Создатели двигателей

К моменту возникновения идеи турбины Лаваль имел прекрасную лабораторию и мастерские. У него работал штат инженеров и техников. Целый квартал между Пильгатаном и озером Мелар принадлежал Лавалю. Здесь находились мастерские и лаборатории, где производились самые разнообразные опыты и испытывались всевозможные модели, начиная от ветряных двигателей и кончая ацетиленовыми лампами.

Взяв в начале 1889 года патент на применение расширяющегося сопла к турбине, Лаваль перешел к решению всей проблемы. Этому предшествовали опыты в мастерских. Задача заключалась в том, чтобы превратить скорость пара в механическую работу колеса с одним рядом лопаток на нем.

Задача эта, легкая на первый взгляд, в действительности оказалась чрезвычайно трудной. Надо было обладать энергией, изобретательностью и смелостью Лаваля, чтобы преодолеть все трудности, стоявшие перед ним, несмотря на кажущуюся простоту и легкость конструкции. Технические трудности происходили из-за огромной скорости вращения колеса под действием струи пара: оно делало свыше тридцати тысяч оборотов в минуту. При такой скорости вращения колесо должно было быть не только очень прочным, но и математически точно уравновешенным во всех своих частях.

Возбужденный, небритый, нечесаный, питаясь одним черным кофе, Лаваль то просиживал целые ночи за письменным столом, то безвыходно, с медвежьим упрямством, трудился в мастерских. Иногда он бродил как помешанный, с пустыми глазами, по дому, снова садился за стол и считал и чертил, вновь пересчитывал и вновь перечерчивал.

Применять для турбинного колеса обыкновенный жесткий, мощный вал оказывалось невозможным: при опытах с такими валами машина начинала дрожать, вал изгибался, и немыслимо было добиться какой-нибудь надежности в работе. Опыты происходили в самых разнообразных условиях и не привели ни к чему. Надо было что-то изменить в самом корне, и Лаваль продолжал метаться по дому и мастерским в поисках выхода.

И, как это часто бывает в трудных положениях, выход был найден совсем не там, где искало его привычное мышление. Задача решалась не жесткостью, мощностью и прочностью системы, к чему стремился Лаваль сначала, а наоборот — ее чрезвычайной гибкостью и податливостью. Лаваль решил попробовать тонкий длинный, гибкий вал, так чтобы вся система при огромной скорости вращения уравновешивалась сама собой. Идея была очень смелой. Она противоречила привычному взгляду на вещи. Для людей, опиравшихся на грубый повседневный опыт, казалось бесплодным конструировать машину такого рода, и только уважение к изобретателю останавливало их от того, чтобы не сказать ему: «Ваши большие скорости неосуществимы, и надо все бросить, дорогой Густав! Существует критическая скорость в пять-шесть тысяч оборотов, за которой следует катастрофа».

Лаваль произвел предварительный опыт с камышовым стеблем, на который был насажен деревянный диск. Опыт принес Лавалю открытие. Стебель с диском стали вращать на станке, увеличивая скорость. Подходя к критической скорости, стебель дрожал, изгибался, вибрировал, но, к величайшему удивлению присутствующих, перейдя критическую скорость, камышовый вал перестал вибрировать, и вся система успокоилась. Испытанный вслед за тем деревянный негнущийся вал, дойдя до критической скорости, стал трещать и выбыл из строя.

Лаваль производит опыт с камышовым стеблем, на который насажен деревянный диск.

17 февраля 1889 года Лаваль отметил в своей записной книжке:

«Опыт с камышом удался».

Теперь, когда решена была труднейшая часть задачи, легче было решить и остальные ее части. Математика пригодилась изобретателю при расчете диска равного сопротивления для турбинного колеса. Как металлург он нашел специальные материалы для изготовления дисков и лопаток, а также и зубчатой передачи. Зубчатая передача снижала число оборотов турбинного колеса до нужного динамо-машине.

В 1890 году Лаваль выпустил на рынок свои первые турбины, соединенные с динамо-машинами. Широкая техническая общественность познакомилась с ними, однако, позднее — только в 1893 году, на Всемирной выставке в Чикаго. За это время Лаваль внес много усовершенствований в конструкцию и, в частности, взял патент на применение к паровой турбине конденсатора. В турбине, где возможно устроить широкое сообщение с конденсатором и не надо прибегать к клапанам, как в паровом двигателе, имеется возможность использовать очень глубокий вакуум. Применение конденсатора у турбины сразу же повысило коэффициент ее полезного действия.

Внеся все эти усовершенствования, Лаваль перешел к постройке более мощных турбин. Они стали применяться не только для вращения динамо-машин. Их использовали и как обычные двигатели.