Чтобы сравнить между собой скорость вращения турбин при одинаковых напорах и одинаковых мощностях, гидроэнергетики ввели так называемый коэффициент быстроходности. На лучших турбинах этот показатель редко достигает 1000. А у гирляндных станций он равен 5000–10 000.
Из детской ванночки…
Этот небольшой эпизод вполне можно было бы присоединить как еще одно звено к цепочке процесса создания гирляндной ГЭС. Однако на этот раз вдохновляющий импульс мысль получила не тогда, когда я сидел за своим рабочим столом или чертежной доской, а в момент совершенно необычный. Мы с женой купали в ванночке сына. Пытаясь скрасить малышу некоторые мгновения этой процедуры, я принес домой демонстрационную поперечную турбину — вингротор. Чтобы она закрутилась, нужно водить ею по воде боком, держа за ручку, являющуюся продолжением оси. Но малыш норовил сунуть турбинку в воду торчком и быстро вытащить. Я стал объяснять сыну, что так игрушка не будет крутиться, нечего упорствовать и разбрызгивать воду на пол. Однако стоило мне отвлечься, как он снова принимался за свое. И тут я с удивлением отметил, что турбинка крутится…
Присмотрелся: ничего удивительного!
Человек уж так устроен, что, как только он находит объяснение непонятному, неожиданному явлению, его удивление тотчас угасает, и он, как бы стесняясь самого себя, начинает думать: это же элементарно просто. Если турбинку погрузить в воду, а затем резко вытащить, держа в вертикальном положении, то вода, заполнившая ее внутреннюю полость, будет вытекать из щелей, образованных полуцилиндрами. Возникает противодействующая сила, направленная в сторону, противоположную стеканию струй, — турбина начнет вращаться. Но, чтобы создать такой эффект, не обязательно опускать турбинку в ванночку: можно лить воду на нее и сверху. Наконец, если эту турбинку поставить в поток, но не поперек, как обычно, а по течению, — эффект будет тот же!
Кажется, что гирляндную установку из турбин, работающих по этому принципу, даже изобретать не надо! Ту же самую гирлянду, с которой мы бились на реке Тверце, можно вытянуть вдоль течения — и все…
Ан нет! — не все. Даже если вы просто поставите паровую машину на телегу, чтобы получился паровоз, паровоз так просто не пойдет. Любая идея изобретателя нуждается в детальной разработке, иначе изобретению не бывать.
Итак, решается вопрос: как подвесить свободнопоточные гирлянды в протоке? Вдоль течения? Не получится: передние турбины будут тормозить поток, мешая всем последующим. Чтобы этого не было, придется турбины располагать на большом удалении друг от друга… Но это снизит область применения таких установок. Куда лучше гирлянду растянуть змейкой между берегами, закрепив ее на оттяжках, несущих подшипники.
Первые испытания продольной гирлянды мы вели на реке Лопасне, ниже городка Нерасстанное, названного так потому, что в тех местах Екатерина II встречалась с графом Орловым (там было его имение) и не спешила с ним расставаться, когда приезжали гонцы отзывать императрицу по делам государственным.
Торцовая гирлянда работала, но мощность ее была почти втрое меньшей, чем у поперечных гирлянд той же длины. Думай, изобретатель, думай…
В турбинах задние стенки были сплошными. Значит, они сильно тормозили поток. Но, если совсем снять эту стенку, мы потеряем реактивный момент, за счет которого крутится турбина.
А что, если заднюю стенку сделать в виде крыльчатки? Тогда получится дополнительный крутящий момент. Лобовую стенку турбины можно выполнить в виде двухлопастного винта. Рассуждал я в этом случае так: винт предварительно раскручивает поток, подводя его к крыльчатке под некоторым углом. Этот угол можно было бы подобрать так, чтобы наилучшим образом, с максимальной отдачей мощности передавать движущее усилие крыльчатой стенке турбины. Испытания в лотке с водой позволили выбрать удачное сочетание ширины щелей, наклона лопастей крыльчатки, а также профилировки винта.
Однако, опустив турбину в поток, я заметил, что она крутится довольно лениво, поперечная турбина в том же потоке вращалась бы быстрее. Потянулся к плоскогубцам, начал подгибать лопасти крыльчатки, снова и снова опускать турбинку в воду, наблюдая по счетчику оборотов и секундомеру за скоростью вращения. Скорость турбины, а значит и ее мощность, продолжала расти. Предварительные исследования были завершены.