Реферат: История освещения - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

История освещения

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 137 kb, скачать бесплатно
Обойти Антиплагиат
Повысьте уникальность файла до 80-100% здесь.
Промокод referatbank - cкидка 20%!

Узнайте стоимость написания уникальной работы

История освещения



От костра до масляной лампы

Назначение искусственного освещения — создать благоприятные условия видимости, сохранить хорошее самочувствие человека и уменьшить утомляемость глаз. При искусственном освещении все предметы выглядят иначе, чем при дневном свете. Это происходит потому, что изменяется положение, спектральный состав и интенсивность источников излучения.

Первые светильники — костер, лучина, факел, были весьма несовершенны. Исследователями обнаружено множество изображений факелов греческого и римского времени. Особых изменений в конструкции этого простейшего осветительного прибора практически не произошло, за исключением собственно горючих материалов. Основной недостаток факела — копоть, поэтому уже древние греки задумывались о вентиляции помещений и строили некие дымоходы. «Сделанный из меди ствол финикового дерева, устроенный над лампадой и доходящий до крыши, вытягивает копоть наружу», — писал древнегреческий историк Павсаний.

В Древней Руси основным осветительным прибором служила зажженная лучина, закрепленная на подставке. Применялись также открытые светильники, заполняемые жиром. В богатых домах могли быть бронзовые лампы, или привозные многоярусные светильники — люстроны.

Прежде чем зажечь лучину, ее вставляли в «светец» — столбик на подставке с зажимом, в котором укрепляли лучину наклонно горящим концом вниз. При раскопках часто находят эти светцы - стержни с разветвлениями (иногда несколько затейливой формы), в которые и вставляли лучину. Были светцы с заостренными нижними концами, вбивавшиеся в стены или лавки, были и большие светцы, напоминающие современные торшеры, стоящие на собственной (также железной) ножке. А во избежание пожара под светец подставляли корыто с водой. Благодаря светцу этому она не гасла, так как пламя, более легкое, чем холодный воздух, поднималось вверх и зажигало новые участки. Лучины освещали даже боярские дома.

Воск, традиционно служивший важным экспортным товаром, был широко распространен на Руси, ведь бортничество было одним из важнейших занятий населения. Как следствие восковая свеча освещала и дом богатого горожанина и храм.

Самым распространенным источником света в древности была масляная лампада. В примитивном объяснении — это емкость, наполненная твердым или жидким жиром, куда погружается фитиль. Использование глиняных обожженных сосудов специальной формы в качестве осветительных приборов началось в Леванте в конце III тыс. до н. э. Немного позднее, в позднеминойский период, они получили распространение и на Крите. Археологи обнаруживали их в незначительных количествах при раскопках различных греческих городов в слоях X – VIII вв. до н. э. В более поздних пластах они встречаются очень часто, что свидетельствует о том, что они начали производиться массово массово с VII в до н. э. В качестве топлива в светильниках использовались животный жир и масло (в первую очередь оливковое). Устройство осветительных приборов зависело от вида горючих материалов. Так, светильники, заправляемые животным жиром, всегда были открытыми, и фитиль, изготовленный из растительных волокон, свободно плавал в жире, а иногда его изгибали на стенку светильника. В связи с несложностью изготовления, по всей видимости, светильники производились там же, где и керамика, и практически не требовали дополнительного оборудования. Специализированные мастерские по изготовлению осветительных приборов появились только в эллинистическое время, характерный пример – широкомасштабное производство светильников на полуострове Книд в Малой Азии.

Наиболее распространенный тип ранних греческих ламп – это открытые светильники с втулкой в центре (конической или цилиндрической формы). Эта втулка делалась для пальца руки, присутствие которого обеспечивало светильнику большую устойчивость при переноске, или для подставки, на которой было легче закрепить лампу. Большая часть светильников имела ручки, форма которых часто зависела исключительно от моды, пожеланий заказчика или вкуса мастера. Большинство светильников VI – V вв до н. э. были низкими и вмещали сравнительно небольшой объем масла. Со временем вместилище светильника становилось глубже (соответственно, объемнее), а стенки закрывали его все больше и больше.

Расцветом глиняного светильника стала эпоха Римской империи. Во времена расцвета Рима во главу угла ставится компактность светильника и легкость в изготовлении, что снижало его стоимость и облегчало транспортировку. Например, римские глиняные лампы из Помпеи. Такая лампа имела сужение, напоминающее носик у чайника, и была снабжена ручкой. В носик вставляли фитиль из мха или шерсти, который специальными щипцами или иглой по мере сгорания вытаскивали. Лампу наполняли растопленным жиром или оливковым маслом. Чтобы масло не капало с фитиля, внизу подвешивали небольшую чашечку, куда оно и стекало. Большие лампы имели несколько фитилей, их подвешивали к потолку на цепях.

Глиняные лампу были в каждом жилом доме, мастерской, лавке: их вывешивали перед входом, в портиках, ставили в ниши в стенах или просто на землю, у дверных порогов. Римский историк Аммиан Марцеллин отмечал, что освещение Антиохи ночью по силе не уступает дневному свету.

В позднеантичное время прослеживается тенденция огрубления форм глиняных светильников, а также их декора. Все было рассчитано на массовое производство и сбыт, на спрос со стороны самых широких слоев населения с их нехитрыми запросами. Именно в позднеантичное время исчезает прежде столь важная в культовом обряде роль глиняных ламп. По словам Павла Силенциария (563 г.), великолепие интерьера собора Св. Софии в Константинополе, составляли стеклянные лампы, в том числе резные, а византийский историк Феофилакт Симокатта, описывая похороны императора Тиверия II в 582 г., вспоминал, как всю ночь длилось печальное пение псалмов «при зажженных лампадах».

Уже с IV века в широкое обращение во всех провинциях Римской империи входят стеклянные кубки с коническим или цилиндрическим туловом, которые бытовали до VI в. Об их применении как осветительных приборов говорят находки такого рада лампад со следами масла на стенках, а также изображения подобных сосудов, где они подвешены на концах иудейского семисвечника – меноры. Начала эти изделия не уступали в популярности глиняным светильникам. В них наливали воду, а поверх нее — слой масла, в который опускали фитиль.

С конца V в. и до VIII в. среди осветительных приборов стал доминировать тип лампады с полусферическим или цилиндрическим широким туловом и узкой ножкой, которая вставлялась в лампадофор. Судя по всему, именно такие осветительные приспособления имел в виду сирийский хронист Йешу Стилит, когда писал, что Анастасий, градоначальник Эдессы, в конце V в. приказал ремесленникам накануне каждого воскресенья подвешивать над лавками кресты с пятью зажженными «светилами»

Масляные лампы широко использовались и в Средние века.

На протяжении многих веков лампада "совершенствовала" свой внешний вид и конструкцию: от каменной, глиняной, известняковой — к полностью металлической.



Свеча

Падение производства традиционных глиняных светильников говорит о преобладании с эпохи раннего Средневековья новых способов освещения, уверенно теснивших старые. Помимо стеклянных лампад такую роль могли сыграть только свечи, которые постепенно стали самым распространенным осветительным прибором.

Примерно в X в. н. э. появились восковые и сальные свечи. Их изготовляли так: одинаково нарезанные хлопчатобумажные фитили подвешивали к палке и одновременно обмакивали в растопленное говяжье или баранье сало. Затем вынимали, охлаждали, и снова обмакивали до тех пор, пока вокруг фитиля не нарастал достаточно толстый слой сала. Такие свечи назывались «мокаными»

Существовали технологии изготовления свечей в специальных формах. Для этого в форме укрепляли фитиль. Сверху его привязывали к перекладине, а снизу к затычке, которая при заполнении формы не давала вытекать воску. После того как воск остывал, форму переворачивали и без труда вытряхивали свечу, так как она снизу была толще, чем сверху, креме того, объем воска при остывании уменьшался.

Окончательная победа свечей на рынке осветительных приборов в византийском обществе скорее всего могла произойти из-за потери источников внешних поставок оливкового масла. Потеря Византией своих африканских владений — основных поставщиков оливкового масла — вполне могла склонить чашу весов в пользу восковых свечей.

На несколько веков прогресс в осветительной технике прекратился. Европейское Средневековье вполне обходилось факелами и свечами, причем последние чаще были сальными. Исходящий от таких свечей смрад не смущал средневековых обитателей замков и городских домов, вся мирская жизнь которых была лишь прелюдией к вечной жизни, наполненной ярким светом.

В начале XVIII в. появились спермацетовые свечи. В 1830 г. австрийский дворянин Карл Рейхенбах открыл парафин, но свечи из него были грязного цвета и слишком мягкие. После длительного изучения и разработки технологии производства парафина англичанин Джемс Юнг построил в 1850 г. в Шотландии большой завод по его изготовлению, для чего использовал сланцы и уголь. Он также улучшил производство свечей, и они получили большее распространение. Дело успешно развивалось, Д. Юнг приобрел широкую популярность в Европе и получил прозвище «Сэр Парафин» В 1839 г. появились свечи из минерального воска (церезин).

Много новых идей родилось в XIX веке. Вместо того чтобы искать новые материалы многие попробовали заняться улучшением старых. Открыли, что из мягкого, жирного на ощупь сала можно делать красивые твердые свечи, не пачкающие рук, не оплывающие при горении и не дающие копоти. Для этого нужно только очистить сало или, вернее, выделить из него самую лучшую, твердую часть — стеарин. Появлению стеариновых свечей предшествовали работы французского химика Шевреля, который вместе с Гей-Люссаком выработал способ получения твердых жирных кислот (стеарина) и в 1825 г. взял в Англии привилегию на приготовление стеариновых свечей. С 1835 г. производство их удешевилось, и они стали, входить во всеобщее употребление.

Сало состоит из нескольких веществ: из глицерина и жирных кислот. А жирные кислоты не все одинаковы. Одни из них твердые — это стеарин, а другие мягкие — это олеин. Чтобы выделить из сала стеарин, нужно, прежде всего, отделаться от глицерина. Для этого сало нагревают с водой и серной кислотой. Жирные кислоты всплывают наверх, а глицерин с кислой водой остается внизу. Потом стеарин отжимают от олеина на прессах. Получаются твердые плитки стеарина. Остается его расплавить и отлить из него свечи. Стеариновые свечи впервые стали использовать во Франции. Скоро по всей Европе стали возникать стеариновые заводы. И у нас в Петербурге был построен завод — Невский стеариновый. Новые свечи были встречены с восторгом. Да и как можно было отнестись к ним иначе? Стоило только сравнить их с сальными и восковыми свечами. Вот что рассказывает о появлении стеариновых свечей В. Перовский: "В те времена комнаты освещались по вечерам сальными свечами, и игрокам ставились на ломберный стол такие же свечи; для снимания нагоревших концов фитилей на подносе лежали особые щипцы; зачастую все это серебряное. При таких свечах сидели и мы в своих комнатах и занимались по вечерам. Отец ездил как-то в Петербург по делам службы и привез оттуда новинку — целый ящик стеариновых свечей. В ближайший же наш праздник, 4 декабря, именины матери, устроен был у нас бал с музыкой и танцами. Все комнаты и зал для танцев были ярко освещены люстрами и бракетами со стеариновыми свечами, что произвело чрезвычайный эффект, и из-за этого празднество было очень многолюдно"

В сальных свечах использовали крученый фитиль, который во время горения находился внутри пламени, куда воздух доходил плохо. От этого свеча сильно коптила, обнаженный конец фитиля не сгорал и делался все больше и больше. Приходилось специальными щипцами укорачивать фитиль. В современных стеариновых свечах фитиль делают плетеным. Благодаря этому кончик фитиля изгибается, высовывается наружу, в самую горячую часть пламени, где воздуха больше, и постепенно сгорает. Когда зажигают фитиль, пламя спускается вниз и расплавляет стеарин. Сверху свечи образуется «чашечка», наполненная расплавленным стеарином, который гасит пламя в нижний части фитиля. В верхнюю же часть жидкий стеарин поступает небольшими порциями благодаря капиллярности, и поэтому свеча хорошо горит. Сейчас стеарин получают при переработке нефти.



Лампы Нового времени

Еще Леонардо да Винчи усовершенствовал светильник. Над пламенем лампы он расположил жестяную трубку, охватывающую верхнюю часть пламени. Она увеличила тягу воздуха, необходимого для горения. В результате масло, подводимое к фитилю, почти полностью сгорало, и пламя становилось менее коптящим и более ярким. И только через 200 лет жестяную трубку заменили прозрачной стеклянной. Вначале трубка также закрывала верхнюю часть пламени, но затем была опущена и закрыла все пламя.

Последняя модификация масляной лампы выпала на долю Джероламо Кардано (1501-1576), работавшего в период Возрождения. У него стеклянная тарелка (емкость для топлива) состояла как бы из двух частей: в одной был резервуар с топливом, которое по мере надобности наполняло другую с помещенным в ней фитилем.

Но инженерная мысль на этом не остановилась — изменения в конструкции лампады следовали одно за другим. В 1780 г. французский химик Жозеф-Луи Пруст (1754-1826) отделил горизонтальной трубкой топливную емкость от горелки, благодаря чему горение стало более равномерным (за счет поступления топлива к фитилю равными порциями). В 1783 г. француз Эми Арганд (1755-1803) придал фитилю форму цилиндра, а другой — Кенке — снабдил "аргандову горелку" цилиндрическим стеклом, что хотя и увеличило приток воздуха к пламени, но, в общем и целом не устранило образования обильной копоти.

Тогда же парижский аптекарь Антуан Кинкет (1745-1803) изобрел так называемый "стеклянный камин", который подвешивался на стену. Источник света не стал давать тени от емкости; такая лампа получила по фамилии изобретателя название "кинкет". В начале XIX в. во Франции было сделано еще одно улучшение, как потом оказалось, коренным образом повлиявшее на внешний вид будущих керосиновых ламп: на корпус поместили цилиндрическую емкость для топлива. Оно стало стекать в расположенную ниже "горелку Арганда" с защитным стеклом, кроме того, всю конструкцию расположили в абажуре матового стекла. С тех пор лампы этого типа стали называться "астрал" ("без тени")

Известный французский математик Кардан предложил нагнетать масло в фитиль гидростатическим давлением, поместив резервуар с маслом сбоку, выше горелки.

Другой изобретатель — Карсель для накачивания масла в горелку использовал насос, который приводился в движение часовым механизмом. Существовали также лампы, в которых на поршень, находившийся в сосуде с маслом, давила пружина. От этого масло поднималось по трубке в горелку.

Чтобы воздух проникал внутрь пламени, чтобы пламя не коптило, французский изобретатель Леже предложил делать фитили в виде плоской ленты. Пламя тоже получалось плоским, и воздух легко проникал ко всем его частям. Лампы с таким фитилем и теперь используются в маленьких керосиновых лампах.

Однако работа инженеров, ученых и просто талантливых самоучек по созданию более совершенных ламп продвигалась медленно. В то время еще не знали теории процесса горения. Кроме того, не было и универсального достаточно дешевого топлива, которое бы обеспечивало яркое свечение, надежность и безопасность применения. Оливковое масло было достаточно дорогим и практически недоступным для северных стран, да и светило оно не так уж и ярко. Животные жиры, скипидар, их смеси имели свои недостатки.

Поиски новых горючих субстанций продолжались. С 30-х годов XIX в. в лампах начали использовать минеральные масла — как наиболее дешевые. В 1830 г. австрийский химик К. Рейхенбах путем сухой перегонки дерева, торфа и каменного угля получил новый осветительный продукт, который стали называть "фотоген" (то есть "свет рождающий", или "свет дающий"). А во Франции в 1832 г. предприниматель Селлиг применил для этого сухую перегонку горючих сланцев. В 1850 г. Вагенман в Германии добыл масло посредством сухой перегонки бурых рейнских углей, окрестив более легкий продукт также "фотогеном", более тяжелый — "соляром" ("солнечным").

Во всех странах Европы один за другим стали возникать фотогеновые заводы. На них перерабатывали дерево, торф, уголь, сланцы, асфальт. Получаемые продукты называли по-разному. Однако скоро все эти названия отпали, и в мировой практике утвердилось для осветительного масла одно наименование – «фотоген»

«Фотогеновая лихорадка» проникла и в Америку. В США в 1830 – 1840 гг. осветительное масло получали из сланцев. В 1846 – 1847 гг. производство осветительного масла из каменного угля организовал в США Авраам Геснер. Он дал своему продукту название «Керосен ойль». Дело начатое А. Геснером успешно развивалось. Вскоре была создана торгово-промышленная фирма «Нью-Йорк Керосен Компани» которая широко развернула производство и торговлю новым осветительным материалом. В разговорной речи словосочетание «керосен ойль» постепенно преобразовалось в одно слово «керосен», а затем в «керосин». Когда в пятидесятых годах XIX века осветительное масло в США начали получать из нефти, то его также назвали «керосином». Американский продукт быстро завоевал рынок. И не только в США! В мае 1860 г. керосин в количестве 10 тыс. галлонов, т. е. Около 35 т, был впервые доставлен в бельгийский порт Антверпен. Так началось вторжение американского керосина в Европу, где он благодаря своему лучшему качеству, по сравнению с осветительным маслом, получаемым из каменного угля, к концу XIX века вытеснил фотоген.

О роли свечей в освещении в то время свидетельствует тот факт, что в середине XIX в. из 81 компании-поставщика в Лондоне, две - "Уокс Чендлерс" (Wax Chandlers) и "Тэллоу Чендлерс" (Tallow Chandlers) - были изготовителями свечей, но ни одна из компаний не специализировалась на производстве ламп.

Интересно уделить внимание тому, как постепенно изменялась конструкция керосиновых (масляных) ламп, и появлялись новые элементы, такие как центральная сила тяги, кольцевой фитиль, внутренняя и внешняя подача воздуха, распределитель пламени, - все те новшества, которые, в конечном счете, и привели к созданию горелки с голубым пламенем, к которой позже присоединили калильную сетку.

Одно из первых изобретений, которые привели к созданию калильной лампы, принадлежит швейцарцу Эми Арганду (Ami Argand) (1755-1803), который жил в Лондоне и получил патент на свое изобретение в 1784 г. Его изобретение заключалось в том, чтобы избежать лишнего горения топлива, приводившего к выделению дыма и сажи. Арганд предложил направить один поток воздуха в центр пламени, а второй - мимо пламени при помощи "лампового стекла, колпака, наконечника, воронки или трубки", которые обеспечивали бы воздушную тягу. К сожалению, в патенте Арганда не было чертежа, но его идея легла в основу типовой лампы, названной его именем, на которую позже ссылались авторы многих публикаций. В лампе Арганда фитиль представляет собой полый цилиндр, благодаря которому воздух подается как внутрь пламени, так и вне его, в результате чего поступает больше кислорода и, следовательно, создается более яркое пламя. Цилиндрическое ламповое стекло усиливает воздушную тягу, одновременно способствуя устойчивости пламени и защищая его от внешних сквозняков.

После промышленной революции конца 18 века возросла потребность в хорошем освещении. Соответственно, в это время происходит заметное улучшение качества производимых ламп. В период с 1783 по 1886 гг. изменяется конструкция лампы, в которую вводится тканый фитиль и круглая горелка с цилиндрическим фитилем и ламповым стеклом; эта конструкция и получила название по имени своего изобретателя - лампа Арганда. Однако улучшенная конструкция лампы еще больше контрастировала с плохим качеством топлива животного и растительного происхождения, которое давало мало света. Разумеется, газовое освещение было лучше, однако его использовали практически исключительно в больших городских домах, что заставляло изобретателей искать альтернативные варианты освещения". (Дерри, Уильямс, "Краткая история технологии", Оксфордский университет, 1960, стр. 516./Short History of Technology, Derry & Williams, Oxford University, 1960, p. 516). В вышеуказанной книге ссылка на лампу 1836 г. относится, по-видимому, к лампе Хьютона (Houghton's lamp). Конструкция этой лампы содержала кольцевой фитиль и основывалась на круговой подаче воздуха, поступающего извне. Необычность этой лампы заключается в пружинном механизме, который подает жидкое топливо наверх в горелку. В своей конструкции Хьютон использовал горелку Арганда, которая в те времена широко применялась.

В то время изобретатели еще не знали, как обеспечить достаточную подачу воздуха для полного сгорания масла. "Лампа Буде" (Bude light), изобретенная Герни и Риксоном (Gurney & Rixon) в 1839 г., демонстрирует один из вариантов решения этой проблемы

Горелка Буде, устроенная по типу лампы Арганда, была названа ее авторами "Кислородная смесь или Лампа Буде". Ее конструкция была предназначена для сжигания легко воспламеняющегося газа, полученного посредством дистилляции из угля, масла, битумных веществ и т.д. Первоначально она была задумана как сигнальная лампа. Для того, чтобы получить чистый, яркий свет (используя топливо, доступное в то время), поток кислорода подавался посредством центральной трубки вовнутрь пламени, на самый верх фитильной трубки. Широкое применение масляных ламп во второй половине века стало возможным только благодаря открытию способа разделения легких и тяжелых нефтяных фракций, который уже был в то время известен в разных странах. В 1848 г. в Дербишире Джеймс Янг (James Young) начал работы по очищению нефти, которая была получена из источника, обнаруженного в месторождении угля. В 1850 г. он запатентовал технологию очистки нефти при низкой температуре. Вскоре появились рынки по продаже масла для ламп, которое Янг назвал "керосином", одновременно продемонстрировав публике подходящие для его сжигания лампы. Согласно "Словарю прикладной химии" сэра Эдварда Торпа (Sir Edward Thorpe, Dictionary of Applied Chemistry, Vol. 5, 1924), "Керосин вскоре стал источником света для жителей всей Британии".

В больших количествах нефть стала добываться уже с 1859 г. в Пенсильвании, и многие годы США оставались основным поставщиком керосина для ламп. Начиная с 1850х годов керосиновые лампы получили широкое распространение, поскольку в Европе и Америке огромные пространства были лишены угольного и газового освещения, а электричество появилось лишь в конце века.

Большой спрос на лампы был стимулом для создания новых изобретений, целью которых во второй половине 19-го века стало исключение запаха и дыма. Во многих ранних конструкциях ламп применялся плоский фитиль, верхний конец которого проходил через отверстие в конус горелки. Горелка была окружена ламповым стеклом для поступления воздуха и защиты пламени от сквозняков. Один из типичных образцов такой лампы был запатентован в 1877 г. в США Бордманом (J.H.Boardman). Плоский фитиль этой лампы регулировался зубчатой шестеренкой. Верхний конец фитиля проходил в основание горелки, куда воздух для поддержания горения поступал через кольцевое отверстие.

Бордман понимал опасность, сопряженную с использованием этой лампы, а потому особо подчеркивал, что главным компонентом его изобретения является приспособление для прекращения подачи газа и тепла. Постепенно этот механизм был усовершенствован при помощи кольцеобразного фитиля, который, как было впоследствии доказано, явился важным элементом конструкции калильных ламп. Одним из образцов ламп конца девятнадцатого века является изобретение Сепулькре (Sepulchre), созданное в 1893 г. В его лампе верхний конец кольцеобразного фитиля помещен в двойной конус. Конус служил для распределения подачи воздуха к верхнему концу фитиля и к пламени, которому придавалась чашеобразная форма при помощи дискового распределителя.



Калильная сетка

Важнейшим изобретением в эволюции керосиновой лампы является калильная сетка. Изобретение калильной сетки Велсбахом (Carl Auer Freiherr von Welsbach) в 1885 году не нуждается в подробном пояснении, поскольку и так хорошо известно. Однако интересен тот факт, что его первоначальная идея - пропитывать ткань из хлопка или волокна рами смесью из 99% окиси тория и 1% церия - используется до сих пор.

Сетки для масляных ламп и сейчас изготовляются тем же способом: ткань сжигают, а оставшуюся легкую сетку оксидов погружают в смесь коллодия, эфира, камфары и касторового масла для придания сетке прочности при последующей транспортировке.

Также интересно, что Велсбах в первичной спецификации назвал свое изобретение "Осветительным приспособлением для газовых и иных горелок", из чего следует, что он предполагал применять его в керосиновых горелках. Тем не менее, как и многим другим изобретателям, Велсбаху пришлось ждать несколько лет до того, как его изобретение применили на практике. Однако к 1893 г. производство калильной лампы стало приносить прибыль, после чего последовали многочисленные предложения по применению калильных сеток Велсбаха в газовых и масляных горелках. Самые ранние примеры керосиновых калильных ламп описаны в патентах, выданных Гретцу (Graetz) в 1892 г. и Мюллеру (Mueller) в 1895 г., чьи лампы представляли собой так называемую E.R.A. лампу. Лампа Гретца не являлась калильной лампой как таковой, но давала голубое пламя и была сконструирована для накаливания до светящегося состояния огнеупорных материалов. В конструкцию лампы Гретца входил кольцеобразный фитиль, система внутренней и внешней подачи воздуха и дисковый распределитель пламени. В патенте сообщалось, что "эта горелка производит неяркое голубое пламя, сопровождающееся выделением большого количества тепла, что позволяет нагревать такие огнеупорные материалы, как известь и металлическая сетка, до светящегося состояния".

В спецификации не сообщается о способе применения огнеупорных материалов в горелке, но, тем не менее, изобретение является прямым прототипом калильной лампы. В этом смысле более значимой является лампа Мюллера (1895 г.), поскольку она содержит в себе "калильную сетку, используемую в газовых фонарях, которая способна производить очень яркий свет". Конструкция лампы включает в себя кольцеобразный фитиль, верх которого состоит из асбестовой ткани.
Carl Auer Freiherr von Welsbach

Внутренняя подача воздуха обеспечивается при помощи трубки внутри фитиля, а извне воздух поступает через регулируемые отверстия в основании, на которое опирается юбка сетки. Перфорированный распределитель направляет пламя от верхушки фитиля наверх к сетке. Конструкция Мюллера включает в себя горелку Арганда, кольцеобразный фитиль Хьютона, систему внутренней и внешней подачи воздуха и перфорированный распределитель пламени. Все эти компоненты составляют основную структуру современной калильной лампы, хотя в последующие годы в нее были внесены многочисленные усовершенствования и модификации деталей.

Применение калильной сетки в керосиновой горелке сопряжено с проблемами, которых не возникает при использовании калильной сетки в газовой горелке. В последнем случае давления от подачи газа достаточно для того, чтобы вызвать поток воздуха, и вспомогательных приспособлений не требуется. Однако в керосиновой лампе нет давления газа, поэтому необходимо создать внутреннюю и внешнюю подачи воздуха в верхнюю часть кольцевого фитиля, чтобы добиться голубого пламени, от которого будет нагреваться калильная сетка. Чтобы получить максимальное свечение, профиль голубого пламени должен точно совпадать по размеру и форме с калильной сеткой, иначе свечение сетки будет полностью или частично красноватым, что дает менее эффективное освещение. Эту проблему нужно было решить до выпуска калильной лампы на рынок. Попытки использовать калильные сетки в керосиновых горелках, что впервые было осуществлено Гретцем и Мюллером, позже предпринимались многими изобретателями, в частности, в США, Великобритании, Франции, Германии и Швеции, но никто из них не достиг коммерческого успеха. Интересно проследить последовательность открытий, которые в течение последующих 20 лет привели к созданию калильной лампы, занявшей достойное место на рынке.

В 1895 г. Альбин Перлих (Albin Perlich) из Лейпцига описал калильную лампу с несколькими отверстиями для подачи воздуха по бокам фитиля и сетчатой поверхностью, на которой горит пламя.

В 1896 г. появилась лампа "Метеор", которая включала в себя изобретения Кролля (Kroll), создавшего компанию по производству ламп "Континентал Газ Глюлихт Акциен Гезельшафт Метеор" (The Continental Gas Gluhlicht Aktien Gesellschaft "Meteor"). Первое изобретение Кролля касалось использования огнеупорных материалов в газовых и иных горелках (каких именно, не указывалось). Однако в патенте на его второе изобретение есть ссылка на горелку Арганда для калильной лампы. Его конструкция ламповой горелки предусматривала, что один из потоков воздуха подавался для испарения части жидкого топлива, а другой - вверх, вдоль фитиля для поддержания горения. Изобретатель признавал необходимость охлаждения нижних частей горелки для того, чтобы предотвратить чрезмерное испарение топлива. Поиск решения этой проблемы занял многие годы.

Другой немецкий изобретатель - Ричард Адом (Richard Adom). Особенностью его конструкции был дефлектор, который предназначался для направления пламени от фитиля вверх. Этот факт свидетельствует о том, что уже тогда изобретатели осознавали, что для получения освещения максимальной яркости необходимо добиться соответствия пламени размеру калильной сетки.

Бельгийский производитель Лео Дурра (Leo Durra) создал в 1897 г. конструкцию калильной лампы, которая была основана на системе внешней и внутренней подачи воздуха. Однако закрытая верхушка дефлектора предотвращала поступление воздуха внутрь калильной сетки и замыкала как внутренний, так и внешний потоки воздуха на юбке калильной сетки.

Кунт и Дайсслер (Kuhnt & Deissler) совершили важный шаг в эволюции калильной лампы в 1928 г., когда они ввели в ее конструкцию распределитель пламени в виде перфорированного наконечника, установленного на верхнем конце трубки внутри фитиля.

Этот тип распределителя пламени остается важным элементом калильных ламп в настоящее время.

Английская компания "Эра Инкандесент Ойл Лэмп" ("The Era Incandescent Oil Lamp Co.Ltd."), основанная около 1898 г., производила изобретение Т. Крэнстона (T.J.Cranston). Изобретение включало в себя перфорированный по верхним и боковым стенкам распределитель пламени, соединенный с двумя кольцевыми дефлекторами, направляющими потоки воздуха в центр пламени и вокруг калильной сетки. Однако лампа оказалась неудачной, и компания разорилась в 1903 г.

В течение следующих десяти лет предпринимался ряд попыток наладить прибыльное производство калильных ламп, но безуспешно. В 1900 и 1901 гг. в Соединенных Штатах были основаны две компании по производству калильных ламп. Первой из них была "Стандарт Инкандесент Компани оф Портленд Мэйн" ("The Standard Incandescеnt Company of Portland Maine"), вторая - "Инкандесент Петролиум Лайт Компани" ("The Incandescent Petroleum Light Company") в г. Сент-Луис, штат Миссури.

Оба вышеупомянутых типа ламп, а также другие конструкции, предлагавшиеся в то время, включали в себя закрытые или неперфорированные распределители пламени. Как выяснилось на практике, такая конструкция неравномерно распределяла центральный поток воздуха по сетке.

Кроме компаний, уже упомянутых, в конце века также существовал ряд других фирм, занимавшихся производством калильных ламп. В число этих компаний входили "Континентал Газ-Глюлихт А.Г." ("The Continental Gas-Gluhlight A.G." и "Эрих и Гретц" ("Ehrich & Graetz") из Германии и "Актиболагет Аладин" ("Aktiebolaget Aladin") из Швеции. В 1904 г. Нюрнберг (Nurnberg) описал калильную сетку для газовой или керосиновой горелки. Эта лампа не была основана на принципе воздушной тяги, но предполагала подачу жидкого или газообразного топлива при помощи струи кислорода. В 1909 г. Карл Бланкенберг (Carl Blankenberg) из Лейпцига описал калильную лампу, основанную на принципе воздушной тяги. Ее конструкция очень похожа на тот вариант лампы, который, в конце концов, добился коммерческого успеха. В ее конструкции было два новых элемента. Первым из них являлся кольцеобразный выступ в конусе горелки, за которым находится перфорированный перевернутый наконечник распределителя пламени. Второе новшество лампы Бланкенберга заключалось в перфорированной перегородке, которая находилась между конусом горелки и внешней трубкой фитиля. Благодаря этой перегородке часть внешнего воздушного потока подавалась на открытую поверхность фитиля, а вторая - на основание калильной сетки.

Различия между предыдущими конструкциями ламп продемонстрированы в изобретении Баллантайна (H.J.Ballantine) 1910 г. В этой конструкции распределитель пламени имеет закрытый верх, и расположен прямо над конусом горелки. Поэтому пламя на кончике фитиля перегревало кольцеобразные детали системы воздушной тяги, расположенные вокруг пламени. Несмотря на описанные выше изобретения, на тот момент калильные лампы не были распространены. Причины этого описаны профессором Вивиан Б. Льюис (Vivian B.Lewis) в книге "Жидкое топливо", которая была опубликована в 1913 г.: "Применение калильной сетки в угольных и газовых горелках было настолько частым, что были предприняты попытки ее адаптации к керосиновым горелкам; однако сложностей на пути к достижению успеха было очень много. При горении газомазутного топлива выделяется огромное количество углеводородов, поэтому требуется значительно больше кислорода, чем при горении каменноугольного газа. При сжигании каменноугольного газа легко достигается неяркое пламя. Если такое пламя нагреть до высокой температуры, оно будет давать больше света, поскольку увеличение температуры приводит к расщеплению водородосодержащих молекул газа на углерод и водород, которого не происходило в холодном газе, поскольку молекулы были разделены и частично смешаны с воздухом. Если калильную сетку поместить над неярким пламенем, она нагреется до нужной температуры, что произведет аналогичное свечение. Однако вскоре сетка покроется налетом углерода, что сильно уменьшит ее свечение. Если же обеспечить большее поступление воздуха к пламени, то углеводороды сгорают до того, как достигают поверхности сетки, и отложения углерода не происходит".

Фитиль также создавал ряд проблем, поскольку, если пламя не было абсолютно симметричным, его форма не совпадала с формой сетки, и потому вся работа конструкции нарушалась, а в результате происходило обильное выделение углерода. В более поздних лампах фитиль служил всего лишь для подачи топлива в паровую камеру, где оно превращалось в газ. Первые лампы имели кольцеобразный фитиль, в котором топливо находилось на небольшом расстоянии от наконечника горелки. Поступавшее от пламени тепло приводило к испарению масла. К пламени подавалось два воздушных потока, один из которых был направлен почти горизонтально к основанию пламени. Хотя в умелых руках эти лампы работали, их невозможно было производить с коммерческой целью, поскольку лампы требовали постоянного внимания и работали неравномерно.



Лампа Алладина.

Видимо, Льюис не знал о прогрессе в эволюции калильных ламп, который происходил по ту сторону Атлантики в начале 20го века. Эти перемены происходили благодаря инициативе и настойчивости Виктора С. Джонсона (Victor S. Johnson). Его сын, ставший впоследствии его биографом, писал о нем следующее:

"История об Алладине началась на маленькой ферме в штате Небраска в конце прошлого века. Там каждую ночь, после завершения всех своих ежедневных дел, молодой человек Виктор Джонсон занимался при мерцающем желтом свете керосиновой лампы. Потом молодой человек переехал в город. Теперь в его доме был электрический свет. Но, видимо, ночи, проведенные за учебой при свете старенькой лампы, навсегда остались в его памяти. Мальчик с фермы делал успехи: он хотел выучиться и готов был работать днями и ночами. Все это время он думал, что, возможно, те, у кого нет электричества, могут получить яркий свет.

Это было его мечтой. В 1907 г. он увидел импортированную из Европы керосиновую калильную лампу и понял, что она может стать источником такого света. Честно говоря, лампа коптила и никак не могла считаться надежной, но все-таки у нее было какое-то будущее. На одну эту лампу молодой человек возложил все свои надежды. Ради нестабильной работы дистрибьютором этой лампы он бросил постоянную работу. Новоявленному дистрибьютору не понадобилось много времени для того, чтобы понять, что для того чтобы превратить ее в тот дар, о котором он мечтал, лампу нужно усовершенствовать, сделать ее надежной и несложной в применении. Достичь этого можно было только путем исследований и экспериментов; именно этот подход стал главным принципом лампы Алладина. В результате исследований и появилась лампа Алладина. Год за годом она улучшалась, и вскоре компания Алладин стала пионером и лидером производства ламп. Благодаря мечте молодого человека миллионы людей во всем мире пользуются качественным освещением лампы Алладина".

Предприятие Джонсона начиналось как американское представительство немецкой компании (видимо, берлинской "Еhrich & Graetz", которая, как уже было сказано, была одним из первых производителей калильных ламп). В 1908 г. он создал "Мэнтл Лэмп Компани оф Америка" (Mantle Lamp Company of America), которая начала производить лампы. Первый шаг к радикальному изменению дизайна калильной лампы был предпринят в 1910 г. изобретателем Чарльзом Хейзором Смитом (Charles Hazor Smith), который работал в "Мэнтл Лэмп Компани оф Америка". До этого времени все керосиновые калильные лампы повторяли конструкцию газовых калильных горелок, в которых сетка опускалась при помощи горизонтальной рукоятки, вмонтированной с одной стороны горелки. Такая конструкция нарушала соответствие осей фитиля и калильной сетки и также не предотвращала нагрев сетки по бокам. Изобретение Смита имело следующие преимущества по сравнению с предыдущими конструкциями:

  1. Впервые опорная часть калильной сетки и сопло горелки были сделаны как заменяемые детали, а сама сетка крепилась в центре проволочной петли, нижние концы которой закреплялись на двух диаметрально противоположных точках конуса.

  2. Опытным путем было обнаружено, что конус горелки часто деформировался и разрушался от нагрева голубым пламенем, вследствие чего пламя приобретало неровную форму, а яркость освещения уменьшалась. В изобретении Смита конус горелки, крепившийся к самой горелке при помощи байонетного соединения, каждый раз заменялся при замене калильной сетки.

  3. Перевернутая U-образная петля, в центре которой закреплялась калильная сетка, обеспечивала соответствие осей горелки, сопла, трубки фитиля и самого фитиля.

  4. Поскольку юбка калильной сетки закреплялась над конусом горелки, она была защищена от боковых смещений.

  5. Горелка Смита имела конический перфорированный верх, по бокам которого проходили прорези для равномерного распределения воздуха к пламени и к сетке.

Благодаря улучшенной конструкции горелки это изобретение успешно применялось в США, но первая мировая война помешала его распространению в Великобритании. Однако британский патент продолжал действовать, поскольку был продлен на 2 года согласно Патентным Актам от 1919 года. Срок действия патента истекал в 1926 г. Но в суд был подан иск о продлении срока действия патента еще на 4 года, поскольку во время войны запатентованное изделие не могло быть использовано. В результате патент оставался в силе вплоть до 1930 г. Усовершенствования, внесенные Смитом в конструкцию горелки и калильной сетки, стали поворотной точкой в эволюции ламп, в результате чего на рынке появилась более экономичная и легко регулируемая лампа по сравнению с более ранними моделями. Однако предстояло еще многое сделать для ее усовершенствования, и на протяжении следующих десяти лет специалисты " Мэнтл Лэмп Компани оф Америка" сосредоточили свою работу над двумя аспектами конструкции - концентричностью горелки и механизмом ее охлаждения.

Следующим после изобретения Смита стало изменение формы распределителя пламени, целью которого было предотвратить нагрев нижних частей горелки от пламени и избежать чрезмерного испарения топлива и эмиссии несгоревших продуктов. Созданная к тому времени общая конструкция горелки сохранилась во всех последующих лампах, вплоть до наших дней. Два важных новых элемента были добавлены к конструкции лампы в 1917 г.:

  1. Верхняя часть распределителя пламени приобрела форму усеченного конуса, а верхние и боковые плоскости были перфорированы;

  2. Появился выступ на внешней поверхности верхнего конца внешней трубки фитиля.

В результате этих двух изобретений доступ воздуха возрастал, когда увеличивали пламя, и ограничивался, когда уменьшали пламя, чтобы в любом случае не погасить пламя. Другое преимущество этой конструкции заключалось в том, что распределитель пламени был расположен очень низко, благодаря чему меньше тепла попадало к трубке фитиля, чем более ранних конструкциях. В 1918 г. специалисты "Мэнтл Лэмп Компани оф Америка" завершили работу над новой конструкцией лампы, в которой горелка целиком могла быть извлечена из топливного резервуара и основания лампы. Для этого внутренняя и внешняя трубки фитиля делились на верхнюю и нижнюю секции.

Автор конструкции описал трудности, которые могут возникнуть в связи с этим. Если при сборке на фабрике детали лампы плотно подгонялись друг к другу, то во время транспортировки или использования детали могут быть деформированы. Чтобы избежать таких дефектов, изобретатель предложил многосекционные, коаксиальные трубки фитиля, которые удерживали бы конструкцию в определенном положении, не оказывая давления на тонкую настройку деталей фитиля. В конструкции предусматривалось охлаждение нагретых частей горелки при помощи внешнего потока воздуха, что представляло собой очередную попытку разрешить давнюю проблему избыточного испарения топлива. В это время стал общеизвестным тот факт, что лампа накаливания является очень чувствительным прибором и даже небольшое повреждение топливного резервуара может привести к смещению трубок фитиля и ухудшению освещения. С этого момента горелка в калильных лампах стала сборной и разъемной.

Интересный комментарий о сложностях, связанных с регулировкой калильных ламп в период до 1922 г., содержится в жизнеописании полковника Т. Э. Лоуренса (Лоуренса Аравийского), написанном сэром Рональдом Сторрсом. Он писал, что "руки арабских слуг добрались до калильных сеток наших керосиновых ламп, извергавших по ночам вулкан омерзительной сажи, которая покрывала книги, ковры и все, что находилось в комнате. Т. Э. Лоуренс взял ситуацию с лампами под свой контроль, и пока он был жив, на фронте Алладина было все спокойно".

Конструкция горелки с измененной Смитом конфигурацией калильной сетки была стандартизирована компанией "Мэнтл Лэмп Компани оф Америка". В 1919 г. лампы этой конструкции были привезены в Великобританию Джеком Имбером, который был назначен эксклюзивным торговым представителем "Мэнтл Лэмп Компани оф Америка". Компания зарегистрировала торговую марку "Алладин", взятую из известной сказки "Тысяча и одна ночь", где волшебник предлагал менять новые лампы на старые. Под этой маркой в Великобритании продавались калильные лампы конструкции Смита, с небольшими модификациями; во всех моделях горелка и калильная сетка были съемными деталями. Поскольку огромные территории в этой стране оставались без газа и электричества, уровень продаж калильных ламп быстро рос. Вскоре Имбер преобразовал свой бизнес в компанию "Алладин Лэмп Лимитед", которая прекратила импорт и начала свое производство ламп, фитилей и калильных сеток, продавая их под торговой маркой "Лампы Алладина". Эти лампы могли быть использованы по-разному: как настольные, лампы для чтения, стандартные и подвесные. Их основное преимущество заключалось в том, что их можно было переносить с одного места на другое, т.к. они не были соединены при помощи трубки или шланга с резервуаром топлива. Применение этой лампы на практике показало необходимость дальнейших усовершенствований, и следующим новшеством стало изобретение кольцеобразных фитилей.



Усовершенствование лампы Алладина

Добиться соответствия формы пламени размеру калильной сетки долгое время было очень сложно. Одна из причин этого заключалась в том, что во время установки кольцеобразные фитили часто деформировались, из-за чего во время горения происходило отложение углерода и пламя приобретало неровную форму. Для устранения этих недостатков в 1922 г. был создан новый тип фитиля, который был укреплен липкой лентой и внешним креплением. Целью этих изменений являлась защита фитиля от деформации во время установки, сохранение соосности фитиля с другими компонентами горелки и обеспечение симметричной формы пламени. Следующим новшеством стало создание очистителя фитиля, состоявшего из цилиндрического кольцевого наконечника, который закреплялся в верхней части фитиля и мог вращаться. Очиститель фитиля служил для удаления углеродных отложений и фиксировал верхушку фитиля под определенным углом к оси его остальной части. Необходимость равномерного распределения воздуха к калильной сетке привела к созданию новой конструкции лампового стекла. На нижней части лампового стекла находится резьба, которая сцепляется с резьбой цоколя при вращении лампового стекла и фиксирует его в нужном положении. Между насечками резьбы на одинаковом расстоянии друг от друга расположены отверстия для входа воздуха. Эта конструкция требует точности в изготовлении, т.к. если одно из отверстий будет пропускать больше воздуха, чем остальные, пламя будет отклоняться, и сетка будет давать меньше света.

Все эти усовершенствования были направлены на создание пламени, совпадающего по форме с контуром калильной сетки. Следующее изменение конструкции заключалось в усовершенствовании деталей фитиля. Для регулировки длины фитиля с противоположных точек устанавливались две распорки, поддерживающие укрепленный фитиль. Распорки соединялись с храповиком и механизмом шестеренок и служили для регулировки высоты фитиля. Это приспособление предотвращало поломки или искажение фитиля, которые часто случались в прежней конструкции лампы. Дело в том, что прежний механизм регулировки высоты фитиля состоял из шестеренки, крепившейся непосредственно на волокнах фитиля. Благодаря новому механизму верхушка фитиля фиксировалась в горизонтальной плоскости, что способствовало созданию правильной формы пламени, совпадающей с калильной сеткой.

В результате изменений, внесенных в конструкцию калильных ламп в 1910-1924 гг., значительно увеличилась яркость их освещения. В своей книге "Нефть и нефтепродукты" (1913) сэр Бовертон Редвуд (Boverton Redwood) отметил, что горелка с плоским фитилем излучала свет, приблизительно равный 28 свечам, в то время как горелка Арганда давала свет, по силе света равный 38 свечам. В 1924 г. испытательные лаборатории Фарадей Хаус (Faraday House Testing Laboratories) провели тестирование 3-х ламп Алладина. Первая лампа была оборудована обычным распределителем пламени, с перфорированным верхом и боковыми поверхностями. В результате тестирования эта лампа показала силу света, равную 64.1 свечам. Во второй лампе заблокировали все перфорированные отверстия в верхней части распределителя пламени, кроме двух, при этом отверстия по бокам остались открытыми. Эта лампа давала силу света, равную 41.2 свечи. В третьей лампе все отверстия в верхней части распределителя были закрыты, а боковые отверстия остались открытыми. Освещение этой лампы составило 1.7 свечи. Эти данные наглядно свидетельствуют о двух фактах. Во-первых, эти эксперименты подтверждают эффективность усовершенствований, которые были внесены в конструкцию горелки за предыдущие 14 лет. Во-вторых, они говорят о чувствительности деталей горелки и о необходимости защищать их от углеродных отложений. После небольших колебаний компания "Алладин Индастриз Лтд" ("Aladdin Industries Ltd") решила провести рекламную акцию в стране, лозунгом которой стало оригинальное предложение "Новые лампы в обмен на старые". Эта реклама произвела ошеломляющий успех, и компания получила множество разнообразных старинных ламп, которые были сохранены как антиквариат до наших дней.

К 1927 г. широкое применение калильных ламп привело к необходимости их дальнейшего усовершенствования и модификации. Требовалось создать такую конструкцию лампы, детали которой (фитиль, стекло или сетку) любой пользователь мог бы заменить самостоятельно и контролировать работу лампы в целом, так, чтобы эффективность освещения при этом не ухудшилась. Широкое использование лампы Алладина в 1920х гг. выявило необходимость дальнейшего усовершенствования следующих аспектов работы лампы:

1. Необходимо было сократить интервал времени, требуемый для установления максимальной интенсивности пламени и добиться стабильности пламени. Наблюдения показали, что тепло, выделяемое горелкой, непосредственно нагревает или передается через теплопроводные детали горелки по всей структуре лампы. Было установлено, что в результате перегрева в трубках фитиля происходит избыточное испарение топлива, размер пламени увеличивается, что приводит к накоплению углерода на сетке.

2. Необходимо было защитить пламя от прямого воздействия внешних потоков воздуха, что особенно важно при зажигании горелки.

3. Необходимо было предотвратить попадание избыточного топлива с фитиля на фланец, предназначенный для защиты пламени и расположенный на внешней трубке фитиля.

Чтобы выполнить все эти требования, была создана новая конструкция. В нее входил обычный защитный фланец, необходимый для уменьшения силы воздушного потока, который в противном случае мог погасить или как-то иначе негативно воздействовать на пламя в верхней части фитиля. Также вводилась дополнительная перегородка, соединенная с основанием лампового стекла, которая была перфорирована для поступления холодного воздуха. Поскольку дополнительная перегородка не была связана с внешней трубкой фитиля, получаемое ей тепло не доходило до трубок фитиля и передавалось на другие элементы горелки, от которых рассеивалось. Эти усовершенствования оказались настолько эффективными, что новая конструкция горелки оставалась неизменной долгие годы.

Перед эксплуатацией горелки фитиль опускается, и масло на его верхушке поджигается. Сразу после этого можно увеличивать высоту фитиля и получить пламя максимальной интенсивности. Секрет конструкции заключается в том, что большой участок фитиля защищен от воздушных потоков, поэтому одновременно достигается высокое пламя и максимальное свечение калильной сетки.

В 1927 г. в конструкцию лампы было также введено еще одно новшество, которое касалось калильной сетки. В этой конструкции основная часть горелки является стационарной, и только верхняя часть вместе с калильной сеткой является съемной. Съемный верх горелки состоит из кольца, снабженного петлей для крепления калильной сетки и кольцевого фланца с внутренней стороны горелки. Кольцо сконструировано таким образом, что оно не деформируется от нагрева, а в его вертикальной части предусмотрены отверстия для входа воздуха. Кольцо не соприкасается с нижней частью конуса горелки, а вставляется во внутренний паз перфорированного цилиндра. Благодаря зазору между нижним конусом и кольцом в этой конструкции тепло от кольца передается перфорированному цилиндру, а не трубкам фитиля. Таким образом, полностью исключается перегрев трубок и избыточное испарение топлива. Одно из усовершенствований, внесенных в конструкцию лампы в 1927 г., касается непосредственно самой калильной сетки. В ее верхнюю часть было вставлено металлическое крепление, по форме повторяющее отверстие для выхода продуктов сгорания, для того, чтобы сохранить концентрическую форму сетки и ее соосность с конусом горелки, трубками фитиля и самим фитилем. Поскольку существует очень мало технической литературы, описывающей развитие калильных ламп, для того, чтобы подробно проследить их эволюцию, приходится основываться на патентных спецификациях. Но, начиная с 1910 г. все лампы, описанные в данных спецификациях, продавались под торговой маркой "Алладин". Таким образом, производство калильных ламп является интересным примером промышленной отрасли, которая на протяжении многих лет развивалась под защитой многочисленных патентов. Соответственно, в ней имела место лишь незначительная конкуренция. В 1920-1930 гг. появились лампы конкурирующих компаний. Однако из-за того, что большинство усовершенствований конструкции, благодаря которым лампы "Алладина" работали так эффективно, было защищено патентами, которые принадлежали или контролировались компанией "Алладин Индастриз Лтд", конкурирующие компании не имели к ним доступа. Для того, чтобы обеспечить потребителей высококачественным керосином для максимально яркого освещения, который не оставлял бы углеродных отложений на калильной сетке, компания "Алладин Индастриз Лтд" заключила соглашение с компанией "Шелл Мекс Лтд" на производство керосина высокой степени чистоты, который окрашивался в розовый цвет. Одновременно была развернута рекламная компания, призывавшая использовать в лампах только розовый керосин для обеспечения максимальной яркости освещения. В настоящее время калильные лампы - как настольные, так и подвесные - до сих пор выпускаются в определенных количествах компанией "Алладин Индастриз Лтд". Несмотря на падение спроса на такие лампы в Великобритании, где повсюду используется электричество, существует еще много мест на планете, таких как Азия, Африка, Южная Америка, где электричество по-прежнему остается недоступным. Спрос на эти лампы в странах Ближнего Востока настолько значителен, что в Иране начато их производство для продажи в этой стране, в Ираке и Афганистане. Определенные детали и комплектующие к лампам - в частности, конструкция калильной сетки - в настоящее время выпускаются в Индии. Компания "Алладин Индастриз Лтд" производит металлические детали лампы, калильной сетки и тканые фитили в Гринфорде, Мидлесексе и Понтардаве в Южном Уэльсе. Для производства лампового стекла требуется специальное технологическое оборудование, поэтому оно выпускается на специализированных стеклозаводах. Срок службы самих ламп достаточно долог, в то время как фитили и калильные сетки являются сменными деталями и имеют короткий срок эксплуатации, поэтому их изготовление составляет основную часть промышленного производства ламп.



Лампы давления

Это исследование истории развития калильных ламп завершается описанием так называемых ламп давления, принцип работы которых основан на создании повышенного давления внутри резервуара с топливом для его последующей подачи к горелке.

Лампы, описанные выше, применялись для бытового освещения и не нуждались в повышенном давлении, поскольку в их конструкции создавалась достаточная тяга воздуха к фитилю и калильной сетке. Однако переносные лампы и фонари внешнего освещения нуждались в защите от сквозняков и ветра, поэтому горелка, калильная сетка и механизм связующих деталей помещались внутрь стеклянного сосуда или шара. В результате в этой конструкции доступ воздуха оказался не достаточен для получения голубого пламени, поэтому возникла необходимость изменения внутренней структуры лампы.

В сельской местности всегда существовала потребность широкого применения переносных фонарей. Существовавшие ранее фонари, в которых использовались свечи или горелки с открытой подачей масла, давали слабое освещение. По мере усовершенствования керосиновых ламп, использовавшихся для внутреннего освещения, изобретатели занялись улучшением конструкции калильной сетки в переносных керосиновых фонарях. Первый вариант калильной лампы давления был выпущен в 1895 году и состоял из вертикальной калильной сетки и механизма для создания давления в топливном резервуаре, что было необходимо для испарения жидкого топлива. В 1907 году Актиболагет Аладин из Швеции разработал одну из первых ламп давления, в конструкцию которой входил механизм для первичного нагрева горелки. В этой конструкции трубка подачи топлива расположена близко к калильной сетке, поэтому трубка нагревается, и топливо в ней начинает испаряться. Аналогичный механизм использовался во всех более поздних конструкциях лампы давления. Очевидно, в этой конструкции испарение топлива было невозможно до момента нагрева трубки, поэтому было создано устройство предварительного нагрева. Оно состояло из небольшой круглой кюветы с метиловым спиртом или аналогичной жидкостью. Дальнейшее усовершенствование лампы давления было связано с использованием двух перевернутых калильных сеток, для того чтобы предотвратить осаждение продуктов горения на жиклере горелки. В 1930 г. была предложена новая конструкция лампы давления, в которой был использован другой способ предварительного нагрева горелки. Была создана вспомогательная горелка, которая нагревала испаритель до того, как зажигалась основная горелка и раскалялась перевернутая калильная сетка. Позже была предложена еще одна конструкция, включавшая в себя искривленный испаритель. Он был расположен вокруг горелки и соединялся с трубкой подачи топлива, которая располагалась вне лампового стекла, внутри которого находилась горелка и калильная сетка.

Опыт, полученный в ходе применения ламп давления, описанных выше, позволил успешно развивать и использовать описанную конструкцию.



Газ

В средние века улицы городов не освещались. Первые попытки использовать искусственное освещение на городских улицах относятся к началу XV века. В 1417 году лондонский мэр Генри Бартон распорядился вывешивать фонари зимними вечерами, чтобы рассеять непроглядную тьму в британской столице. Через некоторое время его инициативу подхватили французы. В начале XVI столетия жителей Парижа обязали держать светильники у окон, которые выходят на улицу. При Людовике XIV французскую столицу наполнили огни многочисленных фонарей. «Король-солнце» издал специальный указ об уличном освещении в 1667 году. Первые фонари со свечами были установлены в 1718 г. По легенде, именно благодаря этому указу царствование Людовика и назвали блестящим.

Первые уличные фонари давали сравнительно мало света, поскольку в них использовали обыкновенные свечи и масло. В Лондоне XVIII века, славившемся на весь мир своим уличным освещением, стеклянный фонарь заключал в себе маленькую жестяную ёмкость, куда до половины наливалась ворвань, а фитилём служил кусок кручёной хлопковой верёвки. Применение керосина позволило значительно увеличить яркость освещения, однако настоящая революция уличного света случилась только в начале XIX века, когда появились газовые фонари

Каменноугольный светильный газ открыли в конце XVIII века одновременно и независимо друг от друга Филипп Лебон во Франции, и Вильям Мэрдок в Англии. Англичанин Уильям Мэрдок — поначалу подвергся насмешкам. Вальтер Скотт писал одному из своих друзей, что какой-то сумасшедший предлагает освещать Лондон дымом. В 1798 году - он осветил газом фабрику "Болтон и Уатт" близ Бирмингема. На городских улицах газ впервые появился в Лондоне. В 1804 году некий Фред Виндзор организовал первую в мире газовую компанию. С 1807 года масло начало уступать место газу. Впервые его применили на Бич-стрит и Уайткросс-стрит, а год спустя газ загорелся на Пэлл-Мэлл. Уже 1809 году улицы Лондона, общей протяженностью 215 миль, освещали сорок тысяч газовых фонарей. Боязнь взрыва и пожара была одной из причин того, что в жилищах до1840-х годов газ использовался лишь в ограниченной мере.

Разнообразные горючие газы пробовали применять для освещения и раньше. Для получения газа Уильям Мэрдок (в отличие от многих своих предшественников) взял не сало или масло, а каменный уголь, который стоит дешевле. Это тот самый Мэрдок, который построил первый в Англии паровоз. Мэрдок был сначала рабочим, а потом инженером на фабрике Бультона и Уатта — первой фабрике паровых машин. При этой знаменитой фабрике Мэрдок устроил свой газовый завод. Задача была нелегкая. Мэрдок понимал, что для получения горючего газа надо уголь накалить. Но если уголь накалить, он сгорит, и никакого газа не получится. Мэрдок решил задачу просто. Он стал нагревать уголь не в открытой топке, а в закрытом котле, "реторте", куда не мог проникнуть воздух. Без воздуха горючий газ не сгорает, и его можно отводить по трубам куда угодно. Газ собирали в специальные резервуары — газгольдеры и затем направляли к газовым «рожкам» — горелкам. Но есть еще одна трудность. Газ получается из угля вместе с парами смолы и воды. Выйдя из реторты, горючий газ охлаждается, и тогда пары сгущаются в жидкость. Если газ в таком виде пустить по трубам, они очень скоро засорятся. Чтобы этого не было, на заводах стараются как можно тщательнее отделить газ от смолы и воды. Для этого его охлаждают, пропуская через холодильник, то есть через ряд отвесно поставленных труб, которые охлаждаются снаружи воздухом или водой. В холодильнике пары воды и смолы сгущаются и стекают вниз, а газ идет дальше — к горелкам. Светильный газ хранили под давлением в специальных железных баллонах, которые держали в подвалах. В зимнее время, особенно в сильные холода, газ не давал яркого света. Владельцы газового завода обратились за помощью к знаменитому физику и химику Майклу Фарадею. Тот установил, что при охлаждении часть светильного газа собирается на дне баллонов в виде прозрачной жидкости. В ней Фарадей нашел новый углеводород и дал ему название "карбюрированный водород"

Одновременно с Мэрдоком опытами по газовому освещению занимался француз Лебон. Изобретатель назвал свой снаряд термолампой. В 1817 году газовые фонари появились в Париже, в 1823 году в Нью-Йорке, в 1826 году в Берлине.

В 1815 году английский предприниматель Джон Тайлор ввел в употребление «масляный газ» для добывания которого он употреблял животные и растительные масла. Таким образом освещались некоторое время города Ливерпуль и Гуль. Однако лишь в семидесятых годах XIX века освещение «масляным газом» получило большое распространение в Европе, когда этот газ стали готовить из нефти и нефтяных остатков их пиролизом.

В первой половине XIX веке под светильным газом понимали в основном каменноугольный газ. Однако в США в это время для освещения широко применяли карбюрированный водяной газ. В Европе использовали смесь из каменноугольного и водяного газов (10 – 25%) В Германии многие города для освещения применяли ацетилен.

Водяной газ – это газ, получающийся из кокса пропусканием через него перегретого водяного пара при температуре выше 1000 °С и состоящий приблизительно из равных объемов СО и Н2 с примесью небольших количеств СО2, Н2О, СН4 и N2 Действие водяного пара на раскаленный уголь открыл Феличе Фонтана в 1780 г. Карбюрированный нафталином водяной газ для осветительных целей впервые применил Донован в Дублине (1830 г.)

Около 1855 года водяной газ впервые применили для городского освещения во Франции (Нарбонна), около 1860 – в Германии, около 1870 г. в Англии и США.

Блаугаз – это светильный газ, названный так по имени его изобретателя аугсбургского инженера Блау. Блаугаз получается из обыкновенного нефтяного газа сжатием последнего при давлении 20 атм. в присутствии абсорбирующих веществ; при этом более легко конденсирующиеся газы, состоящие главным образом из ароматических углеводородов сгущаются в жидкость и отделяются от более устойчивых и постоянных газов.

Состав газов (объёмные проценты)



Компоненты

Светильный газ

Водяной газ

Блаугаз

CO (окись углерода)

4 – 12

42


CH4 (метан)

29 – 44,7

0,5

28

H2 (водород)

54 – 36

49

5

Другие углеводороды

10 – 3

52

CO2 (двуокись углерода)

2,5 – 0

5


N2 (азот)

4 – 0

3


O2 (кислород)

0,5 – 0,3


Уд. вес (плотность)

0,38 – 0,62


0,91



Добывание светильного газа производится преимущественно из того сорта углей, который носит специальное название газовых углей и содержит мало золы и серы. Такие угли дают хороший выход газа (0,28 – 0,30 м3/кг)

Газ произвел на людей того времени впечатление не меньшее, чем изобретение радио или аэроплана в наши дни. О газе только и говорили. В газетах писали: "День и ночь может огонь гореть в комнате, не требуя для присмотра ни одного человека. Его можно провести вниз с потолка, где он будет распространять по всей комнате свет свой, не оттеняемый подсвечником и не омрачаемый копотью". В юмористических журналах тех лет можно найти множество стихов, рисунков, карикатур по поводу газового освещения. На одной из этих карикатур — нарядная дама, а рядом с ней грязная нищенка. У дамы вместо головы на плечах яркий газовый фонарь, а у нищенки — тусклая масляная лампа. На другом рисунке — пляшущий газовый фонарь на тоненьких ножках, а рядом сальная свеча, оплывшая, уродливая. Под этой свечой, как под деревом, сидят двое: старичок с книгой и дама с чулком и спицами. Они тщетно пытаются работать при тусклом свете свечи. Расплавленное сало капает им на головы. Хотя газ широко применялся в Лондоне с 1809 году, в столичных театрах свечное и ламповое освещение сохранялось вплоть до 1815 года, причем первоначально газ использовался лишь для освещения зрительного зала и получил доступ на сцену лишь в начале третьей декады XIX века. Нововведение далеко не всеми было расценено как только положительное. «Театральный обозреватель» за 18 января 1822 года писал: «Неприятный запах распространяется в верхней части здания из-за газа. Но главное зло заключается не в запахе: световой поток, излучаемый на исполнителей, придает им призрачность, а их лицам — оттенок божественности». Перевод уличного освещения на газ встретил отчаянное сопротивление хозяев китобойных промыслов. И все же преимущества, которые несло с собою газовое освещение, были очевидны: оно было более ярким, более подвижным и более ровным, чем до этого. Часть сцены могла быть интенсивно освещена, в то время как другие ее участки оставались затененными. Яркость внешнего освещения убедительно контрастировала теперь со сдержанным освещением интерьеров. Появилась возможность более плавно оттенять смену дневного освещения ночным.

Придумать газовую горелку было совсем не так трудно, как масляную лампу. Стоило только надеть на конец трубки, по которой протекал газ, шапочку с узеньким прорезом для выхода газа, и получалось яркое пламя. До конца 80-х годов XIX в. техника газового освещения довольствовалась именно такой, примитивной горелкой, в которой газ горел на открытом воздухе, пламенем в виде рыбьего хвоста. Позже догадались и в этом случае применить уже известную горелку, в которой вместо одного прореза имеется множество маленьких отверстий, расположенных по кругу, и воздух входит внутрь горелки. Как и в обыкновенной лампе, на горелку надевается стекло. К тому времени, когда появилось газовое освещение, масляные лампы были уже так хорошо устроены, что изобретателям газовых горелок оставалось только пользоваться готовыми образцами. В 1880-х годах австрийцем Карлом Ауэром была изобретена калильная сетка, (ауэровский колпачок из окиси тория) в несколько раз увеличивавшая силу света газовых и керосиновых фонарей. Калильная сетка светила ярким белым светом. На несколько лет газ победил. Газовое освещение стало вдвое дешевле электрического. Отчего же это произошло? Оттого, что газовые горелки стали ярче гореть, чем прежде. Там, где раньше нужны были две лампы, теперь стало довольно одной. Расход газа уменьшился.

Очень скоро коксование стали применять для получения не столько металлургического кокса, сколько сначала светильного, а потом и бытового газа. Газификация быта стала синонимом прогресса, процессы газификации топлива совершенствовались, а получаемый газ стали все чаще называть “городским газом”. Газ очень легкий. Вверх он идет легче, чем вниз. По трубам, проложенным под землей, газ течет вдоль улиц, как вода в водопроводе. Разница только в том, что бак для воды ставят как можно выше, чтобы вода текла под напором и достигала верхних этажей. А газовые заводы устраивают в самом низком месте города. Зажигались газовые фонари каждый вечер вручную специальными людьми - фонарщиками. Кстати, эта должность была в некоторых странах выборной и весьма почетной.

В России применение газа для освещения началось лишь в 1835 г. Вообще, в России уличное освещение появилось при Петре I. В 1706 году он велел вывесить фонари на фасадах некоторых домов около Петропавловской крепости, чтобы отметить победу над шведами под Калишем. В 1718 году на петербургских улицах появились первые стационарные светильники, а еще через 12 лет императрица Анна Иоанновна распорядилась установить их в Москве. В Петербурге первые газовые фонари появились в 1825 году: ими был освещен Главный штаб. В 1835 в СПб. по инициативе зарубежных предпринимателей учреждено Общество освещения газом С.-Петербурга, с монополией на промышленное производство и продажу газа. В том же году в районе Обводного канала закончено строительство первого в России газового завода (по некоторым косвенным сведениям первый российский газовый завод появился в 1831 г.) Уголь для получения светильного газа доставлялся из Великобритании, а все оборудование для освещения изготавливалось на заводах СПб. На заводе "Арсенал" производили отливку фонарных столбов, на других заводах изготовляли арматуру. На порцелиновой мануфактуре (ныне Ломоносовский фарфоровый завод) организовано производство корпусов газовых светильников. Газовые магистрали в городе монтировали из чугунных труб. Большой вклад в организацию Газоснабжения внесли ученые Б. С. Якоби и Д. И. Менделеев, а также арх. А. А. Монферран, который конструировал и оформлял газовые фонари.

Всю историю петербургского освещения можно разделить на три периода. Первый: с 1706 года по 1788 год. В течение этого периода освещение находилось в ведении городских властей. Второй период: с 1788 года по 1917 год. В течение этого периода освещение находилось на откупе, и им занимались частные лица и разнообразные общества и товарищества. И третий период: с 1917 по сей день. Освещение снова находится в ведении государства.

Также в освещении города можно выделить несколько его основных этапов.
Первый этап: с 23 ноября 1706 года по 1725 год. 23 ноября четыре улицы, выходящие к Петропавловской крепости были впервые освещены уличными фонарями. Это было начало уличного освещения. Но первые постоянные уличные фонари появились лишь в 1723 году. Этот был период становления уличного освещения.
Следующий этап: с 1725 года по 1745 год. Это был период упадка уличного освещения. После смерти Петра царский двор переехал в Москву, и это сказалось и на освещении. Им перестали заниматься. Но уже указ 7 ноября 1745 года требовал "...сделать вновь фонари".
Очередной этап: с 1745 года по 1788 год. Все это время освещение находилось в ведении государства. И из-за недостатка средств работы продвигались очень медленно. 25 августа 1788 года Екатерина II издала повеление об отдаче освещения на откуп купцам Нестерову и Михайлову.
Следующий этап: с 1788 года по 1804 год. Нестеров и Михайлов освещали город 16 лет. Но фонари светили тускло, и гасили их раньше времени. И город отказался от их услуг. 1 августа 1804 года был заключен контракт с товариществом русских купцов во главе с купцом Гребелкиным. Они обязались заменить некоторые фонари более совершенными и заниматься уличным освещением.
Следующий этап: с 1804 года по 1835 год. Все это время Петербург освещали масляные фонари. Но появлялись и новые, более совершенные виды освещения. Одним из них был газ. И в 1835 году было создано "Общество освещения газом Санкт-Петербурга".
Очередной этап: с 1835 года по 1849 год. Это было начало газового освещения. Оно было дорогим и появлялось только в центре. Власти стали искать более дешевые способы освещения. И в 1849 году в Петербурге появились спирто-скипидарные фонари.
Следующий этап: с 1849 года по 1863 год. Это период параллельного существования газового, масляного и спирто-скипидарного освещения. 1 августа 1863 года 6000 керосиновых фонарей зажглись на улицах Санкт-Петербурга. В этот день масляное и спирто-скипидарное освещение прекратило свое существование.
Очередной этап: с 1863 года по 1873 год. Город освещали газовые и керосиновые фонари. Но их время уже подходило к концу. Появилось электричество.
Следующий этап: с 1873 года по 1920 год. Летом 1873 года на Одесской улице были проведены опыты по освещению улиц лампами Лодыгина. С этого момента началось победное шествие электрических фонарей по улицам Петербурга. Сначала им было очень трудно конкурировать с газом и керосином, но к 1918 году улицы освещали только электрические фонари. А в 1920 году и эти немногочисленные фонари погасли.
Очередной этап: с 1922 года по 1934 год. Улицы Петрограда не освещались целых два года. В 1922 году улицы города снова осветились. Это была заслуга отдела наружного освещения Управления благоустройства Ленгорсовета. А с 19 сентября 1934 года освещением стало заниматься городское электосетевое предприятие "Ленсвет".
И, наконец, последний этап: с 1934 года до сегодняшних дней. Все это время наш город освещал, и по сей день освещает ГЭСП "Ленсвет".

В январе 1865-го в Москве был проведен конкурс, который выиграла фирма голландского предпринимателя А. Букье и английского инженера Н. Гольдсмита «Сity of Moscow gas company limited» — она смогла предложить городу наиболее выгодные в сравнении с предложениями конкурентов условия. Московская Городская Дума подписала с английской фирмой Букъе и Гольдсмита 30-летний контракт на устройство в Москве газового освещения. По этому контракту компания должна была в течение трех лет построить завод по сухой перегонке каменного угля в Нижнем Сусальном переулке, проложить газопроводную сеть, поставить и установить 3000 фонарей. Пробу освещения произвели на Кузнецком Мосту 25 декабря 1865 года. А 27 декабря состоялось торжественное открытие «газификации» Москвы: в пять часов вечера городской голова князь А. Щербатов зажег в Кремле первый газовый фонарь. Через три года в Москве уже горело более трех тысяч фонарей, но английская компания несла крупные убытки, ибо к газовой сети никто из абонентов не спешил подключаться — виной тому была косность москвичей и конкуренция со стороны торговцев керосином. Не помогло и повышение арендной платы до 40 рублей за один фонарь, и в 1888 году завод переходит в собственность «Французского общества газового освещения».

К 1905 году в Москве было уже почти 9000 газовых фонарей, а от завода у Курского вокзала протянулось уже более 300 километров труб. К этому времени истек срок концессии, и завод перешел к городу.

В начале ХХ века в Москве было установлено 13400 керосиновых, 8500 газовых, 440 дуговых электрических фонарей и всего 6 опытных ламп накаливания. Несмотря на это, Москва серьезно отставала в развитии уличного освещения от Санкт-Петербурга — столицы России. К началу 1914 года в городе уже действовало более 5000 электрических фонарей из 20000, установленных в городе. Первая мировая война затормозила развитие уличного освещения в городе, а в годы гражданской войны, после известных событий 1917 года практически разрушили все созданное за предыдущие годы. Для восстановления уличного освещения в 1921 году в отделе благоустройства коммунального хозяйства Московского Совета был создан подотдел наружного освещения. В 1928 г. в городе работало более 9000 электрических фонарей и 6,8 тыс. газовых, практически исчезли все керосиновые. Полная ликвидация газового освещения и замена его электрическим в Москве была завершена в 1932 г

К концу XIX века почти во всех крупных городах России появились газовые рожки. Газом освещали улицы, железнодорожные станции, предприятия, театры и жилые дома. В Киеве инженером А.Е. Струве газовое освещение было устроено в 1872 году.



В России газовая промышленность никогда не имела таких размеров как за границей. Общее количество газа, произведенного в 1890 – 91 году 29 газовыми заводами, служащего для освещения 22 городов в Российской Империи с населением в 2,9 млн. человек, составляло приблизительно (млн. куб. футов)

– каменноугольного

1820,4

– древесно-нефтяного

32,3

– древесного

37,2

– нефтяного

12,4

всего

1902,2 или
54,0 млн. м3



В Англии в 1890 – 1891 году насчитывалось 594 газовых завода. Количество проданного газа 2915 млн. м3. Число потребителей 2,3 млн. Число уличных фонарей 460 тыс. штук. Длина газоносной сети 35150 км

В Париже ежегодное потребление газа в 1890 – 91 г. дошло до 308 млн. м3. В Берлине потребление газа в 1890 – 91 г. достигло 94 млн. м3

Таким образом, вся газовая промышленность России по своим размерам была меньше газовой промышленности одного Берлина.

О размерах газового производства в Англии в 1908 году можно судить по тому, что на получение светильного газа было израсходовано 17 млн. тонн угля, т. е. приблизительно то количество угля, которое добывалось в России за год. В Париже в 1908 г. израсходовано 400 млн. м3 газа, а в Лондоне в 1907 г. 1285 млн. м3. Такое значительное развитие газовое производство получило потому что, газ стали применять не только для освещения и отопления, но и как топливо для газовых двигателей (первый коммерчески успешный газовый двигатель внутреннего сгорания создал бельгийский инженер Жан Этьен Ленуар в 1860 году, а в 1864 году его вытеснил газовый двигатель Августа Отто.)



Изобретение и развитие электрического освещения

Первым по-настоящему массовым потребителем электрической энергии явилась система электрического освещения. Электрическая лампа и по нынешний день осталась самым распространенным электротехническим устройством. В течение первой половины XIX в. господствующее положение занимало газовое освещение, имевшее существенные преимущества перед лампами с жидким горючим и свечами: централизация снабжения установок светильным газом, сравнительная дешевизна горючего, простота газовых горелок и простота обслуживания. 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 Развитие электрического освещения шло по двум направлениям: конструирование дуговых ламп и ламп накаливания.



Электрическая дуга и «русский свет»

В XIX веке получили распространение два типа электрических ламп: лампы накаливания и дуговые. Дуговые лампы появились немного раньше.

Если два угольных стержня, находящихся под электрическим напряжением, привести в соприкосновение, ток будет проходить по узким местам между соприкасающимися немногими точками обоих стержней. Сопротивление этого участка велико, и поэтому концы углей раскаляются до белого каления. Когда угли раздвигаются, между ними образуется слой раскаленного и сильно ионизированного газа. Летящие от катода электроны, попадая на анод, вызывают сильное нагревание и создают в нем углубление, называемое кратером. Кратер анода есть наиболее накаленная часть электрической дуги, его температура достигает 4000?С, катод нагревается до 3000?С. В вольтовой дуге, как и в пламени керосиновой лампы или газовой горелки, светит накаленный уголь. Разница только в том, что здесь уголь накаливается не огнем, а электрическим током. Сама дуга дает очень мало света. Достоинства дуговых источников света заключается в их большой яркости и хорошей цветности излучения. Осветительная дуга зажигается между двумя угольными электродами. Осветительные угли изготавливают в виде цилиндрических стержней, часто с мягкой осевой набивкой, называемой фитилем. Оболочка углей состоит почти полностью из углерода (графит, кокс, сажа). Фитиль представляет собой углеродистую массу, замешанную на калиевом жидком стекле с добавкой солей редкоземельных элементов и лантана для изменения спектрального состава излучения. Фитильная масса при работе испаряется быстрее, чем оболочка, за счет чего достигается световая устойчивость дуги. Производство осветительных углей заключается в измельчении углеродистого сырья, перемешивании его со связующими веществами, прессовании или продавливании массы через мундштук для формования и обжига при высокой температуре. Обжиг придает углям достаточную механическую прочность и твердость. Иногда производится омеднение угольных стержней. Полученные угли имеют высокую химическую устойчивость, большую теплопроводность, малую скорость испарения, относительно высокое удельное электрическое сопротивление – 8 ? 103 – 15 ? 103 Ом ? м. Рабочая температура в «кратере» осветительного угля может быть поднята до 5900 ?С

Электрическая или «вольтова» дуга представляла собой в буквальном смысле яркое проявление электрического тока и в первой половине XIX столетия она часто демонстрировалась в лабораториях и на лекциях об электричестве. Принципиальными недостатками дугового источника являются: открытое пламя (и отсюда — пожарная опасность), огромная сила света и необходимость регулирования дугового промежутка по мере сгорания углей.

Многие изобретатели пытались применить электрическую дугу для освещения. Дуговая лампа была превращена в полезное устройство трудом нескольких людей в сороковые и пятидесятые годы XIX века Для получения дуги требуется довольно большая сила тока, которую не могли дать батареи элементов. Другая трудность заключалась в том, что надо было найти более подходящий материал для электродов, поскольку стержни из древесного угля сгорали за несколько минут. В дуговых лампах по мере выгорания электродов надо было постоянно подвигать их навстречу друг другу.

Первую дуговую лампу с ручным регулированием длины дуги сконструировал в 1844 г. французский физик Жан Бернар Фуко (1819—1868 гг.), именем которого названы открытый им вихревые токи. Он заменил электроды из древесного угля электродами из ретортного угля (палочками из твердого кокса), что увеличило продолжительность горения лампы. Регулирование оставалось еще ручным. Такие лампы могли получить применение лишь в специальных нуждах, когда требовалось непродолжительное по времени, но интенсивное освещение, например, при подсветке стекла микроскопа, при устройстве сигнализации в маяках или театральных эффектах. Легко себе представить восторг (а может быть и испуг) зрительного зала, когда в Парижском оперном театре в 1847 г. по ходу спектакля (а давали оперу Мейербера «Пророк») восход солнца имитировался с помощью дуговой лампы! В Англии дуговое освещение испытывали на Саут - Форлендском маяке в 1858 году, и на Данджнесском маяке в 1862 году.

Но для того чтобы дуговая лампа горела хорошо, нужно было еще придумать какое-нибудь приспособление, чтобы сближать электроды. И вот опять в лампе появляется часовой механизм. На этот раз он понадобился для того, чтобы постепенно и равномерно сближать концы углей. Дуговыми лампами с часовым механизмом пробовали освещать улицы в Париже. Осветили одну площадь. Появление в 1870 году кольцевого генератора Грамма снизило расходы на выработку электрического тока настолько, что дуговое освещение стало рентабельным для многих назначений: на железнодорожных станциях, в портах и театрах, на металлургических заводах, рынках и даже на улицах.

Дальнейшая история дугового электрического освещения связана с изобретениями различных механических и электромагнитных регуляторов. Немецкий ученый Гефнер Альтенек придумал еще более хитрый способ сближать электроды. Его дуговая лампа так сложно устроена, что объяснять ее было бы слишком долго и трудно. Суть в том, что он поместил в лампу электромагнит, который притягивал, когда это нужно было, железную планку, соединенную с одним из углей. Расстояние между углями уменьшалось, и лампа продолжала работать. Идея электромагнитного (дифференциального) регулятора, была использована другими конструкторами.

Немецким фабрикантом З. Шуккертом был усовершенствован дифференциальный регулятор. Крупносерийный выпуск дуговых ламп с дифференциальным регулятором начали производить в конце 70-х годов заводы Сименса (с которыми объединились заводы Шуккерта), и такая лампа стала продаваться под наименованием «дуговая лампа Сименса».

С 80-х годов дифференциальные дуговые лампы стали единственным типом дуговых источников света, которые применялись для освещения улиц, площадей, гаваней, а также для освещения больших помещений производственного или общественного назначения, они стали обычными источниками света в прожекторной и светопроекционной технике.

Особое место среди дуговых источников света занимает «электрическая свеча» Павла Николаевича Яблочкова (1847 — 1894). Изобретение, о котором пойдет речь, не привело к массовому и устойчивому применению именно этого источника света, но оно заслуживает особой оценки и отдельного рассказа, поскольку именно «электрическая свеча» явилась тем детонатором, который вызвал бурный рост электротехнической промышленности.

П. Н. Яблочков был военным инженером, выпускником Главного инженерного училища в Петербурге. Осенью 1875 г. Яблочков проводил опыт электролиза поваренной соли. Два угольных электрода были расположены параллельно, и однажды, когда электроды на мгновение коснулись друг друга в нижних своих частях, между ними возникла электрическая дута. Яблочков вместе со своим помощником как завороженные наблюдали сквозь толстые стекла стеклянного сосуда яркое в буквальном смысле слова явление и «предоставили углям гореть до конца, а сосуду треснуть».

Увидев длительное горение дуги между параллельными стержнями, изобретатель воскликнул, обращаясь к своему коллеге: «Смотри, и регулятора никакого не нужно!». Изобретение было важным, но гениально простым: чтобы избавиться от дорогих регуляторов нужно просто повернуть угли из встречного положения в параллельное. Необходимо было несколько дней, чтобы технически доработать изобретение. Чтобы дуга горела только между концами стержней, они были изолированы друг от друга слоем глины или гипса, которые в процессе горения постепенно испарялись. Для зажигания дуги служила тонкая пластинка, плохо проводящая ток, и соединяющая концы стержней. При возникновении тока она сгорала и между концами углей образовывалась электрическая дуга. Во время горения дуги стержни находились на одном расстоянии друг от друга, их не нужно было сдвигать ни вручную, ни с помощью каких либо приспособлений. При работе на постоянном токе один стержень сгорал быстрее другого. Чтобы устранить этот недостаток, Яблочков использовал для питания дуги переменный ток. «Свечи Яблочкова» горели ярким и ровным светом. Свеча средней величины светила не более двух часов.

Но П. Н. Яблочков всю жизнь был плохим предпринимателем; его московская мастерская потерпела финансовый крах и ему угрожала долговая тюрьма. Спасая свое изобретение, он срочно переехал в Париж. В Париже Яблочков познакомил со своей идеей крупного ученого и владельца завода по производству точных приборов Бреге, и уже 23 марта 1876 г. он получил патент на ставшую знаменитой «электрическую свечу».

П. Н. Яблочков стал очень известным человеком, в знак признания его работ появилось выражение "русский свет". В том же 1876 г. он организовал компанию по производству систем освещения, в которой вел работу в качестве технического руководителя. Первой операцией компании было освещение универсального магазина «Лувр» в Париже, затем ипподрома и, пожалуй, самое эффектное — освещение улицы Оперы Avenue de L‘Opera в Париже в 1877 г. Изобретатель теперь стал богатым человеком. Его изобретение совершало триумфальное шествие по всему миру. О значении электрической свечи в расширении производства электрических генераторов переменного тока можно судить по следующему примеру: если до появления электрической свечи завод Грамма выпускал в течение 1870—1875 гг. по несколько десятков машин в год, то за 1876 г. выпуск генераторов возрос почти до 1000 шт. Заводы изготовляли электрические генераторы, специально предназначенные для установок электрического освещения и даже мощность машин обозначалась по числу питаемых электрических свечей (например, «шестисвечная машина»).

Главный недостаток «свечей Яблочкова», который, впрочем, был присущ и другим дуговым лампам — малое время работы, пытались устранить, заключив вольтову дугу в лишенную кислорода атмосферу. 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 углеродом, так что внутри сосуда образовывалась нейтральная атмосфера. Хотя кислород продолжал поступать через зазоры, влияние его сильно ослаблялось, и такая лампа могла непрерывно гореть около 200 часов.

Но именно в эти годы шумного успеха дугового освещения и, несомненно, благодаря ему появилась система освещения на электрических лампах накаливания, которые оказались более удобным источником света, имеющим лучшие экономические и световые показатели.



Лампы накаливания

Самая ранняя по времени лампа накаливания построена англичанином Де ля Руи в 1819 г. В этой лампе накаливалась платиновая спираль, находящаяся в стеклянной трубке. Следующий шаг сделан в 1838 г., когда бельгиец Жобар стал накаливать угольные стержни в разреженном пространстве. Эта лампа была, конечно, дешевле, но срок ее службы был незначительным.

После 1840 г. предлагались многочисленные конструкции ламп накаливания: с телом накала из платины, иридия, угля или графита и т.д. В 1854 г. по улицам Нью-Йорка разъезжал немецкий эмигрант Гебель, на повозке которого находились подзорная труба и лампа накаливания. Последняя служила для привлечения публики, которая приглашалась взглянуть через подзорную трубу на кольца Сатурна. Замечательным было то, что источником света в лампе Гебеля служило обугленное бамбуковое волокно. Нить была помешена в верхнюю часть закрытой барометрической трубки, т.е. в разреженное пространство. Медные проводники подходили к нити накала сквозь стекло. Лампа Гебеля могла гореть в течение нескольких часов.

Но только благодаря работам англичанина Свана и американца Эдисона, завершившимся к 1880 году, была создана лампа накаливания с угольной нитью.

В 1860 г. изобретатель Сван (Англия) впервые применил для лампы накаливания обугленные полоски толстой бумаги или бристольского картона, накалявшиеся в вакууме.

Устройство лампы накаливания относительно просто. Электрический ток, проходя через тонкую нить, раскаляет ее до высокой температуры, благодаря чему она начинает ярко светиться. Долго не могли найти подходящего материала для нити. Поначалу наиболее удобным казался уголь. В 1878 году американские электротехники Сойер и Манн нашли способ изготавливать нити небольшого сечения путем обугливания картона в графитовом порошке. Однако и эти лампы были очень недолговечны.



Лампа Эдисона

Больше всего известности, почестей и сланы в связи с электрической лампой выпало на долю Эдисона. Но Эдисон не изобрел лампу. Он сделал нечто большее: Эдисон разработал во всех деталях систему электрического освещения и систему централизованного электроснабжения.

В 1879 г. Эдисон заинтересовался проблемой электрического освещения. Выходец из достаточно обеспеченной семьи голландских эмигрантов, будущий великий изобретатель не получил даже начального официального образования: через несколько месяцев занятий в школе он был признан ограниченным и неспособным учеником. Дальнейшим образованием он обязан своей матери, педагогу по профессии, и самостоятельным занятиям.

С 12-летнего возраста он, как в свое время Фарадей, стал самостоятельно зарабатывать, продавая газеты и журналы. Некоторое время спустя Эдисон стал телеграфистом. К 1879 г. он был уже известен как изобретатель автоматического счетчика голосов, как автор усовершенствования в области многократной телеграфии и в конструкции телефонного аппарата Белла, как изобретатель фонографа.

Его эмиссары разъехались по всему миру в поисках наиболее подходящего растительного волокнистого материала для изготовления угольных нитей. Эдисон сразу поставил перед собой две задачи: лампа должна создавать умеренную освещенность; каждая лампа должна гореть совершенно независимо от других. Так он пришел к выводу о необходимости иметь нить высокого сопротивления, что позволит включать лампы параллельно (а не последовательно, как до этого поступали с любыми электрическими лампами).

Эдисон сконструировал двухфазный генератор, тем самым решив проблему, казавшуюся безнадежной даже ведущим электрикам того времени. Люди, которые высмеивали Эдисона за его невежество в теоретических вопросах, не могли поверить, что можно изобрести динамо-машину, которая работала бы в условиях меняющейся электрической нагрузки. Ведь потребители все время включают и выключают свет в доме или в разных домах на одной улице. Динамо-машина Эдисона была построена вопреки всем канонам конструкторской науки того времени, но он и на этот раз оказался прав.

12 апреля 1879 г. Эдисон получил первый патент на лампу с платиновой спиралью высокого сопротивления, а затем — на лампы с угольными нитями (27 января 1880 г.). Эдисон разработал систему откачки баллонов, технологию крепления вводов и угольной нити.

В последний день 1879 года на заказанных Эдисоном специальных поездах три тысячи человек прибыли поглядеть на сотни электрических лампочек, которые горели в его мастерской и на окрестных дорогах, энергия подводилась к ним от центральной динамо-машины по подземным проводам.1 января 1880 г. Эдисон устроил публичную демонстрацию своих электрических ламп.

Эдисон и его помощники опробовали не менее 6000 различных веществ и соединений, при этом на опыты было израсходовано свыше 100 тысяч долларов. Сначала Эдисон заменил бумажный уголек более прочным, приготовленным из угля, потом стал делать опыты с различными металлами и, наконец, остановился на нити из обугленных бамбуковых волокон. Это была первая лампа с продолжительным сроком службы, пригодная для массового производства. Но поскольку производство 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 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 печи без доступа воздуха. Затем на нити напыляли тонкий слой углерода.

Процесс изготовления лампы тоже был очень сложным. Нить помещали в стеклянную колбу между двумя платиновыми электродами, вплавленными в стекло. Дорогой платиной приходилось пользоваться потому, что она имела одинаковый со стеклом коэффициент теплового расширения. Из лампы выкачивали воздух, ее запаивали и насаживали на цоколь с контактами для вкручивания в патрон. Средняя долговечность лампочки Эдисона составляла 800-1000 часов непрерывного горения.

Для того чтобы система освещения стала коммерческой, Эдисон должен был придумать множество устройств и элементов: цоколь и патрон, поворотный выключатель, плавкие предохранители, изолированные провода, крепящиеся на роликах, счетчик электрической энергии и, в заключение, построил в 1882 г в Нью-Йорке на Пирлстрит знаменитую центральную электростанцию, с постройкой которой окончательно установился метод снабжения электроэнергией любого потребителя в районе. Самая первая техническая осветительная электростанция была установлена на пароходе в 1880 году, а на суше это было сделано в 1881 году (частная станция)

Вокруг лампы Эдисона разгорелись жаркие споры. В марте 1879 года английский парламент учредил комиссию, которая должна была положить конец кривотолкам и нелепым слухам, распускавшимся противниками электричества — газовыми компаниями.

Комиссия обладала значительными полномочиями: она имела право вызывать всех свидетелей, каких сочтет нужными, и на тех же правах, на которых их вызывает суд. Дознание производилось так же, как судебное следствие. Ответчиком было электричество. Свидетели давали показания относительно его свойства и действий, стенографисты записывали их. Члены комиссии занимали судейские места. Стол с вещественными доказательствами был заставлен различными электрическими приборами, с которыми тут же проводились опыты. Стены покрывали чертежи и диаграммы. Председателем суда был избран профессор химии Л. Плейфер. Строго соблюдая процедуру суда, комиссия «допросила» свидетелей защиты — Тиндаля, Томсона, Приса, Сименса, Кука и других. В приговоре комиссия постановила, что электрический свет вышел из области опытов и проб и ему необходимо предоставить возможность конкуренции с газовым освещением. Комиссия запретила передавать электрическое освещение газовым компаниям, «как некомпетентным в вопросах электротехники». Но электротехнике предстояло пройти еще длительный путь.

Первая электростанция в России появилась в Петербурге в 1879 году и предназначалась для освещения Литейного моста, а следующая еще через пару лет в Москве — для освещения Лубянского пассажа. В 1886 году в России работало несколько электростанций — под Санкт-Петербургом и Москвой, Киевом и Нижним Новгородом, Баку, Харьковом. Работали они на привозном топливе и вырабатывали постоянный ток для уличного освещения. Создаются благоприятные условия для широкого применения электрического освещения в быту и промышленности. В 1886 г. было установлено электрическое освещение в парке "Шато-де-Флер" в Киеве. Опыт использования электрического света продемонстрировал его огромные преимущества перед другими видами освещения. Через 10 лет в Киеве начала действовать первая электрическая станция общего пользования. В 1888 году "Общество электрического освещения 1886 года" построило на углу Большой Дмитровки и Георгиевского переулка в Москве первую относительно мощную электростанцию, способную снабжать электроэнергией частных потребителей. На станции вырабатывался постоянный ток напряжением 120 В, который поступал к абонентам по подземным кабелям. Но потери энергии при электропередаче оказались столь велики, что уже следующая московская электростанция, сооруженная на Раушской набережной в 1897 году, вырабатывала переменное напряжение 2 кВ частотой 50 Гц. К потребителю подавалось переменное напряжение 127 В после понижающих трансформаторов. Тем не менее, потери в кабельных магистралях оставались весьма значительными. Возрастала потребность в передаче все больших и больших мощностей. Поэтому с 1910 года большинство проектируемых электростанций было рассчитано на напряжение 6,6 кВ которое используется и сегодня. Чтобы еще больше снизить потери при передаче электроэнергии, требовалось повысить напряжение, поступающее непосредственно к потребителю. Эта работа растянулась на десятилетия. Напряжение 220 В начали использовать в Москве с 1925 года. Через 20 лет его получали 20% потребителей. В 1970 году было решено перевести всю московскую электросеть на напряжение 220 В. Это было практически повсеместно выполнено к концу 1995 года. Постепенность в этом деле вполне объяснима: нельзя было заставлять людей одновременно заменить в своих квартирах все электроприборы, да и взять их в таких количествах было неоткуда. Что же касается небольших "личных" понижающих трансформаторов, то широкое их применение свело бы на нет всю задуманную экономию энергии. И все же 25 лет - слишком долго. Тем более что даже теперь в Москве сохранилось какое-то количество домов все с тем же дореволюционным напряжением 127 В. В их числе - Российская государственная библиотека, которая просто не имеет денег на замену всей существующей у нее аппаратуры и приборов, а также Большой театр, Министерство иностранных дел и несколько десятков жилых домов.

В конце 30-х годов в Москве была создана независимая высоковольтная сеть с централизованным телемеханическим управлением. В 1941 г. в Москве эксплуатировалось 41000 светильников, управляемых и коммутируемых централизовано, телемеханически, чего в тот период не имели ни Берлин, ни Лондон, ни Париж. Перерыв в работе был в годы Великой отечественной войны когда функционировало только маскировочное освещение, вплоть до 30 апреля 1945 г. 7 сентября 1947 г. — дню 800-летия Москвы, довоенный уровень освещения был не только восстановлен, но и существенно расширен. В 1950-52 гг. в Москве оборудуются первые люминесцентные установки улиц. В 1961 г. устанавливается новая граница Москвы по кольцевой дороге и расширяется ее освещение. В ведение “Мосгорсвета” передается внутриквартальное освещение, освещение тоннелей и подземных переходов. В мае 1961 г. трест преобразуется в электросетевое предприятие первой категории. За два года освещаемые проезды в ведении предприятия выросли на 1000 км. Неожиданно непривычное яркое освещение признается “энергетическим излишеством” и в 1962 г. половина фонарей Москвы были погашены. После необоснованного затемнения в 1965 г. выносится решение Моссовета “О мерах упорядочения освещения г. Москвы”. 1975 год стал поворотным в развитии уличного освещения города. Предприятием «Мосгорсвет» были проведены большие работы по освоению новых технических средств, позволившие в дальнейшем широко использовать новое оборудование в городах России. Производится установка импортных светильников с высокоэнергоэкономичными натриевыми лампами высокого давления. Модернизируются по светораспределению светильники серии ЖКУ, применительно к расширившимся участкам МКАД, созданы антивандальные светильники для подземных пешеходных переходов. В 1996 году появились: новая установка с использованием высоких (30 метров) металлических опор со спускными “коронами” светильников с натриевыми лампами, установки с полыми зеркальными световодами на мостовых пешеходных переходах через МКАД, новое оборудование для пунктов питания установок наружного освещения и управления сетями, первые километры самонесущих изолированных проводов типа “Торсадо” и др. Ведутся работы по совершенствованию 110 основных средств механизации работ на линии – автоподъемников.

Светотехнические характеристики ламп накаливания с угольным телом накала были неплохими, однако хрупкость материала, невозможность спирализации и т. д. привели вскоре к полному вытеснению его из этой области применения. В современных дуговых лампах до сих пор используются угольные электроды.

В современных лампах накаливания используется вольфрамовая нить. Вольфрам благодаря высокой излучательной способности, приемлемой цветности излучения при рабочих температурах, удовлетворительным физико-химическим свойствам полностью вытеснил все другие материалы для тела накала в электрических лампах накаливания. В последнее время для тела накала применяют, также, карбид тантала, карбид гафния, и нитрид тантала. При использовании в лампах с йодным циклом они обеспечивают световую отдачу около 40 лм/Вт и срок службы 10000 часов. Но эти материалы широко не используются из-за их высокой хрупкости и сложности крепления такого тела накала на ножке лампы. Широкое использование ламп с вольфрамовой нитью началось с 1910 г., когда был найден способ изготовления тянутых нитей из вольфрама.

Современная газонаполненная электрическая лампа накаливания имеют стеклянную колбу, которая укрепляется специальной мастикой в цоколе, предназначенном для включения лампы в электрическую сеть. Внутри колбы расположена ножка лампы, состоящая из стеклянного штабика, который посредством утолщения в нижней части крепится к колбе. В верхней части штабика на крючках укреплено тело накала и электроды, которые идут от тела накала к цоколю. Каждый электрод состоит из трех кусков проволоки: верхней, средней и нижней. Верхняя присоединена к нити накала, средняя проходит через стекло ножки, нижняя присоединена к цоколю. Средняя часть сделана из платинита. Платинит – сплав железа с никелем, который много лет разыскивали электротехники. Он обладает таким же коэффициентом теплового расширения, как и стекло. Для изготовления тела накала лампы применяется вольфрам в виде проволоки. С целью получения более концентрированного тела накала, уменьшения относительных потерь тепла в газе и скорости испарения вольфрама проволока спирализуется и располагается в виде незамкнутого кольца в плоскости, перпендикулярной оси лампы. Еще большая эффективность у биспиральных ламп (лампы у которых простая спираль скручена, в свою очередь, в еще одну спираль). Сейчас в большинстве типов ламп вместо вакуума применяется инертный газ: аргон или криптон. С целью уменьшения распыления вольфрама и повышению рабочей температуры тела накала лампа наполняется инертными газами и их смесями при возможно больших давлениях. Нормальное давление газа в лампах не превышает 0,1 МПа (600 мм рт. ст.), так как дальнейшее повышение давления вызывает технологические трудности. Наличие газовой среды приводит к дополнительным тепловым потерям на теплопроводность и конвекцию, поэтому для наполнения ламп необходимо использовать тяжелые инертные газы или их смеси, например аргон с добавкой азота (14 – 16%) или смесь криптона с азотом. В середине 50-х гг. XX века половину выпускаемых промышленностью России ламп накаливания составляли вакуумные лампы, половину – газонаполненные. Почти для всех типов современных ламп накаливания средний срок службы составляет 1000 ч. В реальных условиях он может быть меньшим в зависимости от условий эксплуатации и конструктивного исполнения светильника. При работе в среднем 8 ч в день лампа живёт обычно 3-5 месяцев. Лампы имеют невысокую световую отдачу от 7 до 17 лм/Вт. Этот показатель растёт при увеличении мощности лампы и снижении напряжения, на которое она рассчитана.



Галогенные лампы

В середине XX веке началось внедрение лампы накаливания с вольфрамово-йодным циклом. По принципу действия эти лампы устроены так же, как и другие лампы накаливания. Главное отличие состоит в том, что внутренний объём лампы заполнен парами йода или брома – т.е. галогенных элементов, что и отражено в названии ламп. Использована химическая способность этих элементов непрерывно «собирать» осевшие на колбе испарившиеся частицы вольфрама (реакция окисления) и возвращать их «домой» на вольфрамовую спираль (реакция восстановления). Пары йода в работающей лампе за счет высоких температур в зоне примыкающей к нити, перемещаются к стенкам колбы и образуют с частицами вольфрама, осевшими на колбе при распылении нити, йодистый вольфрам. Если температура колбы превышает 250?С, то йодистый вольфрам остается в парообразном состоянии и постепенно диффундирует к нити лампы. В зоне высоких температур начинается процесс разложения йодистого вольфрама, частицы вольфрама оседают на нити лампы, а атомы йода вновь возвращаются к стенкам колбы. Таким образом, создается непрерывный цикл, в результате которого происходят регенерация вольфрамовой нити и увеличение продолжительности горения ламп.

Этот «галогенно-вольфрамовый цикл» позволяет увеличить температуру и продолжительность жизни тела накала и, в конечном счёте, повысить в 1,5-2 раза световую отдачу и срок службы ламп. Другое важное отличие состоит в том, что колба выполнена не из обычного, а из кварцевого стекла, более устойчивого к высокой температуре и химическим взаимодействиям. Благодаря этому размеры галогенных ламп можно уменьшить в несколько раз по сравнению с обычными лампами такой же мощности. Лампы накаливания с йодным циклом представляют собой цилиндр небольшого диаметра (7–12 мм) из нагревостойкого стекла (при температуре колбы менее 250?С йодистый вольфрам выходит из парообразной фазы и вольфрамово-йодный цикл нарушается) например кварца. Нить лампы располагается строго по оси цилиндра. Колба наполняется инертным газом — аргоном, ксеноном или криптоном с добавлением дозированного количества йода

Устройство зеркальных галогенных ламп отличается тем, что зеркальный отражатель вместе с цоколем приклеен к колбе лампы. Зеркальное покрытие выполняется путём напыления на стеклянный отражатель химически чистого алюминия (непрозрачное покрытие) или специального полупрозрачного покрытия. Лампы с полупрозрачным (интерференционным) покрытием почти не нагревают освещаемую поверхность, т.к. ИК излучение пропускается отражателем «назад». Некоторые типы ламп имеют также фильтры, не пропускающие УФ лучи.

Наряду с лампами, рассчитанными для непосредственного включения в сеть с напряжением 220,127 или 110 В, очень широкое применение находят лампы низкого напряжения обычно на 12 В. Как и все лампы накаливания, галогенные лампы резко реагируют на изменение напряжения в сети. Увеличенное на 5-6% напряжение может привести к почти двукратному сокращению срока службы. Энергоэкономичность в 1,5-2 раза выше, чем у других ламп накаливания.

Большинство ламп имеют срок службы 2000 ч, т.е. в 2 раза больший, чем обычные лампы накаливания. Некоторые типы зеркальных ламп выпускаются со сроком службы 3000 и 4000 ч.

Энергоэкономичность в 1,5-2 раза выше, чем у других ламп накаливания. Световая отдача трубчатых ламп находится в пределах от 14 лм/Вт (при мощности 60 Вт) до 25 лм/Вт (при мощности 2000 Вт). У остальных ламп световая отдача составляет от 14 до 17 лм/Вт при сетевом напряжении и почти до 20 лм/Вт для маломощных ламп низкого напряжения.

Лампы на сетевое напряжение с цилиндрической или свечеобразной колбой с успехом заменяют обычные лампы во всех сферах их применения и особенно там, где требуются небольшие габариты по условиям размещения в стеснённых объёмах или скрытого расположения. Зеркальные лампы, особенно на низкое напряжение, практически незаменимы в технике акцентированного освещения выставок, музеев, витрин, ресторанов, жилых помещений и др.



Материал

Уголь

Вольфрам

Рений

Осмий

Тантал

Молибден

Иридий

Платина

Температура плавления, ?С




3500



3407



3180



3054



2996



2617



2410



1772



Трубки Гейслера и разрядные лампы

Существует еще один вид свечения тел, называемый люминесценцией. Оно отличается от теплового излучения тем, что не зависит от температуры излучаемого тела и может быть достаточно интенсивным, даже если тело холодное.

Люминесценция это собственное излучение атомов и молекул вещества, возникающего при возбуждении их энергией какого-либо вида. В современных разрядных лампах используется свечение в газах или парах металлов при пропускании через них электрического тока (электролюминесценция).

На явлении электролюминесценции основано действие трубок Гейслера с разреженным газом, появившихся в 20-х годах XIX века. Такая трубка изготовляется из стекла и запаивается с обоих концов. Она содержит небольшое количество какого-нибудь газа (неона, аргона, кислорода и т. д.), в нее впаяны металлические стержни — электроды. Если к электродам приложить высокое электрическое напряжение, то через газ пойдет ток, и он начнет светиться.

Трубки Гейслера давали яркий свет, однако для освещения жилых помещений не годились, так как требовали высокого напряжения до 30000 В., к тому же они давали мерцающий свет. В настоящее время трубки Гейслера используются для рекламного освещения.

Конкуренция лампам накаливания появилась с разработкой поколения разрядных ламп в 30-х годах XX столетия: люминесцентных и ртутных ламп, обладающих двумя выдающимися преимуществами: в несколько раз высокой энергоэкономичностью и продолжительностью работы. Несмотря на большую стоимость, необходимость применения для их включения и работы специальных пускорегулирующих аппаратов (ПРА) и многие другие недостатки, эти лампы стали быстро вытеснять лампы накаливания, и в первую очередь это коснулось областей промышленного и уличного освещения. С 50-х годов люминесцентные лампы стали занимать прочные позиции в освещении помещений общественных зданий (классы и аудитории, офисы, больницы и др.). В конце 60-х разрядные лампы пополнились новым классом – металлогалогенными лампами, которые, сохраняя преимущества ртутных ламп высокого давления (ДРЛ), отличаются более высокими показателями энергоэкономичности и цветопередачи. Наиболее широко эти лампы стали применяться сначала в освещении спортивных сооружений (для обеспечения требований ТВ - трансляций). Вершиной в разработке энергоэкономичных ламп следует считать натриевые лампы высокого давления с жёлто – золотистым светом. Одна такая лампа мощностью 400 Вт заменяет лампу ДРЛ мощностью 1000 Вт и 10 ламп накаливания по 300 Вт каждая.

В 30-х годах XX века появились новые люминесцентные источники света — ртутные лампы. Они действуют подобно трубкам Гейслера, только свет в них излучается парами ртути. И здесь возбуждение атомов достигается электрическим током, но они требуют обычного напряжения, и температура в таких лампах не очень высокая — 400-500?С.

Ртутная лампа устроена так: внутрь стеклянного баллона трубки впаяны три электрода: основные и вспомогательный. Внутрь трубки введен разреженный газ аргон и капелька ртути. При включении цепи между основными электродами возникает тлеющий разряд. В результате этого ртуть нагревается и превращается в пар и через пары ртути возникает дуговой разряд — лампа загорается. Ртутные лампы дают синевато-зеленый свет и значительно более экономичны, чем лампы накаливания. Сейчас их используют только как источники ультрафиолетовых лучей. Для этого баллон лампы делают из кварца, хорошо пропускающего эти лучи. Называются такие лампы кварцевыми.

Наиболее широкое распространение в практике осветительной техники нашли люминесцентные ртутные лампы низкого давления и ртутные дуговые лампы высокого давления с исправленной цветностью.

Люминесцентная лампа низкого давления представляет собой цилиндрическую стеклянную трубку длиной до 70 см и диаметром около 4 см, внутренняя поверхность которой покрыта слоем люминофора (вещество, обладающее свойством люминесцировать) который придает ей молочный цвет. После откачки колба наполняется дозированным количеством ртути и инертным газом, обычно аргоном, при давлении значительно ниже атмосферного. Основным назначением аргона является уменьшение распыление электродов в процессе работы и облегчение зажигания лампы.

С обоих концов в трубку вплавлены электроды в виде вольфрамовой биспирали или триспирали покрытые оксидом бария, концы которых выведены к цоколям со штырьками.

Последовательно с электродами включены два прибора — стартер и дроссель — стабилизирующее устройство представляющее собой индуктивное сопротивление (катушка из медного провода со стальным сердечником). Стартер — это малая неоновая лампа с двумя электродами, один из которых биметаллический.

К моменту включения в стартере возникает разряд, биметаллический электрод нагревается, изгибается и замыкает цепь. При этом ток проходит по цепи и электроды раскаляются (но внутри атмосферы трубки тока нет). Находящиеся на поверхности электродов атомы бария испускают электроны, которые устремляются к положительно заряженному электроду — аноду. На своем пути они сталкиваются с атомами испарившейся ртути и аргона и ионизируют их. По мере увеличения напряжения на электродах скорость перемещения частиц увеличивается, электроны получают достаточную кинетическую энергию для ионизации все новых и новых атомов газа. В результате ионизации, возникающей при столкновении электронов с атомами газа, появляются новые электроны и ионы, процесс нарастает, и электрический ток в трубке увеличивается. Вследствие относительно малой скорости переноса ионов последние группируются у катода, образуя объемный положительный заряд, в то время как более подвижные электроны быстро переносятся к аноду. В результате вдоль трубки возникает неравномерное распределение потенциала с большим градиентом потенциала у катода и малым у анода. Под действием большой разности потенциалов, возникающей у катода, ионы получают значительное ускорение и ударом о катод освобождают с его поверхности новые электроны, которые в свою очередь становятся источниками ионизации. Таким образом, устанавливается не зависящий от внешних ионизаторов процесс, сопровождающийся свечением. Такой разряд именуется тлеющим разрядом. Под влиянием ударов электронов и ионов электроды лампы через 1 – 2 с нагреваются так, что дальше их разогревать током уже нет необходимости. К этому моменту биметаллический электрод стартера успевает остыть и размыкает цепь. Ток начинает идти не по проволокам электродов, а непосредственно через трубку от одного электрода к другому. В трубке возникает электрический разряд, под действием которого атомы и ионы ртути испускают свет. Более половины этого света составляют невидимые ультрафиолетовые лучи, которые, падая на кристаллы люминофора заставляют их испускать видимый свет. Излучение люминесцентной лампы состоит из непрерывной полосы свечения люминофора, на которую накладываются отдельные линии излучения ртутного разряда, составляющие около 10% полного излучения лампы.

Обычно для питания люминесцентных ламп используют переменный ток. Лампу включают через реактивную катушку (дроссель), служащую для ограничения силы тока. Кроме того, при размыкании тока стартером сила тока самоиндукции в дросселе увеличивается, что облегчает возникновение в лампе разряда. В первый момент разряд возникает в атмосфере аргона, а по истечении небольшого промежутка времени, необходимого для испарения ртути, разряд переходит в пары ртути.

Люминесцентные лампы в 3 – 4 раза экономичнее чем лампы накаливания. Срок их службы доведен примерно до 4000 часов, т. е. он больше срока службы ламп накаливания в 2 – 3 раза.

Но эти лампы имеют и недостатки. Необходимость применять при их эксплуатации сложные устройства: дроссели, стартеры и т. д.; мигание света; чувствительность к температуре. Их нельзя зажигать при температуре ниже +10?С, они плохо переносят температуру + 40 и выше. Оптимальной температурой окружающей среды для работы люминесцентной лампы является 20 – 25?С.

Для люминесцентных ламп, работающих в сетях переменного тока, как и для любых других разрядных ламп, характерно колебание светового потока во времени, определяемое безынерционностью излучения электрического разряда. Частота колебаний светового потока люминесцентных ламп практически соответствует удвоенной частоте электрического тока, а глубина колебаний соответствует разности между максимальным значением светового потока и минимальным, определяемым длительностью послесвечения люминофоров, обладающих заметной инерционностью.



Ртутные дуговые лампы высокого давления (с исправленной цветностью). Их применение для целей освещения весьма заманчиво, так как такие лампы обладают высокой световой отдачей, большой продолжительностью горения, компактны и могут изготовляться на различные мощности. Наряду с достоинствами для ртутных ламп высокого давления характерно отсутствие излучений в красной области видимого света (ртутный разряд), что заметно искажает цветопередачу красных и оранжевых тонов, в частности цветопередачу человеческого лица. Для устранения этого недостатка возможны различные приемы: совмещение ртутных ламп с лампами накаливания, применение люминофоров для восполнения недостающего излучения в красной части спектра, введение соответствующих добавок в ртутный разряд для заполнения промежутков между видимыми линиями ртути.

В ртутных лампах высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ) используется второй способ исправления спектра — применение люминофоров, эффективно возбуждаемых линиями 313 и 365 нм характерными для ртутного разряда высокого давления. В этих лампах обычно применяют комплекс люминофоров, например фторогерманат магния и арсенат магния, активированные марганцем.

Ртутные лампы высокого давления представляют собой кварцевую разрядную трубку установленную внутри стеклянной колбы прикрепленной к цоколю. В разрядную трубку вводятся дозированное количество ртути и аргона для облегчения зажигания и улучшения условий работы электродов, установленных по концам разрядной трубки. Стеклянная колба в виде грушевидного баллона служит для изоляции разрядной трубки от окружающей среды. На внутренней поверхности колбы нанесен люминофор, преобразующий излучение ртутного разряда в видимое.

Существенно улучшить характеристики ртутных ламп высокого давления можно за счет применения излучающих галогенидных добавок к парам ртути в виде смеси йодидов натрия, таллия и индия. Такие лампы, получившие название металлогалогенными ламп, конструктивно не отличаются от первых. Галогенидные добавки, помещенные в разрядной трубке, дополняют спектр излучения ртути желтой линией натрия, зеленой линией таллия и синими линиями индия, что не только повышает световую отдачу, но и существенно улучшает цветопередачу по сравнению с ртутными лампами высокого давления.



Специальные разрядные лампы

Еще один вид газоразрядных ламп - HID (High Intensity Discharge - газоразрядные лампы высокой интенсивности, или дуговые газосветные лампы). Здесь люминофор не применяется, а газ при протекании электрического тока и возникновении дугового разряда излучает свет в видимой области спектра. В качестве заполняющего газа обычно применяются пары ртути, натрия или галлогениды металлов.

Ртутные дуговые лампы высокого давления применяются в прожекторах при освещении стадионов и других крупных объектов, они дают очень яркий бело-голубой свет (УФ отсеивается фильтрами). Мощность ртутных ламп может составлять десятки киловатт. Металлогалогенные лампы - разновидность ртутных, они имеют скорректированную цветопередачу и увеличенную эффективность.

Натриевые дуговые лампы низкого давления хорошо знакомы всем нам: именно они стоят в уличных фонарях, дающих теплое "янтарное" свечение. Они хороши тем, что имеют отличную эффективность, большое время жизни (более 25 тыс. часов) и очень дешевы.

Кстати говоря, хорошо знакомый автомобилистам "ксенон" (которым оснащают современные автомобили представительского класса) - газоразрядные лампы сверхвысокого давления.



Натриевые лампы. В современных натриевых лампах используется резонансное излучение паров натрия при низком давлении 0,5 — 1,2 Па.

Излучение натриевых ламп приходится на длины волн 589,0 и 589,6 нм; таким образом эти лампы излучают практически монохроматический желтый цвет, что позволяет использовать их для целей освещения лишь в исключительных случаях, например для освещения автострад, декоративного освещения и пр.

Современные натриевые лампы, предназначенные для целей освещения, представляют собой U — образную разрядную трубку, на каждое колено которой надет стеклянный цилиндр, смонтированную в вакуумной рубашке.

Натриевые лампы требуют высокого напряжения для зажигания и одновременно имеют резко выраженную падающую вольтамперную характеристику. Для надежного зажигания и стабилизации разряда лампа включается в электрическую сеть через повышающий автотрансформатор с рассеянием. Время разгорания ламп составляет от 4 до 15 мин. Продолжительность горения натриевых ламп составляет от 3 до 5 тыс. ч.



Ксеноновые лампы. Важной особенностью разряда в инертных газах (аргоне, криптоне, ксеноне) является непрерывный спектр излучения. В видимой части спектра излучение ксеноновой лампы очень близко к солнечному и соответствует излучению черного Тула при температуре 6050 — 6300 К, что обеспечивает хорошую цветопередачу освещаемых объектов. Возрастающая вольтамперная характеристика ксеноновых ламп в отличие от характеристики ртутного дугового разряда позволяет стабилизировать разряд простейшими балластами или они могут работать вовсе без балласта.

Ксеноновая лампа с воздушным охлаждением представляет собой прямую толстостенную трубку из кварцевого стекла. С обоих концов трубки вмонтированы электроды из торированного вольфрама. Диаметр трубки составляет 22 – 27 мм, длина зависит от мощности лампы. Напряжение зажигания трубчатых ксеноновых ламп значительно превышает напряжение питающей сети, поэтому зажигание лампы осуществляется при помощи искрового генератора, падающего на зажимы лампы импульс высокого напряжения высокой частоты. Период разгорания у этих ламп практически отсутствует. Повторное зажигание лампы возможно лишь спустя 5 – 10 мин, т. е. после полного ее остывания. Продолжительность горения ламп составляет от 500 до 2000 ч.





1879г.- изобретение лампы накаливания

1924г.- изобретение автомобильной фары ближнего/дальнего света

1933г.- внедрение ртутной лампы высокого давления

1938г.- внедрение люминесцентной лампы

1949г.- создание лампы накаливания «мягкого белого» цвета

1954г.- внедрение кварцевой лампы накаливания

1958г.- внедрение галогенной лампы

1962г.- изобретение натриевой лампы высокого давления

1965г.- внедрение металлогалогенной лампы

1973г.- внедрение люминесцентных ламп пониженной мощности

1974г.- внедрение эллипсоидного отражателя

1975г.- внедрение зеркальных ламп с фацетным отражателем

1982г.- внедрение металлогалогенной лампы низкой мощности

1987г.- внедрение люминесцентной лампы Biax в 40 ватт

1989г.- внедрение лампы (Halogen-IR PAR)

1991г.- внедрение лампы (Constant Color Presise)

1992г.- внедрение компактной люминесцентной лампы (Biax Compact)

1994г.- изобретение безэлектродной люминесцентной лампы (Genura)

1995г.- выпуск компактной люминесцентной винтовой лампы (Heliax)



1Авиация и космонавтика
2Архитектура и строительство
3Астрономия
 
4Безопасность жизнедеятельности
5Биология
 
6Военная кафедра, гражданская оборона
 
7География, экономическая география
8Геология и геодезия
9Государственное регулирование и налоги
 
10Естествознание
 
11Журналистика
 
12Законодательство и право
13Адвокатура
14Административное право
15Арбитражное процессуальное право
16Банковское право
17Государство и право
18Гражданское право и процесс
19Жилищное право
20Законодательство зарубежных стран
21Земельное право
22Конституционное право
23Конституционное право зарубежных стран
24Международное право
25Муниципальное право
26Налоговое право
27Римское право
28Семейное право
29Таможенное право
30Трудовое право
31Уголовное право и процесс
32Финансовое право
33Хозяйственное право
34Экологическое право
35Юриспруденция
36Иностранные языки
37Информатика, информационные технологии
38Базы данных
39Компьютерные сети
40Программирование
41Искусство и культура
42Краеведение
43Культурология
44Музыка
45История
46Биографии
47Историческая личность
 
48Литература
 
49Маркетинг и реклама
50Математика
51Медицина и здоровье
52Менеджмент
53Антикризисное управление
54Делопроизводство и документооборот
55Логистика
 
56Педагогика
57Политология
58Правоохранительные органы
59Криминалистика и криминология
60Прочее
61Психология
62Юридическая психология
 
63Радиоэлектроника
64Религия
 
65Сельское хозяйство и землепользование
66Социология
67Страхование
 
68Технологии
69Материаловедение
70Машиностроение
71Металлургия
72Транспорт
73Туризм
 
74Физика
75Физкультура и спорт
76Философия
 
77Химия
 
78Экология, охрана природы
79Экономика и финансы
80Анализ хозяйственной деятельности
81Банковское дело и кредитование
82Биржевое дело
83Бухгалтерский учет и аудит
84История экономических учений
85Международные отношения
86Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
87Финансы
88Ценные бумаги и фондовый рынок
89Экономика предприятия
90Экономико-математическое моделирование
91Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Из ламборджини отца Иннокентия был изгнан диабло.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2017
Рейтинг@Mail.ru