Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Byesov L.M. Istoriya nauky i tekhniky / Бєсов Л.М. Історія науки і техніки.pdf
Скачиваний:
493
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
10.8 Mб
Скачать

Парова машина

На початку ХVІІ ст. починаються експерименти, за результатами яких зацiкавлено спостерігають виробничники. 3а допомогою пари дослідники намагаються створити вакуум з метою пiдняття води. Однак експериментатори не знали теоретичних основ цього процесу. Галілей звернув увагу на насос, який пiдiймав воду до певного рiвня. Вважалось, що це є дефектом. Він намагався знайти теоретичне пояснення такому явищу. І тiльки його учень Торрiчеллi у 1643 р. знайшов правильну відповiдь: вода всмоктується не розрiдженим простором, яке створюється насосом, а нагнiтається в нього атмосферним тиском, шо діє на воду в нижньому резервуарi.

3ацiкавленiсть до властивостей розрiдженого простору i атмосферного тиску з боку вчених зростає. Вони зосереджуються на особливостях взаємодії цилiндр–поршень. Ця система була вiдома з давнiх давен. Грецькi вченi Ктесiбій (ІІІ ст. до н.е.) і Герон (І-ІІ ст. н.е.) використовували дерев’яний цилiндр з шкiряним поршнем для нагнiтання води або повiтря. Пiсля винаходу клапана система перетворюється у насос, який описаний Героном.

Досліди Торрічеллi з вивчення безповiтряного простору зародили iдею всмоктувального повiтряного насосу. Такий насос був побудований нiмецьким iнженером Отто фон Герiке. Це був прототип повiтряного насосу Ктесібія. В одному з дослiдів у невеликiй посудинi Герiке розрiдженням створив такi сили, подолати якi не могли восімка коней.

Паскаль i Бойль своїми дослiдами привели повне розумiння природи розрiдження і атмосферного тиску. Це вже давало можливiсть у кількісному вимiрi оцiнити сили, що породжувались розрiдженим i атмосферним тиском.

Далі нас зацікавлює iсторія винаходу парової машини Денi Папена. Він був асистентом у Гюйгенса. Вiдкриття i досліди Торрiчеллі наштовхнули Папена на думку спробувати використати енергiю атмосферного тиску для здiйснення корисної роботи. Вiн провiв численні експерименти з метою створення розрiдженого простору. Ідея використання для атмосферного двигуна форми порожнистого циліндра з поршнем, який в ньому рухається, з’явилась у Папена не відзразу. 3авдання полягало в тому, щоб змусити поршень здiйснювати роботу не силою води, а силою атмосферного тиску. Вчений спробував зробити це допомiжним вакуумним насосом з приводом від водяного колеса, але марно. Гюйгенс запропонував Папену створити установку, де б розрідження створювалось вибухом пороху. Форму установки – поршень з

183

Схема
пароатмосферної машини Ньюкомена

циліндром – пiдказав Лейбнiц. Такий двигун працював ривками i не задовольняв Папена.

У1690 р. Папен створює принципово новий проект двигуна. Порох у цилiндрi вiн замiнює водою, яка при нагрiваннi перетворювалась у пару і рухала поршень уверх. Цей двигун був справжнiм дитям епохи у тому розумiнні, що являв собою своєрiдний синтез досягнень науки i великої екепериментальної роботи. Папен зробив спробу створити проект судна, гребнi лопаті якого мала, на його думку, рухати пара. Недосконалість двигуна вимусила вiдкинути здiйснення цiєї iдеї. Папен проявляє наполегливiсть i продовжує працювати над удосконаленням парового двигуна. У 1707 р. ним запропоновано новий, більш складний варіант цього ж двигуна з кращими робочими якостями i формою. Порожнистий поршень з цилiндром виявився унiверсальним i необхiдним вузлом парових двигунiв, а в наступному – також двигунiв внутрішнього згорання.

ХVІІІ ст. було столiттям пiдкорення пари. Практичний характер техніки того часу сприяв тому, що усі вдалi конструкцiї інколи створввались практиками-винахiдниками. У 1702 р. англійський капітан королiвського флоту Северi розпочав виготовлення машин власної конструкцiї для вiдкачки води з рудників i шахт. Його паровий насос «друг рудокопiв» працював без поршня – всмоктування води здiйснювалось шляхом конденсації пари i створення розрiдженого простору над рівнем води у посудинi. На вiдрiзнення вiд Папена, Севері вiдділив

котел вiд посудини, в якiй здiйснювалась конденсацiя. Хоч i була машина Северi низькоекономiчною, але на рудниках використовувалась досить широко.

У1711 р. iнший практик, спiввітчизник

Северi, коваль Томас Ньюкомен удосконалив машину свого попередника. Вiн побудував паровий насос з цилiндром та поршнем і вiддiлив їх вiд котла. Для передачi i перетворення руху він використав балансир, що вiдомий був ще з практики ХVІ ст. У 1729 р. насоси Ньюкомена вже працювали в Австрiї,

Бельгiї, Франції, Нiмеччині, Угорщині i Швеції. Незважаючи на малий коефіцієнт корисної дiї, багато машин Ньюкомена використовувались навiть пiсля винаходу бiльш досконалої парової машини Джеймса Уатта. Остання машина Ньюкомена на вугільних шахтах Англiї була демонтована тільки у 1934 р.

Необхiдно вiдзначити, що вивченням можливостей використання двигуна Ньюкомена займався англiйський інженер

184

Смітон. Результати своїх дослiджень він подав у виглядi табличних даних про найбiльш вигідні значення діаметра цилiндра, ходу поршня і його швидкостi, величини котла, швидкості подачi струменю води i потреби вугілля для заданої потужності. Це вже був справжнiй науковий пiдхiд. Такi данi давали можливiсть будувати крупнi i досконалі двигуни. Один такий двигун потужнiстю 76,5 кінських сил мав дiаметр цилiндра 1,8 метра з ходом поршня майже у три метри. Робота Смiтона довела двигун Ньюкомена до граничних можливостей у теплоенергетицi. Надалi прогрес залежав вiд корiнних нововведень, які зробив Джеймс Уатт. Але ще за 22 роки до нього таку роботу здійснив Iван Ползунов.

Він ознайомився з машиною Ньюкомена i знайшов у неї невикористані можливостi. У цій машинi вiн побачив головну помилку Ньюкомена, Северi, Папена: паровий двигун для великого промислового пiдприємства має бути універсальним, а не спеціалiзованим. У 1765 р. така машина була побудована росiйським умільцем. 3а тиждень до початку її роботи Ползунов помер на тридцять восьмому році життя. Протягом місяця роботи машина себе окупила.

Через два місяцi вона зламалась i нiхто не змiг її вiдремонтувати. А через 22 роки Уатт побудував таку ж безперервно діючу машину.

Парова машина До її створення Уатт йшов послiдовно. Свочатку він намагався удосконалити насосну установку Ньюкомена

в процесі ремонту на шахтi такого насосу. Уатт виявив причини неполадок, усунути якi практично було неможливо. Після дворiчних міркувань і консультацiй з вченими, проведення своїх наукових дослiджень Уатт знайшов правильне розв’язання проблем. Головною причиною низької ефективності двигуна Ньюкомена була конденсацiя пари в цилiндрi. Вiн охолоджувався пiсля кожного ходу поршня, внаслідок чого значна частина пари витрачалась даремно.

Нововведення Уатта головним чином полягало у розмiщенні циліндра у паровiй оболонці. Конденсацiя пари здiйснювалась у самостійному конденсаторi, який постійно мав бути в холодному стані. Такi машини Уаттом побудовано у 1776 р. Їх використовували для вiдкачки води з шахт, а також для повiтродувки на ливарному заводі.

185

Паровий двигун Уатта з балансиром
Схема дії насосної парової машини Джеймса Уатта (робочий хід поршня)

На двигуни Уатта з’явився попит і з боку текстильної та інших галузей промисловостi. Винахідник зайнявся створенням машини для приводу механiзмiв обертання, i у 1787 р. парова установка була створена. З технiчної точки зору це, насамперед, задовольняло розв’язання завдання перетворення зворотно-

поступального руху в обертальний. Крiм цієї кiнематичної проблеми Уатт вирiшив i окремi динамiчні завдання: введення пари з обох бокiв поршня, використання махового колеса i відцентрового регулятора, iндикатора тощо. Надалi паровий двигун увесь час ускладнюється. З’являються запобiжні клапани, котел для води вiдділяється вiд робочого простору, впроваджуються конденсатори, ускладнюється система передач. Парова машина стає високоекономiчним універсальним двигуном.

Важливою i найбiльш розповсюдженою

галуззю, де паровий двигун став звичним, є судноплавство. Треба вiдзначити: думка про те, що пара здатна рухати вiзок на сушi, а судно у морi, висловлена в часи кардинала Ришельє французьким вченим Соломоном де Ко. Його, як це часто траплялось, за таку думку вiдправили в божевільний дім, де вiн справдi збожеволiв. У 1753 р. Паризька академiя наук оголосила

конкурс з метою винаходу засобiв руху на воді. Його учасником був і академiк Данііл Бернуллi – один з найбільш видатних фізиків і математиків свого часу. Вiн запропонував проект реактивного судна. Воно мало рухатись по воді силою вiд викидання водяного струменю. Серед можливих джерел сили викидання Бернуллi назвав парову машину. Через 25 років маркіз Жуфруа з Бургундії на рiчцi Ду випробував невеличке парове судно. Але з причин недосконалостi рухового апарату судно рухалось дуже повільно. До парового двигуна всі машини приводились в рух якимсь обертовим механізмом, наприклад водяним колесом. Його треба було замiнити обертовим двигуном. Однак це важко було здiйснити у судноплавствi, де судна рухались під дiєю вiтру на паруси, веслами або гребними лопатями. Нiякий зi згаданих засобів неможливо було використати для приводу від парової машини. Тому не дивно, що у зв’язку з цим випробовувались найнеймовірніші хитрощі.

186

Схема пароплава Фітча, який рухався за допомогою весел

У I785 р. американський механiк–самоучка Джон Фiтч сконструював пароплав, що рухався по водi за допомогою полотна у виглядi морського гусеничного трактора. Потім він пристосував гребнi лопатi, якi працювали як

весляр на каное. У 1796 р. Фiтч побудував ще два невеличких судна: одне з гребними колесами, друге – з гребним гвинтом. Але коштiв на побудову великих пароплавiв винахідник не мав.

Подiбнi конструкціі суден випробував і Рамсей. Його човен

рухався на водi з швидкiстю шiсть кiлометрів на годину. Гребним колесом, як засобом руху по воді, користувались і до винаходу парової машини. Оберталось воно м’язовою силою людини через кривошип i коловорот. Робились спроби використати для обертання колеса двигуни Ньюкомена або Уатта. У 1788 р. Міллер i Саймiнгтон побудували колiсний пароплав. Вiн розвивав швидкість 8 кілометрiв на годину. Потім ними побудовано буксир, що буксирував дві баржі водоємкiстю по 70 тонн кожна на вiдстань понад 30 кiлометрiв за 6 годин проти сильного вiтру.

Видатним винахiдником був Роберт Фултон. Згодом Т.Г.Шевченко, оцiнюючи винахiд Фултоном пароплава, напише, що його колосальне вiдкриття зробить переворот у громадському життi на всій планеті. Фултон працював у Франції, Англії. Лаври першості практичного використання пароплава належать йому. Він у 1800 р. запропонував Франції перевести її кораблі на використання парової тяги. То був сміливий план принципово нового засобу руху корабля по воді – план створення пароплава. Ніяка інша проблема не була для наполеонівської Франції такою гострою, як проблема суперництва з Англією.

Напередодні сталися цікавi подiї. Наполеон Бонапарт, людина передової думки, фiнансував побудову підводного човна «Наутілус» (Через 70 років фантаст Жюль Верн узяв цю назву для фантастичного підводного човна капітана Немо). Крім авансу казна зобовязалась виплачувати винахіднику від 60 до 400 тис. франків за кожен потоплений англійський корабель.

Винахiдник Фултон гарантував, що це – перспективна справа. Кисню в човнi вистачить на 3 години, і вiн буде спроможний виконувати бойовi завдання проти кораблiв ворога. На водi «Наутілус» нагадував шхуну з вітрилами, схожу на яхту. Проблема руху пiд водою вирiшувалась просто: троє матросiв обертали вал, на кiнцi якого був гребний гвинт. «Наутiлус» занурювався на глибину вiсiм метрів. У липні 1801 р. він підійшов до старої шлюпки, яка була

187

надана Фултону для досліду, і прикріпив до неї знизу бомбу з годинниковим механізмом. Шхуна від вибуху розлетілась на шматки. Пiсля невдалих випробувань з причин скрутного фiнансування робiт Наполеон відмовився вiд пропозиції Фултона.

Винахiдника пiдтримав американський дипломат у Францiї Лiвiнгстон. На його кошти Фултон побудував пароплав і 9 серпня 1803 р. вiн проплив по Сенi проти течiї зі швидкiстю 4 кiлометри на годину. Фантастичне видовище залишило байдужими i парижан, i авторитетну комiсiю Паризької академiї наук, членами якої на той час були Ампер, Монж, Лаплас та іншi видатні вчені. До речі, Наполеон був освіченою людиною, був навіть академіком, причому обраним не заради пошани, а за конкурсом, за праці з механіки. Серед його міністрів і найближчих помічників у роки консульства і у перші роки імперії були відомі математики Монж і Карно, хіміки Бертолле і Шапталь, астроном Лаплас, не кажучи вже про сузіря господарських і політичних талантів. Коли ж Фултон ще раз звернувся до Наполеона за коштами для будівництва пароплава, то iмператор і його міністри вiдмовили винахіднику. Тодi за пропозицiєю Лiвiнгстона Фултон повернувся на батьківщину у США i через рiк, у 1807 р., побудував судно «Клермонт» довжиною 50 метрiв з установленою на ньому паровою машиною. Вiн використав глибоко науковий підхід до вивчення опору води руховi судна та до iнших питань, пов’язаних з його надiйнiстю. Пароплав «Клермонт» подолав вiдстань у 240 кiлометрiв вiд Нью-Йорка до Альбіона за 32 години. З цього часу рiчкове пароплавство США набуло свого розвитку. У 1815 р. воно стало регулярним на всiх великих рiках країни. Вiйськовий пароплав у США зiйшов на воду у 1814 р.

3а цим бурхливо почало розвиватися пароплавство в Англiї. У 1819 р. пароплав перетнув Атлантичний океан. Вітрильник «Саванна» силу пари використовував як допомiжне джерело. Шлях через Атлантику він подолав за 20 дiб. Джеймс Уатт висловлював сумнiв у використаннi парової машини у судноплавствi. Але вже в серединi ХІХ ст. Бостон і Уатт (однофамільник Дж.Уатта) створили величезну машину для океанських пароплавiв. З цього часу йде швидке впровадження пари у морське пароплавство. Винахiд гвинтового пароплава, замiна дерев’яної конструкції металевою обшивкою, загальнi успiхи машинобудування i судноплавства привели до iстотних змiн i перевороту в морському транспорті.

3мiни у практичному використаннi парової машини приходили непомiтно. Вона виконала функцiї технiчної революцiї, поступово забрала у людини функції рухової сили. Цей процес передачі руху від людини до машини i складає сутнiсть технiчної революції наприкінці ХVІІІ – на початку ХІХ ст. Слiдом за впровадженням парової машини у судноплавство вона знаходить мiсце у винаходi паровоза.

188

Вважається, що першим його винахідником був англієць Стефенсон. Чи так це?

Спроби збудувати перший локомотив зробили Брунтон i Гордон вiдповiдно у 1813 і 1824 рр. Інженери того часу не могли уявити собі можливість руху на колесах без пiдштовхування. Конструкції Брунтона і Гордона свідчать про таке уявлення. Першi легкi паровози не давали достатнього зчеплення колiс з рейками i тому буксували. Потрiбно було декілька років наполегливих дослiдiв i вивчення законiв тертя для того, щоб встановити причини ковзання колiс по рейках.

У локомотивi Брунтона поршневий шток з’єднувався з механiзмом, який копiював рух нiг коня. На початку першого випробовування його паровоз вибухнув. Не мав успіху i локомотив з «ногами» конструкції Гордона. І лише тодi, коли було відкрито таємницю буксування паровоза, відпала необхiднiсть у штучних ногах. Видатні конструктори того часу Блекетт i Халдей пiсля

Паровоз з «ногами» Брунтона

Паровоз з «ногами» Гордона

численних експериментів довели, що ведучi колеса паровоза не тiльки котяться, але й упираються в рейки. Їх тертя майже у 50 разiв перевищує тертя вільних колiс вагонiв.

Так продовжувала iснувати теорiя наслiдування тваринним формам, якої дотримувались ятромеханіки ХVІІ ст. На початку ХХ ст. перший директор Харківського технологiчного, а потiм ректор Київського політехнічного iнститутів В.Л.Кирпичов писав, що вiдсутність фантазiї у технiчнiй справi не може бути замiнена нiчим.

189

Паровоз Тривайтика, який працював на МертирТідвільській
дорозі у 1803 р.
Тривайтика використали інженери Блекетт і Халдей, про яких вже згадувалось. Вони зібрали дуже хороший паровоз «Чахкаючий Біллі». Інженери довго не могли вирішити проблему, як зменшити навантаження на вісь, щоб локомотив не ламав рейки. Нарешті винахідники поставили котел на одну раму з тендером, забезпечивши її чотирма парами коліс. «Біллі» отримав чотири пари ведучих осей. Тільки після цього він не псував рейки. Цей

Важливi технiчнi удосконалення у переважнiй більшостi випадкiв мають характер несподіванки. Це добре видно в галузi механiки, в заміні ручної праці машинною. Здавалося б, як просто в точності, наслiдуючи рух рук i нiг працівника, зробити залiзного робiтника. З цього i розпочинались майже всі винаходи, але вдалих випадків на цьому шляху мало. У бiльшості випадків виявляється треба придумати що-небудь зовсім не схоже на ручнi iнструменти і верстати, якi виконують таку роботу, хоч є і винятки.

Проекти паровозiв з «ногами» Брунтона і Гордона були невдалою спробою вже після того, коли спiввiтчизник Стефенсона англiєць Рiчард Тривайтик за 22 роки до нього, у 1808 р., винайшов і побудував перший у свiтовій iсторiї паровоз. Спочатку вiн тягнув п’ять вагонеток, навантажених залiзом зі швидкiстю вісiм кiлометрїв на годину. Паровоз виявився важким i ламав рейки. Вони були розрахованi на кіннi вагонетки. Власник металургiйних заводiв зажадав повернути кошти, на які Тривайтик побудував паровоз. Він не мав наміру будувати

спецiальнi рейки для паровоза. Тодi Тривайтик у передмiсті Лондона продемонстрував новий «бiговий» паровоз, який катав усiх, хто мав бажання, по колу. Винахiд був сприйнятий як цирковий номер. Спустошений Тривайтик емiгрував у Пiвденну Америку.

У 1815 р. доробки

Паровоз Стефенсона “Ракета”, переможець на Рейнхільських змаганнях, 1829 р.

190

паровоз експлуатувався на руднику до 1865 р., після чого був зданий у лондонський музей.

Талановитiсть Стефенсона Англiя визнала лише на схилі його життя. А він був унiверсальним винахідником! Стефенсон проектував i будував першi залізницi, конструював потужнi паровози, впроваджував колiйну сигналiзацiю i правила дорожного руху. Винахiдник забезпечив вагони ресорами, а локомотив - гудком. Стефенсон винайшов оригiнальну систему зчеплення вагонiв. Це була мужня людина. Його вважали божевiльним, коли вiн почав прокладати залiзницю через болото. Фермери загрожували Стефенсону фiзичною розправою, вважаючи, що паровози своїми iскрами спалять будiвлi і лiси, корови вiд стукоту колiс перестануть давати молоко, а кури - яйця. На шпальтах газет з’явились повiдомлення про те, що швидка їзда викличе у пасажирiв захворювання гарячкою, а тунелі – застуду i сухоту. У 1825 р. парламентська комiсiя з десяти високопоставлених чиновників розглянула проект залiзниці Стефенсона. Для нього це був триденний iспит. 19 вересня 1830 р. у Англiї почала експлуатуватись перша залiзниця довжиною 56,3 км. Від Дарлінгтона до Стоктона урочистий поїзд тягнув 34 вагони. Шість з них були навантажені вугіллям і борошном, на решті – роташовані лавки для пасажирів. Тягнув вагони паровоз «Пересування», яким керував сам Стефенсон. Середня швидкість його була 10 км/год. Попереду локомотива скакав вершник з прапором, благаючи людей звільняти рейки. На окремих ділянках поїзд розвивав швидкість до 24 км/год. Всього за цей рейс було перевезено понад 600 пасажирів. Разом з рештою вантажу ця публіка важила 90 тонн.

Для того щоб набути визнання, першi паровози прикрашали гiрляндами квітів. Це було рекламою для прихильностi публіки. З перебiгом часу паровоз одержав визнання не лише у пасажирiв, але і у промисловцiв.

Ще до початку ХІХ ст. стали помiтними наслiдки використання наукових знань, поширилась можливість їх використання. У найбільш розвинених європейських країнах розпочався процес переходу вiд виробництва власне машин до виробництва їх самими машинами. Це було явище, яке ранiше не проявлялось. Нескладнi машини для використання у побутi – вози, млини, ткацькi верстати тощо – виготовлялися ручним способом. Завдяки паровій машині, вперше в iсторiї, людина почала виготовляти однi машини за допомогою iнших машин. А це, в свою чергу, сприяло розвитку сучасного масового виробництва з усіма наслiдками економічного, соцiального i політичного плану. Промислова революцiя привела до iстотного перегляду ролi науки у життi суспiльства. Наука вийшла з усамiтнених кабiнетiв вчених i стала активно впливати на всі сторони

191

суспiльного життя, відкрито проявляти себе виробничою силою. Оскільки нова технiка почала приносити вiдчутну користь, до неї зростає інтерес і повага до знань, вiра у могутнiсть науки.

Наприкiнцi ХІХ ст. людство вже повiрило у науку, в її колосальнi можливості. Дуже часто вiд неї чекало навіть набагато бiльше, ніж вона насправді могла дати. І це закономiрно. Протягом ХІХ ст. саме у союзі з наукою технiка зробила величезний крок у своєму розвитку. В життя увiйшли паровози, пароплави, металообробні верстати, сільськогосподарськi машини. Паровi двигуни замiнюються електродвигунами, двигунами внутрішнього згоряння, дизелями, турбiнами. Технiка розвивалась настiльки бурхливо i плiдно, що машинні парки першої третини ХІХ ст. i його 70-80-х років iстотно відрiзнялись один вiд другого.

3ростає не лише чисельнiсть i рiзноманiтнiсть машин, але i збiльшується їх швидкiсть, потужнiсть, використовуються новi види енергiї, набуває розвитку наука про машини. Вона з’явилась майже з виникненням промислового машинобудування наприкiнцi ХVІІІ ст. пiсля винаходу унiверсального парового двигуна. Думки вчених, винахiдникiв спрямовуються на вивчення сутностi машин, їх змiсту. Ведеться пошук розв’язання таких важливих проблем, як створення мiцних матерiалiв, конструкцiй машин, технологiй.

3ародження сучасної металургiї

Якщо ми ознайомимось з iсторiєю розвитку машинобудування, то помiтимо, що переважна бiльшiсть машин майже до кiнця ХVІІІ

ст. виготовлялась з деревини. Воно було основним матерiалом для виробництва машин. Метали використовувались лише для тих деталей, якi безпосередньо сприймали навантаження, а також для рiзальних кромок та iнших частин, якi неможливо було виготовляти з неметалiчних матерiалiв.

У ХVІІІ ст. паровий двигун виготовляли переважно з металу. Котли для пару спочатку робили з деревини, оперiзували їх як дiжку обручами. Чавун цiнився дорого. 3амiсть нього використовували латунь. Чавун застосовували лише у тих випадках, коли вiн був незамiнним. Це можна пояснити тим, що технологiя його виплавки з кiнця середньовiччя не мала принципових змiн. Середньовiчнi методи виробництва сталi вимагали таких коштiв, що вимушували цiнити її як дорогоцінний метал. Навiть пiсля винаходу i розробки процесу виробництва тигельної сталi у 40–х роках ХVІІІ ст. вона залишалась надто дорогою. (Таким способом в Iндії виплавку сталi здiйснювали ще за батото століть до того, як це сталось в Європі). Тому зі сталi виробляли переважно ножовi вироби.

192

Конвертер Бессемера, що обертається

Вiдомо, що до сталi, як матерiалу для виробництва з неї деталей машин, висуваються певнi вимоги. Насамперед, сталь повинна бути мiцною i в’язкою, неламкою, дешевою i виплавлятись у великих об’ємах. 0дним з перших крокiв у напрямку вивчення властивостей сталi i широкого її використання зробив росiйський металург П.П.Аносов (1797–1851 рр.). На основi практичних досягнень вiн видав науковi працi з якiсного виробництва i властивостей сталi. Його роботи набули всесвiтного визнання. Це були визначнi досягнення пiсля середньовiччя. Аносовим запропоновано метод одержання сталi, де поєднувались процеси плавки і насичення її вуглецем. Ним вперше у свiтовiй практицi використано газову цементацiю металу. Сьогоднi цей метод використовується в усiх країнах світу. У 1837 р. Аносов здiйснив переплавку чавуну у сталь як з добавкою, так i без добавки залiза..

0ригiнальнi його працi з дослiдження i розкриття таємницi виробництва булатної сталi, спосіб отримання якої був загублений на багато століть. Протягом десяти рокiв вiн сплавляв залiзо з кремнiєм, марганцем, хромом, титаном, золотом, платиною та iншими добавками. Вивчив їх властивостi. Аносов обгрунтував вплив хiмiчного складу, структури сплаву i характеру його обробки на властивостi металу. Висновки вiдомого металурга покладено в основу науки про якiсну виплавку сталi. Окремi працi Аносова одразу ж було перекладено на iноземнi мови. Вiн започаткував мiкроскопiчний аналiз металiв. Аносовим здійснено i багато iнших нововведень з виробництва якiсних сталей i здешевлення їх виплавки.

Але i пiсля визначних робiт Аносова проблемою проблем залишалось одержання сталi у величезнiй кiлькостi для промисловостi, що стрiмко розвивалась. Цю проблему спробував вирішити Генрі Бессемер (1813–1898 рр.). Сам вiн з села, з якого не виїздив до 17 років. Нiколи не знав, що таке заводська праця. Але коло його iнтересiв було надто широке. Вiн є автором винаходу голчастого штампу для гербових поштових марок. Бессемер є винахiдником технологiї позолоти бронзовим порошком, наслiдком використання якої стало звiльнення вiд ручної праці 70 робiтникiв. Винахiдник став власником патентів шлiфувального верстата для

дзеркал, непромокальних тканин, пристрою для тиснення на тканинах. На всіх потягах свiту використана його «гармонiя», через яку пасажири переходять з одного вагона в iнший.

193

Досвід отримання Бессемером литої сталі у 1856 р. продувкою повітря через метал, розташований у печі

Металургiєю Бессемер захопився так само несподiвано, як i усiм iншим. З метою отримання достатньо

мiцного металу для артилерійських снарядів у великiй кiлькостi вiн досконально вивчив стан справ у металургiї i винайшов спосіб переробки чушкового чавуну в сталь шляхом випалювання з нього домiшок за допомогою повiтряного дуття у спецiальнiй печi. Таким методом полегшувалась праця сталеварiв, зменшувались витрати часу i палива на виплавку сталi значно бiльшої кiлькостi i кращої якостi, нiж це робилось у тиглi. Винахiд Бессемера зацiкавив власникiв

металургiйних заводiв i вони придбали патенти. Але у виробничих умовах виплавлена таким способом сталь виявилась крихкою. Протягом двох рокiв Бессемер разом з науковцями проводив хiмiчнi аналiзи i виявив у металi фосфор i сiрку. Сiрку з чавуну винахiдник навчився виводити. Ефективного способу боротьби з фосфором Бессемер не знайшов, хоч i дуже наблизився до розв’язання цiєї проблеми. Вiн зiзнався, що не може назвати самого видатного свого досягнення. Нащадки вважають що цим досягненням є спосіб, який носить його ім’я – спосіб виплавки сталі.

Винахiд Бессемером виплавки сталi збiгся з тим перiодом iсторiї, коли в Європi i Америці швидкими темпами велось будiвництво залiзниць. Сталь, що виробляли бессемерiвським способом, вiдповiдала усiм технiчним вимогам до рейок. 3алiзничнi магiстралі, побудовані зі сталі, виплавленої запропонованим Бесемером способом, вдихнули життя в далекi i глухi селища, перетворили їх у мiста. Заслуги винахiдника “стальних артерій”

планети оцінено тим, що чотирнадцять молодих

мiст США,

зєднаних такими артеріями, було названо «Бессемер».

 

 

Пройшло трохи бiльше двох рокiв пiсля

винаходу

Бессемером способу виплавки сталi i з’явився новий

процес

її

виробництва. Його винахiдником став французький iнженер П’єр Мартен. У газовiй печi конструкцiї нiмецького iнженера Сiменса Мартен почав сплавляти чавун з металобрухтом. Вiд бессемерiвського методу виробництва мартенiвський рiзнився, насамперед, невеликою продуктивнiстю. Але, що цiнно, останнiй давав можливiсть контролювати склад i якiсть готової сталi. Обидва способи стали конкурувати мiж собою.

3магання мiж конвертерним (бессемерівським) i пiчним (мартенiвським) способами виплавки сталі продовжувалось майже

194

100 років. 3авершилось воно на користь конвертера, який почали продувати через розплавлений метал не повiтрям, а киснем.

Відкриття Аносова, Бессемера, Мартена та iнших винахiдникiв у галузi металургiї широко розповсюдились у багатьох промислово розвинених країнах свiту, що помiтно сприяло прогресу в економiцi. В останню третину ХІХ ст. США, наприклад, зробили стрімкий стрибок, перетворившись із сiльськогосподарської країни

у потужну iндустрiальну державу. Вже у 80–і Конвертер роки з виробництва чавуну і сталi вони посiли

перше місце в свiті. Це сприяло високим темпам розвитку верстатобудування, текстильної та харчової промисловостi i, як вже згадувалось, прискорило залiзничне будiвництво. За ними почали зростати новi галузi iндустрiї: хiмiчна, електротехнiчна, гумова, нафтова.

3начно покращенi характеристики сталей процесом легування їх незначними добавками iнших металiв. Історично цей процес винайшли у ХІХ ст. У 1822 р. Фарадей iнтенсивно займався дослідами з легування сталі. Однак праці його практичного втілення не знайшли.

Далi iсторія легованих сталей продовжується з 1871 р., коли Муше винайшов iнструментальну сталь, леговану вольфрамом, ванадiєм, марганцем. Вона давала можливiсть здiйснювати обробку металу на дуже великих швидкостях різання. 3а цим з’явились й iншi легованi сталi, наприклад марганцева сталь Хадфiлда (1882 р.), нiкельова сталь Шнейдера (1888 р.). У 1898 р. Тейлором i Уайтом винайдено швидкорiзальну сталь. Однак, з самого початку винаходу леговані сталi почали використовуватись для виробництва зброї. Нержавiюча сталь винайдена Г.Брiйлi у 1913 р.

Вже згадувалось про розкриття П.П.Аносовим таємниці виробництва дамаської сталi Бадаєвим у Росії. Вона i отримала таку назву «Бадаєвська». Масова виплавка її почалась з середини ХІХ ст. Їй властива висока в’язкiсть, добре зварювання. В останньому вона не знала конкурентiв на той час i одержала визнання далеко за межами Росiї.

3начним досягненням ХІХ ст. у металургiї стало вiдкриття виробництва алюмiнiю. Вперше цей елемент був вiдкритий Ерстедом у 1825 р. Вже на Лондонській Всесвiтнiй промисловiй виставцi у 1851 р. з’явився злиток пiд назвою «срiбло з глини». Один кiлограм його коштував одну тисячу двiстi карбованцiв золотом. 3а 1854–1855 рр. у світi виготовлено всього 25 кiлограмів алюмінiю. Вже було вiдомо, що виробництво «срiбла з глини» потребує великих витрат електроенергiї. Менделєєв у 1867 р. вiдвiдав алюмiнiєвий завод у

195

Памятник Ч.М.Холлу, виконаний з алюмінію

Парижi і після цього впевнено заявив, що в майбутньому алюмiнiю належить визначна роль.

Наприкiнцi ХІХ ст. розпочинається виробництво рiзних сплавiв на основi алюмiнiю i їх промислове використання. Цьому сприяло вiдкриття електролiтичного способу виробництва згаданого металу у 1886 р. Його авторами стали американець Холл i француз Еру. З цього часу алюмiнiй почали використовувати там, де необхiдно було забезпечити малу вагу конструкцiї. Вже з 1895 р. алюмiнiй використовується для будiвництва аеропланiв. Наступним досягненням стало вiдкриття дюралюмiнiю – сплаву алюмiнiю з мiддю. Вiн забезпечив високе вiдношення мiцностi до ваги. Дюралюміній з’явився у 1890 р. У ХХ ст. велике значення набули сплави алюмiнiю з легким магнiєм.

Пiдсумовуючи усе те, що викладено з приводу науково-технiчного розвитку протягом трьох столiть – ХVІІ, ХVІІІ і ХІХ, можна сказати, що це був етап стрiмкого ствердження науки як виробничої сили, зародження тих основних

напрямкiв, що стали фундаментом науково-технiчної революцiї. Революції, що проходили у цей час у техніці і на виробництві,

наприклад, перехід від ручної праці до використання машин, не були пов’язані з безпосереднім впливом наукових знань. Наукові і технічні революції проходили в історії людства, але відносно незалежно одна від одної. Наука тут, як правило, відставала від розвитку техніки і виробництва і часто створювала теорії вже освоєних у техніці і виробництві процесів. Тільки у ХІХ ст. починається посилення зв’язків науки і техніки, виробництва. У ХХ ст. наука вже не відстає, а йде разом, а потім починає випереджати техніку і виробництво, вказуючи їм шляхи розвитку.

196

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.