Обратная связь |
Освещение калильное.18.09.2008
В основе всех применяемых на практике способов О. лежит одно и то же явление накаливания твердых тел до такой температуры, при которой часть затрачиваемой на нагревание их теплоты превращается в световую энергию и они непрерывно испускают световые лучи того или другого рода. Характер и сила любого источника света зависят от двух самостоятельных причин — от природы накаливаемого тела и от температуры, до которой оно нагрето; варьируя то и другое, можно разнообразить в широких пределах природу и силу получаемого света (см. Электрическое О. — законы излучения). В простейших и наиболее древних по происхождению способах О. получение света основано на сжигании различных углеродистых веществ (дерева, смолы, масла, керосина и др.) в таких условиях, что находящийся в них углерод не сгорает вполне и частички его, оставаясь в твердом состоянии, накаливаются и дают свет. Наиболее совершенным из этих способов можно считать обыкновенное газовое О. (см. Горелки). Нужно, однако, заметить, что все эти способы О. посредством пламени разнообразных углеродистых веществ обладают очень малым коэффициентом полезного действия и вместе с тем дают малую абсолютную силу света, что легко объясняется двумя противоположными условиями, которым должно в этом случае удовлетворить пламя; для того, чтобы пламя могло давать свет, необходимо, чтобы в нем не было полного горения и оставались твердые частички несгоревшего углерода, а в то же время для достижения возможно более высокой температуры и силы света нужно вести горение при достаточном притоке кислорода воздуха. Из этого затруднения представляется один логический выход — вести горение того или другого углеродистого вещества, в частном случае — газа, при полном притоке воздуха, с целью достижения возможно более высокой температуры пламени и на счет его уже накаливать какое-нибудь постороннее тело, достаточно постоянное при высокой температуре и обладающее достаточной лучеиспускательной способностью. Насколько высокая температура может быть достигнута при условии полного горения в пламени некоторых газов, можно видеть из следующих данных (Науманн):
ОСВЕЩЕНИЕ КАЛИЛЬНОЕ. Фиг. 1. — Диаграмма светоизлучения окиси тория под влиянием примеси окиси церия. Фиг. 2—4. — калильные колпачки. Фиг. 5 и 6. — Разрез газокалильной горелки Ауэра. Фиг. 8 и 9. — Спиртокалильная горелка Ауэра. Фиг. 13, 14 и 15. — Керосинокалильная горелка "Сорто". Фиг. 16. — Устройство керосинокалильного фонаря системы "Керос". Фабрикация ауэровских газокалильных тел. Главную часть каждой калильной горелки составляет калильное тело (чулок, колпачок), фабрикация которого слагается из след. операций. 1) Из чистого хлопка или рами (см.) ткется длинный цилиндрический рукав особого, сетчатого строения и затем тщательно очищается посредством обработки соляной и фтористоводородной кислотой, промывается начисто водой и сушится. Из готового и очищенного рукава особой машиной нарезаются куски требуемого размера и с одного конца собираются в головку, край которой подрубается, а иногда для большей прочности обшивается полоской тюля. Нужно заметить, что все работы с очищенным уже рукавом и нарезанными колпачками требуют необыкновенной аккуратности и чистоты, так как малейшее загрязнение ткани пагубно отзывается на успехе дальнейшей работы. 2) Готовые колпачки напитываются раствором азотнокислых солей тория и церия (раствор водный, крепостью около 40 %), содержание которых рассчитано так, чтобы после обжигания колпачков в них получилось известное уже соотношение окисей этих металлов. Напитанные раствором колпачки отжимаются вальками от избытка жидкости, расправляются на особых стеклянных формах и затем высушиваются при 25 — 30° Ц. Для того, чтобы несколько укрепить головную часть колпачка, она покрывается еще особым составом, содержащим соединения магния, алюминия и некот. др. металлов. 3) После того как колпачки совершенно высохнут, в головку их вплетается асбестовая нить, из которой делается ушко для подвески их в лампах. 4) Обжигание колпачков производится в два приема. Предварительно они надеваются на особые формы и тщательно разглаживаются для уничтожения складок и морщин, затем вешаются на металлические крючки и обжигаются посредством обыкн. бунзеновской горелки до полного сгорания ткани и превращения солей тория и церия в окиси; но так как после этой операции колпачки немного сморщиваются и теряют форму, их еще раз прокаливают на особых горелках, которые вводятся внутрь колпачков и работают на газе под сильным давлением, при чем колпачки выравниваются и принимают свою окончательную форму. 5) Для того, чтобы придать обожженным уже колпачкам необходимую для перевозки прочность, их покрывают слоем коллодиума, вымачивая для этой цели в слабом растворе коллодионного хлопка с небольшой примесью касторового масла и камфары. Окончательно высушенные и готовые калильные колпачки (фиг. 2 — 4) укупориваются в картонные цилиндрические коробки, а часть идет на контрольное испытание. ОСВЕЩЕНИЕ КАЛИЛЬНОЕ. Фиг. 7. — Висячий газокалильный фонарь. Фиг. 10 и 11. — Спиртокалильная горелка системы "Амор". Фиг. 12. — Спиртокалильная горелка для сильного света, системы Секуляр. Фиг. 17, 18 и 19. — Устройство керосинокалильного фонаря системы "Керос". Газокалильное О. Горелки, назначенные для накаливания ауэровских колпачков, по своему устройству напоминают обыкн. бунзеновскую горелку (см.). На фиг. 5 и 6 представлен разрез нормальной ауэровской горелки; газ выходит через нижнее, центральное отверстие и, проходя по трубке вверх, всасывает через боковые отверстия воздух, приток которого рассчитан так, чтобы на 1 об. газа приходилось около 2,8 об. воздуха. Этого количества воздуха еще недостаточно для полного горения его; но в таких горелках увеличивать примесь воздуха не следует по двум причинам: во-первых, в горении принимает еще участие кислород воздуха, притекающего к пламени извне, а во-вторых, при дальнейшем увеличении примеси воздуха в горелке образуется легковоспламеняющаяся взрывчатая смесь, вследствие чего пламя легко проскакивает внутрь горелки и она перестает работать нормально. Колпачок укрепляется на горелке двояким способом — на металлическом крючке, находящемся с боку ее, или на центральном стержне, поставленном по оси горелки; последний способ удобнее и чаще практикуется. Для защиты колпачка, а также для увеличения тяги в горелке, она снабжается еще стеклом той или другой формы. Для получения наилучшего светового эффекта газокалильная горелка должна удовлетворять следующим условиям: 1) соотношение светильного газа и воздуха должно быть урегулировано согласно данным выше указаниям; 2) газ должен подаваться в горелку в достаточном количестве и с достаточной скоростью; 3) калильный колпачок должен находиться во внешней, самой горячей части пламени, которое должно отчасти проходить ткань колпачка насквозь. Кроме обыкновенных газокалильных горелок, дающих нормальный свет около 60 — 70 свечей, имеется целый ряд горелок для так наз. "сильного света", дающих до 1500—1800 свечей. Горелки этого рода можно разделить на два типа — для газа под обыкн. давлением и для газа под высоким давлением. К первой категории относится очень известная лампа Лукаса, в которой интенсивное горение достигается главным образом очень сильной тягой через высокую трубу, при чем отношение воздуха к сгорающему газу необыкновенно велико и по объему превосходит его в 8 — 9 раз; этими горелками освещена, напр., улица Фридрих-Штрассе в Берлине. В газокалильных горелках для высокого давления, к числу которых относятся системы Селас, Милениум, Фарос и др., светильный газ заранее прессуется особыми насосами до давления в 1300—1400 мм. водяного столба (вместо обычных 30 — 60 мм.) и, выходя под таким давлением в горелках особой конструкции, с богатым притоком воздуха, развивает очень энергичное горение, совершенно недоступное для обыкновенного газа. Пламя в этих горелках настолько сильно, что приходится брать специальные калильные колпачки с двойной тканью, что еще более усиливает световой эффект. Применяя тот же способ прессования газа, между прочим удалось сделать висячие газокалильные фонари (фиг. 7), в которых пламя и колпачок направлены вниз, что в смысле распределения света представляет несомненные выгоды и позволяет газокалильным горелкам конкурировать с электрическим О. При всех преимуществах и экономических выгодах газокалильного О., по сравнению с электрическим, оно страдает одним крупным недостатком — необходимостью зажигать и тушить каждую отдельную горелку, что естественно усложняет и удорожает уход за этим О. И потому понятно, что в технике газокалильного О. давно уже производятся попытки к введению автоматических способов зажигания и тушения газовых горелок. Не входя в частности описания применяемых для этой цели приспособлений, укажем только важнейшие виды их: 1) воспламенение посредством маленького пламени (Microbrennеr), которое все время горит под верхним отверстием горелки; 2) воспламенение посредством маленького пламени, которое тухнет в момент зажигания горелки и наоборот воспламеняется в момент тушения ее; 3) зажигатели с губчатой платиной, основанные на способе водородного огнива (см.); 4) зажигатели из платиновой проволоки, которая предварительно нагревается электрическим током, а затем накаливается сама собой под действием светильного газа; 5) зажигатели из сильно накаливаемой платиновой проволоки; 6) зажигатели с электрической искрой; 7) пневматические зажигатели и тушители; 8) зажигатели с часовыми механизмами. Многие из этих приспособлений введены уже в практику и при помощи их является полная возможность производить воспламенение и тушение целых серий горелок или уличных фонарей из одного центрального пункта, как при электрическом О. Применяя газокалильные горелки для уличного О., приходится считаться с одним неприятным обстоятельством — сильных и частых сотрясений, получаемых от мостовой и губительно действующих на колпачки. С целью предохранения газокалильных горелок от этих сотрясений, в них вводят особые пружинные приспособления и соединительные части, которые сильно смягчают все толчки и удары. Светильный газ, применяемый в газокалильных горелках, может быть с успехом заменен другими горючими газами — ацетиленом, водяным газом, карбурированным воздухом (воздух, насыщенный парами бензина), а также парами некоторых легколетучих жидкостей, из которых в настоящее время уже применены винный спирт и керосин, послужившие к созданию еще новых форм — спиртокалильного и керосинокалильного О. Спиртокалильное О. Винный спирт давно уже находит себе применение в спиртовых горелках для нагревания, представляя то удобство, что он сравнительно легко испаряется (темп. кип. 78°Ц.), а пламя его обладает довольно высокой температурой и совершенно не коптит. Не будучи светящим, пламя спирта само по себе служить для целей О. не может; но благодаря тому же обстоятельству оно делается особенно удобным для калильного О. Общие основания устройства спиртокалильных горелок те же самые, что и газокалильных и вся особенность их в том, что в них необходимо иметь особое пространство и приспособление для обращения спирта в пары, которые затем смешиваются с воздухом и горят так же, как обыкнов. газ. Все спиртокалильные горелки в зависимости от их устройства можно разбить на 3 группы. В горелках первой группы образование паров спирта производится посредством нагревания небольшим пламенем того же спирта особого пространства, куда спирт все время подается посредством фитилей; примером такого устройства может служить спиртокалильная горелка Ауэра (фиг. 8 и 9). В горелках второго типа испарение спирта обеспечивается на счет теплоты горения, которая передается посредством особых металлических частей от пламени к тому месту, куда спирт подается тоже фитилем; пример — горелка системы "Амор" (фиг. 10 и 11). Наконец, третий тип спиртокалильных горелок, назначенных специально для сильного света в 250 свечей и более, отличается от двух первых тем, что в них резервуар со спиртом расположен выше самой горелки и потому спирт подается в нее без фитилей, под давлением собственного веса; пример — горелка системы Секуляр (фиг. 12). Спиртокалильные горелки представляют большую выгоду сравнительно с газокалильными в отношении их портативности и дают возможность применять калильное О. там, где нет светильного газа. Сравнивая же спиртокалильное О. с О. обыкнов. керосиновыми лампами, можно отметить целый ряд крупных преимуществ его: 1) количество тепла, выделяемое спиртокалильной лампой в 50 свечей за 1 час — около 575 кал., между тем как соответственная керосиновая лампа в тех же условиях дает 1500 кал., т. е. почти в 3 раза больше; 2) количество углекислого газа, образующегося при горении 100 гр. 90 %-ного спирта равняется 163 гр., а на то же количество керосина получается 312 гр. его; если же взять спиртокалильную лампу и керосиновую лампу по 25 свечей, то первая из них за 1 час дает 86 гр. углекислого газа, а вторая — 234 гр., т. е. то же почти в 3 раза больше; 3) уход за спиртокалильными лампами проще и совершенно отсутствует копоть; 4) свет, даваемый спиртокалильными лампами, ближе подходит по характеру к дневному; 5) по стоимости спиртокалильное О. одинаково с керосиновым; так, по расчету на цены, существующие в Германии, 25 свечей в час в керосиновых лампах обходятся около 2 пф., а в спиртокалильных — 1,8 пф. Если принять в расчет стоимость калильных колпачков, то и можно принять, что оба О. по стоимости тождественны. Для того, чтобы судить о современном распространении спиртокалильного О., можно воспользоваться след. данными. Еще в 1899 г. в Кёнигсберге на всех улицах, не имеющих газа, введено спиртокалильное О.; почти одновременно такое же О. введено в Магдебурге, Бреславле, Бауцене, Крейцнахе и др. Баварские железные дороги в 1899 г. расходовали на О. 1/4 миллиона литров спирта (соотв. 2 милл. часов горения), а прусские железные дороги — 1/2 милл. литр. спирта (соотв. 3,5 милл. часов горения). Таким образом, спиртокалильное О. давно уже получило применение в широких размерах и для Германии в частности, в которую ежегодно ввозится на 60 милл. марок керосина, замена этого продукта собственным винным спиртом имеет большое экономическое значение. Рассматривая вообще условия конкуренции этих двух материалов для целей О., небезынтересна след. статистическая справка. Общая, мировая добыча винного спирта за один год (1903 г.) достигает 2,5 милл. тонн; большая часть его идет на приготовление спиртных напитков и на цели О. может остаться самое большее 1/2 милл. тонн. Между тем мировое потребление керосина в год доходит до 12 милл. тонн, из чего не трудно видеть, что, несмотря на все свои преимущества, спиртокалильное О. не может вытеснить совершенно О. керосиновое. Но во всяком случае спиртокалильному О. предстоит большая будущность, а его дальнейшее развитие не может быть остановлено недохватом винного спирта, так как в случае потребности дело винокурения может быть поднято еще в больших размерах. В этом отношении небезынтересны след. расчеты Шоппера. Один гектар картофельного поля в Германии дает около 150 двойных центнеров картофеля, из которого может быть приготовлено самое меньшее 16,5 гектолитров винного спирта; а этого количества спирта совершенно достаточно для двенадцати больших спиртокалильных фонарей, при ежедневном горении их около 3 часов в течение круглого года. Таким образом одного гектара картофельного поля достаточно для О. спиртокалильными горелками села средних размеров в течение всего года. Керосинокалильное О. Обладая высокой теплотворной способностью и будучи сравнительно дешев, керосин является очень ценным горючим материалом для калильного О. Но, применяя его для этой цели, приходится встретиться с двумя серьезными затруднениями; во-первых, керосин кипит довольно высоко (около 150° Ц.) и потому образование паров его идет значительно труднее, чем у спирта, а, кроме того, состоя в главной массе из углеводородов, он требует для достижения полного горения значительно большого притока воздуха и при малейшем нарушении этого условия начинает гореть коптящим пламенем. Первая керосинокалильная лампа была построена Лукасом, но оказалась не особенно удачной; впоследствии появился еще целый ряд горелок этого рода, но все они существовали очень недолго и благодаря своей непрактичности скоро исчезли из употребления. Главный недостаток этих керосинокалильных ламп состоял в том, что вначале они работали прекрасно, а затем без всякой видимой причины начинали коптеть, при чем калильный колпачок покрывался черным налетом и световой эффект лампы сильно падал. Существующие в настоящее время керосинокалильные горелки представляют два типа — с фитилем и с подачей керосина под давлением. Лампы первого рода по своему устройству напоминают обыкн. керосиновые лампы; образцом их может служить керосинокалильная горелка "Сарто" (фиг. 13, 14 и 15). Подача керосина из резервуара в горелку производится посредством тонкого фитиля, который может, как и в обыкн. лампах, передвигаться вверх и вниз. Над верхним срезом фитиля имеется круглая шайба и в этом узком пространстве и должно происходить образование керосиновых паров и газов и их энергичное горение. Необходимый для горения воздух вводится главным образом через внутренний канал, имеющийся в горелке и кроме того через наружный кольцевой канал, идущий вдоль фитиля и открывающийся у наружного края его верхнего среза; таким большим притоком воздуха с двух сторон и достигается совершенно несветящее пламя с очень высокой температурой. Для большого удобства обращения калильный колпачок укрепляется на крючке, соединенном с особой съемной муфтой и вместе с ней и со стеклом может быть снят с горелки без всякой опасности повреждения. Средняя сила света таких горелок — 60 — 70 свечей; при уходе за ними нужно обращать внимание на след. обстоятельства: необходимо употреблять хороший, чистый керосин и подходящий фитиль, чаще осматривать и чистить верхний срез фитиля, регулировать положение фитиля и избегать малейшего образования копоти и, наконец, следить за тем, чтобы горелка во время горения не особенно сильно нагревалась. Нужно заметить, однако, что до сих пор еще керосинокалильные горелки этого типа не отличаются достаточным совершенством и несмотря на самый тщательный уход нередко коптят. Значительно больший успех достигнут в керосинокалильных горелках второго типа, в которых подача керосина производится без фитилей, давлением сжатого воздуха или другого газа; но они имеются только для большой силы света, достигающей 500 —2000 свечей, и потому предназначены для О. улиц или больших помещений. Представителем подобных горелок может служить керосинокалильный фонарь "Керос" (фиг. 16, 17, 18 и 19). Резервуар (фиг. 16) с керосином (предпочтительно русским) находится внутри фонарного столба и сообщается с небольшой бомбой, содержащей жидкую углекислоту, давлением которой керосин подается по трубке в самую горелку. Здесь керосин попадает прежде всего в особый газообразовательный аппарат, верхняя часть которого находится над горелкой, и на счет развиваемой при горении теплоты отчасти испаряется, а отчасти подвергается разложению образованием горючих паров и газов, которые проводятся по особой трубке под колпачок и там, выходя под значительным давлением и смешиваясь с воздухом, энергично сгорают. Для того, чтобы привести эту горелку в действие, открывают кран бомбы с углекислотой и в то же время подогревают газообразовательный аппарат небольшой спиртовой горелкой до начала образования газов, что дальше продолжается уже само собой. Применение для давления углекислоты очень удобно и вместе с тем достаточно экономично, так как небольшой бомбочки с жидкой углекислотой хватает на 4—6 мес. и ее приходится переменять не более 2—3 раз в год. Имеется еще целый ряд подобных керосинокалильных горелок, отличающихся от описанной только тем, что в них резервуар с керосином находится непосредственно при самой горелке и давление производится сжатым воздухом, который нагнетается в особый резервуар до 5— 6 атм. По силе света такие керосинокалильные фонари ничем не уступают электрическим дуговым лампам, но значительно экономичнее их, так как на одно и то же количество света керосинокалильные горелки требуют в 4 раза меньшего расхода, чем электрическое О. Если к этому прибавить, что керосинокалильное О. не требует никаких устройств в роде электрических станций и сети дорогих электрических проводов, то делается понятным, что керосинокалильное О. горелками этого типа является сильным конкурентом электрическому О., будучи совершенно незаменимо в особенности там, где нет газовых заводов, как напр. на удаленных от города фабриках, железнодорожных станциях, в небольших местечках и т. д. Сравнительная экономия различных способов О. Для того, чтобы указать более определенно положение калильного О. в техническом и экономическом отношении среди других источников света, воспользуемся опытными данными Веддинга, собранными в двух след. таблицах и относящимися к двум самостоятельным сериям опытн. исследований.
Имея в виду, что все способы освещения основаны на превращении теплоты в световую энергию, интересно сравнить их в отношении коэффициента полезного действия (см. ниже таблицу), выражая его количеством теплоты, которую действительно удается превратить в свет; но нужно при этом иметь в виду, что эта характеристика различных способов освещения имеет более теоретическое значение и не всегда может быть сравниваема с действительной стоимостью их. Теоретический расход на 1 свечу Гефнера в 1 секунду = 0,04522 калории.
По теории и технике калильного О. имеется обширная литература; из позднейших трудов можно указать: Т. Schopper, "Die Gasglühlicht-Beleuchtung" (1904) и Е. Böhm, "Das Gasglühlicht". В последнем приведена полная библиография вопроса о калильном О. и собраны все патенты. А. Сапожников. |