Борис Андреев - Завоевание природы
Мы видим, следовательно, как по мере развития науки и техники все время лучше и лучше использовало человечество для своих нужд работу "черных слуг"— разных видов угля. Это будет еще нагляднее, если сравнить следующие цифры.
Для получения мощности в 1 лошадиную силу расходовали каменного угля:
в 1820 году -------------------------------12 килограмм
"1830----------------------------------------- 5"
"1860----------------------------------------- 2"
"1920------------------------------------------1"
"1925---------------------------------------- 1/2
Значит, за сто с небольшим лет мы научились извлекать из каменного угля в 24 раза больше работы, чем в 1820 году.
Сопоставим для полноты картины и улучшения использования тепла но мере усовершенствования машин, превращающих тепло в энергию движения, то-есть тепловых машин.
Паровая машина — превращала в полезную работу в прежнее время сотые доли затрачиваемого тепла, теперь около шестой части.
Паровая турбина — пятую часть.
Нефтяной двигатель — четвертую часть.
Газовый двигатель —третью часть.
Бензиновый двигатель — больше третьей части (примерно, две пятых).
Мы заставляем с помощью наших машин, черных слуг, работать на нас все лучше и лучше. Возможно, что в будущем мы сумеем извлечь из них и еще больше пользы. Однако, как мы уже видели, обойтись только их работой нам едва ли удастся, почему приходится обращаться к услугам слуг другого цвета.
6. Белый уголь.Три четверти поверхности земного шара покрыты водой морей и океанов. Каждый день солнце нагревает эти безграничные водные пространства, благодаря чему с их поверхности постоянно испаряются большие количества воды. Эта вода в виде пара поднимается в голубую высь, гонится течениями ветра иногда далеко от родного моря, охлаждается, сгущается в мелкие капельки, образующие облака или тучи, и выпадает снова на поверхность земли в виде дождя, снега, росы, инея… Вода, попавшая на поверхность земли, отчасти снова испаряется и поднимается вверх, отчасти же, собираясь в бесчисленные струйки и ручейки, на земле и под землей, образует в конце концов мощные реки, изливающиеся обратно в морс.
Трудно грести на лодке против течения даже и в том случае, когда это течение не особенно быстро. Сила текущей воды постоянно сносит лодку, и для преодоления ее нужны большие усилия со стороны гребца. Горная речка с быстрым течением ворочает такие камни, которые не сдвинуть с места и самому сильному человеку. А мощный водопад, низвергающийся с большой высоты, сокрушает самые крепкие скалы и выдалбливает обширные ямы в прочном камне.
Эта огромная сила движущейся воды является результатом запасенной в ней энергии, полученной от нагревания солнцем. А всякая энергия, как мы знаем, способна производить работу. Чтобы судить, насколько велики запасы этой энергии, достаточно взять для примера наш Союз. Если бы превратить в полезную работу всю энергию, заключающуюся в наших более или менее значительных реках, то "белый уголь" дал бы нам не менее 40 — 50 миллионов лошадиных сил! Более всего в этом отношении у нас богаты Кавказ, Сибирь и Туркестан, где много удобных для использования быстрых рек и водопадов. Во всем мире запасов "белого угля", конечно, гораздо больше — примерно, в 4 или 5 раз.
В какой же мере они используются?
Было время, когда человечество вовсе не умело пользоваться работой белого слуги. На полной свободе он размывал берега рек, уносил с собой камни, песок и глину, ломал всякие преграды и успокаивался только, добравшись до моря. Но все-таки уже несколько тысяч лет тому назад люди стали пытаться использовать эту силу. Средством для этого служили водяные колеса, вроде тех, которые каждому, вероятно, приходилось видеть на небольших деревенских мельницах. Такие колеса употреблялись уже в старинные времена в Индии, в Китае, в теперешней Италии и других местах. Они представляли собой большие деревянные колеса с ковшами или лопастями, насаженные на валу. Вода надает на них сверху или бьет снизу (иногда и на середине высоты) и приводит их во вращение, которое через вал передается работающему механизму. Применялись такие колеса для подъема воды, перемалывания зерна в муку и тому подобных работ. Впоследствии, когда в Европе уже начала развиваться промышленность, получили более широкое применение и водяные колеса, так как большая нужда была в двигательной силе. Ими пользовались для откачки воды из шахт, для поднимания наверх добытой руды или угля, для воздуходувных машин на металлургических заводах, для дробления руды, для приведения в действие прядильных машин и т. д. Но скоро их здесь вытеснила паровая машина.
Дело в том, что нельзя было построить водяных колес большой мощности. Когда от двигателя требовалась большая сила, много работы, то выгоднее и удобнее было пользоваться паровой машиной. Сколько водяных колес требовалось для таких работ и во что они обходились — показывает хотя бы такой пример.
В 1682 году французский король Людовик XIV, которому некуда было девать награбленные им с его „возлюбленного народа" деньги, решил устроить в своем королевском саду для красоты и прохлады фонтаны. Для этого пришлось построить водосиловую станцию, дававшую всего-навсего 124 лошадиных силы. Но для получения и этой небольшой по нашему времени мощности понадобилось поставить целых 14 водяных колес, но 8 метров в поперечнике каждое.– Обошлось это королевское удовольствие французскому народу не более не менее, как в… 20 миллионов рублей!
Как мы видим, воспользоваться работой белого угля с помощью водяных колес удается только в очень небольших размерах. Поэтому-то его работа имела до сравнительно недавнего времени очень небольшое значение. Дело, однако, начало меняться после того, как ученые и техники стали подробнее изучать возможность использования силы движущейся воды. Результатом этого изучения явилось изобретение водяных турбин и их постепенное усовершенствование.
Водяные турбины представляют собой собственно видоизмененные и усовершенствованные водяные колеса. Обычно они состоят из двух частей: направляющего аппарата и рабочего колеса. Струя воды попадает сначала в первый и, выходя из него в определенных направлениях, с силой бьет в особым образом устроенные лопасти или ковши рабочего колеса.
Есть турбины и другого устройства. Рисунок 22 показывает, например, как работает колесо Пельтона. Слегка виден направляющий аппарат, справа — рабочее колесо. Сильная струя воды бьет из сопла в ковши рабочего колеса и приводит его в быстрое вращение. Ковши колеса Пельтона сдвоены.
Изобретатель этого колеса, механик Пельтон, служил в Америке. Под его наблюдением находилось несколько водяных колес с ковше образными лопатками.
Такие колеса применялись там для откачки воды и извлечения руды из золотых рудников.
Однажды одно из колес сдвинулось на валу в сторону, так что вода била не в середину ковша. Пельтон заметил, что колесо при этом работает лучше. Тогда он и построил колесо со сдвоенными ковшами, работа которых действительно оказалась выгоднее, чем с одинарными. В других турбинах направляющий аппарат устроен тоже в виде колеса. В некоторых оно находится внутри рабочего колеса, в некоторых — снаружи.
В отличие от водяных колес, строившихся по большей части из дерева, водяные турбины приготовляются сплошь из металла и выдерживают напор воды, падающей с высот до 1000 метров. Благодаря этому они могут развивать большую мощность. Современные турбины строятся мощностью до нескольких тысяч и даже десятков тысяч лошадиных сил. Каких размеров могут достигать при этом их колеса — показывает рисунок 23-й. На нем изображено колесо Пельтона в 7 500 лошадиных сил, а рядом с ним, для сравнения, человек. Теперь строятся колеса и еще больших размеров. Например, у нас в СССР на Волховской электрической станции, где электричество будет получаться от машин, приводимых в движение силой течения реки Волхова, устанавливаются турбинные колеса до 4 метров в поперечнике.
Работа водяных турбин очень выгодна. Лучшие машины, использующие черный уголь, превращают в полезную работу примерно только третью часть потребляемой ими энергии, а обычно и гораздо меньше. Что касается водяных турбин, то они превращают в полезную работу уже до девяти десятых действующей на них энергии движущейся воды.
Поэтому понятно, что везде, где только можно, стали стремиться пользоваться этим дешевым источником энергии. Беда была только в том, что на земле не так уж много удобных мест, где можно было бы поставить соответствующие установки. Да и расположены они обычно далеко от крупных промышленных центров, нуждающихся в больших количествах энергии.
Обстоятельства, однако, изменились, когда научились широко пользоваться электричеством. Электрическую энергию не надо обязательно потреблять в том же месте, где ее получают. Ее можно послать по проводам за сотни километров в любую сторону. Значит можно в удобном месте построить станцию, где электричество будет получаться за счет силы движущейся воды, и по проводам посылать ее на далекие фабрики и заводы, где оно и будет производить нужную нам работу. Благодаря этому теперь стало гораздо легче пользоваться силой "белого угля" путем превращения его в электричество. Белого слугу теперь запрягли в работу в таких странах, как Норвегия, Швеция, Швейцария, Италия, Канада и других, где много водопадов и быстрых рек. В этом же направлении предприняты крупные работы и у нас в СССР, о чем нам придется еще поговорить особо.
