ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРОМЕТЕЙ
ДЖОН О`НЕЙЛ
Тесла сообщил в 1902 году, что он работает над проектом «силовой станции, свободно умещающейся в шляпе». Такой простой, маленькой и в то же время мощной будет его турбина! Первая модель 1906 года, мощность в 30 л.с., действительно умещалась в его котелке. Самые крупные её детали были длиной в 6 дюймов, весила она меньше 10 фунтов. Три лошадиные силы на фунт! Но Тесла выдвинул лозунг: «20 л.с. на фунт веса!» - и даже заказал себе почтовую бумагу, украшенную таким грифом.
(дюйм равен 25,4 миллиметра; фунт – примерно 400 грамм)
У первой модели турбины было 12 дисков диаметром 5 дюймов. Вместо пара она приводилась в движение сжатым воздухом и достигала скорости вращения 20 тысяч оборотов в минуту. Впоследствии Тесла собирался использовать как горючее нефть. При этом отпала бы нужда в котлах, производящих водяной пар.
В 1910 году Тесла создал более крупную модель, с дисками диаметром 12 дюймов. При скорости в 10 тысяч оборотов в минуту она развивала мощность в 100 л.с., причём по сравнению с первой моделью резко повысился КПД: скорость вращения ротора понизилась вдвое, а выходная мощность утроилась. В течение 1911 года были введены новые усовершенствования: диаметр дисков уменьшился до 9,75 дюйма, скорость вращения понизилась до 7 тысяч оборотов в минуту, а мощность поднялась до 110 л.с.
«При соответствующем изменении параметров, - говорил Тесла, - мощность такого двигателя может возрасти до 1000 л.с. В принципе она может расти беспредельно. Как и двигатели внутреннего сгорания, применяемые в автомобилях и самолётах, эта турбина может работать на газе, который гораздо эффективнее, чем пар. Это подтверждают мои эксперименты».
Дело в том, что, будучи прирождённой «совой», Тесла предпочитал работать ночами. Предоставив в его распоряжение рабочих, администрация, конечно же, предполагала, что они будут монтировать и испытывать установку днём. Но Тесла редко появлялся на станции раньше пяти вечера – появлялся каждый раз с требованием, чтобы отобранные им рабочие оставались для сверхурочной работы. Увлечённый своим замыслом, он ни с кем не считался, и естественно, что ему платили той же монетой. Не все относились к нему так же бережно, с таким пониманием, как Джордж Шерф. Ни от кого нельзя было этого требовать.
На демонстрационные испытания двух новых турбин Тесла пригласил множество гостей. Он сказал им, что экспериментальная установка развивает мощность в 200 л.с., так как турбины одноступенчатые, а давление пара понижено. И что многоступенчатая установка даст при полном давлении 600 л.с., а в больших многоступенчатых установках потребление пара можно будет снизить до 12 фунтов в час на 1 л.с., и приблизиться в этом отношении к теоретическому минимуму. Иными словами, можно создать турбины, в которых энергия расширения пара практически полностью перейдёт к валу.
(Надо сказать, что все турбины Теслы, которые дошли до контрольных испытаний, были одноступенчатыми, в них использовалась лишь треть энергии пара. Задуманы же они были по меньшей мере для двухступенчатого процесса. Даже вторая ступень увеличила бы мощность турбины в два , а то и в три раза. Но инженеры компании Эдисона в этом не разобрались или не захотели разобраться. Поползли слухи, что турбина Теслы неприменима на практике, что Тесла пустой мечтатель, фантазёр. Тем не менее именно его одноступенчатая турбина, почти в том самом виде, в котором она была впервые испытана в 1910 году, прослужила прообразом той, которая 25 лет спустя была установлена на Уотерсайдской станции. Этот очень маленький двигатель был установлен между бойлерами и обычной турбиной, снимал «сливки» с пара повышенного давления, понижал его давление, после чего пар подавался на другие турбины.)
Всего были смонтированы три турбины. Вот выдержка из отчёта инженера Ганса Дальстренда об их испытаниях:
«Мы построили паровую турбину мощностью в 500 кВт, работающую со скоростью 5 600 оборотов в минуту… Турбина Теслы не выдерживает конкуренции со свободноструйной турбиной уменьшенного размера. Кроме того, не ясно, выдержит ли ротор, учитывая лёгкость его конструкции и одновременно высокую нагрузку, продолжительную эксплуатацию.
Всё вышесказанное в равной степени относится и к большой турбине, работающей со скоростью3 600 оборотов в минуту. При демонтаже этой установки выяснилось, что диски сильно деформировались, и, по мнению специалистов, при более длительной нагрузке они окончательно вышли бы из строя.
Газовая турбина не была смонтирована вследствие того, что от мистера Теслы не удалось получить удовлетворительно разработанный технический проект – он ограничился лишь приблизительным эскизом, сделанным по памяти».
Видимо Тесла ушёл с контрольных испытаний. И не было в Милуоки ни Вестингауза, ни Шерфа – некому было там спасать положение. Позже, уже в 20-е годы, я спросил Теслу, почему он прервал работу в компании Чалмерса. «Они бы всё равно не построили таких турбин, какие мне были нужны», - ответил он.
Может показаться, что Дальстренд незаслуженно сурово оценил турбину Теслы. Но это не так. То, о чём говорил Дальстренд, совпадает с описанием недостатков одноступенчатой турбины, которые обнаружил сам Тесла на предшествующих испытаниях: если турбина одноступенчатая, используется лишь треть энергии пара, а чтобы использовать оставшуюся энергию, турбину нужно включить в многоступенчатую установку.
В последние годы возобновился интерес к турбине Теслы и в инженерных кругах стали поговаривать о том, что фирмы-изготовители турбин Парсонса и Кертиса, возможно, включат турбину Теслы как одну из ступеней в многоступенчатую установку. Такой поворот дела связан с появлением новых сплавов, с нужными термодинамическими и механическими свойствами. Будь турбина Теслы смонтирована как двух- или трёхступенчатая установка (что сразу сделало бы её сравнимой с турбинами Кертиса и Парсонса), а также будь она выполнена в благоприятных условиях, очень может быть, что благодаря простоте её конструкции именно она оказалась бы самой экономичной в эксплуатации и в производстве.
(Теоретически турбина Теслы, сделанная по патенту США №1061206 от 6 апреля 1913 года, могла работать с КПД 50%. В те же годы Тесла получил патент №1061142, заявленный 21 октября 1909 года, на двигатель, который считается прототипом современной газовой турбины).