Промышленный переворот

Промышленный переворот начался с изобретения текстильных (прядильных и ткацких) машин. Они уже не только помогали рабочему, но и полностью заменяли его. При этом машины работали во много раз быстрее людей, и такая замена ручного труда машинами сразу резко увеличила выработку пряжи и тканей.

Начавшись в текстильном производстве, промышленный переворот быстро распространился и на другие отрасли промышленности. Возник вопрос: кто же или что же будет приводить в действие все множество новых машин?

Ведь паровая машина приспособлена главным образом для откачки воды. Выход был только один: сделать паровой двигатель универсальным, способным приводить в действие самые разнообразные машины.

Паровоз Стефенсона «Ракета» (1829).

Немало изобретателей работало над этой проблемой. Наибольших успехов достиг англичанин Джемс Уатт. Двигатель его, построенный в 1784 г., оказался наиболее экономичным и эффективным.

В ходе промышленного переворота возникло машинное производство, т. е. производство с применением машин. Одновременно с ним возникло и машиностроение, т. е. изготовление в фабричных условиях машин для всех отраслей техники и машин для заводов, изготовляющих машины.

Универсальный паровой двигатель приводил в движение многочисленные машины и станки на фабриках и заводах. Количество производимых ими товаров непрерывно увеличивалось.

Рост продукции, достигнутый при машинном производстве, поставил новые задачи перед транспортом: ни лошади, ни парусные суда не в состоянии были справиться с перевозкой огромного количества грузов. И эти новые задачи были решены опять-таки при помощи парового двигателя. В начале XlX в. были изобретены первые сухопутные паровые транспортные машины — паровозы. Среди них наиболее удачным оказался паровоз английского изобретателя Джорджа Стефенсона. В России первыми строителями паровозов были отец и сын Черепановы. Несколько раньше, чем Стефенсон создал паровоз, американец Фультон построил первый пароход.

Но паровые машины были сложными, громоздкими и дорогими установками. Бурно развивающемуся механическому транспорту нужен был другой двигатель — небольшой и дешевый, сжигающий топливо в самом цилиндре. Созданием такого двигателя, получившего название двигателя внутреннего сгорания, стали заниматься в середине XIX в. десятки изобретателей.

В 1860 г. француз Ленуар, использовав конструктивные элементы паровой машины, газовое топливо и электрическую искру для зажигания, сконструировал первый нашедший практическое применение двигатель внутреннего сгорания. Другие изобретатели усовершенствовали конструкцию Ленуара.

В 1884 г. английский изобретатель Парсонс сконструировал многоступенчатую паровую реактивную турбину и затем в течение ряда лет работал над ее усовершенствованием.

В 1889 г. шведский инженер Лаваль построил паровую турбину, которая сыграла большую роль в истории развития турбостроения.

В 1897 г. немецкий инженер Рудольф Дизель создал высокоэкономичный двигатель, получивший в первом десятилетии XX в. значительное распространение.

«Елизавета» — первый пароход, построенный в России (1815).

Одновременно с развитием технологических машин и двигателей развивалась и техника передачи энергии от двигателя к рабочей машине: валы, канатные и ременные передачи, различные трансмиссии. Так складывалась отмеченная в трудах К. Маркса «развитая совокупность машин», состоящая из трех необходимых частей: машины-двигателя, передаточной системы и машины-орудия. На примере электротехники, которая возникла в то время, посмотрим, как ее бурное развитие повлияло на развитие энергетики и других отраслей техники.

После опубликования в 1831 г. открытий знаменитого английского ученого Майкла Фарадея в области электричества десятки изобретателей стали работать над созданием генератора электрического тока и электрического двигателя.

В 1834 г. русский ученый Б. С. Якоби сконструировал один из первых электрических двигателей.

Свое изобретение Якоби применил для приведения в действие колес небольшого судна, успешно плававшего по Неве в 1838 г. Однако этот первый электроход оказался неэкономичным, так как в те времена не было еще дешевых источников электроэнергии.

Над изобретением генератора дешевой электроэнергии продолжали трудиться десятки людей. Сперва они применяли постоянные магниты и, чтобы усилить мощность генератора, так увеличивали число этих магнитов, что генератор становился похожим на ежа. Затем постоянные магниты заменили электромагнитами, которые сначала питались током от отдельных маленьких генераторов с постоянными магнитами, а позднее током самих генераторов. Особенно удачным оказался генератор бельгийского изобретателя Грамма. В основу его был положен кольцевой якорь с катушками изолированного провода.

Электродвигатель Якоби (1834).

Самым важным в изобретении Грамма было то, что его машину можно было использовать в двух целях: если вращать якорь машины, она даст ток, т. е. будет работать как генератор; если же подвести к ней ток, якорь начнет вращаться и машина станет двигателем. Это было наглядным подтверждением закона обратимости электрических машин, открытого в 1833 г. академиком Петербургской академии наук Э. X. Ленцем.

Машина Грамма помогла решить новую неотложную задачу, вставшую перед техникой,— передачи энергии на большое расстояние.

Были попытки передавать энергию на расстояние при помощи воды и сжатого воздуха.

Двигатель, установленный у водопада или близ угольной шахты, приводил в движение водяной или воздушный насос (компрессор). Вода под напором (из водонапорной башни) или воздух под давлением подавались по трубам к месту потребления и распределялись по водяным или воздушным двигателям, вращающим рабочие машины.

Старая схема «двигатель — передаточный механизм — орудие» выросла в сложную систему. Между первичным двигателем, черпающим энергию от природы, и рабочей машиной-орудием возникло звено выработки и передачи вторичной энергии, включающее в себя генератор этой энергии, сеть и вторичные двигатели.

Для чего потребовалось вырабатывать вторичную энергию? Для передачи энергии на расстояние, для удобного распределения ее между многочисленными рабочими машинами.

Место выработки вторичной энергии получило название станции. По роду вырабатываемой вторичной энергии станции называются насосными, компрессорными или электрическими. По роду используемой первичной энергии они делятся на тепловые и гидравлические.

Машина Грамма, которая по желанию могла быть либо генератором, либо двигателем, вытеснила насосы и компрессоры в системах, передающих энергию. Теперь ток проходил от вторичного электрогенератора к вторичным электродвигателям по проводам. В этом — основа современной сложной системы, где электрическая энергия выполняет роль и переносчика энергии (электропередача) и распределителя ее между рабочими машинами (электропривод).