![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
ermiakИли опять о доступном освещении. Вообще, до совсем недавнего времени "ночь" означала "темноту". И искусственное освещение в лучшем случае "было". В смысле, было, но света толком не давало. Впрочем и сейчас свечение самых ярких светильников солнечным днем разве что "заметно", а в конце 18 века ситуация была практически безнадежной. Газовые фонари только-только запатентованы, более-менее приличным осветительным прибором была свеча и основной прогрес вертелся вокруг лучшего материала для ярких свеч. Масляные же лампы по конструкции не отличались от ламп времен Аладдина бронзового века. Наиболее перспективной же была лампа Арганда, о которой я уже писал в керогазном посте. Но даже лучшая лампа Арганда на самом лучшем (еще не изобретенном) керосине могла дать ну.. чуть больше десятка свечей. Это в сколь-нибудь вменяемом размере. К аргандовым лампам (новье и хайтек по тем временам) мы еще вернемся, а пока канделябры и люстры, утыканные свечами у богатых, и лучины у бедных остаются основой освещения.
Картинки беспардонно смародерствованы с https://classicpressurelamps.com http://www.aladdinlamps.info https://williamsugghistory.co.uk и оставшейся части интернетов, так что смотреть их можно на свой страх и риск (если совесть вам позволяет игнорировать авторские права). Да, на этот раз даже русскоязычный сегмент выглядит не так бледно, как следовало бы ожидать и принес несколько интересных статей и переводов. И даже часть терминологии уже имеет русские аналоги:)
Ч1. Большие дети.
на грани 18 и 19 веков в руки к ученым попадает новая игрушка - горелка типа паяльной трубки, но на водород-кислородной смеси. Она давала стабильное бесцветное пламя температурой под 2800 градусов - и физики с химиками немедленно начали поджигать и плавить новой горелкой все, до чего дотягивались руки. И шо? Водородное пламя бесцветно и светить не может, да и полосочки в спектроскопе тоже не светят и не греют...
В начале 1820-х британский ученый(тм) Гёрни заметил, что оксид кальция в бесцветном пламени водородной горелки начинает светить белым светом. Вот примерно так:
Эффект заинтересовал и Герни, и других физиков. Почти сразу же Берцелиус обнаружил подобный эффект у солей циркония, а Томас Друммонд, увидев демонстрацию света оксида кальция у Фарадея, вдруг понял: ЭТО ИДЕЯ!
Ч2. В свете софитов
Идея Друмонда была проста, как лом. Раз оксид кальция светится в пламени водородной горелки - значит так и нужно светить! В смысле, водородной горелкой на вращающийся кусок этого самого оксида. Именно такой осветитель он и предложил в 1827 году.
Для городского и вообще какого-либо освещения подобное устройство было дорого и сложно, но вот в театрах освещение сцены "Друммондовым светом" вполне прижилось. Государственные и пожарные надзоры были еще беспомощны, а все большие пожары были еще впереди, так что новый яркий светильник еще несколько десятков лет оставался на сцене. Яркость списывала все недостатки включая пожароопасность и взрывоопасность водорода. Наверное.
В общем, в такой форме калильное освещение прижилось только в театре (где и стало непосредственной причиной изобретения "железного занавеса" лет через 50 - как раз перед появлением мощных дуговых ламп). Остальные же инженеры почесали репу и сказали: "Мы пойдем другим путем!"
Очевидно, у Друммондова света была пара крупных недостатков:
1. Это водород. Газ редкой падлючести и взрывоопасности. Водород следовало заменить на что-нибудь еще.
Водород можно заменить, например, светильным газом. Это смесь водорода и угарного газа, способная гореть ярким пламенем. Светильный газ вырабатывался на специальных газовых заводах, был ядовит, взрывоопасен - но очень популярен в городах - потому, что ничего лучше для освещения не было.
Или ацетиленом. Ацетилен тоже отлично горит ярким пламенем - но по взрывоопасности и падлючести превосходит даже водород. В небольшом фонаре его еще можно использовать, но в крупных системах он рано или поздно приведет к катастрофе. Впрочем до изобретения карбидного генератора лет через 70, об ацетилене говорить нечего. Он есть, но в промышленных количествах его нет.
Можно даже природным газом, но это уже совсем фантастика - кто будет тащить через сотни километров газ, который толком и светить-то неспособен? Ах, оксид кальция и цирконий? Так не светятся же! Только водород, только хардкор!
2. это сама конструкция светильника, сложная и, опять же весьма проблемная.
Во-первых, сама горелка. Для работы паяльной трубки нужен подвод газа и кислорода. Это нормально для лаборатории, но слишком дорого для городских фонарей.
Казалось, бы, все просто. Инжекторная горелка, правда же, попаданцы? Вот только пресловутая бунзеновская горелка появится только лет через дцать. В 50-х годах, почти одновременно с керосином. И до фонарей она дойдет лет через надцать. Но температура пламени атмосферной инжекторной горелки заметно ниже кислородной, так что ни о каком ярком свете оксида кальция или циркония речь идти вообще не может.
И это было половиной проблемы. Вторая половина была еще занимательнее:
Кусок извести, накаляемый горелкой выгорал неравномерно, требовал вращения специальным механизмом и большого расхода газа на прокаливание всего объема. С этим точно нужно было что-то решать и на это ушли годы исследований, по итогам которых выяснилось, что РАЗМЕР ИМЕЕТ ЗНАЧЕНИЕ и в тонком слое светимость и оксида циркония, и оксида кальция заметно возрастают. В 1834 Тальбот создает первый прототип того, что впоследствии назовут "калильной сеткой" - бумажный стаканчик, пропитанный солями кальция. При нагреве бумага сгорала, а минеральный скелет начинал ярко светиться.
Идея выглядела перспективной, но проблема с низкой температурой пламени атмосферной горелки оставалась. А это значило, что нужно было найти вещества, светящиеся ЯРЧЕ известных и на их поиск ушло еще три десятка лет.
Ч3. Как однажды Жак звонарь головой сломал фонарь.
И только в 1880-х годах ключевые проблемы решились практически молниеносно. В 81 появляются светильники Кламона на инжекторной атмосферной горелке и калильные колпачки на основе соединений магния. Тогда же Котинский создает калильные сетки из окисей стронция, магния, циркония и алюминия. Сетки поначалу были действительно сетками из тугоплавкого металла, например, платины с напылением собственно люминофора. Но уже в 1885 году Ауэр-фон-Вельхсбау подает патент на тканевой колпачок, пропитанный смесью солей редкоземельных металлов. Цирконий, лантан, иттрий, эрбий, церий, неодим... Причем, Ауэр сразу уточнил, что его изобретение применимо "для газовых и иных горелок", до которых я надеюсь дойти очень скоро. Второй же патент дополнительно к редкоземам предложил использовать соли тория и урана. Третий патент должен был защитить наиболее яркую смесь - 99% тория и 1% церия - но Ауэр не один занимался разработкой калильных смесей и "идеальную смесь" описали еще несколько разработчиков. И, как бы это ни звучало, газокалильное освещение начало поистине взрывное распространение.
Уже через несколько лет (1892) была продана почти сотня тысяч газовых фонарей с новыми калильными сетками, в 1894 их уже только в Париже уже было около 150000.
Очень быстро стали нащупаны и особенности работы фонарей. Не рассчитаны, именно "нащупаны" методом проб и ошибок. Ни физхимия, ни математика тогдашних времен помочь не могли. Работа калильной горелки гораздо сложнее, например, примуса который честно рассчитать стало возможно только "позавчера" - и то, на очень мощном компьютере. Здесь сталкивается изощренная газодинамика, физхимия, химия, физика и квантовая механика:) В общем, инженерам оставалось почти вслепую искать идеальные технические решения.
Одним из них была уже упомянутая смесь тория с церием, светящаяся ярче, чем торий и церий по отдельности. Это свечение объясняется сложным комплексом взаимосвязанных каталитических и термических реакций. Если совсем коротко, то радикалы водорода реагируют с калильным колпачком каталитическим нагревом, раскаляя его до температуры выше температуры пламени. Более того, если газ выключить и тут же снова включить, пока колпачок не успел остыть окончательно, он может разогреться и вновь поджечь газ!
в самой калильной смеси тоже происходит сложное взаимодействие. Окись церия дает лучший люминисцентный эффект, но при высокой температуре, а окись тория - лучший каталитический. И только в смеси происходит каталитический тепловой разгон на тории, достаточный для исключительно яркого света церия.
Во-вторых, колпачок должен точно повторять форму пламени; пламя должно чуть-чуть проходить внешней частью сквозь колпачок. Колпачки первых поколений прожигались еще на фабрике, после обжига покрывались тонким слоем коллодиума и были, именно колачками-насадками на торчащую вверх горелку низкого давления.
Но если подавать газ под высоким давлением, мощность фонаря можно увеличить (Да, да, НУЖНО БОЛЬШЕ ТОПЛИВА:). Тогда можно прокалить сетку еще сильнее и светить будет еще лучше.
Я не стану уходить в дебри конструкций фонарей, автоматических запалов и прочих тонкостей; я и упомянул-то их в основном потому, что без них сложно будет понять собственно портативные светильники. В общем, за кратчайшие сроки города получили действительно яркое уличное освещение. В основном уличное. Да, в богатых домах с подведенным газом газовые рожки заменялись на газокалильные - но не всегда. Хотя настоящие буржуИны, считающие каждую копейку, быстро поняли, что расход газа+колпачков обходится дешевле газового рожка.
Но даже у самых лучших газокалильных ламп был один фатальный недостаток: они были стационарными. Что очень ограничивало местное освещение. То есть газокалильную лампу на стол или рояль не поставить. В смысле, можно, но настольная лампа со шлангом - это очень стимпанково и очень небезопасно. В смысле, я, конечно, могу представить розетки-ниппели и шланговые светильники, но это будет именно реквизит для стимпанковского сеттинга. А в нашей реальности нужно было топливо, запас которого хранится в самой лампе.
И газ в этом смысле не очень подходил. Вот честно, разминулись эпохи пропана в баллонах и баллончиках и массовые калильные колпачки. Технически существенных проблем с ними не было, но вот просто "не судьба". Нужно было адаптировать к более популярным сортам топлива. И сразу же начались проблемы.
Дело в том, что в жидком углеводородном топливе этого самого углерода от "немало" до "очень уж дохрена", да и другого говна совершенно избыточно. А значит, горелка может коптить гораздо сильнее любой газовой, а копоть просто убивает и без того не слишком стойкий колпачок или сетку.
Значит нужна горелка, которая сначала испарит, а потом сожжет топливо чистым синим пламенем. Инжекторная горелка с парогенератором.
Первыми эту адаптацию прошли именно городские фонари. Приспособив инжекторную горелку к сверхмощным "факельным" лампам, инженеры создали первые автономные калильные фонари. В такие фонари топливо подавалось из бака в толстом основании столба наддувом из баллончика с углекислотой. Найти картинки фонарей с углекислотным наддувом мне не удалось, но в 1898 американский инженер Китсон предлагает новый вариант автономного уличного фонаря.
Здесь керосин уже подавался давлением воздуха в баке, накачиваемым простым насосом.
Такой фонарь давал под 500 свечей и расходовал литр керосина за 10 часов. Для сравнения, прикиньте, сколько сожреть ваш бензогенератор за 10 часов полукиловаттной нагрузки:)
Также, обратите внимание, в фонаре установлены ДВЕ горелки. Вернее, одна, но с двумя соплами. Оказалось, (совершенно внезапный закон куба-квадрата) несколько маленьких колпачков, нагреваемых отдельными соплами, дают больше света, чем один большой на всю мощность горелки.
Так улицы, не охваченные газовыми сетями, получили яркое освещение. Но это было уже на грани веков, а освещать дома хотелось и раньше. И без газовых сетей тоже.
Ч4. Gimme fuel gimme fire..
И вот здесь начинается цирк, легаси, эволюция и инженерное порно.
Итак, нам нужна компактная лампа, способная испарять и сжигать углеводородное топливо синим пламенем высокой температуры. Примус получается какой-то. Кстати, Линдквист со своим Примусом как раз в эти годы показал, что компактная инжекторная горелка на жидком топливе возможна и весьма неплоха.
Вот скажите, сколько времени займетпеределка примуса в лампу создание лампы из трех уже готовых компонент - бачка с насосом, инжекторной горелки и колпачка? Думается, месяц-полтора с учетом времени на пьянку, ежечасные перекуры и изготовление оснастки для серийного производства.
Вот, кстати, лампа, собранная из тела второго Шмеля, самопального рассекателя горелки и колпачка.
И она же в облагороженном виде. Сделана умельцем в 2010 годы чисто по приколу.
Так вот, в нашей реальности переход к лампам "типа примуса" занял почти 10 лет! А лампы с очевидно-примусным происхождением появились еще позже!
Так что первым лампам пришлось искать топливо, которое не дает копоти в силу низкого содержания этого самого углерода. Например СПИРТ(ы). Спирт горит без копоти, но весьма низкокалориен. Впрочем, решение всем известно: НУЖНО БОЛЬШЕ ТОПЛИВА. А значит, все равно инжекторная горелка, но не примусная. В общем, спиртокалильным лампам пришлось искать других предков. И ими ОПЯТЬ стали недавно упомянутые чудовищные и бессмысленные "факельные" лампы с гравитационной подачей топлива! Я не знаю, почему, но гравитационная подача очень полюбилась инженерам именно спиртовой техники. В общем, вот, самая старая из найденных мной домашних спиртокалильных ламп образца 1896 года.
Спиртокалильные лампы произвели настоящую революцию в домашнем освещении. Даже с гравитационной подачей спирта такие лампы могли давать 200-250 свечей, что более, чем достойно даже по нынешним временам. Кроме того, в сравнении с керосиновой лампой они производили значительно меньше углекислого газа, как вообще, так и "на свечу". При этом, цена освещенности была вполне сопоставима с керосиновым освещением. В смысле, спирт был дороже, но светил заметно лучше. Ну и опять таки, запах перегара от лампы все-таки приятнее керосинового выхлопа.
Но керосин все-таки был главным бытовым топливом цивилозованного человека. Ну и бензин, хоть его тогда как топливо по сути и не рассматривали (то есть он использовался в некоторых лампах специального назначения, но не более того). Керосин. Очень калорийный, порождающий уйму копоти - но незаменимый на грани веков продукт. И снова ирония ситуации. Спиртокалильные лампы уже есть, примус все еще есть. Казалось бы, нужно скомпоновать наддувный бак, парогенератор и бесшумную инжекторную горелку. И керосинокалильная лампа не должна иметь существенных отличий от спиртокалильной.
АГАЩАЗ! Керосинокалильные лампы НЕ взяли родословную от спиртокалильных и НЕ породнились с Примусом (по крайней мере, не сразу). Первые керосинокалильные лампы были ФИТИЛЬНЫМИ.
Их предком стала - тадам - керосиновая лампа-"молния" с трубчатым фитилем, которая была модификацией Аргандовой лампы из глубин времен. Об этих лампах я писал в "керогазном" посте, но теперь на них придется взглянуть чуть внимательнее.
Сразу скажу, случайно найденная "молния" колпачок не раскалит; для этого нужно "синее пламя". Ну а мы уже знаем, что синее пламя можно получить, заменив "трубу" лампы и отрегулировав отверстия в рассекателе и сетке. А получив синее пламя, можно уже и колпачок подвесить... НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО ДОМА. Очень скоро вы поймете, почему.
Первые патенты на керосинокалильные лампы были выданы вездесущему Гретцу (1892) и Мюллеру (1895). Причем, лампа Гретца рассматривалась для использования с колпачками первого поколения (известковые или циркониевые), а лампа Мюллера предполагала использование колпачков с газовых фонарей.
Грабли пошли незамедлительно. Сама идея была проста и гениальна, горелка выдавала синее пламя - но но но...
Напомню, для оптимальной работы калильного колпачка, его форма должна повторять форму пламени. Кроме того, пламя не должно коптить. И со всем этим немедленно начались проблемы. Колпачки светили плохо, неравномерно, быстро убивались копотью - без каких-либо видимых причин. Что-то мешало во внешне хороших лампах светить нормально.
Газодинамика такая сука! При низкой скорости потока топлива (ограниченном испарением с фитиля и скоростью тяги в колбе лампы) и большой площади пламени (определяемой длиной окружности фитиля) ЛЮБАЯ неоднородность в форме фитиля или потоке воздуха перекашивает пламя. Забившиеся отверстия в сетке, вмятины, деформированный от температуры диск рассекателя или подвес колпачка, нагар на фитиле - оппс, приехали. И ведь в лампе-молнии или обогревателе все это было - но для ухудшения работы нужны были гораздо бОльшие дефекты.
Также оказалось, что рассекатель-пуговица годится для ламп-молний, но для калильного колпачка нужна новая, более стабильная форма пламени.
Но как "пуговица", так и более сложные формы рассекателей типа "Кунт и Десслер" (1898) не давали сколь-нибудь приличного результата.
Такие лампы направляли синее пламя на юбку колпачка, оставляя верхушку менее накаляемой.
В общем, идея была хорошей, но сложно реализуемой. А когда ноука и математика беспомощны, остается ждать гения, способного найти решение без этих сложных дисциплин. Пока же фитильные лампы с трубчатым фитилем производились в основном потому, что у конкурентов дела обстояли не лучше.
Решение явно лежало в плоскости инжекторной горелки и наддува бака с топливом. Примус уже был, но инженеры сказали: МЫ ПОЙДЕМ ДРУГИМ ПУТЕМ - и, взяв за основу факельную безнасосную лампу типа Pigeon пятнадцатилетней давности
создали первую безнасосную калильную лампу с баком под давлением!
Патент на такие лампы был выдан Шустеру и Баеру в 1895 и первые лампы пошли почти сразу же, в 96.
В такой лампе бензин (или спирт - в спиртовых этого типа) поднимался (выпирался давлением в баке) по фитилю, испарялся в парогенераторной камере и вылетал в горелку типа бунзена через жиклер.
Ничего не напоминает? Безнасосные примусы, даже в виде неуправляемыхзажигательных гранат прототипов, появятся через два десятка лет - и в виде абсолютно параллельной разработки.
Светили такие лампы на бодрые 60 свечей и свою нишу в Европе держали еще долгие три десятка лет. Но только нишу. В ПРИНЦИПЕ, у них было ВСЕ необходимое для работы с калильной сеткой - но ВСЕ это имело фатальные недостатки. Бензин (бензол, бензолин...) хорошо горели, но были крайне пожароопасными, горелка давала пламя с четкой формой - но его обогащение плавало в зависимости от температуры, давления, состава топлива и предварительного форсажа. Ну и тепловой саморазгон никуда не денется и еще десятки лет будет мучать инженеров жидкотопливных горелок.
Полюбовавшись страданиями конструкторов фитильных калильных ламп, другие изобретатели сказали "МЫ ПОЙДЕМ ДРУГИМ ПУТЕМ". Конечно, не повторять ошибки других хорошо и правильно. Но пользоваться чужими хорошими идеями тоже хорошо.
Итак, у нас есть ПРИМУС и БЕСШУМНАЯ ГОРЕЛКА. Как бы нам сделать настольную инжекторную лампу?
НАДДУТЬ БАК УГЛЕКИСЛЫМ ГАЗОМ из баллончика! Нет, это не странность и не оверинжиниринг. Это была лобовая адаптация городского фонаря на жидком топливе. Углекислым газом в горелку подавался керосин в автономных городских фонарях. Но в настольной лампе? Нет, я понимаю, это ОЧЕНЬ удобно, когда вы увидите розжиг насосной лампы, вы поймете - но все же! Так в 1897 началась эпоха ламп с баком под давлением. Увы, найти фотографии или хотя бы рисунки лампы David Kempes, мне не удалось, но дальше я покажу очень похожую на нее лампу следующего поколения, так что обойдемся без регистраций и СМС.
Так к началу ХХ века ВСЕ варианты калильных ламп были известны. Но только газовые фонари низкого давления были по-настоящему широко распространены; остальные были скорее прототипами, чем светильниками. Осталось только превратить прототипы во что-нибудь полезное. Этим и будут заниматься инженеры последующую сотню лет:)
Картинки беспардонно смародерствованы с https://classicpressurelamps.com http://www.aladdinlamps.info https://williamsugghistory.co.uk и оставшейся части интернетов, так что смотреть их можно на свой страх и риск (если совесть вам позволяет игнорировать авторские права). Да, на этот раз даже русскоязычный сегмент выглядит не так бледно, как следовало бы ожидать и принес несколько интересных статей и переводов. И даже часть терминологии уже имеет русские аналоги:)
на грани 18 и 19 веков в руки к ученым попадает новая игрушка - горелка типа паяльной трубки, но на водород-кислородной смеси. Она давала стабильное бесцветное пламя температурой под 2800 градусов - и физики с химиками немедленно начали поджигать и плавить новой горелкой все, до чего дотягивались руки. И шо? Водородное пламя бесцветно и светить не может, да и полосочки в спектроскопе тоже не светят и не греют...
В начале 1820-х британский ученый(тм) Гёрни заметил, что оксид кальция в бесцветном пламени водородной горелки начинает светить белым светом. Вот примерно так:
Эффект заинтересовал и Герни, и других физиков. Почти сразу же Берцелиус обнаружил подобный эффект у солей циркония, а Томас Друммонд, увидев демонстрацию света оксида кальция у Фарадея, вдруг понял: ЭТО ИДЕЯ!
Идея Друмонда была проста, как лом. Раз оксид кальция светится в пламени водородной горелки - значит так и нужно светить! В смысле, водородной горелкой на вращающийся кусок этого самого оксида. Именно такой осветитель он и предложил в 1827 году.
Для городского и вообще какого-либо освещения подобное устройство было дорого и сложно, но вот в театрах освещение сцены "Друммондовым светом" вполне прижилось. Государственные и пожарные надзоры были еще беспомощны, а все большие пожары были еще впереди, так что новый яркий светильник еще несколько десятков лет оставался на сцене. Яркость списывала все недостатки включая пожароопасность и взрывоопасность водорода. Наверное.
В общем, в такой форме калильное освещение прижилось только в театре (где и стало непосредственной причиной изобретения "железного занавеса" лет через 50 - как раз перед появлением мощных дуговых ламп). Остальные же инженеры почесали репу и сказали: "Мы пойдем другим путем!"
Очевидно, у Друммондова света была пара крупных недостатков:
1. Это водород. Газ редкой падлючести и взрывоопасности. Водород следовало заменить на что-нибудь еще.
Водород можно заменить, например, светильным газом. Это смесь водорода и угарного газа, способная гореть ярким пламенем. Светильный газ вырабатывался на специальных газовых заводах, был ядовит, взрывоопасен - но очень популярен в городах - потому, что ничего лучше для освещения не было.
Или ацетиленом. Ацетилен тоже отлично горит ярким пламенем - но по взрывоопасности и падлючести превосходит даже водород. В небольшом фонаре его еще можно использовать, но в крупных системах он рано или поздно приведет к катастрофе. Впрочем до изобретения карбидного генератора лет через 70, об ацетилене говорить нечего. Он есть, но в промышленных количествах его нет.
Можно даже природным газом, но это уже совсем фантастика - кто будет тащить через сотни километров газ, который толком и светить-то неспособен? Ах, оксид кальция и цирконий? Так не светятся же! Только водород, только хардкор!
2. это сама конструкция светильника, сложная и, опять же весьма проблемная.
Во-первых, сама горелка. Для работы паяльной трубки нужен подвод газа и кислорода. Это нормально для лаборатории, но слишком дорого для городских фонарей.
Казалось, бы, все просто. Инжекторная горелка, правда же, попаданцы? Вот только пресловутая бунзеновская горелка появится только лет через дцать. В 50-х годах, почти одновременно с керосином. И до фонарей она дойдет лет через надцать. Но температура пламени атмосферной инжекторной горелки заметно ниже кислородной, так что ни о каком ярком свете оксида кальция или циркония речь идти вообще не может.
И это было половиной проблемы. Вторая половина была еще занимательнее:
Кусок извести, накаляемый горелкой выгорал неравномерно, требовал вращения специальным механизмом и большого расхода газа на прокаливание всего объема. С этим точно нужно было что-то решать и на это ушли годы исследований, по итогам которых выяснилось, что РАЗМЕР ИМЕЕТ ЗНАЧЕНИЕ и в тонком слое светимость и оксида циркония, и оксида кальция заметно возрастают. В 1834 Тальбот создает первый прототип того, что впоследствии назовут "калильной сеткой" - бумажный стаканчик, пропитанный солями кальция. При нагреве бумага сгорала, а минеральный скелет начинал ярко светиться.
Идея выглядела перспективной, но проблема с низкой температурой пламени атмосферной горелки оставалась. А это значило, что нужно было найти вещества, светящиеся ЯРЧЕ известных и на их поиск ушло еще три десятка лет.
И только в 1880-х годах ключевые проблемы решились практически молниеносно. В 81 появляются светильники Кламона на инжекторной атмосферной горелке и калильные колпачки на основе соединений магния. Тогда же Котинский создает калильные сетки из окисей стронция, магния, циркония и алюминия. Сетки поначалу были действительно сетками из тугоплавкого металла, например, платины с напылением собственно люминофора. Но уже в 1885 году Ауэр-фон-Вельхсбау подает патент на тканевой колпачок, пропитанный смесью солей редкоземельных металлов. Цирконий, лантан, иттрий, эрбий, церий, неодим... Причем, Ауэр сразу уточнил, что его изобретение применимо "для газовых и иных горелок", до которых я надеюсь дойти очень скоро. Второй же патент дополнительно к редкоземам предложил использовать соли тория и урана. Третий патент должен был защитить наиболее яркую смесь - 99% тория и 1% церия - но Ауэр не один занимался разработкой калильных смесей и "идеальную смесь" описали еще несколько разработчиков. И, как бы это ни звучало, газокалильное освещение начало поистине взрывное распространение.
Уже через несколько лет (1892) была продана почти сотня тысяч газовых фонарей с новыми калильными сетками, в 1894 их уже только в Париже уже было около 150000.
Очень быстро стали нащупаны и особенности работы фонарей. Не рассчитаны, именно "нащупаны" методом проб и ошибок. Ни физхимия, ни математика тогдашних времен помочь не могли. Работа калильной горелки гораздо сложнее, например, примуса который честно рассчитать стало возможно только "позавчера" - и то, на очень мощном компьютере. Здесь сталкивается изощренная газодинамика, физхимия, химия, физика и квантовая механика:) В общем, инженерам оставалось почти вслепую искать идеальные технические решения.
Одним из них была уже упомянутая смесь тория с церием, светящаяся ярче, чем торий и церий по отдельности. Это свечение объясняется сложным комплексом взаимосвязанных каталитических и термических реакций. Если совсем коротко, то радикалы водорода реагируют с калильным колпачком каталитическим нагревом, раскаляя его до температуры выше температуры пламени. Более того, если газ выключить и тут же снова включить, пока колпачок не успел остыть окончательно, он может разогреться и вновь поджечь газ!
в самой калильной смеси тоже происходит сложное взаимодействие. Окись церия дает лучший люминисцентный эффект, но при высокой температуре, а окись тория - лучший каталитический. И только в смеси происходит каталитический тепловой разгон на тории, достаточный для исключительно яркого света церия.
Во-вторых, колпачок должен точно повторять форму пламени; пламя должно чуть-чуть проходить внешней частью сквозь колпачок. Колпачки первых поколений прожигались еще на фабрике, после обжига покрывались тонким слоем коллодиума и были, именно колачками-насадками на торчащую вверх горелку низкого давления.
Но если подавать газ под высоким давлением, мощность фонаря можно увеличить (Да, да, НУЖНО БОЛЬШЕ ТОПЛИВА:). Тогда можно прокалить сетку еще сильнее и светить будет еще лучше.
Я не стану уходить в дебри конструкций фонарей, автоматических запалов и прочих тонкостей; я и упомянул-то их в основном потому, что без них сложно будет понять собственно портативные светильники. В общем, за кратчайшие сроки города получили действительно яркое уличное освещение. В основном уличное. Да, в богатых домах с подведенным газом газовые рожки заменялись на газокалильные - но не всегда. Хотя настоящие буржуИны, считающие каждую копейку, быстро поняли, что расход газа+колпачков обходится дешевле газового рожка.
Но даже у самых лучших газокалильных ламп был один фатальный недостаток: они были стационарными. Что очень ограничивало местное освещение. То есть газокалильную лампу на стол или рояль не поставить. В смысле, можно, но настольная лампа со шлангом - это очень стимпанково и очень небезопасно. В смысле, я, конечно, могу представить розетки-ниппели и шланговые светильники, но это будет именно реквизит для стимпанковского сеттинга. А в нашей реальности нужно было топливо, запас которого хранится в самой лампе.
И газ в этом смысле не очень подходил. Вот честно, разминулись эпохи пропана в баллонах и баллончиках и массовые калильные колпачки. Технически существенных проблем с ними не было, но вот просто "не судьба". Нужно было адаптировать к более популярным сортам топлива. И сразу же начались проблемы.
Дело в том, что в жидком углеводородном топливе этого самого углерода от "немало" до "очень уж дохрена", да и другого говна совершенно избыточно. А значит, горелка может коптить гораздо сильнее любой газовой, а копоть просто убивает и без того не слишком стойкий колпачок или сетку.
Значит нужна горелка, которая сначала испарит, а потом сожжет топливо чистым синим пламенем. Инжекторная горелка с парогенератором.
Первыми эту адаптацию прошли именно городские фонари. Приспособив инжекторную горелку к сверхмощным "факельным" лампам, инженеры создали первые автономные калильные фонари. В такие фонари топливо подавалось из бака в толстом основании столба наддувом из баллончика с углекислотой. Найти картинки фонарей с углекислотным наддувом мне не удалось, но в 1898 американский инженер Китсон предлагает новый вариант автономного уличного фонаря.
Здесь керосин уже подавался давлением воздуха в баке, накачиваемым простым насосом.
Такой фонарь давал под 500 свечей и расходовал литр керосина за 10 часов. Для сравнения, прикиньте, сколько сожреть ваш бензогенератор за 10 часов полукиловаттной нагрузки:)
Также, обратите внимание, в фонаре установлены ДВЕ горелки. Вернее, одна, но с двумя соплами. Оказалось, (совершенно внезапный закон куба-квадрата) несколько маленьких колпачков, нагреваемых отдельными соплами, дают больше света, чем один большой на всю мощность горелки.
Так улицы, не охваченные газовыми сетями, получили яркое освещение. Но это было уже на грани веков, а освещать дома хотелось и раньше. И без газовых сетей тоже.
И вот здесь начинается цирк, легаси, эволюция и инженерное порно.
Итак, нам нужна компактная лампа, способная испарять и сжигать углеводородное топливо синим пламенем высокой температуры. Примус получается какой-то. Кстати, Линдквист со своим Примусом как раз в эти годы показал, что компактная инжекторная горелка на жидком топливе возможна и весьма неплоха.
Вот скажите, сколько времени займет
Вот, кстати, лампа, собранная из тела второго Шмеля, самопального рассекателя горелки и колпачка.
И она же в облагороженном виде. Сделана умельцем в 2010 годы чисто по приколу.
Так вот, в нашей реальности переход к лампам "типа примуса" занял почти 10 лет! А лампы с очевидно-примусным происхождением появились еще позже!
Так что первым лампам пришлось искать топливо, которое не дает копоти в силу низкого содержания этого самого углерода. Например СПИРТ(ы). Спирт горит без копоти, но весьма низкокалориен. Впрочем, решение всем известно: НУЖНО БОЛЬШЕ ТОПЛИВА. А значит, все равно инжекторная горелка, но не примусная. В общем, спиртокалильным лампам пришлось искать других предков. И ими ОПЯТЬ стали недавно упомянутые чудовищные и бессмысленные "факельные" лампы с гравитационной подачей топлива! Я не знаю, почему, но гравитационная подача очень полюбилась инженерам именно спиртовой техники. В общем, вот, самая старая из найденных мной домашних спиртокалильных ламп образца 1896 года.
Спиртокалильные лампы произвели настоящую революцию в домашнем освещении. Даже с гравитационной подачей спирта такие лампы могли давать 200-250 свечей, что более, чем достойно даже по нынешним временам. Кроме того, в сравнении с керосиновой лампой они производили значительно меньше углекислого газа, как вообще, так и "на свечу". При этом, цена освещенности была вполне сопоставима с керосиновым освещением. В смысле, спирт был дороже, но светил заметно лучше. Ну и опять таки, запах перегара от лампы все-таки приятнее керосинового выхлопа.
Но керосин все-таки был главным бытовым топливом цивилозованного человека. Ну и бензин, хоть его тогда как топливо по сути и не рассматривали (то есть он использовался в некоторых лампах специального назначения, но не более того). Керосин. Очень калорийный, порождающий уйму копоти - но незаменимый на грани веков продукт. И снова ирония ситуации. Спиртокалильные лампы уже есть, примус все еще есть. Казалось бы, нужно скомпоновать наддувный бак, парогенератор и бесшумную инжекторную горелку. И керосинокалильная лампа не должна иметь существенных отличий от спиртокалильной.
АГАЩАЗ! Керосинокалильные лампы НЕ взяли родословную от спиртокалильных и НЕ породнились с Примусом (по крайней мере, не сразу). Первые керосинокалильные лампы были ФИТИЛЬНЫМИ.
Их предком стала - тадам - керосиновая лампа-"молния" с трубчатым фитилем, которая была модификацией Аргандовой лампы из глубин времен. Об этих лампах я писал в "керогазном" посте, но теперь на них придется взглянуть чуть внимательнее.
Сразу скажу, случайно найденная "молния" колпачок не раскалит; для этого нужно "синее пламя". Ну а мы уже знаем, что синее пламя можно получить, заменив "трубу" лампы и отрегулировав отверстия в рассекателе и сетке. А получив синее пламя, можно уже и колпачок подвесить... НЕ ДЕЛАЙТЕ ЭТОГО ДОМА. Очень скоро вы поймете, почему.
Первые патенты на керосинокалильные лампы были выданы вездесущему Гретцу (1892) и Мюллеру (1895). Причем, лампа Гретца рассматривалась для использования с колпачками первого поколения (известковые или циркониевые), а лампа Мюллера предполагала использование колпачков с газовых фонарей.
Грабли пошли незамедлительно. Сама идея была проста и гениальна, горелка выдавала синее пламя - но но но...
Напомню, для оптимальной работы калильного колпачка, его форма должна повторять форму пламени. Кроме того, пламя не должно коптить. И со всем этим немедленно начались проблемы. Колпачки светили плохо, неравномерно, быстро убивались копотью - без каких-либо видимых причин. Что-то мешало во внешне хороших лампах светить нормально.
Газодинамика такая сука! При низкой скорости потока топлива (ограниченном испарением с фитиля и скоростью тяги в колбе лампы) и большой площади пламени (определяемой длиной окружности фитиля) ЛЮБАЯ неоднородность в форме фитиля или потоке воздуха перекашивает пламя. Забившиеся отверстия в сетке, вмятины, деформированный от температуры диск рассекателя или подвес колпачка, нагар на фитиле - оппс, приехали. И ведь в лампе-молнии или обогревателе все это было - но для ухудшения работы нужны были гораздо бОльшие дефекты.
Также оказалось, что рассекатель-пуговица годится для ламп-молний, но для калильного колпачка нужна новая, более стабильная форма пламени.
Но как "пуговица", так и более сложные формы рассекателей типа "Кунт и Десслер" (1898) не давали сколь-нибудь приличного результата.
Такие лампы направляли синее пламя на юбку колпачка, оставляя верхушку менее накаляемой.
В общем, идея была хорошей, но сложно реализуемой. А когда ноука и математика беспомощны, остается ждать гения, способного найти решение без этих сложных дисциплин. Пока же фитильные лампы с трубчатым фитилем производились в основном потому, что у конкурентов дела обстояли не лучше.
Решение явно лежало в плоскости инжекторной горелки и наддува бака с топливом. Примус уже был, но инженеры сказали: МЫ ПОЙДЕМ ДРУГИМ ПУТЕМ - и, взяв за основу факельную безнасосную лампу типа Pigeon пятнадцатилетней давности
создали первую безнасосную калильную лампу с баком под давлением!
Патент на такие лампы был выдан Шустеру и Баеру в 1895 и первые лампы пошли почти сразу же, в 96.
В такой лампе бензин (или спирт - в спиртовых этого типа) поднимался (выпирался давлением в баке) по фитилю, испарялся в парогенераторной камере и вылетал в горелку типа бунзена через жиклер.
Ничего не напоминает? Безнасосные примусы, даже в виде неуправляемых
Светили такие лампы на бодрые 60 свечей и свою нишу в Европе держали еще долгие три десятка лет. Но только нишу. В ПРИНЦИПЕ, у них было ВСЕ необходимое для работы с калильной сеткой - но ВСЕ это имело фатальные недостатки. Бензин (бензол, бензолин...) хорошо горели, но были крайне пожароопасными, горелка давала пламя с четкой формой - но его обогащение плавало в зависимости от температуры, давления, состава топлива и предварительного форсажа. Ну и тепловой саморазгон никуда не денется и еще десятки лет будет мучать инженеров жидкотопливных горелок.
Полюбовавшись страданиями конструкторов фитильных калильных ламп, другие изобретатели сказали "МЫ ПОЙДЕМ ДРУГИМ ПУТЕМ". Конечно, не повторять ошибки других хорошо и правильно. Но пользоваться чужими хорошими идеями тоже хорошо.
Итак, у нас есть ПРИМУС и БЕСШУМНАЯ ГОРЕЛКА. Как бы нам сделать настольную инжекторную лампу?
НАДДУТЬ БАК УГЛЕКИСЛЫМ ГАЗОМ из баллончика! Нет, это не странность и не оверинжиниринг. Это была лобовая адаптация городского фонаря на жидком топливе. Углекислым газом в горелку подавался керосин в автономных городских фонарях. Но в настольной лампе? Нет, я понимаю, это ОЧЕНЬ удобно, когда вы увидите розжиг насосной лампы, вы поймете - но все же! Так в 1897 началась эпоха ламп с баком под давлением. Увы, найти фотографии или хотя бы рисунки лампы David Kempes, мне не удалось, но дальше я покажу очень похожую на нее лампу следующего поколения, так что обойдемся без регистраций и СМС.
Так к началу ХХ века ВСЕ варианты калильных ламп были известны. Но только газовые фонари низкого давления были по-настоящему широко распространены; остальные были скорее прототипами, чем светильниками. Осталось только превратить прототипы во что-нибудь полезное. Этим и будут заниматься инженеры последующую сотню лет:)
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2021-06-22 10:24 am (UTC)