Приключения изобретений

СПОР ПАРА С ТЕКУЧЕЙ ВОДОЙ

Судьба водяных колёс, тысячелетие верно служивших человеку, была решена. Прошло два-три десятилетия, и водяные колёса остались только при деревенских мельницах да на нескольких старых заводах. Небольшая паровая машина давала больше энергии, чем пятиэтажной высоты колёса. Не нужны стали дорогие плотины, и уже необязательно было сооружать заводы близ реки.

Но движение техники с XIX века идёт всё быстрее и быстрее. Паровые двигатели вызвали к жизни множество различных рабочих машин, станков, механизмов. Промышленность быстро развивалась во многих странах, и уже можно было предвидеть время, когда для новых рабочих машин паровые двигатели, какими пользовались в первой половине XIX века, окажутся недостаточно мощными.

Впрочем, дело было не только в мощности. Чем крупнее становились заводы, тем всё больше давали себя знать важные недостатки паровой машины. Приходилось сооружать сложные устройства, чтобы передавать движение от паровой машины к станкам, которые точили металл или ткали материю. Для этого нужны были тяжёлые металлические валы, которые вращала паровая машина, и кожаные ремни, передававшие движение от вала к станку.

Чуть ли не половина всей силы паровой машины уходила на вращение этих устройств, и только вторая половина доставалась станкам.

И это ещё не всё. Стоит, например, на заводе пятьдесят станков. А иногда работа есть только для десяти. Но топлива паровой машине нужно столько же. Да и вообще, несмотря на все усовершенствования, много топлива требовала машина по сравнению с работой, которую совершала, – дорого обходилось пользование ею.

От сложных передаточных устройств освободило заводы одно из важнейших изобретений второй половины XIX века: изобретатели создали генератор – машину, вырабатывающую большие количества электрического тока. Электрическую энергию можно дробить как угодно и передавать по проводу на большие расстояния. Можно взять ток для работы ста мощных машин, а можно и для одного станка – и тогда расход электрической энергии в сто раз меньше.

Достаточно было на большом заводе, со многими цехами, поставить одну паровую машину. Она приводила в движение генератор. А от генератора ток шёл во все здания завода, к каждому станку. Получалось гораздо выгоднее: меньше понадобилось паровых машин – значит, меньше топлива для них; не нужны стали все валы и ремни для передачи энергии к станкам.

Но тогда нескольким изобретателям в разных странах пришла в голову одна и та же мысль: нельзя ли приводить в движение генератор… водяным колесом. Может быть, ещё выгоднее получится!

Как же это? Ведь даже слоновое колесо слабее небольшой паровой машины. Но если устроить так, чтобы водяное колесо совершало не пять – десять, а тысячи, десятки тысяч оборотов в минуту, – тогда дело другое. Чем быстрее вращается колесо, тем больше энергии оно даёт.

Вот о том, как увеличить в тысячи раз быстроту вращения водяного колеса, и думали изобретатели. Оказалось, что эту задачу можно решить.

Нужно колесо с насаженными на него изогнутыми лопатками поместить в металлическую трубу, сделанную так, чтобы поток воды проходил по трубе с большим напором и большой скоростью. Пришлось много потрудиться, чтобы найти лучшую форму трубы и лопаток, насаженных на колесо. Изобретатели различных стран предложили несколько систем таких двигателей – их называют гидравлическими (водяными) турбинами.

Турбины могли развивать мощность бульшую, чем паровые машины. А главная выгода в том, что топлива им не нужно. И – не то что водяные колеса в XVIII веке – пользование водяной турбиной не привязывает завод к реке. Ведь турбина приводит в движение не заводские машины, а генератор, вырабатывающий электрический ток. А ток можно передавать на большое расстояние. Правда, пришлось опять строить на реках дорогие плотины, но это окупалось тем, что заводам не нужно было покупать и возить топливо.

Турбину всё время совершенствовали, сковывали плотинами реки, и у плотин строили гидроэлектростанции. На больших станциях теперь ставят несколько турбин и генераторов.

Что же, так и восторжествовал водяной двигатель над паровым? Нет!

Почти в то же время, когда начали строить водяные турбины, другие изобретатели догадались, что пар в турбинах может работать не хуже воды. Нужно тоже пропускать пар сквозь трубу с большой скоростью, сперва сжимая его, а потом давая расшириться. Расширяясь, пар сильно ударяет в лопатки колеса, и оно вращается с огромной скоростью. Паровые турбины могут приводить в движение самые большие генераторы, с которыми никакая паровая машина не справилась бы. И турбины намного экономичнее, выгоднее паровой машины: получив такое же количество топлива, она даёт гораздо больше энергии.

Значит, опять текучую воду победил пар? Нет, в этой борьбе не оказалось ни победителя, ни побеждённого. Вот уже несколько десятилетий всё время совершенствуются и паровые и гидравлические турбины, становятся всё больше, всё мощнее.

Турбину с генератором соединяют в одну машину. Ещё перед Великой Отечественной войной гидравлические турбогенераторы мощностью семьдесят тысяч киловатт считались превосходным достижением техники, а теперь их мощность доходит до трёхсот тысяч киловатт. Не отстают от них и паровые турбогенераторы. Это огромные сооружения. Чтобы перевезти с завода один такой турбогенератор, нужен целый железнодорожный состав.

А что же всё-таки лучше – гидравлическая или паровая турбина? Если бы на этот вопрос был готовый ответ, то, очевидно, или те, или другие турбины перестали бы строить. Ток, который дают гидроэлектростанции, обходится дешевле – станциям не нужно топливо. Ток самой мощной в мире Братской гидроэлектростанции на сибирской реке Ангаре обойдётся в малую долю копейки за киловатт-час. Но строительство гидроэлектростанций дороже и продолжается дольше, чем строительство паровых электростанций, которым не нужны могучие плотины и огромные водохранилища. Помните, ещё Ползунов писал о безвозвратной потере расхода при строении плотины. Иногда оказывается выгоднее строить паровые электростанции, особенно если близко есть дешёвое топливо – например, подземные залежи горючего газа.

Поэтому мы сейчас строим много тепловых станций с мощными паровыми турбинами. Но и о гидростанциях не забываем – особенно большие, самые сильные в мире, строятся на сибирских реках.