Читать интересную книгу Статьи - Никола Тесла

Следующий шаг состоит в том, чтобы наладить непрерывную работу аппарата. Этого можно достигнуть двумя способами: путем подачи пара и конденсата непосредственно к камерам В и С или просто через передачу и извлечение теплоты через их стенки, и в этом случае рабочая жидкость полностью отделена и циркулирует по замкнутой цепи.

Ил. 3. Более точный эскиз термодинамической установки, в которой всасывающий насос E создаст необходимую степень вакуума

Общий вид представлен в виде схемы на иллюстрации 3. Цилиндрические камеры В и С соединены соответствующими трубопроводами. Всасывающий насос E, рассчитанный на создание очень высокого вакуума, присоединен к конденсатору С и может приводиться в движение турбиной посредством зубчатой передачи или, как указано, асинхронным двигателем, работающим на переменном токе, который подается от динамо-машины F, имеющей общий привод с турбиной. Вода, находясь под атмосферным давлением, потечет в вакуумные камеры со слишком большой скоростью, вызывая связанные с этим потери, и поэтому необходимо подавать и отводить ее посредством компенсирующих барометрических столбиков ii и kk достаточной высоты, обеспечивая тем самым требуемую циркуляцию, направление которой указано стрелками. Поскольку латентная (остаточная) теплота, поглощенная в процессе испарения и освобожденная в процессе конденсации, очень велика, через камеры должно пройти очень большое количество воды, чтобы не допустить изменений температуры, которые могут значительно снизить эксплуатационные качества аппарата. Кроме того, в представленных аппаратах необходимо использовать газоотделители для извлечения газов из воды перед тем, как она попадет в паровой котел и конденсатор. Здесь нельзя применять сепараторы центробежного типа, так как это повлечет за собой слишком большие потери энергии. Единственно возможным является тип, который применялся во времена зарождения современной гидравлики, действие которого основано на постепенном реверсировании направления потока и который осуществляет лишь частичную дегазацию. Необходимо отметить, что при быстром расширении и одновременном охлаждении газы чрезвычайно ухудшают качество пара, а также в некоторой степени снижают вакуум в камерах. В одной из моих модификаций вода подается через форсунку, как показано, что обеспечивает необходимое испарение и конденсацию, в то же самое время убирает газы, которые оказались бы в свободном состоянии, если бы вода поступала обычным способом.

Ил. 4. Вода или какая-либо другая жидкость приводит в действие турбину D внутри замкнутой системы, циркулируя через конденсаторы, погруженные в воду с разными температурами

Тщательное изучение проекта, представленного на иллюстрации 3, убедило меня, что он по целому ряду причин невыгоден и не так практичен, как проект, представленный на иллюстрации 4. В этом случае камеры В и С являются поверхностным конденсатором обычной конструкции, но с очень большой активной поверхностью, принимая во внимание чрезмерный расход пара и небольшую разницу рабочих температур. Они могут быть одного размера, поскольку, хотя передача тепловой энергии от горячей воды к холодной происходит через пар, здесь действует закон смесей и максимальная передача происходит при условии равного количества той и другой воды. Если бы не это, эксплуатационные качества можно было бы существенно улучшить путем подачи горячей воды, которая должна проходить лишь по коротким трубам, в большем количестве. Камеры соединяются через турбину D, соединенную общим приводом с генератором F, как и раньше, и, кроме всасывающего насоса E, используется глубинный для нагнетания конденсата в паровой котел. Вода должна быть пресной и тщательно дегазированной для получения пара высокого качества, что весьма облегчит работу насосов, а паровой котел и конденсатор должны быть полностью погружены в циркулирующую среду, чтобы минимизировать тепловые потери. Существенные реальные преимущества этого проекта состоят в том, что можно использовать любую подходящую рабочую жидкость и агрегаты очень большой производительности.

Технические эксперты, которые, возможно, рассмотрят достоинства проекта океанской силовой установки, будут склонны не обращать внимания на затраты энергии, идущей на продвижение горячей и холодной воды, которые в действительности могут быть весьма значительными с учетом подъема океанской воды выше среднего уровня. Выходные отверстия неизбежно очень велики, и если их центры находятся на высоте от трех до четырех футов над средним уровнем океана, то для нормального функционирования во время прилива потери при перекачке будут значительными. Более того, движение воды подвергается многократным изменениям как в направлении, так и в скорости и испытывает потери тепла при трении, особенно в длинном трубопроводе, что в совокупности может сравниться с затратами на дополнительный подъем на несколько футов, что может составить, скажем, 7 футов, если прикинуть с большим запасом. Так вот, в Мексиканском заливе, в кубинских территориальных водах, где мои компаньоны предполагали построить силовые установки, среднегодовая разность температур горячей и холодной воды вряд ли превысит 36° F, а с паром низкого качества, который можно получить в таких условиях, прокачка воды может составить 12 футов в секунду на каждую лошадиную силу. Следовательно, механическая работа может, согласно расчетам, составить 168 футо-фунтов в секунду, и это число необходимо увеличить почти в два раза, потому что общий КПД всасывающих с приводом от двигателя насосных блоков, которые придется здесь применять, как правило, едва превышает пятьдесят процентов. Поскольку на одну лошадиную силу затрачивается 550 футо-фунтов в секунду, это означает потерю около 40 процентов. Кроме того, работа дегазаторов, вакуумных и глубинных насосов потребует энергии, которую придется брать от турбогенератора и почти в двойном количестве по указанным выше причинам. Все эти потери можно уменьшить различными способами, но ненамного, и этот пример наглядно показывает, что от них при желании можно полностью избавиться. Этот аргумент применим и даже более убедителен в отношении себестоимости насосного оборудования, общее представление о котором я попытаюсь передать, основываясь на том, что монтаж силовой установки мощностью 30 000 лошадиных сил требует не менее 300 000 фунтов горячей и холодной воды в секунду, что означает приблизительно по 4 700 кубических футов каждой. Поскольку скорость 3 фута в секунду вряд ли будет достигнута, два насоса, отвечающие этим требованиям, будут иметь заборные и выходные отверстия площадью в 1 800 квадратных футов с обычными допусками. Очевидно, что такие исполинские механизмы неприменимы по той причине, не говоря о других, что высота всасывания будет очень велика, а сопутствующие этому потери чрезмерными. Это выявляет неприемлемость схемы, представленной на иллюстрации 3, т. е. очень большие блоки не позволят добиться практических преимуществ. Вероятно, необходимо огромное количество малых блоков, и из этого следует, что чем масштабнее силовая установка, тем она менее практична. Вместо двух насосов, каждый из которых имеет отверстия в 1 800 квадратных футов, пришлось бы применять, при ошеломляющих затратах, по крайней мере сотню насосов с приводом от мотора, с отверстиями площадью 36 квадратных футов и соответствующим количеством паровых котлов и конденсаторов с огромными впускными и нагнетательными трубами.

Ил. 5. Прилив наполняет резервуары H и I, а поток обратного течения опорожняет их, экономя большое количество энергии, потребляемой насосами

Эти и другие подобные размышления побудили меня разработать проект, представленный в виде схемы на иллюстрации 5, в котором я полностью исключаю водяные насосы, делая расчет на отливы и приливы, которые осуществляют необходимую циркуляцию теплоносителя и хладоносителя и упрощают таким образом энергоблок, что избавляет от больших потерь и затрат. Установка включает в себя два очень больших резервуара, обозначенных как Н и I. Они обложены теплоизоляционной футеровкой и снабжены соответствующими опорами, которые поддерживают теплоизоляционные своды, или крышки, предназначенные для минимизации потерь при оттоке и притоке теплоты, соответственно, от теплой воды к холодной. Каждый из резервуаров имеет регулируемые отверстия К и L, расположенные около днища, где также находятся паровой котел В и конденсатор С. Последние соединены посредством турбины D, имеющей общий привод с генератором F, образуя блок большой мощности. Как и в описанном выше случае, предусмотрены всасывающий насос E и глубинный насос G с приводом от асинхронных двигателей, получающих питание от генератора. Все эти механизмы размещаются на едином фундаменте, как это и указано. Резервуары наполняются при полном приливе, а слив во время отлива регулируется, с тем чтобы обеспечивать наилучший режим работы. Хотя производительность подвержена периодическим изменениям, силовая установка может удовлетворительно работать, не нуждаясь в батареях или других аккумулирующих устройствах, и в результате себестоимость вырабатываемого продукта может быть значительно снижена.