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.
При подъеме давления пара выше указанных величин механический кпд падал, а это значит, что в силу конструкции этих машин для получения максимальной эффективности при высоком давлении было необходимо иметь более одной турбины в серии. Эффективность небольших турбин Теслы сопоставима с эффективностью небольших активных турбин с частотами вращения, позволяющими непосредственно подключать их к насосам и другим механизмам. Ясно поэтому, что небольшая паровая турбина для работы с тем же кпд должна была работать с частотой вращения от 10000 до 12000 оборотов и соединяться с ведомым агрегатом через редуктор.
Кроме того, по своей конструкции турбина Теслы в смысле производственных затрат не может состязаться с малогабаритными активными турбинами. Довольно сомнительно также, что роторные диски в силу своей легкости и высоких нагрузок будут долговечными при постоянной работе.
Все вышесказанное точно так же относится и к большой турбине с частотой вращения в 3 600 оборотов. При ее разборке выяснилось, что диски значительно деформировались, и было высказано мнение, что если они будут работать и дальше, то очень скоро окончательно выйдут из строя. Газовую же турбину так и не собрали по той причине, что компания не смогла получить от г-на Теслы достаточную техническую информацию, чтобы составить хотя бы приблизительное представление о его замысле.
По-видимому, на этой стадии Тесла демонстративно бросил испытания. Но в Милуоки не было своего Джорджа Вестингауза, чтобы спасти ситуацию. Позднее, уже в двадцатые годы, автор спросил Теслу, почему он прекратил работу с «Аллис Чалмерз», на что тот ответил: «Они не стали бы строить турбины так, как я хотел», и больше не стал говорить об этом.
А «Аллис Чалмерз» впоследствии стала пионером в производстве газовых турбин другого типа, которые успешно работали долгие годы.
Хотя отчет Дальстранда звучит как суровый приговор турбине Теслы и показывает ее существенные недостатки, которых нет в других турбинах, но в действительности все совсем не так. В основном в нем дается, конечно, справедливая оценка результатов, но описание явных недостатков лишь с иной точки зрения освещает то, о чем и сам Тесла говорил еще при первых испытаниях, а именно, что, работая в одноступенчатом варианте, она использует лишь около трети энергии пара, и для использования остальной энергии она должна работать в соединении со второй турбиной.
Ей [турбине] придется подождать, пока ученые и инженеры не разработают материалы, способные выдерживать эти давления и скорости. Например, одна лопатка современной турбины, движущаяся со скоростью 960 км в ас, испытывает на себе центробежную силу в 40000 кг, которая стремится сорвать ее с лопастного колеса и вала… В этом бушующем аду лопатки под высоким давлением на одном конце турбины раскаляются докрасна, а всего в нескольких футах от них большие лопатки последних ступеней вращаются со скоростью 960 км в час под холодным ливнем - настолько быстро, что капли конденсированного пара режут, как песчаная струя.
В своем отчете Дальстранд говорит также о трудности с вибрацией в турбине Теслы, обусловливающей необходимость усиления дисков. Но о том, что данная трудность возникает во всех турбинах, отмечено позднее в буклете «Дженерал электрик», где сказано:
Вибрация раскалывала диски и колеса и выводила из строя турбины иногда в течение нескольких часов, а иногда через годы работы. Возникала она из-за извлечения огромной энергии из относительно легкого устройства - в некоторых случаях не менее 400 л.с. из лопатки весом всего лишь в полкило или килограмм…
С турбиной связаны четыре основные проблемы: высокие температуры, высокие давления, высокие скорости и внутренняя вибрация. А разрешить эти проблемы можно лишь с помощью научных исследований, инженерного искусства и производственного опыта.
Проблемы эти до сих пор ждут своего окончательного разрешения даже у тех производителей, которые выпускают турбины уже сорок лет. И то, что они выявились и в турбине Теслы, о чем говорил и он сам, никак нельзя считать окончательным приговором его изобретению на ранних стадиях его развития.
Слухи, гуляющие последние год или два в технических кругах, свидетельствуют о пробуждении нового интереса к турбине Теслы и о возможности того, что производители предложенных Куртисом и Парсонсом турбин могут использовать и его турбину для совместной работы с другими видами турбин. Появление новых сплавов, которые почти полностью удовлетворяют требованиям механической прочности в условиях высокой температуры и огромных нагрузок, во многом способствует такому повороту событий.
Возможно, что если бы турбина Теслы включала в себя две или более ступеней со всеми их достоинствами, что давало бы ей диапазон рабочих характеристик турбины Куртиса или Парсонса, и собиралась бы со всеми преимуществами, которые даются инженерно-техническим мастерством и достижениями современной металлургии и щедро вкладываются в турбины упомянутых изобретателей, то благодаря тому, что турбина Теслы значительно проще, она оказалась бы более эффективной в работе и экономичнее по конструкции.
ЧЕТЫРНАДЦАТЬ
Высшим знаком признания, который мир дарит своим ученым, является Нобелевская премия, основанная шведским ученым Альфредом Нобелем, который разбогател благодаря изобретению динамита. Ежегодно выдается пять премий, каждая из которых в нормальное время составляет около 40000 $.
В 1912 году из Швеции пришло сообщение о том, что Николе Тесле и Томасу Эдисону присуждается совместная премия за достижения в области физики. Премию, однако, так и не выплатили, и в результате она досталась шведскому ученому Густаву Далену.
Доподлинно неизвестно, что же произошло на самом деле. Никакой корреспонденции на этот счет нет. Точно установлено, что Тесла отказался от этой премии. В то время он остро нуждался в деньгах, и 20000 $, которые он получил бы в качестве своей доли премии, помогли бы ему продолжить свою работу. Однако для него были важнее другие соображения.
Тесла проводил очень четкую грань между изобретателем полезных устройств и открывателем новых принципов. Открыватель новых принципов, говорил он в разговоре с автором, это первопроходец, открывающий новые сферы знания, куда стекаются тысячи изобретателей, чтобы, руководствуясь новыми сведениями, создавать коммерческие приспособления.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46