Джон О'Нил - Гений, бьющий через край. Жизнь Николы Теслы
Модель большего размера Тесла построил в 1910 году. Она имела диски диаметром 30 см и со скоростью вращения 10 000 оборотов в минуту развивала мощность в 100 лошадиных сил, значительно превосходя по эффективности первую модель. Вращаясь в два раза медленнее, она давала троекратную мощность.
В течение следующего 1911 года машина подвергалась дальнейшему совершенствованию. При уменьшении диаметра дисков до 25 см и снижении скорости на 10 процентов — до 9000 оборотов в минуту, мощность возросла на 10 процентов, поднявшись до 110 лошадиных сил! Проведя ее испытания, Тесла сообщил:
Я поднял мощность до 110 лошадиных сил при диаметре дисков в 25 см и при толщине всего набора около пяти сантиметров. В соответствующих условиях можно достичь и 1 000 лошадиных сил. В сущности, механической производительности такой машины почти нет пределов. Она может работать на газу, как обычные автомобильные и авиационные двигатели внутреннего сгорания, даже лучше, чем на пару. Проведенные мной испытания показали, что газ дает более быстрое вращение, чем пар.
Вдохновленный успехом малых моделей, работавших на сжатом воздухе и в более ограниченных пределах при непосредственном сгорании бензина, Тесла разработал и построил вдвое больший агрегат, который планировал испытать на станции Уотерсайд, главной электростанции нью-йоркского отдела «Эдисон компани».
Изначально эта станция строилась для работы по эдисоновской системе постоянного тока, но теперь она полностью перешла на многофазную систему переменного тока Теслы.
Итак, Тесла, вторгшийся в святилище Эдисона для испытания нового вида турбины, который, как он надеялся, заменит использовавшиеся в то время, оказался на вражеской территории. То, что он пользовался поддержкой Моргана и что «Эдисон компани» тоже была моргановской компанией, никак не смягчало вражду между двумя изобретателями.
Отнюдь не смягчалось это положение и тем, как Тесла проводил свои испытания. Он был хроническим «совой» и предпочитал по возможности работать в вечернее, а не в дневное время. В силу необходимости самая большая нагрузка ложится на электростанции после захода солнца. Дневная же нагрузка относительно невысока, но с приближением темноты генераторы начинали стонать под тяжестью вечерней нагрузки. И работники станции Уотерсайд могли помогать Тесле в установке и испытаниях его турбины в дневное время, когда они были меньше всего заняты своими служебными обязанностями.
Тесла, однако, редко показывался до пяти и более часов вечера и не внял просьбам служащих станции приходить раньше. Он настоял на том, чтобы выбранные им работники оставались после пяти часов, когда кончается дневная смена, и работали бы вместе с ним сверхурочно, и не хотел считаться ни с инженерами, ни с чиновниками компании. Разумеется, что и те не испытывали к нему особой симпатии.
Турбина, построенная Теслой для этого испытания, имела ротор диаметром в 46 см, вращавшийся со скоростью 9000 оборотов в минуту, и развивала мощность в 200 лошадиных сил. При весе в 180 кг длина ее равнялась 90 см, ширина и высота — по 61 см.
На официальном испытании, куда Тесла пригласил множество гостей, он выступил с речью, в которой, в частности, сказал:
Следует заметить, что хотя экспериментальная установка развивает мощность в 200 лошадиных сил при давлении в 8 кг в подводящем трубопроводе и свободном выпуске отработавшего пара, но при максимальном давлении в питающей линии выходную мощность можно поднять до 300 л.с. А многоступенчатая турбина с отводом отработанного пара в ступень низкого давления, где в три раза больше дисков, чем в ступени высокого давления, и с вакуумным конденсатором на 72— 73 см даст, судя по результатам данной машины высокого давления, мощность в 600 лошадиных сил, не требуя значительного увеличения размеров. Причем это весьма скромная оценка.
Испытания показали, что когда турбина работает на 9000 оборотах в минуту при входном давлении в 8 кг на квадратный сантиметр и свободном выпуске отработавшего пара, она развивает эффективную мощность в 200 лошадиных сил. Максимальное потребление при этих условиях 17 кг насыщенного пара на лошадиную силу в час — это очень высокая эффективность, учитывая, что теплоперепад, измеряемый посредством термометров, равен лишь 130 британским тепловым единицам и что передача энергии происходит в один этап. Поскольку современные установки с перегревом и высоким вакуумом позволяют получать в три раза больше тепловых единиц, использование этих возможностей означает потребление менее, ем 5,5 кг на лошадиную силу в час в таких турбинах, рассчитанных на максимальный теплоперепад.
Определенные условия позволили получить очень высокий термический кпд, что показывает, что в больших машинах, построенных на этом принципе, потребление пара намного снизится и должно приблизиться к теоретическому минимуму, давая в результате почти свободную от трения турбину, которая будет почти полностью передавать на вал всю огромную энергию пара.
Следует иметь в виду, что все построенные и испытанные Теслой турбины были одноступенчатыми и использовали лишь около трети энергии пара. Предполагалось, что на практике они будут устанавливаться со второй ступенью для использования оставшейся энергии, а выходная мощность возрастет в два-три раза. (В настоящее время широко применяется два вида турбин с двенадцатью и более ступенями в одном корпусе.).
Некоторые сторонники электротехнического лагеря Эдисона, наблюдавшие за испытаниями реактивной штанги и явно не понявшие, что в подобном испытании два ротора остаются неподвижными — поскольку своим противоположно направленным усилием оказывают противодействие друг другу, измеряемое как вращающий момент, — пустили слух, будто турбина оказалась совершенно неудачной, и на практике поднять ее эффективность в тысячу раз не удастся. Подобные истории создали Тесле репутацию бесплодного фантазера. Однако его турбина в одноступенчатом варианте, работавшая как миниатюрный генератор энергии в том виде, в каком ее можно было реально испытать, более чем на двадцать пять лет опередила турбину, установленную в последние годы на станции Уотерсайд. Это очень небольшой агрегат с лопатками на роторе, известный как «предвключенная турбина», который включается в линию паропередачи между паровыми котлами и обычными турбинами. При передаче пара под повышенным давлением предвключенная турбина снимает эти «сливки» и выпускает пар в другие турбины, работающие в своем нормальном режиме.
«Дженерал электрик» развивала в то время турбину Куртиса, а «Вестингауз электрик энд мэньюфэкчуринг» развивала турбину Парсонса, и ни та, ни другая не проявила ни малейшего интереса к демонстрации Теслы.
На дальнейшее развитие его турбины в более крупных масштабах требовались большие деньги, а у Теслы не было тогда и небольших.
*В конце концов ему удалось заинтересовать компанию «Аллис Чалмерз мэньюфэкчуринг» из Милуоки, специализировавшуюся на возвратно-поступательных двигателях, турбинах и другом тяжелом оборудовании. В своей типичной манере он показал себя на переговорах настолько недипломатичным и проявил такое непонимание человеческой натуры, что было бы гораздо лучше, если бы он вообще не смог договориться об эксплуатации турбины.
Инженер Тесла, проигнорировав инженеров «Аллис Чалмерз», обратился прямо к президенту компании. Пока готовилось техническое заключение о его предложении, он пошел в совет директоров и, прежде чем инженеры получили возможность высказать свое мнение, убедил его принять свой проект. Было продано три турбины. Две из них имели по двадцать дисков по 46 см в диаметре и были испытаны при давлении пара в 5,6 кг на см2. На скоростях в 12000 и 10000 оборотов в минуту они развивали мощность в 200 лошадиных сил. Это та же мощность, какую выдавала модель Теслы 1911 года, диаметр дисков которой был в два раза меньше и которая работала со скоростью в 9000 оборотов и с давлением в 8 кг на квадратный сантиметр. Следующей была машина больших размеров с пятнадцатью дисками по 150 см в диаметре, рассчитанная на 3600 оборотов в минуту и номинальную мощность в 500 киловатт, или около 675 лошадиных сил.
Вот что, в частности, говорит по этому поводу Ханс Дальстранд, технический консультант отдела паровых турбин:
Мы также собрали паровую турбину на 500 кВт с частотой вращения в 3600 оборотов в минуту. Ее ротор состоял из пятнадцати дисков диаметром в 150 см и в 3 мм толщиной. Отделялись они друг от друга расстоянием приблизительно в 3 мм. Испытания проводились с подключенным генератором. Максимальный механический кпд этого агрегата составлял приблизительно 38% при работе с абсолютным давлением пара в 5,6 кг и с абсолютным противодавлением в 0,2 кг при 56° С перегрева на впуске.
