ОРУЖИЕ

 Лето было в разгаре.

 В парке Политехнического института пахло цветущим шиповником. Зеленая листва блестела на солнце. Время от времени доносился шум подъезжающего трамвая и сразу вслед за ним - возбужденный гомон, выкрики, смех. Очередная партия бывших десятиклассников проходила по дорожкам мимо указателей с надписью «Приемная комиссия» и исчезала в высоких дверях.

 В большом коридоре главного здания все невольно притихали. Знаменитые ученые смотрели с портретов строго и выжидательно. В аудитории, отведенной приемной комиссии, вообще начинали говорить шепотом.

 Внезапно посреди этой тишины раздался громкий голос:

- А где тут на турбины?

 Дверь распахнулась, и, сильно топая кирзовыми сапогами, вошел паренек в гимнастерке со следами недавно снятых погон.

- Абитуриент, нельзя ли потише, - сказала седая секретарша, сидевшая за барьером из столов.

- Как вы меня назвали? - обиделся паренек.

 Абитуриент - так называют тех, кто поступает в институт. Вы же поступать пришли?

- Угу. Мне бы на турбины.

 Это энергомашиностроительный факультет. А какие именно турбины вас интересуют?

- Чего?

- Факультет делится на несколько групп, терпеливо начала объяснять секретарша. - И турбинная группа не одна - их несколько. В одной готовят специалистов по гидравлическим турбинам, в другой - по паровым, в третьей - по газовым. Вот я и спрашиваю: какие из турбин вас больше интересуют?

- А какие главнее?

- Разве можно так задавать вопрос?

- Ну, хоть какая между ними разница?

- Знаете, молодой человек, я вам не технический справочник. Если вы еще не выбрали, пойдите и почитайте специальную литературу. А меня люди ждут,

 Паренек попятился от стола и в растерянности обвел глазами аудиторию. Ведь он уже точно знал, чего хочет. Турбины! А тут - нате вам! - они, оказывается, разные. И снова выбирай.

 Встретив мой сочувственный взгляд, он быстро направился ко мне.

- Слушай, ты куда подаешь?

 От его шепота несколько ворон в парке взлетели с сосны и перелетели подальше.

 На турбины.

- Да ну! А на какие?

- На газовые.

 Он откинулся назад, пристально поглядел на меня, потом рубанул воздух ладонью и воскликнул:

- А-а, была не была! И я на газовые.

 Не знаю, чем я внушил ему такое доверие, но своей профессией он впоследствии был очень доволен. Если же я пытался подтрунить над ним, напоминая, как он ее выбирал, он не верил, хохотал и хлопал меня по плечу - ох, и шутник, мол, ох, и выдумщик!

 Когда в начале ХХ века в небо взлетели первые самолеты, об этом немедленно узнали все. Еще бы! Стоило задрать голову - и ты мог убедиться воочию, что многовековая мечта исполнилась - человек полетел.

 Первые турбины были построены примерно в те же годы, но их появление мало кого взволновало. Что еще за турбины? Машины, использующие энергию нагретого пара? Но ведь такие машины существуют уже сотню лет. Ах, они гораздо более совершенны? Ну, так и должно быть. Техника развивается, новое вытесняет старое, все идет, как надо, да здравствует прогресс!

 И пожалуй, только специалисты понимали, какой переворот в мировой энергетике произведут новые машины. Относительно легкие, дешевые, экономичные, они позволяли строить электростанции огромной мощности в любой точке земли - даже вдали от крупных рек. Их коэффициент полезного действия (КПД) был в два раза больше, чем у поршневых машин. И чем мощнее установка, тем выше оказывался ее КПД. Фирмы, вовремя начавшие производство новых машин, получили изрядные прибыли. За какие-нибудь десять-пятнадцать лет паровые турбины почти полностью вытеснили другие типы паровых двигателей, а имена их создателей - Лаваля и Парсонса - стали не менее знамениты, чем имя самого Уатта.

 Как же устроены эти могучие машины, появление которых сыграло в научно-технической революции не меньшую роль, чем создание электрического генератора, автомобиля или самолета?

 Ни в одном городе нашей страны нет такого количества заводов, выпускающих турбины, как в Ленинграде. Поэтому ленинградские ребята часто видят турбины на газетных фотографиях или в кинохронике, а у многих родители трудятся именно на этих заводах и, конечно, рассказывают дома о своей работе. Но даже среди таких ребят не все сумеют отличить гидравлическую турбину от паровой (хотя они совершенно непохожи) или объяснить, как они работают.

 Если подняться в кабину крановщика в одном из цехов Ленинградского металлического завода и взглянуть оттуда сверху на рабочее колесо готовой гидравлической турбины, оно будет похоже на невиданный гигантский цветок. Только лепестки у этого цветка таких размеров, что по каждому может прогуливаться несколько человек. Еще такое колесо похоже на винт корабля. Оно и работает по тому же принципу, но наоборот: в корабле машина вращает винт, который, отталкиваясь от воды, движет судно вперед, здесь же речная вода, устремляясь на лопасти турбины, заставляет ее вращаться. Вместе с колесом турбины вращается и скрепленный с ним вал электрического генератора, вырабатывая электрический ток для трамваев и троллейбусов, фонарей и реклам, холодильников и сварочных аппаратов, телевизоров и кинопроекторов. Но гидравлические турбины изучает гидро-, а не аэродинамика. Поэтому о них поговорим в другой раз. А пока перейдем в следующий цех.

Ротор турбины с лопатками

 Главная часть паровой турбины - ротор - ничего общего с цветком не имеет. Скорее он может напомнить издали ежа. Но тело этого ежа покрыто не иглами, а рядами торчащих во все стороны изогнутых пластин - лопаток. Лопатки с каждым рядом делаются длиннее, форма их чуть изменяется, однако в принципе все они остаются похожи на одну и ту же вещь: на сильно уменьшенное крыло самолета. Теперь представьте себе, что должно получиться, когда мы такое маленькое крыло прикрепим не к фюзеляжу самолета, а к стенке металлического цилиндра, так, чтобы оно торчало наружу, и направим на него поток какого-нибудь газа? Возникает подъемная сила, перпендикулярная плоскости крыла-лопатки. То есть по касательной к окружности цилиндра. То есть сила, стремящаяся повернуть цилиндр вокруг своей оси. А если насадить множество таких лопаток по всей окружности? Да еще в несколько рядов? Очевидно, что в этом случае вращающая сила вырастет до огромных размеров и ротор начнет вертеться с бешеной скоростью.

 Так оно и происходит в реальных турбинах.

 Нагретый в паровом котле пар под большим давлением подается сначала к неподвижным лопаткам, закрепленным в корпусе турбины. Лопатки эти выполнены таким образом, что каналы между ними постепенно сужаются. Поэтому пар, устремляясь по таким каналам, разгоняется, приобретает большую скорость, и, вырвавшись, наталкивается на ряд лопаток ротора. Происходит примерно то же, что и при встрече крыла самолета с быстро несущимся навстречу потоком воздуха, возникает сила, направленная перпендикулярно плоскости лопатки, и ротор начинает вращаться.

 Ряд неподвижных лопаток и ряд подвижных называют ступенью. Современные турбины обычно делают многоступенчатыми. Поэтому-то лопатки и насажены на роторе во много рядов. Когда ротор положат в турбину и закроют крышкой, в промежутках между этими рядами как раз окажутся ряды лопаток, закрепленных на неподвижном корпусе. Пар будет проходить из ступени в ступень, постепенно теряя давление и температуру, отдавая заключенную в нем энергию вращению турбогенератора. За последней ступенью он попадет в конденсатор, где давление в двадцать раз ниже атмосферного, и превратится в воду - конденсируется. Этот конденсат (попросту - вода) немедленно всасывается специальными насосами и гонится снова в котел, где опять превращается в нагретый пар, затем пар поступает к лопаткам турбины, и все повторяется сначала. Котел, турбина, конденсатор, насос, котел, турбина, конденсатор, насос - так и носится пар-вода по замкнутому контуру котлотурбинной установки, помогая превратить тепловую энергию топлива, сжигаемого в котле, в механическую энергию вращающегося вала турбины.

 Перейдем еще дальше из сборочного цеха в цех турбинных лопаток. Если присмотреться к чертежам, лежащим на станках перед рабочими, то на многих из них мы увидим вот такой знак: V 8. Это значит, что поверхность металла в указанном месте должна быть обработана с предельно возможной степенью чистоты. Поэтому в лопаточный цех всегда принимают рабочих только самой высокой квалификации. Турбинные лопатки после окончательной обработки на шлифовальном станке приобретают почти зеркальный блеск. Эта зеркальность требование аэродинамиков. Их эксперименты и расчеты показывают, что нарушение чистоты обработки может привести к потере тысяч киловатт полезной мощности машины.

 Вообще между аэродинамиками, конструкторами и технологами на турбостроительных заводах так же, как и на авиационных, идет постоянная борьба.

- Лопатки последней ступени, - говорят, например, аэродинамики, - должны иметь вот такую длину, и форма их сечения должна плавно меняться вот по такому закону. Тогда отдача энергии от пара будет максимальной.

- Но помилуйте, - восклицают конструкторы, - у нас ротор будет вращаться со скоростью три тысячи оборотов в минуту. Нельзя ли сделать лопатки поменьше? Не то они получатся такими тяжелыми, что их просто вырвет центробежной силой из гнезд.

- Нет, нельзя, - строго отвечают аэродинамики. А то потеряете вот столько-то и столько-то киловатт. Выкручивайтесь с прочностью как знаете.

- Ну, хорошо. С прочностью нам помогут металлурги - создадут сверхпрочную сталь. А вот форма. У вас профиль меняется по такому сложному закону - его ни на токарном станке, ни на фрезерном, ни на строгальном не сделаешь. Придется изготавливать десятки специальных фасонных фрез, да еще для обработки такой сверхпрочной стали.

- А нам какое дело? Мы даем задачу, а как ее исполнить, пусть думают технологи.

 Но технологи так просто не сдаются и зовут на помощь экономистов. Экономисты делают свом подсчеты и говорят аэродинамикам.

- Выигрыш в полезной мощности, который обещает ваша лопатка, даст столько-то рублей экономии. Но, чтобы изготовить лопатку столь сложной формы, надо затратить на новые станки, фрезы и оборудование знаете сколько? В три раза больше. Так что будьте любезны упростите.

 И тут уж аэродинамикам крыть нечем. Скрепя сердце они вынуждены пойти на уступки.

- Ладно уж, - говорят они. - Сделаем вам профиль попроще. Только честно сказать - жалко портить такую красоту.

 Конечно, вся эта борьба и споры происходят не из упрямства, а из желания сделать машину как можно лучше. И главный судья в этих спорах - экономичность. Выполнить поставленную техническую задачу наилучшим образом и с наименьшими затратами - вот к чему стремится любой завод. Поэтому конструкторы паровых турбин отыскивают все новые пути для увеличения мощности машины. Они знают, что чем выше мощность, тем выше коэффициент полезного действия всей установки. На Ленинградском металлическом заводе недавно была создана паровая турбина невиданной мощности: в восемьсот тысяч киловатт. А сейчас проектируется 1 200 000!

 Но одно дело - увеличивать мощность, когда знаешь, что турбина будет установлена на земле. А если в техническом задании сказано, что турбина предназначается для корабля?

 Тогда огромную роль начинает играть вес и размеры всего агрегата (котел и турбина). Если же перед конструктором поставить задачу: спроектировать паровую турбину, которая могла бы вращать пропеллеры самолета, он только разведет руками и с цифрами в руках докажет вам, что это невыполнимо. Вес всей установки с котлом, с запасом воды и топлива будет так велик по отношению к мощности двигателя, что такой самолет взлететь не сможет.

 Конструктор будет совершенно прав.

 И тем не менее именно турбинам было суждено прийти на смену поршневым двигателям внутреннего сгорания и за несколько лет вытеснить их почти из всех сфер самолетостроения. Только это были уже не паровые турбины, а те, которыми решил заниматься паренек в выгоревшей гимнастерке, - газовые.