Передача электроэнергии на большие расстояния 6 страница

ТЕПЛОХОД

В начале XX столетия случились большие перемены в кораблестроении — на смену пароходам, обширно употреблявшимся в течение ста лет на всех водных транспортных дорогах, приходят более идеальные суда с дизельным приводом.

Начало этому ответственному перевороту было положено в Российской Федерации — как раз тут был создан первый реверсный судовой дизель и были выстроены первые в мире подводные лодки и теплоходы. Инициатором всех этих разработок выступила одна из наибольших русских компаний «Товарищество братьев Нобель». Нобели одними из первых оценили серьёзное значение изобретения Рудольфа Дизеля.

Чуть показались сообщения о его двигателе, Эммануил Нобель завязал переговоры о покупке лицензии. Основное, что подкупало Нобеля в новом двигателе, — это то, что он имел возможность трудиться на тяжелом горючем. Во второй половине 90-ых годов XIX века, заплатив огромные по тем временам деньги (около 500 тысяч рублей), Нобель взял чертежи 20?сильного дизеля.

По окончании их тщательного изучения на Петербургском заводе компании многие детали двигателя были поменяны как по конструктивным соображениям, так и, в основном, вследствие того что первый двигатель решено было вынудить трудиться на нефти, а не на керосине. Трудности применения нефтяного горючего тогда еще нигде в мире не были преодолены.

Первый в мире трудящийся на нефти двигатель Дизеля был разрешён войти в движение во второй половине 90-ых годов девятнадцатого века. Он развивал 25 л.с. и затрачивал в час около четверти килограмма нефти на 1 л.с. Это был ответственный успех, но заветной мечтой Нобеля было использование дизеля в качестве судовой автомобили. В то время среди многих инженеров еще было распространено скептическое отношение к дизелям.

Большая часть вычисляло, что эти двигатели не годятся в качестве привода для перемещения судов.

Обстоятельства для этого были достаточно вескими. Во?первых, дизели не имели заднего хода (реверса) и, установленные на корабле, имели возможность вращать винт лишь в одну сторону. Во?вторых, первые дизели было нереально запустить при некоторых крайних положениях поршня.

В третьих, работа дизелей еле поддаваласьрегулировке — было тяжело поменять режим их работы, к примеру, уменьшить либо расширить частоту вращения вала, увеличивая либо уменьшая тем самым скорость перемещения судна.

Эти недочёты, не имевшие громадного значения при стационарной установке и маленьких размерах дизеля, трудившегося под постоянной нагрузкой, были очень значительным недостатком для транспортного двигателя. Обширно использовавшаяся тогда паровая машина имела в этом смысле перед дизелем преимущество — реверс, изменение частоты вращения вала и пуск из любого положения достигались на ней без всякого труда. При таких условиях, казалось бы, стоило ли по большому счету связываться с дизелем?

Оказывается, стоило — в этом убеждали Нобеля элементарные расчеты.

Огромное преимущество дизеля содержится в его высоком КПД и, следовательно, в его экономичности. Потому, что дизели потребовали в четыре раза меньше топлива если сравнивать с паровыми машинами той же мощности, легко было представить себе, какие конкретно огромные возможности открывало перед судоходством такое сокращение в весовом отношении затрат горючего, как в коммерческом, так и особенно в армейском флоте.

Сравнивая простое паровое судно с тепловым, предназначенным для однообразного по дальности плавания, легко было вычислить, что второе из них, снабженное дизелем, сможет забрать в четыре раза меньший по весу запас горючего, увеличив за данный счет собственную грузоподъемность. Напротив, в случае если будет забрано обоими однообразное количество горючего, то, разумеется, теплоход сможет состояться в четыре раза большее расстояние, нежели пароход.

Само собой разумеется, для малой дальности плавания отличие между обоими типами судов была не так уж громадна, но при увеличении дальности плавания отличие между пароходом и теплоходом возрастала только. При рейсе в 10 тысяч миль с грузоподъемностью в 1000 т пароход практически имел возможность перевести вдвое больше груза, чем такой же пароход.

Для условий русского судоходства это имело большое значение, поскольку появлялась возможность, не прибегая к погрузкам дополнительного горючего в пути, пройти с собственным запасом большее расстояние. Были и другие важные преимущества. К примеру, загрузка теплохода нефтью осуществлялась наливом, тогда как уголь приходилось грузить вручную.

Действительно, невыгодность парохода компенсировалась дешевизной угольного горючего, но для Нобеля, одного из наибольших нефтяных магнатов того времени, эта сторона не имела значительного значения.

Несмотря на все сложности, Нобель приказал своим инженерам приступить к проектированию первого теплохода. Чтобы новое судно имело возможность маневрировать, он распорядился связать дизель с гребным валом не конкретно, а через передачу, разрешавшую изменять как направление вращения винта, так и число его оборотов. В 1903 году на наливной барже «Вандал», изготовленной на Сормовском заводе и привезенной в Санкт-Петербург, были установлены три дизеля по 120 л.с.

В паре с этими дизелями трудились три электрогенератора, производившие ток для трех электродвигателей, вращавших гребные винты. За счет переключения обмоток на «Вандале» возможно было поменять направление и режим вращения. Опробования нового судна дали обнадеживающие результаты, но в целом такая совокупность привода чуть ли имела возможность принимать во внимание успешной и содержит большое количество неудобств — в первую очередь она была дорогой и неэкономичной в смысле затрат энергии.

В том же году Нобель приобрел лицензию на двигательную установку Дель?Пропосто, разрешавшую более экономично применять дизель в качестве судовой автомобили. Принцип ее действия заключался в том, что на переднем ходу дизель конкретно связывался с гребным винтом, а электрическая передача использовалась только для маневрирования и заднего хода.

Это существенно снижало утраты энергии, поскольку солидную часть времени винты приобретали вращение конкретно от дизеля, а для заднего хода и маневрирования не требовалось полной мощности. В 1904 году по данной совокупности было оборудовано нефтеналивное судно «Сармат». Оно было снабжено двумя дизелями по 180 л.с. и двумя электрогенераторами.

Любой дизель соединялся с электрогенератором, а позже через муфту с гребным винтом, на котором размешался электромотор. При переднем ходе дизель трудился прямо на винт, а электродвигатель и генератор вращались, не давая и не приобретая тока, как маховики. При заднем ходе двигатель начинал трудиться на электрогенератор, что отправлял ток на электромотор и давал гребному винту обратное вращение.

Результаты первых же рейсов «Сармата» продемонстрировали все преимущества дизельных установок на судах. Затраты нефти против однотипных пароходов (каковые трудились на нефти, а не на угле) появились в пять раз меньшими. Одновременно с этим управление и маневрирование нисколько не ухудшились.

О технических опробованиях теплохода печатались отчеты, и не только в Российской Федерации — «Сармат» сделался знаменитостью. Но отсутствие реверса все еще мешало широкому распространению теплоходов.

Лишь в 1908 году долгие поиски увенчались созданием реверсного двигателя. Как уже отмечалось, в реверсном двигателе нужно было иметь, во?первых, механизм, переключающий органы распределения переднего и заднего хода, вводящий в воздействие одни и в один момент выключающий другие, и, во?вторых, устройство для пуска в движение двигателя при любом положении коленчатого вала.

Из этих двух элементов реверса первый, другими словами механизм для перестановки распределения, был создан достаточно легко: на распределительном валу разместили две совокупности кулачков (наблюдай выше описание устройства дизеля) — одну для переднего, а другую для заднего хода. Передвижением всей совокупности в одну сторону двигатель приобретал распределение для переднего хода, передвижением в обратную — для заднего.

Реверсировка двигателя (переход от «полного вперед» до «полного назад») занимала 10?12 секунд. Устройство для пуска в движение, напротив, составляло основную и более тяжёлую задачу, но и она была весьма удачно разрешена русскими инженерами на заводе Нобеля. Действительно, эти дизельные автомобили были изготовлены не для теплохода, а для подлодки «Минога», спущенной в 1908 году, которая, так, стала первой в мире дизельной подлодкой.

Дизели на «Миноге» были трехцилиндровые. Задача выхода из мертвого хода была разрешена следующим образом: переход от работы совокупности воздухом на работу нефтью происходил не сходу, а неспешно — сперва все цилиндры трудились воздухом, после этого один переключался на нефть, по окончании того как он давал рабочий движение, на нефть переводился второй цилиндр и без того потом. последовательность и Разновременность вспышек в цилиндре выводили коленчатый вал из любого положения.

В один момент методом увеличения и уменьшения подачи нефти было достигнуто регулирование числа оборотов. Так, были разрешены все неприятности по созданию судовой дизельной автомобили. Второй реверсный двигатель установили на подводной лодке «Акула», а позже Нобель начал оснащать ими собственные нефтеналивные суда.

По окончании успешных опробований в Российской Федерации дизель?моторы в качестве судовых автомобилей стали внедрятся в мире. Сперва дизели ставили лишь на маленькие суда, но во втором десятилетии XX века наступил перелом и в морском судостроении. В 1911 и 1912 годах на Англии и верфях Германии приступили к постройке нескольких больших теплоходов.

В 1912 году со стапелей в Дании сошел первый товарно?пассажирский теплоход «Зеландия», водоизмещением 3200 т и грузоподъемностью 7400 т. За его первым плаванием из Копенгагена в Лондон следил всю землю. Скоро было подсчитано, что эксплуатация «Зеландии» дает 160 тысяч марок экономии в год если сравнивать с пароходами того же класса. Это решило судьбу нового вида транспорта.

АККУМУЛЯТОР

Открытие накапливающего результата относится к числу наиболее значимых и наибольших изобретений в области электротехники. Частенько появлялась и появляется необходимость питать электричеством устройства либо механизмы в таком месте, где нет источников энергии. Продолжительное время для этих целей применяли гальваническую батарею, но она была не сильный, дорогим и чрезмерно громоздким источником тока.

Создание электрического аккумулятора существенно упростило эту задачу.

Еще в 1802 году Риттер открыл, что две бронзовые пластины, опущенные в кислоту и соединенные с гальванической батареей, заряжаются и их позже возможно в течение маленького времени применять как постоянный источник тока. Это явление позднее изучалось многими вторыми учеными.

В первой половине 50-ых годов XIX века германский военврач Вильгельм Зинстеден замечал следующий эффект: при пропускании тока через свинцовые электроды, загружённые в разведенную серную кислоту, хороший электрод покрывался двуокисью свинца PbO2, тогда как отрицательный электрод не подвергался никаким трансформациям. В случае если таковой элемент замыкали позже накоротко, прекратив пропускание через него тока от постоянного источника, то в нем оказался постоянный ток, что обнаруживался , пока вся двуокись свинца не растворялась в кислоте. Так, Зинстеден близко подошел к созданию аккумулятора, но он не сделал никаких практических выводов из собственного наблюдения.

Лишь пять лет спустя, во второй половине 50-ых годов XIX века, французский инженер Гастон Планте случайно сделал то же самое открытие и выстроил первый в истории свинцовый аккумулятор. Этим было положено начало аккумуляторной техники.

Аккумулятор Планте складывался из двух однообразных свинцовых пластин, навитых на древесный цилиндр. Друг от друга они отделялись тканевой прокладкой. Устроенный так прибор помещали в сосуд с подкисленной водой и соединяли с электрической батареей.

Спустя пара часов, отключив батарею, возможно было снимать с аккумулятора достаточно сильный ток, что сохранял в течение некоего времени собственный постоянное значение.

Чем разъясняются процессы, протекающие в аккумуляторе? Как и в гальваническом элементе, электрический ток тут — следствие химической реакции, которая может протекать многократно в обе стороны. Представим себе, что мы начинаем зарядку разрядившегося аккумулятора, присоединив его к источнику постоянного тока.

В большинстве случаев еще не заряженная масса хорошей свинцовой пластинки содержит на себе остатки прошлого цикла — окись свинца PbO и сернокислый свинец PbSO4, а отрицательная — лишь окись свинца PbO. Под действием электрического тока электролит — подкисленная вода — начинает разлагаться: на хорошем электроде выделяется кислород, что тут же окисляет сернокислый свинец и окись свинца до перекиси PbO2 (причем кислотный остаток SO4 уходит в раствор), а на отрицательной пластине выделяется водород.

Последний соединяется с кислородом окиси, образуя железный свинец и воду. После этого газ начинает накапливаться в порах свинцовой пластины.

В случае если заряженный аккумулятор включить в цепь, то ток, проходивший через аккумулятор на протяжении зарядки, меняет собственный направление. Благодаря этого на той пластинке, где раньше выделялся кислород, начинает выделяться водород, что вступает в реакцию с кислородом перекиси свинца. На другой пластинке происходит выделение кислорода.

Серная кислота из жидкости переходит на хороший электрод и снова образует сернокислый свинец, в то время как свинец и водород на отрицательной пластине окисляются, первый — в воду, второй — в окись свинца. В пара упрощенном виде (не учитывая параллельных процессов) химическая реакция разрядки имеет форму:

PbO2 + Pb + 2H2SO4 = 2PbSO4 + 2H2O.

При зарядке явления идут в противоположную сторону. Эта реакция, сопровождаемая выделением электрического тока, длится , пока количество окиси свинца на обеих пластинках не уравновешивается. Та же реакция идет в разомкнутом аккумуляторе, но намного медленнее.

При заряжении (благодаря выделения кислотного остатка в раствор) удельный вес жидкости в аккумуляторе возрастает, а при разряжении — значительно уменьшается (потому, что при разряжении серная кислота соединяется с окисью свинца и образует на электродах сернокислый свинец). На протяжении разрядки энергия химических реакций преобразовывается в электрическую, а на протяжении зарядки — напротив.

Значительным недочётом аккумулятора Планте была его маленькая емкость — он через чур скоро разряжался. Скоро Планте увидел, что емкость возможно расширить особой подготовкой поверхности свинцовых пластин, каковые должны быть по возможности более пористыми. Дабы добиться этого, Планте разряжал заряженный аккумулятор, а после этого снова пропускал через него ток, но в противоположном направлении.

Данный процесс формовки пластин повторялся многократно в течение примерно 500 часов и имел целью расширить на обеих пластинках слой окиси свинца.

До тех пор, пока не была изобретена динамо?машина, аккумуляторная батареи воображали для электротехников мало интереса, но в то время, когда стало возмможно легко и скоро заряжать их посредством генератора, аккумуляторная батареи взяли широчайшее распространение. В первой половине 80-ых годов XIX века Камилл Фор существенно усовершенствовал технику изготовления аккумуляторных пластин.

В случае если аккумулятор Планте начинал прекрасно трудиться только по окончании разрядки и многократной зарядки (до тех пор пока пластины не делались пористыми), в аккумуляторе Фора формирование пластин происходило значительно стремительнее. Сущность усовершенствования Фора заключалась в том, что он придумал покрывать каждую пластинку суриком либо вторым окислом свинца.

При заряжении слой этого вещества на одной из пластин преобразовывался в перекись, в то время как на другой пластинке благодаря реакции получалась низкая степень окисла. На протяжении этих процессов на обеих пластинах образовывался слой окислов с пористым строением, что содействовало скоплению выделяющихся газов на электродах. Дабы масса окислов, образующаяся на пластинах, не отваливалась, их покрывали тканью.

Аккумулятор Фора не только заряжался стремительнее аккумулятора Планте, но имел кроме этого намного большую емкость и мог давать весьма сильный ток. Он складывался из параллельных свинцовых пластин, помещенных близко одна от второй и соединенных через одну, так что любой электрод одного символа помещался между двумя электродами противоположного.

Изобретение Фора сходу привлекло внимание электротехников. Германский банкир Фолькмар, что взялся за производство аккумуляторная батарей Фора, скоро еще более усовершенствовал их. В прошлых аккумуляторная батареях слой окислов, как уже говорилось, не хорошо держался на решетке и при тряске легко отваливался.

Это было важным недостатком конструкции, потому, что мешало использовать аккумуляторная батареи на транспорте. Дабы исправить дело, Фолькмар внес предложение делать свинцовые пластинки не целыми, а в виде решеток, отверстия которых набивали губчатым свинцом. На таких решетках активная масса уже не просто налипала к свинцу, а прочно держалась в ячейках.

В начале XX века усовершенствованием аккумулятора занялся Эдисон, что желал сделать его более приспособленным для потребностей транспорта. В связи с данной задачей требовалось уменьшить вес аккумуляторная батарей, расширить их емкость, избавиться от ядовитого свинца и едкой серной кислоты, которая скоро разъедала свинцовые пластины, по окончании чего их приходилось заменять.

Как в большинстве случаев, Эдисон приступил к делу с громадным размахом: он создал особую лабораторию с громадным штатом экспертов?химиков и поручил им изучения по всем перечисленным направлениям. По существу, обращение шла о создании совсем нового типа аккумулятора, в котором электролитом служила щелочь, а отрицательным электродом — измельченное железо с некоторыми примесями. Продолжительное время не получалось выбрать материал для хорошего электрода.

Потому, что химические процессы в щелочном аккумуляторе были весьма сложны и не до конца понятны, приходилось идти практически ощупью. В экспериментальных моделях хороший электрод делали из угля, поры которого заполняли разными веществами: испробовали множество их соединений и металлов, но все они давали недостаточно прекрасный результат. Наконец, остановились на никеле, что был самые подходящим. Так Эдисон пришел к железно?никелевому аккумулятору с электролитом в виде едкого кали. (Химическая реакция, протекающая при разряде в щелочном аккумуляторе, в пара упрощенном виде описывается уравнением:

2NiOOH + Fe + 2H2O = 2Ni(OH)2 + Fe(OH)2;

при зарядке процесс идет в обратном направлении; электролит KOH, не смотря на то, что и формирует нужную среду, в реакции участия не принимает.)

Было произведено пара таких аккумуляторная батарей для всесторонних опробований, в этот самый момент исследователей постигло разочарование — емкость аккумуляторная батарей была весьма маленькой. Эдисон обратил внимание, что чистота материала имеет громадное значение для повышения емкости. Он заказал для проб высокосортный канадский никель, по окончании чего емкость аккумуляторная батарей сходу возросла втрое.

В Вест?Орендже была выстроена маленькая фабрика для рафинирования (очистки) никеля и железа. Емкость нового аккумулятора появилась в 2, 5 раза больше, чем у ветхого свинцового. Эдисон утверждал, что это самый громадный прогресс в аккумуляторной технике со времен ее зарождения.

Предстоящие испытания были такими успешными, что в 1903 году Эдисон решил приступить к промышленному производству собственных аккумуляторная батарей на намерено выстроенном для этого заводе. Но первые щелочные аккумуляторная батареи, поступившие в продажу, были очень далеки от совершенства: они не хорошо держали заданную величину напряжения, довольно часто позволяли течь и имели много других небольших недостатков. От распространителей стали поступать бессчётные рекламации.

Эдисону было нужно остановить завод и снова заняться усовершенствованием собственного изобретения. Не обращая внимания на неудачи, он продолжал твердо верить в успех дела. Доводка была поручена сходу нескольким группам: одна трудилась над усовершенствованием сварки аккумуляторных сосудов, вторая — над рафинированием железа, третья занималась присадками и никелем к нему.

К 1905 году было совершено более 10 тысяч дополнительных опытов, а в 1910 году существенно усовершенствованный аккумулятор снова поступил в производство. В первоначальный же год было выпущено продукции на 1 миллион американских долларов, и вся она отыскала хороший сбыт. Скоро новый портативный аккумулятор стал широко распространен в транспорте, на электростанциях, в маленьких судах и на подводных лодках.

ТРАКТОР

Трактор — это универсальная машина, предназначенная перемещать и приводить в воздействие прицепляемые к ней разнообразные сельскохозяйственные механизмы. Из этого видно, что функции трактора неоднозначные: он, во?первых, трудится как тягач, а во?вторых, как привод, что разрешает применять его при исполнении самых разнообразных сельскохозяйственных работ. Пользы трактора очевидны — скорость, экономия времени, производительность.

Исходя из этого появление его составило революцию в сельском хозяйстве, возможно, самую серьёзную со времен появления плуга. С этого времени механическая тяга стала неспешно вытеснять из сельскохозяйственного производства мускульную силу животных.

Первые тракторы были паровыми. Еще в первой половине 50-ых годов девятнадцатого века британский изобретатель Уильям Говард использовал для пахоты паровой автомобиль (локомобиль). Изобретение взяло распространение, и паровые плуги обширно употреблялись во второй половине XIX века в некоторых европейских государствах (особенно в Англии, где их насчитывалось более 2 тысяч).

Первые тракторы с двигателями внутреннего сгорания, сконструированные инженерами Хартом и Парром, были собраны в Соединенных Штатах в 1901 году. Их появление было встречено с восхищением, и американские фермеры возлагали на них громадные надежды. Но скоро наступило разочарование, поскольку тракторы из?за собственного огромного веса больше разрушали землю, чем помогали обрабатывать ее.

К тому же они были чрезмерно громадны для средней фермы.

На протяжении их применения обнаружилось множество конструкционных недочётов. Тракторы довольно часто ломались, ремонт их потребовал массу времени и громадных затрат.

Но неспешно эти автомобили совершенствовались. В 1907 году на рынок поступили уже в полной мере работоспособные тракторы. Их вес, мощность и размеры уменьшились, но повысилась надежность, что сделало использование трактора эргономичным в среднем по величине хозяйстве.

Была создана сеть ремонтных мастерских, налажен выпуск запчастей, благодаря чему отрицательное отношение фермеров к данной машине было преодолено за пара лет, и в Америке начался рост тракторной индустрии. В первой половине 20-ых годов XX века в Соединенных Штатах было реализовано уже около 200 тысяч тракторов разных конструкций. В 1912 году компания «Холт» в первый раз начала выпуск гусеничных тракторов.

Скоро трактор взял на себя примерно 80?90% всех пахотных работ на ферме. Кроме этого тракторный двигатель употреблялся для приведения в воздействие разных сельскохозяйственных автомобилей (для этого он снабжался особым шкивом). К нему имели возможность подключаться молотилки, косилки, мельницы, лесопилки, маслобойки, соломорезки и другие вспомогательные механизмы.

Трактор кроме этого брал на себя около половины работ, которые связаны с уборкой урожая. В будущем благодаря разработке разных прицепных автомобилей сфера применения трактора расширилась многократно.

АЭРОПЛАН

Мысль авиации — одна из самых древних в истории . В мифах, преданиях, исторических хрониках возможно отыскать свидетельства о множестве предпринятых в различные столетия попытках человека осуществить собственную давешнюю мечту встать в атмосферу и лететь подобно птице. Но все это были дилетантские фирмы, в которых видно больше энтузиазма, чем расчета, и потому они неизменно кончались неудачей.

Лишь в последней четверти XIX столетия показались первые свидетельства того, что полет на аппаратах тяжелее воздуха может в то время, когда?нибудь стать действительностью. Отчего же это мастерство так продолжительно оставалось для человека недостижимой мечтой? Дело в том, что в отличие от аэростата аэроплан не плывет по воздуху, а опирается на него при полете, подчиняясь сложным аэродинамическим законам.

Верное объяснение феномена полета было дано уже в XVIII?XIX столетиях, но наука об мастерстве летать — аэродинамика — появилась лишь в первые десятилетия XX века. Отчего птицы, не смотря на то, что они и тяжелее воздуха, не падают на землю? Дело в том, что в воздухе на нижнюю поверхность их крыльев оказывает воздействие так называемая подъемная сила, которая превосходит силу тяжести, действующую в противоположном направлении.

Откуда берется эта сила, растолковал еще в первой половине XVIII века узнаваемый математи