ГЕНИЙ, БЬЮЩИЙ ЧЕРЕЗ КРАЙ Жизнь Николы Теслы

Сама идея преобразования энергии пара или текущей жидкости во вращательное движение была, конечно, не нова. Этот принцип использовался в ветряных и водяных мельницах - в старых, как мир, устройствах. Герон, александрийский писатель, живший, вероятно, в 200 г до н.э., описал первую турбину, но не был ее изобретателем. Она состояла из полой металлической сферы, насаженной на ось. Из сферы по касательной к ее поверхности торчали две трубки. Когда сфера заполнялась водой и подвешивалась над огнем, то выходивший из трубок пар заставлял ее вращаться.

Остроумная и оригинальная идея турбины Теслы, возможно, имела начало в том забавном и неудачном эксперименте, который он поставил еще в детстве, когда, собрав вакуумный двигатель, наблюдал за медленным вращением деревянного цилиндра в результате проникновения воздуха в вакуумную камеру; а также в идее посылки почты через океан, которой он развлекался в юности, скрываясь в горах от военной службы. Почта должна была передаваться по подводной трубе в полой сфере, переносимой быстрым потоком воды. Но тогда же он пришел к выводу о неосуществимости этой идеи из-за трения воды о стенки трубы. Трение настолько замедлит поток, что для поддержания желаемой скорости и давления воды понадобится чрезмерный объем энергии. В то же время, если вода будет двигаться с такой скоростью, то из-за трения она будет стремиться увлечь за собой и трубу.

И вот это-то трение он и использовал теперь в своей турбине. Струя пара, проходящая с высокой скоростью между дисками, отделенными друг от друга очень небольшим расстоянием, замедлялась трением, но способные вращаться диски двигались все быстрее, пока их скорость почти не уравнивалась со скоростью пара. Помимо трения существует еще особое притяжение между газами и металлическими поверхностями, благодаря чему движущийся пар может лучше цепляться за металлические диски и увлекать их за собой на высоких скоростях. Первая модель, собранная Теслой в 1906 году, имела двенадцать дисков по 13 см диаметром. Работала она не на пару, а на сжатом воздухе, и вращалась со скоростью 20000 оборотов в минуту. В конечном итоге изобретение Теслы заключалось в использовании масла, сгорающего в сопле, благодаря чему многократно возрастала мощность, и в замене вращающей ротор жидкости на горящие и сильно расширяющиеся газы. При этом отпадает необходимость в паровом котле для выработки пара и пропорционально возрастает эффективность самого процесса.

Возьмись Тесла за разработку своей турбины в 1889 году, когда он вернулся с завода Вестингауза, его турбина была бы, пожалуй, единственной, которая в конечном счете заменила бы тогдашние медленные, громоздкие и неуклюжие машины возвратно-поступательного типа. Но задержка в пятнадцать лет, посвященных им работе над высокочастотными токами высокого напряжения, дала возможность другим разработчикам турбин настолько продвинуться в своей работе, что Тесла остался далеко позади. Разработанные за это время турбины стали буквально ветряными мельницами в коробке. Они состоят из ротора, по окружности которого крепятся небольшие лопатки, приводимые в движение струей пара. Им не хватало лишь простоты турбины Теслы, но к тому времени, когда он сделал свою разработку, другие уже имели сильные позиции в области разработки турбин.

Первый маленький двигатель Теслы был собран в 1906 году Юлиусом Шито, который управлял в «Астории» на Лонг-Айленде механической мастерской, где собирались модели изобретателя. Он же собрал и модели турбины 1911 и 1925 годов, а также другие устройства, над которыми Тесла работал до 1929 года. Отец Шито входил в персонал лаборатории Теслы на Хьюстон-стрит с 1892 по 1899 год и лаборатории в Колорадо Спрингс.

Вот как описал Шито первую модель:

Ротор состоял из набора очень тонких дисков диаметром в 13 см из немецкой стали. Они имели толщину 0,8 мм и разделялись прокладками из того же металла и той же толщины, но гораздо меньшего диаметра и сделанными в виде креста с круглой центральной частью. Рукава креста служили ребрами жесткости для дисков. Дисков было восемь, и весь набор имел толщину лишь в 1,3 см. Крепились они в центре вала, имевшего чуть более 15 см в длину. В середине вал имел около 2,5 см в диаметре и ступенчато сужался, имея около 1 см на концах. Ротор устанавливался в кожухе, состоявшем из четырех частей, скреплявшихся между собой болтами.

Круглая камера, где вращался ротор, была точно подогнана таким образом, чтобы во время работы между ротором и кожухом оставался зазор в 0,4 мм. Тесла хотел, чтобы при вращении ротор едва ли не касался кожуха. При этом надо было принять во внимание, что ротор развивал огромные скорости, доходившие в среднем до 35000 оборотов в минуту. На такой скорости центробежная сила возрастала настолько, что заметно растягивала металл крутившихся дисков. При вращении на предельной скорости их диаметр увеличивался на 0,8 мм по сравнению с их диаметром в состоянии покоя.

Модель большего размера Тесла построил в 1910 году. Она имела диски диаметром 30 см и со скоростью вращения 10 000 оборотов в минуту развивала мощность в 100 лошадиных сил, значительно превосходя по эффективности первую модель. Вращаясь в два раза медленнее, она давала троекратную мощность.

В течение следующего 1911 года машина подвергалась дальнейшему совершенствованию. При уменьшении диаметра дисков до 25 см и снижении скорости на 10 процентов - до 9000 оборотов в минуту, мощность возросла на 10 процентов, поднявшись до 110 лошадиных сил! Проведя ее испытания, Тесла сообщил:

Я поднял мощность до 110 лошадиных сил при диаметре дисков в 25 см и при толщине всего набора около пяти сантиметров. В соответствующих условиях можно достичь и 1 000 лошадиных сил. В сущности, механической производительности такой машины почти нет пределов. Она может работать на газу, как обычные автомобильные и авиационные двигатели внутреннего сгорания, даже лучше, чем на пару. Проведенные мной испытания показали, что газ дает более быстрое вращение, чем пар.

Вдохновленный успехом малых моделей, работавших на сжатом воздухе и в более ограниченных пределах при непосредственном сгорании бензина, Тесла разработал и построил вдвое больший агрегат, который планировал испытать на станции Уотерсайд, главной электростанции нью-йоркского отдела «Эдисон компани».