Машина-двигатель От водяного колеса до атомного двигателя, стр. 29

Паровые машины, паровые турбины, поршневые двигатели внутреннего сгорания — это двигатели, прочно вошедшие в нашу жизнь. Но беспокойный, неутомимый человеческий разум продолжает отыскивать еще более совершенные способы получать двигательную силу. Открываются новые виды энергии, новые прочные материалы, создаются новые конструкции двигателей.

На наших глазах рождается новая энергетика.

Еще пятнадцать-двадцать лет назад с трудом верилось, что такие двигатели, как газовые турбины или реактивные моторы, когда-либо удастся построить и применить практически.

А сегодня эти двигатели уверенно входят в жизнь, найдя свое место в технике.

Еще совсем недавно — пять-десять лет назад — о создании атомного двигателя говорили, как о далекой и заманчивой перспективе.

А сегодня в Советском Союзе уже работает промышленная электростанция на атомной энергии.

Следующие главы этой книжки и будут посвящены двигателям, вступающим в жизнь.

Глава V. Газовая турбина

Как домового работать заставили

Итак, мы начинаем рассказ о тех двигателях, которые в наши дни переживают свой детский или юношеский возраст и которым предстоит в недалеком будущем сыграть очень важную роль в дальнейшем развитии техники.

Но разговор об одном из двигателей будущего мы хотим начать с… домового. Да, да, с того самого домового, который теперь живет только в народных сказках и который сравнительно недавно жил… в печке или дымоходе почти каждой крестьянской избы. Вы улыбаетесь? Но забитым и замученным крестьянским ребятам тех времен казалось, что это правда, что действительно кто-то живой завывает в трубах. Да и не только ребятам…

Представьте себе харчевню XVII века, стоящую на перекрестке оживленных дорог. В темные зимние вечера, когда на улице лютая стужа, к гостеприимному огоньку стекаются запоздалые путники.

В большом очаге, на вертеле, жарится жирная баранина… Путник с удовольствием вдыхает в себя вкусные запахи, торопясь разматывает свой башлык и, желая скорее согреться, направляется к очагу…

Каково же его удивление! Он вдруг замечает, что баранья туша вместе с вертелом непрерывно поворачивается без всякой помощи человека. Да, вертел нужно поворачивать, чтобы равномерно прожарить тушу, но обычно это делает человек, а тут…

И, наверно, немало находилось простаков среди путников, которые верили хитрому хозяину, что на него работает сам домовой, что домового он заставил вращать вертел.

Как же удавалось такому хитрому хозяину заставлять работать домового? Да так, как об этом писал еще в XV веке Леонардо да Винчи. В дымоходе ставили вертушку с лопастями, а от нее вниз на вертел шла передача, состоящая из валиков и так называемых цевочных колес. Кто же вращал эту вертушку? Конечно же, не домовой, а… дым! Поток проходящего от очага по трубе дыма, оказывается, обладает достаточной энергией, чтобы вращать вертел с тушей. Итак, вовсе не домового, а энергию дыма использовал хитрый хозяин харчевни для несложной, но всё же полезной работы.

Но, конечно, не дымовая вертушка является двигателем завтрашнего дня… Она лишь прообраз того двигателя, который теперь именуют: «газовая турбина».

Понятно, и не те газы, не тот дым, что выходит из печки через обычную трубу, заставляет работать современную газовую турбину.

Но идея нового двигателя имеет началом своего развития примитивную дымовую вертушку.

«Механический домовой» — газовая турбина, вращающая вертел с бараньей тушей.

Еще один зигзаг

Мы уже говорили, что развитие техники подчас идет зигзагами. Появится интересная мысль, с величайшим трудом построят одну машину, работающую на новом принципе, а потом окажется, — не пришло еще время для таких машин. Или материалы плохие, — быстро машина выходит из строя, или не могут ее наладить, чтобы хорошо работала, — чего-то еще не изучили. А тут в жизнь всё прочнее и прочнее входит другая машина — пусть с точки зрения теории и менее совершенная, но зато надежная. Глядишь, и забыли про первую.

Но проходят годы, всё больше и больше накапливается человечеством технических знаний, находятся новые прочные материалы, открываются новые физические законы, появляются новые задачи и перспективы.

И вот снова всплывает старая идея, но теперь, на более высоком уровне техники, ее можно осуществить полностью. Она как бы вновь рождается, по-новому звучит и по-новому воплощается в жизнь.

Так получилось с паровой турбиной: сначала шар Герона, колесо Бранка, а потом паровая машина и, наконец, снова паровая турбина — уже работоспособный, мощный двигатель.

Так получилось с двигателем внутреннего сгорания: сначала пороховая машина Гюйгенса-Папена, затем паровые машины и, наконец, двигатель внутреннего сгорания во многих разновидностях.

Так получилось и с газовой турбиной.

Дымовая вертушка Леонардо да Винчи была первой газовой турбиной, — она вращалась от потока газа, полученного при сгорании топлива. В течение XVIII–XIX веков было заявлено много патентов на более усовершенствованные газовые турбины, которые могли бы не только вращать вертел, но и выполнить любую другую работу. Для этого такие турбины должны были иметь свои «печки», в которых бы сгорало топливо при повышенном давлении и высокой температуре, — высокая температура, как нам уже известно, необходима, чтобы от газа можно было бы получить большую полезную работу.

Разные изобретатели предлагали разные конструкции таких «печек» и разные конструкции самих турбин. Однако первой построенной газовой турбиной была турбина русского инженера Кузьминского.

Вы помните, как в магазин Шопена часто захаживал молодой инженер Павел Кузьминский? Это было в 1861 году, когда только-только появился двигатель Ленуара. Вы, наверное, помните и критическую заметку Кузьминского в журнале «Морской сборник», где автор предлагал путь к созданию более экономичного двигателя с предварительным сжатием воздуха? Обо всем этом говорилось уже в этой книге.

И вот, продолжая много и упорно работать над поставленной им же самим задачей, через тридцать с лишним лет, в 1897 году, умудренный опытом инженер построил новый двигатель внутреннего сгорания, но уже не поршневой, а турбинный. Это была первая в мире построенная в металле газовая турбина.

Если мы вспомним, что первая паровая турбина Лаваля была построена лишь немногим ранее (в 1890 г.), то нам станет понятным, что идея перехода от поршневых двигателей к турбинам, не покидавшая инженеров и прежде, вновь настоятельно требовала своего воплощения.

И если так много обещала в будущем паровая турбина, то еще больше надежд следовало возлагать на газовую турбину.

Действительно, обладая всеми преимуществами паровой турбины, она не требовала сооружения громоздких котлов и конденсаторов. Камера сгорания газа («печка») могла быть сделана малых размеров, а выброс газов мог так же, как и у поршневых двигателей внутреннего сгорания, производиться прямо в атмосферу.

Кроме того, чтобы получить пар с высокой температурой, как советовал Карно, нужно испарять воду в котле при высоких давлениях. Об этом мы говорили, вспоминая свойства пара. Между тем газы при сгорании топлива внутри камеры газовой турбины оказываются нагретыми до больших температур при сравнительно невысоких давлениях. Поэтому газовая турбина может быть легче по весу и проще по устройству, чем паровая турбина.

Но…

Высокие температуры! Карно доказывал, что, чем выше начальная температура рабочего тела в двигателе и чем ниже конечная его температура, тем лучше используется тепло для механической работы.

А вот практически материалы, из которых обычно делались лопатки турбин, не выдерживали высоких температур. Нужно было найти новые материалы. При низких же температурах коэффициент полезного действия газовых турбин оказывался тоже низким и строить их было невыгодно.