Реверсивная турбина Лаваля
Реверсивная турбина Лаваля
Развитию своему в качестве судовых двигателей паровые турбины были всецело обязаны настойчивой, упорной и долголетней деятельности Парсонса. Уже в 1894 году Парсонсу, после долгих и осторожных экспериментов удалось сконструировать турбины, которые с огромным успехом были применены в качестве двигателей на выстроенной им яхте, названной им «Турбиния». Это небольшое опытное судно, после опубликования произведенных профессором Юингом его испытаний, привлекло к себе внимание мирового общественного мнения, благодаря тому, что скорость его хода намного превосходила самые быстроходные суда того времени: она достигала до 33 узлов или до 60 километров в час. Вслед за «Турбинией» Парсонс выстроил для английского адмиралтейства несколько военных судов, а затем установил турбины и на ряде коммерческих пароходов.
«Мавритания» и «Турбиния»
Решительным моментом для внедрения турбин в судостроительство было появление в британском флоте нового броненосца, построенного в Портсмуте в 1906 году, имя которого стало нарицательным для кораблей подобного типа. Это был «Дредноут», что по-английски значит «неустрашимый», корабль, произведший переворот в области военного судостроения. Он послужил образцом для целого ряда таких броненосцев, получивших название «дредноутов», к постройке которых приступили, обгоняя друг друга, решительно все страны мира. От существовавших ранее броненосцев «Дредноут» отличался более мощной и усовершенствованной артиллерией, отсутствием орудий среднего калибра, и главным образом увеличением скорости хода судна, равнявшейся 21? узлу в час. Мощность его турбин, впервые установленных на крупном судне водоизмещением в 18 тысяч тонн, составляла около 25 тысяч лошадиных сил.
Успех судовых турбин в военном флоте не замедлил сказаться и на коммерческом судостроении. От небольших, почти опытных пароходов коммерческое судостроение перешло очень быстро к установке турбин на больших трансатлантических пароходах. Уже к 1907 году в Англии были спущены на воду два огромных пассажирских парохода: «Мавритания» и «Лузитания», имевших по 40 тысяч тонн водоизмещения и приводившихся в движение турбинами, общей мощностью по 70 тысяч лошадиных сил на каждом. Скорость этих судов достигала до 26 узлов в час.
«Лузитания» была потоплена во время войны германской подводной лодкой, «Мавритания» же в течение двадцати лет оставалась самым быстроходным судном в мире и только в 1929 году уступила пальму первенства германскому гиганту «Бремен».
На этом пути, от маленькой «Турбинии» до огромных океанских пароходов типа «Мавритания», паровые турбины, как судовые двигатели, подверглись ряду конструктивных изменений.
Ротор турбины «Мавритании»
Вначале, как на «Турбинии», так и на военных и коммерческих судах, осуществлялось непосредственное соединение вала турбины с гребным винтом. Число оборотов таких турбин соответствовало наивыгоднейшему числу оборотов гребного винта. Но, как это было установлено дальнейшим опытом, наивыгоднейшее число оборотов гребного винта, даже при самом быстром ходе судна, все-таки далеко уступало числу оборотов обычных стационарных турбин. Для понижения скорости судовой турбины стали прибегать к увеличению турбинных колес, что в свою очередь, конечно, влекло за собой увеличение всех размеров турбины вообще. Так, турбины «Мавритании», делавшие около 200 оборотов в минуту, представляли собой тяжелые машины огромных размеров. Вес ротора первой турбины равнялся 72 тоннам, а второй — 126 тоннам. Такая турбинная установка представляла собой сложное, громоздкое и тяжелое сооружение, тем более, что кроме главных турбин, обслуживавших три гребных винта, нужно было иметь еще турбины для небольшой скорости судна, так как при маневрировании судна необходим тихий ход, которого давать основные турбины не могли.
Наконец, так как для маневрирования судна совершенно необходим еще и обратный ход судна, пароход должен был иметь еще турбину обратного хода. Если для военных судов громоздкость всей установки, искупавшаяся быстроходностью, не имела решающего значения, то в коммерческом судостроении, для которого не менее важна грузоподъемность парохода, тяжеловесность и громоздкость турбинных установок служила основным препятствием для распространения турбин. Для торгового флота гораздо более выгоды представляли дизель моторы, занимавшие мало места.
Эти особенности турбинных установок делали их неприемлемыми для широкого применения на обычных судах, тем более, что вес их зачастую превышал даже вес такой же мощности паровых машин.
Поэтому уже с первых же шагов судового турбостроения все конструкторы начали стремиться к облегчению турбинных установок. Перед ними стояли задачи снижения числа оборотов турбины без увеличения ее размеров, затем задачи осуществления в турбине реверса, т. е. возможности менять направление вращения турбины на обратное и тем самым давать судну передний и задний ход.
При разрешении первой задачи конструкторы воспользовались просто той самой геликоидальной зубчатой передачей, над которой трудился в свое время Лаваль для того, чтобы снизить число оборотов своей турбины.
В 1909 году Парсонс заменил на обыкновенном пароходе «Веспасиан» паровые машины турбинами, причем для того, чтобы новая установка вполне соответствовала прежней и по размерам и по числу оборотов гребного вала, он применил впервые к своим турбинам зубчатую, геликоидальную, подобную лавалевской передачу. Опыт этот оказался настолько удачным, что все судостроение стало применять соединение вала турбины с гребным винтом через передачу.
Введение этой лавалевской передачи имело огромное значение для дальнейшего распространения турбины в качестве судовых двигателей, еще на «Турбинии» расходовавших меньше пара, а стало быть и угля, чем обычные паровые машины. Благодаря геликоидальной передаче турбина стала работать с максимальной скоростью, необходимой для термодинамической производительности, в то время как гребной винт вращался с наивыгоднейшей для него скоростью. Применение передачи в судовых турбинах поэтому с коммерческой точки зрения считается столь же существенным и значительным, как и изобретение самой турбины.
Над разрешением второй задачи, а именно над осуществлением реверса в турбине, работало очень много конструкторов и было взято в разных странах не мало патентов на реверсивную турбину. Все они, однако, оказались практически непригодными, и до сего времени, как на судах, так и турбовозах, для осуществления заднего хода ставится дополнительная, специальная турбина.
Наиболее интересной попыткой разрешить вопрос является попытка Лаваля.
— Я никогда не был слишком высокого мнения об остроумии моих европейских коллег, — сказал он однажды, смеясь, своему помощнику Фагерстрему, после того как они вместе просматривали статью о судовых турбинах, напечатанную в английском «Морском обозрении», — и право, Фагерстрем, это дело не обойдется без нас…
— Оно ждет нас, — коротко ответил Фагерстрем.
Это был молодой, способный инженер, обладавший конструкторским опытом и интересовавшиеся специально вопросом о турбинах. К этому времени мастерские Лаваля находились на пути к ликвидации: объем работ уменьшался, штаты служащих были сильно сокращены, и помощники Лаваля нетерпеливо ждали поручений патрона, так как часто сидели без дела и с грустью думали о необходимости оставить мастерские.
Несколько минут Лаваль молча шагал из угла в угол по своему кабинету в мастерских. Улыбка не сходила с его губ.
— У вас есть идея? — спросил Фагерстрем.
— Если бы у меня было столько же денег и времени, сколько у меня идей, наши мастерские занимали бы десять кварталов в Стокгольме… — ответил Лаваль. — Что вы думаете о турбине с двумя рядами лопаток, расположенными один за другим в радиальном направлении с лопатками, загнутыми в противоположную сторону?
Несколько секунд Фагерстрем раздумывал, потом, не скрывая своего изумления, сказал с несвойственной ему живостью:
— Это решает вопрос!
Лаваль посмотрел на него задумчиво, вероятно, не слыша его слов, потом предложил:
— Хотите заняться этим, Фагерстрем?
Молодой инженер не желал ничего другого и с величайшей энергией принялся за дело. В течение нескольких дней он разработал конструкцию, и Лаваль одобрил ее. Мастерские начали выполнять части турбины, и к началу 1908 года реверсивная турбина была собрана и опробована.
Предварительные испытания ее обещали успех новому изобретению, но простое решение вопроса по множеству причин оказалось все-таки неудовлетворительным для практического применения турбины.
Не замечая этого, Лаваль со всей своей страстной самоуверенностью принялся бороться за признание и применение своей реверсивной турбины в Англии и Франции, где судостроение составляло виднейшую отрасль промышленности. Однако эта его реверсивная турбина так и не нашла себе применения и была сдана в технический музей.
Связывая свои интересы все более и более с европейской промышленностью, теперь уже большую часть своей жизни Лаваль проводил за границей. Материальные затруднения вынуждали его вести борьбу за существование с яростью и ожесточением.
Положение изобретателя становилось катастрофическим. Назначенная ему пенсия, правда, несколько обеспечивала его молодую жену, но никакой пенсией нельзя было поправить дел самого Лаваля. Они ухудшались с каждым днем.
Штаты мастерских, где воспитывались в творческой работе десятки молодых инженеров, впоследствии выросших в талантливых конструкторов, сокращались. Масштабы работ суживались, и Лаваль с ужасом видел впереди тяжелую и жалкую старость: между тем он сам был полон сил и энергии; новые и новые проблемы, одна другой грандиознее, вставали перед ним.
Среди этих проблем наиболее значительной была проблема обезвоживания торфа, проблема, решение которой должно было, по выражению Лаваля, «разбудить дремлющие миллионы» и повести шведскую промышленность к необычайному расцвету.
Обезвоживание торфяников, которыми была так богата Швеция, искусственным путем создало бы новую отрасль крупной промышленности, работы в которой могли бы вестись круглый год.
Над вопросом обработки торфа и превращения его мокрым путем непосредственно в брикет с последующим высушиванием работал в это время не один изобретательный ум: здесь Лаваль не был счастливее других. По крайней мере до последних дней своей жизни достигнуть успеха он не мог, хотя и не потерпел поражения.