Лев Гумилевский - Густав Лаваль
Самым сложным вопросом, требовавшим предварительных экспериментов, был вопрос о применении длинного, сравнительно тонкого и, следовательно, гибкого вала. Идея эта была очень смелой. Для людей, опиравшихся на грубый повседневный опыт, казалось бесплодным конструировать машину такого рода: если жесткие, мощные валы вибрировали при лавалевских скоростях, то тонкий, гибкий вал, очевидно, должен был просто-напросто привести к катастрофе при первом же испытании машины.
Только уважение к Лавалю заставляло удерживаться от того, чтобы не сказать ему:
— Ваши большие скорости неосуществимы, и надо бросить все это дело, дорогой Густав!
Из осторожности Лаваль не стал, как обычно, строить сразу машину, но предварительно произвел опыт с обычным камышовым прутом, насадив на него тяжелый деревянный диск. Этот диск с камышовым валом был приведен во вращение с большой скоростью на старом токарном станке, находившемся в мастерских. К величайшему удивлению присутствующих Лаваль оказался прав: гибкая система при таких скоростях оправдывала полностью свое назначение, и тонкий камыш оказался более стойким в работе, чем жесткий деревянный негнущийся вал.
Робсам, бывший теперь ближайшим сотрудником Лаваля, пожал ему руку. Лаваль даже не улыбнулся. Он только заметил:
— Надо спешить с постройкой машины. Завтра я дам чертежи.
Это было 17 февраля 1889 года. В этот день Лаваль коротко отметил в своей записной книжке:
«Опыт с камышовкой вполне удался».
Наутро он явился в мастерские с готовыми чертежами турбины, и постройка опытной машины была произведена с лихорадочной быстротой.
Оставалось, однако, сделать еще один и очень большой шаг на пути к практическому применению турбины: нужно было добиться возможности снизить слишком большое число оборотов до такой величины, которую можно было бы применять для работы трансмиссий и динамомашин.
Так же, как ранее, к слишком уже совершенно действующему сепаратору Лаваль должен был вносить поправку своим эмульсорном, так и в этой быстроходной турбине следовало что-то сделать, чтобы уменьшить ее скорости, радовавшие сердце изобретателя, но практически никому не нужные.
Являясь простейшей активной турбиной с одной ступенью давления и одной ступенью скорости, т. е. турбиной, где вытекающий из сопла пар всю потенциальную энергию давления превращает в кинетическую энергию движения, которая в свою очередь превращает всю свою скорость в работу на одном венце рабочих лопаток, — турбина Лаваля для наивыгоднейшего и полнейшего использования «парового ветра» должна была развивать скорость до 30 тысяч оборотов в минуту, скорость практически не применявшуюся ни в одной современной рабочей машине.
Снижения числа оборотов турбины можно было достигнуть или непомерным увеличением диаметра турбинного колеса, — что практически тоже никуда не годилось, так как сделало бы всю установку неприемлемо громоздкой, — или же применением специальных передач.
Во время опытных работ Лаваль пошел по этому второму пути. Снижение числа оборотов турбины производилось при опытах с помощью зубчатых передач, канатов, ремней и фрикционных муфт. Наиболее практической оказалась зубчатая передача, и Лаваль остановился на ней.
Он применял сначала прямые зубцы с чрезвычайно малым шагом, а затем исключительно углообразные косые зубцы.
Надо отметить, что эта конструкция была также очень смелой, ввиду того, что скорость на окружности турбинного колеса во много раз превышала скорости, применявшиеся до сего времени на практике.
Но Лаваль теперь уже имел полное право не считаться с техникой своего времени и шел впереди ее. Правда, эта геликоидальная зубчатая передача в турбине Лаваля, уменьшавшая в зависимости от размеров турбины и давления пара примерно в десять-четырнадцать раз число оборотов рабочей машины, соединенной непосредственно с турбиной, против числа оборотов вала турбины, — явилась основным недостатком турбины, но выяснилось это значительно позднее.
Турбинное колесо и геликоидальная передача Лаваля
У самого Лаваля только первые опыты с бронзовыми зубцами на большом колесе передачи оказались неудачными, так как зубцы от большого числа ударов крошились. При замене бронзы сталью этот недостаток был устранен, с дороговизной же и общим неудобством передачи Лаваль в это время не имел повода считаться.
Победа над сопротивлением материала, во всяком случае, была Лавалем достигнута.
Первая турбина Лаваля, выпущенная на рынок, появилась в 1890 году. Незначительная мощность машины — всего 5 лошадиных сил — не могла, разумеется, привлечь к ней внимания крупных предпринимателей. Новый двигатель представлял собой лишь любопытный опыт, не имевший большого практического значения.
Сведения в технической литературе о турбине Лаваля были даны английскими журналами в 1892 году, а шведскими немного ранее.
Однако широким техническим и промышленным кругам новый двигатель стал известен лишь с появлением его на всемирной выставке в Чикаго в 1893 году.
На этой выставке демонстрировалась активная одноступенчатая турбина Лаваля, мощностью в 5 лошадиных сил, делавшая до 30 тысяч оборотов в минуту. К этому моменту своего развития турбина Лаваля еще не имела своей позднейшей формы диска равного сопротивления, той формы, которая так характеризует блестящее умение Лаваля пользоваться математикой в наиболее трудных, особенно для того времени, задачах динамики.
Первая турбина Лаваля мощностью в 5 лош. сил
Тем не менее в изумительном машинном павильоне выставки, среди всех новейших достижений мировой техники, турбина привлекала всеобщее внимание. Она открывала техникам всего мира новые пути к использованию кинетической энергии пара и опрокидывала привычные воззрения о неспособности струи пара дать сколько-нибудь значительную силовую мощность, годную для применения в промышленности. В этом было величайшее значение нового двигателя, присланного шведским изобретателем.
Между тем к этому времени не прекращавший дальнейших работ по усовершенствованию своей турбины Лаваль имел в сворм портфеле уже ряд новых патентов в этой области. Одни из них не нашли себе применения в дальнейшем и остались лишь историческими документами, свидетельствующими о той работе, которую вел изобретатель: так, им был взят патент на уменьшение числа оборотов турбины введением в сопло вместе с паром сильно перегретой воды; патент на регулирование с помощью гидравлического сервомотора; патент на введение диффузора для отработанного пара, и ряд других.
