Чарльз Алджернон Парсонс

Чарльз Алджернон Парсонс (англ. Charles Algernon Parsons; 13 июня 1854, Лондон — 11 февраля 1931, Кингстон, Ямайка) — британский инженер, изобретатель и промышленник, наиболее известный созданием первой практичной паровой турбины. Его изобретение произвело революцию в судовой энергетике и электроэнергетике, обеспечив значительное повышение КПД и мощности силовых установок. Парсонс также внёс вклад в развитие оптики, производство синтетических алмазов и аэродинамику.

Биография

Ранние годы и образование

Чарльз Парсонс родился в семье известного астронома Уильяма Парсонса, 3-го графа Россе, который был известен строительством крупнейшего в XIX веке телескопа-рефлектора «Левиафан». Детство Чарльза прошло в родовом поместье Бирр-Касл в Ирландии, где он с ранних лет проявлял интерес к механике и инженерии. Первоначальное образование он получил дома, а затем в школе в Дублине.

В 1871 году Парсонс поступил в Тринити-колледж в Дублине, где изучал математику и естественные науки. В 1873 году он перевёлся в Колледж Святого Иоанна в Кембридже, который окончил в 1877 году с отличием по математике. В Кембридже он также посещал лекции по инженерному делу и начал экспериментировать с паровыми двигателями.

Карьера в инженерии

После окончания университета Парсонс начал работать учеником инженера на заводе «Армстронг» в Элсвике (Ньюкасл-апон-Тайн). В 1881 году он перешёл на работу в компанию «Китсон и Ко» в Лидсе, где занимался проектированием паровых машин и насосов. В 1884 году он основал собственную компанию «C. A. Parsons and Company» в Ньюкасле, первоначально специализировавшуюся на производстве динамо-машин и электрического оборудования.

Изобретение паровой турбины

Предпосылки и разработка

К концу XIX века паровые машины с возвратно-поступательным движением поршня достигли предела своей эффективности. Их КПД редко превышал 10–15 %, а для работы требовались громоздкие и тяжёлые конструкции. Парсонс поставил перед собой задачу создать более компактный и эффективный двигатель, используя принцип вращения, а не возвратно-поступательного движения.

В 1884 году Парсонс запатентовал конструкцию паровой турбины, в которой пар расширялся, проходя через ряд последовательно расположенных вращающихся и неподвижных лопаток. Этот принцип, известный как реактивная турбина, позволял использовать энергию пара более полно, чем в предыдущих попытках создания турбин (например, турбины Гюстава Лаваля). Первая турбина Парсонса развивала мощность около 7,5 кВт (10 л. с.) при частоте вращения 18 000 об/мин.

Ключевые особенности конструкции

• Многоступенчатость: Пар в турбине проходил через несколько десятков ступеней, каждая из которых состояла из неподвижного направляющего аппарата и вращающегося рабочего колеса. Это позволяло постепенно снижать давление и температуру пара, минимизируя потери энергии.
• Реактивный принцип: В отличие от активных турбин, где пар воздействует на лопатки только за счёт кинетической энергии, в реактивной турбине Парсонса пар расширяется в каналах между лопатками, создавая реактивную силу, аналогичную тяге ракетного двигателя.
• Компактность и высокая скорость вращения: Турбина была значительно меньше и легче паровой машины аналогичной мощности, что делало её пригодной для привода генераторов электростанций и судовых винтов.

Коммерциализация

Первая турбина Парсонса была установлена на заводе в Ньюкасле для привода динамо-машины, вырабатывающей электричество для освещения. В 1888 году турбина мощностью 75 кВт была установлена на электростанции в Ньюкасле, что продемонстрировало её пригодность для централизованного электроснабжения. К 1890 году компания Парсонса начала серийное производство турбогенераторов.

Применение в судостроении

Экспериментальное судно «Турбиния»

Ключевым достижением Парсонса стало применение паровой турбины на судах. В 1894 году он основал компанию «Parsons Marine Steam Turbine Company» и построил экспериментальное судно «Турбиния» (англ. Turbinia). Судно было оснащено тремя турбинами, каждая из которых приводила в движение отдельный гребной вал. Для снижения потерь на кавитацию Парсонс разработал специальную конструкцию гребных винтов.

На испытаниях в 1897 году «Турбиния» развила рекордную для того времени скорость — 34,5 узла (около 64 км/ч), что вдвое превышало скорость самых быстрых военных кораблей того времени. Демонстрация возможностей судна на морском параде в честь бриллиантового юбилея королевы Виктории в 1897 году произвела сенсацию и привела к заказам на турбинные установки для военных и гражданских судов.

Влияние на флот

Первым крупным военным кораблём с турбинной установкой стал британский эсминец «Вайпер» (1899), развивавший скорость 36 узлов. В 1906 году был спущен на воду линкор «Дредноут», оснащённый турбинами Парсонса, что сделало его самым быстрым и мощным кораблём своего времени. Турбины также устанавливались на пассажирских лайнерах, таких как «Мавритания» и «Лузитания», которые завоевали «Голубую ленту Атлантики» за скорость.

Другие изобретения и достижения

Оптика и производство алмазов

Парсонс интересовался оптикой и астрономией, продолжая дело своего отца. Он разработал и построил несколько телескопов, в том числе 30-дюймовый рефлектор для обсерватории в Бирр-Касле. В 1920-х годах он провёл серию экспериментов по синтезу алмазов, используя высокое давление и температуру. Хотя ему не удалось получить коммерчески значимые алмазы, его работы заложили основы для будущих методов синтеза.

Аэродинамика

В 1920-х годах Парсонс также занимался аэродинамикой, разрабатывая конструкции воздушных винтов и изучая обтекаемость тел. Он построил аэродинамическую трубу в своём поместье и проводил эксперименты, которые впоследствии нашли применение в авиации.

Признание и наследие

Чарльз Парсонс был удостоен множества наград, включая медаль Румфорда (1902) и медаль Копли (1928) от Лондонского королевского общества, членом которого он был избран в 1898 году. В 1927 году он был возведён в рыцарское достоинство. Его имя носит Парсонсовский институт инженерной механики в Ньюкасле.

Паровая турбина Парсонса стала основой для современной тепловой и атомной энергетики. К началу XXI века турбины, работающие на принципах, заложенных Парсонсом, обеспечивали около 80 % мировой выработки электроэнергии. Его вклад в судостроение также оказался долгосрочным: турбины оставались основным типом двигателя для крупных военных кораблей и пассажирских судов до середины XX века, когда их начали вытеснять газовые турбины и дизельные двигатели.

Интересные факты

• Первая турбина Парсонса имела диаметр ротора всего 30 см, но развивала мощность, достаточную для освещения целого завода.
• Судно «Турбиния» было настолько быстрым, что на испытаниях его не могли догнать патрульные катера, пытавшиеся остановить его за превышение скорости в гавани.
• Парсонс был известен своей скрупулёзностью и лично участвовал в испытаниях своих изобретений, нередко рискуя жизнью.

Источники

• Charles Parsons: His Life and Work. — Institution of Mechanical Engineers, 1933.
• Gibbs, W. J. The Steam Turbine and Its Inventor, Sir Charles Parsons. — London: The Engineer, 1931.
• Harris, J. R. The Parsons Steam Turbine: A History of the Development of the Steam Turbine. — Cambridge University Press, 1965.
• Scaife, W. G. From Galaxies to Turbines: Science, Technology and the Parsons Family. — CRC Press, 2000.