Авг 25

Рудольф Дизель

 Рудольф Дизель http://zarevo.net

Рудольф Дизель http://zarevo.net

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Двадцать лет назад, в ночь с 30 сентября на 1 октября в Северном море при совершенно за­гадочных обстоятельствах, оставшихся нерас­крытыми и до сих пор, погиб великий изобре­татель теплового двигателя, носящего его имя, успешный пионер в области усовершенствова­ния первых тепловых двигателей, инженер, от­крывший новый, доселе почти неизвестный путь мировой технике и давший новые способы для использования самых разнообразных горючих.

Рудольф Дизель родился в Париже 18 марта 1858 г. Помогая отцу в переплетной мастерской, мальчик бегал по Парижу, разнося заказы.

Двенадцатилетнего Рудольфа, чтобы изба­виться от лишнего рта в семье, отправили в Германию к дяде, профессору Барникелю.

В Аугсбурге, окончив реальное училище, Ру­дольф поступил в политехническую школу и принял германское подданство. Способный уче­ник, поставивший себе целью стать механиком, получил стипендию и был зачислен в Мюнхен­ский политехникум, где ближайшими его руко­водителями оказались проф.Шреттер и знаме­нитый изобретатель холодильных машин проф.Линде.

Весною 1878 г. Линде читал свою обычную лекцию по термодинамике. Со свойственным ему блеском и умом он излагал слушателям теорию идеального теплового двигателя, рабо­тающего по выведенному путем теоретических рассуждений циклу гениального французского ученого Сади Карно. Этот двигатель, по расче­ту основоположника термодинамики, должен был претворять в полезную работу до 70% тeплотворной способности потребляемого топлива. Обратив внимание слушателей на столь высо­кий коэффициент полезного действия идеального двигателя Карно, лектор указал на поразитель­но малые коэффициенты полезного действия па­ровых машин.

Паровые машины того времени, над которы­ми работали в течение уже ста лет лучшие умы человечества, имели коэффициент полезного дей­ствия в 12—13% при больших мощностях. При мощностях не выше 200 л. с. он падал уже до 9%, а в машинах, еще менее мощных, опускал­ся до 5%. Современные паровозы, где уста­новка конденсатора, сильно повышающего полезность действия паровых машин, невозможна, лишь 5% потребляемого топлива превращали в полезную работу, остальное буквально вы­летало в трубу.

Столь ничтожное использование теплотворной способности сжигаемого в топках паровых ма­шин угля привело аудиторию в глубокое изум­ление. Рудольф Дизель был совершенно потря­сен. Он взял свою тетрадь, где записывал лек­ции, и на полях ее наскоро написал: «Изучить возможность применения изотерм на практике».

Эта беглая запись, сделанная на полях сту­денческой тетради, определила весь жизненный путь Дизеля и положила начало размышлениям и деятельности, в результате которых много лет спустя появилось изобретение, изумившее мир.

 

2.

Задача — практически осуществить идеаль­ный цикл Карно, поставленная перед собой мо­лодым студентом, была столь же грандиозной, сколь и своевременной. То время, когда в на­родном хозяйстве роль двигателя исполнял че­ловек или животное, а затем водяное колесо, давно прошло. Капиталистическое хозяйство, движимое растущей конкуренцией, не могло уже удовлетворяться прожорливыми, громозд­кими паровыми машинами. Оно требовало от техники создания экономичного, удобного, лег­ко переносимого двигателя с высоким коэффициентом полезного действия.

С точки зрения экономического использования тепла, даровые котлы имели огромное не­удобство их нельзя было нагревать так, чтобы полностью использовать теплоту печи. Изобре­татели стали пытаться перенести печь в сам рабочий цилиндр, сжигать топливо в цилиндре, создать двигатель внутреннего сгорания вместо двигателя внешнего сгорания, каким является паровая машина.

Попытки эти делались давно. Еще в 1783 г. голландский физик Гюйгенс соорудил машину, в которой поршень поднимался кверху при по­мощи взрыва порохового заряда, наполнявшего цилиндр горячими газами. По охлаждении этих газов атмосферное давление оттесняло пор­шень обратно, и хотя заряжение происходило с большой возней, так как надо было отнимать дно цилиндра, все же Гюйгенс имел дело с про­тотипом двигателя внутреннего сгорания. В сущ­ности говоря, таким же прототипом является и обыкновенная пушка, с той разницей, что здесь при каждом ходе поршень (снаряд) совсем вы­летает из цилиндра. Практического значения машина Гюйгенса конечно не имела.

Первой  работавшей машиной такого рода стал газовый двигатель Ленуара, изобретенный в 1860 г. И эта машина не получила практиче­ского применения, так как потребляла много дорогостоящего горючего (светильного газа) и имела незначительную мощность.

Возможность практического использования двигателя внутреннего сгорания явилась лишь тогда, когда кельнский механик Николай Отто в машине Ленуара применил впервые выска­занный французом Боде-Роша принцип сжатия смеси перед зажиганием. Именно в 1878 г., ког­да Дизель сделал свою запись на лекции проф. Линде, Отто взял патент на четырехтактный га­зовый двигатель, построенный на принципе сжа­тия, положенного потом в основу всего моторостроения.

С этого момента и началось техническое и промышленное значение двигателей внутренне­го сгорания и внедрение их в транспорт и производство.

Рабочий процесс, совершавшийся в цилиндре нового двигателя, получивший наименование четырехтактного цикла Отто, сводится к сле­дующему: при первом ходе поршня (или такте) в цилиндр двигателя поступает смесь светиль­ного газа с воздухом через автоматически от­крывающийся клапан; при втором такте обрат­ным ходом поршня, приводимым в движение еще посторонней силой, как и вначале, запер­тая в цилиндре горючая, рабочая смесь, сжима­ется до одной пятой своего первоначального объема; при третьем такте, как только пор­шень начал свой третий ход, эта подвергнутая сжатию смесь зажигается электрической искрой и сгорает со взрывом, образуя расширяющиеся газы, которые сильным давлением толкают пор­шень и сообщают ему рабочую силу, переда­ваемую через шатун коленчатому валу, дающе­му вращательное движение исполнительному механизму. При четвертом такте, последнем хо­де поршня через автоматически открывающий­ся выпускной клапан, отработанные газы выго­няются наружу, после чего снова начинается новый цикл такого же порядка.

Сжатие рабочей смеси перед зажиганием чрезвычайно повысило коэффициент полезного действия, доходившего уже в первых двигате­лях Отто до 17—19%. Точные расчеты приводили к выводам, что чем выше будет степень сжатия, тем производительнее будет работа мо­тора. Однако и до сего времени в двигателях, работающих по циклу Отто (бензиновых авто­мобильных и авиационных), степень сжатия не удалось повысить далее 6—7. Беда заключа­лась в том, что слишком разогревающаяся в работающем цилиндре смесь начинает взры­ваться сама по себе еще до появления искры благодаря высокой температуре, получающей­ся при сильных сжатиях, что делает работу мо­тора непроизводительной.

Изобретательская мысль замкнулась в круг технической невозможности, и хотя газовые двигатели Отто нашли себе применение в про­мышленности, а бензиновые, построенные по тому же принципу Отто,—в автомобилях, основ­ная задача, поставленная перед техникой капи­талистическим хозяйством, оставалась неразре­шенной: двигатели Отто потребляли дорогое топливо, к тому же не везде имевшееся; бензи­новые моторы были машинами очень незначи­тельной мощности, конкурировать с паровой машиной ни те, ни другие не могли.

Окончив политехникум, Дизель отправился в качестве практиканта на завод «Бр. Зульцер», в Швейцарии, имея однако свою собственную «программу жизни», о которой он говорил впо­следствии:

— Я оставил высшее учебное заведение, по­шел на практику и должен был завоевать себе положение в жизни. Но мысль о моей задаче преследовала меня беспрерывно. Свободное вре­мя я употреблял на то, чтобы всесторонне рас­ширить свои знания по теплотехнике.

В то время как современники Дизеля искали разрешения задачи в усовершенствовании двигателей Отто, гений Дизеля вел его через кри­тику паровой машины к поискам новых мате­риалов, могущих заменить водяной пар. Начав опыты с парами аммиака, изобретатель занял­ся конструированием аммиачного мотора, и здесь-то, убедившись в неосуществимости для этих паров высоких сжатий и перейдя к опы­там с чистым воздухом, изобретатель напал на свою счастливую мысль, что воздух может быть и работающим материалом и химическим реа­гентом, нужным для сгорания.

Четырнадцать лет постоянных размышлений и практических опытов образовали наконец стройную теорию «рационального» теплового двигателя. Дизель запатентовал рабочий про­цесс двигателя и изложил теоретическую часть многолетней работы в брошюре «Теория и кон­струкция рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и дру­гие существующие в настоящее время двига­тели». Дизель утверждал, что его двигатель «является самым простым и экономичным».

Никогда еще ни одно изобретение, изложен­ное лишь теоретически, без практического вы­полнения, не вызывало столько споров, шума и разногласий, как двигатель Дизеля. Большая часть критиков оценивала идею изобретателя как неосуществимую, и лишь крупнейшие зна­токи дела, как Цейнер, Линде и Шреттер под­держали своим авторитетом работу молодого ученого.

Постройка опытных моторов требовала средств и оборудования, которых у изобрета­теля не было. Он рассылал свою брошюру и от­зывы о ней машиностроительным заводам с предложением выполнить его мотор. Отказ сле­довал за отказом. Но блестящий ум, знания, неукротимая энергия и настойчивость побороли в конце концов недоверие.

В феврале 1893 г. Дизель заключил договор с Аугсбургским машиностроительным заводом, а в апреле с фирмой Круппа в Эссене. Аугс­бургский завод предоставлял в распоряжение изобретателя мастерские, а Крупп — денежные средства. Дизель уступал обеим фирмам свои права на патент.

Работы по созданию дизель-мотора продол­жались в аугсбургских мастерских пять лет. Первый опытный мотор не работал. Второй, сооруженный вскоре, дал лишь холостой ход в течение одной минуты. Первые неудачи не сломили энергии изобретателя. Он вносил бес­численные изменения в конструкцию двигателя, продолжал опыты и выходил, к удивлению сво­их сотрудников, победителем из самых трудных положений.

Он писал в своем дневнике:

«Первый мотор не работает, второй работает несовершенно, третий будет хорош…»

И третий мотор оправдал ожидания изобре­тателя. Он не только подтвердил правильность теоретических построений Дизеля, но оказался уже настолько работоспособным, что был оп­робован на производстве. Опытные работы бы­ли кончены.

Мастерские начали постройку пригодного для эксплуатации двигателя, и в начале 1897 г. пер­вый двадцати сильный четырехтактный двига­тель с водяным охлаждением и компрессором был испытан.

Практическое выполнение резко отличалось от теоретического построения: в борьбе с при­родой и несовершенством технических средств изобретатель должен был отказаться прежде всего от изотермического сгорания; вместо предполагаемого сжатия в 200 ат, удалось до­биться сжатия лишь в 35 ат. В качестве топли­ва употреблялся керосин, а не угольная пыль, о которой говорилось в патенте Дизеля. Нако­нец вопреки прежнему убеждению изобретате­ля в ненужности охлаждения двигатель был снабжен водяной рубашкой. Вместо’ осуществле­ния идеального цикла Карно налицо был та­ким образом лишь новый рабочий процесс.

Двигатель был мощен, легко переносим, удо­бен, не требовал для обслуживания рабочих рук, потреблял топлива всего лишь 240 г на си­лу в час и имел коэфициент полезного действия в 34%, т. е. превышал втрое коэфициент по­лезного действия паровых машин.

Рабочий процесс двигателя состоял в следу­ющем: при первом такте в цилиндр всасывался обыкновенный воздух, который при втором такте обратным ходом поршня сжимался до 1/14 части своего первоначального объема или до 35 ат. Сила сжатия была равна давлению 35 кг на 1 см2. При этом температура сжатого воздуха доводилась до 600° Ц, т. е. до темпе­ратуры, превышающей температуру воспламе­нения топлива. В начале третьего такта в ци­линдр впрыскивался в распыленном виде керо­син, который и загорался в раскаленном возду­хе без зажигания. Далее следовало расширение газов, дававшее поршню рабочий ход. При чет­вертом такте отработанные газы выталкивались наружу.

Это были те же четыре такта, осуществляю­щиеся и в цикле Отто. Но двигатели Отто вса­сывают не чистый воздух, а. смесь воздуха и газа или превращенного в газ бензина, что не позволяет из-за преждевременности взрывов увеличивать сжатие, от степени которого зависит наибольшее использование горючего. Ме­жду тем по циклу Дизеля чистый воздух, вса­сываемый в цилиндр, можно доводить до весь­ма высоких степеней сжатия, и благодаря вы­сокой температуре сжатого воздуха вводимое в цилиндр горючее самовозгорается; в двигате­лях, работающих по циклу Отто, горючая смесь сгорала со взрывом, т. е. очень быстро, отчего и самые двигатели, работавшие по циклу Отто, называются взрывными; в двигателях же Дизе­ля горючее сгорает без взрыва, так как топ­ливо вводится постепенно, этим поршню сооб­щается постоянное давление расширяющихся при сгорании газов, которое поддерживается постепенно вводимым и постепенно сгорающим топливом.

Производивший официальное испытание но­вого двигателя проф. Шреттер опубликовал отчет о результатах испытания, он вызвал невероятную сенсацию. О новом двигателе за­говорил весь мир.

 

 

Передавая права на свой патент ряду маши­ностроительных заводов, Дизель тем самым привлек к работам над усовершенствованием своего двигателя лучших конструкторов и ин­женеров. Работа в этом направлении шла с ог­ромным успехом. Повышалась мощность ди­зель-моторов, расширялась область их приме­нения, использовались в качестве горючего самые разнообразные топлива. Уже в 1898 г. русскому заводу «Людвиг Нобель» в Петербур­ге удалось сконструировать первый дизель, ра­ботающий на нефти: переход на этот род де­шевого топлива решил бесповоротно судьбу но­вых двигателей. Попытка установки дизель-мотора в качестве судового двигателя, пред­принятая тем же «Т-вом бр.Нобель», также увенчалась успехом: суточный расход топлива для одного и того же по величине и грузо­подъемности судна выражался для парохода с угольным отоплением в 70 т, с нефтяным—в 40 т, а для теплохода, работающего на двига­телях Дизеля,- всего лишь в 17 т, теплоход вы­гадывал не только на топливе, но и на грузо­подъемности, так как мог брать вдвое мень­ший запас топлива.

В 1908 г., когда окончился срок действия патентов Дизеля, началось бурное распростране­ние двигателей, носивших его имя. Мощность их дошла до 2 тыс. л. с. в одном цилиндре; на двигатели Дизеля переходила промышленность, двигатели Дизеля работали на электростанци­ях, двигателями Дизеля оборудовались огром­ные океанские теплоходы. В 1912 г. был постро­ен заводом бр. Зульцер первый дизель-локомо­тив. Распространение дизель-моторов превос­ходило самые фантастические предположения, хотя надежда изобретателя, что они совершен­но заменят паровую машину, и не оправдалась.

Успех изобретения затрагивал интересы мно­гих отдельных лиц. Самые условия существо­вания в капиталистическом обществе, в основу которого кладется личное обогащение, ведут к борьбе, к жесточайшей конкуренции. Чем боль­ше возрастал успех Дизеля, тем яростнее ста­новилась кампания, поднятая против изобрета­теля. Все чаще и чаще раздавались голоса, утверждавшие, что Дизель пользуется честью и славой, ему не принадлежащей. Появились статьи и книги, доказывавшие, что ни впрыски­вание топлива сжатым воздухом, ни высокое сжатие, ни самовоспламенение топлива не бы­ли применены Дизелем впервые.

За несколько месяцев до своей смерти Ди­зель опубликовал документальную историю «происхождения дизель-моторов», в которой с горечью высказался до конца.

— Проведение изобретения в жизнь,— писал он,—связано с борьбой против глупости, зави­сти, косности, тайного противодействия и от­крытой борьбы интересов. Это ужасное время борьбы с людьми—мученичество даже и в том случае, когда оно увенчивается победой.

Таинственное исчезновение Дизеля с парохо­да при переезде из Бельгии в Англию 30 сен­тября 1913 г. многими рассматривается как са­моубийство, в результате преследования кон­курентов и коммерческих неудач.

В некрологе, помещенном в журнале «Обще­ства немецких инженеров», появившемся вслед за смертью изобретателя, отмечалось, что дея­тельность Дизеля положила начало новому пе­риоду развития современного моторостроения. Двадцать лет, истекшие с того времени, под­твердили это признание, сделанное под свежим впечатлением смерти творца дизельмотора.

 

Л. Гумилевский

«Техника молодежи» 1933 г январь

Добавить комментарий