100 великих изобретений - Константин Рыжов

КПД турбины Фурнейрона достигал 80%. Созданная им конструкция имела громадное значение для дальнейшей истории турбостроения. Слух об этом удивительном изобретении быстро распространился по всей Европе. Специалисты-инженеры из многих стран в течение нескольких лет приезжали в глухое местечко Шварцвальда, чтобы осматривать работавшую там турбину Фурнейрона как великую достопримечательность. Вскоре турбины стали строить по всему миру.

Переход к турбинам стал революционным переворотом в истории гидравлических двигателей. В чем же заключалось их преимущество перед старым водяным колесом? В приведенном выше кратком описании турбины Фурнейрона трудно увидеть колесо Сегнера. Между тем она основана на том же принципе использования реактивного движения водяной струи (отчего этот тип турбин и получил позже название реактивных). Просто Фурнейрон внимательно учел все замечания Эйлера и использовал свой собственный опыт инженера-гидравлика. Турбина Фурнейрона отличалась от водяного колеса несколькими принципиальными моментами. В водяном колесе вода входила и выходила в одном и том же месте. Из-за этого как скорость, так и направление движения воды в лопатке колеса были различны в разные моменты времени — колесо как бы затрачивало изрядную часть своей полезной мощности на постоянное преодоление сопротивления струи. В турбине Фурнейрона вода из направляющего аппарата входила на одну кромку лопатки колеса, проходила по лопатке и стекала с другой ее стороны. Вследствие этого в турбине вода не останавливалась, не меняла направления своего течения на обратное, а от входных до выходных кромок текла непрерывно. В каждой точке лопаток скорость ее была одинакова по направлению и отличалась только по величине. В результате скорость вращения турбины теоретически зависела только от скорости воды, и поэтому турбина могла вращаться в несколько десятков раз быстрее обычного водяного колеса. Другое выгодное отличие турбины заключалось в том, что вода одновременно проходила по всем лопаткам колеса, а в водяном колесе — только через некоторые. В результате, энергия водяной струи использовалась в турбине гораздо полнее, чем в водяном колесе, а ее габариты при той же мощности были в несколько раз меньше.

В последующие годы выработалось несколько основных видов гидротурбин. Не вдаваясь здесь в подробности, отметим, что все турбины XIX века можно условно разделить на два основных типа: реактивные и струйные. Реактивная турбина, как уже говорилось, представляла собой усовершенствованное колесо Сегнера. Она имела турбинное колесо, насаженное на вал, с особым образом искривленными лопатками. Это колесо заключало внутри себя или было окружено направляющим аппаратом. Последний представлял из себя неподвижное колесо с направляющими лопатками. Вода устремлялась вниз через направляющий аппарат и турбинное колесо, причем лопатки первого направляли воду на лопатки второго. При выливании вода давила на лопатки и вращала колесо. От вала вращение передавалось дальше к какому-нибудь устройству (например, электрогенератору). Реактивные турбины оказались очень удобны там, где напор воды невелик, но есть возможность создать перепад в 10-15 м. Они получили в XX веке очень широкое распространение.

Другим распространенным типом турбин были струйные. Их принципиальное устройство заключалось в том, что струя воды под сильным напором ударяла в лопатки колеса и этим заставляла его вращаться. Сходство струйной турбины с нижнебойным колесом очень велико. Прообразы таких турбин появились еще в средние века, как это можно заключить из некоторых изображений того времени.

В 1884 году американский инженер Пельтон значительно усовершенствовал струйную турбину, создав новую конструкцию рабочего колеса. В этом колесе гладкие лопатки прежней струйной турбины были заменены особенными им изобретенными, имеющими вид двух соединенных вместе ложек. Таким образом, лопатки получились не плоскими, а вогнутыми, с острым ребром посередине. При таком устройстве лопаток работа воды почти целиком шла на вращение колеса и только очень малая ее часть терялась бесполезно.

Вода к турбине Пельтона поступала по трубе, идущей от запруды или водопада. Там, где воды было много, труба делалась толстой, а где воды оказывалось меньше, она была тоньше. На конце трубы имелся наконечник, или сопло, из которого вода вырывалась сильной струей. Струя попадала в ложкообразные лопатки колеса, острое ребро лопатки резало ее пополам, вода толкала лопатки вперед, и турбинное колесо начинало вращаться. Отработанная вода стекала вниз в отводную трубу. Колесо с лопатками и соплом прикрывалось сверху кожухом из чугуна или железа. При сильном напоре колесо Пельтона вращалось с огромной скоростью, делая до 1000 оборотов в минуту. Оно было удобно там, где имелась возможность создать сильный напор воды. КПД турбины Пельтона был очень высок и приближался к 85%, поэтому она и получила широчайшее распространение.

После того как в 80-е годы XIX века была разработана система передачи электрического тока на большие расстояния и появилась возможность сосредоточить производство электроэнергии на «фабриках электричества» — электростанциях, началась новая эпоха в истории турбостроения. В соединении с электрогенератором турбина стала тем могущественным инструментом, с помощью которого человек поставил себе на службу огромную силу, скрытую в реках и водопадах.

54. ПУЛЕМЕТ

В истории военной техники можно насчитать несколько эпохальных изобретений, к числу которых, несомненно, относится и пулемет. Точно так же, как первая пушка открыла эпоху огнестрельного оружия, а первая винтовка — эпоху нарезного, создание пулемета ознаменовало собой начало эпохи скорострельного автоматического оружия.

Мысль о таком оружии, которое позволяло бы в кратчайший промежуток времени выпустить наибольшее количество пуль, появилась очень давно. Уже в начале XVI века существовали укрепленные поперечно на бревне ряды заряженных стволов, через затравки которых была просыпана пороховая дорожка. При воспламенении пороха получался залп из всех стволов. Об использовании подобных установок (ребодеконов) в Испании сообщается около 1512 года. Потом возникла мысль укреплять отдельные стволы на вращающемся граненом вале. Это оружие называлось «органом», или картечницей. Орган мог иметь на себе до нескольких десятков стволов, каждый из которых снабжался своим кремневым замком и спусковым механизмом. Действовало такое приспособление очень просто: когда все стволы были заряжены и замки взведены, вал приводили во вращение посредством рукоятки, укрепленной на его оси. При этом замки, проходя мимо неподвижного шпенька (небольшого стержня), укрепленного на оси орудия, спускались и производили выстрел. Частота огня зависела от частоты вращения. Впрочем, подобное оружие не имело широкого распространения. Оно стало более удобным только после того, как появились патроны в металлической гильзе.

В 1860— 1862 годах американец Гатлинг создал несколько образцов довольно совершенных картечниц, которые были непосредственными предшественницами пулемета. В 1861 году такая картечница была принята на вооружение армии США, а потом и многих других армий.

Вокруг центрального вала АБ были прикреплены шесть или десять ружейных стволов, образующих с ним как бы цилиндр; стволы были набраны в особой железной раме ВГДЕ, имевшей цапфы Ж и З для помещения рамы на колесный лафет. Вал АБ и окружающие его стволы были пропущены сквозь отверстия двух железных дисков К и Л. Передний конец вала Б был вставлен в переднюю стенку рамы, а задний конец А проходил через пустотелый чугунный цилиндр М и соединялся с зубчатыми колесами НН. Через посредство рукояти ОО вал АБ со стволами приводился во вращательное движение. Для заряжания картечницы на валу АБ непосредственно за обрезами стволов имелся приемный цилиндр П с желобами, расположенными на боковой поверхности на продолжении каждого ствола: в них помещались патроны. Над приемным цилиндром была прикреплена к раме на шарнире крышка Р с воронкой С, через которую можно было всыпать патроны из особой железной пачки. Скрытый в цилиндре М механизм был устроен таким образом, что если один человек вращал посредством рукояти ОО систему стволов, а другой высыпал патроны в воронку С, то производились последовательное заряжание и стрельба из каждого ствола одного за другим; патронные гильзы при этом последовательно выбрасывались из ствола и падали вниз.

Осуществлялось это следующим образом. К приемному цилиндру П прилегал надетый на том же зубчатом валу замочный цилиндр АБ с желобами, которые были продолжением желобов первого цилиндра. Оба цилиндра и стволы составляли одно целое и приводились в общее вращение рукояткой О. В каждом желобе замочного цилиндра помещался затвор, представляющий собой трубку ВГ. Внутри трубки располагался ударник с головкою Д и ударной шпилькой Е; ударник мог продольно двигаться в затворе, причем для головки Д была разделана вдоль верхней стенки затвора щель; вокруг ударника была обвита пружина, сжимавшаяся между головкой ударника и выступом в затворе Ж. В передней части затвора был укреплен посредством шпильки экстрактор (устройство для извлечения стреляной гильзы) З с зацепом И и зубцом К. При вращении всей этой системы выступы затворов Л скользили по наклонному нарезу МММ на внутренней поверхности неподвижной оболочки, покрывавшей механизм. Вследствие этого затворы постепенно выдвигались в желоба приемного цилиндра, подталкивая патроны в стволы. В каждый момент вращения только один ствол был заперт затвором, то есть подготовлен к выстрелу. Головки ударников Д скользили по выступу НН, расположенному на внутренней поверхности неподвижной оболочки, причем по мере выдвижения затвора вперед спиральные пружины сжимались. В тот момент, когда затвор запирал ствол, головка ударника освобождалась от выступа НН и ударная пружина воспламеняла капсюль патрона. При дальнейшем вращении каждый затвор вследствие обратного наклона нареза МММ отодвигался назад, причем экстрактор вытягивал пустую гильзу, которая падала вниз. При весе около 250 кг картечница могла делать до 600 выстрелов в минуту. Она была довольно капризным оружием, и управляться с ней было очень непросто. К тому же вращение рукоятки оказалось весьма утомительным занятием. Картечница использовалась в некоторых войнах (гражданской войне в США, франко-прусской и русско-турецкой), но нигде не смогла зарекомендовать себя с хорошей стороны. В истории техники она интересна тем, что некоторые ее механизмы были использованы потом изобретателями пулеметов. Однако назвать картечницу автоматическим оружием в современном смысле этого слова еще нельзя.