Льнопрядильная машина значение изобретения
Начало промышленного переворота: прялка «Дженни»
XVIII-ый век. Англия. Небольшой городок Стэндхилл. Местные жители зарабатывают на жизнь тем, что занимаются ткачеством. Текстильный завод расположен здесь же – недалеко от центральной улицы. Труд строго распределен на женский и мужской. Женщины изготавливают ткани, а мужчины – прядут. Работает в бригаде и некий Джеймс Харгривс. Он также, как и другие, выполняет свою ежедневную производственную норму. А параллельно думает над тем, как усовершенствовать прядильный механизм. В результате в 1765-м году Харгривс изобретает первую в мире механическую прялку. А еще пару лет спустя механик продемонстрирует общественности прототип современной прядильной машины.
Установка получила название «Дженни». Первоначально считалось, что Харгривс назвал агрегат в честь одной из своих многочисленных дочерей. Однако позже, когда ученые подняли церковные архивы Стэндхилла, куда заносились все данные о новорожденных, обнаружилось, что у изобретателя не было детей с таким именем. Тогда возникла другая версия. Историки предположили, что «дженни» в те времена прозвали колесо, которым Харгривс снабдил свое устройство.
Новый вариант механической прядильной машины состоял из восьми веретен и одного колеса. Шерстяное сырье помещалось на специальной раме, которая находилась под наклоном. Оттуда его расправляли на волокна и тянули через вытяжной пресс, состоящий из двух брусков дерева, к каждому из восьми веретен.
Прядильщик работал двумя руками. Одной он толкал каретку, соединенную с прессом, другой – вращал колесо, приводившее в движение сразу все веретена.
Пряжа, изготовленная данным способом, правда была достаточно непрочной. Поэтому к ней придумали добавлять льняную нить.
Любопытно, но с таким механизмом мог справляться всего один человек. Само же устройство было способно производить в шесть раз больше пряжи, нежели старая прялка.
Внедрение новой установки вызвало настоящий бунт среди ткачей. Они почувствовали настоящий страх остаться без работы. Харгривс успел продать лишь несколько экземпляров, когда ему спалили весь дом.
Изобретатель, сильно опасаясь за свою жизнь и будущего своей семьи, был вынужден срочно поменять место жительства и уехать в Ноттингем. Там он познакомился с предпринимателем Томасом Джейсоном. Совместными усилиями они еще раз усовершенствовали прядильный механизм. И в 1770-м году Харгривс официально получил патент за номером 962 на свое изобретение. Машину будут активно закупать фабрики до 1810-го года, пока ей на смену не придут более актуальные модели. Впрочем, прялка «Дженни» навсегда войдет в историю, как первопроходец в механизации производства. Один из экземпляров, кстати, существует до сих пор. Он хранится в немецком музее в Вуппертале и все еще работает.
Прядильная машина
В древние времена пряжу для вязания изготавливали со стриженой овечьей шерсти путем ручного скручивания с помощью ручного веретена. Прядильщица должна была вытягивать, скручивать, а затем наматывать полученную пряжу. Процесс этот был довольно трудоемким, рука прядильщицы быстро уставала. Поэтому изобретение ручной прялки в Древнем Риме стало важной вехой в истории развития прядения. Изобретение веретена и прялки намного ускорили процесс прядения, который просуществовал в таком виде на протяжении многих тысячелетий. Хотя это был достаточно сложный и трудоемкий процесс. В этом приспособлении правая рука прядильщицы с помощью ручки начинала вращать большое колесо, которое в свою очередь благодаря шнуру приводило во вращение меньшее колесо. На оси меньшего колеса было надето веретено. Одновременно левой рукой прядильщица вытягивала прядь из пучка волокон и подносила ее к веретену под прямым углом. Нить наматывалась на веретено. Если прядь подносили к веретену наклонно, то нить ссучивалась, закручивалась.
Самопрялка Юргенса
В 1530 году произошло еще одно важное событие в истории прядения — каменотес Юргенс, проживавший в Брауншвейге, изобрел самопрялку. Суть его изобретения состояла в том, что прялка приводилась в действие ножным приводом. Это позволило освободить руки прядильщицы. Вытягивание, скручивание и наматывание нити теперь происходило одновременно. При этом операции по скручиванию и наматыванию нити на катушку были механизированы. Правда, операция по вытягиванию волокон и частичному их закручиванию делалась по-прежнему вручную. Безусловно, это замедляло весь процесс прядения.
Несколько поколений механиков пытались механизировать операцию по вытягиванию волокон. Наконец, в 1735 году английский изобретатель Джон Уайт придумал вытяжной прибор, заменивший человеческие пальцы. Прибор состоял из пары вытяжных валиков, которые вращались с разной скоростью. Поверхность одного валика была гладкой, другого — шероховатая, рифленая или обита паклей. Перед поступлением на валики волокна хлопка укладывались параллельно друг другу и вытягивались. Этот процесс получил название расчесывания или кардования хлопка. Чтобы механизировать этот процесс была создана чесальная машина. Машина состояла из цилиндра с крючками и желоба с зубьями на внутренней стороне. Между ними пропускались волокна хлопка, таким образом они расчесывались.
Прядильная машина Харгривса
В 1741 году Джон Уайт создал первую в истории прядильную машину. Правда, машина оказалась довольно громоздкой и дорогой и не получила широкого применения. Следующим изобретением стала прядильная машина, созданная Харгривсом в 1764 году. Свою машину изобретатель назвал по имени своей дочери «Дженни», она состояла из одного колеса и восьми вертикальных веретен. Вытяжные валики Харгривс заменил особым прессом из двух брусков дерева. Работа машины состояла из трех основных движений: вращение приводного колеса, прямолинейное движение каретки взад-вперед, нагибание проволоки. Человек выполнял лишь роль двигательной силы, что позволило заменить его более мощными постоянными источниками энергии.
Со временем человек смог обслуживать уже не 8, а 16 веретен, а в дальнейшем появились машины с 80 веретенами, которые приводили в действие водяные двигатели. Машина получила массовое распространение, в 90-е годы 18-го столетия в Англии было более 20 тысяч таких машин. Однако в машине был существенный недостаток — несовершенное вытяжное приспособление. Из-за недостаточной вытяжки пряжа получалась тонкая, но довольно слабая. Чтобы ее усилить, в пряжу добавляли льняную нитку. Вскоре была создана прядильная машина Аркрайта. Изобретатель учел достоинства и недостатки ранее созданных прядильных машин и создал свой, более удачный вариант. Вытяжной механизм Уайта он соединил с крутильно-наматывающим механизмом самопрялки Юргенса. Тщательно изучив принцип действия прядильной машины «Дженни», Аркрайт создал машину, в которой полностью автоматизировал все процессы. Это позволило наладить непрерывный процесс производства, прядильщик лишь наблюдал за бесперебойной подачей материала и соединял порвавшиеся нити. Благодаря крепости получаемой нити отпала необходимость добавлять в пряжу льняную нить. Окончательная точка в истории создания универсальной прядильной машины была поставлена Самуэлем Кромптоном, объединившим достижения своих предшественников и создавшим мюль-машину.
1764 г. Прядильная машина Харгривса
Прядильная машина Харгривса «Дженни».
Острая нехватка пряжи была отчасти преодолена после создания прядильной машины Харгривса.
Харгривс был ткач. Пряжу для него изготовляла жена, и того, что она успевала напрясть за день было для него недостаточно. Поэтому он много думал над тем, каким образом можно было бы ускорить работу прядильщиц. Случай пришел ему на помощь. Однажды дочь Харгривса Дженни нечаянно опрокинула прялку, однако колесо ее продолжало вертеться, а веретено продолжало прясть пряжу, хотя находилось в вертикальном, а не горизонтальном положении. Харгривс немедленно использовал это наблюдение и построил в 1764 г. машину с восьмью вертикальными веретенами и одним колесом. Машину он назвал «дженни» по имени своей дочери. Она не принесла своему создателю ни денег, ни счастья. Напротив, изобретение Харгривса вызвало бурю негодования у прядильщиков – они предвидели, что машина лишит их работы. Ватага возбужденных людей ворвалась однажды в дом Харгривса и разрушила машину. Сам изобретатель и его жена едва успели избежать расправы. Но это, конечно, не могло остановить распространения машинного прядения – буквально через несколько лет «дженни» пользовались тысячи мастеров.
Как и машина Уайта, «дженни» требовала предварительной подготовки хлопковых волокон. Выделка нити происходила здесь из ленточки расчесанного хлопка. Початки с ровницей помещены были на наклонной раме (наклон служил для облегчения сматывания ровницы). Вместо вытяжных валиков Уайта Харгривс применил особый пресс, состоявший из двух брусков дерева. Нитки ровницы с початков проходили через вытяжной пресс и прикреплялись к веретенам. Веретена, на которые наматывалась готовая нить, находились на неподвижной раме с левой стороны станка. В нижней части каждого веретена имелся блок, вокруг которого шел приводной шнур, переброшенный через барабан. Этот барабан расположен был впереди всех блоков и веретен и приводился в движение от большого колеса, вращаемого рукой. Таким образом, большое колесо приводило во вращение все веретена.
Прядильщик одной рукой двигал каретку вытяжного пресса, а другой вращал колесо приводившее в движение веретена. Работа машины состояла из следующих процессов: пресс закрывался и отводился назад от веретен – в результате происходило вытягивание нити. Одновременно прядильщик вращал колесо, оно приводило в движение веретена, а они закручивали нить. В конце отхода каретка останавливалась, а веретена продолжали вращаться, производя докрутку. После этого каретка подавалась обратно к веретенам, все нити несколько пригибались особой проволокой для того, чтобы они попали в положение наматывания. Во время обратного хода каретки с открытым прессом нити наматывались на веретена вследствие вращения последних.
Вытяжной пресс Харгривса, по существу, заменил руку рабочего. Вся работа свелась в основном к трем движениям: к вращению приводного колеса, к прямолинейному движению каретки взад и вперед и к нагибанию проволоки. Другими словами, человек играл только роль двигательной силы, и поэтому в дальнейшем стало возможным заменить рабочего другими, более постоянными и мощными источниками энергии. Замечательное значение изобретения Харгривса заключалось в том, что оно сделало возможным обслуживание нескольких веретен одним рабочим. В самой первой его машине было всего восемь веретен. Затем он увеличил их количество до 16. Но еще при жизни Харгривса появились машины «дженни» с 80 веретенами. Эти машины уже не под силу было приводить в действие рабочему, и их стали соединять с водяным двигателем. Благодаря простоте конструкции и дешевизне, а также возможности использовать ручной привод «дженни» получила широчайшее распространение. К 90-м годам 18 века в Англии насчитывалось уже более 20 тысяч самопрялок «дженни». В большинстве своем они принадлежали ткачам-одиночкам. Самые малые из них выполняли работу шести или восьми рабочих. Это была первая в истории машина, получившая массовое распространение.
Прядильная машина Харгривса
Научные открытия XVII—XVIII вв. обеспечили возможность технического подъёма в производстве и положили начало «машинной революции». Ручной труд стал сменяться машинным. Первым автоматическим станком, получившим широкое распространение в производстве, стала прядильная машина Харгривса.
Скручивать и наматывать
Изобретение ножного привода, вращающего колесо прялки, приписывают саксонскому столяру Иоганну Юргенсу и датируют 1530 г. В самопрялке Юргенса прядильщик мог вытягивать нить из кудели (кома волокна) обеими руками, что ускорило прядение и повысило качество нити. В самопрялке были механизированы две операции: скручивание нити и наматывание её на катушку. Но вытягивание волокна из кудели и первичное его закручивание оставалось ручным.
Первая попытка
В 1735 г. английский механик Джон Уайт заменил пальцы прядильщика, вытягивающего нить из кудели, вытяжными валиками. Уайт, не имея средств на развитие своей идеи, продал её предпринимателю Льюису Паулю, и в 1742 г. они вместе сконструировали прядильную машину. В ней вытянутая валиками пряжа поступала на 50 веретён. И валики, и веретёна вращались приводами от одного большого колеса. Нагрузка на колесо была слишком велика, чтобы вращать его вручную — его приводили в движение два осла. Учитывая, что прядением занимались ремесленники-одиночки, дорогая и громоздкая машина Уайта-Пауля, да ещё и с ослами в придачу, спроса не нашла.
Как ткач помог пряхе
В XVIII в. ткачи уже работали на простых ткацких станках, ускоривших выработку тканей, а прядильщики, трудясь вручную, не успевали снабжать их пряжей. С дефицитом пряжи столкнулся английский ткач из Стендхилла Джеймс Харгривс. Его жена, пряха, за день не могла напрясть столько, сколько было надо мужу для работы на следующий день. Однажды маленькая дочь Харгривса Дженни опрокинула раскрученную матерью ручную прялку, и та, упав, продолжала крутить веретено, оказавшееся в вертикальном положении. Этот случай подал Харгривсу идею заставить колесо крутить вместо одного горизонтального несколько вертикальных веретён. В 1764 г. он построил прядильную машину, в которой 8 (а впоследствии 16, 80 и больше) вертикальных веретён через систему блоков вращались одним колесом.
Харгривс упростил и процесс вытяжки, плотно зажав ровницу между двумя брусками, поставленными на ролики, и получив каретку вытяжного пресса. Работа прядильщика свелась к тому, чтобы одной рукой двигать каретку, а другой — крутить колесо.
Трудяга «Дженни»
Харгривс назвал свою машину «Дженни» в честь дочери и в 1770 г. взял на неё патент. «Дженни» выполняла работу десятков прядильщиков с ручными прялками, лишая их заработка. Разгневанные прядильщики разгромили машины и дом Харгривса. Но прогресс это не остановило: машины продолжили вытеснять ручной труд. Желающим заработать на прядении приходилось приобретать прядильные машины. В 1790-х гг. в Англии работало более 20 000 прялок «Дженни», а Харгривс, переехав в Ноттингем, построил прядильную фабрику со своими машинами и стал успешным предпринимателем.
Патент — охранный документ, удостоверяющий исключительное авторство и право на изобретение.
Развитие идеи
Машина Харгривса предназначалась для прядения хлопка, но нить из неё выходила слишком тонкой и легко рвалась. Для прочности в основу хлопковой нити приходилось вплетать нить льняную. Английский парикмахер Ричард Аркрайт, узнав от своих клиентов — ткачей о проблемах с машиной Харгривса, решил усовершенствовать её. В 1769 г. он создал свой прядильный станок, из которого хлопковая нить выходила настолько прочной, что не требовала добавления льна. Некоторые типы современных электрических прядильных машин действуют по тем же принципам, что и первые механические прялки, но процесс прядения сейчас полностью автоматизирован, и один рабочий может обслуживать целый цех с десятком станков по сотне веретён каждый.
Льнопрядильная машина значение изобретения
Глава 9. Развитие машинной техники в промышленности
Новые рабочие машины в текстильном производстве. Первый этап промышленного переворота, начавшийся в 60-х гг. XVIII в., был связан с изобретением и распространением новых рабочих машин в английском текстильном производстве. К этому времени там возникла резкая диспропорция между ткачеством, развившимся на основе применения самолетного челнока Кэя (см. выше с. 93), и прядением, где сохранялась прежняя техника. Это давало изобретателям надежду, что к новым прядильным машинам фабриканты отнесутся более внимательно, чем к прядильной, машине Уайетта.
В 1764 г. Джеймс Харгривс (или, по другим источникам, Харгрейвс) из Ланкашира предложил свою прядильную машину «Дженни» с ручным двигателем (запатентовать ее он смог лишь в 1769 г.).
В машине Харгривса вытяжные валики заменены были особым вытяжным «прессом», состоявшим из двух кусков дерева. Рабочий одной рукой двигал каретку с вытяжным «прессом», а другой вращал колесо, приводившее в движение веретена. Так Харгривс механизировал операции вытягивания и закручивания нити. Сначала «Дженни» имела 8 веретен, а вскоре их стало 18.
Прядильная машина Харгривса из-за простоты конструкции, дешевизны изготовления и возможности использования ручного двигателя получила широкое распространение в легкой промышленности. В 1788 г. в Англии уже насчитывалось 20 тыс. таких машин. Пряжа, вырабатываемая ими, была тонка, но недостаточно прочна.
Прядильная машина Харгривса (в усовершенствованном виде)
В 1769 г. ловкий делец Ричард Аркрайт, комбинируя принципы известной ему машины Уайетта и достижения других изобретателей (часовщика Томаса Хайса и др.), запатентовал прядильную ватерную машину, рассчитанную на водяной привод и на использование в крупном производстве. Она производила лишь грубую, хотя и крепкую пряжу.
В 1722 г. К. Вуд изобрел подвижную веретенную каретку для ватерной машины, названную им «Билли».
В 1774-1779 гг. Сэмюэл Крбмптон сконструировал прядильную мюль-машину, в дальнейшем улучшенную Келли. Мюль-машины вырабатывали тонкую и прочную пряжу.
Эти прядильные машины заменили рабочего, действовавшего одновременно только одним ручным орудием, механизмом, управляющим многими одинаковыми орудиями. Например, к 1800 г. число веретен в мюль-машине доходило до 400. А в старой самопрялке прядильщик мог одновременно использовать лишь одно веретено.
С 1793 г. Дж. Кеннеди стремился перевести мюль-машины на паровой двигатель. Это ему удалось сделать лишь к 1800 г.
В 80-х гг. XVIII в. прядение стало обгонять ткачество. Это вызвало появление усовершенствованных ткацких станков, прежде всего станка Эдменда Картрайта в 1785 г. Карт-райт с самого начала предусматривал, что его станок будет приводиться в движение паровым двигателем.
Мюль-машина С. Кромптона
Для производства механических ткацких станков потребовался более прочный материал, чем дерево, из которого изготовлялась большая, часть оборудования в мануфактурный период. В первом десятилетии XIX в. вводятся станки с железными станинами, прочные и компактные. Другие текстильные машины также начинают делать из железа.
В 1825-1830 гг. английский механик Ричард Роберте, ранее внесший ряд усовершенствований в конструкцию ткацкого станка, изобрел автоматическую прядильную мюль-машину (сельфактор). Сложный процесс изготовления различных номеров пряжи, вплоть до самых тонких, осуществлялся и регулировался этой машиной автоматически. Над усовершенствованием мюль-машины работали в 30-е гг. и многие другие конструкторы.
В 1823 г. в Америке был изобретен так называемый кольцевой ватер, конструктивно происходивший от ватерной прядильной машины Аркрайта.
Почти все, что заработал Уитни от реализации своего «джина», было истрачено им на тяжбы с плантаторами, которые выручили в одном лишь 1803 г. около 10 млн. долларов на продаже хлопка.
* ( Машины последнего (перротины) приводились в движение вначале ручным, а потом конным приводом или водяным колесом.)
Технический переворот из хлопчатобумажной промышленности распространился затем на льняную, шерстяную и шелковую.
Жирар применил свою машину в 1816 г. в Австрии, а в 1825 г. поступил по приглашению русского правительства на должность главного механика в Царстве Польском. В 1830- 1831 гг. им была устроена под Варшавой полотняная и бумаго-ткацкая фабрика, вокруг которой вырос целый фабричный городок Жирардов.
Важные усовершенствования были также внесены в технику шелкопрядильного и шелкоткацкого производства. В 1801 г. лионский ремесленник Ж. М. Жаккар изобрел станок для узорного шелкового ткачества, получивший после дальнейшего усовершенствования широкое распространение. В 1812 г. в Лионе действовало уже 12 тыс. станков Жаккара.
Сам Жаккар не извлек почти никаких доходов от своих нововведений и впал в глубокую нужду. Зато лионские фабриканты и в еще большей мере английские предприниматели (с 20-х гг. XIX в.) получили от применения его изобретений колоссальные прибыли.
* ( Маркс К. Капитал, т. 1.- Маркс К., Энгельс. Ф. Соч., т. 23, с. 386.)
К этому двигателю вполне применимо высказывание Энгельса о паровой машине вообще; он тоже явился результатом творчества изобретателей во многих странах.
Следует различать две стадии создания универсальной паровой машины. Для первой характерны попытки обеспечить непрерывность работы двигателя путем сочетания двух паро-атмосферных цилиндров ньюкоменовского типа. Мы знаем, что приоритет в этом принадлежит замечательному русскому теплотехнику Ивану Ивановичу Ползунову.
Чертеж ‘огнедействующей’ машины И И. Ползунова (1765)
К марту 1764 г. Ползунов разработал подробный второй проект парового двигателя несколько иной конструкции, позволявшего непосредственно приводить в действие врздухо-дувные мехи при сереброплавильных печах.
Дж. Уатт (1736-1819)
Круг помощников Ползунова был узок. В помощь изобретателю давали меньше людей, чем он просил. Но все же такие помощники были. Было бы физически невозможно одному человеку сооружать огромную по тем временам паровую машину.
Значительную помощь в постройке паровых машин Ползунову оказали Иван Черницын и Дмитрий Левзин.
К декабрю 1765 г. «огненная машина» была в основном закончена.
Это был двухцилиндровый пароатмосферный двигатель непрерывного действия. Поршни обоих цилиндров двигались в противоположных направлениях, что обеспечивало непрерывное рабочее усилие. Здание, где помещалась машина, было высотой 19 м. Цилиндры имели по 3 м в высоту и 0,3 м в диаметре. Мощность машины советские исследователи оценивают приблизительно в 32 л. с.
Надорвавшись на непосильной работе, И. И. Ползунов тяжело заболел и умер до ввода машины в строй, весной 1766 г.
Машина была пущена в ход, но работала недолго. Уже в 1768 г. заводское начальство, располагавшее неограниченными ресурсами дешевой крепостной рабочей силы, заявило, что машина «по изобилию при здешнем заводе воды» признается ненужной. Машина была сломана в 1780 г.
В начале 80-х гг. XVIII в. Уатт создал свою знаменитую машину двойного действия, запатентованную им (с целым рядом дополнительных усовершенствований) в 1784 г. Двигатель этой системы имел один цилиндр; пар должен был последовательно работать то снизу, то сверху поршня, а противоположная (то верхняя, то нижняя) часть цилиндра соединялась в это время с конденсатором, куда и уходил отработанный пар. Еще в 1781 г. Уатт запатентовал передаточные устройства, позволявшие превращать возвратно-поступательное движение поршня во вращательное. Эта вторая машина Уатта получила самое широкое распространение в промышленности и на транспорте.
В 1785 г. первый двигатель этой системы был установлен на прядильной фабрике. Затем паровые двигатели стали внедряться во все отрасли английской промышленности. Началось распространение паровых машин в США и на континенте Европы, от. Франции и Бельгии до России.
В России уаттовские «огненные новоизобретенные» машины двойного действия стали известны в конце 80-х гг. XVIII в. Первое в русской литературе (правда, очень схематичное) изображение и описание такой машины дал механик-изобретатель Л. Ф. Сабакин (1787 г.). Машины системы Уатта начали строить в России в 90-х гг. XVIII в.
В первых двигателях Уатта давление лишь немного превышало атмосферное. В конце XVIII в. стали проводиться опыты по созданию паросиловых установок с повышенным начальным давлением. Американец О. Эвенс построил машины повышенного начального давления в 1800 г. В руководстве для конструкторов паровых машин (1805 г.) он обосновал необходимость постройки машин этого рода и соответствующих котлов к ним. Эвенс рекомендовал применять паровые машины с давлением от 8 до 10 атм.
В то же время в Англии начал свои опыты уже известный нам Р. Трёвитик. В патенте 1802 г., взятом им совместно с Вивьеном, речь шла об «усовершенствованиях в устройстве и применении паровых машин», как стационарных, так и предназначенных для паровых повозок. В построенных Тревитиком машинах давление достигало 3 атм. и выше.
В 1804 г. корнуэльский инженер А. Вулф запатентовал машину повышенного давления (3-4 атм.). Вулф использовал двукратное расширение пара последовательно в двух рабочих цилиндрах, повысив, таким образом, коэффициент полезного действия * машины более чем в 3 раза.
В России над созданием котлов высокого давления в первой четверти XIX в. работал С. В. Литвинов.
На протяжении всего последующего периода вплоть до 60-х гг. XIX в. паровая машина двойного действия была основным двигателем силовой установки. Котел, собственно паровой двигатель и передаточный механизм подвергались непрерывным усовершенствованиям. Конструкторы стремились к повышению мощности и экономичности паросиловых установок, увеличивая паро-производительность котлов, повышая начальное давление пара, создавая двигатели с многократным расширением пара (компаунд-машины), применяя перегрев пара, увеличивая скорость хода и т. д. Они отказались также от балансира, этой характерной детали передаточного механизма в первых уаттовских машинах; золотниковое парораспределение заменялось клапанным.
Изображение одной из первых на Урале паровых машин двойного действия, установленной в 1815 г. А. С. Вяткиным на Верх-Исетском заводе А. И. Яковлева. Медаль, выполненная в честь этого события. Свердловский областной краеведческий музей
Отдельные паросиловые установки к 60-м гг. XIX в. имели мощность более 1000 л. с. При фабриках и многих шахтах обычно строился особый корпус для размещения котельной и машинного отделения.. Фабричные паровые двигатели передавали работу трансмиссионным валам, располагавшимся внутри производственных цехов. Посредством шкивно-ременной передачи от этих валов приводились в действие разнообразные рабочие машины.
Другие типы двигателей в промышленности. Господство паровой энергетики не исключало использование и других источников энергии. Прежде всего, как в Европе и Северной Америке, так и в Азии, Африке, Южной Америке довольно широко использовались характерные для предшествующих периодов мускульные, конные, ветряные и водяные двигатели. Они тоже подвергались частичным усовершенствованиям, несмотря на то что в исторической перспективе представляли уже технику вчерашнего дня. Так, например, водяные колеса в Западной Европе делались иногда из металла и были огромных размеров. Например, железное водяное колесо для откачки воды из рудников на британском о. Мэн (1854 г.) имело в диаметре 22 м и мощность 200 л. с.
Наиболее перспективным видом водяных двигателей были в то время водяные турбины, которым предстояло сыграть такую видную роль впоследствии, когда началось промышленное использование электрической энергии.
Были предложены различные типы водяных турбин (например, турбины Понселе, Фурнейрбна, Геншеля-Жонваля, Фрэнсиса). В то время существовала лишь механическая трансмиссия, и поэтому сфера применения турбин была ограничена рабочей площадкой, расположенной непосредственно у источника водной энергии.
По мере того как происходила концентрация и централизация производства, механическая трансмиссия все менее успешно справлялась с задачей передачи работы от центральной паросиловой станции к рабочим машинам фабричных цехов.
Транспорт также предъявлял к двигателям дополнительные требования: мировая торговля и связи между отдельными районами бурно росли. Возникла потребность в усовершенствовании транспортных средств.
Научно-техническая мысль направлялась на поиски нового двигателя, который не требовал бы наличия котельной установки и был бы более компактным. Таким двигателем должен был стать двигатель внутреннего сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания. В 1860 г. французский изобретатель Ж. Ж. Э. Ленуар построил газовый двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием. Однако КПД этого двигателя был низок. Распространение его ограничивалось мелкими предприятиями Франции.
В 1862 г. французский инженер А. Бо де Роша получил патент на двигатель внутреннего сгорания четырехтактного цикла. Однако Бо де Роша не реализовал своего изобретения. Лишь в 1878 г. немецкая фирма Отто и Лангена ввела в практику подобный газовый двигатель внутреннего сгорания.
Развитие судоходства в период промышленного переворота потребовало снабжения маяков более мощными источниками света. Для использования в маяках были созданы горелки «друммондова света», который получался путем накаливания извести в пламени, питаемом кислородом и водородом. Для получения этих газов в больших количествах путем электролиза после длительных экспериментов в 1856 г. был создан магнитоэлектрический генератор «Альянс».
Характерно, что свое название генератор получил не по имени изобретателя, а по названию электропромышленной компании «Альянс» (Париж). Генератор приводился в движение паровой машиной мощностью от 6 до 10 л. с.
Еще в 20-30-е гг. XIX в. появились машины такого рода, напоминавшие лабораторные приборы (двигатели П. Барлоу, Дж. Генри, У. Рйччи и др.). В качестве источника тока для питания этих двигателей служили батареи гальванических элементов.
Магнитоэлектрический генератор фирмы ‘Альянс’ (1862)
Двигатель Якоби. Середина 30-х гг. XIX в.
* ( См.: Письмо Б. С. Якоби И. Ф. Крузенштерну, июль 1838 г., опубликованное в «Вопросах истории естествознания и техники» (М., 1982, № 1).)
Но надежды Якоби и его единомышленников за рубежом в то время были далеки от осуществления. Вплоть до 60-х гг. XIX в. применение электроэнергии ограничивалось такими отраслями, как телеграфная связь и гальванопластика, если не считать использования электрических запалов при производстве взрывов при горных разработках или в военном деле, а также первых опытов с электроосвещением.
Предпосылкой использования нового вида энергии в качестве двигательной силы в промышленности и на транспорте было создание на рубеже 60-70-х гг. динамо-машины, основанной на принципе самовозбуждения (питания электромагнитов машины собственным током машины), и освоение способа передачи сильных токов по проводам.
Выплавка чугуна в Англии, составлявшая 40 тыс. т в 1780 г., поднялась до 80 тыс. т в 1790 г. и еще раз удвоилась за последнее десятилетие XVIII в. Подавляющая часть чугуна выплавлялась к этому времени на коксе.
Внешний вид английской доменной печи середины XIX в.
С проблемой техники дутья была связана другая: использование раскаленных колошниковых газов, образующихся в доменных печах. Они бесполезно уходили в воздух. Французский исследователь Пьер Бертье опубликовал в 1814 г. исследование о различных способах использования тепла и теплотворности отходящих газов доменных и плавильных печей для подогрева воздуха, подаваемого в домны и горны, а также для иных целей. В России такие опыты производились еще в первой четверти XIX в. В 30- 40-х гг. этим делом успешно занимался Ф. И. Швецов. За рубежом изобретения в этой области завершились созданием в 1857 г. воздухонагревательного аппарата английским инженером Эдуардом Альфредом Каупером.
В Англии выработка железа вначале сильно отставала от выплавки чугуна. Основной причиной этого было долгое применение традиционных способов передела чугуна на железо в кричных горнах на древесном угле.
В 90-е гг. XVIII в. выделка железа в Англии составляла лишь 20-30 тыс. т. Растущий в связи с промышленным переворотом спрос на железо и сталь покрывался главным образом за счет их ввоза в страну. Главным поставщиком железа в Англию была Россия, оттеснившая Швецию на внешнем рынке уральским железом. Англия ввозила свыше 50 тыс. т русского и шведского железа.
В этой отражательной печи на поду, в пламени каменного угля или дров (пудлингование на дровах практиковалось, например, в России и некоторых других странах), происходил передел чугуна на железо. Рабочий перемешивал ломом сквозь особую дверцу расплавленную тестообразную массу металла. Мы видим, что, хотя пудлингование было создано в процессе промышленного переворота, оно включало типичные для мануфактуры элементы тяжелого ручного труда.
Одновременно Корт ввел прокатные валки, применение которых заменяло трудоемкую операцию обработки криц под молотом.
Пудлингование сначала распространялось очень медленно. Сам изобретатель, затративший слишком много средств, на исходные опыты, успел разориться.
Но с первого десятилетия XIX в. этот процесс получил в Англии широкое распространение, что позволило Англии выйти на первой место в мире по выпуску железа.
Аносов П.П. (1799-1851)
Хотя для технического уклада этой эпохи было характерно применение железа и чугуна, использование стали тоже непрерывно росло. Выдающуюся роль в деле развития производства стали и замены традиционных эмпирических способов выделки стали научными сыграли русские инженеры.
Особо важное значение имели труды Павла Петровича Аносова, относящиеся к 20- 40-м гг. XIX в. Аносов, работавший тогда на Златоустовском заводе, стал одним из основоположников производства высококачественных сталей и пионером отечественного металловедения.
Применив микроанализ булатов, Аносов разгадал секрет их замечательных свойств и предложил новые технологические процессы для их производства.
К середине XIX в. пудлингование стало постепенно тормозить развитие черной металлургии.
Все возраставшая потребность в железе и стали привела к настоятельной необходимости резкого изменения технологии передела чугуна на железо и сталь.
В середине 50-х гг. английский изобретатель и предприниматель Генри Бессемер ввел совершенно новый способ передела чугуна.
После продувания воздухом полученная жидкая сталь (или железо) отливалась в болванки.
В 60-х гг. XIX в. французские инженеры Эмиль Мартен и его сын Пьер Мартен стали получать литую сталь в отражательной печи с регенеративной (воздухонагревательной) установкой, изобретенной ранее немецкими инженерами Вильгельмом и Фридрихом Сйменсами. В этой печи, получившей название мартеновской и введенной в эксплуатацию в 1864 г., можно было переделывать на сталь не только чугун, но и различный железный и стальной лом (скрап). А в условиях цикличного развития производства при переоборудовании предприятий в период оживления всегда скапливалось большое количество такого лома.
С 1865 по 1870 г. мировое производство стали в результате распространения мартеновского и бессемеровского способов возросло на 70%. Еще большее развитие эти способы получили в 70-х гг. XIX в.
Схема конвертера Бессемера
В области цветной металлургии важным событием было введение в 1827 г. немецким химиком Ф. Вёлером нового способа получения алюминия. Первоначально алюминий по цене приравнивался к драгоценным металлам. Только после усовершенствований, внесенных в 1854-1865 гг. в технологию производства алюминия французским химиком А. Э. Сент-Клер Девйлем и русским химиком Н. Н. Бекетовым, издержки производства алюминия резко снизились. Однако его широкое применение относится к более позднему периоду.
Металлообработка и машиностроение. Применение различного рода машин, механизмов и сооружений (например, мостов), изготовляемых во все большей мере из металла, требовало соответствующего развития металлообработки и машиностроения. В конце XVIII и начале XIX в. машины и механизмы производились в основном вручную по сути дела, мануфактурными методами.
Винторезный станок Модели (около 1800)
В 1769 г. Смйтон применил специальный горизонтальный стан для расточки цилиндров, а в 1775 г. Дж. Уйлкинсон усовершенствовал устройство подобного же назначения.
В этих станах борштанга (рассверловочная штанга) с резцовой головкой, приводимая в движение водяным колесом, вращалась внутри отлитых цилиндров, обрабатывая их изнутри. Точность обработки поверхности была невелика.
Возникла машинная фабрикация машин. Она опиралась на технические достижения мануфактурного периода XVI-XVIII вв., когда уже применялись сверлильные, токарные и иные станки довольно сложного устройства. Теперь эти станки были значительно усовершенствованы применительно к фабрично-заводскому производству, располагающему паровым двигателем.
Появились новые типы металлообрабатывающих станков. В 1817 г. Р. Роберте создал один из первых строгальных станков для обработки деталей с плоскими поверхностями. В 1818 г. И. Уйтни сконструировал фрезерный станок с многорезцовым режущим инструментом (фрезой). В 1829 г. английский инженер Джеймс Нэсмит построил фрезерный станок другой конструкции. В 1835 г. английский инженер Джозеф Уйтворт запатентовал автоматический токарный винторезный станок. Швейцарец И. Г. Бодмер получил в 1839 г. патенты на карусельный станок (токарный станок с вертикальной осью для обработки крупных машинных деталей).
Дж. Нэсмит изобрел поперечно-строгальный станок (1836 г.). Ему же принадлежит конструкция парового молота (1839 г.), получившего широкое применение. Кроме перечисленных видов станков, в это время совершенствовались долбежные, клепальные, шлифовальные и другие металлообрабатывающие станки.
Эти методы нормализации и взаимозаменяемости деталей все шире вводились на предприятиях общего машиностроения. В 1841 г. Уитворт ввел нормализацию нарезки машинных деталей, сохранявшуюся в качестве стандарта более века.
Упоминавшийся в предыдущей главе Н. Леблан в 80-90-х гг. XVIII в. основал заводское производство соды из поваренной соли. Способ Леблана долго господствовал в содовом производстве, причем все стадии этого процесса постоянно совершенствовались. В частности, на второй стадии производства, когда сернокислый натрий сплавлялся с известняком и углем, с 50-х гг. XIX в. стали применять печи с вращающимся барабаном диаметром 3-4 м и длиной 5-9 м.
Механическая печь с вращающимся барабаном, применяемая в содовом производстве
В 60-е гг. на смену способу Леблана пришел более производительный аммиачный способ производства соды бельгийского изобретателя Э. Сольве.
Установка по выработке серной кислоты с четырьмя свинцовыми камерами. 30-е гг. XIX в.
В производстве серной кислоты в середине XVIII в. английским промышленником Дж. Роубаком был введен камерный способ. Смесь серы и селитры сжигалась в отдельной печи, а образующиеся газы пропускались через свинцовые камеры, где они, реагируя с водой, превращались в серную кислоту.
Зинин Н.Н. (1812-1880)
В 30-е гг. XIX в. в качестве исходного сырья вместо серы стали использовать пиритные (колчеданные) огарки.
В 1842 г. выдающийся русский химик Николай Николаевич Зинин в лаборатории Казанского университета получил синтетическим путем красящее вещество анилин из нитробензола, который добывался из каменноугольного дегтя. Это открытие имело огромные практические последствия, однако не в самой России, где промышленный переворот только лишь начинался, а в более развитых странах Запада.
* ( Гальванизмом называли тогда электродинамические явления (в отличие от явлений электростатики), а нередко и электричество вообще.)
Достижения Якоби произвели на ученых всех стран исключительное впечатление. М. Фарадэй, А. Гумбольдт, У. Р. Гроув, Г. X. Эрстед в письмах к Якоби выражали восхищение этим открытием и отмечали его большое практическое значение.
Барельеф Б. С. Якоби, выполненный Г. Н. Скамони гальванопластическим способом
В 1864 г. на международной выставке в Париже демонстрировались достижения Якоби в области гальванопластики, имевшие громадный успех и принесшие всеобщее признание и заслуженную славу их автору.