Реферат: Новые источники энергии в конце XIX - начале XX века
Стали
создаваться электрометаллургическое и электрохимическое производства,
основанные на использовании электронагрева. В области производства цветных
металлов большое значение имела постройка в США в 1884 г. братьями Коульс
электрической печи промышленного значения для восстановления алюминия и получения
его сплавов.
Наряду
с превращением электроэнергии в механическую для промышленных целей развитие
энергетики позволило осуществить во всерастущих масштабах ее превращение в
световую, звуковую, тепловую и, наконец, химическую энергию.
В США
в результате концентрации и централизации монопольное значение приобрела фирма
«Дженерал Электрик», которая основала ряд дочерних фирм в Европе.
В 1907
г. американский и германский гиганты электричества заключили договор о разделе
сфер деятельности в глобальном масштабе. В частности, был установлен взаимный
обмен изобретениями и опытами. Заводы обоих концернов вырабатывали самые
различные электротехнические и иные товары: «...от кабелей и изолятора до
автомобилей и летательных аппаратов».
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.
Страницы: 1, 2, 3 |