Реферат: Новые источники энергии в конце XIX - начале XX века

Электроэнергия производилась на государственных, городских (муниципальных), а также на частных электростанциях, причем ко­личество частных электростанций значительно превышало число государственных и городских. Так, по сведениям Русского техни­ческого общества в 1913 г. из 20 крупных были электростанций 16 были частными.

Электростанции производили электрический ток специально для продажи потребителям. Заводам и фабрикам стало выгоднее поку­пать электроэнергию и направлять ее к рабочим машинам, снабженным электроприводом, нежели производить ее на собственном пред­приятии. Претерпел изменения и электродвигатель. Вместо синхрон­ного двигателя со специальным возбудителем (или однофазного дви­гателя с дополнительным двигателем для разгона) был изобретен асинхронный трехфазный электродвигатель, который начинал вращаться сразу при включении напряжения. Заслуга в создании та­кого двигателя (1889 г.) принадлежит М. О.Доливо-Добровольскому.

В начале 90-х гг. XIX в. широкое распространение получили электрифицированные машины в горнодобывающей промышлен­ности, на металлургических заводах для производства проката и для загрузки мартеновских и доменных печей.

Стали создаваться электрометаллургическое и электрохимиче­ское производства, основанные на использовании электронагрева. В области производства цветных металлов большое значение имела постройка в США в 1884 г. братьями Коульс электрической печи промышленного значения для восстановления алюминия и полу­чения его сплавов.

Наряду с превращением электроэнергии в механическую для промышленных целей развитие энергетики позволило осуществить во всерастущих масштабах ее превращение в световую, звуковую, теп­ловую и, наконец, химическую энергию.

В США в результате концентрации и централизации монопольное значение приобрела фирма «Дженерал Электрик», которая основала ряд дочерних фирм в Европе.

В 1907 г. американский и германский гиганты электричества заключили договор о разделе сфер деятельности в глобальном масштабе. В частности, был установлен взаимный обмен изобре­тениями и опытами. Заводы обоих концернов вырабатывали самые различные электротехнические и иные товары: «...от кабелей и изолятора до автомобилей и летательных аппаратов».

Применение электроэнергии в различных областях промышлен­ности и в сфере быта произвело на современников такое же силь­ное впечатление, как освоение паровых машин в период промыш­ленного переворота.

Совершенствование

паровых двигателей и котельных установок .

Поршневая паровая машина выступает в рассматриваемый период и в прежней своей роли как двигатель, непосредственно приводящий в

действие рабочие машины посредством механической передачи, и в новой роли первичного двигателя, приводящего в действие электро­генератор (динамо-машину), энергия которого передавалась мо­тору. В наиболее развитых странах это новое применение паро­вых машин становится решающим.

Однако и сам паровой двигатель, и обслуживающая его ко­тельная установка оказалась теперь не в состоянии полностью удовлетворить предъявляемые к ним требования.

Для увеличения выработки электроэнергии и выполнения новых задач, поставленных промышленностью, требовалось увеличение мощности первичных двигателей, приводивших в действие электро­генераторы. Машиностроители добились повышения КПД и увеличе­ния мощности паровых машин.

Компаунд-машины двойного и тройного расширения достигали теперь мощности от 6 до 8 тыс. л. с. Строились паровые машины с числом оборотов от 200 до 600 в минуту, предназначенные спе­циально для электростанций. Все большее распространение полу­чало применение перегретого пара. В конце XIX в. немецкий ин­женер В. Шмидт изобрел новый паровой котел с пароперегревате­лем (температура перегрева пара в этом котле достигала 350°) и соответствующую паровую машину.

В 1908 г. инженер Штумпф в Германии сконструировал прямо­точную паровую машину.

Большие успехи отмечались и в области котлостроения. Производительность паровых котлов была значительно увеличена, повышено рабочее давление пара. Особенно удачными оказались конструкции секционных водотрубных котлов, сконструированный фирмой «Бабкок и Вилькокс» в Англии, Стирлингом в США и Гарбе в Германии. Большой вклад в создание котлов внес В. Г. Шухова, разработав надежный котел малой металлоемкости и обладающий хорошей транспортабельностью. Котел конструкции Шухова собирался на месте из отдельных секций. Поверхность нагрева наиболее крупных котлов этого времени достигала 1—2 тыс. м2

Однако силовые установки с поршневыми паровыми машинам имели значительные недостатки: оставались относительно тихоходными, тогда как промышленность и транспорт ощущали растущую потребность в быстроходных двигателях. На изготовление поршневых машин расходовалось много металла, а неоднократные попытки снижения их веса не давали должного эффекта, хотя это представлялось особенно важным для зарождавшихся автомобильного транспорта и авиации.

Не удавалось преодолеть и громоздкость двигателей. Так, при сооружении в 1898 г. в Нью-Йорке электростанции мощностью 30 тыс. кВт пришлось установить 12 паровых машин и 87 котлов, для чего потребовалось здание в несколько этажей. Это обусловило разработку новых типов первичных двигателей, более быстроходных, компактных и экономичных.

Новые тепловые двигатели. Паровые турбины .

В рассматриваемый период впервые были созданы и получили применение паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания, которым суждено было сыграть в дальнейшем огромную роль не только в промыш­ленности, но и на транспорте, в сельском хозяйстве, в военном деле.

Активная паровая турбина была изобретена шведским инжене­ром К. П. Густавом де Лавалем (1845—1913) в 1883—1889 гг. Лю­бопытно, что Густав де Лаваль намеревался первоначально при­менить ее в молочном деле для вращения сепараторов.

В 1884—1885 гг. англичанин Ч. О. Парсонс (1854—1931) изобрел реактивную многоступенчатую паровую турбину. Дальнейшая I работа по усовершенствованию этой турбины привела Парсонса к созданию в 1894 г. нового образца реактивной турбины, которая и стала основным типом паровых турбин того времени.

Паровые турбины при производстве электроэнергии объединя­ли на одном валу с электрогенератором. Таким образом был соз­дан турбогенератор, испытание которого было проведено в 1890 г. на Эльберфельдской электростанции в Германии.

Паровые турбины продолжали совершенствоваться и дальше (системы О. Рато —1899 г., Ч. Кертиса — нач. XX в. и др.).

С начала XX в. возникает систематическое фабричное про­изводство паровых турбин в Германии, Швейцарии, Чехосло­вакии, входившей тогда в состав Австро-Венгрии, США и Фран­ции.

В России собственное производство паровых турбин и турбо­генераторов было налажено слабо. Использовали в основном им­портное оборудование. Первый отечественный турбогенератор сис­темы французского инженера О. Рато (1899) был построен лишь в 1907 г. К началу первой мировой войны турбина мощностью 1 тыс. л. с. в России считалась очень крупной, тогда как за грани­цей строились паровые турбины на 40-50 тыс.л. с.

Использование турбогенераторов дало возможность увеличить мощность электростанций, поднять напряжение, увеличить даль­ность передачи электроэнергии.

Двигатели внутреннего сгорания .

Выше мы отмечали три характерные черты технического развития рассматриваемого периода: применение электроэнергии во всех областях производства и быта, вытеснение железа сталью и растущие добыча и переработки нефти. К ним следует добавить четвертую — распространение двигателей внутреннего сгорания, явившееся необходимой предпосылкой для перехода некоторых отраслей к машинной ступени производства (безрельсовый транспорт, сельское хозяйство) или даже для самого возникновения данной отрасли (авиация).

Принцип четырехтактного двигателя внутреннего сгорания, в котором горючая смесь перед воспламенением подвергалась предварительному сжатию, был высказан еще в 1862 г. французским инженером Альфонсом Бо де Роша (1815—1890) в рукописной брошюре. Однако у него не было средств для изготовления двигателя. Практически его идеи использовал немецкий конструктор Н. А. Отто (1832—Л891), создавший в 1876 г. новый тип газового двигателя. Топливом для такого двигателя служил газ, получаемыйпутем простой перегонки антрацита и кокса. I

В 1883 г. вездесущие сотрудники патентного бюро обнаружили брошюру А. Бо де Роша и воспользовались ею, чтобы аннулировать часть патентов Отто. I

Стремясь повысить мощность двигателя Отто, русский конструктор Б. Г. Луцкой разработал и изготовил в 1885 г. четырехтактный многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. Однако решающее значение для развития двигателя внутреннего сгорания имел его перевод на жидкое топливо. I