«Газовые горелки: старые и новые»

Однако недавно тем же производителем был выпущен новый тип регулятора для применения к горелкам, конструкция которого сильно отличается от конструкции вышеупомянутого прибора; и, поскольку он несколько проще в деталях и при этом кажется более дешевым в изготовлении, он, по-видимому, призван заменить прежний прибор. В этом новом регуляторе вместо кожаной диафрагмы имеется колокол (или поплавок) из стеатита, который может свободно перемещаться, подобно поршню, внутри внутренней цилиндрической камеры, содержащейся во внешнем корпусе прибора. К центру поплавка, на его верхней поверхности, прикреплена трубка, скользящая внутри другой трубки несколько большей площади; последняя образует продолжение внутренней цилиндрической камеры. Меньшая трубка открыта с обоих концов и, таким образом, обеспечивает сообщение снизу вверх поплавка; внешняя трубка закрыта сверху, но имеет отверстие в боковой стенке. Действие прибора заключается в следующем: газ, поступающий под поплавок, проходит через внутреннюю трубку в верхнюю часть цилиндрической камеры и оттуда через отверстие во внешней трубке к горелке. Поскольку давление входящего газа превышает давление, необходимое для преодоления веса поплавка, последний поднимается; трубка, прикрепленная к нему, продвигается дальше во внешнюю трубку, в которой она скользит, и при этом частично закрывает отверстие в боковой стенке последней. Таким образом, в зависимости от давления газа, действующего на нижнюю сторону поплавка, площадь отверстия, через которое он должен пройти, чтобы попасть к горелке, уменьшается; и, таким образом, количество газа, выходящего из горелки, остается неизменным при всех давлениях выше того, которое требуется для приведения поплавка в действие. Прибор кажется таким же надежным, как и простым, и содержит мало деталей, способных выйти из строя; но, конечно, сохранит ли он свои хорошие качества после длительного использования, может доказать только опыт.

Рис. 17. Стеатитовый поплавковый регулятор Сагга.

Игольчатый регулятор-горелка Пиблса. Еще один прибор этого класса — последний, который я отмечу, — это игольчатый регулятор-горелка Пиблса. По простоте в сочетании с замечательной эффективностью он, несомненно, опережает всех своих конкурентов. Несколько схожий по принципу с реометром Жиру, он отличается от этого прибора многими деталями конструкции; и, обходясь без использования жидкости, сохраняет равную эффективность в работе. Он был описан следующим образом д-ром У. Уоллесом в лекции на тему «Газовое освещение», прочитанной в Обществе искусств в январе 1879 года: «В небольшом цилиндре стоит так называемая игла, на острие которой покоится фланцевый конус из чрезвычайно тонкого металла. С одной стороны цилиндра есть небольшая трубка, отводящая газ, отверстие которой по площади зависит от действия конуса. Прибор с помощью винта, ведущего в боковую трубку, может быть настроен на подачу любого желаемого количества кубических футов, что он и делает с удивительной точностью, при условии, что давление газа составляет не менее 6/10 дюйма». Что касается эффективности прибора, д-р Уоллес далее заявил: «В проведенных мною испытаниях я не обнаружил, чтобы изменения объема при различных давлениях превышали 1 процент». Для ситуаций, где эта крайняя точность работы не является абсолютно необходимой или где скорость потребления должна быть неизменной, прибор изготавливается в несколько модифицированной и более простой форме. Небольшая трубка на боковой стороне прибора отсутствует, и газ пропускается через отверстия в нижней части конуса. С этим изменением конструкция становится ближе к конструкции реометра; но, как и в том приборе, здесь нет возможности изменять скорость потребления в соответствии с различными обстоятельствами.

Рис. 18. Игольчатый регулятор Пиблса.

ГЛАВА V.

Как было отмечено во введении к этому трактату, последние годы ознаменовались весьма значительным прогрессом в конструкции газовых горелок и в количестве света, который можно получить из каждого кубического фута потребленного газа. Несомненно, наиболее заметной чертой этого прогресса является успешное применение регенеративной, или, как было бы более уместно назвать, рекуперативной системы. Кратко говоря, она заключается в использовании тепла продуктов сгорания газового пламени (которое в противном случае рассеивалось бы в атмосфере) для повышения температуры газа перед его воспламенением; а также воздуха, необходимого для горения. Температура пламени светильного газа обычно оценивается в пределах от 2000° до 2400° по Фаренгейту; и поскольку продукты сгорания должны покидать пламя при температуре, немногим, если вообще, уступающей первой цифре, должно быть очевидно, что существует значительный запас тепла для использования в этом направлении. Значительная часть того большого количества тепла, переносимого продуктами сгорания, которое при обычных обстоятельствах передается окружающей атмосфере — часто повышая ее температуру до ненужной и вредной степени, — этим методом возвращается к пламени; интенсифицируя процесс горения и в значительной степени увеличивая осветительную способность, развиваемую из потребленного газа. Таким образом, конечный эффект операции заключается в создании концентрации тепла в пламени и преобразовании избыточного тепла в полезный свет. В сравнительно недавний период полезность этого процесса сильно оспаривалась; и многие люди упорно утверждали, что, поскольку непосредственным эффектом воспламенения является достижение температуры более 2000° по Фаренгейту, нагрев газа и воздуха до их сгорания может оказать лишь незначительное или вообще никакого полезного влияния на осветительную способность пламени. Однако ложность этого взгляда на дело убедительно доказывается практическими экспериментами; удивительно высокие результаты, даваемые горелками, построенными по регенеративной системе, в достаточной мере подтверждают правильность принципов, на которых они основаны.

Хотя, как правило, нагреваются как подача газа, так и подача воздуха, именно благодаря последнему достигается отмеченный полезный эффект; и это по двум причинам. Во-первых, потому что количество воздуха намного больше газа, который он должен сжечь; будучи при самом близком приближении к теоретическому совершенству в шесть раз больше его объема. Во-вторых, потому что четыре пятых объема воздуха состоит из инертного азота, который не вносит никакого вклада в тепло пламени, но при применении в своем обычном холодном состоянии отнимает у него немалую долю тепла. Тем не менее, нагрев самого газа также имеет весьма ощутимое влияние. В обычном газовом пламени всегда есть область отсутствия свечения вокруг головки горелки, простирающаяся на переменное расстояние от нее. Это вызвано частично теплопроводностью от пламени через горелку; но в большей степени охлаждающим действием выходящего потока холодного газа, что видно по тому, что он простирается дальше от горелки пропорционально давлению или скорости, с которой выходит газ. Вредный эффект, обусловленный первым, в значительной степени устраняется путем изготовления горелки из стеатита или другого непроводящего материала. Чтобы исправить последнее, ничто не поможет, кроме нагрева подаваемого газа.

Эффекты нагрева газа и воздуха. Эффект нагрева газа заключается в увеличении площади светящейся части пламени и, в меньшей степени, в повышении интенсивности накала, до которого доводятся частицы углерода. Когда газ выходит из горелки при температуре, немногим уступающей температуре воспламенения, содержащиеся в нем углеводороды немедленно разлагаются; освобожденные частицы углерода нагреваются до температуры накала; и светящаяся область пламени расширяется вниз, вплоть до поверхности горелки. Нагрев воздуха действует главным образом на создание и поддержание более высокой температуры пламени; и таким образом способствует развитию более высокой осветительной способности при той же площади пламени. В случае обычных газовых пламен холодная атмосфера, которой они окружены, отнимая тепло у пламени, препятствует достижению наиболее благоприятных условий для развития света. Однако, когда воздух, непосредственно окружающий пламя, был предварительно нагрет, частицы углерода (накаливание которых обеспечивает желаемую осветительную способность) достигают гораздо более высокой температуры; и, следовательно, излучают больше света.

Но есть еще одно направление, в котором предварительный нагрев подаваемого воздуха способствует развитию улучшенной осветительной способности. Будучи нагретым, его плотность снижается; так что в любом заданном объеме воздуха содержится меньше веса кислорода, чем в холодном состоянии. Следствием этого является то, что, поскольку к данной площади поверхности пламени подается меньше кислорода, отделенные частицы углерода остаются в состоянии накала в течение более длительного периода времени, прежде чем будут полностью сожжены. Таким образом, нагрев газа и воздуха перед сгоранием дает три различных результата: во-первых, частицы углерода высвобождаются раньше в пламени; во-вторых, они нагреваются до более высокой температуры; и, в-третьих, они дольше остаются в состоянии накала. Совокупный эффект всех трех заключается в улучшенной осветительной способности, развиваемой из потребленного газа.

Рис. 19. Регенеративная газовая горелка Боудича.

Еще в 1854 году принцип нагрева подаваемого воздуха к горелке Арганда с помощью отработанного тепла пламени был частично применен с некоторым успехом преподобным У. Р. Боудичем, магистром искусств из Уэйкфилда. Горелка г-на Боудича, которая показана на прилагаемой схеме, содержала, помимо обычного цилиндра, внешний стеклянный цилиндр, который простирался на некоторое расстояние ниже внутреннего и был закрыт снизу; так что весь воздух, необходимый для поддержания горения газа, должен был проходить вниз по кольцевому пространству между цилиндрами и при прохождении становился интенсивно нагретым при контакте с горячей поверхностью внутреннего цилиндра, а также за счет излучения от самого пламени. Эта горелка содержала много дефектов. Среди прочих, внутренний цилиндр не мог долго выдерживать интенсивный нагрев, которому он подвергался, и, как следствие, его приходилось часто заменять; нагрев воздуха осуществлялся не только продуктами сгорания, но, возможно, в большей степени за счет отвода тепла от самого пламени; в то время как в лучшем случае этот нагрев был лишь частичным. Тем не менее, несмотря на эти дефекты, горелка очень ясно показала полезные результаты, сопровождающие даже частичное применение этого принципа; так как в осветительной способности, которую она развивала из потребленного газа, был получен чистый прирост в 67 процентов по сравнению с обычной горелкой Арганда. Хотя недостатки, связанные с конструкцией горелки г-на Боудича, препятствовали ее широкому или даже значительному распространению, ее простота снискала ей славу того, что ее свободно копировали так называемые изобретатели более позднего времени.

Честь создания горелки, которая, применяя принцип регенеративного нагрева наиболее научным и полным образом, была бы также адаптирована к обычным условиям газового освещения, выпала на долю г-на Фридриха Сименса из Дрездена. После многочисленных экспериментов по этому вопросу в 1879 году этим джентльменом была изобретена горелка, воплощающая основные черты регенеративной системы; и столь значительным был прогресс, который ее показатели продемонстрировали по сравнению со всем, что было достигнуто ранее, столь широкой была перспектива дальнейших достижений, которая открылась, что можно справедливо сказать, что она ознаменовала новую эру в газовом освещении. В этой горелке продукты сгорания заставляли отдавать значительную часть своего тепла газу и воздуху, когда последние проходили к точке воспламенения; при этом само пламя не призывалось вносить какой-либо вклад в этот результат. Хотя, как это было естественно, первые попытки создания такой горелки были очень грубыми и лишь частично успешными в своих результатах, изобретатель упорствовал в своих попытках воплотить свои идеи в практическую и полностью удовлетворительную форму. Только после того, как она прошла через множество модификаций, горелка приобрела ту своеобразную форму, которая теперь отличает ее, и достигла своей нынешней стадии совершенства. Прежде чем приступить к описанию примера горелки в ее нынешнем виде, необходимо заявить, что принципы, воплощенные в изобретении г-на Сименса, одинаково хорошо адаптированы — и, действительно, с равным успехом применяются — к конструкции горелок с плоским пламенем и горелок Арганда; но поскольку отличительные черты изобретения общи для обоих классов горелок, будет вполне достаточно подробно описать одну из последних типов.

Характерной особенностью внешнего вида горелки Сименса, как видно из прилагаемой иллюстрации, является большая металлическая дымовая труба, предназначенная для создания тяги, отводящей продукты горения. Вход в эту трубу расположен немного выше вершины пламени; однако имеется ответвление дымохода, соединяющее основную трубу с внутренней частью горелки. Корпус горелки выполнен из металла, а его внутренняя часть разделена на три концентрические камеры. Самая внутренняя из них открыта сверху и увенчана фарфоровым цилиндром, который при зажигании газа оказывается окруженным пламенем. Эта камера закрыта снизу, но сообщается сбоку с вышеупомянутой ответвительной трубкой, или дымоходом, ведущим к основной дымовой трубе. Промежуточная камера сообщается в своей нижней части с подачей газа и заканчивается, на небольшом расстоянии от верха горелки, рядом небольших металлических трубок, которые подводят газ к точке воспламенения. Внешняя камера открыта как сверху, так и снизу и предназначена для подачи воздуха, поддерживающего горение газа. Для повышения интенсивности горения на вершине последней камеры имеется зубчатый дефлектор, а на нижней части фарфорового цилиндра — еще один, которые заставляют воздух более непосредственно воздействовать на обе стороны пламени. Существует также приспособление для подачи воздуха между внешней оболочкой воздушной камеры и стеклянной дымовой трубой, окружающей пламя; его цель — поддерживать трубу в охлажденном состоянии.

Вид сбоку. — Увеличенное сечение камер сгорания. Рис. 20. — Регенеративная газовая горелка Сименса.

Принцип действия горелки Сименса. Действие горелки заключается в следующем: когда газ воспламеняется у кольца трубок, нагретый воздух и продукты горения, поднимающиеся от пламени, создают тягу в основной дымовой трубе. Благодаря сообщению, установленному посредством бокового дымохода, во внутренней камере горелки и внутри фарфорового цилиндра, который ее венчает, создается частичный вакуум, или область низкого давления. Поскольку пламя заканчивается близко к устью последнего, большая часть продуктов горения вместо того, чтобы уходить в основную дымовую трубу, засасывается в фарфоровый цилиндр; таким образом, через внутреннюю часть горелки и по боковому дымоходу к основной трубе устанавливается поток. Тепло, уносимое продуктами горения, передается через стенки камер поступающим газу и воздуху; благодаря этому последние нагреваются до очень высокой температуры, прежде чем выйти из горелки и сгореть. Следствием этого является поддержание гораздо более высокой интенсивности горения; частицы углерода отделяются в пламени раньше и нагреваются до более высокой температуры; конечным эффектом является более высокий выход осветительной способности на кубический фут потребленного газа. Независимые испытания, проведенные различными опытными фотометристами, убедительно показали, что на каждый кубический фут газа получается свет, эквивалентный свету от 5 до 6 свечей, тогда как стандартная горелка Арганда «Лондон» дает свет только от 3 до 3½ свечей.

Хотя преимущества горелки Сименса многочисленны и очевидны, она не лишена недостатков. Они отчасти возникают по причинам, связанным с самим соблюдением условий, необходимых для обеспечения эффективности горелки. С каждым шагом вперед в повышении эффективности работы газовых горелок требуется все больше заботы и внимания при их использовании, чтобы получить те преимущества, которые они призваны обеспечить. Действительно, может показаться, что чем ближе конструкция горелки к совершенству, тем значительнее должны быть препятствия для ее широкого внедрения. Так, в рассматриваемой горелке, если подача газа становится избыточной, хвост пламени попадает в фарфоровый цилиндр, и внутри горелки оседает сажа, засоряя проходы и ухудшая работу горелки. Затем, чтобы горелка давала наилучшие результаты, необходимо, чтобы подача воздуха была точно отрегулирована в соответствии с количеством потребляемого газа. С этой целью вход в воздушную камеру в нижней части горелки закрыт перфорированной полукруглой чашкой, поворачивая которую можно увеличивать или уменьшать количество воздуха, поступающего в горелку, по мере необходимости. Более того, громоздкая конструкция горелки с ее дополнением в виде дымовой трубы и дымохода, а также сложным расположением трубок и камер придает ей несколько неуклюжий и неэстетичный вид, что может ослабить то благоприятное впечатление, которое она производит благодаря своим замечательным характеристикам. Но эти недостатки с лихвой перевешиваются несомненными преимуществами, обеспечиваемыми горелкой — улучшенным освещением в сочетании с экономичностью горения и удобствами, которые она предоставляет для обеспечения идеальной вентиляции.

Воодушевленные успехом г-на Сименса, другие изобретатели последовали по его стопам; в результате чего в настоящее время публике представлено множество горелок, воплощающих те же принципы, но различающихся деталями конструкции и степенью эффективности. Из них можно упомянуть горелки Гримстона, Торпа и Кларка; и, не описывая подробно конструкцию каждой горелки (дополнительные сведения о которых можно найти в «Реестре патентов» в Journal of Gas Lighting [14]), достаточно будет указать на основные моменты и отличительные особенности каждой из них.

Регенеративная горелка Гримстона. Горелка Гримстона (показанная на следующей странице) представляет собой, по сути, горелку Арганда, перевернутую вверх дном; газ выходит из нижних концов нескольких небольших трубок, расположенных по кругу. Струи пламени, сначала направленные вниз из устьев этих трубок, под действием конического дефлектора в центре кольца заставляют распространяться наружу и принимать горизонтальное направление; а при их слиянии друг с другом образуется непрерывный лист или кольцо пламени. Горизонтальное направление пламени поддерживается тем, что оно проходит под металлическим фланцем, облицованным белым фарфором или другим огнеупорным материалом; подача газа регулируется так, чтобы пламя заканчивалось как раз у внешнего края этого фланца. Перед входом в дымовую трубу продукты горения направляются через ряд вертикальных трубок, содержащихся в цилиндре, который концентричен внутреннему цилиндру, содержащему трубки подачи газа. Через внешний цилиндр проходит воздух, необходимый для поддержания горения, который должен нагреться, прежде чем достигнет точки воспламенения; и для того, чтобы продукты горения могли более полно передать свое тепло поступающему воздуху, цилиндр дополнительно пересекается полосками металлической сетки, которые проходят вокруг и между трубками (см. рис. 22 на следующей странице). Благодаря этому воздух интенсивно нагревается и, проходя среди узких трубок горелки, по которым подается газ, отдает часть своего тепла последним до того, как будет достигнута точка воспламенения. Таким образом, очень простым способом и воздух, и газ нагреваются до значительной температуры до того, как произойдет горение.

Что касается эффективности горелки, то на выставке газовых приборов, состоявшейся в Стокпорте в 1882 году (где она была удостоена золотой медали, как и горелка Торпа, о которой будет сказано ниже), при потреблении 9,84 кубических футов газа силой 17,5 свечей в час была получена осветительная способность 60,67 свечей (что равно 6,16 свечам на кубический фут); в то время как в другом случае, когда горелка потребляла 8,94 кубических футов в час, была получена осветительная способность 51,5 свечей (что равно 5,76 свечам на кубический фут) от газа того же качества. Утверждается, что для этой горелки одинаково хорошие результаты достигаются как при малых, так и при больших размерах; и это, если подтвердится на практике, должно во многом способствовать успеху и широкому внедрению горелки.

Рис. 21. — Регенеративная газовая горелка Гримстона.

Рис. 22. — Горелка Гримстона. План, показывающий регенеративное устройство.

Рис. 23. — Регенеративная газовая горелка Торпа.

Регенеративная горелка Торпа. Горелка Торпа создает цилиндрическое пламя, подобное пламени Арганда, но без помощи стеклянной дымовой трубы, которая является необходимым дополнением к последней горелке. С помощью дефлектора на внутренней стороне пламени последнее заставляют изгибаться наружу и принимать несколько выпуклую форму, чтобы избежать тени, которая в противном случае отбрасывалась бы газовой камерой в нижней части горелки. Над пламенем находится цилиндрическая дымовая труба, разделенная вертикальной перегородкой на две концентрические камеры, которые пересекаются рядом металлических ребер или выступов, проходящих через обе камеры. Внешняя камера предназначена для отвода продуктов горения; внутренняя — для прохода воздуха, питающего пламя; в то время как по центру внутренней камеры проходит трубка, подающая газ к точке воспламенения. Горячие продукты горения поднимаются от пламени через внешнюю камеру и отдают большую часть своего тепла выступам; посредством которых оно проводится во внутреннюю камеру и передается входящему воздуху. Общим недостатком регенеративных горелок является то, что из-за уменьшения скорости, с которой газ течет через горелку при расширении от нагрева, при запуске горелки газ должен быть открыт лишь частично, а количество постепенно увеличиваться по мере нагрева горелки; что требует значительного внимания. Чтобы предотвратить необходимость в этом внимании, в горелке Торпа имеется остроумное приспособление для автоматического регулирования количества газа, подаваемого к пламени. Центральная газовая трубка, о которой упоминалось выше, содержит латунный стержень, закрепленный с одного конца, а с другого соединенный с клапаном, регулирующим количество газа, поступающего в трубку. Сначала, когда газ зажигается, этот клапан почти закрыт; но по мере нагревания стержень удлиняется, постепенно открывая клапан до тех пор, пока не будет допущено полное количество газа, которое горелка должна потреблять. На Стокпортской выставке горелка Торпа была испытана со следующими результатами, как записано в отчете судей. После того как она прогорела около двух часов, «она дала осветительную способность 183 стандартных свечей при сжигании 27 кубических футов газа в час (что равно 6,77 стандартным свечам на кубический фут), при газе силой 3,5 свечей на кубический фут.... В другом эксперименте с тем же качеством газа, после горения в течение получаса, она дала, при аналогичных условиях, 154 свечи при потреблении 25,29 кубических футов в час, что дало осветительную способность 6,02 свечей на кубический фут».

Регенеративная горелка Кларка. В горелке Кларка нет ничего, что заслуживало бы особого внимания. По своим основным характеристикам она, по-видимому, построена по тем же принципам, что и горелка Гримстона, хотя это совпадение, несомненно, является лишь случайным [15]. Однако следует добавить, что по деталям конструкции она гораздо проще последней горелки; и, безусловно, она, по-видимому, очень мало теряет в эффективности из-за своей большей простоты, как показывает следующая выдержка из отчета г-на Ф. У. Хартли, известного фотометриста: «При скорости потребления 5,3 кубических футов газа в час количество света, излучаемого горизонтально, было равно 29,79 раза свету стандартной свечи. Таким образом, количество света, излучаемого на кубический фут газа, сжигаемого в час, было равно 5,62 раза свету стандартной свечи». И количество света, направленного непосредственно вниз, как говорят, «весьма заметно больше, чем количество света, направленного горизонтально». Подобно горелке Гримстона, она имеет форму перевернутой горелки Арганда; газ выходит из камеры в нижней части трубки, которая опускается через центр горелки. Продукты горения выходят через дымовую трубу; и при этом отдают часть своего тепла входящему воздуху, который подается к точке воспламенения через горизонтальные трубки, пересекающие дымовую трубу. Горелка заключена в подходящий фонарь, нижняя половина которого состоит из полушаровидного стекла; аналогичное устройство принято в связи с горелками Гримстона и Торпа.

Рис. 24. — Регенеративная газовая горелка Кларка.

Три вышеупомянутые горелки находились на публике недостаточно долго, чтобы можно было сформировать надежное мнение об их ценности при фактическом и длительном использовании. Хотя нет оснований полагать, что в данном случае произойдет нечто подобное, так часто случается, что результаты, показанные аппаратами на экспериментальной стадии или пока они все еще находятся под контролем изобретателя, не подтверждаются на практике, поэтому было бы неразумно высказывать какое-либо твердое мнение об их окончательной ценности на основе имеющейся информации. Однако следует искренне надеяться, что заметное расположение, с которым они были встречены, не ослабнет при более близком знакомстве; но что дальнейший опыт оправдает ожидания, которые были вызваны отличными характеристиками горелок до сих пор, и продемонстрирует одновременно их долговечность и реальную полезность.

После написания вышеизложенного изобретатели проявили значительную активность в создании новых горелок на основе регенеративного принципа или в улучшении существующих моделей. Конечно, пока еще слишком рано приходить к удовлетворительной оценке их фактической или относительной ценности; но можно надеяться, что благодаря повышенному вниманию, уделяемому этому предмету, появятся некоторые реальные и практические результаты, от которых выиграет потребляющая газ публика. На данный момент наиболее многообещающей из этого класса горелок, которая была введена в фактическое использование после появления горелки Сименса, является та, что представлена ниже.

Рис. 25. — Регенеративная газовая горелка Бауэра и Торпа.

Это модификация, направленная на большую простоту, прежней горелки Торпа, проиллюстрированной и описанной на стр. 69 этого трактата; и поскольку ее конструкция основана на тех же принципах, что и у той горелки, дальнейшее описание не требуется.

ГЛАВА VI.

Обзор газовых горелок был бы вряд ли полным без упоминания калильных горелок г-на Кламона и г-на Льюиса. Хотя их зависимость от искусственно создаваемого дутья или потока воздуха исключает их из списка приборов, применимых в обычных условиях, замечательные результаты, которые они дают, не менее чем их оригинальность, требуют для них по крайней мере беглого упоминания. Производство света с помощью этих горелок осуществляется совершенно иным способом и обусловлено совсем другими причинами, чем те, которые связаны с производством обычного пламени осветительного газа. В последнем случае развиваемая осветительная способность обусловлена исключительно углеводородами, содержащимися в газе, которые разлагаются под действием тепла пламени, при этом отделенный углерод нагревается до белого каления. В первом случае осветительная способность получается не непосредственно из газа; но используется тепло пламени, усиленное применением дутья воздуха, чтобы довести до каления какой-либо огнеупорный посторонний материал, который, таким образом, заставляют излучать свет. В горелке Кламона этим огнеупорным веществом является корзинка, состоящая из магнезии, спряденной в нити; в горелке Льюиса это клетка из платиновой проволоки.

Неискушенному читателю может показаться несколько удивительным, что столь замечательные результаты, какие дают эти горелки, могут быть получены при игнорировании в качестве источника света углеводородов, содержащихся в газе, и использовании их, наряду с другими компонентами, исключительно как источника тепла. Однако объяснение легко находится. Как было показано в предыдущей части этого трактата [16], основная масса обычного светильного газа состоит из компонентов, которые в процессе горения производят значительное тепло, но почти не дают света; осветительная способность, развиваемая в обычном газовом пламени, почти полностью зависит от очень небольшой доли тяжелых углеводородов, которые содержит газ. Таким образом, поскольку количество теплопроизводящих элементов, содержащихся в газе, совершенно несоразмерно светоизлучающим углеводородам, в обычном газовом пламени всегда производится больше тепла, чем необходимо для эффективного сжигания свободного углерода, который высвобождается в пламени в результате разложения тяжелых углеводородов. Это подтверждается тем фактом, что светильный газ обычно можно нафтализировать — то есть пропитать парами нафты — в значительной степени, прежде чем будет достигнут предел эффективного горения. Цель, преследуемая в калильных горелках, которые будут описаны далее, состоит в том, чтобы использовать при развитии осветительной способности совокупное тепло, производимое при сгорании всех компонентов газа. С этой целью тепло горения направляется на какой-либо огнеупорный материал, посторонний для пламени, но введенный в сферу его действия, и заставляет его раскалиться.

Эффект нагнетания дутья воздуха в газовое пламя. Дальнейшее объяснение превосходных результатов, даваемых этими горелками, можно найти в использовании искусственного дутья или потока воздуха. Действительно, без подобного устройства желаемая цель не могла бы быть достигнута. Тепло, развиваемое пламенем без посторонней помощи, рассеивается на слишком широкой площади, чтобы поднять температуру нагреваемого вещества до необходимой степени каления, позволяющей ему излучать достаточно света. Путем нагнетания потока воздуха в его центр пламя сжимается в меньший объем; и направляется более непосредственно на то самое место, где его тепло может быть наиболее эффективно использовано. Таким образом, хотя общее количество развиваемого тепла остается точно таким же, как и прежде, оно концентрируется на меньшей поверхности огнеупорного вещества; и последнее, следовательно, нагревается более интенсивно, или, другими словами, доводится до более высокой температуры. Весьма превосходная осветительная способность, которая при этом получается, обусловлена тем обстоятельством, что количество света, излучаемого раскаленным телом, увеличивается в более высокой пропорции, чем температура, до которой оно нагрето.

Калильная газовая горелка Льюиса. Переходя теперь к описанию горелок. Та, что изобретена г-ном Льюисом (различные формы которой проиллюстрированы на следующей странице), состоит из вертикальной трубки, соединенной у основания с подачей газа и увенчанной колпачком или клеткой из платиновой проволочной сетки; последняя представляет собой камеру сгорания, так как именно там сгорает смесь газа и воздуха. В нижнюю часть вертикальной трубки вставлено сопло воздушной трубы, через которое в горелку под давлением может нагнетаться подача воздуха, по типу паяльной трубки. Имеются также небольшие ответвительные трубки, ведущие в вертикальную газовую трубку и открытые в атмосферу. Через них в горелку поступает дополнительное количество воздуха; затягиваемое или всасываемое под действием основного потока, который течет через вертикальную трубку. Сходство с обычной горелкой Бунзена, следовательно, очень близкое. Смесь газа и воздуха, полученная таким образом, при воспламенении горит у платинового колпачка; развиваемое тепло заставляет последний сильно раскалиться и, таким образом, излучать яркий свет. Чтобы предотвратить проведение тепла от раскаленной платины через вертикальную трубку, между сетчатым колпачком и металлической трубкой проложен непроводящий материал — например, стеатит или фарфор.

Рис. 26. — Калильная газовая горелка Льюиса.

Свет, производимый этой горелкой, как говорят, ближе к дневному, чем свет, излучаемый обычным газовым пламенем (цвета текстильных тканей, например, видны при ее свете так же хорошо, как и при дневном); в то время как, поскольку он является результатом каления твердого тела, а не излучается пламенем, он не подвержен влиянию порыва ветра и сохраняет идеальную устойчивость при любых погодных условиях. Развиваемая осветительная способность, как заявлено, равна 5 стандартным свечам на кубический фут потребленного газа.

Калильная газовая горелка Кламона. Горелка г-на Кламона, которая показана на рис. 27, является гораздо более сложным аппаратом, чем предыдущая, и ее не так легко описать; но ее основные черты можно кратко перечислить следующим образом: — Воздух (который, как и в горелке г-на Льюиса, подается под давлением) при входе в аппарат разделяется на две части. Одна часть сразу смешивается с газом; остальная часть направляется через специально сконструированную трубку, состоящую из мелких кусочков огнеупорного материала, в камеру сгорания, или «фитиль», как ее называют, горелки. Этот «фитиль» представляет собой небольшую коническую корзинку, сделанную из своего рода кружева из спряденной магнезии, которая при доведении до каления теплом, производимым при сгорании газа, обеспечивает желаемое освещение. Смесь газа и воздуха подразделяется «распределителем» на две части, одна из которых идет прямо к магнезиевому «фитилю», чтобы там сгореть, в то время как другая распределяется среди ряда трубок, образующих так называемые «вспомогательные горелки», пламя которых используется для нагрева основной подачи воздуха; будучи направленным на стороны вышеупомянутой трубки из огнеупорного материала, через которую он подается. Таким образом, воздух нагревается до очень высокой температуры (1000° C, или 1800° по Фаренгейту, как говорят), прежде чем он воздействует на пламя. Результатом является производство самого интенсивного тепла внутри магнезиевой корзинки; последняя доводится до яркого каления и, таким образом, развивает высокую осветительную способность.

Рис. 27. — Калильная газовая горелка Кламона.

Магнезиевую корзинку необходимо заменять после использования в течение периода от 40 до 60 часов, так как она постепенно разрушается под действием интенсивного тепла, которому она подвергается; но поскольку стоимость, как говорят, незначительна, это не должно быть большим недостатком. Корзинка помещается у основания горелки, чтобы избежать тени, которая в противном случае отбрасывалась бы аппаратом; и она прикреплена к основному корпусу аппарата платиновыми проволоками. Что касается осветительной способности, то единственные сведения, которые были обнародованы, относятся к первым двум сконструированным моделям; одна из которых, как говорили, развивала свет, равный свету от 6,208 свечей, а другая — 9,72 свечей на кубический фут потребленного газа.

Рис. 28. — Улучшенная калильная горелка Кламона.

Новая горелка Кламона. В недавно разработанной модификации горелки (которая показана на прилагаемой иллюстрации) г-н Кламон обходится без искусственной подачи воздуха под давлением и пытается получить аналогичные результаты другими и более простыми средствами. С этой целью положение магнезиевого «фитиля» изменено на обратное (он помещен в верхней части аппарата); поток газа затягивает в себя количество воздуха с помощью устройства, точно такого же, как принятое в горелке Бунзена; в то время как дополнительная подача воздуха затягивается на пламя ускоренной тягой, создаваемой с помощью стеклянной дымовой трубы. Как и в более сложной и полной горелке, подача воздуха нагревается с помощью вспомогательных горелок внутри аппарата. Было заявлено, со слов г-на Кламона, что эта модифицированная горелка развивает из потребленного газа производительность около 6 свечей на кубический фут; что равно результатам, даваемым более сложным аппаратом. Если это подтвердится на практике, г-н Кламон добьется примечательного успеха. Однако целесообразно воздержаться от выражения какого-либо определенного мнения о ее достоинствах до получения дополнительной информации или до тех пор, пока горелка не будет испытана в этой стране.

ГЛАВА VII.

Последние упомянутые горелки можно сказать, знаменуют собой предел прогресса, который был достигнут к настоящему времени в конструкции аппаратов для получения света из светильного газа; и они напоминают мне, что я подошел к завершению своей темы. От непритязательной газовой струи, описанной Аккумом — горящей с вызывающей удивление устойчивостью и постоянством, «пока продолжалась подача газа», — до сложного аппарата г-на Кламона — это длинный путь изобретений; охватывающий труды многих отдельных и оригинальных работников в той же области и включающий многочисленные вариации в деталях горелок, которые не были затронуты в предыдущих замечаниях. Как было объявлено во введении, я рассмотрел в этом трактате только более важные или более успешные модификации, которые время от времени вносились в конструкцию газовой горелки. В дополнение к горелкам, о которых упоминалось, были изобретены многие другие, которые невозможно было бы адекватно описать, не растягивая трактат до чрезмерной длины. Некоторые из них (плод больших размышлений и тщательных экспериментов) получили в коммерческом успехе, который их сопровождал, не более чем заслуженную награду; другие (лишенные каких-либо реальных достоинств и в своей конструкции игнорирующие самые элементарные принципы экономичного горения) были введены в довольно широкое использование благодаря вводящим в заблуждение заявлениям и ложным представлениям их изобретателей и терпимы только из-за невежества публики; в то время как немало горелок последнего класса быстро нашли забвение, которого они вполне заслуживали. Однако было сказано достаточно, чтобы показать, что многие реальные улучшения были осуществлены в конструкции газовых горелок, и доказать, что с аппаратами, доступными в настоящее время, можно получить гораздо более высокую производительность от потребленного газа, чем это было возможно всего несколько лет назад.

Но хотя большой прогресс, который был достигнут в конструкции газовых горелок, несомненен, преимущества, которые должны были бы из этого проистекать, не были реализованы потребляющей газ публикой; и вряд ли будут реализованы в полной мере. Хотя остроумные и эффективные изобретения для использования отработанного тепла горения и для освещения путем каления могут, и, несомненно, будут в течение нескольких лет применяться гораздо шире, чем в настоящее время, вряд ли стоит ожидать, что они будут применяться повсеместно. Две причины препятствуют последнему результату — а именно, их первоначальная стоимость, а также забота и внимание, требуемые при их использовании. Кажется довольно определенным, что еще долгое время большая часть светильного газа, используемого для целей освещения, будет потребляться через простые горелки с плоским пламенем, которые до сих пор сделали так много для развития газового освещения. К счастью, так много было сделано для совершенствования этого класса горелок, что за очень небольшие затраты теперь можно получить результаты, намного превосходящие те, что раньше можно было получить только с помощью самых дорогостоящих и деликатных аппаратов. Для обычных ситуаций и требований улучшенные горелки с плоским пламенем, производимые Бреем, Брённером и Саггом, при разумном использовании, не оставляют почти ничего желаемого. При разумном использовании, повторяю, и с осторожным акцентом; ибо лучшие из горелок будут расточительными и неэффективными, если их использовать без должного учета условий, для которых они были созданы. То, что наиболее необходимо в наши дни и что лучше всего обеспечит продолжение использования светильного газа для целей освещения, — это более широкое распространение среди потребителей газа знаний о принципах горения, а также о простых мерах предосторожности, которые необходимо принимать, и условиях, которые должны быть выполнены при использовании газовых горелок. Доступные аппараты разнообразны и эффективны; что требуется, так это знание, как использовать их правильно. Способствуя более свободному распространению этих знаний, поставщики газа принесут немалую пользу своим клиентам и в то же время, несомненно, будут способствовать своим собственным интересам.

Примечание транскрибатора: Рисунок 11 и Рисунок 12 идентичны.

Сноски

[1] Пламя мерцает.

[2] Клегг, «Трактат о светильном газе», 1841 г., стр. 21.

[3] Поведение газового пламени при воздействии ветра (как показано на примере открытых огней на рынках и в подобных ситуациях) дает поучительную иллюстрацию теории светящегося горения. Внезапный порыв ветра заставляет пламя дымить, снижая температуру высвобожденного углерода ниже точки, при которой он может соединиться с кислородом воздуха. Постоянный ветер, дующий на пламя, полностью уничтожает его светимость, поскольку тепловая интенсивность пламени снижается ниже температуры, необходимой для разложения углеводородов; следовательно, последние сгорают без предварительного отделения углерода, и образуется несветящееся пламя — точно так же, как в горелке Бунзена или «атмосферной» горелке.

[4] См. Journal of Gas Lighting, том XVIII, стр. 88.

[5] Пламя мерцает.

[6] То же.

[7] Пламя сильно мерцает.

[8] См. Journal of Gas Lighting, том XXXII, стр. 423 и том XXXVI, стр. 376.

[9] Название «щелевой союз» (slit-union), которым г-н Брей предпочитает обозначать эту горелку, он утверждает, происходит от сходства ее пламени с пламенем горелки типа «рыбий хвост» (union-jet); в то время как оно получается с помощью щели.

[10] Хотя настоящий «крыло летучей мыши» (batswing) все еще находится в обычном использовании, я рассматриваю горелку с полым верхом как его «современного представителя»; видя, что во многих случаях она вытеснила прежнюю горелку, которой, по сути, является лишь улучшенной формой.

[11] Аккум, «Трактат о газовом освещении».

[12] Клегг, «Трактат о светильном газе», 1-е изд., стр. 197.

[13] См. Journal of Gas Lighting, том XXXIII, стр. 162.

[14] См. том XL, стр. 786, 950; и том XLII, стр. 836.

[15] Справедливости ради по отношению к г-ну Кларку следует упомянуть, что с тех пор, как вышеизложенное появилось в Journal of Gas Lighting, внимание автора было обращено на тот факт (который был им упущен из виду), что патент Кларка был получен за несколько месяцев до патента Гримстона или Торпа.

[16] См. гл. II, стр. 21.