Чтение онлайн

Кроме того, из-за малой высоты цилиндра каждая порция пара действует очень незначительное время. Да и скорость перемещения поршня в цилиндре при этом невелика — не более 5–7 метров в секунду.

Если ставить очень высокий цилиндр, чтобы пар поработал, разгоняя поршень, подольше, то опять придется увеличивать размеры машинного отделения и всего парохода в целом.

Вот хорошо бы иметь такой двигатель, в котором пар действовал бы равномерно в течение всего времени работы этого двигателя! Да и двигался бы побыстрее. Тогда мощность двигателя неизмеримо повысилась бы.

Такой двигатель с постоянно действующим паром, названный паровой турбиной, был создан в конце прошлого столетия. В этом двигателе, делающем несколько тысяч оборотов в минуту, пар мчится в 40 раз быстрее, чем в паровой машине. Так что назвали его турбиной не случайно: по-латыни «турбо» означает «вихрь». И что интересно: проект турбины одновременно разработали два человека, совершенно не знавшие друг друга. Это были шведский инженер Г. Лаваль и англичанин Ч. Парсонс.

Моряки рассказывают такую историю. В 1897 году на Дуврском рейде для торжественного парада по случаю юбилея королевы Виктории выстроился английский флот. Могучие броненосцы и стремительные крейсеры замерли в ожидании яхты королевы. Все было наготове.

И вдруг вместо королевской яхты откуда-то вынырнуло и с невероятной скоростью промчалось перед строем небольшое узенькое суденышко.

Самый быстроходный сторожевик бросился в погоню за нарушителем порядка. Но куда там! Успели только прочитать надпись на корме — «Турбиния». Скорость хода этого судна была в полтора раза выше, чем скорость лучших морских ходоков мира.

Вот поэтому-то строителя и владельца судна не только не отдали под суд «за безобразие на рейде», но наоборот — очень любезно пригласили в Адмиралтейство.

Строителем оказался инженер Парсонс. На своем судне он впервые в мире применил паровую турбину.

Пар в турбине работает совсем иначе, чем в паровой машине. Если направить сильную струю пара, вытекающего из конической трубки — сопла, в криволинейный канал, то эта струя, протекая по каналу, будет давить на его вогнутую стенку больше, чем на выпуклую. На этом простом свойстве и основано действие пара в турбине. Пар из нескольких сопел под большим давлением устремляется на криволинейные лопатки, закрепленные по окружности колеса, и вращает его примерно так же, как вода мельничные колеса.

У турбины две основные части: одна неподвижная, называемая корпусом, или статором, и другая подвижная — это диск, или ротор, который может вращаться. К внутренней стенке статора прикреплено множество направляющих лопаток. Обод ротора также усеян сотнями и даже тысячами рабочих лопаток особой формы. Они изогнуты в сторону, противоположную изгибу направляющих лопаток. Промежутки между рабочими лопатками и есть те криволинейные каналы, куда поступает с направляющих лопаток пар. Давление пара на рабочие лопатки заставляет вращаться ротор турбины. Так работает одноступенчатая паровая турбина. Ее и изобрел шведский инженер Лаваль. Но такая турбина не нашла распространения и в конце концов уступила место другим, более совершенным.

Произошло примерно то же, что и с паровой машиной, у которой стали делать несколько цилиндров.

Дело в том, что одноступенчатая турбина не могла иметь хорошего коэффициента полезного действия. Такой коэффициент в первую очередь зависит от того, с какой температурой и с каким давлением пар начинает и кончает свою работу. Оказывается, чем больше начальное давление и температура и чем ниже давление и температура пара, покидающего турбину, тем больше механической энергии для вращения ротора он дает. Поэтому стали турбину делать не одноступенчатой, а многоступенчатой. Такую турбину впервые и создал Парсонс.

Многоступенчатое устройство турбин позволило сооружать их такой мощности, о которой не могли даже и мечтать в начале нашего столетия. Мощность судовой турбины достигла 75 000 лошадиных сил.

Для заднего хода судна имеется особая турбина.

Прежде турбины ставили главным образом на быстроходных военных кораблях и больших трансатлантических экспрессах — лайнерах. Потом их начали применять и на обычных торговых судах.

Паровая турбина — быстроходный механизм. Ее вал вращается со скоростью нескольких тысяч оборотов в минуту. Что же получится при вращении гребного винта с такой скоростью? Получится бесполезная работа, так как лопасти винта будут только разбрасывать воду по сторонам, образуя вокруг себя пустоту. Тут уже не будет давления винта на упорный подшипник, а значит, и пароход не будет двигаться.

Именно так сначала и произошло на «Турбинии». Долго Парсонс ничего не мог понять: мощная турбина вращала гребной винт с бешеной скоростью — 2000 оборотов в минуту, а судно двигалось еле-еле.

Три года мучился Парсонс, переменил десять винтов на «Турбинии», пока не выяснил, что гребной винт, для вращения которого и служит турбина, не должен вращаться с такой скоростью. Для хорошей его работы нужна скорость вращения не более 250 оборотов. Как же быть в таком случае? Как заставить быстроходную турбину вращать винт с нужной неторопливостью? Для этого придумали соединять вал турбины с судовым валопроводом при помощи специальной зубчатой передачи — редуктора.

Конечно, все вы видели лебедку для подъема или перетаскивания тяжелых грузов. У такой лебедки два зубчатых колеса, сцепленных друг с другом. Диаметр того колеса, что ближе к рукоятке лебедки, в несколько раз меньше другого. Применение таких колес дает большой выигрыш в силе. При вращении рукоятки предмет поднимают или тащат легко, но зато очень медленно. Примерно то же самое получается и с редуктором. Его зубчатые колеса соединяют вал турбины с судовым валопроводом, а через него — с гребным винтом. Размеры колес подобраны таким образом, что судовой валопровод и гребной винт вращаются во много раз медленнее вала быстроходной турбины. Очень часто вместо такого редуктора применяют электрическую передачу. Тут зубчатые колеса заменяются электрическим током. Ток подают тихоходному двигателю, и он спокойно вращает гребной винт с той скоростью, какая нужна. Суда с электрической передачей от турбины к гребному винту называют электроходами.

Мы уже знаем, что поршень паровой машины приводится в движение паром, а пар образуется в котле. Но котлы занимали много места. Были такие пароходы, где устанавливали по сорок с лишним котлов. Кроме того, большая часть тепловой энергии, получаемой при сгорании топлива, не использовалась, а терялась с уходящими газами и отработавшим паром. Иначе говоря, только небольшая часть энергии угля или мазута используется в паровой машине. В этом случае говорят, что коэффициент полезного действия этой машины небольшой.

И вот во второй половине прошлого столетия изобретатели стали думать: как бы повысить, насколько можно, коэффициент полезного действия двигателя? Как бы избавиться от котлов? Как бы изобрести такой двигатель, которому не нужны ни пар, ни громоздкие котлы?

Нельзя ли сделать так, чтобы топливо сжигалось не в котлах, а в цилиндрах самого механизма?

Так изобретатели подошли к идее двигателя с внутренним сгоранием топлива, но долго не могли осуществить ее.

Первый двигатель, работающий на светильном газе, предложил в 1860 году французский механик Ленуар. В 1867 году Н. Отто и Ланген его усовершенствовали.