МАШИНОСТРОЕНИЕ  
 


 

Машиностроение. Металлургия. Горное дело

Машиностроение. Если исходным пунктом промышленного переворота XVIII-XIX вв. явилось введение новых рабочих машин в текстильной промышленности, то теперь исходные, решающие технические сдвиги происходят в сфере машиностроения.

Благоприятные предпосылки для быстрого развития машиностроения создавал непрерывно возраставший спрос основных отраслей производства на различные машины и механизмы. Однако для удовлетворения запросов бурно развивавшихся промышленности, транспорта, сельского хозяйства и военного дела машиностроение должно было измениться качественно и количественно.

К началу XX в. самая большая часть машиностроительных предприятий была сконцентрирована в Англии, Германии, США и Бельгии. Общая стоимость машин, изготовленных в этих странах с 1888 по 1898 г., увеличилась в Англии со 123,2 млн. руб. золотом до 171,6 млн. руб., в Германии с 26,9 млн. руб. до 64,7 млн. руб., в США и Бельгии эти цифры возросли более чем вдвое и составляли в 1898 г. соответственно 56,9 млн. руб. и 24,8 млн. руб. золотом.

Развитие машиностроения в этот период характеризовалось постепенным переходом от индивидуального к мелкосерийному, а несколько позже к серийному, крупносерийному, а затем и массовому производству. Логическим завершением процесса специализации заводов, цехов и участков была специализация самого металлообрабатывающего оборудования. Узкая направленность оборудования способствовала не только повышению его производительности, но создавала предпосылки для массового выпуска продукции с последующей автоматизацией самого технологического процесса. Таким образом, характерной чертой развития машиностроения в последней трети XIX начала XX в. явился переход от универсальных к специализированным металлообрабатывающим станкам. Машинный парк предприятий превратился в систему разнообразных высокопроизводительных машин. Сложнейшее оборудование, приборы, различные изделия и аппараты производились с помощью машин. Основой промышленного производства стало машиностроение.

Наряду со специализацией производства и оборудования шел процесс специализации самого машиностроения. Он выразился в выделении его различных отраслей (металлургическая, транспортная, сельскохозяйственная и др.), в которых наблюдались наиболее зримые результаты перехода предприятий к выпуску массовой продукции.

Станкостроение. Бурное развитие машиностроения было связано, прежде всего, с быстрым ростом станкостроения – основой производства машин машинами. Здесь важную роль сыграли модернизация механического суппорта токарного станка и использование его в усовершенствованном виде на других станках. В 70-90-е гг. XIX в. пальма первенства в выпуске новых типов станков переходит к американским предприятиям, которые освоили производство не только всех основных типов металлорежущих станков: токарных, сверлильных, фрезерных, строгальных и шлифовальных, но и наладили выпуск специализированных типов станков, которые предназначались для выполнения одной или нескольких операций: токарно-о-револьверных, токарно-лобовых, токарно-карусельных, радиально-сверлильных, горизонтально-расточных, продольно-строгальных, продольно- и карусельно- фрезерных, кругло-шлифовальных, зубофрезерных, зубодолбежных, зубострогальных и т. д. Дифференциация типов станков по характеру технологических операций создала необходимые условия для появления автоматизации.

В 1873 г. в США на базе револьверного станка X. Спенсер создал первый токарный автомат. В 70-90-х гг. получают широкое применение полуавтомат для прутковых работ Джонсона, автоматы системы «Кливленд», имевшие устройства для нарезания резьбы, сверления отверстий и фрезерования четырех плоскостей. Появляются первые многошпиндельные станки-автоматы, позволявшие значительно ускорить процесс изготовления и повысить точность обработки деталей. Широкое использование инструментов из быстрорежущей стали и твердых сплавов обеспечило возможность создания быстродействующих станков.

Стандартизированное, массовое, непрерывное производство машин потребовало повышения точности изготовления изделий и механизмов. В 1851 г. английский инженер и предприниматель Джозеф Уитворт (1803-1887) сконструировал первую измерительную машину большой точности, позволившей измерять обрабатываемые детали с точностью до сотых и тысячных долей миллиметра. Ему же принадлежит разработка системы стандартных калибров, допускавших высокую точность подгонки деталей. К 1880-1890 гг. измерительные инструменты Уитворта получили широкое распространение на машиностроительных заводах Европы и Америки. У себя на заводе Уитворт впервые использовал стандартизацию и взаимозаменяемость винтовой резьбы. Это положило начало широкому применению унифицированных деталей, механизмов и машин.

В России массового производства металлорежущих станков не было. В основном станки производились на отдельных заводах для собственных нужд или изготовлялись небольшими партиями по зака­зам. В 1875 г. станочный парк России был на 90% иностранного происхождения. Такое положение сохранилось вплоть до начала первой мировой войны. Даже такие крупнейшие предприятия, как заводы братьев Бромлей и «Феникс», изготовляли станки в объеме 35-40% от общего объема продукции предприятия. Причины недостаточного развития станкостроения в стране крылись в слабой металлургической базе России, отсутствии поощрительных мер по развитию станкостроения, беспошлинном ввозе станков из-за границы, а также дефиците опытных рабочих-станкостроителей. Однако такие крупные заводы, как Невский, Мотовилихинский (Пермь), Нобеля, братьев Бромлей и др., производили станки собственной конструкции: токарные, сверлильные, расточные и строгальные.

В 1874 г. завод Нобеля в Петербурге изготовил фрезерный станок для обработки криволинейных поверхностей и нарезки зубьев колес. В 80-х гг. конструктор С. С. Степанов изготовил оригинальный комбинированный металлорежущий станок, предназначенный для передвижных железнодорожных мастерских. На нем можно было вытачивать, строгать, фрезеровать и сверлить детали. Станки Степанова даже экспортировались в США, Германию и Францию. В конце XIX – начале XX в. на Харьковском паровозостроительном заводе были созданы универсальные радиально-сверлильный и долбежно-сверлильно-фрезерный станки оригинальной конструкции.

Процесс концентрации и централизации производства сопровождался укрупнением промышленных предприятий, в частности машиностроительных, а также ускорением работы применявшейся на них системы машин. Все более возрастал расход энергии, доставляемой теплосиловыми установками заводов, причем увеличение затрат на получение энергии давало все меньший прирост в выработке продукции. Это вызывалось прежде всего растущими потерями энергии при ее передаче от паровых двигателей к рабочим (в данном случае металлообрабатывающим) машинам при наличии механических трансмиссий.

Со второй половины XIX в. конструкторы в разных странах пытались рационализировать и усовершенствовать отдельные узлы механических трансмиссий. Однако в целом потери энергии все равно возрастали по мере увеличения предприятий и парка рабочих машин, особенно после того, как стали переходить к массовому, непрерывному производству. Проблема была решена после перехода к электрическому способу передачи и распределения механической энергии.

Металлургия. Быстро растущая фабрично-заводская система машин предъявляла все увеличивающийся спрос на металлы. Предыдущий период называли «эпохой пара, железа и угля». Новый этап технического развития становится все в большей мере «эпохой электричества, стали и нефти». Система машин в отраслях промышленного производства изготовлялась в основном из стали и отчасти из чугуна. Промышленность повысила спрос также на цветные металлы, играющие особую роль в электротехнике. Вторым ненасытным потребителем черных металлов был железнодорожный транспорт. Третьим, особенно щедрым заказчиком, на которого, в отличие от двух первых, почти не влияли экономические кризисы, была военная промышленность. Отсюда – быстрое развитие металлургии и горного дела на про­тяжении рассматриваемого периода. Металлургическая техника сделала огромные успехи как в области доменного процесса, так и в области переработки чугуна на сталь. Мартеновский процесс был усовершенствован.

Наряду с мартеновским и бессемеровским способами производ­ства стали, в 1878 г. английскими изобретателями С. Дж. Томасом (1850-1885) и П. Джилкристом (1851-1935) был введен новый метод получения литой стали путем передела фосфористых сортов чугуна в конверторе с огнеупорной футеровкой, так называемый томасовский способ. Все это обеспечило быстрый рост производства стали: с 70-х гг. XIX в. по 1900 г. выпуск стали в мире увеличился почти в 17 раз, причем непрерывно обгонял выплавку чугуна. Значительная часть стали получалась не из чугуна, а из металлического скрапа (лома), в огромных количествах накоплявшегося в промышленно развитых странах.

Запросы военной промышленности, машиностроения, инструментального дела заставили производить упорные исследования над свойствами и способами получения высококачественной и легированной: углеродистой, кремнистой, никелевой, марганцевой, хромистой, вольфрамовой и других сталей, а также различных ферросплавов (сплавов железа с другими элементами). В 1898 г. американцами Тейлором и Уайтом была изобретена сталь, сохранявшая режущие свойства при повышенных скоростях резания. Применение резцов из быстрорежущей стали дало возможность увеличить скорость резания в 5 раз. Повышению твердости и износостойкости режущих инструментов способствовало изобретение твердых сплавов, в состав которых входили молибден, хром, вольфрам, кремний, марганец. Необходимость выработки новых сортов высококачественной и легированной стали и ферросплавов – с одной стороны, и успехи электротехники – с другой, привели к созданию электрометаллургии.

В 70-х гг. XIX в. немецкий химик Вернер Сименс (1823-1883) сконструировал дуговую печь, которую можно было использовать для варки стали. Дальнейшее совершенствование дуговых печей (1890) связано с именами Н. Г. Славянова и французского химика А. Муассана (1852-1907). Последний в 1892 г. создал дуговую электропечь, получившую широкое распространение в химической и металлургической технологии. Затем (в конце 90-х гг.) были вве­дены дуговые печи П. Эру (Франция), Э. Стассано (Италия) и других изобретателей. В 1902-1906 гг. появились электропечи другой конструкции – индукционные. В начале XX в. инженер В. П. Ижевский (1863-1926) в мастерских Киевского политехнического института построил неболь­шую электроплавильную печь. Однако широкого распространения она не получила. Промышленное производство электростали в России началось с 1909 г. на Обуховском заводе, где применялись дуговые электропечи П. Эру.

В 1886-1888 гг. Ч. М. Холл (США) и П. Эру разработали электролитический способ получения алюминия, что явилось предпосылкой все более широкого использования этого металла. В заявках изобретателей на получение патентов не содержалось точного описания этого способа. Поэтому поиски способов получения алюминия продолжались. В 1892 г. канадец Вильсон, обойдя все патенты, пытался разработать неэлектролитический процесс, используя кальций вместо натрия. Сплавляя в электрической печи известняк и уголь, Вильсон открыл карбид кальция, который при взаимодействии с водой образует ацетилен. Это открытие имело огромное значение. В 1883 г. электролиз расплавленной среды был применен и для получения магния. Значительно усовершенствовались и способы производства меди.

Русский инженер Н. А. Иосса (1845-1916) в начале 80-х гг. предложил применять обработку медных слитков в бессемеровском конвертере. Работы по получению меди из штейнов в конвертерах продолжил А. А. Ауэрбах, предложивший помещать фурмы сбоку конвертера.

Еще в предыдущий период, в 1826 г. П. Г. Соболевский (1782-1841) и В. В. Любарский (1795-1854) разработали метод прессования и спекания платинового порошка. Это было рождением порошковой металлургии. Новое развитие она получила в конце XIX – начале XX в., когда был разработан способ изготовления нитей накала из металлического порошка вольфрама для осветительных ламп. Этот способ широко применяется во всем мире и сейчас. В 1909 г. была высказана мысль о возможности применения пористых металлокерамических материалов и изделий, однако в промышленности использование фильтров и пористых подшипников началось лишь в конце 20-х гг. нашего века.

Развитие литейного производства в 1870-1917 гг. стимулировалось увеличением выплавки чугуна и стали и массовым производством изделий машиностроения. С увеличением потребности в литье расширилось применение шахтных чугунолитейных печей с дутьем – вагранок, что позволяло обеспечить непрерывный, в течение нескольких дней, процесс производства чугуна.

Развитие машиностроения, все увеличивающаяся потребность в массовом производстве однотипных изделий повлекли изменения в технологии формовки. Взамен медленной формовки, при которой глиняная неразборная модель или форма готовилась на каждую отливку, стали применять быструю формовку с помощью разъемных опок и моделей. Этот способ оказался более производительным, хотя и осуществлялся вручную. В конце XIX – начале XX в. на смену ручной формовке пришли формовочные машины (прессы, пескоструйные приборы и т. д.), позволившие не только механизировать литейные цеха, но и создавать механизированные литейные заводы (Вестингауза в США и др.). По объему литейного производства главенствующее положение занимали США, Германия и Англия. Россия находилась на четвертом месте в мире.

В целом техника литейного производства России значительно отставала от западной. Оборудование было примитивным и маломощным. Имевшиеся механизмы работали от паровой машины, а пе­ревозка изделий производилась вручную. Вместе с тем в России имелись отдельные литейные цехи по производству крупносерийных и массовых партий изделий. К ним относились литейные цехи Люберецкого завода сельскохозяйственного машиностроения и Подольского завода швейных машин («Зингер»). На этих предприятиях организация технологического процесса не уступала западноевропейским и американским заводам. На литейных заводах и в цехах трудились высококвалифицированные рабочие и мастера. Русские ученые-литейщики внесли большой вклад в развитие мирового литейного производства. Формовщик Путиловского завода Н. В. Мельников в 1899 г. впервые отлил стальной прокатный валок весом около 30 т. В 1900 г. на Всемирной выставке в Париже получил высокую награду ажурный литой чугунный павильон производства Каслинского завода художественного литья.

Развитие транспорта, различных отраслей машиностроения, военного дела стимулировало рост кузнечного производства, совершенствование и развитие кузнечной техники. В этот период основное место среди орудий кузнечного производства стали занимать паровые молоты и гидравлические прессы.

Заготовки для изготовления поковок нагревались в специальных горнах. Долгое время применялся каменный горн с боковым дутьем. В конце XIX в. появились чугунные горны с нижним дутьем усовершенствованного типа, позволявшие регулировать силу огня в зависимости от размеров заготовок. Это имело большое значение при крупносерийном и массовом производстве. Нагретые в горнах заготовки поступали в кузницу. Самыми распространенными ковочными инструментами в это время были паровые молоты. Различные системы паровых молотов (Несмита, Моррисона, Конди и др.) отличались друг от друга системами парораспределения, станиной, устройством парового цилиндра и т. д. Наибольшее распространение получил паровой молот Дж. Несмита, сконструированный еще в 1839 г. и впоследствии усовершенствованный.

На Мотовилихинском (Пермском), Обуховском заводах и на заводе Круппа в Вестфалии в 1870-1873 гг. были сооружены 50-тонные паровые молоты. Особенно замечателен был Мотовилихинский молот, построенный по проекту талантливого русского инженера Н. В. Воронцова (1833-1893). В 1873 г. был отлит шабот этого молота весом 65 т. Большая действующая модель молота демонстрировалась в том же году на Венской всемирной выставке. По тем временам этот молот был совершенной, высокомеханизированной конструкцией, сочетавшей в себе огромную мощь с простотой в управлении и эксплуатации. Позднее в Западной Европе сооружались на некоторых заводах и более мощные паровые молоты, а в 1891 г. в США был установлен даже молот весом 125 т. Однако работа огромных тяжелых молотов вызывала сотрясение зданий, требовала больших фундаментов, громоздких шаботов, вызывала деформацию заготовок, затрудняла использование контрольно-измерительных приборов, усложняла механизацию вспомогательных работ.

С 1885-1886 гг. стали устанавливать гидравлические прессы. Преимущества прессов состояли в простоте действия, независимости давления от толщины поковки, точности обжатия, возможности изготовления изделий из чугуна. Недостаток в работе прессов заключался в их тихоходности. Поэтому использовать их для изготовления мелких и средних поковок было нерентабельно. Гидравлические прессы применялись в основном для ковки крупных слитков. Для изготовления мелких и средних поковок использовались паровые молоты.

Для изготовления более точных изделий в крупносерийном и массовом производстве стала применяться штамповка. Штампы, состоявшие из двух частей: матрицы и пуансона, изготовлялись на сверлильных, токарных, фрезерных и расточных станках. Производительность штамповки была в 8-10 раз выше ковки.

Рост спроса на продукцию кузнечного производства привел к появлению специализированных кузнечных цехов. Машиностроительные заводы имели один или несколько кузнечных цехов, которые обеспечивали заготовками основное производство.

Производство проката. После освоения бессемеровского процесса выплавки стали, позволившего получать слитки весом в тонну и более, в технологии прокатного производства произошли значительные сдвиги. На металлургических заводах появились более производительные прокатные станы трио (трехвалковые прокатные станы) с усовершенствованными подъемными столами для подачи слитка из нижней на верхнюю пару валков. Использовались также двухвалковые (дуо) и четырехвалковые прокатные станы (последние применялись для изготовления мелкого сортового железа и проволоки). Все прокатные станы приводились в действие паровыми машинами.

С 70-х гг. XIX в. в связи с бурным развитием железнодорожного транспорта возрос спрос на стальные рельсы. В России первый сталерельсовый завод был построен Н. И. Путиловым в 1874 г.

К концу XIX в. был налажен выпуск труб и листового железа . Совершенствовалась и технология прокатки броневого листа. Большой известностью пользовался бронепрокатный стан завода Крупна в Эссене, на котором можно было катать плиту свыше 8 м в длину и 3 м в ширину. В России броня изготовлялась на Обуховском и Колпинском заводах.

В конце XIX – начале XX в. прокатные станы, приводимые в действие паровыми машинами, были электрифицированы. В 1897 г в Западной Европе впервые был применен электродвигатель на прокатном стане. К этому времени относится строительство первых блюмингов – прокатных станов для обжатия стальных слитков квадратного сечения и начало использования непрерывных прокатных станов .

До 80-х гг. XIX в. господствующим способом соединения металлов была кузнечная или горновая сварка. Она заключалась в нагреве изделий в горне и проковке их в месте соединения. Однако примитивные способы соединения металлов уже не удовлетворяли возросшим потребностям крупного машинного производства и развивающегося транспорта. Необходимо было найти эффективные способы соединения металлов, позволявшие быстро и дешево не только производить новые машины, но и ремонтировать вышедшие из строя. Такой способ соединения и резки металлов предложил выдающийся русский изобретатель Н. Н. Бенардос (1842-1905). В 1882 г. он разработал и практически применил для сварки метал­лов электрическую дугу, которая возбуждалась между угольным электродом и изделием. Бенардос разработал технологию электродуговой сварки встык, внахлест, заклепками и контактную точечную сварку. Такой способ сварки он назвал «электрогефест» (в честь Гефеста – древнегреческого бога огня и кузнечного дела). В 1898 г. инженер Н. Г. Славянов (1854-1897) усовершенствовал способ дуговой электросварки Бенардоса. Вместо угольного электрода он применил способ горячей сварки металлическим электродом. С именем Н. Г. Славянова связано изобретение и широкое использование первых в мире электросварочных автоматов, которые нашли широкое признание не только в России, но и далеко за ее пределами.

Использование дуговой электросварки значительно повысило производительность труда, уменьшило вес изделий, позволило ремонтировать такие детали машин, которые ранее не поддавались ремонту. Существенное достоинство этого способа состояло в возможности вести ремонтные работы без разборки машин. Дуговая электросварка обеспечивала герметичность получаемого шва, необходимого при строительстве кораблей, паровых котлов, трубопроводов и т. д. Однако способы дуговой электросварки имели и свои недостатки, состоявшие, главным образом, в низкой прочности сварных швов.

В начале XX в. французские ученые и инженеры разработали способ ацетилено-кислородной сварки. Газовая сварка в то время обеспечивала получение сварных швов более высокой прочности, чем электродуговая. Портативность и невысокая стоимость сварочной аппаратуры обеспечили этому способу широкое распространение.

В конце XIX в. для сварки стыков рельсов, концов электрических проводов стала применяться термитная сварка. В термитной сварке для нагрева использовались порошкообразные горючие смеси алюминия или магния с железной окалиной термита.

Горная техника рассматриваемого периода характеризовалась переходом от ручного способа добычи полезных ископаемых к машинной с использованием паровой, а затем электрической энергии. В конце XIX – начале XX в. были также подготовлены условия перехода к широкой добыче нефти.

Развитие тяжелой промышленности и прежде всего металлургии предъявляло к горному делу все растущие требования. Резко увеличилась добыча твердых полезных ископаемых – каменного угля и руд. Мировая добыча каменного угля повысилась с 213 млн. т в 1870 г. до 1342 млн. т в 1913 г. В начале 80-х гг. в Великобритании было добыто 147 млн. т угля, в США – 70 млн. т, в Германии – 59 млн. т.

Резко увеличивалась и добыча руд. Если в 1870 г. было получено 30 млн. т, то в 1913 г. – около 177 млн. т.

В 70-х гг. XIX в. выемка полезных ископаемых производилась по-прежнему вручную. Начиная с 1863 г., когда бурильная машина (перфоратор) была впервые применена на рудниках, было изобретено множество перфораторов самой разнообразной конструкции (ударные, вращательные). Дальнейшее совершенствование бурильных машин шло в направлении снабжения их гидравлическими и пневматическими приводами. В последнем случае сжатый воздух от компрессора подводился по трубам к забою и по шлангу подавался в отбойный инструмент.

Параллельно с созданием и совершенствованием бурильных машин с гидро- и пневмопроводами в конце 70-х гг. начали появ­ляться бурильные машины с электроприводом. В 70-80-е гг. создаются первые проходческие машины .

В 1897 г. Георг Лейнер разработал портативный молотковый перфоратор (отбойный молоток), который стал широко применяться в рудниках и шахтах многих стран мира.

К концу XIX – началу XX в. относятся и первые проекты горнопроходческих комбайнов. В 1893 г. изобретатель А. К. Калери в России разработал проект машины под названием «Землерой». Она служила для проходки тоннелей диаметром 25 м и добычи каменного угля и руды. В 1907-1908 гг. мещанин из г. Усть-Ижора Ф. А. Поляков-Ковтунов получил шесть патентов, в том числе на проходческую машину для земляных работ, «землестрогальную» машину, и на элеватор-транспортер. Однако ни горнопромышленники, ни Горный департамент не оказали необходимой материальной помощи изобретателям. Проекты А. К. Калери и Ф. А. Полякова-Ковтунова не были реализованы.

В 1913 г. по проекту американского инженера И. С. Моргана стали выпускаться горнопроходческие комбайны «Морган-Джефри», однако практически они оказались малопригодными и были сняты с производства.

В продолжение почти двух столетий с начала применения взрывчатых веществ в рудниках черный порох был единственным взрывчатым веществом, находившим себе применение в рудничной технике. В 1862 г. шведский ученый и инженер А. Б. Нобель предложил в качестве взрывчатого вещества нитроглицерин . Взрывчатая си­ла нитроглицерина в 13 раз превышала порох. Однако использование жидкого нитроглицерина оказалось опасным. Проблема создания относительно безопасного и удобного в обращении взрывчатого вещества волновала многих ученых. В 1863 г. A. Нобель на основе работ русских ученых Н. Н. Зинина и B. Ф. Петрушевского создал динамит, представляющий собой порошок пористой инфузорной земли, пропитанный нитроглицерином. Динамит был запатентован Нобелем в Англии в 1867 г. В том же году он изобрел гремучертутный капсюль-детонатор, позволивший в значительной степени повысить эффективность взрывных работ.

В 1890 г. на основе исследований Д. И. Менделеева была изобретена взрывчатая желатина, ставшая основным компонентом при производстве желатиновых динамитов.

Использование в горном деле новых видов оборудования и применение взрывчатых веществ, резко повышавших производительность выемки полезных ископаемых, со всей остротой поставило вопрос о создании специальных высокоэффективных приспособлений для механической транспортировки полезных ископаемых и породы. Наряду с ленточными конвейерами (транспортерами) в начале XX в. в горном деле стали использоваться пневматические скребковые транспортеры, а позже скребковые транспортеры с электродвигателем. На рудниках Германии, Англии и других стран получили распространение качающиеся конвейеры.

Вплотную к вопросу механизации транспортировки стояли во­просы механизации рудничного подъема. В предшествующий период основным средством подъема в неглубоких шахтах были ручные вороты, а в глубоких – конные вороты. Дальнейшее совершенствование подъемных механизмов заклю­чалось в замене конного ворота на паровые подъемные машины. В 60-70-х гг. XIX в. эти машины стали применяться повсеместно. Первая паровая подъемная машина в России была установлена в 1860 г. и обеспечивала подъем 30 т угля в сутки. Паровые подъемные машины позволили увеличить производительность шахтного подъема (доставки) до 300 т в сутки, что во много раз превышало производительность конного ворота. С 90-х гг. в горной промышленности стали работать электри­ческие подъемные машины. Первая такая машина была применена в 1891 г. в Германии. В России электрические подъемные машины стали эксплуатироваться с конца XIX в. К 1915 г. в Криворожском бассейне работал уже 61 электрический подъем.

Эксплуатация горных выработок, особенно глубокого залега­ния, издавна была связана с опасностью выделения рудничного газа (метана) и угольной пыли, подверженных возгоранию и взрывам. Множество катастроф на шахтах заставило предпринимателей обратить внимание на необходимость обеспечения безопасности рабочих, в частности на более эффективное проветривание шахт. Первый механический центробежный вентилятор изобрел инженер А. А. Саблуков (1783-1857) в 1832 г. Однако массовое производство этих вентиляторов в России не было налажено. Дальнейшее совершенствование вентиляции связано с использованием привода от паровой машины. Самыми распространенными в конце XIX – начале XX в. были вентиляторы системы Гибаля. Основной их недостаток – большие габариты (от 5 до 12 м в диаметре).

В 90-х гг. XIX в. наряду с паровыми стали использоваться более дешевые и менее прихотливые в эксплуатации электриче­ские вентиляторы конструкции Сера, Рато, Женет-Гершера и др.

До начала XX в. для откачки воды из шахт применялись поршневые насосы. Двигателями для них служили вначале паровые машины. Использовались также пневматические и гидравлические поршневые насосы. В последнем десятилетии XIX в. поршневые насосы стали приводиться в движение электромоторами.

В 1898 г. французский академик О. Рато изобрел первый многоколесный центробежный насос, который начал вытеснять поршневые насосы. Работавшие от электрического двигателя центробежные насосы были более мощными и производительными. Центробежный насос Рато обеспечивал подачу 250 куб. м воды на высоту свыше 500 м.

В 70-х гг. XIX в. для освещения шахт повсеместно применялись свечи и лампы, заправленные керосином, маслом или салом (лампы «Бог помощь», «Петушок»). С 80-гг. для постоянного освещения стали применять электричество. В 1880 г . французский изобретатель Г. Труве продемонстрировал переносную электрическую лампу, действовавшую с помощью гальванических батарей или аккумуляторов. Однако эти лампы не получили широкого распространения из-за своей дороговизны и большого веса источников питания. В 1896 г. в Америке была разработана головная электрическая лампа, действовавшая от портативной электробатареи Т. Эдисона. Эти лампы стали широко применяться во всем мире.

До 70-х гг. XIX в. потребление нефти было незначительным, поэтому мировая добыча этого полезного ископаемого увеличивалась медленно. В 1870 г. мировая добыча нефти составила 700 тыс. т. Широкое применение паровых машин, двигателей внутреннего сгорания, строительство тепловых электростанций неизмеримо повысило потребление нефти и нефтепродуктов К 1901 г. мировая добыча нефти достигла 22,5 млн. т, а к 1913 г возросла до 52,3 млн. т в год. Увеличение спроса на нефть и нефтепродукты вызвало к жизни новую технику нефтедобычи. Колодезный способ добычи уже не удовлетворял. Нужен был новый способ. Им стало бурение скважин, разработанное еще в предшествующий период.

Важнейшую задачу механизации буровых работ успешно решил в России горный инженер Г. Д. Романовский. В 1859 г. он впервые применил паровую машину в бурении, которая к концу 70-х гг. получила широкое распространение. С наибольшим эффектом паровая машина стала применяться для роторного бурения. В 1889 г. в США Чепмен создал первую такую установку. Наряду с роторными установками, в которых вращалась вся колонка труб, начались разработки забойных двигателей, помещавшихся непосредственно у долота.

В 1878 г. Альфред Бранли в Бельгии и в 1883 г. Джордж Вестингауз в США попытались создать такой двигатель. Однако их изобретения не имели успеха. Эту проблему удалось решить в России инженерам К. Г. Симченко и П. В. Валицкому. В 1890 и в 1898 гг. они создали забойные двигатели – турбобуры.

К концу 70-х гг. XIX в. относятся и первые попытки создания электробуров. В 1879 г. Вернер Сименс попытался применить электрический ток для приведения в действие бурильной машины. В 1885 г. Дж. Вестингауз повторил эту попытку. В 1891 г. голландец Ван-Депель и американец Марвин сконструировали электрические перфораторы. Патент на изобретение первого электрического бура принадлежит русскому инженеру В. Н. Делову, который в 1899 г. создал такой станок. В 1912 г. румынский инженер Кантили применил электробур собственной конструкции для бурения скважин.

К концу XIX в. относятся первые попытки добычи нефти со дна моря. В 1897 г . в США (Калифорния) было начато бурение неглубоких подводных скважин. В 1896 г. горный инженер Згленицкий, а в 1898 г. Лебедев предложили способ бурения на море с буровых вышек на сваях.

Наряду с совершенствованием бурения скважин развивались и способы подъема нефти. В предшествующий период использовали желонку (узкий металлический сосуд длиной до б м). Желонка спускалась в скважину, наполнялась нефтью и вручную или с по­мощью конной тяги поднималась на поверхность. Это был малопроизводительный, тяжелый и пожароопасный способ извлечения нефти. В 1865 г. инженер Иваницкий предложил применять глубинный поршневой насос, который приводился в движение вручную, конной тягой или паровой машиной.

В 70-х гг. XIX в. выдающийся русский изобретатель В. Г. Шухов (1853-1939) предложил использовать сжатый воздух для подъема нефти (эрлифт). Однако нежелание предпринимателей вводить усовершенствования в нефтяную промышленность тормозило внедрение этого изобретения. В 1886 г. предложение В. Г. Шухова поддержал Д. И. Менделеев. В 1897 г. изобретение В. Г. Шухова наконец было испытано в Баку. В 1914 г. М. М. Тихвинский изобрел газлифт – способ извлечения нефти из скважин при помощи сжатого газа.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
   
© МФ "ПЛАНЕТА ЛЮДЕЙ" e-mail: planet-of-people@yandex.ru
e-mail: mail@planet-of-people.org

с 17.03.2017
Редакция сайта
Дизайн