Создатели двигателей

Теоретические расчеты Рато убедили его прежде всего в том, что активная турбина выгоднее реактивной и что для наивыгоднейшего использования скорости пара на колесе турбины лопатки колеса активной турбины должны двигаться со скоростью вдвое меньшей, чем скорость истекающего из сопла пара.

Но скорость истечения пара из сопла всецело зависит от разницы давлений и температур в начале и конце его расширения. Чем больше падение давления и температуры при расширении пара, тем выше его скорость. Давление дара в котле может доходить до двухсот атмосфер, а давление в конденсаторе, где кончается расширение, бывает значительно меньшим, чем обычное атмосферное давление. При такой разнице давлений в начале и конце процесса расширения пара скорость его чрезвычайно велика. Уже при выходе пара из котла с давлением в десять атмосфер на воздух через сопло Лаваля скорость его доходит почти до километра в секунду, а при выпуске такого же пара в конденсатор, где давление равно десятой доле атмосферного, скорость пара составляет 1167 метров в секунду. Пуля современной винтовки движется значительно медленнее.

Применяя перегретый пар, скорость его можно повысить еще больше. Если все падение давления происходит на одном колесе активной турбины, для полного использования скорости пара нужно было делать, как Лаваль, турбины с окружной скоростью колеса в триста — четыреста метров в секунду, дававшие до тридцати тысяч оборотов в минуту.

Для соединения такого быстроходного двигателя с исполнительным механизмом или с генератором электрического тока прибегали к зубчатым передачам системы Лаваля. Размеры этих передач значительно превышали размеры самой турбины. Для надежной работы турбины нужны были, кроме того, гибкий вал и диск равного сопротивления, изготовление которых давалось нелегко.

Но и преодолев все эти затруднения, Лавалю не удалось построить турбины мощностью свыше 500 лошадиных сил.

Задача сводилась к тому, чтобы дать такую конструкцию активной турбины, которая при сравнительно небольшом числе оборотов имела бы высокий коэффициент полезного действия, могла применяться для любых мощностей и изготовление отдельных частей которой не встречало бы затруднений.

Для Рато важно было установить задачу, разрешение же ее не представляло больших затруднений. Он решил, что разность давлений и температур в котле и конденсаторе должна преобразовываться в скорость пара в целом ряде систем, последовательно расположенных, состоящих из групп сопел и рабочего колеса.

Исходя из этого, Рато разделил цилиндр турбины на ряд камер специальными диафрагмами. В этих диафрагмах он укреплял направляющие лопатки, через которые пар проходил из одной камеры в другую. В каждой камере помещалось одно рабочее колесо. Разумеется, все колеса насаживались на один общий вал.

Таким образом, при переходе из одной камеры в другую пар расширялся в направляющих лопатках, заменявших сопла, и давление его падало постепенно.

Турбина Рато имела немало преимуществ перед турбинами Парсонса и Лаваля. Однако конструкторское бюро Рато и его маленький завод не скоро получили заказы.

Когда в 1902 году Рато установил свою первую турбину на каменноугольных копях в Брюа, он сознавался одному из своих приятелей:

«Директор копей не очень-то уверен, что сделал выгодное дело! Он согласился на это только из уважения ко мне».

Первый период исключительно практической деятельности Рато, после десятилетней профессуры в Сент-Этьенне продолжался четыре года: за это время он разработал конструкцию турбины нового типа, положил начало серийному производству этой турбины, сделал первые установки на производстве, выпустил первые турбовентиляторы своей системы и, наконец, создал тепловой аккумулятор. Это изобретение имело крупное значение для развития турбостроения и, главное, указало практический путь для разрешения одной из основных проблем энергетической техники — наибольшего использования теплотворной способности топлива.

Горный инженер, представлявший собой редкостное соединение больших знаний и практического опыта, Рато, конечно, не мог не заметить, посещая рудники, что шахтные подъемные паровые машины работают без конденсаторов, выпуская отработавший пар на воздух. Из-за неудобств, связанных с установкой конденсатора, подобным же образом работали прокатные машины, паровые молоты, воздуходувки.

Вал турбины Рато.

Общий вид турбины Рато.

Этот выбрасываемый на воздух пар не давал спать молодому инженеру. При наличии турбин, решил он, отработавший в паровой машине пар возможно и выгодно использовать в паровой турбине с конденсатором, которая может работать паром низкого давления.

Что могло мешать осуществлению этой простой идеи? Затруднение состояло в том, что паровые машины такого рода работают неравномерно, давая то много, то мало отработавшего пара, в то время как турбине нужен равномерный приток пара, особенно если она вращает генератор электрического тока.