Окно в будущее. Спиральная турбина

Интересная статья из винтажного журнала, которая, думаю, заинтересует коллег.

Содержание:

Принцип действия спиральной турбины

Действие паровой машины основано на превращении энергии водяного пара в механическую работу. Этот принцип известен давно. Еще во II в. до нашей эры знаменитый греческий ученый Герон Александрийский дал описание первой паровой машины – эолипила. Эолипил представляет собой шар, вращающийся вокруг горизонтальной оси. От шара вверх и вниз отходят две трубки, изогнутые коленом. Своими выходными отверстиями трубки направлены в противоположные стороны. Ось шара одновременно является и трубопроводом, по которому из котла поступает пар. Когда пар наполнит эолипил и начнет с силой вырываться из отверстий коленчатых трубок, шар приходит во вращательное движение.

Прибор Герона основан на так называемом реактивном принципе. Пар в коленчатой трубке давит равномерно на ее стенки. Однако с одной стороны колена это давление уничтожается тем, что пар имеет свободный выход через отверстие. Таким образом внутри трубки создается разность давлений: меньшее – в сторону выходящей струи пара, и большее – в противоположную. В результате возникают силы, направленные в сторону, обратную движению струи пара. Эти силы приводят шар во вращение.

Идея Герона нашла воплощение в современных турбинах реактивного действия. Однако практи­чески сначала были осуществлены турбины прямого действия, которые используют активную силу пара. В активных турбинах пар или вода ударяет в лопатки, насаженные на окружности колеса, и заставляет это колесо вращаться. Простейшим примером такого двигателя может служить колесо водяной мельницы.

В современных наиболее совершенных турбинах используется одновременно и активная и реак­тивная сила пара. Достигается это особым устройством лопаток, насаженных на диске турбины. Такое сочетание обоих принципов повышает коэффициент полезного действия двигателя.

Однако можно представить себе турбину нового типа, в которой энергия пара использовалась бы более полно, чем у существующих турбодвигателей. Устройство такой турбины мыслится в следу­ющем виде. Ротором, т. е. основной вращающейся частью ее, является диск, представляющий сдвоенное спиральное колесо. Как этот диск получается? Длинную трубу скручивают спиралью в одной плоскости так, что диаметр витков постепенно увеличивается. Таким образом закручивают половину трубы. Из другой половины навивают вторую спираль, витки которой теперь уже умень­шаются. В результате получаются две прижатые друг к другу спирали. Концы трубы, оказав­ши­еся в центре обеих спиралей, отгибают в противоположные стороны. Они и служат осью полученного сдвоенного спирального колеса.

Это колесо заключают в кожух, имеющий по оси две втулки. Внутри втулок проходят концы спирали. Один конец при помощи подшипника соединяется с трубкой, идущей от парового котла, а другой конец спирали таким же способом соединяется с трубкой, идущей к конденсатору-холодильнику.

Весь турбинный агрегат состоит из следующих частей: спиральный диск, или ротор, котел для парообразования, конденсатор, куда поступает отработанный пар, и насос для перекачки воды из конденсатора в котел.

Что произойдет, если из котла пустить пар по спиральному диску? Внутренние стенки спирали-трубы не представляют идеально гладкой поверхности, поэтому между паром и внутренней поверх­ностью трубы возникает трение. Если пар будет обладать достаточно большой кинетической энергией, то, проходя по трубе, он будет как бы увлекать ее с собой, и спираль начнет вращаться. Таким образом, кинетическая энергия пара преобразуется в механическую работу вращающегося спирального диска.

Такова основная идея новой турбины.

По внутренним стенкам спирали можно расставить в шахматном порядке небольшие лопатки, закрепленные неподвижно. Это позволит использовать также и активную силу пара, что еще больше ускорит вращение спиральных колес.

Отработанный пар, пройдя спираль, попадает в конденсатор, где превращается в воду. При помощи насоса воду перекачивают обратно в котел. Таким образом создается замкнутый цикл.

Если бы удалось преодолеть различные технические трудности и практически осуществить новый двигатель, то перед техникой открылись бы весьма заманчивые перспективы.

Сферы применения

Известно, какое широкое применение имеет паровая турбина. Но точно так же известно, что сложное устройство и большой вес турбины на единицу мощности ограничивают ее применение во многих областях техники. Спиральная турбина будет отличаться весьма несложным устройством, и можно предполагать, что ее вес, приходящийся на единицу мощности, будет значительно меньше, чем у существующих типов турбин.

Если бы удалось, например, построить турбину, вес которой на одну лошадиную силу составлял бы 500 граммов, то была бы решена проблема турбосамолета. А над этой проблемой в настоящее время усиленно работает мировая авиационная техника. Как известно, бензиновые моторы не приспособлены для работы на больших высотах. Замена этих моторов турбиной значительно ускорила бы завоевание стратосферы.

Широкое применение сможет найти спиральная турбина и в автомобильном транспорте. Она значительно упростила и удешевила бы эксплуатацию автомобиля и привела бы к созданию новых конструкций, так как спиральные диски можно разместить, например, внутри колес.

Особенно большую роль спиральная турбина может сыграть в железнодорожном транспорте будущего. В некоторых странах уже сейчас строятся турбовозы. Однако турбины, устанавливаемые на паровозах, отличаются чрезвычайно сложным устройством. Спиральная же турбина исклю­чи­тельно проста, к тому же, замкнутый цикл работы турбины позволит поездам пробегать большие расстояния без пополнения запасов воды.

Однако этим далеко не исчерпываются те интересные возможности, которые следует ожидать от нового теплового двигателя. Представьте себе огромное колесо, диаметр которого равен 8 метрам. Это больше высоты двухэтажного дома. По окружности колеса расположены рессоры, которые выполняют роль амортизаторов. Рессоры с внешней стороны закрыты ободом. Обод состоит из отдельных звеньев, соединенных шарнирно, и напоминает гусеничный ход. Только здесь гусеница двигается не самостоятельно, а вместе с гигантским колесом, на ободе которого она натянута.

Внутри колеса установлена спиральная турбина. Колесо с боков закрыто дисками, которые вос­при­нимают всю нагрузку машины. На ось колеса по обеим сторонам насажены два больших полу­шария. К ним подходят хвостовики, похожие на фюзеляжи самолетов. Под фюзеляжами рас­по­ло­жены два небольших опорных колеса. Хвостовое оперение этого сухопутного корабля объеди­нено и состоит из руля глубины и рулей поворота.

Внутри фюзеляжей расположены мощная котельная установка, конденсатор и нагнетательный насос. Здесь же хранятся и запасы горючего.

Полушария разделены на четыре этажа. Самый нижний предназначен для багажа и товарных грузов. Во втором и третьем этажах размещены пассажирские каюты, радиоузел, ванные комнаты и т. п. На верхнем этаже в носовой части находятся рубки управления, а на остальной площади – салон. Сквозь стеклянные стены салона пассажиры могут наблюдать быстро меняющийся пейзаж. Скорость такого фантастического корабля очень велика: на хорошей дороге он сможет покрывать до 500 километров в час.

Такой корабль легко сможет преодолевать огромные пространства песчаных пустынь. Для лучшей проходимости в песках обод колеса можно сделать еще шире, чем в первом случае, а фюзеляжные колеса заменить лыжами.

Корабль во время стоянки опирается на три точки: на центральное большое колесо и на два боковых, фюзеляжных. Подобно самолету, корабль имеет небольшой наклон. Когда же он разовьет достаточную скорость, водитель, действуя рулем глубины, придаст всей машине горизонтальное положение. Таким образом, движение происходит только на одном большом колесе.

Повороты на больших скоростях производятся с помощью воздушных рулей. Торможение осу­ще­ств­ляется переключением пара на выходную трубку. Вследствие этого пар в спиральном колесе начи­нает циркулировать в обратную сторону: скорость движения угасает, и корабль останавливается.

Можно создать такой же формы и морское судно. При этом по ободу большого колеса расположатся широкие лопатки для отталкивания от воды, а колеса фюзеляжей будут заменены поплавками.

источник: П. ГРОХОВСКИЙ; Рисунки А. КАТКОВСКОГО и Н. ПРЕОБРАЖЕНСКОГО «Окно в будущее. Спиральная турбина» // Техника-молодежи04-1939