Реферат: Люди. Техника. Изобретения
В 1856 году Бессемер публично демонстрировал изобретенный им неподвижный конвертер. Конвертер имел вид невысокой вертикальной печки, закрытой сверху сводом с отверстием для выхода газов. Сбоку в печи было второе отверстием для заливки чугуна. Готовую сталь выпускали через отверстие в нижней части печи (во время работы конвертера его забивали глиной). Воздуходувные трубки (фурмы) находились возле самого пода печи. Так как конвертер был неподвижным, продувку начинали раньше, чем вливали чугун (в противном случае металл залил бы фурмы). По той же причине надо было вести продувку до тех пор, пока весь металл не был выпущен. Весь процесс длился не более 20 минут. Малейшая задержка в выпуске давала брак. Это неудобство, а также ряд других недостатков неподвижного конвертера заставили Бессемера перейти к вращающейся печи. В 1860 году он взял патент на новую конструкцию конвертера, сохранившуюся в общих чертах до наших дней.
Способ Бессемера был настоящей революцией в области металлургии. За 8—10 минут его конвертер превращал 10—15 т чугуна в ковкое железо или сталь, на что прежде потребовалось бы несколько дней работы пудлинговой печи или несколько месяцев работы прежнего кричного горна.
Наряду с бессемеровским способом производства стали, вскоре огромную роль приобрел мартеновский способ. Суть его заключалась в том, что чугун сплавляли с железным ломом в специальной регенеративной печи. Эта печь была придумана и построена в 1861 году немецкими инженерами Фридрихом и Вильямом Сименсами для нужд стекольной промышленности, но наибольшее распространение получила в металлургии. В 1864 году на заводе Сирейль французские инженеры Эмиль и Пьер Мартены (отец и сын) под руководством Сименса осуществили первую успешную плавку, для получения стали, в такой печи. Затем этот способ стал применяться повсюду. Мартеновские печи были дешевле конвертеров и потому имели более широкое распространение.
В целом введение бессемеровского и мартеновского процессов дало возможность производить сталь в неограниченных количествах. Литая сталь быстро завоевала себе место в промышленности, и начиная с 70-х годов XIX века сварочное железо почти совершенно выходит из употребления. Уже в первые пять лет после введения мартеновского и бессемеровского производств мировой выпуск стали увеличился на 60%
В последней четверти XIX века также была разрешена проблема промышленного производства металлического алюминия в свободном виде. До этого периода наука даже и не знала о его существовании, так как в свободном виде он не встречается в природе.
В 1825 году датскому физику Гансу Эрстеду (1777 - 1851) впервые удалось получить металлический алюминий в свободном состоянии из его оксида (глинозема - AI2 O3 ). В 1856 году Девиль на заводе братьев Тисье в Руане организовал первое промышленное предприятие по выпуску алюминия, но его стоимость была на столько высока, что алюминий использовали как полудрагоценный материал.
Промышленную установку для электролиза дешевого алюминия из глинозема, растворенного в криолите (Na3 AIF6 ), а также всю технологию производства разработал француз Поль Эру (1863 - 1914) в 1885 году и независимо от него - американец Холл. В 1887 году швейцарская компания "Сыновья Негер" подписали с Эру контракт о реализации его изобретения на заводе в Нейгаузене. Уже в 1890 году здесь было выпущено 40 тонн алюминия, а вскоре завод стал выпускать 450 тонн в год. Так была налажено производство "легкого" металла, который сыграл намного позже важную роль в создании различных летательных аппаратов.
В рассматриваемом периоде произошли качественные изменения в типах и конструкциях силовых приводов машин. Совершенствовались старые типы двигателей и создавались новые, что привело к разработке новых типов технологических и транспортных машин.
Еще в1750 году венгр Сигнер, работавший в Геттингенском университете, выдвинул идею водяного двигателя, в котором наряду с напором и весом использовалась еще и реактивная сила, создаваемая потоком воды. Впоследствии такие двигатели стали называть турбинами (от латинского turbo - быстрое вращение). В XIX веке применялись два типа турбин: реактивные и струйные.
Наряду с гидротурбинами огромное значение имело изобретение и распространение паровых турбин - колес, приводимых во вращение струей разогретого пара. Первую работающую паровую турбину в 1883 году создал швед Густав Лаваль (1845 - 1913).
После того как в 80-е годы XIX века была разработана система передачи электрического тока на большие расстояния и появилась возможность сосредоточить производство электроэнергии на "фабриках электричества" электростанциях, началась новая эпоха в истории турбостроения. В соединении с электрогенератором, который был изобретен в 1870 году Граммом, турбина стала могущественным инструментом для производства и использования электрической энергии в различных областях человеческой деятельности.
Паровой двигатель не до конца разрешил энергетическую проблему, стоящую перед человечеством. Небольшие мастерские и предприятия, составлявшие в XIX веке большую часть промышленного сектора, не всегда могли им воспользоваться. Дело в том, что маленький паровой двигатель имел очень невысокий КПД (менее 10%). Кроме того, использование такого двигателя было связано с большими затратами и хлопотами. Для того чтобы запустить его в ход, необходимо было развести огонь и навести пары. Даже если машина была нужна только временами, ее все равно приходилось постоянно держать под парами. Для мелкой промышленности и автономных машин требовался двигатель небольшой силы, занимающий мало места, который можно было бы включать и останавливать в любое время долгой подготовки. Впервые идея такого двигателя была предложена Филипом Лебеном (1767 - 1804) в 1801 году, который двумя годами раньше открыл светильный газ, истекавший из поставленного на огонь сосуда с деревянными опилками.
В 1860 французский изобретатель Э. Ленуар (1822-1900) сконструировал первый двигатель внутреннего сгорания мощностью около 12 л.с, который представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с зажиганием от постороннего источника. В 1876 был вытеснен более совершенным четырехтактным двигателем немецкого конструктора Н. Отто. КПД этого двигателя достигал 15%.
ОТТО (Otto) Николаус Август (10 июня 1832, Хольцхаузен, Нассау, ныне Германия -26 января 1891, Кельн), немецкий конструктор, создатель первого практически пригодного 4-тактного газового двигателя внутреннего сгорания.
Не получил никакого систематического образования. В начале 1860-х годов соорудил пригодный для использования двигатель, получивший Золотую медаль на Парижской выставке 1867. Отто продолжал совершенствовать образцы и в 1876 создал 4-тактный газовый двигатель с синхронизацией впрыска и сгорания топлива. В течение последующих десяти лет было продано свыше 30 тысяч таких двигателей.
Работоспособный бензиновый двигатель появился только десятью годами позже. Изобретателями и создателями его были Ю. Даймлер и В. Майбах (1885). КПД их двигателя уже достигал 24 - 26%.
ДАЙМЛЕР (Daimler) Готлиб Вильгельм (17 марта 1834, Шорндорф, королевство Вюртемберг, ныне Германия — 6 марта 1900, Канштатт, близ Штутгарта), немецкий изобретатель, пионер автомобилестроения, основатель фирмы Daimler Motoren Gesellschaft.
Получил образование в Штутгартском политехническом институте и работал в самых крупных немецких инженерных фирмах, занимаясь параллельно и собственными разработками. В 1872 он пришел на фирму Ни-колауса Отто, создателя первого четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, а через десять лет, в 1882, покинул ее вместе со своим коллегой, Вильгельмом МАЙБАХОМ (Maybach) (1846-1929), и основал свою собственную компанию. Даймлер и Майбах в 1885 запатентовали свой первый удачный высокоскоростной двигатель внутреннего сгорания и сконструировали карбюратор, сделавший возможным использование в качестве топлива бензин.
Кульминацией содружества Даймлер-Майбах стало создание четырехколесного экипажа, который считается по своим параметрам одним из первых автомобилей (1889). В 1890 была создана компания Daimler Motoren Gesellschaft, а в 1899 — первый автомобиль Mercedes, названный по имени дочери совладельца компании, дипломата и автогонщика Еллинека.
Впервые патент на изобретение своего двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия немецкий инженер Рудольф Дизель (1858-1913) получил в 1892 году, а в 1893 году выпустил брошюру "Теория и конструкция рационального теплового двигателя" с описанием конструкции и своими математическими выкладками. Только к 1896 году был разработан и изготовлен работоспособный двигатель со специальной форсункой, управляющей впрыском керосина. КПД нового двигателя оказался на 10 -12% выше, чем у бензиновых двигателей того времени, а по своей экономичности он превосходил их почти в два раза. К началу XX века дизели стали постепенно завоевывать все новые и новые сферы применения в промышленности и транспорте. Престиж новых моторов в мире особенно поднялся, когда Эмануил Нобель наладил выпуск в России (1900) очень неплохих дизелей, работавших на сырой нефти.
Величайшим техническим достижением конца XIX века стало изобретение промышленного электродвигателя. Элегические двигатели появились еще во второй четверти XIX столетия но прошло несколько десятилетий, прежде чем появились приемлемые промышленные образцы и создались благоприятные условия для их повсеместного внедрения в производство.
Один из первых электродвигателей, работавших от батареи постоянного тока, создал в 1834 году русский электротехник Борис Семенович Якоби (1801 - 1874). Первый синхронный двигатель переменного тока построил в 1841 году английский электротехник Чарльз Уитстон (1802 - 1875). Синхронный двигатель не получил достаточно широкого распространения.
Подлинная революция произошла после изобретения асинхронного (индукционного) двигателя. Первый асинхронный двухфазный двигатель в 1888 году сконструировал американский изобретатель (по происхождению серб) в области электро- и радиотехники Тесла (1856 - 1943). Вскоре в 1889 году двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским (1861 - 1919). По своим техническим показателям двигатели Доливо-Добровольского превосходили все существовавшие тогда электромоторы. Обладая очень высоким КПД, они безотказно работали в любых режимах, были надежны и просты в обращении. Поэтому они сразу получили широкое распространение по всему миру. С этого времени началось быстрое внедрение электродвигателей во все сферы производства и повсеместная электрификация промышленности.
Этот компактный, экономичный, удобный двигатель стал одним из основных наиболее применяемым элементом в силовом приводе многих технологических и подъемно-транспортных машин там, куда можно было доставить электрический ток.
Дирижабль (от франц. dirigeable - управляемый) управляемый аэростат с двигателем. Имеет обтекаемый корпус одну или несколько гондол, оперение. Первый полет на управляемом аэростате с паровым двигателем совершил А. Жиффар (Н. Giffard, 1852, Франция). 2 июля 1900 совершил полет первый в мире дирижабль жесткой конструкции, созданный немецким конструктором Фердинандом фон Цеппелином (1838-1917) Корпус дирижабля представлял собой обтянутый тканью металлический каркас, внутри которого размещались баллоны с газом.
Французский воздухоплаватель Шарль Ренар (1847-1905) создал установки для исследования аэродинамического сопротивления дирижаблей, разработал теорию статической устойчивости дирижабля в полете. Совместно с А.Кребсом построил дирижабль «Франция» с электрическим двигателем. Созданные Ренаром конструкции привязных аэростатов наблюдения применялись во французской армии. До 50-х гг. XX в. дирижабли использовали для перевозки пассажиров, грузов, научных и военных целей.
БЕНЦ (Benz) Карл (25 ноября 1844, Карлсруэ — 4 апреля 1929, Ладенбург, близ Мангейма), немецкий инженер, изобретатель, пионер автомобилестроения. В 1885 построил первый в мире автомобиль Benz (трехколесный Motorwagen, хранится в Мюнхене). Патент на изобретение этого автомобиля был получен Бенцем 29 января 1886. В 1893 появился его четырехколесный автомобиль "Вело" с двухцилиндровым двигателем и пневматическими шинами. В 1894 году начался их серийный выпуск.
Автомобиль принадлежит к числу тех величайших изобретений, которое оказало колоссальное влияние на все сферы человеческой деятельности на все последующие времена. Автомобиль сформировал современную индустрию, породил новые отрасли промышленности, перестроил само производство, впервые придав ему массовый, серийный и поточный характер, увеличил возможности перемещения и общения людей.
Первые тракторы с двигателями внутреннего сгорания (самоходная машина на гусеничном или колесном ходу для приведения в действие прицепленных к ней или установленных на ней машин-орудий), сконструированные инженерами Хартом и Парром, были собраны в 1901 году. Прообразом этих машин были тракторы на паровой машине, получившие распространение в Англии с 1850 года. В 1907 году на рынок поступили уже вполне работоспособные тракторы с двигателями внутреннего сгорания, в 1912 году в США был начат выпуск гусеничных тракторов "Холт" (рис.2). В России первые тракторы были изготовлены в начале 1920-х гг.