Приключения изобретений - Александр Ивич
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.
ТУРБИНА-МАЛЮТКА
Изобретение, его принцип, иногда используется совершенно неожиданно.
Изобрели турбину – колесо, вращающееся в трубе силой текучей воды или пара. Турбины понадобились потому, что это двигатель более мощный, чем паровая машина, и энергия, которую даёт турбина, обходится дешевле.
Но в последние десятилетия советские инженеры нашли неожиданное применение для турбин: оказалось, их можно делать не только огромными, но и крохотными; оказалось, что не только вода и пар могут приводить в движение колесо турбины.
Вот как это произошло.
Для того чтобы добывать нефть, надо бурить в земле скважины – иногда больше трёх километров глубиной. Это непросто. Строят металлические вышки высотой с десятиэтажный дом. На вышке ставят лебёдку. А долото, которое, вгрызаясь в землю, бурит скважину, навинчивают на металлическую трубу.
Стоит на вышке двигатель, он вращает трубу вместе с долотом. А когда труба вся ушла под землю, её лебедкой приподнимают и навинчивают на неё сверху ещё одну трубу. Потом третью, пятую, десятую… Вырастает длиннейшая колонна труб. Это огромная тяжесть – металлическая труба длиной три километра. Её вес около двухсот тонн. Нужно ставить на вышке очень мощные двигатели, чтобы вращать всю колонну труб вместе с долотом.
Но ведь для того чтобы пробурить скважину, вращать нужно только долото. Как бы избавиться от необходимости вращать вместе с долотом всю колонну труб? Способ один: поставить двигатель не на вышке, а в самом низу скважины – у долота.
Легко сказать. Скважина-то узкая! Двигатель, чтобы поместиться в ней, должен быть не больше двадцати сантиметров в ширину. Ну, предположим, хоть и трудно, а можно сделать такой двигатель. Но, оказывается, этого мало. Ведь двигателю нужно топливо. Какое же? Бензин? Ничего не выйдет. Бензиновый двигатель невозможно сделать таким маленьким, чтобы он влез в скважину. И ведь его необходимо было бы изготовить герметически закрытым, чтобы не попадала в него вода из скважины и не пробилась бы наружу искра из двигателя. Понимаете, что получится, если в нефть попадёт искра? Сразу вспыхнет – и пропала вся скважина, весь потраченный на неё труд, пропала вся нефть, что тут лежит.
Над решением этой задачи – какой двигатель можно поместить в скважину – думали во всех странах много лет. Первым решил задачу советский инженер М. А. Капелюшников в 1922 году.
Для того чтобы вы поняли, что он придумал, нужно знать одну вещь: когда бурят скважину, в неё накачивают под большим давлением смешанную с водой глину, иначе говоря, глинистый раствор. Он выполняет много работ в скважине. Во-первых, смачивает породу, чтобы облегчить работу долота. Во-вторых, охлаждает разогревающееся от трения о породу долото. В-третьих, раствор
