Применение электроэнергии в различных областях промышленности и в сфере быта произвело на современников такое же сильное впечатление, как освоение паровых машин в период промышленного переворота.
Совершенствование
паровых двигателей и котельных установок.
Поршневая паровая машина выступает в рассматриваемый период и в прежней своей роли как двигатель, непосредственно приводящий в
действие рабочие машины посредством механической передачи, и в новой роли первичного двигателя, приводящего в действие электрогенератор (динамо-машину), энергия которого передавалась мотору. В наиболее развитых странах это новое применение паровых машин становится решающим.
Однако и сам паровой двигатель, и обслуживающая его котельная установка оказалась теперь не в состоянии полностью удовлетворить предъявляемые к ним требования.
Для увеличения выработки электроэнергии и выполнения новых задач, поставленных промышленностью, требовалось увеличение мощности первичных двигателей, приводивших в действие электрогенераторы. Машиностроители добились повышения КПД и увеличения мощности паровых машин.
Компаунд-машины двойного и тройного расширения достигали теперь мощности от 6 до 8 тыс. л. с. Строились паровые машины с числом оборотов от 200 до 600 в минуту, предназначенные специально для электростанций. Все большее распространение получало применение перегретого пара. В конце XIX в. немецкий инженер В. Шмидт изобрел новый паровой котел с пароперегревателем (температура перегрева пара в этом котле достигала 350°) и соответствующую паровую машину.
В 1908 г. инженер Штумпф в Германии сконструировал прямоточную паровую машину.
Большие успехи отмечались и в области котлостроения. Производительность паровых котлов была значительно увеличена, повышено рабочее давление пара. Особенно удачными оказались конструкции секционных водотрубных котлов, сконструированный фирмой «Бабкок и Вилькокс» в Англии, Стирлингом в США и Гарбе в Германии. Большой вклад в создание котлов внес В. Г. Шухова, разработав надежный котел малой металлоемкости и обладающий хорошей транспортабельностью. Котел конструкции Шухова собирался на месте из отдельных секций. Поверхность нагрева наиболее крупных котлов этого времени достигала 1—2 тыс. м2
Однако силовые установки с поршневыми паровыми машинам имели значительные недостатки: оставались относительно тихоходными, тогда как промышленность и транспорт ощущали растущую потребность в быстроходных двигателях. На изготовление поршневых машин расходовалось много металла, а неоднократные попытки снижения их веса не давали должного эффекта, хотя это представлялось особенно важным для зарождавшихся автомобильного транспорта и авиации.
Не удавалось преодолеть и громоздкость двигателей. Так, при сооружении в 1898 г. в Нью-Йорке электростанции мощностью 30 тыс. кВт пришлось установить 12 паровых машин и 87 котлов, для чего потребовалось здание в несколько этажей. Это обусловило разработку новых типов первичных двигателей, более быстроходных, компактных и экономичных.
Новые тепловые двигатели. Паровые турбины.
В рассматриваемый период впервые были созданы и получили применение паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания, которым суждено было сыграть в дальнейшем огромную роль не только в промышленности, но и на транспорте, в сельском хозяйстве, в военном деле.
Активная паровая турбина была изобретена шведским инженером К. П. Густавом де Лавалем (1845—1913) в 1883—1889 гг. Любопытно, что Густав де Лаваль намеревался первоначально применить ее в молочном деле для вращения сепараторов.
В 1884—1885 гг. англичанин Ч. О. Парсонс (1854—1931) изобрел реактивную многоступенчатую паровую турбину. Дальнейшая I работа по усовершенствованию этой турбины привела Парсонса к созданию в 1894 г. нового образца реактивной турбины, которая и стала основным типом паровых турбин того времени.
Паровые турбины при производстве электроэнергии объединяли на одном валу с электрогенератором. Таким образом был создан турбогенератор, испытание которого было проведено в 1890 г. на Эльберфельдской электростанции в Германии.
Паровые турбины продолжали совершенствоваться и дальше (системы О. Рато —1899 г., Ч. Кертиса — нач. XX в. и др.).
С начала XX в. возникает систематическое фабричное производство паровых турбин в Германии, Швейцарии, Чехословакии, входившей тогда в состав Австро-Венгрии, США и Франции.
В России собственное производство паровых турбин и турбогенераторов было налажено слабо. Использовали в основном импортное оборудование. Первый отечественный турбогенератор системы французского инженера О. Рато (1899) был построен лишь в 1907 г. К началу первой мировой войны турбина мощностью 1 тыс. л. с. в России считалась очень крупной, тогда как за границей строились паровые турбины на 40-50 тыс.л. с.
Использование турбогенераторов дало возможность увеличить мощность электростанций, поднять напряжение, увеличить дальность передачи электроэнергии.
Двигатели внутреннего сгорания.
Выше мы отмечали три характерные черты технического развития рассматриваемого периода: применение электроэнергии во всех областях производства и быта, вытеснение железа сталью и растущие добыча и переработки нефти. К ним следует добавить четвертую — распространение двигателей внутреннего сгорания, явившееся необходимой предпосылкой для перехода некоторых отраслей к машинной ступени производства (безрельсовый транспорт, сельское хозяйство) или даже для самого возникновения данной отрасли (авиация).
Принцип четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, в котором горючая смесь перед воспламенением подвергалась предварительному сжатию, был высказан еще в 1862 г. французским инженером Альфонсом Бо де Роша (1815—1890) в рукописной брошюре. Однако у него не было средств для изготовления двигателя. Практически его идеи использовал немецкий конструктор Н. А. Отто (1832—Л891), создавший в 1876 г. новый тип газового двигателя. Топливом для такого двигателя служил газ, получаемыйпутем простой перегонки антрацита и кокса. I
В 1883 г. вездесущие сотрудники патентного бюро обнаружили брошюру А. Бо де Роша и воспользовались ею, чтобы аннулировать часть патентов Отто. I
Стремясь повысить мощность двигателя Отто, русский конструктор Б. Г. Луцкой разработал и изготовил в 1885 г. четырехтактный многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. Однако решающее значение для развития двигателя внутреннего сгорания имел его перевод на жидкое топливо. I
В середине 80-х гг. немецкие изобретатели Г. Даймлер (1834— 1 1900) и К- Ф. Бенц (1844—1929) создали типы двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, и применили их на безрельсовом транспорте.
В конце 80-х гг. проект бензинового двигателя с карбюратором мощностью 80 л. с. разработал в России О. С. Костович (1851 —1916), предложив применять этот двигатель для дирижабля («аэроскафа»).
В 1896—1897 гг. немецкий инженер Р. Дизель (1858—1913) создал новый тип двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением от сжатия, рассчитанный на тяжелое жидкое топливо и получивший имя изобретателя.
В 1913 г. дизель-моторы стали производиться на рынок. В том же году для ведения переговоров Дизель, взяв с собой наиболее секретные документы по изготовлению двигателя, отплыл в Англию. Однако до Англии он не добрался, а бесследно исчез с палубы корабля при неизвестных обстоятельствах. Высказывались подозрения, что он погиб от рук агентов немецкой разведки, опасавшейся продажи Дизелем его секретов англичанам.
Большой вклад в усовершенствование дизельных двигателей внесли русские изобретатели. Б. Г. Луцкой проектировал и строил многоцилиндровые двигатели различного назначения — автомобильные, авиационные, судовые, лодочные. В 1896 г. Г. В. Тринклер (1876—1957) построил бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания. В 1910 г. Р. А. Корейво (1852—1920) сконструировал дизельный двигатель с противоположно движущимися поршнями и передачей на два вала. А. Г. Уфимцев (1880—1936) разработал двухцилиндровый, а в 1910 г. шестицилиндровый карбюраторный двигатель для самолетов.
В России дизельные двигатели получили широкое распространение. Перед первой мировой войной они производились в Петербурге, Москве, Сормове, Риге, Ревеле, Воронеже и других городах.
Водяные турбины.
Наряду с использованием паровых турбин в качестве наиболее совершенного двигателя на тепловых и гидроэлектростанциях применяются и усовершенствованные водяные (гидравлические) турбины. Большинство типов таких двигателей было создано еще в предыдущий период1.
В рассматриваемый период гидротурбины подверглись усовершенствованию. После внедрения в практику линий электропередачи были разработаны более быстроходные и мощные турбины, непосредственно соединяемые с электрогенератором.
В 1880 г. американский изобретатель Л. А. Пёльтон (1829— 1908) сконструировал водяную турбину, рассчитанную на работу при больших напорах воды. Ковшеобразные лопатки-колеса этой турбины позволяли с большей эффективностью использовать силу струи воды, поступавшей под большим давлением по трубе.
Водяная турбина Л. А. Пельтона нашла широкое признание уже в 80-е гг. XIX в.
Наряду с ней получила распространение усовершенствованная турбина Жонваля. Мощность турбин Жонваля к 1900 г. достигла 1200 кВт в одном агрегате и продолжала расти. В 1910 г. уже изготовлялись радиально-осевые турбины мощностью 8—10 тыс. кВт.
Важным этапом в развитии гидротурбин стали работы чешского инженера В. Каплана (1876—1934). Им, в частности, были введены поворотно-лопастные турбины (1912—1916), которые в дальнейшем применялись на большей части вновь сооружаемых ГЭС.
Опыты с газовыми турбинами.
Мысль о создании газовой турбины относится к концу XVIII в., но ее долго не удавалось осуществить.
В 1872 г. инженер Штольд запатентовал в Германии газовую турбину, но из-за низкого КПД турбины проект не был реализован.
Первую попытку создания и практического применения газовой турбины предпринял инженер-механик русского флота П. Д. Кузьминский (1840—Г900). В 1897 г. он построил небольшую радиальную газовую турбину. Однако смерть изобретателя в 1900 г. не позволила закончить начатую работу.
В 1906 г. французские инженеры Арманго и Лемаль, русский изобретатель В. В. Каравардин изобрели целый ряд газовых турбин, однако их КПД был невелик.
Большую работу в области создания и усовершенствования газовых турбин проделал немецкий инженер ГбльцвальД. В 1914— 1920 гг. он сконструировал несколько газовых турбин мощностью до 2 тыс. л. с. с КПД 13—14%.
Все разработанные в тот период газовые турбины не нашли широкого применения.
Идея использования атомной энергии.
Одной из важнейших составных частей переворота в естествознании конца XIX— начала XX в. явились успехи атомной физики после открытия в 1898 г. супругами П. и М. Кюри явлений радиоактивного распада и разработки Э. Резерфордом и Ф. Содди в 1903 г: общей теории радиоактивности.
У колыбели нового учения о строении атома и его превращениях стояли крупнейшие ученые. Теоретические результаты их исследований имели поистине революционный характер. Однако очень долго обнаружение колоссальной энергии, кроющейся в атомах, не приводило ученых к мысли о практических возможностях ее использования.
Отчасти это было связано с тем, что тогда был известен лишь естественный распад радиоактивных веществ, а установок для осуществления искусственной радиоактивности не существовало. Следует отметить, что и значительно позже, после постройки первого циклотрона (1932), после доклада Ф. и И. Жолио-Кюри об открытии искусственной радиоактивности (1934), Э. Резерфорд высказывал сомнения, что получение ядерной энергии в количествах, достаточных для практического использования, когда-либо будет возможным1. Не была ли такая позиция знаменитых ученых вызвана предчувствием того, что капиталистический мир использует эту энергию прежде всего в военных, а не в созидательных целях? Не хотелось ли им задержать атомного джинна в лабораторных стенах, чтобы он дольше не угрожал человечеству?
Так или иначе, но картину использования атомной энергии в мирных и в военных условиях впервые дал не физик, а известный писатель-фантаст Г. Уэллс в романе «Освобожденный мир» (1913): «...Только через двадцать лет искусственно вызванная радиоактивность обрела свое практическое воплощение»,— пишет Уэллс, относя начало применения атомной энергии к 50-м гг. XX в. Писатель ошибся лишь на десятилетие. Осуществление Э. Ферми первой цепной реакции в уранографитовом реакторе (к сожалению, не в мирных целях) произошло в 1942 г. Уэллс не представлял себе всю опасность для живого организма результатов атомного распада и показал в книге атомный двигатель как нечто подобное двигателю внутреннего сгорания. Радиоактивные отходы («побочные продукты») казались ему ничуть не опаснее выхлопных газов автомобиля, и он наделил их даже привлекательными чертами: «...В 1953 г. первый двигатель Холстена-Робертса поставил искусственно вызванную радиоактивность на службу промышленному производству, заменив паровые турбины на электростанциях. Почти немедленно появился двигатель Дасса-Тата... Он применялся главным образом для автомобилей, аэропланов, гидропланов и тому подобных средств передвижения...
К осени 1954 г. во всем мире начался гигантский процесс смены промышленных методов и оборудования... Это процветание во многом объяснилось и тем фактом, что ...одним из побочных продуктов было золото, смешанное с первичной пылью висмута и вторичной пылью свинца, а этот новый приток золота совершенно естественно вызвал подъем цен во всем мире».
Разумеется, такая фантастическая картина кажется сейчас наивной. Но ведь суть не в деталях. Уэллс в 1913 г., когда капитализм был общественной системой, господствовавшей во всем мире, пришел к прозорливому выводу, что даже такой, придуманный им безопасный атомный двигатель, порождающий не губительную радиацию, а золотую пыль, станет источником бедствий: «Человечество не было готово к тому, что произошло: казалось, человеческое общество разлетится вдребезги благодаря собственным2 великолепным достижениям. Ведь этот процесс шел вслепую...» Уэллс описывает, как применение атомной энергии вызвало массовую безработицу, обострение классовых противоречий и разжигание политиканами ведущих стран шовинизма для отвлечения от внутренних проблем: «...Политическое устройство мира в те годы решительно повсюду необычайно отставало от уровня знаний, накопленных обществом.
Страницы: 1, 2
