Лев Гумилевский - Создатели двигателей
Маленький Чарли, голубоглазый, рыжеватый мальчик, застенчивый и скромный, не обнаруживал тогда никаких особенных способностей. Он проводил время в парке со своими братьями и сестрами, ловил рыбу в пруду, на котором стояло водяное колесо, приводившее в движение станки отцовских мастерских. Больше всего детей привлекал тот угол парка, где находился знаменитый телескоп, главным образом потому, что им не запрещали бегать и играть на лесенках его огромной трубы. Однако Чарли и Клер, его брат, очень рано стали обнаруживать особенный интерес ко всякого рода техническим экспериментам. Впрочем, в этом не было ничего удивительного, так как в рабочем дне Бирр-Кастля, начинавшемся уроками в половине восьмого утра и продолжавшемся до половины седьмого вечера, с перерывами на обед и завтрак, стояли на первом месте вопросы физики, математики, естествознания.
Характер занятий, которые учителя вели с детьми по указаниям самого лорда Росса, обострили интерес Чарли и его брата к технике и машинам. Роберт Болл, один из учителей, оставил воспоминания о своем ученике. Он рассказывает:
«Чарли постоянно возился в маленькой мастерской, сооружая самые разнообразные машины. Я помню две его изобретательские затеи. Одна из них представляла собой рупор, усиливающий звук, а другая — аппарат для измерения глубины, который был с успехом потом применен на яхте его отца. В этом изобретенном Чарли аппарате глубина устанавливалась путем измерения давления в барометрической трубке, то есть был применен принцип, лежащий в основе аппарата лорда Кельвина, так хорошо известного в настоящее время… Затем, с помощью брата, будущий изобретатель паровой турбины построил также паровую машину. Я помню восторг, с каким братья шлифовали стекло телескопа на станке, работавшем от паровой машины их собственного изготовления».
Чарли постоянно возился в маленькой мастерской, сооружая самые разнообразные машины.
Надо прибавить, что спустя три года Чарли с братом сконструировали к этой машине коническую шестерню и коробку передач. В это время Чарли было тринадцать лет, а Клеру — шестнадцать.
«Я всегда чувствовал, — заканчивая свои воспоминания, говорит Роберт Болл, — глубокое удовлетворение при мысли, что впервые обогащал основами алгебры и геометрии мозг человека, революционизировавшего применение пара изобретением паровой турбины. Казалось, что богатая одаренность отца в лице его младшего сына возрастает до блестящего машиностроительного гения».
Лорд Росс не увидел результатов своей системы воспитания детей: он умер, когда Чарли исполнилось тринадцать лет. Некоторое время в замке все оставалось по-прежнему, но затем младшие дети были отправлены в столицу Ирландии для продолжения образования в дублинском колледже. Колледж напоминал собой скорее семинарию, нежели светскую школу, и Чарли поторопился перебраться в Кембриджский университет. К большому счастью Парсонса, пребывание его здесь совпало с переломом в системе и методах преподавания. Один за другим английские университеты начали переходить от изучения философии и богословия к изучению естественных наук. Как раз в год поступления Парсонса в Кембридже начали читаться лекции по прикладной механике, хотя еще и не в качестве обязательного предмета. В числе первых студентов, начавших добровольно слушать новый курс, был и Парсонс.
Старые товарищи по колледжу, вспоминая впоследствии о жизни в Кембридже, утверждают, что в те годы рыжеволосый, голубоглазый Чарли, очень скромный и застенчивый юноша, ничем не выделялся из среды своих товарищей и не обнаруживал особенных способностей к математическим наукам. Большую, чем школьные успехи, известность Парсонсу создал спортивный клуб, членом которого он состоял. Однако ни увлечение водным спортом, ни шумная студенческая жизнь не могли отвлечь юношу от его любимых занятий в лабораториях.
Окончив университет, Парсонс решил продолжать свое образование на производственной работе. Для этого он поступил учеником на машиностроительный завод Армстронга — огромное предприятие, во главе которого стоял Вильям Армстронг, видный инженер, изобретатель гидравлического подъемного крана и гидравлического аккумулятора.
В течение четырех лет Парсонс работал под руководством Армстронга, предоставлявшего полный простор изобретательским склонностям своего ученика. Тут же, на заводе, был построен по проекту Парсонса так называемый «ротативный» паровой двигатель, то есть двигатель с непосредственным вращательным движением. Как и многие попытки такого рода, он не имел практического успеха. Главное внимание Парсонс уделял опытам с торпедами, движущимися реактивной силой газов. В этих опытах принимал участие другой ученик Армстронга — Вильям Кросс. Опыты настолько увлекли обоих, что, когда Кросс получил место директора паровозостроительного завода в Лидсе, Парсонс отправился вместе с ним, несмотря на свою привязанность к Армстронгу. Впрочем, Армстронг считал учение законченным и выдал Парсонсу блестящую аттестацию как инженеру и конструктору высшей квалификации.
Дальнейшие опыты с торпедами не привели к практическому результату. Работа над ротативным двигателем и опыты с торпедами объединили мысли изобретателя на идее создания быстроходного двигателя с непосредственным вращательным движением. То были годы, когда вопросы электротехники начинали все более и более занимать не только изобретателей, но и промышленников. Электрический ток открывал новые, очень широкие перспективы.
Между тем дальнейшее развитие электротехники упиралось в отсутствие специального двигателя для генераторов электрического тока, двигателя с большим числом оборотов, каким прежде всего могла быть паровая турбина. На этой проблеме и остановился молодой инженер.
Парсонс предположил, что для успеха следует распределить давление пара между рядом паровых турбин. Результат, получаемый в каждой из них, будет приблизительно одинаков с результатом, получаемым в турбине, где применяется несжимаемая жидкость, например вода. Таким образом, ряд этих простых турбин даст суммарный коэффициент полезного действия, равный приблизительно коэффициенту полезного действия водяной турбины Фурнейрона.
Именно это распределение падения пара на ряд простых турбин, помещенных на одном валу, Парсонс и считал своим изобретением, на которое им был взят патент в апреле 1884 года. За год до этого взял английский патент на турбину, «работающую паром или водой», Лаваль. Работы обоих изобретателей, таким образом, протекали одновременно, но совершенно независимо друг от друга и шли противоположными путями.
Не имея в своем распоряжении мастерских, где можно было построить новую машину, требующую большой точности в обработке деталей, Парсонс вступил младшим компаньоном в фирму «Кларк, Чапман и К°». Фирма располагала хорошим машиностроительным заводом в Гетсхеде, близ Ньюкестля на Тайне, и намеревалась создать у себя электротехнический отдел. Во главе этого отдела и стал новый компаньон.
Первое время условия работы Парсонса были очень благоприятны, и уже к концу года он построил свою турбину. Конструкция ее свидетельствовала об огромной изобретательности автора. Это была машина мощностью в 4 киловатта, а считая в обычных единицах мощности, первая турбина Парсонса имела мощность в 5 лошадиных сил.
Эта турбина состояла из ряда помещенных на одном валу венцов лопаток особой конструкции. Между этими вращающимися с валом венцами лопаток помещались ряды неподвижных лопаток, укрепленных в кожухе турбины.
Они имели такую же конструкцию, как и рабочие, но загнуты были в обратную сторону. Эти так называемые «реактивные лопатки» и составляли основное изобретение Парсонса.
Реактивные лопатки имеют такую форму, что пространства между лопаточными каналами образуют как бы насаженные на вал сопла, из которых выходит пар. Работая в лопатках, пар заставляет вращаться вал с венцами, называемый ротором турбины. Лопатки неподвижных венцов, проходящих между рядами рабочих лопаток, служат для того, чтобы направлять пар. Выходя из них, пар расширяется, а давление его несколько падает.
Первая турбина Парсонса, непосредственно соединенная с динамо-машиной, работала паром при давлении в семь атмосфер. Благодаря разложению давления на ряд ступеней она делала всего лишь восемнадцать тысяч оборотов в минуту — вдвое меньше, чем у Лаваля. Парсонсу, таким образом, не пришлось устраивать сложную передачу, снижающую число оборотов. В те времена мало что знали о работе динамо-машин: только два года спустя профессор Хопкинсон дал обоснованную теорию динамо-машины и установил, что наивыгоднейшая скорость ее вращения будет три тысячи оборотов в минуту. Поэтому непосредственное соединение быстроходного двигателя, каким явилась турбина Парсонса, с такой же быстроходной динамо-машиной, сконструированной им же, при тогдашнем уровне знаний рассматривалось как величайшее изобретение, где и турбина и динамо-машина вызывали равное восхищение.
