Создатели двигателей

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.

Это были активные, одноступенчатые турбины. К турбинному колесу, сидящему на тонкой горизонтальной оси, пар подводился по нескольким, установленным под острым углом к плоскости колеса соплам с коническим расширением на конце. Число сопел зависело от мощности турбины и давления пара. Они прикреплялись к закрытой кольцеобразной трубе, присоединенной к главному паропроводу.

Колеса турбин состояли из двух крепких стальных дисков, между которыми были укреплены отдельные лопатки. Диаметр колеса в турбинах мощностью в 100 лошадиных сил не превышал полуметра. Турбинное колесо помещалось на тонком длинном валу. Так, у двадцатисильной турбины толщина вала равнялась всего только 12–13 миллиметрам. Этот гибкий вал при вращении сам по себе приходил в строго центральное положение, которое и удерживал при любой скорости. Чтобы вибрация системы при переходе через критическую скорость не привела к аварии, Лаваль окружил вал «ограничительными кольцами».

Число оборотов колеса достигало тринадцати тысяч в минуту. Посредством зубчатой передачи скорость уменьшалась в десять — тридцать раз на валу, который соединялся с рабочей машиной. Забавно, что размеры зубчатой передачи во много раз превышали размеры турбинного колеса и придавали турбине довольно странный вид.

Коэффициент полезного действия турбин Лаваля оказался очень значительным, и при высоких давлениях пара он еще более повышался. Простота конструкции турбин, их обслуживания и установки по сравнению с поршневыми паровыми машинами обеспечивала новому двигателю распространение.

Как только выяснились преимущества новых двигателей, к постройке турбин по лицензиям Лаваля приступили машиностроительные заводы Германии и Франции. В Стокгольме было организовано «Акционерное общество паровых турбин Лаваля», построившее большой турбостроительный завод.

Сам изобретатель немедленно перешел к опытам с паром очень высокого давления, явившимся продолжением его работ над повышением экономичности турбин. Эти эксперименты закончились появлением на Стокгольмской выставке 1897 года сконструированного Лавалем первого котла высокого давления пара с автоматическим регулированием.