Электричество шаг за шагом

Т-172. Команда «Турбина» уверенно выигрывает у команды «Поршень». Начав с попытки пошутить, автор хотел бы рассказать об очень серьёзных событиях, имевших место 100 лет назад. Правда, если взглянуть повнимательней, то окажется, что всё началось почти на 2 тысячи лет раньше, когда замечательный греческий исследователь и инженер Герон Александрийский придумал свой эолипил (Р-84.1). Это был шар, который вращался под действием вырывавшегося из двух трубок пара, — первая, видимо, в истории попытка использовать тепло для выполнения механической работы. Уже приручил человек себе в помощь животных, уже заставил ветер и падающую воду вращать тяжёлые жернова мельницы, а вот огненное вещество, которого полно было в любом лесу, хоть и не раз показывало свою грозную силу, а из полезных дел применялось только для того, чтобы изжарить кусок мяса или зимой погреться у костра.

Героновский эолипил долго оставался красивым опытом и при этом не более чем игрушкой — лишь более чем через полторы тысячи лет началась машинная биография огня. В качестве главного работника выбрали пар — даже в кипящем чайнике пар имел заметное давления и, вырываясь из носика, вполне мог бы выполнить небольшую полезную работу. Сначала был сконструирован специальный «большой чайник» — безопасный паровой котёл, затем английский кузнец Томас Ньюкомен с помощниками в 1705 году придумал паровой насос для откачки воды из шахт (Р-84.2), и, наконец, в 1781 году английский изобретатель и исследователь Джеймс Уатт (иногда по-русски его фамилия пишется как Ватт, этим именем названа единица мощности ватт) запатентовал свою «огневую машину». В ней пар высокого давления быстро двигал туда-обратно поршень в цилиндре, а это движение несложный механизм превращал во вращение рабочего колеса (Р-85). Джеймс Уатт изобрёл и самолично построил двигатель, который мог выполнять нужную работу, работал в двигателе горячий водяной пар, энергию на всё это давало тепло.

Изобретатель настойчиво совершенствовал свою машину, и вскоре она стала универсальным паровым двигателем самого широкого применения — от привода токарного станка до паровоза. И естественно, когда понадобился привод для электрогенераторов, то уаттовский поршневой паровой двигатель сразу же и, как казалось, навсегда получил эту должность. Началось с первого реально работающего электрогенератора «Альянс», который в 1857 году был создан для питания мощных ламп на маяках и работал вместе с небольшой паровой машиной мощностью 10 лошадиных сил (7,36 кВт). За несколько лет построили больше сотни таких установок, и вообще электрогенераторы (их мощность достигала сотен киловатт) с поршневым паровым двигателем стали основным поставщиком электроэнергии, лишь изредка уступая приводу, использующему энергию падающей воды.

Но прошло несколько десятилетий, и из многих областей техники уаттовскую паровую машину, это великое творение эпохи, начал уверенно вытеснять другой вид парового двигателя — паровая турбина (от латинского «турбо» — «быстрое вращение, вихрь»). Работу турбины пояснит выключенный из электросети вентилятор, установленный в потоке воздуха, например в открытом окне. Лопасти закреплены на оси с небольшим поворотом, и благодаря этому ударяющий в них ветер создаёт вращательное движение вентилятора. Ту же роль играют сложной формы рабочие лопатки турбины, которые закреплены в её рабочих колёсах и расположены на пути мощной струи пара (Р-86). Сейчас в большинстве случаев мощную турбину и генератор считают единым комплексом, называют одним словом турбогенератор, их вместе рассчитывают при проектировании установки.