Тауэрский мост на пару и гидравлике: механизм, который поднимал пролёты в XIX веке

Сегодня подъём Тауэрского моста выглядит почти бесшумной процедурой: движение перекрывают, створки расходятся вверх, судно проходит по Темзе, и через несколько минут дорога снова соединена. В конце XIX века за тем же движением скрывалась целая цепочка машин — угольные топки, паровые цилиндры, водяные насосы, гидравлические аккумуляторы и огромные зубчатые колёса. Самое интересное заключалось в том, что пар не поднимал мост напрямую. Он заранее создавал и запасал давление.

Когда в 1870-х обсуждали новый переход восточнее Лондонского моста, инженерам пришлось решать противоречивую задачу. Городу требовалась ещё одна дорога через реку, но по Темзе в верхний портовый бассейн постоянно шли суда с высокими мачтами. Постоянный низкий пролёт перекрыл бы судоходство. В итоге проект Хораса Джонса переработали вместе с инженером Джоном Вулфом Барри, сделав центральную часть разводной.

Две дорожные створки получили название bascules — от французского слова, связанного с качелями и балансиром. Это важная подсказка к устройству моста. Каждая створка весила больше 1200 тонн, однако поднимать всю эту массу «с нуля» машине не приходилось. За осью поворота находился противовес массой около 400 тонн, уходивший в огромную камеру внутри опоры. Система была почти уравновешена: когда дорожная часть поднималась над водой, скрытая часть с противовесом опускалась вниз. Поэтому двигателю нужно было в основном преодолевать остаточный дисбаланс, трение и инерцию.

Даже при такой балансировке требовался надёжный источник энергии, готовый сработать без долгой подготовки. Здесь пригодились идеи Уильяма Армстронга, одного из главных британских специалистов по гидравлическим машинам. Контракт на оборудование получила его компания Sir W. G. Armstrong, Mitchell & Co. Паровая часть находилась в машинных помещениях рядом с мостом.

Три угольных котла постоянно производили пар. Кочегары работали посменно, потому что судно могло потребовать прохода в любое время суток. Пар поступал к двум стационарным насосным машинам мощностью примерно по 360 лошадиных сил. Их поршни вращали маховики и приводили водяные насосы. Но отсюда энергия не шла прямо к створкам. Насосы нагнетали воду под давлением около 750 фунтов на квадратный дюйм, то есть примерно 52 бар, в шесть гидравлических аккумуляторов.

Название может сбить с толку: электричества в этих «аккумуляторах» не было. Они служили механическим запасом энергии. Насос закачивал воду в цилиндр и поднимал тяжёлый нагруженный плунжер. Давление поддерживалось грузом, поэтому вода могла ждать момента открытия моста, как сжатая пружина. После подъёма паровые машины снова пополняли запас.

Именно эта промежуточная ступень делала систему особенно умной. Если бы паровой двигатель был жёстко связан со створками, его пришлось бы выводить на нужную мощность непосредственно перед проходом судна. Гидравлические аккумуляторы разделяли производство энергии и её расход. Кочегары и насосные машины могли готовить давление заранее, а оператор получал почти мгновенный доступ к уже накопленной силе.

Когда приближалось судно, дорожное движение останавливали и механизм разблокировали. Оператор открывал подачу воды из аккумуляторов к гидравлическим приводным машинам. Поршни через кривошипы и валы вращали большие шестерни диаметром примерно метр. Их зубья входили в зацепление с огромными зубчатыми секторами, связанными со створками. Так движение гидравлических цилиндров превращалось в медленный поворот массивной дорожной конструкции.

У каждой половины моста был собственный привод и свой оператор. Створки могли двигаться независимо, хотя обычно их поднимали согласованно. При полном открытии они доходили примерно до 86 градусов. Для викторианского механизма скорость была впечатляющей: полный подъём занимал порядка минуты. В первый год работы мост открывался 6194 раза — в среднем около семнадцати раз в сутки, поэтому надёжность была не эффектной особенностью, а повседневной необходимостью.

Снаружи всего этого почти не было видно. Архитектура Тауэрского моста прятала стальную конструкцию и механику за гранитом, портлендским камнем и башнями, напоминающими средневековую крепость. Под декоративной оболочкой находился промышленный механизм поздней викторианской эпохи. Глубоко в опорах двигались противовесы, в машинных помещениях гудели маховики, а по трубам шла вода под давлением, способная повернуть сооружение массой в тысячи тонн.

Система прослужила удивительно долго. Паровые машины и водяная гидравлика оставались рабочим сердцем моста более восьмидесяти лет. Лишь в 1970-х их решили заменить: старый способ требовал постоянного сжигания топлива, большого штата и круглосуточной готовности котельной. В 1974 году начался переход на электропривод и масляную гидравлику, а в 1976-м новая система полностью вступила в работу. При этом принцип самого моста почти не изменился: противовесы, оси, зубчатые сектора и идея уравновешенной створки остались прежними.

Оригинальные паровые машины сегодня сохранились в Engine Rooms Тауэрского моста. Они выглядят как музейные экспонаты, но когда-то были частью непрерывной городской службы. Главная инженерная хитрость состояла даже не в мощности. Викторианцы построили систему, которая умела накапливать энергию между подъёмами и отдавать её именно тогда, когда на Темзе появлялось судно. Поэтому знаменитый мост XIX века работал не просто «на пару». Пар заряжал его гидравлическую батарею, а уже давление воды заставляло две гигантские половины дороги расходиться над рекой.