100 ВЕЛИКИХ ... ст.2

онстантин РЫЖОВ 121

Бленкинстона, но без зубчатого ведущего колеса. Он имел два вертикально поставленных паровых цилиндра; движение от поршня передавалось шатунами на
два ведущих ската. Эти скаты были соединены зубчато-колесной передачей Тендер был отделен от паровоза и прицеплен сзади. <Блюхер> мог перевозить груз
весом 30,5 т, но не мог брать крутых подъемов и развивал с нагрузкой скорость
всего 6 км/ч. По многим параметрам он уступал <Пыхтящему Билли> и после
года эксплуатации оказался лишь немногим выгоднее использовавшихся до этого лошадей. Причиной неудачи была слабая тяга. Отработанный пар выпускался
прямо в воздух, а не в трубу, где он мог бы усилить тягу в топке. Этот недостаток
Стефенсон устранил в первую очередь. После того как отработанный пар стал
поступать в трубу, тяга усилилась. Усовершенствованный паровоз уже всерьез
конкурировал с лошадьми, и Лиддел охотно дал деньги на продолжение опытов.

В 1815 году Стефенсон построил свой второй паровоз. В этой конструкции
он отказался от соединения осей зубчато-колесной передачей. Вертикальные паровые котлы были поставлены прямо над осями, и движение от поршней передавалось непосредственно на ведущие оси, спаренные между собой цепью. В
1816 году был закончен третий паровоз <Киллингуорт>. Для него Стефенсон
впервые придумал и применил рессоры (до этого котел устанавливался прямо на
раму, вследствие чего паровоз буквально вытряхивал душу из машиниста, подпрыгивая на стыках). Одновременно Стефенсон работал над усовершенствованием рельсового пути. В то время широко употреблялись хрупкие чугунные рельсы. При движении тяжелого паровоза они то и дело лопались в стыках. Стефенсон придумал косой стык и взял на него патент. Однако тогда же ему стало
окончательно ясно, что до тех пор, пока чугунные рельсы не будут заменены
железными, кардинальных улучшений ждать не приходится Железо было в несколько раз дороже чугуна, и хозяева неохотно шли на строительство таких дорогих дорог. Но Стефенсон доказал, что паровозы выгодно использовать лишь
тогда, когда сила их тяги достаточно велика. Для того чтобы паровозы могли
возить большие составы и развивать значительные скорости, необходимо решительно, не жалея никаких затрат, перестроить существующие конные дороги, по
которым приходилось ездить первым паровозам, в двух отношениях: смягчить
уклоны и усилить рельсы. Эти идеи Стефенсону удалось реализовать через несколько лет.

В 1821 году один из шахтовладельцев Дарлингтона Эдгард Пиз основал компанию по строительству железной дороги от Дарлингтона к Стоктону и поручил
ее сооружение Стефенсону. Общая длина дороги с боковыми ветками составляла
56,3 км. Это было значительное по тем временам предприятие, и Стефенсон с
увлечением взялся за его осуществление. С большим трудом ему удалось убедить
Пиза и его компаньонов уложить на половине длины дороги железные рельсы
вместо чугунных, хотя те и стоили в два раза дороже. 19 сентября 1825 года по
дороге торжественно прошел первый поезд из 34-х вагонов. Шесть из них были
нагружены углем и мукой, на остальных были размещены скамейки для публики. Тащил все эти вагоны новый паровоз <Передвижение>, которым управлял
сам Стефенсон. Под звуки музыки и веселые возгласы пассажиров поезд успеш
122 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 35-3. Часть поезда, принимавшего участие в открытии Стоктон-Дарлингтонской дороги

но прошел до Стоктона. Средняя скорость его была 10 км/ч. Впереди локомотива
скакал верховой с флагом, прося публику освободить рельсы. На отдельных участках ему приходилось мчаться во весь опор, потому что поезд разгонялся до
24 км/ч. Всего за этот рейс было перевезено более 600 пассажиров. Вместе с
остальным грузом эта публика весила около 90 т.

В связи с успешным строительством Дарлингтон-Стоктонской дороги имя
Стефенсона стало широко известно. В 1826 году совет директоров транспортной
компании Манчестер-Ливерпульской дороги предложил Стефенсону пост главного инженера с окладом в 1000 фунтов стерлингов. Строительство этой дороги
представляло большую сложность, поскольку она проходила по сильно пересеченной местности. Пришлось возводить множество разнообразных искусственных сооружений: насыпи, выемки, туннели и т. п. Одних мостов было построено
63 штуки. Под самым Ливерпулем надо было проложить туннель длиной 2,4 км
в скальном грунте. Потом пришлось сделать выемку в высокой песчаной скале
(всего во время этой работы было удалено 480 тыс. куб. м камня). Особенно
большие трудности представляло сооружение полотна через торфяные болота ЧэтМосс, шириной 6,5 км и глубиной 15 м. Общая стоимость работ вскоре превысила все предварительные сметы, а Стефенсон между тем настойчиво требовал,
чтобы вместо дешевых чугунных рельс были уложены дорогие железные Ему
потребовались все его красноречие и весь его авторитет, чтобы доказать директорам: именно так, а не иначе следует строить железные дороги.

Наконец, все препятствия были благополучно преодолены. В 1829 году, когда дорога близилась к своему завершению и надо было уже думать о подвижном
составе, компания объявили свободный конкурс на лучшую конструкцию локомотива. Возле Рейнхилла был выделен новый участок длиной 3 км. Паровозы,
участвовавшие в состязаниях, должны были пройти эту дистанцию 20 раз. Стефенсон выставил в Рейнхилле свой новый паровоз <Ракета>, построенный на его
заводе по последнему слову тогдашней техники. Еще в 1826 году он разработал
конструкцию локомотива с наклонным цилиндром (впервые она была опробована на паровозе <Америка>). Это позволяло уменьшить вредное пространство в
цилиндрах, что при вертикальном их расположении являлось весьма важным.

Константин РЫЖОВ

123




Рис. 35-4. Простой цилиндрический котел

Был также значительно усовершенствован паровой котел и впервые были применены дымогарные трубки, о которых надо сказать подробнее. Вообще, паровой
котел был одним из важнейших узлов паровоза, от которого во многом зависели
его технические характеристики. К нему предъявлялся целый ряд требований:

при незначительном расходе угля и воды он должен был давать возможно большее количество упругого пара. Этого эффекта можно было достичь, прежде всего, увеличивая площадь соприкосновения между водой и горячими газами.

На ранних паровозах использовался простой цилиндрический котел, устройство которого показано на рисунке. Здесь D - колпак, куда собирается пар,
проводимый к паровым клапанам по одной из трубок В (другая соединялась с
предохранительным клапаном). Котел имел наклонную решетку R, через которую атмосферный воздух доставлялся к углю, насыпаемому через воронку Т.
Уголь скользил по воронке вниз по мере сгорания, причем самое сильное горение происходило внизу решетки; пламя оттуда поднималось под наклонным сводом
G, где имелось отверстие Ь, через которое горячие газы поступали в первый
дымоход F под котлом. Затем эти газы попадали в с и в боковой дымоход F, а
через соединение d на передней стороне проходили по F снова в заднюю часть
котла, откуда уже вылетали в дымовую трубу. Таким образом, котел как бы со
всех сторон обтекался горячим воздухом Зольная дверца К и задвижка S были
простыми приспособлениями, с помощью которых кочегар регулировал доступ
воздуха в топку.




Рис. 35-5. Котел с жаровой трубой

124

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Простейшим видоизменением
цилиндрического котла стал котел с
жаровой трубой, в котором первый
дымоход проходил не под котлом, а
внутри него.




Следующим шагом явился трубчатый котел, изобретенный в
1828 году французским инженером
Сегеном Внутри этого котла проходили металлические дымогарные трубы, по которым из топки в дымовую
трубу двигался горячий газ. В трубчатом котле поверхность нагрева была значительно больше, чем в цилиндрическом. При этом гораздо большая часть теплоты шла на парообразование и сравнительно меньшая улетала в трубу. На <Ракете> общая поверхность нагрева
котла составляла около 13 квадратных метров, из которых на трубки приходилось 11. Поэтому при тех же габаритах производительность котла была значительно больше.

Рис 35-6. Трубчатый котел с выдвижными трубками

Рейнхильские состязания стали крупным событием в истории паровоза; считается, что ими закончился период его детства. На состязаниях присутствовало
около 10 тысяч зрителей, и это лучше всего говорит об огромном интересе простой публики к паровому транспорту. Надежды, которые Стефенсон
возлагал на свое творение, полностью оправдались. 10 октября <Ракета>, идя порожняком, развила рекордную для тех времен скорость 48 км/
ч. При собственном весе 4,5 т этот
паровоз свободно тянул поезд общим весом 17 т со скоростью 21 км/
ч. Скорость движения паровоза с
одним пассажирским вагоном достигала 38 км/ч По всем показателям <Ракета> оказалась на порядок
лучше всех других локомотивов, и
приз в 500 фунтов стерлингов был
вручен Стефенсону Он разделил его
со своим помощником Бутом, предложившим идею трубчатого котла
(ни Бут, ни сам Стефенсон в то время еще ничего не знали об изобретении Сегена) <Ракету> можно считать уже вполне совершенным паровозом, так как она имела все важ



Рис 35-7. Паровоз Стефенсона "Ракета",
победитель на Рейнхильских состязаниях
1829г.

Константин РЫЖОВ

125

нейшие черты позднейших локомотивов' 1) топка была окружена водой котла;

s2) котел был расположен горизонтально и имел дымогарные трубы, 3) пар уходил в дымовую трубу, что усиливало тягу и увеличивало температуру топки, 4)
сила пара передавалась колесам через шатуны без всяких зубчатых передач.

В следующем году линия Ливерпуль-Манчестер была торжественно открыта.
Строительство дороги потребовало неслыханных по тем временам капиталовложений. Общие затраты на ее прокладку составили 739 тыс. фунтов стерлингов.
Однако потребность в этой дороге была настолько велика, что она окупилась
достаточно быстро Это было лучшей рекомендацией новому виду транспорта.
Через несколько лет по всему миру развернулось бурное железнодорожное строительство. Началась эра паровоза Значение Ливерпуль-Манчестерской дороги в
этом процессе трудно переоценить - она была первым в истории крупным, технически правильно осуществленным проектом железнодорожного строительства.
Многие находки Стефенсона, касавшиеся устройства насыпей, строительства дамб
и туннелей, укладки рельсов и шпал и пр., сделались потом образцом для других
инженеров.

Масштабные перемены, вызванные широким распространением паровозов,
были настолько огромны, что можно сказать без преувеличения - они изменили облик мира. До изобретения железных дорог важнейшие промышленные города лежали у морского побережья или на судоходных реках. Главным транспортным средством служили парусные суда. Внутри страны перевозка грузов происходила гужевым транспортом, причем во всех странах дороги находились в очень
скверном состоянии. При отсутствии дорог не могла развиваться промышленность. Многие территории, имевшие полезные ископаемые, были тем не менее
обречены на бездеятельность. Переход к паровому транспорту привел к значительному увеличению скорости передвижения и грузооборота, при том что цена
перевозки заметно снизилась. Самые отдаленные местности оказались вскоре связаны железными дорогами с промышленными центрами, портами и источниками сырья, вовлечены в общий ритм экономической жизни. Расстояние перестало
быть препятствием, и промышленность получила мощный стимул к своему развитию.

36. ВИНТОВКА

Ручное огнестрельное оружие появилось еще в XIII-XIV веках, но долгое
время оно служило лишь дополнением к холодному оружию Прошло много лет,
прежде чем ружья сделались пригодными для вооружения всей пехоты, и только
в начале XVIII века кремневый гладкоствольный мушкет со штыком, стрелявший круглыми пулями, окончательно вытеснил пику Впрочем, и тогда ручное
огнестрельное оружие оставалось далеким от совершенства мушкеты были тяжелы и громоздки, заряжались с дула и имели небольшую скорострельность (примерно, один выстрел в минуту). В 1807 году шотландец Форзич изобрел ружей
126

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

ный замок, в котором выстрел вызывался воспламенением гремучего состава от
удара стального штифта. Это было громадным шагом вперед, так как кремневое
ружье давало 30% осечек даже в сухую погоду. В 1815 году англичанин Эгг
придумал медные пистоны, наполненные смесью из охотничьего пороха и хлорноватистого калия. В 1821 году Райт ввел в употребление медные пистоны, наполненные гремучей смесью. Однако все эти нововведения не могли увеличить
ни скорострельноеT мушкета, ни убойной силы его выстрела.

Между тем еще в конце XV века в Германии появилось первое нарезное оружие - винтовка. Стволы ружей стали снабжать внутри желобками, в которых
скоплялась грязь после горения пороха. Эти желобки, изобретение которых в
1480 году приписывают Цольнеру из Вены, шли сначала параллельно оси ружья.
Примерно в 1630 году опытным путем было установлено, что пуля, которой в
стволе придано вращательное движение, летит значительно дальше и попадает
гораздо точнее, чем пуля, выпущенная из гладкоствольного ружья. Чтобы сообщить пуле вращение, нарезам внутри ствола стали придавать винтообразную
форму. Так внутренний канал ствола превратился в своего рода гайку. Однако
такие важные достоинства винтовки, как точность и дальнобойность, сопровождались весьма ощутимым недостатком, поскольку забивание пули в канал ствола
через винтовые нарезы было утомительной и трудной операцией. В результате
даже опытный стрелок мог делать из винтовки не более одного выстрела в пять
минут. Из-за этого в течение двух веков винтовка оставалась негодной для широкого применения в армии, особенно в XVIII веке, когда все сражение порой
решалось частым огнем развернутых линий. К тому же, чтобы ускорить заряжание, винтовку снабжали слишком коротким стволом, и она уже не годилась для
штыкового боя. Все это время винтовка оставалась почти исключительно охотничьим оружием.

Естественным образом возникла задача: каким образом соединить достоинства винтовки с легкостью заряжания гладкоствольного ружья? Сперва попробовали делать пули несколько меньшего диаметра, чем внутренний канал ствола.
Такая пуля легко проходила через нарезы, но образовавшийся зазор оказывал
крайне вредное влияние - во время выстрела через него с силой прорывались
газы, пуля получала недостаточную начальную скорость, и полезные качества
винтовки во многом терялись. Французский офицер Дельвинь придумал способ
исправлять это неудобство, меняя форму пули. В 1828 году он сконструировал
винтовку с каморой в казенной части, более узкой, чем весь ствол. Прежде всего
во время заряжания в камору всыпался порох, вслед за ним вкатывалась пуля
меньшего диаметра, чем канал ствола; дойдя до края каморы, она не могла пройти дальше и оставалась на месте, упираясь в ее края, нескольких ударов молотком по шомполу было достаточно для того, чтобы вогнать мягкий свинец пули в
нарезы и расширить ее диаметр настолько, что она оказывалась вплотную пригнана к стенкам ствола. При первых же испытаниях обнаружилось величайшее
неудобство этой системы - пуля от ударов теряла свою сферическую форму и
делалась несколько сплющенной, теряла винтообразное вращение, приданое ей
нарезами, а значит, значительно уменьшалась меткость стрельбы Тогда Дель

Константин РЫЖОВ

127

винь решил вовсе отказаться от сферических пуль и предложил делать их продолговатыми (цилиндрическо-коническими). Это изобретение было особенно важным. Сама винтовка Дельвиня так и не получила широкого распространения, но
найденная им форма пули оказалась чрезвычайно удачной и вскоре повсеместно
вытеснила прежнюю сферическую. Действительно, продолговатая пуля имела
множество преимуществ перед круглой: пройдя в момент выстрела через нарезы,
она начинала вращаться вокруг продольной оси и летела острым концом вперед.
Благодаря этому ее трение о воздух было намного меньше, чем у сферической
пули того же диаметра. Она летела дальше и имела гораздо более пологую траекторию. В то же время продолговатая пуля лучше входила в каналы ствола, что
позволяло уменьшить крутизну и глубину нарезки. Имея значительно больший
вес, чем сферическая пуля, такая пуля вылетала из ствола с той же скоростью.
Другими словами, убойная сила винтовки, заряженной пулей Дельвиня, заметно
возросла, а калибр ее остался прежним.

Другая идея Дельвиня - относительно того, что пуля должна менять свой
диаметр уже после того, как дошла до конца ствола, - тоже была использована,
но в более рациональном виде. Главное неудобство винтовки Дельвиня заключалось в том, что после расплющивания пуля отчасти зацеплялась своими краями
за круговой выступ каморы, и это ослабляло силу выстрела. Французский полковник Тувенн в 1844 году придумал, как избежать этого неудобства. Он удалил
выступы каморы и сделал канал ствола, как и раньше, одинаковым по всей его
длине. В центре болта, запиравшего канал ствола, он укрепил короткий, крепкий
стальной стержень, или чеку, вокруг которой ложился высыпанный порох. Во
время зарядки пуля, имевшая меньший диаметр, чем канал ствола, легко прогонялась шомполом через нарезы. В конце ствола она попадала на чеку, раздавалась в ширину и плотно прилегала к стенкам ствола, причем расширение было
гораздо более правильным, чем в винтовке Дельвиня. В короткое время винтовка
Тувенна получила широкое распространение, и до конца 40-х годов XIX века ее
приняли на вооружение не только во Франции, но во многих государствах Северной Германии. Вскоре, однако, оказалось, что эта винтовка тоже имеет большие недостатки: усилие, которое должен был прилагать солдат для того, чтобы
расплющить пулю, оставалось очень большим, а при стрельбе с колена или лежа
это было еще и очень неудобно. Винтовка имела сильную отдачу, к тому же чека
затрудняла чистку ствола и часто ломалась.

В 1849 году капитан Минье предложил усовершенствование, которое позволяло избежать этих неудобств. Он обнаружил, что если в пуле сделать углубление, то газ, образующийся при выстреле, стремится расширить стенки этой полости настолько, чтобы заставить ее плотно прилегать к стволу и войти в нарезы.
На использовании этого эффекта целиком была построена идея Минье. Он устранил чеку на дне канала ствола и восстановил ту первоначальную простоту винтовки, которой она отличалась до Дельвиня и Тувенна. Зато в пуле стали высверливать конусообразный вырез со стороны основания. В момент выстрела она
Расширялась и плотно прилегала к стенкам ствола. Эффект, достигнутый таким
ЯРОСТЫМ усовершенствованием, оказался поразительным: новая винтовка заря
128

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

жалась так же легко, как гладкоствольный мушкет, но была гораздо лучше старой
винтовки, превосходя ее дальностью и меткостью стрельбы Поэтому винтовка
Минье была первым нарезным оружием, которое получило всеобщее распространение в Европе. Этому в немалой степени способствовало также то обстоятельство, что все старые гладкоствольные мушкеты при помощи очень простой переделки могли быть превращены в винтовки, пригодные к использованию пули
Минье. Например, в Пруссии меньше чем за год были сделаны нарезы у 300 тысяч
старых мушкетов. Вслед за Францией винтовку Минье в различных местных
модификациях приняли на вооружение в Англии, Бельгии, Испании, Швейцарии, Германии, а потом и в России.

Однако к тому времени, когда винтовка Минье получила столь большой успех, уже появилось изобретение, направившее развития огнестрельного оружия
по совершенно иному пути. Пока другие старались изменить форму пули, не
меняя принципиально устройство самой винтовки (она по-прежнему оставалась
шомпольным ружьем, заряжавшимся с дула), прусский оружейный мастер Дрейзе трудился над созданием важного дополнения к винтовке - он создавал затвор. Появление затвора составило эпоху в военном деле, и Дрейзе по праву
имеет славу одного из величайших механиков в истории военной техники. Хотя
нельзя сказать, что идея этого устройства целиком принадлежит ему, именно он
впервые нашел разрешение сложнейшей инженерной задачи - создал винтовку,
заряжавшуюся с казенной части. Многие предшественники Дрейзе на этом пути
(первые попытки создать затвор относятся еще к средневековью) потерпели неудачу прежде всего потому, что не имели в своем распоряжении высокоточных
металлорежущих станков. Ведь соединение затвора со стволом должно быть прочным и выдерживать огромное давление пороховых газов. Вместе с тем затвор
должен легко двигаться и быстро устанавливаться на место. Другими словами, он
мог работать только при самых незначительных допусках в отклонении от нормальных размеров деталей - не более тысячных долей миллиметра Долгое время эти трудности казались непреодолимыми, и лишь технические возможности
XIX века позволили достойно разрешить их. В этом смысле скользящий затвор
был детищем своего времени. Однако то, что Дрейзе имел в своем распоряжении
высокоточный токарный станок, ни в коей мере не умаляет его славы как изобретателя устройства, остающегося и по сей день важнейшей принадлежностью любого стрелкового оружия.

Первый шаг к созданию новой винтовки Дрейзе сделал еще в 1828 году,
когда придумал так называемый унитарный патрон для гладкоствольного игольчатого ружья. Это сразу позволило увеличить его скорострельность. До этого
процесс заряжания включал в себя много различных операций: засыпание пороха, проталкивание пули, установку пистона. Дрейзе придумал поместить пороховой заряд, пулю и капсюль в бумажную оболочку - гильзу. Заряжание после
этого свелось только к двум операциям: извлечению стреляной гильзы и вкладыванию патрона в ствол. Разбивание запала в ружье Дрейзе производилось иглой,
проникавшей через отверстие в казенной части.

В 1836 году Дрейзе увенчал свою многолетнюю работу созданием игольчатой

Константин РЫЖОВ 129

винтовки со скользящим затвором, которая
заряжалась с казенной
части. Сконструированный им затвор
представлял собой цилиндрическую коробку, привинченную к
казенной части ствола,




Рис 36-1 Затвор Дрейзе

в которой взад и вперед двигался поршень Внутри этого поршня-затвора так же
свободно двигалась прочная игла, игравшая роль ударника

При открывании затвора надо было сначала отодвинуть назад иглу с Потом
повернуть рычаг d затвора влево и отодвинуть его назад - тогда открывалось
сквозное отверстие (патронное окно), куда вкладывался патрон Затем затвор устанавливали на место (при этом патрон досылался в канал ствола) и снова поворачивали его. Рычаг d попадал в специальный вырез в стенке коробки, и затвор
наглухо запирал канал ствола. Постановка оружия на боевой взвод состояла в
простом оттягивании назад иглы с. При этом взводился курок, удерживавший
пружину в боевом положении. При нажатии на курок пружинный механизм
спускался, причем игла с силой вонзалась в патрон и воспламеняла капсюль.
Таким образом, с введением затвора заряжение винтовки свелось к пяти простым
движениям, которые можно было делать в любом положении и даже на ходу В
1840 году игольчатая винтовка Дрейзе уже была принята на вооружение прусской
армией. Однако широкое распространение игольчатые ружья получили лишь
двадцатью годами позже - во время гражданской войны в США и франкопрусской войны Их применение привело к коренному изменению тактики боя.
На смену сомкнутым колонам везде пришли развернутые цепи

Созданием игольчатого ружья был сделан огромный шаг в развитии стрелкового оружия, которое только после этого стало обретать свой современный вид.
Впрочем, винтовка Дрейзе имела и свои недостатки бумажные патроны быстро
отсыревали, игла была достаточно уязвимой частью механизма и ломалась Эти
неудобства были устранены после введения в 70-х годах XIX века унитарного
патрона с металлической гильзой и капсюлем, который воспламенялся от удара
бойком.

37. ФОТОГРАФИЯ

Среди многих удивительных изобретений, сделанных в XIX веке, далеко не
последнее место занимает фотография - искусство, позволившее делать момен?'альное изображение любого предмета или ландшафта. Фотография зародилась
н^ границе двух наук. оптики и химии, ведь для получения отпечатков нужно
было разрешить две сложные задачи. Во-первых, необходимо было иметь особую

?зо

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

светочувствительную пластинку, способную воспринимать и удерживать на себе
изображение Во-вторых, нужно было найти специальный прибор, который бы
четко проецировал изображение снимаемых объектов на эту пластинку. И то и
другое удалось создать лишь после многих проб и ошибок Чудо фотографии не
сразу далось людям в руки, и в разное время многие изобретатели из разных
стран с увлечением занимались этой проблемой.

Подходы к ней можно найти еще в работах средневековых алхимиков. Один
из них, Фабрициус, смешал однажды в своей лаборатории поваренную соль с
раствором азотнокислого серебра и получил молочно-белый осадок, который чернел от солнечного света. Фабрициус исследовал это явление и в своей книге о
металлах, изданной в 1556 году, сообщил, что при помощи линзы получил изображение на поверхности осадка, известного теперь под названием хлористого!
серебра, и что изображение это становилось черным или серым в зависимости от
продолжительности освещения его солнечными лучами Это был первый опыт в
истории фотографии. В 1727 году врач из Галле Иоганн Шульц делал в солнечный день опыты с раствором азотнокислого серебра и мелом, смесь которых он
освещал в стеклянном сосуде. Когда сосуд выставляли на солнечный свет, поверхность смеси тотчас чернела. При встряхивании раствор опять становился белым
Посредством кусочков бумаги Шульц получал на поверхности жидкости силуэты, посредством взбалтывания уничтожал их и получал новые узоры Эти оригинальные опыты казались ему только забавой, и прошло еще сто лет, прежде чем
подмеченное им свойство хлористого серебра додумались использовать при изготовления фотографических пластин.

Следующая страница в истории фотографии связана с именем Томаса Веджвуда. Он клал на бумагу, увлажненную раствором азотнокислого серебра, листья
растений. При этом покрытая листьями часть бумаги оставалась светлой, освещенная же часть чернела. Результатом этого опыта был белый силуэт на черном
фоне. Однако эти изображения можно было рассматривать только при свете свечи, так как при попадании солнечных лучей они портились Веджвуд попробовал
пропитать раствором кожу и установил, что изображения на ней появляются
быстрее. (В то время этот феномен остался необъясненным Только в конце 30-х
годов XIX века было установлено, что дубильная кислота, содержавшаяся в коже,
значительно ускоряет проявление изображения.) В 1802 году Веджвуд опубликовал результаты своих опытов. Постепенно он научился получать контурные изображения на бумаге, коже и стекле в течение трех минут - при экспозиции их на
солнце, и в течение нескольких часов - при выдержке их в тени Но эти снимки
не переносили солнечного света, так как они не были зафиксированы. Только в
1819 году Джон Гершель нашел вещество, которое укрепляло фотографическое
изображение. Им оказался серноватисто-кислый натр Казалось бы, фотографии
оставалось сделать последний шаг для того, чтобы состояться полностью как искусству, но этот шаг был сделан только через двадцать лет А пока что поиски
изобретателей пошли по другому пути.

В 1813 году к опытам с фотографическими пластинками приступил французский художник Ньепс, которому принадлежит главная заслуга в изобретении

Константин РЫЖОВ

131

фотоаппарата Около 1816 года он пришел к идее получать изображение предметов с помощью так называемой камеры-обскуры. Эта камера была известна еще в
древности. В простейшей форме она представляет собой плотно закрытый со всех
сторон светонепроницаемый ящик с небольшим отверстием Если стенка, противоположная отверстию, будет из матового стекла, то на ней получается перевернутое изображение находящихся перед камерой предметов Чем меньше отверстие, тем резче контуры изображения и тем оно слабее В продолжение столетий
эффекты, наблюдаемые в камере-обскуре, восхищали любителей природы В
1550 году Кардан устроил в Нюрнберге камеру с большим отверстием, в котором
находилась линза. Таким образом он получил более яркое и более четкое изображение. Это было важное усовершенствование, поскольку линза хорошо собирала
лучи и значительно улучшала наблюдаемый эффект Именно такой темный ящик
с очень маленьким отверстием и линзой на одной стороне и светочувствительной
пластинкой на другой Ньепс решил использовать для проекции изображения.
Это был первый в истории фотоаппарат.

В 1824 году Ньепсу удалось разрешить задачу закрепления изображений,
получаемых в камере-обскуре. В отличие от своих предшественников он работал не с хлористым серебром, а делал эксперименты с горной смолой, которая
под действием света имеет способность изменять некоторые свои свойства. Например, на свету она переставала растворяться в некоторых жидкостях, в которых растворялась в темноте. Покрыв слоем горной смолы медную пластинку,
Ньепс вставлял ее в камеру-обскуру и помещал в фокус увеличительного стекла.
После довольно продолжительного действия света пластинку вынимали и погружали в смесь нефти с лавандовым маслом. На местах, содержащих действие
света, горная смола оставалась нетронутой, а на остальных она растворялась в
смеси. Таким образом, места, полностью покрытые смолой, представляли освещенные места, а покрытые лишь отчасти - полутени. На получение рисунка
требовалось не менее 10 часов, так как смола изменялась под действием света
очень медленно.

Понятно, что этот способ трудно было назвать совершенным, и Ньепс продолжал поиски. В 1829 году он объединил свои усилия с Луи-Жаком Дагером,
бывшим офицером, декоратором при парижском театре, работавшим над теми же
проблемами. Вскоре он умер, и Дагер продолжал исследования один. Он уже
имел в своем распоряжении фотоаппарат, изобретенный Ньепсом, но все еще не
знал. каким образом получить светочувствительную пластину Целый ряд удивительных совпадений навел его в конце концов на верный путь Однажды Дагер
случайно положил серебряную ложку на металл, покрытый иодом, и заметил, что
на ме галле получилось изображение ложки Тогда он взял полированную серебряную пластинку и подверг ее действию йодистых паров, чтобы получить таким
образом йодистое серебро. На пластинку он положил один из фотографических
снимков Ньепса. Через некоторое время на ней образовалась копия снимка, но
очень неясная, так что ее можно было различить лишь с трудом Тем не менее
это был важный результат, открывший фотографические свойства йодистого серебра. Дагер стал искать способ, с помощью которого можно было бы проявлять

132 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

полученные изображения. Другой счастливый случай привел к неожиданному
успеху. Однажды Дагер взял из темной комнаты оставленную там пластинку, с
которой работал накануне, и к великому удивлению увидел на ней слабый снимок. Он предположил, что какое-то вещество подействовало на пластинку и проявило за ночь невидимое накануне изображение. В темной комнате находилось
много химических веществ. Дагер принялся за поиски. Каждую ночь он клал
новую пластинку в кладовку и каждое утро убирал ее оттуда вместе с одним из
химических реактивов. Он повторял эти опыты до тех пор, пока не удалил из
комнаты все химикаты, и положил новую пластинку уже на пустую полку. К его
удивлению, утром эта пластинка тоже оказалась проявленной. Он тщательно обследовал комнату и нашел в ней немного пролитой ртути: пары ее и были химическим проявителем. После этого Дагер мог уже без всякого труда разработать
все детали фотографического процесса - с помощью фотоаппарата он получал
слабые изображения на пластинках, покрытых йодистым серебром, а затем проявлял их парами ртути. В результате выходили замечательно четкие изображения
предметов со всеми мелкими деталями и полутонами. Многолетние поиски завершились замечательным открытием.

10 августа 1839 года в Париже произошло большое собрание с участием членов Академии наук. Здесь было объявлено, что Дагер открыл способ проявлять и
закреплять фотографические изображения. Сообщение это произвело огромное
впечатление. Весь мир обсуждал возможности, открывшиеся благодаря новому
достижению человеческой мысли. Французское правительство купило секрет изобретения Дагера и назначило ему пожизненную пенсию в 6000 франков. Не был
забыт и сын Ньепса. Вскоре в продаже появились наборы для фотографирования
по способу Дагера (этот способ стал называться дагеротипией). Несмотря на высокую цену, они были раскуплены в короткий срок. Но вскоре публика почувствовала сильное охлаждение к этому изобретению Действительно, дагеротипия,
хотя и давала хорошие результаты, требовала огромного труда и немалого терпения.

Работа дагеротиписта начиналась с очищения и полировки посеребренной
медной пластинки. Эта работа должна была производиться очень тщательно: сначала посредством спирта и ваты, а потом - окиси железа и мягкой кожи. Ни в
коем случае нельзя было прикасаться к пластинке пальцем. Окончательная полировка делалась уже непосредственно перед съемкой После этого серебряную пластинку делали чувствительной для света. Для этого ее в темноте клали в ящик с
сухим йодом. В зависимости от того, что собирались снимать - ландшафт или
портрет - продолжительность обработки парами йода была неодинаковой. После этого пластинка на несколько часов становилась светочувствительной, и ее
помещали в кассету. Кассета представляла собой небольшой плоский деревянный
ящичек с двумя подвижными стенками - задняя открывалась на шарнирах в
виде дверцы, а передняя - поднималась вверх и вниз по специальным полозкам. Между этими дверцами и находилась пластинка

Первые фотоаппараты представляли собой усовершенствованные камеры-обскуры. В открытом с одной стороны ящике двигался взад и вперед другой ящик,

Константин РЫЖОВ

133

который можно было удерживать в определенном положении при помощи винта На передней стенке этого ящика находилась линза или предметное стекло, а
на задней стороне - матовое стекло Вскоре Шарль Шевалье стал употреблять
вместо одной линзы две, сконструировав таким образом первый объектив. Лучи
от внешнего предмета, пройдя через объектив, останавливались на матовом стекле и при надлежащем расстоянии последнего от предмета на нем представлялось
его отчетливое изображение. Большей или меньшей отчетливости изображения
добивались отодвиганием или приближением внутреннего ящика и перестановкой объектива. Когда нужная четкость достигалась, на место матового стекла помещалась кассета таким образом, чтобы при вставлении в фотоаппарат поверхность пластинки находилась именно в том месте, которое занимало матовое стекло в тот момент, когда изображение предмета было на нем всего отчетливей.
Потом вынимали переднюю крышку кассеты и начинали съемку. Первые сеансы
были так утомительны, условия так плохи, пластинки реагировали так медленно,
что стоило больших трудов найти людей, согласных сниматься. Приходилось
сидеть 20 минут неподвижно под палящими лучами солнца, чтобы получить
удачный по тогдашним понятиям портрет. Изображения глаз на первых портретах удавались с большим трудом, поэтому на ранних дагеротипах мы видим
лица с закрытыми глазами.

По окончании съемки кассету закрывали и отправлялись в темную комнату.
Здесь при свете свечки пластинку вынимали. На ней можно было заметить едва
заметное изображение предмета. Чтобы оно сделалось четким и ясным, его необходимо было проявить. Эта операция производилась при помощи паров ртути. В
деревянный ящик с медным дном выливали немного ртути и помещали в него
пластинку изображением книзу. Чтобы ускорить процесс, внизу помещали горящую спиртовую лампу. Ртуть начинала интенсивно испаряться и проявляла изображение. Дагеротипист наблюдал за этим процессом сбоку через специальное
окошечко. После того как изображение проявлялось достаточно четко, пластинку
вынимали. Там, где свет подействовал всего сильнее, соединение йода с серебром
ослабевало в наибольшей степени, и поэтому ртуть пристывала здесь мельчайшими капельками, которые образовывали белую поверхность. В полутонах для
присоединения ртути существовало больше препятствий, а в темных местах ртуть
и вовсе не могла пристать на неразложившийся слой йодистого серебра. Оттого
полутени выходили более или менее сероватыми, а чистое серебро казалось вовсе
черным.

Для удаления остатков непрореагировавшего йодистого серебра пластинку надо
было закрепить. Для этого ее помещали в раствор серноватисто-кислого натра,
который растворял йодистое серебро, не претерпевшее действие света. Наконец,
пластинку промывали в воде и сушили. В результате всех этих манипуляций
получали на пластинке изумительно четкое изображение, в котором каждая деталь передавалась с поразительной отчетливостью. Но для того, чтобы изображение сохранялось дольше, его надо было укрепить. Для этого пластинку обливали
слабым раствором хлористого золота и кипятили в спиртовом пламени. При этой

134

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

реакции хлор хлористого золота соединялся с серебром, а золото выделялось в
виде металла и покрывало изображение тончайшей предохранительной пленкой.
Эта операция также устраняла неприятную зеркальность серебра.

Такой предстает перед нами фотография в первые годы своего существования.
Из нашего краткого описания видно, что это было не только утомительное, но и
весьма вредное для здоровья занятие. Тем не менее, у фотографии сразу появилось много горячих поклонников и энтузиастов. Они готовы были часами вдыхать пары йода или ртути, с увлечением наблюдая за тем, как на пластинках
таинственным образом проявляется изображение. Именно им это искусство обязано своим стремительным усовершенствованием.

Прежде всего, возобновились опыты с бумагой, пропитанной светочувствительным составом - ее стали называть фотобумагой. Эти опыты еще в начали
столетия проводил Веджвуд. В том же 1839 году Фока Тальбот установил, что
если фотобумагу, которая даже непродолжительное время подвергалась действию
света обработать галусовой кислотой, то изображение проявляется очень быстро.
Точно так же, как ртуть вызывает изображение на серебряной поверхности, галусовая кислота вызывала его на бумаге. В следующем году профессор Годдард из
Лондона обнаружил, что при замене йодистого серебра на бромистое, чувствительность фотослоя возрастает в несколько десятков раз. Благодаря этому время,
необходимое для съемки предмета, уменьшилось сразу с 20 минут до 20 секунд.
Тогда же Клоде нашел, что бром значительно увеличивает чувствительность йодированных серебряных пластинок, так что нескольких секунд было достаточно
для получения изображения. После этих открытий стало возможным развитие
фотографии в современном смысле этого слова.

В фотографии серебро, соединенное с йодом, хлором и бромом, играло главную роль в получении изображения. Под действием света соединения распадались и серебро освобождалось в виде мельчайших частичек, образуя рисующее
вещество, точно так же, как вдагеротипии ртуть. Все происходящие при фотографировании химические реакции можно продемонстрировать несколькими
простыми опытами. Если в пробирку с раствором поваренной соли влить несколько капель азотнокислого серебра, то в результате реакции двух этих веществ образуется белый творожистый осадок хлористого серебра. На солнечном
свете этот осадок в короткое время утрачивает свой белый свет и становится
сначала фиолетовым, потом серым и наконец - черным. Дело в том, что под
действием света хлористое серебро распадается, и при этом выделяется металлическое серебро. Однако это изменение претерпевают только те слои, которые находятся ближе к свету. Если добавить к раствору несколько капель серноватистокислого натра, большая часть хлористого серебра постепенно растворится. Нерастворенными останутся только чешуйки выделившегося под действием света металлического серебра. В этих реакциях представлен весь ход операций в фотографии.

Чтобы приготовить фотобумагу, брали хороший белый лист писчей бумаги и

смачивали ее в 10%-ном растворе поваренной соли, сушили и настилали на поверхность раствор азотнокислого серебра. В результате на бумаге образовывался

Константин РЫЖОВ

135

светочувствительный слой хлористого серебра. Готовый лист помещали в светонепроницаемую кассету, и съемка производилась так же, как описано выше. При
этом после проявления на бумаге получалось видимое изображение предмета, но
не прямое, а обратное, то есть самые светлые места выходили на ней самыми
темными, а самые темные - оставались светлыми. Это происходило потому, что
всюду, где фотослой подвергся интенсивному действию света, освобождалось
наибольшее количество металлического серебра черного цвета. Напротив, там,
где действие света было незначительно, сохранялось хлористое серебро белого
цвета. Это изображение закрепляли, промывая лист в растворе серноватисто-кислого натра. Но, очевидно, что пользоваться такой фотографией, дававшей совершенно обратное изображение света и тени, было неудобно. Ее использовали для
получения положительных отпечатков. Для этого ее клали в темноте на чувствительный лист фотобумаги в копировальную рамку, закрывали стеклянной пластиной и подвергали действию света. Последний проникал сквозь положенное
сверху отрицательное изображение. Всего легче он проходил сквозь совершенно
светлые места, слабее - сквозь полутона и почти вовсе не проникал сквозь тени.
Оттого на нижнем листе чувствительной бумаги получалось требуемое положительное изображение, которое, после достаточного действия света, вынимали и
укрепляли.

Однако для всех этих операций бумага оказывается не достаточно подходящим материалом, так как имеет грубое строение и препятствует прохождению
света. Чистое стекло по своей прозрачности представляло бы самый лучший материал, но оно было не в состоянии впитывать химические вещества, поэтому
превратить его в светочувствительную пластинку было не так легко, как бумагу.
Выход из этого затруднения был найден достаточно быстро - стеклянную пластинку стали покрывать прозрачной тонкой клейкой пленкой, способной удерживать светочувствительный слой. Сначала для этого пользовались яичными белками, а потом коллодием. Последний способ был открыт в 1851 году Скотом Арчером.

Фотографический коллодий состоял из раствора гремучей хлопчатой бумаги в
эфире со спиртом и представлял собой бесцветную слизистую жидкость, которая
в тонких слоях быстро сохла, оставляя прозрачную пленку. Для получения стеклянной фотопластинки в раствор коллодия добавляли йодистый кадмий. После
этого брали чистую стеклянную пластинку и наливали на нее достаточное количество коллодия. Когда коллодий подсыхал до густой массы, пластинку погружали в раствор азотнокислого серебра, насыщенный йодистым серебром. При этой
реакции йод и бром соединялись с серебром, образуя йодистое и бромистое серебро, которое осаждалось в слой коллодия. Напротив, азотная кислота, освободившаяся из серебряной соли, соединялась с кадмием. Таким образом, пластинка
покрывалась светочувствительным слоем и была готова для съемки. Для проявления изображения ее обрабатывали раствором пирогалусовой кислоты или раствором железного купороса (вода + железный купорос + уксусная кислота -+- спирт).
Уксусная кислота несколько замедляла реакцию, чтобы проявление не шло слишком быстро. Закрепление происходило, как и раньше, раствором серноватисто
136 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

кислого натра. Для копирования и получения окончательного изображения служила уже фотобумага, покрытая хлористым серебром. Фотографирование на коллодии положило начало современной фотографии; с этого времени сделалось
возможным легко и быстро получать хорошие, отчетливые снимки.

38. ПАРОВОЙ МОЛОТ

Паровой молот господствовал в машиностроении на протяжении 90 лет и
был одной из важнейших машин своего времени. Его создание и внедрение в
производство по своему значению для промышленной революции можно сравнить только с введением механизированного суппорта токарного станка, осуществленным Генри Модели на рубеже XIX века. Важное место, занимаемое молотом в цепи производства, объяснялось огромным значением ковки в общем технологическом процессе получения изделий из железа. Как уже говорилось, зарождение ковки связано с сыродутным способом восстановления железа. Крица
мягкого железа, извлеченная издомницы, имела рыхлую ноздреватую структуру.
Поры ее были заполнены шлаком. Чтобы получить высококачественное железо и
сталь для изготовления инструментов, шлак следовало удалить, а поры заварить.
Это как раз и достигалось ковкой. Ковать металл можно было только, нагревая
его до сварочного жара: удары, наносимые молотом, должны были быть максимально мощными, чтобы сварка в местах расслоения действительно произошла и
не образовались пустоты. Кроме того, из горячего металла сильные удары выжимали остатки шлака, что также увеличивало качество железа. Только хорошо прокованный металл годился потом для производства инструментов и оружия, причем на протяжении многих веков их также изготавливали исключительно путем
ковки. Позднее, в XVIII-XIX веках, - выковывали и детали машин.

В древности все кузнечные работы
полностью выполнял сам кузнец. В
дальнейшем произошло разделение труда - наиболее квалифицированную
часть работы продолжал выполнять кузнец, а тяжелую, малоквалифицированную, - молотобойцы, работавшие под
его руководством. Кузнец работал молотком в 1-2 кг, а молотобойцы - кувалдами, вес которых доходил до 12 кг.
Кувалды насаживались на длинные рукояти из твердых, упругих, нещепящихся пород дерева. Длинная рукоять
позволяла удерживать кувалду обеими
руками и бить круговыми движениями




Рис. 38-1. Привод кулачкового молота
от паровой машины Уатта. Чертеж
Дмс. Уатта

<в размах>. Разделение труда между куз

Константин РЫЖОВ

137

нецом и молотобойцем открыло возможность механизировать тяжелые однообразные удары, производимые последним, и передать его работу механизму. В
средние века был изобретен кулачковый молот с приводом от водяного колеса.
Первые такие молоты появились уже в XIII веке, а их широкое распространение относится к XVI веку. В конце XVIII века вошли в употребление молоты с
Приводом от паровой машины. Патент на изобретение такого молота получил в
1784 году Джеймс Уатт.

Соединение молота с машиной поначалу ничего не изменило в его собственной конструкции. Это был тот же хвостовой, кулачковый молот, что за четыреста
лет до открытия Уатта приводился в действие водяным колесом. Более того, в
нем можно было без труда увидеть его древний ручной прообраз. Век пара не
поменял ни его формы, ни принципа действия, только увеличил размеры и вес.
Но такое положение не могло сохраняться долго. В последующие десятилетия
развитие машиностроения, железнодорожное строительство и, главным образом,
строительство колоссальных океанских пароходов потребовало обработки деталей
невиданных прежде размеров. Валы гребных колес, кривошипы и прочие части
паровых машин часто достигали огромной величины. Для их изготовления стали
создаваться гигантские машины, в том числе мощные паровые молоты. Однако
конструкция кулачкового молота, имевшая много недостатков, не позволяла выковывать с высоким качеством особенно крупные заготовки. Сила удара молота
прямо зависела от высоты его падения. Между тем с увеличением размеров заготовки уменьшалось свободное пространство между бойком и наковальней, и,
следовательно, ослабевала сила удара. В этом заключалось большое неудобство,
поскольку при обработке больших и массивных деталей удары оказывались самыми слабыми, и наоборот, - при обработке деталей незначительной толщины
молот действовал с максимальной силой, что было совершенно обратно потребностям производства. В результате, массивная деталь успевала остыть, прежде,
чем заканчивалась ковка. Ее приходилось нагревать снова и опять переводить
под молот. На это уходило много времени и сил, но качество ковки все равно
оставляло желать лучшего. Кроме того, поскольку движение молота осуществлялось не по прямой, а по дуге, никогда нельзя было достичь строгой параллельности между поверхностью молота и наковальни (кроме тех случаев, когда молот
предназначался для ковки деталей одной и той же толщины).

Таково было положение дел к началу 40-х годов XIX века, когда появился
паровой молот Несмита, построенный на совершенно иных принципах. Он сразу
получил широкое распространение, так как отвечал самым насущным потребностям производства. Повод к этому замечательному изобретению был подан следующим обстоятельством. Фирма <Грет Вестерн Компани>, для которой завод
Несмита постоянно поставлял металлорежущие станки, получила заказ построить гигантский.пароход <Великобритания>. Пароход должен был иметь гигантский коленчатый вал с диаметром около 750 мм. Как оказалось, отковать такой
вал при помощи существовавших тогда молотов было совершенно невозможно.
Узнав о затруднениях фирмы, Несмит задумался над тем, как осуществить такую
гигантскую поковку. Сначала он предполагал усовершенствовать старый молот,

138 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

но потом сообразил, что надо вообще отказаться от прежней схемы и создать
новое устройство, в котором паровая машина и ударник будут соединены в единый механизм.

Один из главных недостатков всех прежних молотов состоял в том, что движение от паровой машины к ударной части молота передавалось крайне нерационально. Возвратно-поступательное движения поршня в цилиндре машины сначала преобразовывалось во вращательное движение кулачкового вала. Затем приходилось снова преобразовывать вращательное движение вала в возвратно-поступательное движение самого молота. <И была ли какая-то выгода в этом сложном преобразовании движения? Совершенно никакой, - писал позже Несмит Напротив, от этого проистекали только многие важные невыгоды - прежде всего, терялась мощность>. Хорошо понимая недостатки старой конструкции, Несмит создал новую машину со свободно падающей рабочей частью, которая была
их лишена. Основными частями его молота стали цилиндр, поршень и поддерживающая их станина.

Паровой цилиндр С был расположен так, что шток поршня выходил в сторону наковальни К. Цилиндр С поддерживался двумя стойками О, образовывавшими станину. <Баба> В двигалась между этими стойками в пазах и несла боек,
который был сменным и зависел от характера выполняемой работы. Пар из котла
через трубу Р поступал в камеру, в которой двигался золотник. Когда золотник
занимал нижнее положение, пар входил под поршень и поднимал его, а также
шток, <бабу> и боек. Если рукоятку поворачивали в другую сторону, то золотник
прекращал поступление пара под поршень и открывал ему выход в атмосферу
через основную трубу. Тогда падающие
части под действием собственного веса
ударяли по заготовке с силой, совершенно недоступной для хвостового кулачкового молота. Давление пара регулировали, уменьшая отверстие, через которое он выпускался. Таким образом
можно было заставить молот падать медленнее или быстрее и соответственно
наносить более или менее сильные удары. Полностью перекрыв выход пара,
можно было мгновенно остановить молот в любой точке Насколько новый
молот был послушен в управлении, говорит такой эпизод. В 1843 году лорды
Адмиралтейства прибыли на завод Несмита, желая осмотреть его изобретение.
Несмит сам управлял машиной, имевшей вес падающих частей 2,5 т. Чтобы
удивить лордов, он приготовил нечто
вроде фокуса На наковальню была по



Рис. 38-2. Устройство парового молота Несмита

Константин РЫЖОВ

139

ставлена хрустальная рюмка с сырым яйцом. Запустив машину. Несмит разбил
скорлупу яйца, не повредив рюмки.

Коммерческий успех новой машины превзошел все ожидания Молот стал
сенсацией среди машиностроителей. Для того чтобы ознакомиться с его устройством, инженеры и механики приезжали со всех концов страны Поступило множество заказов, и паровой молот начал свое победное шествие сначала по Англии, а потом и по всему земному шару. (Один из первых заказов пришел из
России.) Это изобретение принесло Несмиту всемирную известность и славу одного из ведущих машиностроителей. Еще при его жизни, во второй половине
XIX века, паровые молоты достигли колоссальных размеров. Так, в 1861 году на
заводе Крупна был построен молот <Фриц>. Его <баба> весила 50 т.

39. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕЛЕГРАФ

Вплоть до середины XIX века единственным средством сообщения между европейским континентом и Англией, между Америкой и Европой, между Европой и колониями оставалась пароходная почта. О происшествиях и событиях в
других странах люди узнавали с опозданием на целые недели, а порой и месяцы^
Например, известия из Европы в Америку доставлялись через две недели, и это
был еще не самый долгий срок. Поэтому создание телеграфа отвечало самым
настоятельным потребностям человечества. После того, как это техническая новинка появилась во всех концах света и земной шар опоясали телеграфные линии, требовались только часы, а порой и минуты, на то, чтобы новость по электрическим проводам из одного полушария примчалась в другое. Политические и
биржевые сводки, личные и деловые сообщения в тот же день могли быть доставлены заинтересованным лицам. Таким образом, телеграф следует отнести к одному из важнейших изобретений в истории цивилизации, потому что вместе с ним
человеческий разум одержал величайшую побед над расстоянием.

Но кроме того, что телеграф открыл новую веху в истории связи, изобретение
это важно еще и тем, что здесь впервые, и притом в достаточно значительных
масштабах, была использована электрическая энергия. Именно создателями телеграфа впервые было доказано, что электрический ток можно заставить работать
Для нужд человека и, в частности, для передачи сообщений. Изучая историю
телеграфа, можно видеть, как в течение нескольких десятилетий молодая наука
об электрическом токе и телеграфия шли рука об руку, так что каждое новое
открытие в электричестве немедленно использовалось изобретателями для раз
^ичных способов связи

Как известно, с электрическими явлениями люди познакомились в глубокой
Древности. Еще Фалес, натирая кусочек янтаря шерстью, наблюдал затем, как
гот притягивает к себе небольшие тела. Причина этого явления заключалась в
гом, что при натирании янтарю сообщался электрический заряд. В XVII веке
Научились заряжать тела с помощью электростатической машины. Вскоре было

140 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

установлено, что существуют два вида электрических зарядов' их стали называть
отрицательными и положительными, причем заметили, что тела, имеющие одинаковый знак зарядов, отталкиваются друг от друга, а разные знаки - притягиваются. Долгое время, исследуя свойства электрических зарядов и заряженных
тел, не имели понятия об электрическом токе. Он был открыт, можно сказать,
случайно болонским профессором Гальвани в 1786 году. Гальвани в течение многих
лет экспериментировал с электростатической машиной, изучая ее действие на
мускулатуру животных - прежде всего лягушек (Гальвани вырезал лапку лягушки вместе с частью позвоночного столба, один электрод от машины подводил
к позвоночнику, а другой - к какой-нибудь мышце, при пропускании разряда
мышца сокращалась и лапка дергалась). Однажды Гальвани под весил лягушачью
лапку с помощью медного крючка к железной решетке балкона и к своему великому изумлению заметил, что лапка дернулась так, словно через нее пропустили
электрический разряд. Такое сокращение происходило каждый раз, когда крючок
соединялся с решеткой. Гальвани решил, что в этом опыте источником электричества является сама лапка лягушки. Не все согласились с этим объяснением.
Пизанский профессор Вольта первый догадался, что электричество возникает
вследствие соединения двух разных металлов в присутствии воды, но только не
чистой, а представляющей собой раствор какой-нибудь соли, кислоты или щелочи (такую электропроводящую среду стали называть электролитом). Так, например, если пластинки меди и цинка спаять между собой и погрузить в электролит, в цепи возникнут электрические явления, являющиеся следствием протекающей в электролите химической реакции. Очень важным здесь было следующее
обстоятельство - если прежде ученые умели получать лишь моментальные элек-трические разряды, то теперь они имели дело с принципиально новым явлением - постоянным электрическим током. Ток, в отличие от разряда, можно было
наблюдать в течение длительных промежутков времени (до тех пор, пока в электролите не пройдет до конца химическая реакция), с ним можно было экспериментировать, наконец, его можно было использовать Правда, ток, возникавший
между парой пластинок, получался слабым, но Вольта научился его усиливать. В
1800 году, соединив несколько таких пар вместе, он получил первую в истории
электрическую батарею, названную вольтовым столбом Эта батарея состояла из
положенных одна на другую пластинок меди и цинка, между которыми находились кусочки войлока, смоченные раствором соли При исследовании электрического состояния такого столба Вольта обнаружил, что на средних парах электрическое напряжение почти вовсе не заметно, но оно возрастает на более удаленных пластинах. Следовательно, напряжение в батарее было тем значительнее,
чем больше число пар. Пока полюса этого столба не были соединены между
собой, в нем не обнаруживалось никакого действия, но при замыкании концов с
помощью металлической проволоки в батарее начиналась химическая реакция, и
в проволоке появлялся электрический ток. Создание первой электрической батареи было событием величайшей важности. С этого времени электрический ток
становится предметом самого пристального изучения многих ученых. Вслед за

Константин РЫЖОВ 141

тем появились и изобретатели, которые постарались использовать вновь открытое явление для нужд человека.

Известно, что электрический ток представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц. Например, в металле - это движение электронов, в
электролитах - положительных и отрицательных ионов и т. д. Прохождение
тока через проводящую среду сопровождается рядом явлений, которые называют
действиями тока. Самые важные из них - это тепловое, химическое и магнитное. Говоря об использовании электричества, мы обычно подразумеваем, что
применение находит то или иное из действий тока (например, в лампе накаливания - тепловое, в электродвигателе - магнитное, при электролизе - химическое). Поскольку изначально электрический ток был открыт как следствие химической реакции, химическое действие тока прежде всего обратило на себя внимание. Замечено было, что при прохождении тока через электролиты наблюдается
выделение веществ, содержащихся в растворе, или пузырьков газа. При пропускании тока через воду можно было, к примеру, разложить ее на составные части - водород и кислород (эта реакция называется электролизом воды). Именно
это действие тока и легло в основу первых электрических телеграфов, которые
поэтому называются электрохимическими.

В 1809 году в Баварскую академию был представлен первый проект такого
телеграфа. Его изобретатель Земеринг предложил использовать для средств связи
пузырьки газа, выделявшиеся при прохождении тока через подкисленную воду.
Телеграф Земеринга состоял из: 1) вольтова столба А; 2) алфавита В, в котором
буквам соответствовали 24 отдельных проводка, соединявшихся с вольтовым столбом посредством проволоки, втыкавшейся в отверстия штифтов (на В2 это соединение показано в увеличенном виде, а на ВЗ дан вид сверху); 3) каната Е из
24-х свитых вместе проводков; 4) алфавита С1, совершенно соответствующего
набору В и помещающегося на станции, принимающей депеши (здесь отдельные проводки проходили сквозь
дно стеклянного сосуда с водой (СЗ
представляет план этого сосуда);




5) будильника D, состоявшего из рычага с ложкой (в увеличенном виде
он представлен на С2)

Когда Земеринг хотел телеграфи- °
ровать, он сперва подавал другой
станции знак с помощью будильника и для этого втыкал два полюса проводника в петли букв В и С. Ток проходил по проводнику и воде в стеклянном сосуде С1, разлагая ее. Пузырьки скапливались под ложечкой

и поднимали ее так, что она прини-  рис. 39- Ї. Электрохимический телеграф
мала положение, обозначенное пун- Земеринга

142 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

ктиром. В этом положении подвижный свинцовый шарик под действием собственной тяжести скатывался в воронку и по ней спускался в чашечку, вызывая
действие будильника. После того, как на принимающей станции все было подготовлено к приему депеши, отдающий ее соединял полюса проволоки таким
образом, что электрический ток проходил последовательно через все буквы,
составляющие передаваемое сообщение, причем пузырьки отделялись у соответствующих букв другой станции. Впоследствии этот телеграф значительно
упростил Швейгер, сократив количество проводов всего до двух. Швейгер ввел
различные комбинации в пропускании тока. Например, различную продолжительность действия тока и, следовательно, различную продолжительность разложения воды. Но этот телеграф все еще оставался слишком сложным: наблюдать за выделением пузырьков газа было очень утомительно. Работа шла медленно. Поэтому электрохимический телеграф так и не получил практического
применения.

Следующий этап в развитии телеграфии связан с открытием магнитного действия тока. В 1820 году датский физик Эрстед во время одной из лекций случайно обнаружил, что проводник с электрическим током оказывает влияние на магнитную стрелку, то есть ведет себя как магнит. Заинтересовавшись этим, Эрстед
вскоре открыл, что магнит с определенной силой взаимодействует с проводником, по которому проходит электрический ток - притягивает или отталкивает
его. В том же году французский ученый Арго сделал другое важное открытие.
Проволока, по которой он пропускал электрический ток, случайно оказалась погруженной в ящик с железными опилками. Опилки прилипли к проволоке, как
будто это был магнит. Когда же ток отключили, опилки отпали. Исследовав это
явление, Арго создал первый электромагнит - одно из важнейших электротехнических устройств, которое используется во множестве электрических приборов. Простейший электромагнит легко приготовит каждый. Для этого надо взять
брусок железа (лучше всего незакаленного <мягкого> железа) и плотно намотать
на него медную изолированную проволоку (эта проволока называется обмоткой
электромагнита). Если теперь присоединить концы обмотки к батарейке, брусок
намагнитится и будет вести себя как хорошо всем известный постоянный магнит, то есть притягивать мелкие железные предметы С исчезновением тока в
обмотке при размыкании цепи брусок мгновенно размагнитится. Обычно электромагнит представляет собой катушку, внутрь которой вставлен железный сердечник.

Наблюдая за взаимодействием электричества и магнетизма, Швейгер в том
же 1820 году изобрел гальваноскоп. Этот прибор состоял из одного витка проволоки, внутри которой помещалась в горизонтальном состоянии магнитная стрелка Когда через проводник пропускали электрический ток, стрелка отклонялась в
сторону. В 1833 году Нервандар изобрел гальванометр, в котором сила тока измерялась непосредственно по углу отклонения магнитной стрелки. Пропуская
ток известной силы, можно было получить известное отклонение стрелки гальванометра. На этом эффекте и была построена система электромагнитных телеграфов.

Константин РЫЖОВ

143

Первый такой телефаф изобрел русский подданный барон Шиллинг В 1835
году он демонстрировал свой стрелочный телефаф на съезде естествоиспытателей
в Бонне. Передаточный прибор Шиллинга состоял из клавиатуры в 16 клавиш,
служивших для замыкания тока. Приемный прибор состоял из 6 гальванометров
с магнитными стрелками, подвешенными на шелковых нитях к медным стойкам; выше стрелок были укреплены на нитках двухцветные бумажные флажки
одна сторона их была окрашена в белый, другая - в черный цвет. Обе станции
телеграфа Шиллинга были соединены восемью проводами; из них шесть соединялись с гальванометрами, одна служила для обратного тока и одна - для призывного аппарата (электрического звонка). Когда на отправной станции нажимали клавишу и пускали ток, на приемной станции отклонялась соответствующая
стрелка. Различные положения черных и белых флажков на различных дисках
давали условные сочетания, соответствовавшие буквам алфавита или цифрам.
Позднее Шиллинг усовершенствовал свой аппарат, причем 36 различных отклонений его единственной магнитной стрелки соответствовали 36 условным сигналам.




Рис. 39-2. Электромагнитный телеграф Шиллинга

При демонстрации опытов Шиллинга присутствовал англичанин Уильям Кук.
В 1837 году он несколько усовершенствовал аппарат Шиллинга (у Кука стрелка
при каждом отклонении указывала на ту или иную букву, изображенную на
доске, из этих букв складывались слова и целые фразы) и попытался устроить
телеграфное сообщение в Англии. Вообще, телеграфы, работавшие по принципу
гальванометра, получили некоторое распространение, но весьма ограниченное.
Главным их недостатком была сложность эксплуатации (телеграфисту приходилось быстро и безошибочно улавливать на глаз колебания стрелок, что было достаточно утомительно), а также то обстоятельство, что они не фиксировали передаваемые сообщения на бумаге. Поэтому магистральный путь развития телефафной связи пошел другим путем. Однако устройство первых телефафных линий

144

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

позволило разрешить некоторые важные проблемы, касавшиеся передачи электрических сигналов на большие расстояния

Поскольку проведение проволоки очень затрудняло распространение телеграфа, немецкий изобретатель Штейнгель попытался ограничиться только одним
проводом и вести ток обратно по железнодорожным рельсам С этой целью он
проводил опыты между Нюрнбергом и Фюртом и выяснил, что в обратном проводе вообще нет никакой надобности, так как для передачи сообщения вполне
достаточно заземлить другой конец провода После этого стали на одной станции
заземлять положительный полюс батареи, а на другой - отрицательный, избавляясь таким образом от необходимости проводить вторую проволоку, как это
делали до этого В 1838 году Штейнгель построил в Мюнхене телеграфную линию длиной около 5 км, использовав землю как проводник для обратного тока

Но для того, чтобы телефаф стал надежным устройством связи, необходимо
было создать аппарат, который бы мог записывать передаваемую информацию
Первый такой аппарат с самопишущим прибором был изобретен в 1837 г американцем Морзе

Морзе был по профессии художник В 1832 году во время долгого плавания
из Европы в Америку он ознакомился с устройством электромагнита Тогда же у
него появилась идея использовать его для передачи сигналов К концу путешествия он уже успел придумать аппарат со всеми необходимыми принадлежностями электромагнитом, движущейся полоской бумаги, а также своей знаменитой
азбукой, состоящей из системы точек и тире Но потребовалось еще много лет
упорного труда, прежде чем Морзе удалось создать работоспособную модель телеграфного аппарата Дело осложнялось
тем, что в то время в Америке очень
трудно было достать какие-либо электрические приборы Буквально все Морзе приходилось делать самому или при
помощи своих друзей из нью-йоркского университета (куда он был приглашен в 1835 году профессором литературы и изящных искусств) Морзе достал
в кузнице кусок мягкого железа и изогнул его в виде подковы Изолированная
медная проволока тогда еще не была известна Морзе купил несколько метров
проволоки и изолировал ее бумагой
Первое большое разочарование постигло его, когда обнаружилось недостаточное намагничивание электромагнита Это
объяснялось малым числом оборотов




Рис 39-3 Схема устройства первого проволоки вокруг сердечника Только озэлектромагнитного телеграфа Морзе   накомившись с книгой профессора Ген
Константин РЫЖОВ

145

ри, Морзе смог исправить допущенные ошибки и
собрал первую действующую модель своего аппарата На деревянной раме, прикрепленной к столу, он установил электромагнит и часовой механизм, приводивший в движение бумажную ленту К маятнику часов он прикрепил якорь (пружину) магнита и карандаш Производимое при
помощи особого приспособления, телеграфного
ключа, замыкание и размыкание тока заставляло
маятник качаться взад и вперед, причем карандаш
чертил на движущейся ленте бумаги черточки,
которые соответствовали поданным посредством
тока условным знакам




Рис 39-4 Реле

Это было крупным успехом, но тут явились новые затруднения При передаче сигнала на большое расстояние из-за сопротивления проволоки сила сигнала
ослабевала настолько, что он уже не мог управлять магнитом Чтобы преодолеть
это затруднение, Морзе изобрел особый электромагнитный замыкатель, так называемое реле Реле представляло собой чрезвычайно чувствительный электромагнит, который отзывался даже на самые слабые токи, поступавшие из линии
При каждом притяжении якоря реле замыкало ток местной батареи, пропуская
его через электромагнит пишущего прибора

Таким образом, Морзе изобрел все основные части своего телеграфа Он
закончил работу в 1837 году Еще шесть лет ушло у него на тщетные попытки
заинтересовать правительство США своим изобретением Только в 1843 году
конгресс США принял решение ассигновать 30 тысяч долларов на строительство первой телеграфной линии длиной 64 км между Вашингтоном и Балтимором Сначала ее прокладывали под землей, но потом обнаружилось, что изоляция не выдерживает сырости Пришлось срочно исправлять положение и тянуть проволоку над землей 24 мая 1844 года была торжественно отправлена
первая телеграмма Через четыре года телеграфные линии имелись уже в большинстве штатов

Телеграфный аппарат
Морзе оказался чрезвычайно
практичным и удобным в обращении Вскоре он получил
широчайшее распространение
во всем мире и принес своему создателю заслуженную
славу и богатство Конструкция его очень проста Главными частями аппарата были
передающее устройство Ключ, и принимающее пишущий прибор

Пишущий прибор

У Земля

Батарея

Рис 39-5 Схема включения реле в цепь телеграфной станции

146 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис 39-6. Ключ Морзе

Ключ Морзе состоял из металлического рычага, который вращался вокруг
горизонтальной оси Как на передней,
так и на задней оси его находились маленькие металлические конусы, каждый
из которых касался лежащих под ним
пластинок, вследствие чего происходило замыкание тока. Чтобы представить
себе работу ключа, обозначим все его

контакты цифрами. Пусть передний конус будет 1, а задний - 3. Лежащие
под ними пластинки соответственно будут считаться 2-м и 4-м контактами. В
положении ключа, который изображен на рисунке (когда ручка не опущена),
контакты 3 и 4 замкнуты, а 1 и 2 - разомкнуты Пластинка 2 соединена с
проводником батареи. С телом рычага соединена проводная проволока к отдаленной станции, между тем как пластинка 4 имеет связь с пишущим прибором. На принимающей станции принимающий провод идет к принимающему магниту.

Когда приходила телеграмма, то электрический ток проходил по рычагам ключа
таким образом, что из проволоки он поступал в пластину 4 и затем - в пишущий прибор (контакты 1 и 2 в это время были разъединены) При отправлении
телеграмм контакты 3 и 4 разъединяли. Тогда ток от батареи при замыкании
контактов 1 и 2 шел на станцию приема. Если телеграфист замыкал цепь на
короткое время - проходил короткий сигнал, если держал ключ внизу дольше - сигнал получался более длинный.

Пишущий прибор на приемной станции преобразовывал эти сигналы в систему точек и тире. Работал он следующим образом. От передающей станции
ток поступал на спирали М и Ml. Находящиеся в них куски железа намагничивались и притягивали железную пластину В. Вследствие этого штифт О, находившийся на другом плече А, прижимался к бумажной полосе Р, которая свертывалась с кружка R посредством валиков V и W по направлению, указанному
стрелкой. При этом конец штифта, на котором был карандаш, писал налейте
точки или тире, в зависимости оттого прижимался он на короткое или на более
длительное время Как только действие тока прекращалось (это бывало каждый раз,
когда телеграфист на передающей станции размыкал
ключом цепь), пружина f оттягивала штифт вниз, вследствие чего пластина В отходила от электромагнита. Движение валиков V и W происходило от часового механизма, который приводился в



'^^'
^ Л ^.^
Л

Рис. 39-7. Схема соединения двух телеграфных
станций Морзе

Константин РЫЖОВ

147

действие опусканием гири G.
Степень отклонения рычага
можно было регулировать с помощью винтов тип.

Неудобство аппарата Морзе заключалось в том, что передаваемые им сообщения были
понятны лишь профессионалам, знакомым с азбукой Морзе. В дальнейшем многие изобретатели работали над созданием буквопечатающих аппаратов, записывающих не условные комбинации, а сами слова




Рис 39-8. Пишущий прибор телеграфа Морзе

телеграммы Широкое распространение получил изобретенный в 1855 году буквопечатающий аппарат Юза. Главными его частями были 1) клавиатура с вращающимся замыкателем и доской с отверстием (это принадлежность передатчика);

2) буквенное колесо с приспособлением для печатания (это приемник). На клавиатуре размещалось 28 клавиш, с помощью которых можно было передать 52
знака. Каждая клавиша системой рычагов соединялась с медным стержнем. В
обычном положении все эти стержни находились в гнездах, а все гнезда располагались на доске по окружности. Над этими гнездами вращался со скоростью 2
оборота в секунду замыкатель, так называемая тележка. Она приводилась во вращение опускающейся гирей весом 60 кг и системой зубчатых колес На станции
приема с точно такой же скоростью вращалось буквенное колесо. На его ободе
находились зубцы со знаками. Вращение тележки и колеса происходило синхронно, то есть в тот момент, когда тележка проходила над гнездом, соответствующим определенной букве или знаку, этот же самый знак оказывался в самой
нижней части колеса над бумажной лентой. При нажатии клавиши один из медных стерженьков приподнимался и выступал из своего гнезда. Когда тележка
касалась его, цепь замыкалась. Электрический ток мгновенно достигал станции
приема и, проходя через обмотки электромагнита, заставлял бумажную ленту
(которая двигалась с постоянной скоростью) приподняться и коснуться нижнего
зубца печатного колеса. Таким образом на ленте отпечатывалась нужная буква.
Несмотря на кажущуюся сложность, телеграф Юза работал довольно быстро и
опытный телеграфист передавал на нем до 40 слов в минуту

Зародившись в 40-х годах XIX века, телеграфная связь в последующие десятилетия развивалась стремительными темпами. Провода телеграфа пересекли материки и океаны. В 1850 году подводным кабелем были соединены Англия и
Франция. Успех первой подводной линии вызвал ряд других: между Англией и
Ирландией, Англией и Голландией, Италией и Сардинией и т. д В 1858 году
после ряда неудачных попыток удалось проложить трансатлантический кабель
между Европой и Америкой. Однако он работал только три недели, после чего
связь оборвалась. Только в 1866 году между Старым и Новым светом была нако
148 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

нец установлена постоянная телеграфная связь Теперь события, происходящие в
Америке, в тот же день становились известны в Европе, и наоборот. В последующие годы бурное строительство телеграфных линий продолжалось по всему
Земному шару. Их суммарная длина только в Европе составила 700 тыс. км.

40. ЛИТАЯ СТАЛЬ

В истории металлургии железа было три революционных переворота, оказавших глубочайшее влияние на весь ход человеческой истории, первый имел место
еще в глубокой древности, когда появились сыродутные горны; второй произошел в средние века, после открытия переделочного процесса; третий пришелся
на вторую половину XIX века и был связан с началом производства литой стали.
Сталь во все времена оставалась самым необходимым и желанным продуктом
металлургии железа, потому что только она обладала той твердостью и крепостью, какие требовались для изготовления инструментов, оружия и деталей машин. Но прежде чем превратиться в стальное изделие, металл должен был подвергнуться целому ряду трудоемких операций. Сначала из руды выплавляли чугун. Потом чугун восстанавливали в мягкое железо. Наконец путем длительной
проковки железной крицы получали из нее необходимую стальную деталь (или
только заготовку к ней, которую затем подвергали окончательной отделке на
металлорежущих станках). Производство мягкого железа и в особенности ковка
долгое время оставались самыми узкими местами в процессе обработки железа.
На них уходило больше всего сил и времени, а результаты далеко не всегда
оказывались удовлетворительными. Особенно остро эта проблема стала ощущаться
в XIX веке, когда резко возрос спрос на дешевую сталь. Естественным образом у
многих ученых и изобретателей возникала мысль, которую потом высказал Бессемер: каким образом получить металл со свойствами железа и стали, но в жидком виде, чтобы его можно было использовать для отливки9 Разрешение поставленной проблемы потребовало нескольких десятилетий упорного труда
многих металлургов. На этом пути
было сделано несколько важных открытий и изобретений, каждое из которых ^
составило эпоху в истории обработки,!
железа.                            .




До конца XVIII века передел чугуна!
в мягкое ковкое железо происходил толь
г>    .</? ? п а                       КО В КрИЧНЫХ ГОрНах. ЭТОТ СПОСОб, ОДА/С 40-1. Пудлинговая печь конца        Г        


XIX века: 1 - топка; 2 - каменный   "ак0' бьи\ неудобен во многих отношепорог; 3 - под печи; 4 -рабочее про-   ниях. Получавшийся в ходе него местранство печи; 5 и 6 - трубы        талл был неоднородным - местами при
Коястантин РЫЖОВ

149

ближался по своим качествам к ковкому железу, местами - к стали. Кроме того,
работа требовала больших затрат времени и физических сил. Так как топливо
(уголь) находилось в непосредственном соприкосновении с железом, к нему
предъявлялись очень высокие требования, ведь любые примеси влияли на качество конечного продукта. Расход угля был очень велик (в среднем, на восстановление 1 кг железа уходило до 4 кг угля). В самых крупных горнах можно было за
24 часа получить не более 400 кг железа. Между тем рынок требовал все больше
железа и стали. Для удовлетворения этих запросов необходимо было найти более
совершенный способ переделки чугуна.

Значительным шагом вперед на этом пути стал предложенный в 1784 году
англичанином Кортом процесс пудлингования в специально созданной для этого печи.

Принципиальное устройство пудлинговой печи состояло в следующем. В топке
сжигали топливо. Продукты горения через каменный порог попадали в рабочее
пространство печи, где на поду находился загруженный чугун с железистыми
шлаками. Шлаки под действием пламени переходили в тестообразное состояние
и частично расплавлялись. С повышением температуры чугун начинал плавиться
и примеси его выгорали за счет кислорода, заключенного в шлаках. Таким образом чугун обезуглероживался, то есть превращался в крицу губчатого железа.
Важное отличие пудлинговой печи от кричного горна заключалось в том, что она
допускала использовать в качестве горючего любое топливо, в том числе и дешевый неочищенный каменный уголь, а объем ее был значительно больше. Благодаря пудлинговым печам железо стало дешевле. Вместе с тем в отличие от кричных горнов печь Корта не требовала принудительного вдувания. Доступ воздуха
и хорошая тяга достигались благодаря высокой трубе. Это была одна из причин,
почему пудлинговые печи получили широкое распространение во всем мире.
Однако существенным недостатком этих печей было то, что воздух обдувал только верхнюю часть чугуна. Для того чтобы восстановление железа шло равномерно
и по всему объему, приходилось периодически открывать печь и перемешивать
чугун. Это был тяжелый ручной труд. Кроме того, поскольку силы и возможности рабочего были ограничены, печь не могла быть слишком большой. (Чтобы
допустить помешивание, Корт предусмотрел две трубы, из которых одна находилась под топкой, а вторая - в конце печи. Ее открывали в тот момент, когда
требовалось снизить температуру.)

Уже к середине XIX века пудлинговые печи перестали удовлетворять новым
потребностям промышленности. Чтобы поспевать за спросом, приходилось строить на каждую большую домну несколько печей (в среднем одну домну обслуживало десять пудлинговых печей). Это удорожало и усложняло производство.
Многие изобретатели думали над тем, как заменить пудлингование более совер?^енньїм способом восстановления железа. Раньше других эту задачу удалось разРещить английскому инженеру Бессемеру. К занятиям металлургией Бессемер
"Рищел после многих лет работы над усовершенствованием артиллерийских орудий и снарядов. Он поставил перед собой цель найти способ производства высо^качественной литой стали, из которой можно было бы отливать пушки. На
150

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

_   __лптДщшп?тв

_??М?КШЬШ КМПШ?Ш HIMHHUJU
(шШиМНШШ) '"
ШИШШ? IIIIIWUtUU МШ

???^Цйу tUUttttttU ИМИШШШ Ш?ШШШ1?




блюдая много раз за плавкой чугуна, он
заметил, что твердое восстановленное
железо образуется раньше всего у воздуходувных труб Это навело его на
мысль получать сталь путем усиленной
продувки через расплавленный чугун
воздуха. Первые свои опыты Бессемер
провел в закрытом тигле, который он
нагревал в горне с коксом. Результат
превзошел самые смелые ожидания.
Менее чем за час продувки он получал
из чугуна первосортную сталь. Кроме
того, дальнейшие опыты показали, что
нет никакой необходимости вводить в||
металлургический процесс тепло извне.
Дело в том, что чугун содержит собственный горючий материал в качестве
примесей: кремний, марганец, углерод - всего около 45 кг горючих мате



Рис. 40-2. Опыт получения Бессемером
литой стали в 1856 г продувкой воздуха через металл, находившийся в тигле
и помещенный в печь

риалов на каждую тонну чугуна. Своим горением они позволяли значительно
повысить температуру плавки и получать сталь в жидком состоянии

В 1856 году Бессемер публично демонстрировал изобретенный им неподвижный конвертер. Конвертер имел вид невысокой вертикальной печки, закрытой
сверху сводом с отверстием для выхода газов Сбоку в печи было второе отверстие для заливки чугуна Готовую сталь выпускали через отверстие в нижней части печи (во время
работы конвертера его забивали глиной). Воздуходувные трубки (фурмы) находились возле самого пода печи. Так как конвертер был неподвижным, продувку начинали раньше, чем вливали
чугун (в противном случае металл залил бы фурмы. По той же причине надо было вести продувку
до тех пор, пока весь металл не был выпущен. Весь
процесс длился не более 20 минут Малейшая задержка в выпуске давала брак Это неудобство, а
также ряд других недостатков неподвижного конвертера заставили Бессемера перейти к вращающейся печи. В 1860 году он взял патентна новую
конструкцию конвертера, сохранившуюся в общих
чертах до наших дней




Способ Бессемера был настоящей революци
ей в области металлургии За 8-10 минут его кон

Рис. 40-3 Вращающийся кон- вертер превращал 10- 15 т чугуна в ковкое желе
вертер Бессемера            зо или сталь, на что прежде потребовалось бы не

Константин РЫЖОВ

151

сколько дней работы пудлинговой
печи или несколько месяцев работы прежнего кричного горна. Однако, после того как бессемеров
метод стал применяться в промышленных условиях, результаты его
оказались хуже, чем в лаборатории,
и сталь выходила очень низкого
качества. Два года Бессемер пытался разрешить эту проблему и наконец выяснил, что в его опытах чугун содержал мало фосфора, в то




Рис 40-4 Регенеративная печь

время как в Англии широко использовался чугун, выплавленный из железных
руд с высоким содержанием фосфора. Между тем фосфор и сера не выгорали
вместе с другими примесями; из чугуна они попадали в сталь и существенно
снижали ее качество. Это, а кроме того высокая стоимость конвертера, привело
к тому, что бессемеровский способ очень медленно внедрялся в производство
И 15 лет спустя в Англии большая часть чугуна переплавлялась в пудлинговых
печах. Гораздо более широкое применение конвертеры получили в Германии и
США.

Наряду с бессемеровским способом производства стали вскоре огромную роль
приобрел мартеновский способ. Суть его заключалась в том, что чугун сплавляли
с железным ломом в специальной регенеративной печи Эта печь была придумана и построена в 1861 году немецкими инженерами Фридрихом и Вильямом
Сименсами для нужд стекольной промышленности, но наибольшее распространение получила в металлургии. В состав печи входили газопроизводители (или
генераторы газа), сама печь с возобновителями теплоты (или регенераторами) для
подогрева газа и воздуха и литейного отделения (двора) Генераторы и регенераторы были связаны между собой особой системой каналов для газа, воздуха и
продуктов горения. Последние отводились в дымовую трубу высотой до 40 м,
дававшей необходимую тягу. Генераторы располагались под подом или по бокам
печи. Регенераторы представляли собой особые камеры для нагрева газа и воздуха. Специальные переменные клапаны направляли газ и воздух то в одну камеру,
то в другую, а продукты горения отводили в трубу Горение происходило следующим образом. Газ и воздух нагревались каждый в своей камере, а затем поступали в плавильное пространство, где происходило горение Продукты горения,
пройдя над подом печи, устремлялись в регенераторы и отдавали здесь большую
часть своей теплоты кладке регенераторов, а затем уходили в трубу. Чтобы процесс происходил непрерывно, с помощью клапанов направляли воздух и газ то в
одну пару регенераторов, то в другую В результате такого продуманного теплообмена температура в печи достигала 1600 градусов, то есть превышала температуру плавки чистого безуглеродистого железа. Создание высокотемпературных
печей открыло новые горизонты перед металлургией К середине XIX века во
всех промышленных странах имелись огромные запасы железного лома Из-за

152

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

высокой тугоплавкости его не могли использовать в производстве Французские
инженеры Эмиль и Пьер Мартены (отец и сын) предложили сплавлять этот железный лом с чугуном в регенеративной печи и таким образом получать сталь. В
1864 году на заводе Сирейль они под руководством Сименса осуществили первую успешную плавку. Затем этот способ стал применяться повсюду

Мартеновские печи были дешевле конвертеров и потому имели более широкое распространение. Однако ни бессемеровский, ни мартеновский способ не
позволял получать высококачественную сталь из руды, содержащей серу и фосфор. Эта проблема оставалась неразрешенной в течение полутора десятилетий,
пока в 1878 году английский металлург Сидней Томас не придумал добавлять в
конвертер до 10-15% извести. При этом образовывались шлаки, способные удерживать фосфор в прочных химических соединениях. В результате фосфор выгорал вместе с другими ненужными примесями, а чугун превращался в высококачественную сталь. Значение изобретения Томаса было огромно. Оно позволило в
широком масштабе производить сталь из фосфоросодержащих руд, которые в
большом количестве добывались в Европе.

В целом введение бессемеровского и мартеновского процессов дало возможность производить сталь в неограниченных количествах. Литая сталь быстро завоевала себе место в промышленности, и начиная с 70-х годов XIX века сварочное железо почти совершенно выходит из употребления. Уже в первые пять лет
после введения мартеновского и бессемеровского производств мировой выпуск
стали увеличился на 60%.

41.СПИЧКИ

Спички в течение многих десятилетий были одним из важнейших элементов
человеческой жизни, да и сегодня играют не последнюю роль в нашем повседневном обиходе. Обычно, чиркая спичкой о коробок, мы даже не задумываемся
над тем, какие химические реакции происходят в эту секунду и сколько изобретательности и сил положили люди, чтобы иметь такое удобное средство добывания огня. Обыкновенные спички, несомненно, принадлежат к числу самых удивительных изобретений человеческого ума. Чтобы убедиться в этом, достаточно
вспомнить, скольких усилий требовало разведение огня в прежние времена Правда, от утомительного способа извлекать огонь трением наши предки отказались
еще в древности. В средние века появилось для этой цели более удобное приспособление - огниво, но и с ним разжигание огня требовало известной сноровки
и усилий. При ударе стали о кремень высекалась искра, которая попадала на
трут, пропитанный селитрой. Трут начинал тлеть. Приложив к нему листок бумаги, стружку или любую другую растопку, раздували огонь. Раздувание искры
было самым неприятным моментом в этом занятии Но можно ли было обойтись
без него? Кто-то придумал обмакнуть сухую лучинку в расплавленную серу. В
результате на одном кончике лучины образовывалась серная головка Когда го
Константин РЫЖОВ

153

ловку прижимали к тлеющему труту, она вспыхивала От нее загоралась вся лучинка. Так появились первые спички.

Надо сказать, что в течение всей своей предыдущей истории люди старались
получить огонь с помощью механических воздействий - трения или удара. При
таком подходе серная спичка могла играть только вспомогательную роль, поскольку непосредственно добыть огонь с ее помощью было нельзя, ведь она не
загоралась ни от удара, ни от трения. Но вот в конце XVIII века известный
химик Бертолле доказал, что пламя может быть результатом химической реакции. В частности, если капнуть серной кислотой на хлорноватистокислый калий
(бертолетову соль), возникнет пламя. Это открытие позволило подойти к проблеме добывания огня совсем с другой стороны. В разных странах начались многолетние изыскания по созданию спичек с концом, намазанным тем или иным
химическим веществом, способным возгораться при определенных условиях.

В 1812 году Шапсель изобрел первые самозажигающиеся спички, еще весьма
несовершенные, однако с их помощью можно было добыть пламя гораздо скорее, чем при помощи огнива. Спички Шапселя представляли собой деревянные
палочки с головкой из смеси серы, бертолетовой соли и киновари (последняя
служила для окраски зажигательной массы в красивый красный цвет). В солнечную погоду такая спичка зажигалась при помощи двояковыпуклой линзы, а в
других случаях - при соприкосновении с капелькой концентрированной серной
кислоты. Эти спички были очень дороги и, кроме того, опасны, так как серная
кислота разбрызгивалась при воспламенении головки и могла вызывать ожоги.
Понятно, что они не получили широкого распространения. Более практичными
должны были стать спички с головками, загорающимися при легком трении.
Однако сера не годилась для этой цели. Искали другое легковоспламеняющееся
вещество и тут обратили внимание на белый фосфор, открытый в 1669 году
немецким алхимиком Брандом. Фосфор гораздо более горюч, чем сера, но и с
ним не все сразу получилось. Поначалу спички зажигались с трудом, так как
фосфор выгорал слишком быстро и не успевал воспламенить лучину. Тогда его
стали наносить поверх головки старой серной спички, предполагая, что сера быстрее загорится от фосфора, чем древесина. Но эти спички тоже загорались плохо. Дело пошло на лад только после того, как стали подмешивать к фосфору
вещества, способные при нагревании выделять необходимый для воспламенения
кислород.

Сейчас уже трудно сказать, кто первый придумал удачный рецепт зажигательной массы для фосфорных спичек. По-видимому, это был австриец Ирини
В 1833 году он предложил предпринимателю Ремеру следующий способ изготовления спичек: <Нужно взять какого-нибудь горячего клея, лучше всего гуммиарабика, бросить в него кусок фосфора и сильно взболтать склянку с клеем В
горячем клее при сильном взбалтывании фосфор разобьется на мелкие частицы.
Они так тесно слипаются с клеем, что образуется густая жидкость беловатого
Цвета. Дальше к этой смеси нужно прибавить мелко растертый порошок перекиси свинца. Все это размешивается до тех пор, пока не получится однообразная
бурая масса. Предварительно надо приготовить серники, то есть лучинки, концы

154

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

которых покрыты серой Сверху серу нужно покрыть слоем фосфорной массы
Для этого серники обмакивают в приготовленную смесь Теперь остается их высушить Таким образом получаются спички Они воспламеняются очень легко
Их стоит только чиркнуть о стенку> Это описание дало возможность Ремеру
открыть спичечную фабрику Он, впрочем, понимал, что носить спички в кармане и чиркать ими о стенку неудобно и придумал упаковывать их в коробки, на
одну из сторон которых клеили шершавую бумажку (готовили ее просто - обмакивали в клей и сыпали на нее песок или толченое стекло) При чирканьи о
такую бумажку (или о любую шершавую поверхность) спичка воспламенялась
Наладив для начала пробный выпуск спичек, Ремер потом расширил производство в сорок раз - так велик был спрос на его товар, и заработал на выпуске
спичек огромные деньги Его примеру последовали другие фабриканты, и вскоре
во всех странах фосфорные спички сделались ходовым и дешевым товаром

Постепенно было разработано несколько различных составов зажигательной
массы Уже из описания Ирини видно, что в головку фосфорной спички входило
несколько компонентов, каждый из которых выполнял свои функции Прежде
всего, здесь был фосфор, игравший роль воспламенителя К нему подмешивали
вещества, выделяющие кислород Помимо достаточно опасной бертолетовой соли
в этой роли могли употреблять перекись марганца или сурик, а в более дорогих
спичках - перекись свинца, которая вообще являлась наиболее подходящим
материалом Под слоем фосфора помещались менее горючие вещества, передающие пламя от воспламенителя деревянной лучине Это могли быть сера, стеарин
или парафин Для того чтобы реакция не шла слишком быстро и дерево успело
нагреться до температуры горения, добавляли нейтральные вещества, например,
пемзу или порошкообразное стекло Наконец в массу подмешивали клей, для
того чтобы соединить между собой все остальные компоненты При трении головки о шероховатую поверхность в месте соприкосновения возникала теплота,
достаточная для зажигания ближайших частичек фосфора, от которых воспламенялись и другие При этом масса настолько нагревалась, что тело, содержащее
кислород, разлагалось Выделявшийся кислород способствовал воспламенению
легкозагорающегося вещества, которое находилось под головкой (серы, парафина
и т п ) От него огонь передавался дереву

Спичечное производство с самого начала приняло крупные масштабы, ведь
годовое потребление спичек исчислялось десятками и сотнями миллиардов штук
Без всесторонней механизации тут было не обойтись Фабрикация спичек делилась на две главные операции 1) изготовление палочек (спичной соломки),
2) приготовление зажигательной массы и макание в нее соломки Наиболее употребительной породой дерева для спичек была осина, а также тополь, ива, сосна,
ель, древесина которых имела крепкие прямые волокна Высушенные бревна резали на КУСКИ длиной около 1 м Каждый кусок раскалывали накрест на четыре
части и снимали с него кору Полученный чурбан укрепляли на столярном верстаке и строгали с помощью специального рубанка, рабочая часть которого состояла из нескольких трубочек, заостренных спереди При прохождении таким
рубанком вдоль дерева получались длинные круглые или прямоугольные палоч
Константин РЫЖОВ 155

ки (в зависимости от формы трубочек
соломке можно было придать любое поперечное сечение) Затем обычным рубанком сглаживали неровности, образовавшиеся в виде желобков от вынутых
лучинок, снимали второй слой, вновь
выравнивали дерево и так далее Получившиеся лучинки резали на части, имеющие длину спички Эту операцию производили на станке, имевшем очень простое устройство




Рис 41-1

Лучинки укладывались в корыто А и подвигались вплотную к регулирующей
пластинке Р, а затем с помощью рычага m и ножа В отрезали установленную
длину

Вместо ручного строгания очень скоро стала применяться специальная машина

Дерево здесь упиралось в конец станины и обрабатывалось при помощи режущего устройства, в котором имелось несколько заостренных трубочек, вырезающих лучинки при движении режущего устройства Для того чтобы подвергнуться обработке на этой машине, бревно сначала разрезалось на доски Машина
эта, впрочем, имела много недостатков и давала большой отход Поэтому в дальнейшем ее заменили другие, а сам процесс резки лучинок был разбит на несколько операций

Для дальнейшей обработки соломку необходимо было уложить ровными и
параллельными рядами Для этой цели тоже употребляли специальную машину
На платформу, которая получала быстрые сотрясательные движения, устанавливали перегороженный ящик, причем расстояние между перегородками соответствовало длине спички При быстром
движении ящика соломки укладывались
между перегородками в отделения ящика, а мусор проваливался через его нижние отверстия Затем ящик снимали и
переворачивали Соломка оставалась на
доске параллельными рядами и в таком
виде направлялась в макальную




Перед обмакиванием соломку укладывали в специальную рамку, состоявшую из основания и двух крепившихся
к нему железных стержней, на которые
надевались деревянные дощечки Поперек дощечек проходили желобки, расположенные параллельно друг другу Длима этих желобков делалась такой, чтобы

Рис 41-2 Макальная рама

156

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

положенная в них соломка выступала приблизительно на четверть своей длины.
Заполненные дощечки надевались на стержни одна над другой. Сверху все они
прикрывались доской и зажимались клиньями. Таким образом получалась рамка,
в которой помещалось около 2500 спичек. В дальнейшем эта операция была
механизирована и выполнялась специальной наборной машиной.

Каждую спичку необходимо было обмакивать дважды - сначала в серу или
парафин, а потом в зажигательную массу. Изготовление зажигательной массы
было сложным делом, требовавшим больших предосторожностей. Особое значение имело ее тщательное перемешивание. Для этого каждая составная часть сильно измельчалась до порошкообразного состояния. Первоначально обмакивание
спичек происходило вручную с помощью макальной сковороды.

Макальная сковорода состояла из двух частей: плоской и углубленной. Первая делалась несколько больше наборной рамы и служила собственно для обмакивания в расплавленную массу. Слой ее здесь был незначителен и соответствовал вышине парафинированной (или серненой) части спички. Вторая часть служила резервуаром для массы и способствовала сохранению постоянного уровня.

Позже была изобретена макальная машина. Она состояла из чугунного резервуара, окруженного другим чугунным резервуаром. Во внешнем резервуаре находилась зажигательная масса. Между обоими резервуарами заливалась теплая
вода для согревания массы. Внутренний резервуар был закрыт со всех сторон и
лишь в верхней доске имел поперечную щель, в которой помещался валик. Вращаясь, валик захватывал своей нижней половиной часть массы из резервуара и
наносил ее на концы спичек.

Для большего удобства работы над верхней доской резервуара имелась особая
макальная плита, на которую устанавливалась наборная рама и которая легко
двигалась над макальным валиком при помощи зубчатых реек и шестерней, укрепленных на оси валика. Над макальным валиком помещался другой, который
служил для равномерного надавливания проходящих под ним наборных рам к
нижнему валику. Из макальной машины наборные рамы переносились в су-!
шильную камеру. После просушки спички вынимали из наборных рам и укладывали в коробки. Долгое время эта работа выполнялась вручную, но потом
появились машины и для этой операции.

Большим недостатком фосфорных спичек была ядовитость фосфора. На спичечных фабриках рабочие быстро (иногда за несколько месяцев)
отравлялись парами фосфора и
делались неспособны к труду.
Вредность этого производства
превосходила даже зеркальное и
шляпное. Кроме того, раствор зажигательной массы в воде давал
сильнейший яд, которым
пользовались самоубийцы (а неPuc.Ns 41-3. Макальная машина       редко и убийцы). В 1847 году




Константин РЫЖОВ

157

Шретер открыл неядовитый аморфный красный фосфор. С этого времени появилось желание заменить им опасный белый фосфор. Раньше других эту задачу
удалось разрешить знаменитому немецкому химику Бетхеру, Он приготовил смесь
из серы и бертолетовой соли, смешав их с клеем, и нанес ее на лучинки, покрытые парафином. Но, увы, эти спички оказалось невозможно зажечь о шершавую
поверхность. Тогда Бетхер придумал смазать бумажку особым составом, содержащим некоторое количество красного фосфора. При трении спички о такую поверхность частички красного фосфора воспламенялись за счет прикасающихся к
ним частиц бертолетовой соли головки и зажигали последнюю. Новые спички
горели ровным желтым пламенем. Они не давали ни дыма, ни того неприятного
запаха, который сопутствовал фосфорным спичкам. Изобретение Бетхера поначалу не заинтересовало фабрикантов. Впервые <безопасные спички> стали выпускать в 1851 году шведы братья Лундстремы. Поэтому бесфосфорные спички долго называли <шведскими>. Как только безопасные спички получили распространение, во многих странах было запрещено производство и продажа фосфорных
спичек. Через несколько десятилетий их выпуск совершенно прекратился.

42. ДИНАМИТ

На протяжении нескольких веков людям было известно только одно взрывчатое вещество - черный порох, широко применявшийся как на войне, так и
при мирных взрывных работах. Но вторая половина XIX столетия ознаменовалась изобретением целого семейства новых взрывчатых веществ, разрушительная
сила которых в сотни и тысячи раз превосходила силу пороха. Их созданию
предшествовало несколько открытий. Еще в 1838 году Пелуз провел первые опыты по нитрации органических веществ. Суть этой реакции заключается в том,
что многие углеродистые вещества при обработке их смесью концентрированных
азотной и серной кислот отдают свой водород, принимают взамен нитрогруппу
N0^ и превращаются в мощную взрывчатку. Другие химики исследовали это
интересное явление. В частности, Шенбейн, нитрируя хлопок, в 1846 году получил пироксилин. В 1847 году, воздействуя подобным образом на глицерин, Собреро открыл нитроглицерин - взрывчатое вещество, обладавшее колоссальной
разрушительной силой. Поначалу нитроглицерин никого не заинтересовал. Сам
Собреро только через 13 лет вернулся к своим опытам и описал точный способ
нитрации глицерина. После этого новое вещество нашло некоторое применение
в горном деле. Первоначально его вливали в скважину, затыкали ее глиной и
взрывали посредством погружаемого в него патрона. Однако наилучший эффект
Достигался при воспламенении капсюля с гремучей ртутью. Чем же объясняется
исключительная взрывная сила нитроглицерина? Было установлено, что при взрыве
Происходит его разложение, в результате чего сначала образуются газы СОу СО,
Н;, СН^, N, и N0, которые вновь взаимодействуют между собой с выделением
°Фомного количества теплоты. Конечную реакцию можно выразить формулой:

158

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

2C,H,(NO,), = 6CO, + 5H,0 + 3N + 0,50;. Разогретые до огромной температуры
эти газы стремительно расширяются, оказывая на окружающую среду колоссальное давление. Конечные продукты взрыва совершенно безвредны Все это, казалось, делало нитроглицерин незаменимым при подземных взрывных работах Но
вскоре оказалась, что изготовление, хранение и перевозка этой жидкой взрывчатки чреваты многими опасностями.

Вообще, чистый нитроглицерин довольно трудно воспламенить от открытого
огня. Зажженная спичка тухла в нем без всяких последствий Но зато его чувствительность к ударам и сотрясениям (детонации) была во много раз выше, чем
у черного пороха. При ударе, часто совсем незначительном, в слоях, подвергшихся сотрясению, происходило быстрое повышение температуры до начала
взрывной реакции. Мини-взрыв первых слоев производил новый удар на более
глубокие слои, и так продолжалось до тех пор, пока не происходил взрыв всей
массы вещества. Порой без всякого воздействия извне нитроглицерин вдруг начинал разлагаться на органические кислоты, быстро темнел и тогда достаточно!
было самого ничтожного сотрясения бутыли, чтобы вызвать ужасный взрыв После
целого ряда несчастных случаев применение нитроглицерина было почти по-|
всеместно запрещено Тем промышленникам, которые наладили выпуск этой*
взрывчатки, оставалось два выхода - либо найти такое состояние, при котором ^
нитроглицерин будет менее чувствителен к детонации, либо свернуть свое про-'
изводство.                                                            ?

Одним из первых заинтересовался нитроглицерином шведский инженер Аль- ^
фред Нобель, основавший завод по его выпуску. В 1864 году его фабрика взлетела на воздух вместе с рабочими. Погибло пять человек, в том числе брат
Нобеля Эмиль, которому едва исполнилось 20 лет. После этой катастрофы Нобелю грозили значительные убытки - нелегко было убедить людей вкладывать
деньги в такое опасное предприятие Несколько лет он изучал свойства нитроглицерина и в конце концов сумел наладить вполне безопасное его производство. Но оставалась проблема транспортировки. После многих экспериментов
Нобель установил, что растворенный в спирте нитроглицерин менее чувствителен к детонации. Однако этот способ не давал полной надежности. Поиски
продолжались, и тут неожиданный случай помог блестяще разрешить проблему. При перевозке бутылей с нитроглицерином, чтобы смягчить тряску, их
помещали в кизельгур - особую инфузорную землю, добывавшуюся в Ганновере. Кизельгур состоял из кремневых оболочек водорослей со множеством полостей и канальцев. И вот как-то раз при пересылке одна бутыль с нитроглицерином разбилась и ее содержимое вылилось на землю У Нобеля возникла мысль
произвести несколько опытов с этим пропитанным нитроглицерином кизельгуром. Оказалось, что взрывные свойства нитроглицерина нисколько не уменьшались от того, что его впитала пористая земля, но зато его чувствительность к
детонации снижалась в несколько раз В этом состоянии он не взрывался ни от
трения, ни от слабого удара, ни от горения Но зато при воспламенении небольшого количества гремучей ртути в металлическом капсюле происходил взрыв
той же силы, какую давал в том же объеме чистый нитроглицерин Другими

Константин РЫЖОВ                                   159

словами, это было как раз то, что нужно, и даже гораздо более того, что надеялся получить Нобель. В 1867 году он взял патент на открытое им соединение,
которое назвал динамитом.

Взрывная сила динамита столь же огромна, как и у нитроглицерина: 1 кг
динамита в 1/50 000 секунды развивает силу в 1 000 000 кгм, то есть достаточную
для-того, чтобы поднять 1 000 000 кг на 1 м. При этом если 1 кг черного пороха
превращался в газ за 0,01 секунды, то 1 кг динамита - за 0,00002 секунды. Но
при всем этом качественно изготовленный динамит взрывался только от очень
сильного удара. Зажженный прикосновением огня, он постепенно сгорал без взрыI ва, синеватым пламенем. Взрыв наступал только при зажигании большой массы
динамита (более 25 кг). Подрыв динамита, как и нитроглицерина, лучше всего
было проводить с помощью детонации. Для этой цели Нобель в том же
1867 году изобрел гремучертутный капсюльный детонатор. Динамит сразу нашел
широчайшее применение при строительстве шоссе, туннелей, каналов, железных
дорог и других объектов, что во многом предопределило стремительный рост
состояния его изобретателя. Первую фабрику по производству динамита Нобель
основал во Франции, затем он наладил его производство в Германии и Англии
За тридцать лет торговля динамитом принесла Нобелю колоссальное богатство около 35 миллионов крон.

Процесс изготовления динамита сводился к нескольким операциям Прежде
всего необходимо было получить нитроглицерин. Это было наиболее сложным и
опасным моментом во всем производстве. Реакция нитрации происходила, если
1 часть глицерина обрабатывали тремя частями концентрированной азотной кислоты в присутствии 6 частей концентрированной серной кислоты. (Уравнение имело следующий вид: СзН,(ОН)з + 3HN03 = C^H^NO,), +
ЗН^О.) Серная кислота в соединении не участвовала, но
ее присутствие было необходимо, во-первых, для поглощения выделявшейся в результате реакции воды, которая в противном случае, разжижая азотную кислоту, тем
самым препятствовала бы полноте реакции, а, во-вторых, для выделения образующегося нитроглицерина из
раствора в азотной кислоте, так как он, будучи хорошо
растворим в этой кислоте, не растворялся в ее смеси с
серной. Нитрация сопровождалась сильным выделением
теплоты. Причем если бы вследствие нагревания температура смеси поднялась выше 50 градусов, то течение
реакции направилось бы в другую сторону - началось
бы окисление нитроглицерина, сопровождающееся бурным выделением окислов азота и еще большим нагреванием, которое бы привело к взрыву. Поэтому нитрацию
нужно было вести при постоянном охлаждении смеси
кислот и глицерина, прибавляя последний понемногу и
постоянно размешивая каждую порцию. Образующийся




Рис. 42-1. Нитрационный аппарат




160

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

непосредственно при соприкосновении с кислотами нитроглицерин, обладая меньшей плотностью сравнительно с кислой смесью, всплывал на поверхность, и его
можно было легко собрать по окончании реакции

Приготовление кислотной смеси на заводах Нобеля происходило в больших
цилиндрических чугунных сосудах, откуда смесь поступала в так называемый
нитрационный аппарат.

Аппарат состоял из свинцового сосуда А, который помещался в деревянном
чане В и закрывался свинцовой крышкой L, которая при работе замазывалась
цементом. Через крышку проходили концы двух свинцовых змеевиков D, находящихся внутри аппарата (через них постоянно подавалась холодная вода). Через
трубку С в аппарат подавался и холодный воздух для размешивания смеси. Трубка F отводила из аппарата пары азотной кислоты; трубка G служила для наливания отмеренного количества кислой смеси; через трубку Н вливали глицерин В
сосуде М отмерялось необходимое количество этого вещества, которое затем впрыскивалось в азотную смесь посредством сжатого воздуха, впускаемого по трубке
О. В такой установке можно было за раз обработать около 150 кг глицерина.
Впустив требуемое количество кислотной смеси и охладив ее (пропуская холодный сжатый воздух и холодную воду через змеевики) до 15-20 градусов, начинали вбрызгивать охлажденный глицерин. При этом следили, чтобы температура
в аппарате не поднималась выше 30 градусов. Если температура смеси начинала
быстро подниматься и приближалась к критической, содержимое чана можно
было быстро выпустить в большой сосуд с холодной водой.

Операция образования нитроглицерина продолжалась около полутора часов
После этого смесь поступала в сепаратор - свинцовый четырехугольный ящик с
коническим дном и двумя кранами, один из которых находился в нижней части,
а другой - сбоку. Как только смесь отстаивалась и разделялась, нитроглицерин
выпускали через верхний кран, а кислотную смесь - через нижний. Полученный нитроглицерин несколько раз промывали от избытка кислот, так как кислота
могла вступить с ним в реакцию и вызвать его разложение, что неминуемо вело
к взрыву. Во избежание этого в герметический чан с нитроглицерином подавали
воду и перемешивали смесь с помощью сжатого воздуха. Кислота растворялась в
воде, а так как плотности воды и нитроглицерина сильно различались, отделить
их затем друг от друга не составляло большого труда. Для того чтобы удалить ?
остатки воды, нитроглицерин пропускали через несколько слоев войлока и пова- ^
ренной соли. В результате всех этих действий получалась маслянистая жидкость ?
желтоватого цвета без запаха и очень ядовитая (отравление могло происходить
как при вдыхании паров, так и при попадании капель нитроглицерина на кожу). \
При нагревании свыше 180 градусов она взрывалась с ужасной разрушительной '
силой.

Приготовленный нитроглицерин смешивали с кизельгуром. Перед этим кизельгур промывали и тщательно измельчали. Пропитывание его нитроглицерином происходило в деревянных ящиках, выложенных внутри свинцом После
смешения с нитроглицерином динамит протирали через решето и набивали в
пергаментные патроны.

Константин РЫЖОВ

161

В кизельгуровом динамите в взрывной реакции участвовал только нитроглицерин. В дальнейшем Нобель придумал пропитывать нитроглицерином различные сорта пороха. В этом случае порох тоже участвовал в реакции и значительно
увеличивал силу взрыва

43. РОТАЦИОННАЯ МАШИНА

Одним из замечательнейших событий в истории техники стало появление в
середине XIX века скоропечатной ротационной машины, позволившей в тысячи
раз увеличить выпуск печатных изданий, прежде всего газет и журналов. Это
изобретение, точно так же как создание в свое время Гутенбергом первого книгопечатного станка, имело огромное влияние на все стороны жизни человечества. В
самом деле, быстрое развитие образования и распространение его в широких
народных массах в XVIII-XIX веках создавало громадную потребность в печатном слове, что повлекло за собой увеличение тиража книг и газет. Между тем
старый печатный станок претерпел очень мало изменений с XVI века и был плохо
приспособлен к тому, чтобы удовлетворить назревшую потребность. Многие типографы в XVIII веке ломали голову над тем, как увеличить его производительность и создать скоропечатную машину. Верный путь был в конце концов найден Фридрихом Кенигом - сыном небогатого прусского фермера. Пятнадцати
лет он поступил учеником в типографию, и с этого времени вся его жизнь была
связана с печатным делом. Еще в 1794 году Кениг сделал первое усовершенствование, создав модель печатной машины с непрерывным, при помощи зубчатых
колес, подниманием и опусканием пиана (пресса). Однако прошло много лет,
прежде чем ему удалось применить свое изобретение на практике. Все хозяева
немецких типографий, к которым Кениг обращался за поддержкой, отвечали ему
отказом. В 1806 году он перебрался в Лондон, и только здесь на его изобретение
обратили внимание.

В 1807 году три лондонских типографии дали Кенигу деньги на постройку
печатающей машины. В 1810 г., при помощи магистра математики Андрея Бауэра, Кениг собрал скоропечатный станок, который за счет различных улучшений
в конструкции мог производить до 400 оттисков в час. Однако этого было недостаточно. Нужна была принципиально новая схема, которая позволила бы полностью или почти полностью исключить ручной труд. В старом станке, как мы
помним, процесс печатания происходил при помощи ряда плоских досок, на
плоский талер ставился набор при помощи плоского декеля, с плоским же рашкетом к набору, намазанному краской, прижимался плоским пианом лист бумаги. Особенно много времени уходило на намазывание набора краской - его постоянно приходилось выдвигать из-под пресса и снова задвигать на место. Сначала Кениг попытался ускорить эту операцию за счет того, что краска на набор
Grana наноситься с помощью специального покрасочного валика. Возможно, отталкиваясь от этой идеи, он решил и пресс сделать не плоским, а цилиндричес
162

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

ким в виде барабана В этом состояла самая важная находка Кенига В 1811 году
он создал первую скоропечатную машину цилиндрического типа, в которой лист
бумаги, будучи положен на цилиндр (барабан), прокатывался этим цилиндром
по укрепленной на талере форме с набором, принимающим краску с вращающегося валика. Из прежних плоских досок в новой конструкции остался только
талер, на который ставился набор, плотно заключенный в металлическую раму
Замена плоских поверхностей вращающимися цилиндрами позволила сразу в
несколько раз увеличить производительность станка

Машина Кенига была для своего времени настоящим шедевром инженерной
мысли, тем более удивительным, что почти все операции она производила автоматически При вращении главного колеса приходил в действие сложный механизм из целой системы зубчатых колес и зубчатых передач, двигавший в нужном
направлении и в нужные моменты все работающие части машины Основными
ее узлами были покрасочный аппарат и печатающий барабан. Между ними взад и
вперед двигалась тележка-талер с набором. Приняв краску от красочного аппарата, талер задвигался под печатающий барабан, который прокатывал по нему лист
бумаги. Таким образом в общих чертах происходил процесс печатания

Красочный аппарат состоял из длинного ящика с краской и нескольких валиков, последовательно передававших эту краску друг другу Верхний металлический валик находился в самом красочном ящике При вращении на него попадал
слой краски, которую по надобности можно было выпускать из ящика в щель,
делая эту щель то толще, то тоньше. С металлического валика краска подавалась
на тонкий валик, который затем спускался с ней на вал, вращавшийся внизу и
двигавшийся не только вокруг своей оси, но также и вдоль нее. С него краска
сходила на голый металлический цилиндр, а уже оттуда попадала на два упругих
барабана, которые растирали ее и распределяли по набору ровным слоем. Такое
сложное устройство красочного аппарата объяснялось тем, что его функция в
ускорении печатанья была очень велика. Краски на набор должно было поступать
ровно столько, сколько необходимо для получения отчетливого оттиска. Ее не
могло быть больше, поскольку в этом случае листки стали бы пачкать друг друга
Краска должна была хорошо растираться и распределяться по набору равномерно

Роль печатающего барабана заключалась в том, чтобы захватить лист чистой
бумаги и прокатать его по набору. На его поверхности располагались специальные захватки, которые то поднимались, то опускались, в зависимости от положения барабана. В то время, когда талер с печатной формой находился под красочными валиками, печатающий барабан оставался неподвижен и захватки его были
подняты. Накладчик, стоявший на высокой скамейке, брал лист бумаги из запаса, лежащего от него по правую руку, и клал ее на косую плоскость довольно
близко к цилиндру, чтобы бумага могла быть взята захватками. При движении
талера назад барабан начинал вращаться. Тогда захватки наподобие пальцев накладывались на лист и увлекали его за собой Лист бумаги обволакивал барабан и
крепко прилегал к нему, прижимаемый тесемками, которые приходились на поля.
Во время движения цилиндра особые иглы (графейки) прокалывали лист посередине, удерживая его от перекоса. При своем круговращении барабан проводил

Константин РЫЖОВ 163

лист над набором, прижимая его.
После того как лист принимал краску, зажимы поднимались, а тесемки
переводили бумагу на другой прибор - <ракет> (приемник), представлявший из себя ряд длинных плоских пальцев; эти пальцы, после перехода на них печатного листа, поднимались и опрокидывали его на
стол, где листы-ложились друг на
друга печатью вверх.

Тем временем талер вновь отодвигался под красочный аппарат. Чтобы




Рис. 43-1. Первая скоропечатная машина
Кенига

при этом обратном движении набор и барабан не соприкасались, одна из сторон
последнего была чуть-чуть срезана. Во время прохода талера барабан, обращенный срезами книзу, оставался неподвижен. Но когда набор становился под красочный аппарат, барабан возвращался в первоначальное положение, приоткрывая захватки для приема бумаги. Таким образом протекала работа на первой машине Кенига. После того как все листы получали оттиски на одной стороне, их
вновь пропускали через машину и печатали на обороте.

Изобретение Кенига заинтересовало прежде всего владельцев крупных газет. В 1814году Кениг собрал для типографии <Тайме> две цилиндрические
машины, которые печатали со скоростью 1000 оттисков в час. Затем он изобрел
машину с двумя цилиндрами, печатавшую одновременно с двух сторон листа.
Заказы на нее стали поступать из разных стран. Разбогатев, Кениг в 1817 году
вернулся в Германию и основал в Вюрцбурге первую фабрику по производству
типографских машин. До своей кончины (в 1833 году) он успел наладить производство печатных машин, печатающих двумя красками. Компаньон Кенига
Бауэр еще более усовершенствовал его изобретение. Очень скоро появились
машины, в которых роль рабочего-накладчика была вовсе устранена, и бумага
подавалась на цилиндры пневматическим аппаратом, который присасывал к себе
край листа. После того как клапаны на барабане захватывали лист, аппарат отстранялся и автоматически подносил следующий лист. Далее было введено еще
одно важное усовершенствование в виде присоединявшегося к машине фальцовочного аппарата, который при передаче в него ракетом листов фальцевал
их, то есть перегибал на нужное число сгибов со скоростью печатания листов.
Таким образом, работа самой сложной скоропечатной машины складывалась из
следующих операций: самонакладчик автоматически подавал лист на цилиндр,
затем, после напечатания одной стороны, при помощи системы тесемок, лист
переходил на второй, расположенный рядом цилиндр, прижимаясь к нему напечатанной стороной; этот второй цилиндр проводил лист над той же формой,
на том же талере, заставлял текст отпечататься с другой стороны; после чего
лист поступал на ракет; оттуда - в фальцовочный аппарат. Движущая сила
машин была различна. В начале XIX века их вращали рабочие-<вертелыцики>;

164

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

затем стали применять паровой двигатель, движение от которого передавалось при помощи бесконечного ремня.




В середине XIX века, когда объемы печатной продукции колоссально возросли, самые быстрые скоропечатные машины, делающие
2000 оттисков в час, уже казались
недостаточно производительными.
Конечно, можно было поставить вторую и третью машины, но такое решение проблемы оказывалось очень

Рис. 43-2. Машина Гоэ в Нью-Йорке

дорогостоящим. Выход был найден в создании ротационной машины, в которой
не осталось ни одной плоской поверхности, и даже талер был заменен вращающимся барабаном. В 1846 году англичанин Эппельгес придумал первую такую
машину с большим вертикальным цилиндром. На этом цилиндре с помощью
перегородок устанавливался набор. Вокруг цилиндра располагались как валики
для краски, так и восемь меньших цилиндров, на которые накладчики подавали
листы. За один оборот большого цилиндра набор проходил мимо восьми меньших цилиндров с положенной бумагой и выдавал сразу восемь листов. В час на
этой машине можно было получить 12 000 оттисков (но только с одной стороны).
Вплоть до 1862 году на такой машине печаталась <Тайме>. Затем она была заменена более мощной машиной американца Роберта Гоэ, работавшей примерно по
тому же принципу. Главный цилиндр с набором, укрепленным планками и винтами, стоял горизонтально, как в обычной печатной машине, а вокруг него располагались десять цилиндров для накладки бумаги, на которой отпечатывался
текст с набора на главном цилиндре по мере протаскивания его по каждому из
десяти меньших цилиндров. Главный вал машины Гоэ имел диаметр полтора
метра. Накладчики бумаги стояли в пять этажей с двух сторон машины. За свои
гигантские размеры она была прозвана Мамонтом.

В сущности, машина Эппельгельса была уже первой ротационной машиной
(от rotation - круговращение), поскольку все ее главные части приняли форму
вращающихся на оси цилиндров. Но она имела два существенных недостатка,
замедляющих ее работу: набор, расположенный на цилиндре, не был закреплен
достаточно прочно и при очень быстром вращении мог рассыпаться, а подача
бумаги происходила вручную отдельными листами. Первое из этих неудобств
было преодолено после изобретения стереотипа - набора, который, в отличие от
прежнего, не составлялся из отдельных литер, а целиком отливался из металла. В
1856 году Джон Вальтер установил, что если мокрый картон вдавить в литеры
матрицы, а затем просушить его в печи, то полученная доска из папье-маше
может служить формой для отливки стереотипов. Для этого поверх набора, зажатого в стальную раму, накладывали лист особым образом приготовленного мокрого картона и жесткими щетинами били по нему до тех пор, пока шрифт не

Константин РЫЖОВ

165

вдавливался в его поверхность. Затем раму с картоном зажимали в пресс
и вдвигали в нагретый станок. Когда
картон высыхал, его снимали с рамы.
При этом на нем оставался вполне
точный вдавленный отпечаток всего
набора. Полученную таким образом
матрицу помещали в отливную форму, так что она образовывала два полуцилиндра, заливали в нее расплавленный металл и получали два по



Рис. 43-3. Ротационная машина Буллока,
первая машина, печатавшая на бесконечной бумажной ленте

луцилиндра, на каждом из которых до последней мелочи был отлит набор одной
рамы. Эти полуцилиндры крепили к валу ротационной машины.

Что касается второй проблемы, то раньше других ее удалось разрешить Вильяму Буллоку, который в 1863 году создал новый тип подлинно ротационной
машины, печатающей не на отдельных листах, а сразу на обоих сторонах бесконечной бумажной ленты. Рулон ее был надет на быстро вращающийся стержень.
Отсюда бумажная лента поступала на цилиндр, прижимавший ее к другому цилиндру с расположенным на нем круглым, состоящим из двух полуцилиндрических, стереотипом. Итак, все основные узлы в машине Буллока были выполнены в виде быстро вращающихся цилиндров. Благодаря этому она печатала более
15 000 оттисков в час. В дальнейшем была достигнута скорость в 30 000 оттисков
(такая машина за 3 минуты обрабатывала бумажную ленту длиной в 1 км). Но
кроме скорости ротационная машина имела множество других преимуществ.
Бумагу можно было пустить через несколько цилиндров и сразу печатать не
только с двух сторон, но и несколькими разными красками. Например, полоса
бумаги, пройдя цилиндр с основной формой для одной стороны и приняв черную краску, проходила другой цилиндр, печатавший черной краской на обороте,
затем поступала к третьему - печатавшему красной краской, и так далее. Когда
бесконечная полоса бумаги принимала все краски, она поступала на последний
цилиндр, на котором был установлен нож, разрезавший полосу на листы. Потом
разрезанные листы переходили в фальцовочный аппарат, составлявший часть машины, и здесь перегибались нужное число раз, после чего машина выбрасывала
готовую сложенную газету или лист книги.

44. ЛИНОТИП

Изобретение Буллока вскоре было дополнено важными нововведениями в
наборном деле. Вплоть до начала XIX века изготовление литер и набор оставались ручными и мало изменились по своей сути со времен Гутенберга. Между
тем в середине XIX века среди издателей отдельных газет (в особенности в Америке) развернулась ожесточенная конкуренция, которая привела к стремлению

166

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

давать наиболее свежий материал: все, что случилось накануне и даже ночью, должно было найти место в утренней газете. Для этого надо было не только
довести до быстроты курьерского поезда печатание газет, но и сам набор производить так, чтобы последние ночные новости в несколько минут были не только
набраны, но также сверстаны и вставлены в полосы газет. Ручной наборщик,
набиравший в час не более 1000 букв, то есть 23 строки, для этого не годился.
Сначала пытались ускорить его работу отливкой наиболее ходовых слогов (так
называемых логотипов), но это мало помогало делу, так как увеличивало количество отделений в наборной кассе и потому только усложняло работу. Тогда появилась мысль механизировать процесс набора.

В 1822 году английский инженер Черч после пятнадцатилетних трудов сконструировал первую, еще не совершенную, наборную машину. Это изобретение
произвело на современников большое впечатление, и газеты поместили обстоятельное описание механического наборщика.

Машина Черча состояла из устойчивой деревянной рамы (двух перпендикулярных столбов, связанных перекладинами), стоящей на подножках, и приводилась в действие нажимом на педаль. В верхней ее части находились пюпитры, на
которых были расположены пеналы с литерами. На нижнем бруске рамы помещалась клавиатура, ее кнопки удерживались в надлежащем положении посредством спиральных пружин. Ударом по клавише нижняя литера освобождалась из
пенала на переднюю часть пюпитра и особым приспособлением направлялась на
его середину. Нажатием ручки литера отсюда попадала в собирательный канал.
__                     Таким образом, из всех ручных операций, которые приходилось выполнять наборщику,
здесь была механизирована только одна - поиск и подача литеры. Практического применения машина Черча не получила, но ее конструкция послужила отправной точкой для всех
последующих изобретателей. В течение нескольких лет было создано еще несколько наборных машин, но все они имели весьма существенный недостаток - в них не была продумана разборка набора и распределение литер
по отделениям кассы, а ведь именно эта работа
отбирала у наборщика очень много времени.




Важным шагом к разрешению этой задачи
стало изобретение датского наборщика Христиана Зеренсена, который в 1849 году создал
свою наборную машину <Тахеогипом>. Эта
машина помещалась на столе и напоминала
пианино. В середине была устроена воронка,
поставленная отверстием кверху. В воронке по
Рис. 44-1. Наборная машина  мешались два цилиндра, внизу наборный, а
Черча                       вверху - разборный. Оба приводились в дви
Константин РЫЖОВ 167

жение посредством зубчатого колеса. Рядом с каждым цилиндром
помещалось одинаковое число прямостоящих медных реек (120 штук)
с выступающим стержнем в виде
ласточкиного хвоста. Каждая литера имела особые прорези (сигна-  рис, 44-2- ^^ с сигнатурами для маши
p"wvt.nrinr^ с-мм-и-w>


 ,                .          ны Заренсена
туры), соответствующие форме какого-либо из стержней, они нанизывались на эти стержни одна задругой и направлялись в середину аппарата. Когда рабочий ударял по какой-то клавише,
освобождалась надлежащая буква, которая затем попадала через желобок в воронку, а оттуда на верстатку. Когда строка заканчивалась, второй наборщик выравнивал ее. Разборка шрифта происходила одновременно с набором. Разборный
цилиндр имел столько же каналов, сколько было литер. Над каналами верхнего
цилиндра находилась металлическая касса, прорези в которой соответствовали
сигнатурам литеры. Разбираемая строка продвигалась по металлической полосе,
и каждая буква попадала в соответствующее отверстие, где нанизывалась на стержень.

Идея сигнатур оказалась очень плодотворной и получила применение в позднейших наборных и словолитных машинах, но сама машина Зеренсена почти
не применялась. Более широкое распространение получила машина Фрезера,
фактически состоявшая из двух - наборной и разборной.

В наборной машине литеры помещались рядами в каналах, расположенных
горизонтально. Ряды литер подталкивались к отверстиям каналов особым пружинным устройством. У отверстий каналов имелись приспособления, выталкивающие литеры; последние с каждым ударом клавиши падали одна за другой
между ребрами воронки и попадали в собиратель. Выравнивание строк производил второй наборщик.

Совершенно новый принцип применил Фрезер для разборной машины. Разбор происходил посредством работы на клавиатуре. Там, где на наборной машине
находились каналы с литерами, в разборной машине находилась гранка с разбором. От последней особым приспособлением отделялись форматные строки и
устанавливались в одну длинную строку, подходившую к воронке, имевшей
опрокинутый вид. Разбираемые литеры попадали в каналы переносных магазинов не прямо, а размещались вначале в распределителях. Машина Фрезера оказалась одной из лучших. Она получила распространение в Англии и Америке и
употреблялась во многих типографиях вплоть до начала XX века.

Перед всеми создателями наборных и словолитных машин стояло труднейшее препятствие, мешавшее полной механизации процесса набора - как добиться того, чтобы все строки имели одинаковую длину? Даже в самых лучших машинах эту операцию приходилось выполнять вручную. Только в 1872 году американец Меррит Гелли запатентовал машину с автоматическим выравниванием
GTpOK. Решение, найденное им, оказалось гениальным по своей простоте. Вместо
пробела (когда надо было отделить одно слово от другого) из магазина машины

168 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

подавался плоский клин, более толстый книзу и тонкий кверху, который становился в ряд с матрицами. Когда набор строки заканчивался, достаточно было
надавить на литеры. При этом клинья передвигались, так что расстояния между
словами увеличивались и строки получали определенную одинаковую длину.

Одновременно с наборными машинами совершенствовалась техника отливки
литер. В 1838 году американец Давид Брэс изобрел литеролитную машину, которая затем вошла во всеобщее употребление. В машине находился небольшой
плавильный тигель с расплавленным металлом для литер (он состоял из 70 частей свинца и 30 частей сурьмы). Все операции машина выполняла автоматически
при повороте рабочего колеса. Во время первой части движения поднимался поршень насоса, и в насос проникал расплавленный металл. При этом подвигалась
литерная форма, отверстие которой примыкало прямо к отверстию трубки, выбрызгивающей расплавленный металл. Затем поршень опускался, и металл попадал в литейную форму. После этого форма отодвигалась, раскрывалась и выкидывала букву. Но каждую литеру затем еще необходимо было отшлифовать и
обрезать по ее краям лишний металл. Эта работа проводилась уже вручную. Машина Брэса применялась в течение 50 лет. Правда, уже в 1853 году Джонсон
создал комплексную словолитную машину, в которой не только отливка, но и
дальнейшая обработка литер происходила автоматически.

Долгое время словолитные и наборные машины развивались независимо друг
от друга. Однако подлинный переворот в наборном деле произошел только после
того, как появилась идея объединить две эти машины в одну. В 1886 году подмастерье часовых дел Оттмар Маргенталер из
Балтимора, используя конструкторские находки многих своих предшественников, создал
машину, которая получила название <линотип>.
Она не составляла строки из литер, а отливала
их целиком, что сразу резко повысило производительность набора. На линотипе Маргенталера работа шла так. Наборщик, сидя перед клавиатурой и имея перед глазами оригинал набора, ударял по той или иной клавише. При каждом ударе из магазина, расположенного наклонно вверху машины над клавиатурой, выпадала
из своего желобка матрица и по бесконечному
ремню скользила вниз к находившейся по левую сторону от наборщика верстатке (собирателю матриц). По окончании строки наборщик
нажимом рычага переводил всю строку матриц
к отливочной форме, около которой находился
котелок с расплавленным типографским металлом. Когда строка матриц устанавливалась перед отливной формой, происходило выравниРис. 44-3. Словолитная машина вание ее длины с помощью плоских клиньев




Константин РЫЖОВ

169

так, как это было описано выше. После
этого отливочная форма прижималась
к отверстию у тигля. Из котелка металл
приливался к матрицам, строка отливалась, затем тут же застывала, обрезалась,
шлифовалась и еще в горячем виде выталкивалась на строкособиратель, становясь в ряд с другими ранее отлитыми
строками. Между тем клинья отделялись
от матриц и становились на свое место,
особая рука захватывала матрицы, поднимала их к верхнему краю магазина и благодаря особым нарезам на матрицах, различным для каждой матрицы,
последние, скользя по бесконечному
винту, попадали каждая в свой желоб.

Линотип имел для каждой матрицы
несколько типов и размеров шрифтов и
давал возможность набрать газету с начала до конца, с заголовками, подзаголовками, объявлениями и прочим.
Опытный наборщик успевал набрать на




Рис. 44-4. Линотип Маргенталера

нем до 12 000 букв за час. Такое значительное ускорение по сравнению с ручной
работой было чрезвычайно важно и отвечало давно назревшей потребности. За
это говорит также коммерческий успех нового изобретения. Несмотря на свою
сложность и значительную стоимость, линотипы получили широкое распространение по всему миру. Уже в 1892 году их было выпущено более 700 штук.

45. ПИШУЩАЯ МАШИНКА

Машинная революция в 70-е годы XIX века затронула даже такую, казалось
бы, далекую от техники область, как письмо. Испокон веков человек пользовался для начертания письменных знаков только своей рукой. С изобретением пишущей машинки он мог поручить эту операцию механизму. Вместо того, чтобы
выписывать буквы, теперь достаточно было ударить по нужной клавише. Появление пишущей машинки привело к значительным сдвигам во многих областях
человеческой деятельности и подняло на более высокий уровень культуру делопроизводства. Скорость и качество канцелярской работы возросли в несколько раз.
В самом деле, научиться писать может каждый, но не все могут писать быстро и
в то же время четко, разборчиво и красиво. Между тем распространение пись^нных сношений между людьми, увеличение числа деловых бумаг и коммер^ской корреспонденции, требующих особой отчетливости рукописи, а также

170

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 45-1. Ктипограф Програна

многие другие причины (например, желание ускорить работу наборщиков, которые, набирая текст со слепой рукописи, часто работали медленно и делали
ошибки) вызвали стремление изобрести
буквопечатающую машину, которая была
бы доступна каждому и позволяла бы
сразу и быстро получать один или несколько экземпляров аккуратной и быстро читаемой рукописи. Несколько моделей пишущих машин появилось еще
в XVIII веке, но они работали настолько
медленно, что не могли иметь практического значения.

Одна из первых известных пишущих машинок была собрана в 1833 году
французом Прогрином. Его ктипограф состоял из 88 рычагов, соединенных с
буквенными и цифровыми штемпелями. Рычаги располагались по окружности и
передвигались вдоль и поперек листа бумаги на особых салазках. Понятно, что
работать на такой машинке было трудно и неудобно.

В 1843 году Шарль Турбер взял патент на изобретенную им печатную машинку, предназначенную для слепых. Именно ему принадлежала очень плодотворная идея рычажной передачи движения букв, примененная позже во всех
пишущих машинках. Были и другие конструкции печатающих устройств. Однако пишущая машинка в современном смысле этого слова появилась только тридцать лет спустя, и не в Европе, а в Америке.

В 1867 году два американских типографщика Леттам Шоулз и Самуэль Сулле изобрели машину для печатания номеров, которую можно было использовать
для нумерации страниц, а также для печатания номеров и серий банковских
билетов. Один из знакомых Шоулза, заинтересовавшись новым устройством,
предложил им, используя принцип этой
простой печатной машинки, создать
пишущую машину, которая вместо знаков и цифр могла бы печатать буквы и
слова. Эта мысль увлекла Шоулза. Поначалу он продолжал работать вместе с
Сулле.




Летом была готова первая однобуквенная печатающая машинка. Она со
стояла из старого телеграфного ключа
форме клавиши, стеклянной пластинк
и некоторых других частей. Шоулз КЛЕ
на стеклянную пластинку угольную лен

Рис. 45-2. Первая однобуквенная пишу-  ту и тонкий лист белой бумаги, затем,
щая машинка Шоулза и Сулле          двигая одной рукой бумагу, он другой

Константин РЫЖОВ                                   171

нажимал на телеграфную клавишу, на которой находилась вырезанная из латуни
буква <В> В результате на бумаге получался оттиск Осенью того же года был
создан первый образец многобуквенной пишущей машинки. Она работала настолько хорошо, что писала быстро и отчетливо, но была еще очень неудобна для
практического использования, так как имела плоскую клавиатуру (как на пианино) и печатала только большими буквами. В 1868 году на эту машинку был
получен патент, после чего Сулле потерял к ней интерес Но Шоулз решил во
что бы то ни стало создать такой образец машинки, который можно было бы
запустить в производство. Один из его знакомых, Дексимор, оказал ему финансовую поддержку. Шоулз с головой ушел в работу В следующие пять лет он
изготовил около 30 моделей машинок, причем каждая следующая была лучше,
чем предыдущая, но по-прежнему далека от совершенства.

Только в 1873 году была создана достаточно надежная и удобная модель
пишущей машинки, которую Шоулз предложил известной фабрике Ремингтона, выпускавшей оружие, швейные и земледельческие машины. В 1874 году
первая сотня машинок уже была пущена в продажу. Знаменитый американский
писатель Марк Твен был одним из первых ее покупателей. Именно на ней он
отпечатал своего <Тома Сойера>. Возможно, это было первое классическое, сочинение созданное за пишущей машинкой. Однако в целом положение оставалось не совсем удовлетворительным. Еще восемь лет пришлось приучать публику к этой удивительной технической новинке. Много машинок из первой
серии было возвращено в магазины, некоторые с испорченными частями. Долгое время на пишущие машинки смотрели как на предмет роскоши. Но постепенно положение менялось Деловые конторы, фирмы и банки были первыми,
кто по достоинству оценил новое изобретение. Уже в 1876 году был налажен
массовый выпуск машинок. Первые <ремингтоны>, хотя имели такой же принцип действия, как современные печатные машинки, все же отличались некоторыми специфическими особенностями. Например, текст в них печатался под
валиком и не был виден. Чтобы посмотреть на работу, надо было приподнять
тележку, для этой цели расположенную на шарнирах. Понятно, что это было не
совсем удобно.

Между тем пример Шоулза вдохновил и других изобретателей. В 1890 году
Франц Вагнер получил патент на машинку с горизонтально лежащими буквенными рычагами и с видимым при печатании шрифтом. Права на ее производство
он продал фабриканту Джону Ундервуду. Эта машинка оказалась настолько удобной, что вскоре стала пользоваться массовым спросом и Ундервуд заработал на
ней огромное состояние. Сам изобретатель не был, впрочем, так удачлив и умер
в бедности. С 1908 года <Ремингтон> тоже стал выпускать машинки с видимым
шрифтом. После <Ундервуда> появились пишущие машинки других фирм, в
том числе несколько европейских разработок Но в первые десятилетия своего
существования это изобретение более соответствовало американскому образу
жизни. По крайней мере, вплоть до начала XX века львиная доля всех производимых и покупаемых машинок приходилась на США. Принцип действия у всех
этих машинок в общих чертах был один и тот же.




172 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 45-3. Шаговый механизм

Наверно, нет человека, который бы не видел работы пишущей машинки.
Поэтому нет нужды подробно описывать ее действие и устройство. Главные части машинки составляли: клавиатура с системой рычагов, каретка с валиками для
бумаги и чугунная оправа механизма, установленная на деревянной доске. Каретка (подвижная тележка, несущая бумагу) несла на себе твердый каучуковый
цилиндр и параллельный ему деревянный валик, между которыми и проходила
бумага. При работе машинки каретка автоматически двигалась справа налево после
оттиска каждой буквы. При нажатии на определенную клавишу, поднимался связанный с ней рычаг, который имел на себе стальную вырезанную букву. Эта
буква ударяла по резиновому валику, по которому передвигалась бумага. Все
буквы били в одну точку, так как были расположены по образующей цилиндра.
Между бумагой и буквой автоматически проходила специальная лента, пропитанная черной или цветной краской. Стальная буква, ударяя в ленту, отпечатывала на бумаге
свой оттиск. На каждом рычаге помещались две буквы. Для того
чтобы напечатать вторую надо было
сдвинуть нажимом на особую клавишу каучуковый цилиндр (переместить его в верхний регистр).




При ударе по клавише не только
приходил в движение соединенный
с ней рычаг, но путем зубчато-конического зацепления поворачивалась на определенный угол катушки
Рис. 45-4. Печатающий механизм     с лентой, которая сматывалась с од
Константин РЫЖОВ

173

ной из них и наматывалась на другую, так что следующая буква ударялась по
другому месту ленты. Когда вся лента проходила под шрифтом, особым рычагом
менялось направление ее движения, и катушки начинали вращаться в обратную
сторону. Одновременно с движением ленты навстречу ей под действием пружины перемещался упругий резиновый валик, несомый кареткой и поддерживающий бумагу. Обратное движение каретки производилось от руки

Таким образом, каждое нажатие на клавишу вызывало сразу три действия
машинки: 1) буква оставляла оттиск на бумаге; 2) каретка смещалась на один шаг
влево; 3) перемещалась лента. Все это достигалась благодаря взаимодействию
различных частей пишущей машинки, главными из которых были печатающий
механизм, шаговый механизм и ленточный механизм. Рассмотрим кратко, как
происходила работа каждого из них.

Передвижение каретки осуществлялось за счет пружины, шагового колеса

(21) и двух собачек После того как происходило нажимание на клавишу, в
момент удара буквенного рычага о вал, задерживающая собачка (20) соскакивала
с зубца шагового колеса. Одновременно зубец шагового колеса входил в зубец
пропускной собачки, которая останавливала каретку для напечатывания буквы.
Вслед за ударом (напечатыванием) и отскоком буквенного рычага от вала, каретка
продвигалась влево на один зубец шагового колеса, которое вместе с кареткой
вновь задерживалось собачкой (20) до следующего удара.

В то же время при ударе по клавише (1) клавишный рычаг (3) опускался вниз
и через нипель (26) передавал движение промежуточному рычагу (5) по направлению, указанному стрелкой. Нипель промежуточного рычага (6) в свою очередь
давал толчок буквенному рычагу (9), который плечом рычага (16) отодвигал
дугу сегмента (17) и приводил в действие шаговый механизм с пропускной и
задерживаемой собачками. При следующем ударе по клавише повторялась та же
работа печатающего устройства. После того как клавишу отпускали, пружина

(22) ставила клавишный рычаг в исходное положение, таким образом возвращая
в исходное положение всю систему рычагов.




Рис. 45-5. Ленточный механизм

174

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Тем же нажатием клавиши, как уже говорилось, приводился в действие ленточный механизм, назначение которого состояло в том, чтобы непрерывно переводить ленту с одной катушки на другую, подставляя для нового удара буквенного рычага по бумаге свежее красящее место. При каждом ударе по клавишному
рычагу центральный стержень (2) поворачивался, сообщая свое движение посредством шестеренок (5 и 30) боковому стержню (29), на котором была насажена
катушка с лентой (24).

46. ЖЕЛЕЗОБЕТОН

Изобретению железобетона предшествовало открытие цемента - особого вяжущего вещества, способного затвердевать после добавления к нему воды. В 1796
году англичанин Паркер путем обжига смеси глины и извести получил романцемент - первую в истории марку цемента. В последующие годы были открыты
новые рецепты получения цемента. Смешанный в определенных пропорциях с
гравием, песком и водой цемент образовывал бетон Благодаря своим пластическим свойствам (сырой его массе можно придать любую форму, которая потом
сохранялась после застывания) бетон в первой половине XIX века широко вошел
в употребление при строительных работах. Конструкции из бетона обладали высокой прочностью на сжатие, огнестойкостью, водостойкостью, жесткостью и
долговечностью. Но они, как и любой камень, плохо выдерживали нагрузку на
растяжение, поэтому их использование было достаточно ограниченным. Бетон
применяли в основном для сооружения тонких перегородок и балок пролетом до
4 м. Основным материалом для несущих конструкций служило железо в виде
разного рода кованых стержней и полос. В отличие от бетонных, железные конструкции прекрасно выдерживали нагрузку на сжатие, растяжение и изгиб, но на
открытом воздухе они быстро теряли эти качества из-за коррозии. К тому же
было замечено, что при нагревании свыше пятисот градусов железо становится
текучим и теряет свою прочность. В результате, при сильных пожарах высотные
дома, где несущая нагрузка была возложена на железные части, разрушались. К
концу XIX века стала ощущаться сильная потребность в новом строительном
материале, который сочетал бы в себе достоинства железа и бетона, но не имел бы
их недостатков. Именно таким материалом и стал железобетон. Применяя по
отдельности бетон и железо, строители долго не задумывались над тем, что их
можно соединить вместе. К этому пришли опытным путем. Между тем положенная в опалубку арматура легко обволакивалась бетоном и оказывалась включенной в его массу. Вследствие большой силы сцепления железа с бетоном оба материала начинали работать как одно целое (очень важно, что бетон и железо имеют
одинаковый коэффициент температурного расширения).

Впервые патент на использование железобетона взял в 1854 году английский
штукатур Вильям Уилкинсон. В дальнейшем он широко применял железобетон
при строительстве перекрытий, а в 1865 году возвел в Ньюкастле-на-Тайне не

константин РЫЖОВ 175

большой домик, целиком из железобетонных конструкций Из железобетона здесь
были выполнены не только стены и перекрытия, но также лестницы, ступени и
дымовая труба По всей видимости, это был первый в истории железобетонный
дом Однако открытие Уилкинсона не получило широкого распространения и
осталось не замеченным. Одновременно с Уилкинсоном свои опыты с железобетоном начал во Франции строительный подрядчик Куанье Он построил с использованием этого материала несколько зданий, а в 1861 году опубликовал небольшую брошюру <Применение бетона в строительном искусстве>, в которой, в
частности, писал, что железные стержни, включенные в бетон, увеличивают несущую способность бетона. Но открытие Куанье тоже не имело продолжения.
Его фирма разорилась.

Честь открытия железобетона связывается поэтому с именем другого француза - Жозефа Монье. Есть какая-то странная ирония в том, что два профессиональных строителя, несмотря на все усилия, не смогли внедрить в строительную
практику железобетон, но зато это удалось сделать человеку, весьма далекому от
строительства, который и изобретение свое сделал совершенно случайно Монье
работал садовником в садоводческой фирме <Братья Флер> в Версале С 1861 года
он начал проводить опыты по изготовлению из песка и цемента садовых кадок.
Вскоре ему удалось сделать бетонную кадку, в которой было посажено апельсиновое дерево Спустя некоторое время Монье обнаружил трещины в стенках этой
кадки Тогда он укрепил ее железными обручами из проволоки Железо вскоре
стало ржаветь, образуя грязно-бурые пятна и подтеки на поверхности кадки Чтобы улучшить ее внешний вид, Монье обмазал ее сверху цементным раствором.
Получившаяся таким образом железоцементная кадка оказалась настолько хороша, что Монье пришел к мысли и впредь делать кадки подобным образом

Существует мнение, что Монье действовал не только опытным путем, но был
знаком с работой Куанье и заимствовал его идею. Но, как бы то ни было, ему
повезло больше. Монье не только заслужил официальную славу создателя железобетона, но и сумел извлечь из своего изобретения некоторые материальные
выгоды. В 1867 году он взял свой первый патент на переносные садовые кадки из
железа и цементного раствора. Не успокоившись на этом, он начал производить
с этим материалом новые эксперименты. В 1868 г Монье построил в МайсонсАлфорте небольшой железоцементный бассейн и в том же году взял патент на
железоцементный резервуар и трубы. В 1869 г он сделал патентную заявку на
железоцементные плиты и перегородки и построил железоцементное перекрытие
над своей мастерской Строго говоря, с современной точки зрения, все эти изобретения еще не были железобетоном. Монье, не будучи профессиональным строителем, имел весьма смутные понятия о том, как взаимодействуют между собой
бетон и железо. Он, к примеру, рекомендовал укладывать проволочную сетку в
плите строго посередине ее сечения, в то время как рациональнее всего было
Располагать ее в нижней части конструкции Однако это ни в коей мере не принижает его славы как первооткрывателя одного из самых замечательных и широко используемых строительных материалов XX века Действительно - до Монье
над созданием железобетона работало несколько изобретателей, но именно ему

176 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

принадлежит заслуга его разностороннего практического применения. Раз добившись успеха, Монье в дальнейшем постоянно думал над расширением сферы
применения своего изобретения. В 1873 году он получил патент на железобетонный мост, а в 1875 году представил экспертной комиссии его модель, которая
выдержала испытание нагрузкой. В том же году изобретатель построил по этой
модели пешеходный мостик с пролетом 16 м и шириной 4 м. В 1878 году ему
был выдан патент на железобетонные балки и шпалы, а в 1880 году - объединенный патент на все заявленные им ранее конструкции. Тогда же он сделал
заявки на свои изобретения в Германии и России.







Рис 46-1. Чертежи железобетонных балок и шпал из патента Монье от 1878г

Нельзя, впрочем, сказать, что новый материал сразу получил повсеместное
признание. Крупномасштабное применение железобетона началось только в следующем веке, когда железобетонные конструкции Монье были усовершенствованы другими инженерами и когда было разработано фундаментальное учение о
железобетоне, раскрывшее его замечательные свойства. В XIX веке к этому был
сделан только первый шаг. В 1879 году немецкий инженер Вайс, имевший свою
строительную фирму, заинтересовался железобетоном и купил у Монье патентное право на применение его системы в Германии. Вслед за тем он скупил и все
остальные его патенты. Именно благодаря Вайсу новый материал стал широко
известен. В 1886 году по указанию Вайса были проведены научные опыты по
исследованию свойств железобетона, давшие самые блестящие результаты Однако действительно самостоятельным и новым строительным материалом железобетон стал лишь после того, как Вайс в 1887 году перенес арматуру из середины
сечения, куда ее укладывал Монье, в нижнюю зону балки или плиты, испытывавших в этой части наибольшую нагрузку на растяжение. Известно, что Монье,
увидев изготовление плиты на одной из берлинских строек, запротестовал против новой технологии, сердито спросив: <Скажите, кто изобретатель этой конструкции - вы или я?> На это Вайс спокойно ответил' <Вы первый соединили
железо с бетоном, и поэтому я называю эту конструкцию системой Монье, но я

Константин РЫЖОВ 177

первый правильно расположил железо и бетон, хотя, к сожалению, я не мог
получить на это патента>. Благодаря новшеству Вайса пролет железобетонной
плиты был увеличен до 5 м С этого времени железобетонные плиты стали получать все более многогранное применение в строительстве

Железобетон, например, произвел настоящую революцию в мостостроении,
позволив разрешить множество затруднений, до этого казавшихся непреодолимыми. Раньше для сооружения мостов применяли тесаные камни точных размеров и железо специальных марок. Для укладки на место тяжелых камней и элементов металлических конструкций требовались мощные подъемные механизмы
и особые транспортные приспособления Между тем применение железобетонных конструкций не требовало крупных средств, так как большую часть их компонентов составляли широко распространенные в природе песок и гравий, которые можно было добывать на месте строительства. Укрытое в бетон железо не
ржавело и сохраняло свою прочность намного дольше Вместе с тем железобетон
показал высокую огнестойкость. В то время как железные балки быстро разрушались при сильном пожаре, железобетонные конструкции выдерживали действие
сильного огня в течение 4-5 часов. Огромный интерес к железобетону появился
после грандиозного пожара в Балтиморе в 1904 году, когда сгорело и разрушилось около 300 больших зданий, построенных с применением открытых железных конструкций. С этого времени все несущие конструкции делали только из
железобетона. Широчайшее применение получил железобетон и в фортификации, поскольку показал вчетверо булыиую прочность по сравнению с обычным
бетоном.

47. ПРОКАТНЫЙ СТАН

Прокатка - одно из важнейших изобретений, сделанных человеком за время
его многовекового знакомства с металлами. Уже давно было замечено, что изделия, имеющие одинаковое сечение по всей своей длине (например, рельсы, уголки, балки, листы, пруты) гораздо проще получать пропуская их между двумя
валками, чем путем традиционной ковки. Можно даже сказать, что такой способ
не только самый удобный, но и вообще наилучший Без него не могло быть и
речи о строительстве дешевых железных дорог, железных мостов, железных судов
и еще многого и многого другого. Ведь именно благодаря прокатке появилась
возможность придавать железным и стальным заготовкам полное единообразие.
Нетрудно представить, скольких усилий потребовала бы от кузнеца, например,
отковка каждого рельса или колеса железнодорожного вагона Между тем, с помощью проката получить такие изделия несложно, притом в большом количестве и высокого качества. Поэтому уже в конце XVIII века прокатка стала одним
из основных звеньев производственного цикла металлургических заводов, постепенно вытесняя ковку А зародилась она еще в средние века при изготовлении
Тонких листов мягкого металла (например, свинца), которые можно было прока
178 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 47-1. Прокатка свинцовых листов
в 1615г.

тывать вручную без предварительного
нагрева. Древнейшее изображение такого
простого прокатного станка можно видеть на гравюре 1615 года.           |

Прокатка в горячем состоянии стала !
известна лишь в начале XVIII века, причем сначала этим способом готовились
более или менее тонкие железные лис-1
ты, но уже с 1769 года начали подобным образом прокатывать проволоку.
Первый прокатный стан для железных
болванок был предложен английским
изобретателем Кортом, когда он работал над своим методом пудлингования.
Корт первый сообразил, что при изготовлении некоторых изделий рациональнее поручить молоту только отжимку
шлаков, а окончательную форму при

давать путем прокатки. В 1783 году он получил патент на изобретенный им
способ проката фасонного железа с помощью особых вальцов. Из пудлинговой
печи крица поступала под молот, здесь она проковывалась и получала первоначальную форму, а затем пропускалась через вальцы. Этот способ получил потом
большое распространение. Но только в XIX веке техника проката была поставлена на должную высоту, что во многом было связано с интенсивным строительством железных дорог. Тогда были изобретены прокатные станы для производства рельсов и вагонных колес, а потом
и для многих других операций.




Прокатный стан - это машина для
обработки металлов давлением между
вращающимися валками. Устройство
прокатного стана в XIX веке было несложным. Вращающиеся в противоположные стороны валки захватывали добела раскаленную металлическую полосу и, сжимаясь большей или меньшей
силой, проводили ее между своими поверхностями. Во время прохода заготовки происходили два тесно связанных
между собой процесса. Во-первых, металл изделия подвергался сильному обжатию при высокой температуре, и, вовторых, заготовка приобретала необхоРис. 47-2. Станина прокатного ста-     димую форму. При этом, например,
на (вид сбоку и разрез)                железо получало свойства, которые не

Константин РЫЖОВ 179

имело от природы Отдельные зерна металла, которые до прокатки располагались
в его массе в беспорядке, в процессе сильного обжатия вытягивались и образовывали длинные волокна Мягкое и ломкое
железо становилось после этого упругим
и прочным

Валки помещались между мощными
станинами Внешний вид и разрез такой
станины изображены на рисунке




Рис 47-3 Валки для прокатки Т-образного железа

Цапфы валков помещались в подшипники. Обычно нижний подшипник m
был неподвижным. Верхний подшипник мог передвигаться вверх и вниз с помощью болтов h. Винт е, с помощью которого устанавливался вкладыш, брал на
себя все давление, оказываемое на него. Между ним и вкладышем обыкновенно
вставлялся предохранительный колпачок ?, лопавшийся как только давление на
вал достигало опасного предела Этот дешевый колпачок, который легко заменить, действовал как предохранитель от поломки других, более важных частей
механизма (поломка могла легко произойти в том случае, если валки захватывали слишком толстую заготовку и не выдерживали давления) При прокатке верхний валок лежал цапфами на хомуте d, снабженном вкладышем е и подвешенном на двух болтах. Для связи двух таких станин между собой служили четыре
толстых болта, проходившие через отверстия п поперечины и закладываемые за
выемку Ь. Для сцепления валков с двигателем служила муфта. Нижний валок
приводился в движение непосредственно от паровой машины, и ось ее совпадала
с главной осью ее вала. К верхнему валку движение передавалось с помощью
зубчатой передачи.

Форма изделия зависела от формы валков. Валки с гладкой поверхностью
применялись для изготовления плоского железа, например листов Для прокатки
фигурных сортов их снабжали соответствующими цели выемками - калибровали. Проходя между ними, заготовка получала нужную форму, то есть превращалась в полосу округлого, квадратного, продолговатого, четырехугольного или
другого сечения.

Из рисунка видно, что нужный профиль придавался изделию не сразу, а
постепенно. Болванка последовательно
проходила через целый ряд валков, из
которых лишь последний имел форму
готового сортового железа Черным цветом показан профиль, который приобретал постепенно сырой металл по мере прокатки в разных валках.




К концу столетия техника проката
настолько усовершенствовалась, что этим
путем стали получать не только сплош
Рис 47-4. Валки для прокатки углового железа

180

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 47-5. Прокатка труб на стане
Меннесманов: 1 - заготовка; 2 - валок; 3 - оправка

ные, но и пустотелые изделия В
1885 году братья Меннесманы изобрели способ прокатки бесшовных железных труб. До этого трубы приходилось
изготовлять из железного листа, - их
сгибали и сваривали. Это было и долго,
и дорого. На стане Меннесманов круглую болванку пропускали между двумя
косо друг к другу поставленными валками, действовавшими на нее двояким
образом. Во-первых, вследствие сил трения между валками и заготовкой последняя начинала вращаться Во-вторых,
вследствие формы валков точки средней их поверхности вращались быст

рее крайних. Поэтому, из-за косого расположения валков заготовка как бы ввинчивалась в пространство между ними. Если бы болванка была твердой, она бы
не смогла пройти. Но так как ее предварительно сильно разогревали до белого
каления, металл заготовки начинал скручиваться и вытягиваться, а в осевой
зоне проходило его разрыхление - возникала полость, которая постепенно распространялась по всей длине заготовки. Пройдя через валки, заготовка насаживалась на специальный стержень (оправку), благодаря чему внутренней полости
предавалось правильное круглое сечение. В результате выходила толстостенная

труба.

Чтобы уменьшить толщину стенок, трубу пропускали через второй так называемый пилигримный прокатный стан. Он имел два валка переменного профиля.
При прокатки трубы расстояние между валками сначала постепенно уменьшалось а затем делалось больше диаметра трубы. Цикл прокатки состоял из двух
периодов - рабочего и холостого. Во время рабочего периода труба, в которую
была введена спиральная оправка, захватывалась валками и обжималась до диаметра готовой трубы. При этом стенки ее делались тоньше, а сама она вытягивалась (валки как бы снимали слой кольцевого металла и раскатывали его до заданной толщины). Затем начинался холостой период, когда диаметр калибра превышал диаметр трубы. В это время заготовка выходила из контакта с валками и обработка данного участка заканчивалась. Заготовка продвигалась вперед и поворачивалась вокруг оси на
90 градусов (для более равномерной отделки). Цикл таким образом повторялся на последующих участках трубы
Рис. 47-6. Прокатка трубы в раскатном стане




Константин РЫЖОВ 181

48. НЕФТЕПРОВОД

Во второй половине XIX века получил новое развитие древний трубопроводный транспорт. Замечательной была сама идея использовать трубопровод для
транспортировки нефти и газа. Таким образом была разрешена проблема доставки нефти с далеких месторождений на нефтеперерабатывающие предприятия,
чрезвычайно остро стоявшая в свое время. Впервые с ней столкнулись в США.
Из-за невероятно быстрого развития нефтедобычи в Калифорнии, здесь возникли затруднения с транспортировкой нефти. Мелководные реки, содержащие нефть,
могли обслуживаться только плотами. Одно время пытались повысить их уровень с помощью горных источников. Воды их собирались в специальном водохранилище и раз-два в неделю направлялись в мелководную речку, содержащую
нефть. Тогда вниз по течению пускались целые караваны барж, число которых
доходило до 500. Они доставляли вместе 20-25, даже 40 тысяч бочек нефти. Но
такой способ был неудобен и требовал больших затрат. Более экономично было
бы перевозить нефть по железной дороге. Однако в течение многих лет полагали,
что нефтяные источники могут иссякнуть в любой момент, и поэтому не прокладывали к ним железных дорог. Это было сделано лишь много позднее. Вначале
нефть отправляли в бочках, впоследствии стали употреблять для этой цели специальные вагоны-цистерны (поначалу деревянные, а потом - железные).

В те же годы сразу у нескольких инженеров возникла идея использовать для
перекачки нефти трубопровод. Однако многим этот способ казался рискованным
и трудноосуществимым. В I860 году инженер Керне предложил проложить нефтепровод с диаметром трубы в 150 мм вдоль реки Огайо на расстояние около
50 км. Это предложение не было поддержано хозяевами месторождений. Три года
спустя был проведен нефтепровод меньшего диаметра, но трубы его были соединены недостаточно прочно, так что его пришлось остановить. Этот первый нефтепровод, функционировавший на практике, имел б км длины и пропускал ежедневно 80 бочек нефти. В 1866 г. был построен нефтепровод длиной 16 км. Его
конструктор Чарльз Гетч считал, что достаточно одного насоса для нагнетания
нефти по всей длине трубы. Многие сомневались, что это возможно. Поначалу
даже сама мысль проводить нефть на целые мили через горы и овраги с помощью
насоса казалась нелепой и смешной. Однако Гетч, не прислушиваясь к досужим
рассуждениям, доверился своим расчетам. Когда сооружение трубы было закончено, он расположился у одного конца нефтепровода и телеграфировал инженеру
на другом его конце, чтобы тот включил насос и начал медленно нагнетать нефть.
Трубопровод имел 50 мм в диаметре и мог вместить 180 бочек нефти. Гетч ждал,
но нефть не появлялась. Так прошло несколько часов. Почти никто уже не верил
в успех предприятия. Наконец послышалось легкое громыхание. Шум все усиливался, и вдруг нефть показалась у конца трубы. Ей потребовалось четыре часа на
то, чтобы дойти до приемной станции. Это был исторический момент. Таким
образом, Гетч доказал, что передача нефти по трубам на далекое расстояние не
пустая химера, а вполне посильная для разрешения техническая задача. По нефтепроводу Гетча можно было доставлять до 2000 бочек в сутки. Вскоре были

182 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

проложены и другие нефтепроводы, причем длина их все увеличивалась Принцип работы первых нефтепроводов был очень прост Они состояли из двух главных станций - приемной и сдаточной, между которыми прокладывалась железная труба На приемной станции устанавливались насосы, назначение которых
состояло в том, чтобы брать нефть из отборных резервуаров и нагнетать ее по
трубам к резервуарам достаточной станции Если расстояние было значительным,
предусматривались промежуточные станции со своими насосами В 1874 году
был сооружен нефтепровод из Пенсильвании в Питсбург Он имел трубу 100 мм
в диаметре и 90 км в длину - нечто колоссальное для того времени - и пропускал 7500 бочек в день

49. ВЕЛОСИПЕД




Рис 49-1 Драйс на своей <беговой машине>, или <дрезине>, 1817 г

Прототипом велосипеда был самокат конца XVII века, представлявший
собой брус на двух колесах - переднем
и заднем Сидя на таком <селерифере>
(то есть быстроходе), ездок отталкивался
ногами от земли, а потом поджимал их,
некоторое время балансируя, чтобы не
упасть, и ехал по инерции В 1814 году
немецкий изобретатель барон Драйс
фон Зауербронн усовершенствовал этот
самокат, снабдив брус седлом Он же
ввел такое важное усовершенствование
как руль над передним колесом В
1815 году Драйс приехал на своем детище в Вену, где тогда проходил Венский
конгресс За это легкомысленное изобретение он лишился звания княжеского
лесничего в Карлсруэ Впрочем, впоследствии он получил место профессора
механики и десятилетний патент на свое

изобретение и успешно занялся изготовлением <беговых машин> Несмотря на
то что велосипед Драйса был еще очень далек от совершенства, он демонстрировал неплохую скорость В 1817 году отставной лесничий на спор за четыре часа
покрыл расстояние от Карлсруэ до Келя (около 170 км) Пишут, что почтовый
дилижанс тратил на эту поездку в четыре раза больше времени

Француз Динер взял в 1818 году патент на <дрезину> в своей стране, впервыа
лазвав ее <велосипедом>, то есть <быстроногим> (от латинских слов <velox> -|
быстрый и <pedis> - нога) Не успели велосипеды появиться на свет, как во всещ
европейских странах началось повальное увлечение этой новинкой Щеголи и




Константин РЫЖОВ

183

франты из самого высшего
общества с увлечением гоняли на них по бульварам или
демонстрировали свое мастерство на специальных площадках В конце 20-х годов
этот первый <велосипедный
бум> пошел на убыль Но усовершенствование конструкции велосипеда продолжалось




В 1845 году немецкий
изобретатель Милиус построил первый велосипед с педалями на переднем колесе

Рис 49-2 Беговая дорожка в первой четверти
XIX в

С этого времени ездоки не должны были больше отталкиваться ногами от земли Долгое время велосипеды изготавливались из дерева В 1867 году Каупер
придумал очень легкие колеса со ступицей, висящей на проволочных спицах В
1869 году появились велосипеды с металлической рамой Тогда же француз Мишо
впервые организовал фабричное изготовление велосипедов Соотечественник
Мишо Тевенона придумал велосипедные шины из каучука, а французский фабрикант Сюрирей впервые применил в велосипедах шарикоподшипники Это было
очень важное усовершенствование Годом позже, в 1870-м, английский изобретатель Лоусон ввел цепную передачу от педалей на заднее колесо Скорость велосипедиста после этих нововведений настолько возросла, что он мог соревноваться с верховой лошадью

Свой современный вид велосипед принял в 80-90-е годы XIX века Дублинский ветеринар Данлоп в 1885 году снабдил колеса велосипеда своего 12-летнего
сына пневматическими шинами из гуттаперчевого шланга, крепившимися к ободу
с помощью полотняной ленты Он же придумал клапан, позволявший легко и
быстро накачать колесо, но не выпускавший воздух наружу Мальчик ездил на
этом велосипеде, довольно долго не
привлекая ничьего внимания, пока
один заезжий коммивояжер, пораженный легкостью хода велосипеда, не оценил его по достоинству и не указал
изобретателю на ценность его находки
Только тогда, в 1888 году, Данлоп взял
патент и вскоре наладил промышленное производство пневматических шин
Они быстро распространились по всему
свету




Сначала, для увеличения скорости
велосипеда, переднее колесо у него де-     Рис 49-3 Велосипед Мишо 1860 г

184

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




лали очень большим, однако езда на такой высокой машине была сопряжена с
некоторой опасностью. После изобретения цепной передачи необходимость в
такой конструкции отпала.

Наибольшее увлечение велосипедом
падает на 80-е годы XIX века, когда человечество пережило новый <велосипедный бум>. С 1890 года началось бурное
развитие велосипедной промышленности. Количество машин, выпускаемых тогда по всему миру, составляло несколько
миллионов штук

Рис. 49-4 Бицикл 1880г.

50. ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР

В главе, посвященной изобретению телеграфа, уже рассказывалось о том,
что в 1820 году было открыто взаимодействие между электрическим током,
протекающим в проводнике, и магнитной стрелкой. Это явление было правильно объяснено и обобщено французским физиком Ампером, который установил, что магнитные свойства любого тела являются следствием того, что внутри
него протекают замкнутые электрические токи. (Пли, говоря современным языком, любой электрический ток создает вокруг проводника магнитное поле.)
Таким образом, любые магнитные взаимодействия можно рассматривать как
следствия электрических. Однако, если электрический ток вызывает магнитные
явления, естественно было предположить, что и магнитные явления могут вызвать появление электрического тока. Долгое время физики в разных странах
пытались обнаружить эту зависимость, но терпели неудачу. В самом деле, если,
к примеру, рядом с проводником или катушкой лежит постоянный магнит,
никакого тока в проводнике не возникает Но если мы начнем перемещать этот
магнит: приближать или удалять его от катушки, вводить и вынимать магнит
из нее, то электрический ток в проводнике появляется, и его можно наблюдать
в течение всего того периода, во время которого магнит движется То есть электрический ток может возникать только в переменном магнитном поле Впервые
эту важную закономерность установил в 1831 году английский физик Майкл

Фарадей.

Проведя серию опытов, Фарадей открыл, что электрический ток возникает
(индуцируется) во всех тех случаях, когда происходит движение проводников
относительно друг друга или относительно магнитов Если вводить магнит в

Константин РЫЖОВ 185

катушку или, что то же самое, перемешать катушку относительно неподвижного магнита (рис е) в ней индуцируется ток. Если подвигать одну катушку к
другой, через которую проходит электрический ток (рис. ж), в ней также появляется ток. Того же эффекта можно добиться при замыкании и размыкании
цепи, поскольку в момент включения и
выключения ток нарастает и убывает в
катушке постепенно и создает вокруг нее
переменное магнитное поле. Поэтому
если поблизости от такой катушки находится другая, не включенная в цепь, в
ней возникает электрический ток (рис. в).

Открытие Фарадея имело огромные
последствия для техники и всей человеческой истории, так как теперь стало
ясно, каким образом механическую
энергию превращать в электрическую,
а электрическую - обратно в механическую. Первое из этих преобразований
легло в основу работы электрогенерато




ре. 50-1. Схема основных опытов
Фарадея, которые привели к открытию явления электромагнитной индукции

ра, а второе - электродвигателя. Впрочем, сам факт открытия еще не означал,
что все технические задачи на этом пути разрешены: около сорока лет ушло на
создание работоспособного генератора и еще двадцать лет на изобретение удовлетворительной модели промышленного электродвигателя. Но главное: принцип действия двух этих важнейших элементов современной цивилизации сделался очевиден именно благодаря открытию явления электромагнитной индукции.




Первый примитивный электрогенератор создал сам Фарадей. Для этого он поместил медный диск между полюсами N и S постоянного
магнита. При вращении диска в магнитном поле
в нем наводились электрические токи. Если на
периферии диска и в его центральной части помещали токоприемники в виде скользящих контактов, то между ними появлялась разность потенциалов, как на гальванической батарее Замыкая цепь, можно было наблюдать на гальванометре непрерывное прохождение тока.

Установка Фарадея годилась только для демонстраций, но вслед за ней появились первые  рис. 50-2 <Диск Фарадея>
Магнитоэлектрические машины (так стали назы-  первый электрогенератор

186 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

вать электрогенераторы, в которых использовались постоянные магниты), рассчитанные на создание работающих токов. Самой ранней из них была магнитоэлектрическая машина Пиксии, сконструированная в 1832 году.




Принцип ее действия был очень
прост: мимо неподвижных, снабженных
сердечниками катушек Е и Е' двигались посредством кривошипа и зубчатой передачи лежащие против них полюсы подковообразного магнита АВ,
вследствие чего в катушках индуцировались токи. Недостатком машины
Пиксии было то, что в ней приходилось вращать тяжелые постоянные магниты. В последующем изобретатели
обычно заставляли вращаться катушки,
оставляя магниты неподвижными.
Правда, при этом приходилось решать
другую задачу: каким образом отвести
во внешнюю цепь ток с вращающихся
катушек? Это затруднение, однако,
было легко преодолимо. Прежде всего,
катушки соединяли между собой последовательно одними концами их проводки. Тогда другие концы могли служить полюсами генератора. Их соединяли с внешней цепью при помощи скользящих контактов. Простейший вид
такого контакта изображен на рисунке.

Рис. 50-3. Магнитоэлектрическая машина Пиксии для получения переменного
тока

Он устроен следующим образом: на оси машины крепились два изолированных металлических кольца b и d, каждое из которых было соединено с одним из
полюсов генератора. По окружности этих колец вращались две плоские металлические пружины В и В', на которые была заключена внешняя цепь. При таком
приспособлении уже не было никаких затруднений от вращения оси машины - ток переходил из оси в пружину в месте их соприкосновения.




Еще одно неудобство заключалось в самом
характере тока электрогенератора. Направление
тока в катушках зависит от того, приближаются они к полюсу магнита или удаляются от него.
Из этого следует, что ток, возникающий во
Рис. 50-4. Скользящий контакт вращающемся проводнике, будет не постоян
Константин РЫЖОВ

187

р{ым, а переменным. По мере приближения катушки к одному из полюсов
магнита сила тока будет нарастать от
нуля до какого-то максимального значения, а затем - по мере удаления вновь уменьшаться до нуля. При дальнейшем движении ток изменит свое направление на противоположное и опять
будет нарастать до какого-то максимального значения, а потом убывать до нуля.
Во время следующих оборотов этот процесс будет повторяться. Итак, в отличие от электрической батареи, электрогенератор создает переменный ток, и с
этим приходится считаться.




Рис. 50-5. Коммутатор

Как известно, большинство современных электрических приборов созданы
таким образом, чтобы питаться от сети переменного тока. Но в XIX веке переменный ток был не удобен по многим причинам, прежде всего психологическим, поскольку в прежние годы привыкли иметь дело с постоянным током. Впрочем, переменный ток можно было легко преобразовать в прерывистый, имеющий одно направление. Для этого достаточно было с помощью специального
устройства - коммутатора - изменить контакты таким образом, чтобы скользящая пружина переходила с одного кольца на другой в тот момент, когда ток
меняет свое направление. В этом случае один контакт постоянно получал ток
одного направления, а другой - противоположного.

Подобное устройство пружины и контакта кажется, на первый взгляд, очень
сложным, на деле же оно очень просто. Каждое кольцо коммутатора делали из
двух полуколец, концы которых отчасти заходят друг за друга, а пружины были
настолько широкими, что могли скользить по двум рядом помещенным полукольцам. Половины одного и того же кольца помещались на некотором расстоянии друг от друга, но были соединены между собой. Так, полукольцо а, прикасающееся к пружине с, было соединено с полукольцом а', по которому скользила
с'; точно так же соединялись между собой b и b', так что при одном полуобороте
пружина с, касающаяся а, переходила на b, а пружина с' переходила с b' на а'. Не
ТРУДНО было установить пружину таким образом, чтобы она переходила с одного
кольца на другое в тот момент, когда в обмотке катушки менялось направление
тока, и тогда каждая пружина все время давала ток одного и того же направления.
Другими словами, они представляли из себя постоянные полюса; одна - положительный, другая - отрицательный, в то время как полюса катушек давали
переменный ток.

Электрогенератор прерывистого постоянного тока вполне мог заменить неУДобную во многих отношениях гальваническую батарею, и потому вызвал большой интерес у тогдашних физиков и предпринимателей. В 1856 году французская фирма <Альянс> даже наладила серийный выпуск больших динамо-машин,

188 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 50-6. Якорь Сименса (поперечный и
продольный разрез)

приводившихся в действие от парового двигателя. В этих
генераторах чугунная станина несла на себе неподвижно
укрепленные в несколько рядов подковообразные постоянные магниты, расположенные равномерно по окружности и радиально по отношению к валу. В промежутках между рядами магнитов на валу были установлены несущие
колеса с большим числом катушек. Также на валу был укреплен коллектор с 16-ю металлическими пластинами, изолированными друг от друга и от вала машины. Ток, наводимый в катушках при вращении вала, снимался с коллектора при помощи роликов. Одна такая машина требовала для своего привода паровой двигатель мощностью б-Юл. с. Большим недостатком генераторов <Альянс> было
то, что в них использовались постоянные магниты. Так
как магнитное действие стальных магнитов сравнительно
невелико, то для получения сильных токов нужно было
брать большие магниты и в большом числе. Под действием вибрации сила этих магнитов быстро ослабевала. Вследствие всех этих причин КПД машины всегда оставался
очень низким. Но даже с такими недостатками генераторы
<Альянса> получили значительное распространение и господствовали на рынке в течение десяти лет, пока их не
вытеснили более совершенные машины.

Прежде всего немецкий изобретатель Сименс усовершенствовал движущиеся катушки и их железные сердечники. (Эти катушки с железом внутри получили название
<якоря> или <арматуры>.) Якорь Сименса в форме <двойного Т> состоял из железного цилиндра, в котором были
прорезаны с противоположных сторон два продольных
желоба. В желобах помещалась изолированная проволока,
которая накладывалась по направлению оси цилиндра. Та
кой якорь вращался между полюсами магнита, которые тесно его обхватывали.

По сравнению с прежними новый якорь представлял большие удобства. Прежде всего, очевидно, что катушка в виде цилиндра, вращающегося вокруг своей
оси, в механическом отношении выгоднее катушки, насаженной на вал и вращавшейся вместе с ним. По отношению к магнитным действиям якорь Сименса
имел ту выгоду, что давал возможность очень просто увеличить число действующих магнитов (для этого достаточно было удлинить якорь и прибавить несколько новых магнитов). Машина с таким якорем давала гораздо более равномерный
ток, так как цилиндр был плотно окружен полюсами магнитов.              ,

Но эти достоинства не компенсировали главного недостатка всех магнито-'
электрических машин - магнитное поле по-прежнему создавалось в генерато-

ре с помощью постоянных магнитов. Перед многими изобретателями в середи-{
не XIX века вставал вопрос: нельзя ли заменить неудобные металлические маг- ?

Юонстантин РЫЖОВ                                    189

ниты электрическими? Проблема заключалась в том, что электромагниты
сами потребляли электрическую энергию и для их возбуждения требовалась
отдельная батарея или, по крайней
мере, отдельная магнитоэлектрическая
машина. Первое время казалось, что без
них невозможно обойтись. В 1866 году
Вильде создал удачную модель генератора, в котором металлические магниты были заменены электромагнитами,
а их возбуждение вызывала магнитоэлектрическая машина с постоянными
магнитами, соединенная с тем же паровым двигателем, который приводил




Рис. 50-7. Динамо-машина Ледда, дающая ток на угольные стержни для образования вольтовой дуги

в движение большую машину. Отсюда оставался только один шаг к собственно
динамо-машине, которая возбуждает электромагниты своим собственным током.

В том же 1866 году Вернер Сименс открыл принцип самовозбуждения. (Одновременно с ним то же открытие сделали некоторые другие изобретатели.) В
январе 1867 году он выступил в Берлинской Академии с докладом <О превращении рабочей силы в электрический ток без применения постоянных магнитов>. В
общих чертах его открытие заключалось в следующем. Сименс установил, что в
каждом электромагните, после того как намагничивающий ток переставал действовать, всегда оставались небольшие следы магнетизма, которые были способны вызвать слабые индукционные токи в катушке, снабженной сердечником из
мягкого магнитного железа и вращавшейся между полюсами магнита. Используя
эти слабые токи, можно было привести генератор в действие без помощи извне.

Первая динамо-машина, работавшая по принципу самовозбуждения, была
создана в 1867 году англичанином Леддом, но в ней еще предусматривалась
отдельная катушка для возбуждения электромагнитов.

Машина Ледда состояла из двух плоских электромагнитов, между концами
которых вращались два якоря Сименса. Один из якорей давал ток для питания
электромагнитов, а другой - для внешней цепи. Слабый остаточный магнетизм
сердечников электромагнитов сначала возбуждал очень слабый ток в арматуре
первого якоря; этот ток обегал электромагниты и усиливал уже имеющееся в них
магнитное состояние. Вследствие этого усиливался в свою очередь ток в арматуPS, а последний еще более увеличивал силу электромагнитов. Мало помалу такое
взаимное усиление шло до тех пор, пока электромагниты не приобретали полной
своей силы. Тогда можно было привести в движение вторую арматуру и получить
°т нее ток для внешней цепи.




Следующий шаг в совершенствовании динамо-машины был сделан в том
^правлении, что совершенно устранили одну из арматур и воспользовались другой не только для возбуждения электромагнитов, но и для получения тока во

190 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 50-8. Круговое движение кольцевых
проводников в магнитном поле

внешней цепи Для этого нужно было
только провести ток из арматуры в обмотку электромагнита, рассчитав все так,
чтобы последний мог достичь полной
своей силы и направить тот же ток во
внешнюю цепь. Но при таком упрощении конструкции якорь Сименса оказывался непригодным, так как при быстрой перемене полярностей, в якоре
возбуждались сильные паразитические
токи, железо сердечников быстро разогревалось, и это могло при больших то

ках привести к порче всей машины. Необходима была другая форма якоря, более
соответствовавшая новому режиму работы

Удачное решение проблемы было вскоре найдено бельгийским изобретателем
Зиновием Теофилем Граммом. Он жил во Франции и служил в кампании <Альянс> столярным мастером. Здесь он познакомился с электричеством. Размышляя
над усовершенствованием электрогенератора, Грамм в конце концов пришел к
мысли заменить якорь Сименса другим, имеющим кольцевую форму. Важное
отличие кольцевого якоря (как будет показано ниже) состоит в том, что он не
перемагничивается и имеет постоянные полюса (Грамм пришел к своему открытию самостоятельно, но надо сказать, что еще в 1860 г. итальянский изобретатель
Пачинотти во Флоренции построил электрический двигатель с кольцеобразным
якорем; впрочем, это открытие вскоре было забыто.)

Итак, исходная точка поисков Грамма заключалась в том, чтобы заставить
вращаться внутри проволочной катушки железное кольцо, на котором наведены
магнитные полюсы и таким образом получить равномерный ток постоянного
направления.

Чтобы представить устройство генератора Грамма, рассмотрим сначала следующее приспособление. В магнитном поле, образуемом полюсами N и S, вращаются восемь замкнутых металлических колец, которые прикреплены на равном
расстоянии друг от друга к оси при помощи спиц. Обозначим самое верхнее
кольцо № 1 и будем считать по направлению хода часовой стрелки. Рассмотрим
сперва кольца 1-5. Мы видим, что кольцо 1 охватывает наибольшее число силовых линий магнитного поля, так как его плоскость перпендикулярна им. Кольцо
2 охватывает уже меньшее их число, так как оно наклонено к направлению линий, а сквозь кольцо 3 линии вовсе не проходят, так как его плоскость совпадает
с их направлением. В кольце 4 число пересекаемых линий увеличивается, но, как
легко заметить, они вступают в него уже с противоположной стороны, так как
кольцо 4 обращено к полюсу магнита другой своей стороной по сравнению с
кольцом 2. Пятое кольцо охватывает столько же линий, сколько первое, но входят они с противоположной стороны. Если мы будем вращать ось, к которой
прикреплены кольца, то каждое кольцо будет последовательно проходить через
положения 1-5. При этом, при переходе из 1-го положения в 3-е в кольце воз

Константин РЫЖОВ 191

никает ток. На пути из положения 3 к
5, если бы силовые линии пересекали
кольцо с той же самой стороны, в нем
появлялся бы ток противоположный
тому, что в положении 1-3, но так как
при этом кольцо изменяет свое положение относительно полюса, то есть
поворачивается к нему другой стороной,
ток в кольце сохраняет то же направление. Зато когда кольцо проходит из
положения 5 через 6 и 7 опять к 1, в
нем индуцируется ток, противоположный первому.




Рис. 50-9. Соединение проводников в
обмотке граммовского кольца; отдельные витки заменены символическими
элементами

Заменив теперь наши воображаемые
кольца витками вращающейся катушки, плотно намотанной на железное кольцо, мы получим кольцо Грамма, в котором ток будет индуцироваться точно так же, как описано выше. Предположим,
что проволока обмотки не имеет изоляции, но железный сердечник покрыт изолирующей оболочкой и ток, индуцируемый в витках проводника, не может проходить в него. Тогда каждый виток спирали будет подобен тому кольцу, что мы
рассматривали выше, и витки в каждой половине кольца будут представлять
собой последовательно соединенные кольцевые проводники. Но обе половинки
кольца соединены противоположно друг к другу Значит, токи с обеих сторон
направляются к верхней половине кольца, и там, следовательно, получается положительный полюс. Подобным же образом в нижней точке, откуда берут свое
направление токи, будет находиться отрицательный полюс Можно, следовательно, сравнить кольцо с батареей, составленной из двух частей, которые соединены
между собой противоположно.

Если теперь соединить противоположные концы кольца, то получится замкнутая цепь постоянного тока. В нашем
воображаемом устройстве этого можно
легко достичь, укрепив скользящие контакты в виде пружины так, чтобы они
касались верхней и нижней части вращающегося кольца и снимали с их помощью электрический ток. Но в действительности генератор Грамма имел
более сложное устройство, поскольку
здесь было налицо несколько технических затруднений: с одной стороны, для
того чтобы снимать ток с кольца, витки




обмотки должны быть обнажены, с дру-   р^. 50-10. Кольцо Грамма, в котором
гои - для получения сильных токов   с каждым сектором коллектора соедиобмотка должна быть намотана плотно   нены несколько витков обмотки

192 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 50-11. Соединение отдельных оборотов обмотки с центром коллектора

и в несколько слоев. Каким же образом
изолировать нижние слои от верхних?
На практике кольцо Грамма дополняло
особое, довольно сложное устройство,
называемое коллектором, которое и служило для отвода токов из обмотки. Коллектор состоял из металлических пластин, прикрепленных к оси кольца и имевших форму секторов цилиндра. Каждая
пластина тщательно изолировалась от
соседних секторов и от оси кольца.

Концы каждого сектора обмотки были
соединены с одной из металлических

пластин, а скользящие пружины помещались так, что постоянно находились в
соединении с самым верхним и самым нижним секторами обмотки. Из обеих
половин обмотки получался постоянный ток, направленный к той пружине, которая была соединена с верхним сектором. Ток обходил верхнюю цепь и возвращался в кольцо через нижнюю пружину. Таким образом, полюса с поверхности
самого кольца переместились на его ось, откуда ток было снимать намного
проще.

В таком виде воплотилась первоначальная модель электрогенератора. Однако
она оказалась неработоспособной. Как писал Грамм в воспоминаниях о своем
изобретении, тут явилась новая сложность: кольцо, на которое был намотан проводник, сильно разогревалось вследствие того, что здесь тоже при быстром вращении генератора индуцировались токи. В результате перегрева изоляция то и
дело выходила из строя. Ломая голову над тем, как избежать этой неприятности,
Грамм понял, что железный сердечник якоря нельзя делать сплошным, так как в
этом случае вредные токи оказываются слишком большими. Но разбив сердечник на части так, чтобы образовались
разрывы на пути возникающих токов,
можно было сильно уменьшить их вредное действие. Этого можно было добиться, изготовив сердечник не из цельного
куска, а из проволоки, налагая ее в виде
кольца и тщательно изолируя один слой
от другого. На это проволочное кольцо
затем навивалась обмотка.




Каждый сектор якоря представлял собой катушку из многих оборотов (слоев). Отдельные катушки соединялись так,
что проволока непрерывно обегала железное кольцо и притом в одном и том

Рис. 50-12. Устройство якоря машины же направлении. От мест соединения
Грамма                           каждой пары катушек шел проводник к

Константин РЫЖОВ 193

соответствующей пластине коллектора.
Чем больше было число оборотов катушки, тем большей силы ток можно было
снять с кольца.

Изготовленный таким образом якорь
устанавливался на ось генератора. Для
этого железное кольцо с внутренней стороны снабжалось железными спицами,
которые скреплялись с коллектором массивным кольцом, насаженным на ось
машины. Коллектор, как уже говорилось, состоял из отдельных металлических пластин одинаковой ширины. Отдельные слои коллектора были изолированы друг от друга и от оси генератора.

Для снятия тока служили коллекторные щетки, представлявшие собой упругие латунные пластины, плотно при



Рис. 50-13. Коллектор

легавшие к коллектору в надлежащих местах. Они соединялись с зажимами машины, откуда постоянный ток поступал во внешнюю цепь. Провод, идущий к
одному из зажимов, кроме того, образовывал обмотку электромагнитов. Простейшее соединение генератора с обмотками электромагнита можно было получить, соединив один конец обмотки электромагнита с одной из щеток коллектора, например отрицательной. Другой конец обмотки электромагнита подключался к положительной щетке. При таком соединении весь ток генератора проходил
через электромагниты.

В целом первая динамо-машина
Грамма представляла собой две железные
вертикальные стойки, соединенные
сверху и снизу стержнями двух электромагнитов. Полюсы этих электромагнитов находились в их середине, так что
каждый из них был как бы составлен из
двух, одинаковые полюса которых были
обращены друг к другу. Можно рассматривать это устройство иначе и считать,
что две половины, прилегающие к каждой стойке и соединенные ею, образовывали два отдельных электромагнита,
которые соединялись одноименными полюсами сверху и снизу. В тех местах, где
образовывался полюс, к электромагнитам были присоединены особой формы    Рис. 50-14. Динамо-машина Грамма




194

100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

железные насадки, которые входили в пространство между электромагнитами и
обхватывали кольцеобразный якорь машины. Две стойки, связывающие оба электромагнита и составлявшие основу всей машины, служили также для того, чтобы
держать ось якоря и шкивы машины.

В 1870 году, получив патент на свое изобретение, Грамм образовал <Общество производства магнитоэлектрических машин>. Вскоре было налажено серийное производство его генераторов, которые произвели подлинную революцию в
электроэнергетике. Обладая всеми достоинствами самовозбуждающихся машин,
они вместе с тем были экономичны, имели высокий КПД и обеспечивали практически неизменный по величине ток. Поэтому машины Грамма быстро вытеснили другие электрогенераторы и получили широкое распространение в самых
разных отраслях. Тогда только появилась возможность легко и быстро преобразовывать механическую энергию в электричество.

Как уже говорилось, Грамм создавал свой генератор, как динамо-машину
постоянного тока. Но когда в конце 70-х - начале 80-х годов XIX века резко
возрос интерес к переменному току, ему не стоило большого труда переделать
его для производства переменного тока. В самом деле, для этого надо было только заменить коллектор двумя кольцами, по которым скользят пружины. Сначала
генераторами переменного тока пользовались только при освещении, но с развитием электрификации они стали получать все большее применение и постепенно
вытеснили машины постоянного тока. Первоначальная конструкция генератора
также претерпела значительные изменения. Первая машина Грамма была двухполюсной, но в дальнейшем стали применять многополюсные генераторы, в которых обмотка якоря проходила при каждом обороте мимо четырех, шести и
более попеременно установленных полюсов электромагнита. В этом случае ток
возбуждался не с двух сторон колеса, как раньше, но в каждой части колеса,
обращенной к полюсу, и отсюда отводился во внешнюю цепь. Таких мест (а
соответственно и щеток) было столько, сколько магнитных полюсов. Затем все
щетки положительных полюсов связывались вместе, то есть соединялись параллельно. Точно так же поступали и с отрицательными щетками.

По мере увеличения мощности генераторов возникла новая проблема - каким образом снять ток с вращающегося якоря с наименьшими потерями. Дело в
том, что при больших токах щетки начинали искрить. Кроме больших потерь
электроэнергии, это оказывало вредное воздействие на работу генератора. Тогда
Грамм посчитал рациональным вернуться к самой ранней конструкции электрогенератора, примененной в машине Пиксии: он сделал арматуру неподвижной, а
вращаться заставил электромагниты, ведь снять ток с неподвижной обмотки было
проще. Он поместил катушки якоря на железном неподвижном кольце и заставил электромагниты вращаться внутри него. Отдельные катушки он связал между собой так, чтобы все те катушки, которые в данный момент подвергались
одинаковому действию электромагнитов, были соединены последовательно. Таким образом Грамм разбил все катушки на несколько групп и каждую группу
употребил для доставления тока в отдельную самостоятельную цепь. Однако возбуждающие ток электромагниты необходимо было питать постоянным током,

Константин РЫЖОВ

195

так как переменный ток не мог вызвать в них неизменной полярности. Поэтому
при каждом генераторе переменного тока необходимо было иметь небольшой
генератор постоянного тока, откуда ток подводился к электромагнитам при помощи скользящих контактов.

51. ТЕЛЕФОН

С изобретением телеграфа была решена задача передачи сообщений на большие расстояния. Однако телеграф мог переслать только письменные депеши.
Между тем многие изобретатели мечтали о более совершенном и коммуникабельном способе связи, с помощью которого можно было бы передавать на любые расстояния живой звук человеческой речи или музыку Первые эксперименты в этом направлении предпринял в 1837 году американский физик Пейдж.
Суть опытов Пейджа была очень проста. Он собрал электрическую цепь, в которую входили камертон, электромагнит и гальванические элементы. Во время
своих колебаний камертон быстро размыкал и замыкал цепь. Этот прерывистый
ток передавался на электромагнит, который так же быстро притягивал и отпускал
тонкий стальной стержень. В результате этих колебаний стержень производил
поющий звук, подобный тому, который издавал камертон. Таким образом, Пейдж
показал, что передавать звук с помощью электрического тока в принципе возможно, надо только создать более совершенные передающее и принимающее
устройства

Следующий важный этап в развитии телефонии связан с именем английского изобретателя Рейса. Еще в студенческие годы Рейс заинтересовался проблемой
передачи звука на расстояние при помощи электрического тока. К 1860 году он
сконструировал до десятка различных устройств. Наиболее совершенное из них
имело следующий вид.

Передатчик представлял собой полый ящик, снабженный спереди звуковым
отверстием А и имевший в
своей верхней части отверстие, закрытое тонкой, туго
натянутой перепонкой. На
этой перепонке лежала тонкая платиновая пластина р, а
сверху находилось острие
Упругой платиновой иглы п,
которая была приспособлена
таким образом, что касалась
пластины р, когда перепонка
"аходилась в покое. Касание
это прерывалось при колебании перепонки. Вследствие         Рис. 51-1. Телефонный аппарат Рейса




196 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Этих поперечных касаний замыкался и размыкался ток, идущий от батареи В
через зажим а в платиновую пластинку р и через иглу п во второй зажим, от
последнего провод шел к приемнику, проходил через спираль СС и возвращался
в батарею через зажим d и соединенную с ним проволоку е. Внутри спирали
помещалась тонкая железная спица, которая двумя своими концами прикреплялась-к двум покоившимся на резонаторной доске gg стойкам ff. Части hi и к1
образовывали на обеих станциях приспособления, имевшие целью дать знать
отдаленному слушателю о начале переговоров. Воспроизведение звука, спетого в
раструбе А, было основано на том, что железная спица, намагничиваясь и размагничиваясь проходящим по спирали электрическим током, начинала совершать колебательные движения; они ощущались как звук, соответствовавший тому
звуку, который воспринимался приемником и колебаниями которого приводилась в движение перепонка. Резонансная доска служила для усиления звука.

С помощью телефона Рейса уже можно было передавать не только отдельные
звуки, но и сложные музыкальные фразы и даже отчасти человеческую речь. Но
качество передачи оставалось настолько низким, что часто было совершенно невозможно что-нибудь разобрать. Побочные шумы, производимые замыканием и
размыканием цепи, заглушали передачу, а звуки, воспроизводимые стальной
иглой, были очень далеки от модуляций человеческого голоса. Для отчетливой
передачи звука необходимо было добиться того, чтобы пластинки как отправителя, так и приемника выводились из своего положения покоя в крайнее положение током, сила которого нарастала бы постепенно, и чтобы при убывании ток
опять проходил через первоначальное положение покоя. Все эти плавные колебания тембра звука, составляющие богатство человеческой речи, были совершенно
недоступны телефону Рейса - притяжение здесь наступало стремительно и оставалось неизменным в течение некоторого времени, а затем совсем прекращалось.

Решить проблему передачи звука только замыканием и размыканием цепи
оказалось невозможно. Прошло еще 15 лет, прежде чем шотландский изобретатель Александр Белл нашел более совершенный способ преобразования звуков в
электрические сигналы. По профессии Белл был учителем глухонемых детей. С
детства он много занимался акустикой, учением о звуке, и мечтал изобрести
телефон. В 1870 году Белл переехал в Канаду, а в 1872 году - в Америку. Поселившись в Бостоне, он ввел в тамошней школе для глухонемых детей разработанную им систему <видимой речи>. Она имела большой успех, и вскоре Белл
сделался профессором Бостонского университета. Теперь у него была лаборатория и достаточно средств для того, чтобы посвятить себя работе над изобретением телефона. Забывая о сне, Белл целыми ночами просиживал над своими опытами. Первые его эксперименты повторяли работы Пейджа.

Летом 1875 года Белл и его помощник Томас Ватсон сделали установку, состоявшую из магнитов с подвижными язычками, которые приводились в действие колебаниями тока. В цепь с магнитами включались различные устройства.
Ватсон и Белл находились в соседних комнатах. Ватсон передавал, а Белл принимал. Однажды, когда Ватсон нажал на кнопку в конце провода, чтобы привести в
действие звонок, испортился контакт, и электромагнит притянул к себе молото
Коястантин РЫЖОВ 197

чек звонка. Ватсон попытался оттянуть его, вследствие чего вокруг магнита возникли колебания. Движение пружины, произведенной Ватсоном, изменило интенсивность тока и вызвало колебательные движения в пружине противоположной станции в комнате Белла, и провод передал совсем слабый звук первого
телефона. Так, совершенно случайно, Белл обнаружил, что магнит с легким якорем может быть и передатчиком и приемником сигнала. После этого осуществить передачу и воспроизведение звука с помощью электрического тока уже не
представляло большого труда.

Чтобы понять, как это происходит, представим себе постоянный магнит и
поблизости от него гибкую железную пластину, которая колеблется под действием звуковых волн. Приближаясь к полюсу магнита, она будет усиливать его
магнитное поле, а удаляясь от него - ослаблять. (Не вдаваясь в подробности,
заметим, что причиной этому будет то же явление электромагнитной индукции,
о котором говорилось в предыдущей главе: понятно, что в пластине, которая
движется в магнитном поле, будет возникать электрический ток; этот ток будет
создавать вокруг пластины собственное магнитное поле, которое и будет налагаться на магнитное поле магнита, то усиливая, то ослабляя его.) Теперь поместим на наш воображаемый магнит катушку с проволокой. При колебаниях магнитного поля в катушке будет возникать переменный электрический ток, причем
то в одну, то в другую сторону. Пропуская полученный ток через обмотки другого магнита, мы будем влиять на его магнитное поле, которое тоже будет то возрастать, то убывать, причем в точности повторяя все изменения, происходящие
в магнитном поле первого магнита. Если у полюса этого второго, принимающего магнита поместить железную пластинку, она будет то притягиваться к этому
магниту под действием усиливающегося магнитного поля, то удаляться от него
под влиянием своей упругости и при этом порождать звуковые волны, во всем
подобные тем, что привели в колебание первую пластинку. Собственно, это и
произошло при описанных выше обстоятельствах. Роль железной пластины здесь
сыграл гибкий якорь магнита. Но это было слишком грубое приспособление, не
способное передать многих нюансов звука. Белл стал искать, чем можно его заменить.

Один знакомый врач предложил ему воспользоваться для экспериментов человеческим ухом и раздобыл ему ухо от трупа. Внимательно изучая его строение,
Белл установил, что звуковые волны приводят в колебание барабанную перепонку, от которой они передаются на слуховые косточки. Это навело его на мысль
сделать тонкую металлическую мембрану, поместить ее рядом с постоянным магнитом и, таким образом, превратить звуковые колебания в электрические. Прошло несколько месяцев напряженного труда, прежде чем телефон заговорил. Только
10 марта 1876 года Ватсон отчетливо услышал на приемной станции слова Белла:

<Мистер Ватсон, пожалуйста, придите сюда, мне нужно с вами поговорить>. Еще
Раньше, 14 февраля, Белл сделал патентную заявку на свое изобретение. Всего
через два часа после него такую же заявку на идентичный аппарат подал другой
изобретатель - Илайш Грей. Однако патент был выдан в марте Беллу, посколь^ он первый заявил о своем открытии. (Позже Беллу пришлось вести несколько

198 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

судебных процессов с Греем и другими
изобретателями, отстаивая свое первенство. В конце концов Белл купил у Грея
право на эксплуатацию телефона ) На
выставке в Филадельфии, проходившей
в том же году, телефон Белла сделался
главным экспонатом. С этого времени,
несмотря на то что первые аппараты
были еще очень несовершенны, телефоны стали быстро распространятся. В августе того же 1876 года в употреблении
было уже около 800 телефонов, и спрос
на них все увеличивался




Рис. 51-2. Телефон Белла

Устройство первых аппаратов было очень примитивным. Постоянный магнит А в форме стержня был окружен на одном полюсе короткой индукционной
спиралью В из тонкой медной проволоки, оканчивавшейся двумя более толстыми проволоками СС, которые с помощью зажимов DD были соединены с
проволоками LL. У одного полюса магнита помещалась зажатая по краям пластинка ЕЕ из мягкого листового железа. Все было вставлено в деревянную оправу, которая в части GG имела над пластинкой ЕЕ воронкообразное отверстие,
служившее звуковым конусом. Снизу деревянная оправа суживалась, так как
здесь она заключала в себе только магнитный стержень, закрепленный в своем
положении винтом, и два провода СС. Этот аппарат мог служить одновременно и передатчиком и приемником. На станции отправителя и на приемной
станции имелось по такому телефону. Их индукционные спирали соединялись
между собой посредством проводов LL и зажимов DD. Когда конусом GG
пользовались как трубкой и говорили в него, пластинка ЕЕ перед полюсом
магнита приходит в колебания; вследствие этого в спирали В возникали индукционные токи, изменение которых соответствовало действующим на пластинку
звуковым колебаниям. Эти токи поступали через провода LL в спираль приемного телефона и вызывали колебание мембраны. Прижав конус к уху, можно
было услышать голос говорившего на другом конце провода абонента. Индукционные токи, порождаемые движением мембраны, были очень слабы, поэтому
устойчивое общение можно было наладить лишь на расстоянии нескольких сот
метров. Далее голоса говоривших становились настолько тихими, что тонули в гуле помех. Потребовался труд
многих и многих изобретателей, прежде
чем телефон превратился в надежное
средство связи.




Вообще телефонный аппарат Белла
оказался более приспособлен для преобразования волн тока в звуковые волРис. 51-3. Микрофон Юза        ны, чем обратно. Поэтому очень важ

Константин РЫЖОВ                                    199

ным в истории телефонии было открытие в 1877 году английским изобретателем
Юзом микрофонного эффекта. В своем первоначальном виде микрофон имел
следующее устройство.

Между двумя кусками угля С и С', укрепленных на пластине В, устанавливался угольный стержень с заостренными концами. Ток от элемента Е проходил
через этот угольный стержень и через обмотку телефона Т. При встряхивании
горизонтальной пластинки А, игравшей роль резонатора, угольный стержень
смещался. В этот момент уменьшалось его сопротивление току в местах контактов, а это, в свою очередь, производило заметное усиление силы тока в телефоне.
Мембрана начинала колебаться с большей амплитудой, отчего первоначальный
звук усиливался в несколько раз. Слабое тиканье часов, положенных на подставку, воспринималось в телефоне как очень громкое. Даже ползанье мухи по пластине воспроизводилось в виде вполне заметного шума.

Через несколько лет после изобретения Юза появилось множество различных
конструкций микрофонов. Широкое распространение получили микрофоны, в
которых вместо стержней использовался угольный порошок Колебания мембраны вызывали в этом случае то уплотнение порошка, то его разрыхление, вследствие чего постоянно менялось его сопротивление. Соединенный с микрофоном
телефон стал работать намного надежнее, но он по-прежнему оставался несовершенным. Слабые индукционные токи были не в состоянии преодолевать сопротивление передающих проводов. Необходимо было каким-то образом усилить их
напряжение, не меняя при этом характера их колебаний. Остроумный выход из
положения нашел знаменитый американский изобретатель Эдисон, который предложил использовать для усиления напряжения индукционную катушку. Так телефонный аппарат был дополнен трансформатором.

О трансформаторах более подробно будет говориться в одной из последующих глав. Сейчас только поясним принцип его работы. Если насадить две катушки на один и тот же железный сердечник и пропускать через одну из них
переменный ток, то во второй катушке тоже индуцируется переменный ток. Рассмотрим подробнее это явление. Созданное первой катушкой изменяющееся
магнитное поле индуцирует в каждом витке второй катушки ток определенного
напряжения. Витки катушки, как это уже было показано в предыдущей главе,
можно рассматривать как последовательно соединенные источники тока. Тогда
общее напряжение на обмотке второй катушки будет равно сумме напряжений
всех ее витков. Если мы хотим увеличить напряжение, снимаемое со второй
катушки, мы должны увеличить число витков. Таким образом, меняя число витков на второй катушке, мы можем получить на ней напряжение меньшее, равное
или большее, чем на первой. Однако, во сколько раз возрастает напряжение, во
столько же раз уменьшается сила тока, так что их произведение в первой и ВТОРОЙ катушке остается равным (в действительности, из-за неизбежных потерь во
вторичной катушке это произведение даже несколько меньше). Трансформаторный эффект был открыт одновременно с явлением электромагнитной индукции,
но поскольку в технике долгое время использовался только постоянный ток, он
Начала не находил применения. Телефон оказался одним из первых устройств,




200 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 51-4 Индукционная передача волн
тока

где трансформатор (в виде индукционной катушки) получил некоторое распространение

В созданном Эдисоном аппарате телефон и микрофон включались в две отдельные цепи Это соединение показано
на рисунке.

Источник тока, микрофон и первичная обмотка трансформатора соединены
здесь в одну цепь, другая катушка и телефон-приемник - в другую. Принцип
работы этого телефона понятен: вследствие колебания мембраны сопротивле

ние в микрофоне постоянно менялось, отчего постоянный ток батареи преобразовывался в пульсирующий. Этот ток подавался на первичную обмотку трансформатора. Во вторичной обмотке индуцировались такие же по форме токи, но
более высокого напряжения. Они без труда преодолевали сопротивление проводов и могли передаваться на значительные расстояния. Усовершенствованный
таким образом телефон вскоре получил широкое распространение.

В первое время аппараты связывались между собой попарно Они не имели
коммутаторов и звонков. Для вызова абонента к аппарату просто стучали карандашом по мембране. Впоследствии Эдисоном были введены электрические звонки. В 1877 году появилась первая центральная телефонная станция в Нью-Хейвене (США). Порядок соединения здесь был таков. Абонент, желавший говорить
с каким-либо лицом или учреждением, в абонентной книжке разыскивал нужный номер и звонил на центральную станцию. Когда последняя отвечала, он
сообщал нужный ему номер, и, если этот номер был не занят, оператор соединял
его с требуемым лицом с помощью специальных штекеров и сообщал ему, что
соединение готово. После этого абонент обращался уже к соединенному с ним
лицу. По окончании разговора их разъединяли.

Современники очень быстро оценили удобства, которые давал телефон. Вскоре телефонные станции были построены во всех крупных городах. Одновременно
рос спрос на телефонные аппараты. В 1879 году Белл создал свою фирму по
производству телефонов, превратившуюся вскоре в мощный концерн. В течение
десяти лет только в США было установлено свыше 100 тысяч телефонных аппаратов, а через 25 лет их уже насчитывалось более миллиона. Затем эта цифра
увеличилась еще на порядок. Белл прожил долгую жизнь и мог наблюдать за
распространением телефонии по всему свету. Он умер в 1922 году, и память его
почтили своеобразной минутой молчания: когда гроб с телом изобретателя опускали в могилу, все телефонные разговоры прекратились Пишут, что в США в
эту минуту молчало более 13 миллионов телефонов.

Константин РЫЖОВ 201

52. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЛАМПОЧКА

В последние десятилетия XIX века в жизнь многих
европейских городов вошло электрическое освещение.
Появившись сначала на улицах и площадях, оно очень
скоро проникло в каждый дом, в каждую квартиру и
сделалось неотъемлемой частью жизни каждого цивилизованного человека. Это было одно из важнейших
событий в истории техники, имевшее огромные и
многообразные последствия. Бурное развитие электрического освещения привело к массовой электрификации, перевороту в энергетике и крупным сдвигам в
промышленности. Однако всего этого могло и не случиться, если бы усилиями многих изобретателей не
было создано такое обычное и привычное для нас устройство, как электрическая лампочка. В числе величайших открытий человеческой истории ей, несомненно, принадлежит одно из самых почетных мест.




В XIX веке получили распространение два типа
электрических ламп; лампы накаливания и дуговые.
Дуговые лампочки появились немного раньше. Свечение их основано на таком интересном явлении, как
вольтова дуга. Если взять две проволоки, подключить
их к достаточно сильному источнику тока, соединить,
а затем раздвинуть на расстояние нескольких миллиметров, то между концами проводников образуется
нечто вроде пламени с ярким светом. Явление будет
красивее и ярче, если вместо металлических проводов
взять два заостренных угольных стержня. При достаточно большом напряжении между ними образуется
свет ослепительной силы.

Рис 52-1. Лампа Жаспара

Впервые явление вольтовой дуги наблюдал в 1803
году русский ученый Василий Петров. В 1810 году то
же открытие сделал английский физик Деви. Оба они получили вольтову дугу,
пользуясь большой батареей элементов, между концами стерженьков из древесного угля. И тот, и другой писали, что вольтова дуга может использоваться в
Целях освещения. Но прежде надо было найти более подходящий материал для
электродов, поскольку стержни из древесного угля сгорали за несколько минут и
были мало пригодны для практического использования. Дуговые лампы имели и
Другое неудобство - по мере выгорания электродов надо было постоянно подвигать их навстречу друг другу. Как только расстояние между ними превышало
некий допустимый минимум, свет лампы становился неровным, она начинала
мерцать и гасла.

Первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги сконструиро
202 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

вал в 1844 году французский физик Фуко. Древесный
уголь он заменил палочками из твердого кокса. В
1848 году он впервые применил дуговую лампу для
освещения одной из парижских площадей. Это был,
короткий и весьма дорогой опыт, так как источников
электричества служила мощная батарея. Затем были прщ
думаны различные приспособления, управляемые ча-j
совым механизмом, которые автоматически сдвигали
электроды по мере их сгорания. Один из вариантов
такой лампы виден на рисунке.




Понятно, что с точки зрения практического использования желательно было иметь лампу, не осложненную дополнительными механизмами. Но мож-|
но ли было обойтись без них? Оказалось, что да. Если|
поставить два уголька не друг против друга, а парал-|
дельно, притом так, чтобы дуга могла образовываться
только между двумя их концами, то при этом устройстве расстояние между концами углей всегда сохраняется неизменным. Конструкция такой лампы
кажется очень простой, однако создание ее потребовало большой изобретательности. Она была придумана в 1876 году русским электротехником Яблочковым, который работал в Париже в мастерской академика Бреге.

Рис. 52-2. Свеча Яблоч
кова

Свеча Яблочкова состояла из двух стержней, изготовленных из плотного роторного угля, расположенных параллельно и разделенных гипсовой пластинкой.)
Последняя играла двоякую роль, так как служила и для скрепления углей между)
собой и для их изоляции, позволяя вольтовой дуге образовываться лишь между
верхними концами углей. По мере того как угли сверху обгорали, гипсовая пластинка плавилась и испарялась, так что кончики углей всегда на несколько миллиметров выступали над пластинкой.

Свечи Яблочкова привлекли к себе всеобщее внимание и наделали много
шуму. В 1877 году с их помощью было впервые устроено уличное электричество 1
на Avenue de L'Opera в Париже. Всемирная выставка, открывшаяся в следующем ;

году, дала возможность многим электротехникам познакомиться с этим замеча-'
тельным изобретением. Под названием <русский свет> свечи Яблочкова использовались позже для уличного освещения во многих городах мира. Эти лампы
любопытны еще и тем, что требовали для себя исключительно переменного тока,
так как скорость сгорания положительного и отрицательного электродов в них
была неодинаковой и при постоянном токе надо было делать положительный
электрод толще. Именно для Яблочкова Грамм изготовил свой первый генератор
переменного тока. Но наряду с достоинствами свечи Яблочкова имели свои недостатки. Главное неудобство заключалось в том, что угли в них сгорали очень
быстро - свеча средней величины светила не более двух часов.

Константин РЫЖОВ 203

Этот недостаток, впрочем, был присущ и многим другим дуговым лампам.
Не раз у изобретателей являлась мысль заключить вольтову дугу в лишенную
кислорода атмосферу. Ведь благодаря этому лампа могла бы гореть значительно
дольше. Долгое время эти попытки не удавались, так как пытались выкачать
воздух целиком из всей лампы. Американец Джандус первый придумал помещать под купол не всю лампу, а только ее электроды. При возникновении вольтовой дуги кислород, заключенный в сосуде, быстро вступал в реакцию с раскаленным углеродом, так что вскоре внутри сосуда образовывалась нейтральная
атмосфера. Хотя кислород и продолжал поступать через зазоры, влияние его сильно
ослаблялось, и такая лампа могла непрерывно гореть около 200 часов.

Но даже в таком усовершенствованном виде дуговые лампы не могли получить достаточно широкого распространения. Вольтова дуга представляет собой
очень сильный источник света. Яркость ее горения невозможно уменьшить ниже
некоторого предела. Поэтому дуговые лампы использовались для освещения больших залов, вокзалов или площадей. Но они были совершенно непригодны для
применения в маленьких жилых или рабочих помещениях.

Намного удобнее в этом смысле были лампочки накаливания. Устройство их
всем известно: электрический ток, проходя через тонкую нить, раскаляет ее до
высокой температуры, благодаря чему она начинает ярко светиться. Еще в
1820 году французский ученый Деларю изготовил первую такую лампу, в которой накаливаемым телом служила платиновая проволока. После этого в течение
полувека лампы накаливания почти не использовались, поскольку не могли найти подходящего материала для нити. Поначалу наиболее удобным казался уголь.
В 1873 году русский электротехник Лодыгин сделал лампочку с нитью из роторного угля. Он же первый начал откачивать из баллона воздух. В конце концов
ему удалось создать первую лампочку накаливания, получившую некоторое практическое применение, но она оставалась еще очень несовершенной. В 1878 году
американские электротехники Сойер и Ман нашли способ изготавливать маленькие угольные дуги небольшого сечения путем обугливания картона в графитовом порошке. Эти дуги заключали в стеклянные колпачки. Однако и эти лампочки были очень недолговечны.

В 1879 году за усовершенствование электрической лампочки взялся знаменитый американский изобретатель Эдисон. Он понимал: для того, чтобы лампочка
светила ярко и долго и имела ровный немигающий свет, необходимо, во-первых, найти подходящий материал для нити, и, во-вторых, научиться создавать в
баллоне сильно разреженное пространство. Было проделано множество экспериментов с различными материалами, которые ставились со свойственным для Эдисона размахом. Подсчитано, что его помощники опробовали не менее 6000 различных веществ и соединений, при этом на опыты было израсходовано свыше
100 тысяч долларов. Сначала Эдисон заменил ломкий бумажный уголек более
прочным, приготовленным из угля, потом стал делать опыты с различными металлами и наконец остановился на нити из обугленных бамбуковых волокон В
том же году в присутствии трех тысяч человек Эдисон публично демонстрировал
свои электрические лампочки, осветив ими свой дом, лабораторию и несколько
прилегающих улиц Это была первая лампочка с продолжительным сроком службы,
пригодная для массового производства Но
поскольку изготовление нитей из бамбука
оказалось достаточно дорогим, Эдисон разработал новый способ выделки их из специальным образом обработанных волокон
хлопка Сначала хлопок помещали в горячий хлорно-цинковый раствор, где он постепенно растворялся Полученную жидкость сгущали с помощью насоса до тестообразного состояния и выдавливали через тонкую трубку в сосуд со спиртом
Здесь она превращалась в тонкую нить и
наматывалась на барабан Полученную
нить путем нескольких промежуточных
операций освобождали от хлорно-цинкового раствора, сушили, разрезали, заключали в v-образные формы и обугливали в




Рис 52-3 Лампочка Эдисона

печи без доступа воздуха Затем на нити напыляли тонкий слой угля Для этого
их помещали под колпак, заполненный светильным газом, и пропускали через
них ток Под действием тока газ разлагался, и на нити осаждался тонкий слой
углерода После всех этих сложных операций нить была готова для употребления

Процесс изготовления лампочки тоже был очень сложным Нить помещали в
стеклянный колпачок между двумя платиновыми электродами, вплавленными в
стекло (дорогой платиной приходилось пользоваться потому, что она имела одинаковый со стеклом коэффициент теплового расширения, что было очень важно
для создания герметичности) Наконец, с помощью ртутного насоса из лампочки
выкачивали воздух, так что в ней оставалось не более одной миллиардной того
воздуха, который содержался в ней при нормальном давлении Когда выкачива
яие заканчивалось, лампочку запаивали и насаживали на цоколь с контактами
для вкручивания в патрон (и патрон, и цоколь, а также многие другие элементы
электрического освещения, сохранившиеся без изменений до наших дней выключатели, предохранители, электрические счетчики и многое другое - были
также изобретены Эдисоном) Средняя долговечность лампочки Эдисона составляла 800-1000 часов непрерывного горения

Почти тридцать лет лампочки изготавливались описанным выше способом,
но будущее было за лампочками с металлической нитью Еще в 1890 году Лодыгин придумал заменить угольную нить металлической проволокой из тугоплавкого вольфрама, имевшей температуру накала 3385 градусов Однако промыш
ленное изготовление таких лампочек началось только в XX веке

Константин РЫЖОВ

205

53. ГИДРОТУРБИНА

В истории человечества водяные
двигатели всегда играли особую роль
На протяжении многих веков различный водяные машины были главным источником энергии в производстве Затем развитие тепловых (а позже электрических) двигателей сильно сузило
сферу их применения Однако везде, где
имелись дешевые гидроресурсы (ручей
с быстрым течением, водопад или порожистая река), водяной двигатель мог
оказаться предпочтительнее всех других,
поскольку был очень прост по своей
конструкции, не требовал топлива и
имел сравнительно высокий КПД После того как в первой половине XIX века




Рис 53^1 Нижнебойное водяное колесо

была изобретена водяная турбина с очень высоким КПД, гидроэнергетика пережила как бы второе рождение С началом электрификации по всему миру развернулось строительство гидроэлектростанций, на которых электрогенераторы получали свой привод от мощных гидротурбин различных конструкций И в наше
время на долю гидротурбин приходится немалая часть мирового производства
электроэнергии Поэтому это замечательное устройство по праву входит в число
самых великих изобретений




Водяная турбина развилась из водяного колеса, и прежде чем говорить о
ее устройстве, следует сказать несколько слов о водяных колесах Как уже отмечалось, первые водяные колеса стали
использоваться в древности По конструкции они делились на нижнебойные
(или подливные) и верхнебойные (или
наливные)

Нижнебойные колеса были наиболее
простым типом водяного двигателя
Они не требовали для себя строительства каналов или плотин, но в то же
время имели самый низкий КПД, так
как их работа основывалась на достаточно невыгодном принципе Этот принцип заключался в том, что подтекающая под колеса вода ударяла в лопатки,
заставляя их вращаться Таким образом,    Рис 53-2 Наливное водяное колесо

206 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

в подливных колесах использовалась только сила напора воды. Более рациональны с энергетической точки зрения были наливные колеса, в которых использовался еще и вес падающей воды.

Устройство наливного колеса также было очень просто Как видно из рисунка, по ободу большого колеса или барабана приделывался ряд ковшей. Вода сверху
из желоба наливалась в верхний ковш. Наполненный водой ковш становился
тяжелее, опускался вниз и тянул за собой весь обод. Колесо начинало вращаться.
На место опускающегося колеса становился следующий ковш. Он тоже наполнялся непрерывно текущей водой и начинал опускаться. На его место приходил
третий, потом четвертый и так далее. Когда ковши доходили до нижней точки
обода, вода из них выливалась. При прочих равных условиях мощность верхнебойных колес была выше, чем у нижнебойных, но зато эти колеса имели большие габариты и невысокую скорость вращения. Кроме того, для их эффективной
работы требовалось создавать значительный перепад воды, то есть строить каналы, плотины и прочие дорогостоящие сооружения.

Любое водяное колесо насаживалось на вал, который вращался вместе с колесом, а от него вращение передавалось дальше к той машине, которую хотели
привести в действие. В древности и средневековье такие двигатели широко использовали в самых разных отраслях производства, где с их помощью приводили в движение молоты, воздуходувные мехи, насосы, ткацкие машины и другие
механизмы.

Может показаться, что за многовековую историю существования водяных
колес механики узнали о них все. Да и что можно было придумать нового в этой
старой как мир конструкции? Однако оказалось, что можно. В 1750 году венгр
Сегнер, работавший в Геттингенском университете, выдвинул совершенно новую идею водяного двигателя, в котором наряду с напором и весом использовалась еще и сила реакции, создаваемая потоком воды.

Устройство этого горизонтального колеса видно из рисунка. Вода поступала сверху в сосуд, соединенный с осью, внизу которого располагались
крестообразные трубки с загнутыми в одну сторону концами. Вода вытекала через них, и получавшаяся при этом сила реакции действовала во всех
четырех трубках в одну и ту же сторону, приводя
во вращение все колесо. Это была чрезвычайно остроумная находка, не получившая, впрочем, в этом
виде никакого практического применения, но возбудившая к себе живейший интерес некоторых математиков и инженеров.




Великий немецкий математик Эйлер одним из
первых откликнулся на эту новинку, посвятив исследованию колеса Сегнера несколько своих работ
Прежде всего, Эйлер указал на недостатки в конструкции Сегнера, отметив при этом, что невысо
Рис. 53-3. Колесо Сегнера с
четырьмя водоотводными
трубками

Константин РЫЖОВ 207

кий КПД колеса был следствием нерациональных потерь энергии. Далее он
писал, что эти потери могут быть значительно снижены, если идея нового
двигателя получит более полное воплощение. Значительные потери происходили, прежде всего, при входе воды в
колесо из-за резкого изменения направления и скорости течения воды (энергия здесь расходовалась на удар). Но их
можно было уменьшить, если подводить воду к колесу в направлении вращения со скоростью этого вращения. На
выходе так же имелись потери, так как
часть энергии уносилась с выходной




Рис. 53-4 Колесо Понселе

скоростью воды. В идеале вода должна отдавать колесу всю свою скорость. Для
этого Эйлер предлагал заменить горизонтальные водовыпускные трубки трубками криволинейной формы, идущими сверху вниз. Тогда уже не было нужды
делать отверстия для выпуска воды сбоку, так как можно было просто оставлять
открытым нижний конец замкнутой трубки. Эйлер предсказал, что в будущем
гидравлические машины этого нового типа (собственно, речь здесь шла о гидравлической турбине, но самого этого названия еще не было в употреблении)
будут иметь две части: неподвижный направляющий аппарат, по прохождению
через который вода будет поступать в нижнее вращающееся колесо, являющееся
рабочим органом машины. Несмотря на высказанные замечания, Эйлер очень
высоко оценил изобретение Сегнера и прозорливо указал, что тот открыл новый
путь развития гидравлических двигателей, которому суждено большое будущее.

Однако и колесо Сегнера, и работы Эйлера несколько опередили свое время.
Следующие семьдесят лет никто не пытался усовершенствовать колесо Сегнера в
соответствии с замечаниями Эйлера. Интерес к ним в первой четверти XIX века
возродили работы французского математика Понселе, который предложил особый вид подливных колес новой конструкции. КПД колеса Понселе достигало
70%, что было совершенно недостижимо для других типов водяных двигателей.
Секрет успеха заключался в том, что лопаткам колеса была придана особая полукруглая форма, так что подводимая вода поступала на них в направлении их
кривизны, проходила некоторое расстояние вверх по лопатке, а затем, опускаясь,
выходила наружу. При таких условиях совершенно устранялся удар воды о лопатки при входе, на который обычно терялась значительная часть энергии водяной струи. Изобретение Понселе стало важным шагом на пути к водяной турбине. Для того чтобы этот путь был пройден до конца, не доставало второго элемента турбины, описанного Эйлером - направляющего аппарата.

Впервые направляющий аппарат к водяному колесу применил профессор
Бюрден в 1827 году. Он же первый назвал свою машину турбиной (от латинского
turbo - быстрое вращение), после чего это определение вошло в обиход. В 1832

208 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ




Рис. 53-5. Вертикальный разрез турбины Фурнейрона: 1 - направляющий
аппарат; 2 - рабочее колесо; 3 вал турбины

году первую практически применимую гидротурбину создал французский инженер
Фурнейрон.

Его турбина состояла из двух концентрических, лежащих друг против друга колес: внутреннего, неподвижного К, представлявшего из себя направляющий аппарат, и внешнего с изогнутыми лопатками
а, которое и было рабочим турбинным колесом. Вода поступала в турбину сверху через трубу, обхватывавшую вал турбины, и
попадала на лопатки направляющего аппарата. Эти лопатки принуждали воду двигаться по кривой линии, вследствие чего
она втекала в горизонтальном направлении
в лопатки турбинного колеса, без удара, по
всей его внутренней окружности, отдавая
последнему всю свою энергию, а затем рав

номерно стекала по его внутренней окружности. Вновь поступающая и отработанная вода нигде не смешивались между собой. Турбинное колесо было накрепко соединено с вертикальным валом D, через который передавалось движение.

КПД турбины Фурнейрона достигал 80%. Созданная им конструкция имела
громадное значение для дальнейшей истории турбостроения. Слух об этом удивительном изобретении быстро распространился по всей Европе. Специалистыинженеры из многих стран в течение нескольких лет приезжали в глухое местечко Шварцвальда, чтобы осматривать работавшую там турбину Фурнейрона
как великую достопримечательность. Вскоре турбины стали строить по всему

миру.

Переход к турбинам стал революционным переворотом в истории гидравлических двигателей. В чем же заключалось их
преимущество перед старым водяным колесом? В приведенном выше кратком описании турбины Фурнейрона трудно увидеть
колесо Сегнера. Между тем она основана
на том же принципе использования реактивного движения водяной струи (отчего
этот тип турбин и получил позже название
реактивных). Просто Фурнейрон внимательно учел все замечания Эйлера и использовал свой собственный опыт инженерагидравлика. Турбина Фурнейрона отличаРис. 53-6. Горизонтальный разрез  лась от водяного колеса несколькими принтурбины Фурнейрона              ципиальными моментами. В водяном ко



Коястантин РЫЖОВ

209

лесе вода входила и выходила в одном и том же месте. Из-за этого как скорость,
так и направление движения воды в лопатке колеса были различны в разные
моменты времени - колесо как бы затрачивало изрядную часть своей полезной
мощности на постоянное преодоление сопротивления струи. В турбине Фурнейрона вода из направляющего аппарата входила на одну кромку лопатки колеса,
проходила по лопатке и стекала с другой ее стороны. Вследствие этого в турбине
вода не останавливалась, не меняла направления своего течения на обратное, а от
входных до выходных кромок текла непрерывно. В каждой точке лопаток скорость ее была одинакова по направлению и отличалась только по величине. В
результате скорость вращения турбины теоретически зависела только от скорости
воды, и поэтому турбина могла вращаться в несколько десятков раз быстрее обычного водяного колеса. Другое выгодное отличие турбины заключалось в том, что
вода одновременно проходила по всем лопаткам колеса, а в водяном колесе -только через некоторые. В результате, энергия водяной струи использовалась в
турбине гораздо полнее, чем в водяном колесе, а ее габариты при той же мощности были в несколько раз меньше.

В последующие годы выработалось несколько основных видов гидротурбин.
Не вдаваясь здесь в подробности, отметим, что все турбины XIX века можно
условно разделить на два основных типа: реактивные и струйные. Реактивная
турбина, как уже говорилось, представляла собой усовершенствованное колесо
Сегнера. Она имела турбинное колесо, насаженное на вал, с особым образом
искривленными лопатками. Это колесо заключало внутри себя или было окружено направляющим аппаратом. Последний представлял из себя неподвижное колесо с направляющими лопатками. Вода устремлялась вниз через направляющий
аппарат и турбинное колесо, причем лопатки первого направляли воду на лопатки второго. При выливании вода давила на лопатки и вращала колесо. От вала
вращение передавалось дальше к какому-нибудь устройству (например, электрогенератору). Реактивные турбины оказались очень удобны там, где напор воды
невелик, но есть возможность создать перепад в 10-15 м. Они получили в
XX веке очень широкое распространение.

Другим распространенным типом турбин были струйные. Их принципиальное устройство заключалось в том, что струя воды под сильным напором ударяла
в лопатки колеса и этим заставляла его
вращаться. Сходство струйной турбины с нижнебойным колесом очень велико. Прообразы таких турбин появились еще в средние века, как это можно
заключить из некоторых изображений
того времени.




В 1884 году американский инженер
Пельтон значительно усовершенствовал
буйную турбину, создав новую кон^укцию рабочего колеса. В этом ко
^се гладкие лопатки прежней струйной

Рис. 53- 7. Простейшая струйная турбина

210 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИ1




Рис. 53-8 Колесо Пелыпона В левом углу
показана лопатка, принимающая струю




Рис. 53-9 Колесо Пельтона (разрез)

турбины были заменены особенными
им изобретенными, имеющими вил
двух соединенных вместе ложек Таки>
образом, лопатки получились не плоскими, а вогнутыми, с острым реброи
посередине При таком устройстве лопаток работа воды почти целиком шла
на вращение колеса и только очень малая ее часть терялась бесполезно

Вода к турбине Пельтона поступала
по трубе, идущей от запруды или водопада. Там, где воды было много, труба
делалась толстой, а где воды оказывалось меньше, она была тоньше. На конце трубы имелся наконечник, или сопло, из которого вода вырывалась сильной струёй Струя попадала в ложкообразные лопатки колеса, острое ребро лопатки резало ее пополам, вода толкала
лопатки вперед, и турбинное колесо начинало вращаться Отработанная вода
стекала вниз в отводную трубу. Колесо
с лопатками и соплом прикрывалось
сверху кожухом из чугуна или железа.
При сильном напоре колесо Пельтона
вращалось с огромной скоростью, делая до 1000 оборотов в минуту. Оно

было удобно там, где имелась возможность создать сильный напор воды. КПД
турбины Пельтона был очень высок и приближался к 85%, поэтому она и получила широчайшее распространение.

После того как в 80-е годы XIX века была разработана система передачи электрического тока на большие расстояния и появилась возможность сосредоточить
производство электроэнергии на <фабриках электричества> - электростанциях,
началась новая эпоха в истории турбостроения В соединении с электрогенератором турбина стала тем могущественным инструментом, с помощью которого человек поставил себе на службу огромную силу, скрытую в реках и водопадах

54. ПУЛЕМЕТ

В истории военной техники можно насчитать несколько эпохальных изобретений, к числу которых, несомненно, относится и пулемет. Точно так же, как
первая пушка открыла эпоху огнестрельного оружия, а первая винтовка - эпоху

Константин РЫЖОВ 211

нарезного, создание пулемета ознаменовало собой начало эпохи скорострельного автоматического оружия




Мысль о таком оружии, которое позволяло бы в кратчайший промежуток
времени выпустить наибольшее количество пуль, появилась очень давно Уже
в начале XVI века существовали укрепленные поперечно на бревне ряды заряженных стволов, через затравки которых
была просыпана пороховая дорожка При
воспламенении пороха получался залп из
всех стволов Об использовании подобных установок (ребодеконов) в Испании сообщается около 1512 года. Потом возникла мысль укреплять отдельные стволы на вращающемся граненом вале Это
оружие называлось <органом>, или картечницей Орган мог иметь на себе до
нескольких десятков стволов, каждый из которых снабжался своим кремневым
замком и спусковым механизмом. Действовало такое приспособление очень просто: когда все стволы были заряжены и замки взведены, вал приводили во вращение посредством рукоятки, укрепленной на его оси При этом замки, проходя
мимо неподвижного шпенька (небольшого стержня), укрепленного на оси орудия, спускались и производили выстрел. Частота огня зависела от частоты вращения. Впрочем, подобное оружие не имело широкого распространения. Оно
стало более удобным только после того, как появились патроны в металлической гильзе.

Рис 54-1 Картечница Гатлинга

В 1860-1862 годах американец Гатлинг создал несколько образцов довольно
совершенных картечниц, которые были непосредственными предшественницами
пулемета. В 1861 году такая картечница была принята на вооружение армии США,
а потом и многих других армий.

Устройство ее видно на рисунке. Вокруг центрального вала АБ были прикреплены шесть или десять ружейных стволов, образующих с ним как бы цилиндр; стволы были набраны в особой железной раме ВГДЕ, имевшей цапфы Ж
и 3 для помещения рамы на колесный лафет. Вал АБ и окружающие его стволы
были пропущены сквозь отверстия двух
железных дисков К и Л. Передний конец вала Б был вставлен в переднюю
стенку рамы, а задний конец А проходил через пустотелый чугунный цилиндр
М и соединялся с зубчатыми колесами
НН Через посредство рукояти 00 вал
АБ со стволами приводился во вращательное движение. Для заряжания картсчницы на валу АБ непосредственно за
обрезами стволов имелся приемный




Рис. 54-2. Конструкция картечницы
Гатлинга

212 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

цилиндр П с желобами, расположенными на боковой поверхности на продолжении каждого ствола: в них помещались патроны Над приемным цилиндром
была прикреплена к раме на шарнире крышка Р с воронкою С, через которую
можно было всыпать патроны из особой железной пачки Скрытый в цилиндре
М механизм был устроен таким образом, что если один человек вращал посредством рукояти 00 систему стволов, а другой высыпал патроны в воронку С, то
производились последовательное заряжание и стрельба из каждого ствола одного
за другим; патронные гильзы при этом последовательно выбрасывались из ствола и падали вниз.

Осуществлялось это следующим образом. К приемному цилиндру П прилегал надетый на том же зубчатом валу замочный цилиндр АБ с желобами, которые
были продолжением желобов первого цилиндра. Оба цилиндра и стволы составляли одно целое и приводились в общее вращение рукояткой О В каждом желобе замочного цилиндра помещался затвор, представляющий собой трубку ВГ.
Внутри трубки располагался ударник с головкою Д и ударной шпилькой Е; ударник мог продольно двигаться в затворе, причем для головки Д была разделана
вдоль верхней стенки затвора щель; вокруг ударника была обвита пружина, сжимавшаяся между головкой ударника и выступом в затворе Ж. В передней части
затвора был укреплен посредством шпильки экстрактор (устройство для извлечения стреляной гильзы) 3 с зацепом И и зубцом К. При вращении всей этой
системы выступы затворов Л скользили по наклонному нарезу МММ на внутренней поверхности неподвижной оболочки, покрывавшей механизм. Вследствие
этого затворы постепенно выдвигались в желоба приемного цилиндра, подталкивая патроны в стволы. В каждый момент вращения только один ствол был заперт
затвором, то есть подготовлен к выстрелу. Головки ударников Д скользили по
выступу НН, расположенному на внутренней поверхности неподвижной оболочки, причем по мере выдвижения затвора вперед спиральные пружины сжимались. В тот момент, когда затвор запирал ствол, головка ударника освобождалась
от выступа НН и ударная пружина воспламеняла капсюль патрона. При дальнейшем вращении каждый затвор вследствие обратного наклона нареза МММ отодвигался назад, причем экстрактор вытягивал пустую гильзу, которая падала вниз
При весе около 250 кг картечница могла делать до 600 выстрелов в минуту. Она
была довольно капризным оружием, и
управляться с ней было очень непросто. К тому же вращение рукоятки оказалось весьма утомительным занятием.
Картечница использовалась в некоторых
войнах (гражданской войне в США,
франко-прусской и русско-турецкой),
но нигде не смогла зарекомендовать себя
с хорошей стороны. В истории техники
она интересна тем, что некоторые ее механизмы были использованы потом
изобретателями пулеметов. Однако на



Рис 54-3 Механизм картечницы Гатлинга

Константин РЫЖОВ

213

звать картечницу автоматическим оружием в современном смысле этого слова еще
нельзя.

В настоящем автоматическом оружии, конечно, не могло быть и речи о том, чтобы
вручную вращать стволы, да
и принцип его действия был
совсем другим. Развиваемое
при выстреле давление пороховых газов здесь использовалось не только для выбрасывания пули из канала ствола, но и для перезарядки. При




Рис. 54-4 Хайрам Максим возле своего пулемета

этом автоматически выполнялись следующие операции: открывался затвор, выбрасывалась стреляная гильза, взводилась боевая пружина ударника, в патронник
ствола вводился новый патрон, после чего затвор вновь закрывался. Над созданием образцов такого оружия работали во второй половине XIX века многие
изобретатели в разных странах. Впервые действующий автоматический механизм
удалось создать английскому инженеру Генри Бессемеру. В 1854 году он сконструировал первую в истории автоматическую пушку. Силой отдачи после выстрела здесь происходило выбрасывание гильзы, вслед за тем автоматически досылался новый снаряд и взводился механизм для следующего выстрела. Чтобы орудие не перегревалось, Бессемер продумал систему водяного охлаждения. Впрочем, изобретение его было настолько несовершенно, что речь о серийном производстве этой пушки даже не стояла.

Самый первый в истории пулемет был создан американским изобретателем
Хайрамом Максимом. В течение нескольких лет он безуспешно работал над изобретением автоматической винтовки. В конце концов ему удалось сконструировать все основные узлы автоматического оружия, но оно получилось таким громоздким, что скорее походило на небольшую пушку. От винтовки пришлось
отказаться. Вместо нее Максим собрал в 1883 году первый действующий образец
своего знаменитого пулемета. Вскоре после этого он переехал в Англию и основал здесь свою собственную мастерскую, которая позже соединилась с оружейным заводом Норденфельдта.

Первое испытание пулемета было проведено в Энфильде в 1885 году В
1887 году Максим предложил английскому военному министерству три различных образца своего пулемета, дававшего около 400 выстрелов в минуту. В последующие годы он стал получать на него все больше и больше заказов. Пулемет
был испытан в различных колониальных войнах, которые вела в это время Англия, и великолепно зарекомендовал себя как грозное и очень эффективное оружие. Англия была первым государством, принявшим пулемет на вооружение
своей армии. В начале XX века пулемет Максима уже состоял на вооружении всех




европейских и американских армий, а также армий Китая и Японии. Вообще,
ему было суждено редкое долголетие. Постоянно модернизируясь, эта надежная
и безотказная машина простояла на вооружении многих армий (в том числе
советской) вплоть до окончания Второй мировой войны.

Принцип действия <максима> был следующий. Пулемет имел подвижный
ствол, соединенный с помощью цапф с двумя продольными пластинами особой
рамы, между которыми помещался замок АБ, запиравший ствол, мотыль ВГ и
шатун ГД.

Все эти три части были соединены между собой шарнирами ВГД, причем
последний шарнир проходил через заднюю оконечность пластин рамы и соединялся с шатуном наглухо, то есть таким образом, что если эта ось поворачивалась, то поворачивался и сам шатун. На эту ось с правой стороны снаружи короба насаживалась рукоять ЕЖ, опиравшаяся задним концом Ж на ролик 3. К
рукояти при помощи цепочки прикреплялся задний конец спиральной пружины
К, работавшей на растяжение, передний же ее конец прикреплялся к неподвижному коробу системы. Рукоять находилась с правой наружной стороны короба
пулемета.

При выстреле пороховые газы стремились отбросить замок назад, но так как
он был соединен при помощи мотыля и шатуна с рамой пулемета посредством
оси Д (причем средняя ось Г располагалась несколько выше двух крайних осей
Д и В, прилегая в то же время сверху к особой стенке), то первоначально эти

Константин РЫЖОВ 215

части (то есть, мотыль, шатун и замок)
сохраняли свое прежнее положение, которое они имели перед выстрелом, и отходили назад, двигая за собой раму, а
следовательно, и соединенный с нею
ствел. Это происходило до тех пор, пока
рукоять ЕЖ, сидящая на оси Д, не налезала на ролик 3.




После чего рукоять начинала вращаться. Это вращение рукояти вызывало вращение оси Д, а следовательно, и шатуна
ДГ, после чего все части приходили в
положение, показанное на рисунке.

Замок при этом получал ускоренное
по сравнению с рамой и стволом движение - он открывал ствол и гильза выбрасывалась из патронника.

Рис. 54-9

Крайнее положение, в которое приходили после этого подвижные части пулемета, видно на рисунке. Вслед за тем растянутая пружина возвращала весь
механизм в первоначальное положение. Так как подвижные части в этой системе
были очень массивны, то в первое время пулемет часто давал <задержку>, в результате чего скорострельность его заметно падала. Для улучшения работы пулемета Миллер, техник фирмы Максим-Норденфельдт, и русский капитан Жуков
придумали надульник. Действие его заключалось в том, что пороховые газы,
выбрасываемые из ствола за пулей, отражались о переднюю внутреннюю стену
надульника и действовали затем на передний обрез дульного среза, увеличивая
скорость отбрасывания ствола от рамы.

Подача патрона в ствол осуществлялась следующим образом. По особым нарезам на передней плоскости замка скользила вверх и вниз личинка ЛМ, назначение которой было выхватывать патроны из ленты, а стрелянные гильзы из
патронника: при ее поднимании вверх в особые захваты личинки входила шляпка патрона, причем при отодвигании замка назад патрон выхватывался из ленты.
Для того чтобы поставить выхваченный патрон на линию оси патронника, личинка должна была опуститься вниз, что происходило под действием ее собственного веса, причем особые боковые
рожки личинки скользили по боковым
пластинкам ПР неподвижного короба, как
это видно из рисунка.




Большей интенсивности опускания
помогали пластинчатые пружины СС,
нажимавшие сверху на личинку. Обратное поднятие личинки вверх происходи
"о при помощи подъемных рычагов НО,             Рис. 54-10

216 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

передние края которых при вращении рычагов надавливали на боковые выступы
личинки Вращение рычагов производилось особым плечом ВВ'

Рукоять в пулемете действовала как ускоритель обладая массивностью, она
при своем вращении ускоряла поворачивание мотыля и шатуна с отбрасыванием
замка в крайнее заднее положение

55. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС

В основе действия гидравлического пресса лежит одно из важнейших свойств
воды - ее малая способность к сжатию Благодаря этому давление, производимое на воду, заключенную в замкнутый сосуд, передается во все стороны с одинаковой силой, так что на каждую единицу поверхности приходится такое же
давление, как и давление, производимое извне

Сила, с которой оказывается воздействие на поверхность, определяется по
формуле F=P x S, где Р - давление, a S - площадь, к которой прилагается
сила Представим себе замкнутый сосуд с водой (или любой другой несжимаемой
жидкостью), в который вставлены два поршня Воздействуя на меньший поршень с силой F, мы заставим подниматься больший поршень Сила, с которой
вода будет давить на этот поршень (как это следует из приведенной выше формулы), будет во столько раз больше, во сколько его площадь больше площади
меньшего поршня В этом состоит суть эффекта гидравлического усиления Например, если на меньший поршень давить с силой 10 кг, то воздействие, оказываемое на поршень в другом колене, диаметр которого в двое больше, будет в четыре раза больше (так как площадь этого поршня в четыре раза больше), то есть оно будет
равняться 40 кг Соответствующим подбором диаметров того и другого поршня можно
достигнуть чрезвычайно большого увеличения силы давления, оказываемой водой
на второй поршень, но в такой же мере
уменьшиться скорость, с которой он будет
подниматься вверх (В нашем примере для
того, чтобы большой поршень поднялся на
1 см, маленький должен опуститься на
4см)




Это замечательное свойство несжимаемой жидкости, получившее широчайшее
использование в современной технике,
было открыто Паскалем В своем трактате о

Рис 55-1 Гидростатическое дав-  равновесии жидкостей, изданном посмертление                            но в 1663 году, он писал <Если сосуд, пол

Константин РЫЖОВ 217

ный водою, закрытый со всех сторон, имеет два отверстия, и одно
имеет площадь в сто раз больше,
чем другое, с плотно вставленными поршнями, то один человек,
толкающий маленький поршень,
уравновесит силу ста человек,
которые будут толкать в сто раз
больший, и пересилит 99 из них>

После опубликования трактата
Паскаля идея гидравлического




Рис 55-2 Гидравлический пресс

пресса витала в воздухе, но осуществить ее на практики не удавалось еще более
ста лет, потому что не могли добиться необходимой герметичности сосуда при
больших давлениях вода просачивалась между стенками цилиндра и поршня и
никакого усиления не получалось В 90-х годах XVIII века за создание гидравлического пресса взялся известный английский изобретатель Брама Ему тоже пришлось столкнуться с проблемой уплотнения, но эту задачу Браме помог разрешить его сотрудник и будущий великий изобретатель Генри Модели, который
придумал особый самоуплотняющийся воротничок (манжету) Изобретение Модели
фактически было равно изобретению самого пресса, так как без него он никогда
не смог бы работать Современники хорошо сознавали это Ученик Модели Дж
Несмит писал позже, что если бы Модели не изобрел ничего, кроме этого самоуплотняющегося воротничка, уже и тогда имя его навсегда бы вошло в историю
техники Воротничок представлял собой кольцо, имевшее в разрезе вид обращенной буквы V, его вытягивали из куска толстой юфти, хорошо размоченной в
теплой воде, с помощью чугунной формы, состоявшей из кольцеобразного углубления и сплошного кольца, соответствовавшего его внутренней поверхности.
Раньше полного высыхания кожу надо было пропитать салом, чтобы она сохранила свою мягкость При заполнении цилиндра водой под высоким давлением
края кожаного воротничка раздвигались, плотно прижимаясь к поверхности цилиндра и закрывая собой зазор При больших диаметрах поршня такой воротничок оказывался слишком гибким и поэтому легко отставал В этом случае внутрь
него помещали кольцо, подобное тому, что служило для вытягивания В 1797
году Брама построил первый в истории гидравлический пресс, общее понятие об
устройстве которого можно составить по рисунку

Здесь ЕЕ изображают стойки, D - крышку, а С - платформу пресса, составляющую одно целое с его поршнем, тогда как внешний цилиндр отливался
вместе с основанием для стоек В представленном рядом разрезе цилиндра виден
воротничок Модели, изображенный также отдельно в увеличенном виде под буквой Q Цилиндр пресса соединялся гибкой трубкой с отдельно стоящим нагнетательным насосом Его сплошной поршень приводился в начальное движение с
помощью рычага GH, шатуна Н' и направляющего стержня К Насос обычно
укреплялся на чугунном ящике, служившим резервуаром для жидкости (воды,
глицерина или масла), в этот же резервуар вытекала обратно жидкость, когда

218 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

давление достигало установленной величины и предохранительный клапан V под-|
нимал свой груз Р или когда отворяли винтовой затвор, чтобы выпустить жид-|
кость и дать возможность поршню вновь опуститься вниз.                  1

Пресс Брамы послужил образцом для множества других гидравлических при-|
способлений, изобретенных позже. Вскоре был создан домкрат - устройство для|
поднятия тяжестей. В 20-е годы XIX века пресс стал широко использоваться для|
штамповки изделий из мягкого металла. Однако прошло еще несколько десяти-1
летай, прежде чем были созданы мощные ковочные прессы, пригодные для штам-|
повки стальных и железных деталей.                                     |

Настоятельная потребность в таких прессах появилась во второй половине|
XIX века, когда заметно увеличились размеры обрабатываемых заготовок Их
проковка требовала все более мощных паровых молотов. Между тем для увеличения силы удара парового молота приходилось либо увеличивать вес падающей
части, либо высоту ее падения. Но и то и другое имело свои пределы. Быстрый
процесс машиностроения, необходимость оковки все более и более крупных предметов довели наконец вес бабы (бьющей части молота) до колоссальных размеров - порядка 120 тонн. При падении таких огромных масс, конечно, невозможно было добиться необходимой точности. Кроме того, сила удара, вызываю->
щая резкую деформацию предмета, действовала благодаря инерции лишь на по-1
верхностный слой отковки. С технологической точки зрения медленное, но силь-1
ное давление было гораздо более целесообразно, поскольку металл получал время
раздаться, и это способствовало более правильной деформации. Наконец, сильные удары молота настолько сотрясали почву, что это сделалось опасным для
окружающих построек и сооружений.

Впервые ковочный пресс был разработан в 1860 году директором мастерских
государственных железных дорог в Вене Дж. Газвеллом. Мастерские были расположены в черте города вблизи жилых построек, так что разместить в них мощный
паровой молот не представлялось возможным. Тогда Газвелл и решил заменить
молот прессом. Созданный им пресс обслуживался паровой машиной двойного
действия с горизонтальным цилиндром, приводившей в действие два насоса.
Мощность пресса составляла 700 т, и он с успехом применялся при штамповке
паровозных деталей: поршней, хомутов, кривошипов и тому подобного, Выстав-1
ленный в 1862 году на всемирной выставке в Лондоне, он привлек к себе живей- ^
ший интерес. С этого времени во всех странах стали создаваться все более мощные прессы. Английский инженер Витворт (один из учеников Генри Модели и'
сам выдающийся изобретатель), увлеченный примером Газвелла, поставил перед I
собой сложную задачу - создать такой пресс, который бы можно было использо-1
вать для получения изделий непосредственно из железных и стальных слитков В |
1875 году он получил патент на свой первый ковочный пресс.               I

Пресс Витворта состоял из четырех колонн, укрепленных в фундаментной
плите. На верхней части колонн была расположена неподвижная поперечная балка (траверса) с двумя гидравлическими подъемными цилиндрами - с их помощью вверх и вниз перемещалась подвижная траверса, на которой внизу был
установлен штамп.

Константин РЫЖОВ

219

Устройство пресса основывалось
на комбинированном использовании
силовых насосов и гидравлических
аккумуляторов. (Гидравлический аккумулятор - устройство, позволяющее накапливать гидравлическую
энергию; он состоит из цилиндра и
поршня, к которому крепится груз;

сначала вода, поступающая в цилиндр, приподнимает груз, затем, в
нужный момент, груз отпускается, и
вода, выходя из цилиндра под его
давлением, совершает необходимую
работу.) В прессе Витворта между
четырьмя колоннами на некоторой
высоте над наковальней К помещался массив Р; внутрь него был встав



Рис. 55-3. Продольный и поперечный разрез гидравлического ковочного пресса Витворта

лен большой цилиндр С, поршень которого Е и был кующей частью пресса. Этот
поршень соединялся с поршнями двух малых цилиндров а и а1, также вставленных в массив, так что при работе все три поршня поднимались и опускались
одновременно. Пространство С над поршнем большого цилиндра соединялось с
коробкой D, куда вгонялась насосами вода. У малых цилиндров пространство
над поршнем соединялось с трубкой грузового аккумулятора АВ, груз которого
был уравновешен с весом всех трех поршней Е, а и а1.

Сама работа ковки производилась следующим образом: открывался клапан d
в нагнетательной коробке, воду насосов направляли в пространство над поршнем
большого цилиндра, отчего все три поршня опускались. При этом большой поршень производил сжатие металла, а малые поршни давили на воду под ними и
этим давлением поднимали уравновешивающий груз аккумулятора. Когда клапан нагнетательного насоса закрывали, давление на большой поршень прекращалось, и тогда поднятый груз аккумулятора начинал опускаться, передавая давление на воду, которая поднимала все три поршня. Таким образом, груз и три
Уравновешенных с ним поршня представляли собой как бы две чаши весов. Насосы приводились в действие паровой машиной. Для наблюдения за силой сжатия с кующим поршнем была соединена стрелка F, что давало возможность вести
ковку с исключительной точностью.

Впервые гидравлический пресс Витворта был применен для ковки отливок в
1884 году. До этого времени ковка орудийных стволов на заводе Витворта, как и
многие другие кузнечные операции, велась на паровых молотах. Однако преимущество гидравлических прессов перед паровыми молотами оказалось бесспорным. Так, например, для ковки ствола орудия из слитка массой 36,5 т требовалось 3 недели и 33 промежуточных нагрева; с применением же гидравлического
пресса, дававшим усилие в 4000 т, ковка слитка массой 37,5 т занимала всего
4 Дня и требовала 15 промежуточных нагреваний. Замена молота прессом удс
220 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

шевляла операцию ковки крупногабаритных деталей примерно в семь раз Поэтому в короткое время прессы Витворта получили широкое распространение
Вскоре применение гидравлических ковочных прессов привело к серьезным техническим преобразованиям на крупных металлургических и машиностроительных заводах Тяжелые паровые молоты были повсеместно демонтированы и заменены прессами К началу 90-х годов XIX века уже имелись прессы мощностью в
1000т

56. ПАРОВАЯ ТУРБИНА

Наряду с гидротурбинами, описанными в одной из предыдущих глав, огромное значение для энергетики и электрификации имело изобретение и распространение паровых турбин Принцип их действия был подобен гидравлическим, с
той, однако, разницей, что гидравлическую турбину приводила во вращение струя
воды, а паровую - струя разогретого пара Точно так же, как водяная турбина
представляла собой новое слово в истории водяных двигателей, паровая продемонстрировала новые возможности парового двигателя Старая машина Уатта,
отметившая в третьей четверти XIX века свой столетний юбилей, имела низкий
КПД, поскольку вращательное движение получалось в ней сложным и нерациональным путем В самом деле, как мы помним, пар двигал здесь не само вращающееся колесо, а оказывал давление на поршень, от поршня через шток, шатун
и кривошип движение передавалось на главный вал В результате многочисленных передач и преобразований огромная часть энергии, полученной от сгорания
топлива, в полном смысле этого слова без всякой пользы вылетала в трубу Не
раз изобретатели пытались сконструировать более простую и экономичную машину - паровую турбину, в которой струя пара непосредственно вращала бы
рабочее колесо Несложный подсчет показывал, что она должна иметь КПД на
несколько порядков выше, чем машина Уатта Однако на пути инженерной мысли оказывалось множество препятствий Для того чтобы турбина действительно
превратилась в высокоэффективный двигатель, рабочее колесо должно было вращаться с очень высокой скоростью, делая сотни оборотов в минуту Долгое время этого не могли добиться, так как не умели сообщить надлежащую скорость
струе пара

Только в 1883 году шведу Густаву Лавалю удалось преодолеть многие затруднения и создать первую работающую паровую турбину За несколько лет до этого Лаваль получил патент на сепаратор для молока Для того чтобы приводить его
в действие, нужен был очень скоростной привод Ни один из существовавших
тогда двигателей не удовлетворял поставленной задаче Лаваль убедился, что только
паровая турбина может дать ему необходимую скорость вращения Он стал работать над ее конструкцией и в конце концов добился желаемого Турбина Лаваля
представляла собой легкое колесо, на лопатки которого через несколько поставленных под острым углом сопел наводился пар В 1889 году Лаваль значительно

Константин РЫЖОВ 221

усовершенствовал свое изобретение, дополнив сопла коническими расширителями Это значительно повысило КПД турбины и превратило ее в универсальный
двигатель Принцип действия турбины был чрезвычайно прост Пар, разогретый
до высокой температуры, поступал из котла по паровой трубе к соплам и вырывался наружу В соплах пар расширялся до атмосферного давления Благодаря
увеличению объема, сопровождавшему это расширение, получалось значительное увеличение скорости вытекания (при расширении от 5 до 1 атмосферы скорость паровой струи достигала 770 м/с) Таким образом заключенная в паре энергия передавалась лопастям турбины Число сопел и давление пара определяли
мощность турбины Когда отработанный пар не выпускали прямо в воздух, а
направляли, как в паровых машинах, в конденсатор и сжижали при пониженном
давлении, мощность турбины была наивысшей Так, при расширении пара от
5 атм до1/10атм скорость струи достигала сверхзвуковой величины

Несмотря на кажущуюся простоту, турбина Лаваля была настоящим чудом
инженерной мысли Достаточно представить себе нагрузки, которые испытывало
в ней рабочее колесо, чтобы понять, как нелегко было изобретателю добиться от
своего детища бесперебойной работы При огромных оборотах турбинного колеса
даже незначительное смещение в центре тяжести вызывало сильную нагрузку на
ось и перегрузку подшипников Чтобы избежать этого, Лаваль придумал насадить колесо на очень тонкую ось, которая при вращении могла бы слегка прогибаться При раскручивании она сама собой приходила в строго центральное положение, удерживаемое затем п; їй любой скорости вращения Благодаря этому
остроумному решению разрушающее действие на подшипники было сведено до
минимума

Едва появившись, турбина Лаваля завоевала всеобщее признание Она была
намного экономичнее старых паровых двигателей, очень проста в обращении,
занимала мало места, легко устанавливалась и подключалась Особенно большие
выгоды турбина Лаваля давала при ее соединении с высокоскоростными машинами пилами, сепараторами, центробежными насосами Ее с успехом применяли
также как привод для электрогенератора, но все-таки для него она имела чрезмерно большую скорость и потому могла действовать только через редуктор (систему зубчатых колес, понижавших скорость вращения при передаче движения
от вала турбины на вал генератора)




В 1884 году английский инженер
Парсон получил патент на многоступенчатую реактивную турбину, которую он
изобрел специально для приведение в
действие электрогенератора В 1885 году
он сконструировал многоступенчатую
реактивную турбину, получившую в
дальнейшем широкое применение на
тепловых электростанциях Она имела
следующее устройство, напоминающее   Рис 56-1 Паровая турбина Лаваля

222 100 ВЕЛИКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ

устройство реактивной гидротурбины. На центральный вал был насажен ряд вращающихся колес с лопатками. Между этими колесами находились неподвижные
венцы (диски) с лопатками, имевшими обратное направление. Пар под большим
давлением подводился к одному из концов турбины. Давление на другом конце
было небольшое (меньше атмосферного). Поэтому пар стремился пройти сквозь
турбину. Сначала он поступал в промежутки между лопатками первого венца.
Эти лопатки направляли его на лопатки первого подвижного колеса. Пар проходил между ними, заставляя колеса вращаться. Дальше он поступал во второй
венец. Лопатки второго венца направляли пар между лопатками второго подвижного колеса, которое тоже приходило во вращение. Из второго подвижного колеса пар поступал между лопатками третьего венца и так далее. Всем лопаткам была
придана такая форма, что сечение междулопаточных каналов уменьшалось по
направлению истечения пара. Лопатки как бы образовывали насаженные на вал
сопла, из которых, расширяясь, истекал пар. Здесь использовалась как активная,
так и реактивная его сила. Вращаясь, все колеса вращали вал турбины. Снаружи
устройство было заключено в крепкий кожух. В 1889 году уже около трехсот
таких турбин использовалось для выработки электроэнергии, а в 1899 году в
Эльберфельде была построена первая электростанция с паровыми турбинами
Парсона. Между тем Парсон старался расширить сферу применения своего изобретения. В 1894 году он построил опытное судно <Турбиния> с приводом от
паровой турбины. На испытаниях оно продемонстрировало рекордную скорость 60 км/ч. После этого паровые турбины стали устанавливать на многих быстроходных судах.

57. ГАЗОВЫЙ И БЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛИ

Паровой двигатель не до конца разрешил энергетическую проблему, стоявшую перед человечеством. Небольшие мастерские и предприятия, составлявшие
в XIX веке большую часть промышленного сектора, не всегда могли им воспользоваться. Дело в том, что маленький паровой двигатель имел очень невысокий
КПД (менее 10%). Кроме того, использование такого двигателя было связано с
большими затратами и хлопотами. Для того чтобы запустить его в ход, необходимо было развести огонь и навести пары. Даже если машина была нужна только
временами, ее все равно приходилось постоянно держать под парами. Для мелкой промышленности требовался двигатель небольшой силы, занимающий мало
места, который можно было бы включать и останавливать в любое время без
долгой подготовки. Впервые идея такого двигателя была предложена в самом
начале XIX века.

В последний год XVIII века французский инженер Филипп Лебон открыл
светильный газ. Традиция приписывает его успех случайности - Лебон увидел,
как вспыхнул газ, истекавший из поставленного на огонь сосуда с древесными
опилками, и понял, какую пользу можно извлечь из этого явления. В 1799 году

Константин РЫЖОВ 223