребует еще большего количества участников из представителей самых отдаленных друг от друга областей науки и техники.

Потребности народного хозяйства таких высокоразвитых стран, как Советский Союз, уже постепенно выдвигают вперед проблему создания атомного двигателя. Ведь то, что сейчас иногда в просторечии называется атомным двигателем, атомной электростанцией, атомным ледоколом, в действительности не является ни тем, ни другим, ни третьим. И там и тут работают все те же турбины, турбогенераторы и электродвигатели, а распад атомов, сопровождающийся выделением тепла, используется лишь вместо горючего для парообразования в устройствах, заменяющих паровые котлы. Однако проблема использования атомной энергии для энергетических нужд нашего хозяйства требует совершенно новых решений. Проблема эта по своей сложности под силу только общему труду многих людей и, быть может, даже не одного поколения.

Рудольф Дизель, счастливо сочетавший в себе ученого и инженера, говорил:

— Инженер все может!

История науки и техники действительно учит нас, что ни одна проблема, выдвигаемая временем, не остается рано или поздно без разрешения и при осуществлении выдвигаемых народным хозяйством технических задач труднее всего, оказывается, преодолевать косность привычного мышления, идти к решениям новым путем, новыми средствами.