Александр Ивич – Приключения изобретений (страница 11)

И скоро сделал второе изобретение. Так же как Ползунов на два десятилетия раньше, Уатт стремился создать машину непрерывного действия. Он добился этого другим способом, чем русский изобретатель. Ползунов, вы помните, построил машину с попеременной подачей пара в два цилиндра. А Уатт создал машину с одним цилиндром, но устроил так, что пар подаётся попеременно под поршень (чтобы его поднять) и над поршнем (чтобы его опустить). Давление пара больше атмосферного, поэтому поршень опускался быстрее. Оба хода поршня – и вверх и вниз – стали рабочими и оба осуществлялись силой пара. Значит, машина Уатта была уже не пароатмосферной, как прежние, а паровой.

Потом Уатт сделал третье изобретение, которое резко уменьшило потребность машины в паре, а значит, и расход топлива. В насосах Ньюкомена пар поступал в цилиндр всё время, пока поршень шёл вверх. Уатт понял, что нужно впускать только немного пара, чтобы поршень приподнялся, а дальше поршень будет подниматься силой расширения пара, стиснутого в тесном пространстве цилиндра под поршнем.

Это изобретение Уатта тоже замечательно простотой решения.

Но вот что интересно. Ползунов сразу, в первом же своём замысле, стремился не к усовершенствованию насоса Ньюкомена, а к созданию парового двигателя для заводских нужд. Уатт дошёл до этой мысли не скоро. После трёх изобретений его машина всё ещё оставалась только паровым насосом, хотя и несравненно лучшим, чем прежние.

Но в то время, когда работал Уатт, бурно развивалась английская промышленность. Появилось много ткацких и прядильных фабрик. Этим фабрикам нужны были станки, поэтому строились и машиностроительные заводы. Всем фабрикам и заводам остро стал необходим двигатель удобнее и сильнее водяного колеса. Так сама жизнь подсказала Уатту требование: превратить насос в паровую машину, пригодную для всех заводских нужд.

Неожиданно оказалось, что не так много оставалось для этого придумать. Первые изобретения Уатта уже сделали насос непрерывно действующим и по сравнению с ньюкоменовским экономичным: он расходовал гораздо меньше топлива.

Уатт разработал механизмы, превращавшие движение поршня вверх-вниз во вращательное движение соединённого с ним колеса или вала. Это четвёртое его изобретение и превратило наконец насос в паровую машину для фабрик и заводов. Она могла теперь приводить в движение станки.

За несколько лет паровая машина Уатта завоевала Англию, а потом и весь мир.

СПОР ПАРА С ТЕКУЧЕЙ ВОДОЙ

Судьба водяных колёс, тысячелетие верно служивших человеку, была решена. Прошло два-три десятилетия, и водяные колёса остались только при деревенских мельницах да на нескольких старых заводах. Небольшая паровая машина давала больше энергии, чем пятиэтажной высоты колёса. Не нужны стали дорогие плотины, и уже необязательно было сооружать заводы близ реки.

Но движение техники с XIX века идёт всё быстрее и быстрее. Паровые двигатели вызвали к жизни множество различных рабочих машин, станков, механизмов. Промышленность быстро развивалась во многих странах, и уже можно было предвидеть время, когда для новых рабочих машин паровые двигатели, какими пользовались в первой половине XIX века, окажутся недостаточно мощными.

Впрочем, дело было не только в мощности. Чем крупнее становились заводы, тем всё больше давали себя знать важные недостатки паровой машины. Приходилось сооружать сложные устройства, чтобы передавать движение от паровой машины к станкам, которые точили металл или ткали материю. Для этого нужны были тяжёлые металлические валы, которые вращала паровая машина, и кожаные ремни, передававшие движение от вала к станку.

Чуть ли не половина всей силы паровой машины уходила на вращение этих устройств, и только вторая половина доставалась станкам.

И это ещё не всё. Стоит, например, на заводе пятьдесят станков. А иногда работа есть только для десяти. Но топлива паровой машине нужно столько же. Да и вообще, несмотря на все усовершенствования, много топлива требовала машина по сравнению с работой, которую совершала, – дорого обходилось пользование ею.

От сложных передаточных устройств освободило заводы одно из важнейших изобретений второй половины XIX века: изобретатели создали генератор – машину, вырабатывающую большие количества электрического тока. Электрическую энергию можно дробить как угодно и передавать по проводу на большие расстояния. Можно взять ток для работы ста мощных машин, а можно и для одного станка – и тогда расход электрической энергии в сто раз меньше.

Достаточно было на большом заводе, со многими цехами, поставить одну паровую машину. Она приводила в движение генератор. А от генератора ток шёл во все здания завода, к каждому станку. Получалось гораздо выгоднее: меньше понадобилось паровых машин – значит, меньше топлива для них; не нужны стали все валы и ремни для передачи энергии к станкам.

Но тогда нескольким изобретателям в разных странах пришла в голову одна и та же мысль: нельзя ли приводить в движение генератор… водяным колесом. Может быть, ещё выгоднее получится!

Как же это? Ведь даже слоновое колесо слабее небольшой паровой машины. Но если устроить так, чтобы водяное колесо совершало не пять – десять, а тысячи, десятки тысяч оборотов в минуту, – тогда дело другое. Чем быстрее вращается колесо, тем больше энергии оно даёт.

Вот о том, как увеличить в тысячи раз быстроту вращения водяного колеса, и думали изобретатели. Оказалось, что эту задачу можно решить.

Нужно колесо с насаженными на него изогнутыми лопатками поместить в металлическую трубу, сделанную так, чтобы поток воды проходил по трубе с большим напором и большой скоростью. Пришлось много потрудиться, чтобы найти лучшую форму трубы и лопаток, насаженных на колесо. Изобретатели различных стран предложили несколько систем таких двигателей – их называют гидравлическими (водяными) турбинами.

Турбины могли развивать мощность бульшую, чем паровые машины. А главная выгода в том, что топлива им не нужно. И – не то что водяные колеса в XVIII веке – пользование водяной турбиной не привязывает завод к реке. Ведь турбина приводит в движение не заводские машины, а генератор, вырабатывающий электрический ток. А ток можно передавать на большое расстояние. Правда, пришлось опять строить на реках дорогие плотины, но это окупалось тем, что заводам не нужно было покупать и возить топливо.

Турбину всё время совершенствовали, сковывали плотинами реки, и у плотин строили гидроэлектростанции. На больших станциях теперь ставят несколько турбин и генераторов.

Что же, так и восторжествовал водяной двигатель над паровым? Нет!

Почти в то же время, когда начали строить водяные турбины, другие изобретатели догадались, что пар в турбинах может работать не хуже воды. Нужно тоже пропускать пар сквозь трубу с большой скоростью, сперва сжимая его, а потом давая расшириться. Расширяясь, пар сильно ударяет в лопатки колеса, и оно вращается с огромной скоростью. Паровые турбины могут приводить в движение самые большие генераторы, с которыми никакая паровая машина не справилась бы. И турбины намного экономичнее, выгоднее паровой машины: получив такое же количество топлива, она даёт гораздо больше энергии.

Значит, опять текучую воду победил пар? Нет, в этой борьбе не оказалось ни победителя, ни побеждённого. Вот уже несколько десятилетий всё время совершенствуются и паровые и гидравлические турбины, становятся всё больше, всё мощнее.

Турбину с генератором соединяют в одну машину. Ещё перед Великой Отечественной войной гидравлические турбогенераторы мощностью семьдесят тысяч киловатт считались превосходным достижением техники, а теперь их мощность доходит до трёхсот тысяч киловатт. Не отстают от них и паровые турбогенераторы. Это огромные сооружения. Чтобы перевезти с завода один такой турбогенератор, нужен целый железнодорожный состав.

А что же всё-таки лучше – гидравлическая или паровая турбина? Если бы на этот вопрос был готовый ответ, то, очевидно, или те, или другие турбины перестали бы строить. Ток, который дают гидроэлектростанции, обходится дешевле – станциям не нужно топливо. Ток самой мощной в мире Братской гидроэлектростанции на сибирской реке Ангаре обойдётся в малую долю копейки за киловатт-час. Но строительство гидроэлектростанций дороже и продолжается дольше, чем строительство паровых электростанций, которым не нужны могучие плотины и огромные водохранилища. Помните, ещё Ползунов писал о безвозвратной потере расхода при строении плотины. Иногда оказывается выгоднее строить паровые электростанции, особенно если близко есть дешёвое топливо – например, подземные залежи горючего газа.

Поэтому мы сейчас строим много тепловых станций с мощными паровыми турбинами. Но и о гидростанциях не забываем – особенно большие, самые сильные в мире, строятся на сибирских реках.

ТУРБИНА-МАЛЮТКА

Изобретение, его принцип, иногда используется совершенно неожиданно.

Изобрели турбину – колесо, вращающееся в трубе силой текучей воды или пара. Турбины понадобились потому, что это двигатель более мощный, чем паровая машина, и энергия, которую даёт турбина, обходится дешевле.

Но в последние десятилетия советские инженеры нашли неожиданное применение для турбин: оказалось, их можно делать не только огромными, но и крохотными; оказалось, что не только вода и пар могут приводить в движение колесо турбины.