Анатолий Томилин - Мир электричества
Четвертый – современный этап. Начавшись в середине 80-х годов XIX века, он продолжается по сей день. Его можно назвать эпохой переменного трехфазного тока. Именно он – трехфазный переменный ток – позволил осуществить передачу электроэнергии на далекие расстояния, создать единую энергетическую сеть и обеспечить надежную работу электропривода.
Развитие мощных трехфазных машин – турбогенераторов – началось с новым, ХХ столетием. Уже через 20 лет в США был изготовлен двухполюсный турбогенератор немыслимой, казалось бы, мощности – 62,5 МВт и частоте вращения 1200 об/мин. Но технический прогресс подгоняет сам себя и имеет тенденцию к ускорению. Одновременно с двухполюсными появились четырехполюсные турбогенераторы еще большей мощности. К 1937 году в СССР был разработан и построен самый мощный в мире турбогенератор мощностью 100 МВт и частотой вращения 3000 об/мин. Это была очень непростая работа. Энергетиков беспокоили проблемы охлаждения обмоток. Внушали опасения огромный диаметр ротора и расстояние между его опорами. Хватит ли прочности у металла? Трудности возникали и при создании громадных поковок для ротора. А какая точность обработки требовалась от электромашиностроителей… Ведь у гигантских машин есть недремлющий враг – вибрация, способная разрушить даже самую прочную конструкцию.
Великая Отечественная война задержала стремительный рост советского энергомашиностроения. Но после победы народное хозяйство потребовало еще более мощных машин. Были разработаны и построены турбогенераторы вдвое большей мощности, втрое, в пять и десять раз. Для Костромской ГРЭС был разработан проект турбогенератора мощностью 1200 МВт и частотой вращения 3000 об/мин.
Чтобы повысить мощность гигантских машин, было предложено много усовершенствований. Главным явилось увеличение плотности тока в обмотках. Вы спросите: «А как же с охлаждением? Ведь уже на довоенном гиганте их нагрев представлял собой проблему». Правильно! Дальнейший прогресс потребовал глубоких теоретических и экспериментальных исследований, создания опытных машин и уникальных испытательных стендов. Конструкторы ленинградского завода «Электросила» впервые в мировой практике разработали и внедрили водородное охлаждение роторов. Статор же охлаждался водой, которая текла по полым медным проводникам обмотки. Для крепления были применены новые материалы, позволившие насколько возможно убрать вибрацию и не допустить резонанса.
Аналогичный путь исследований и устранения трудностей проходили и зарубежные турбостроительные фирмы. В США и Японии ныне строятся турбогенераторы в основном с водородно-водяным охлаждением мощностью до 1100 МВт. Фирма «Сименс», создающая турбогенераторы для атомных электростанций, освоила выпуск агрегатов мощностью 1500 МВт, частотой вращения 1800 об/мин и частоте тока 60 Гц. Фирма использует только водяное охлаждение как для обмоток статора, так и для ротора. А фирма «Альстом-атлантик» построила для атомных электростанций серию четырехполюсных турбогенераторов мощностью 1600 МВт.
Однако такие гиганты, как выяснилось из опыта мирового энергомашиностроения, кое в чем проигрывали по сравнению с турбогенераторами средних мощностей. Особенно если сравнивать их с более простыми парогазовыми установками. Первый такой турбогенератор мощностью 150 МВт и частотой вращения 3000 об/мин с более простой системой воздушного охлаждения был построен в АО «Электросила» для Северо-Западной ТЭЦ в 1996 году.
Следующим, вторым, звеном нашей цепи является линия электропередачи, ЛЭП, с преобразовательными подстанциями, трансформаторами и всевозможными вспомогательными устройствами. Главная задача ЛЭП – экономичная передача электрической энергии от генератора к приемнику, от электростанции к потребителю. Сегодня линии представляют собой грандиозные сооружения из высоченных мачт-опор с подвешенными на них многокилометровыми проводами (не менее грандиозными являются и линии подземных и подводных кабелей).
Россия – самая протяженная страна в мире. Основное население и промышленность сосредоточены в ее европейской части, а источники электроэнергии в большей степени – в восточной. И с каждым годом для транспортировки энергии нам приходится строить линии электропередачи на все большие и большие расстояния. Вы, конечно, понимаете, что чем длиннее линия передачи, тем больше в ней неизбежных потерь. Чтобы их снизить (я уже не раз об этом говорил), надо повышать напряжение. Вы помните, что чем выше напряжение на линии, тем меньшая сила тока нужна для передачи одной и той же мощности. А чем меньше сила тока, тем ниже потери. Этими соображениями и руководствуются проектировщики и строители, испытывая на полигонах модели линий электропередачи на 100 и 1000 кВ.
Третье звено – потребитель, от электрической лампочки и до. Пожалуй, сегодня не то что перечислить основных потребителей, но даже обозначить их границы невозможно. Мы живем в электрическом мире, и этим все сказано. Представить себе жизнь современного города без электричества невозможно! Мы создали для себя искусственный мир и не заметили, как сами оказались в его плену. Но пути назад не существует. Колесо истории и прогресса крутится только в одну сторону. Значит, надо работать дальше – изобретать, конструировать, двигать техническую мысль. Это интересно, в этом смысл жизни инженера.
«Mobilis in mobile» – «подвижный в подвижном»
Помните, чей это девиз? Надпись была выбита на корпусе «Наутилуса», подводной лодки капитана Немо. Роман «Двадцать тысяч лье под водой» был написан Жюлем Верном в 1870 году. Запомните эту дату.
А теперь переберем в памяти некоторые подробности конструкции фантастического «Наутилуса». Длина – 70 м. Максимальная ширина – 8 м. Водоизмещение – 1500 т…
По сравнению с современными атомными подводными крейсерами – габариты скромные. Но вспоминаем дальше: двойной корпус из стали повышенной прочности позволял подводной лодке погружаться на любую глубину. При этом мощный прожектор разгонял мрак мира безмолвия на полмили вперед. Не поднимаясь на поверхность, «Наутилус» мог пройти до 4000 км!.. Знатоки скажут: «Тоже не очень…» Но я еще раз напомню – 1870 год! А какие подводные лодки знали к этому времени в мире?
1863 год. Во Франции спущена на воду подводная лодка, изобретенная капитаном Буржуа и инженером Брюном: 41,5 м длины, 6 м ширины и 3,5 м высоты. Лодка вооружена шестовой миной и благодаря машине, работающей на сжатом воздухе, развивает скорость до пяти узлов. После удачных испытаний и лестных отзывов комиссии лодка сдана порту.
1866 год. В России на Кронштадтском заводе построена и спущена на воду подводная лодка конструкции петербургского фотографа Александровского: длина – 33,5 м, ширина – около 4 м и высота – 3,5 м. Водоизмещение – 220 т. Двигалась она силой сжатого воздуха, который хранился в 200 газгольдерах. Испытание прошло удачно. Однако когда в дальнейшем лодку опустили на глубину примерно 30 м, обшивка не выдержала, и судно затонуло.
Строились в ту пору лодки в Англии и в Америке, так что сама идея подводного плавания, как говорится, витала в воздухе.
Но пока то, что выходило из мастерских, больше походило на цистерны. Это были клепанные из стальных листов неуклюжие, беспомощные аппараты. Двигатели на сжатом воздухе могли работать не более получаса. Да и вообще большая часть этих монстров тонула еще на испытаниях. А «Наутилус»? Великолепный подводный корабль оживляло электричество!
Жюлю Верну было 10 лет, когда по волнам реки Невы поплыла против течения шлюпка, приводимая в движение «магнитной машиной» Якоби. Может возникнуть вопрос: откуда автор серии романов «Необыкновенные путешествия» черпал технические идеи для своих произведений?
Я не знаю, был ли знаком французский романист с трудами российского изобретателя, но можно предположить, что был. Потому что основные работы Бориса Семеновича Якоби публиковались не только в «Известиях Санкт-Петербургской академии наук», но и в Германии – в физико-химическом журнале «Анналы» Иоганна Поггендорфа, а также были изданы Парижской академией наук.
Однажды настойчивая английская журналистка Мэри Бэллок уговорила Жюля Верна показать ей свой рабочий кабинет, ввести ее в «тайное тайных». Ей пришлось подняться по узкой винтовой лестнице на верхний этаж, где она увидела скромную небольшую комнату со столом, рабочим креслом и кроватью.
– Как, и это все? – удивилась журналистка.
И тогда хозяин дома повел ее коридором, сплошь увешанным географическими картами, и отворил дверь в комнату, заставленную книжными шкафами. Это была библиотека. Всевозможные труды по географии и записки путешественников, книги по геологии, физике, химии, по астрономии и технологии бесчисленных производств заполняли шкафы. Тут же находилась великолепная картотека, составленная самим Верном и содержащая интересные сведения по всем отраслям знаний. Громадный стол посредине был завален газетами, журналами и бюллетенями научных обществ. Когда он успевал все это прочитывать и что мог он найти для фантазий, опережающих время, в научной литературе своей эпохи?
