Page numbers in [brackets] represent full-page illustrations or unpaginated plates, here placed as close as practicable to their referring text.
The largest illustrations are shown as thumbnails linked to the full-size version.
This file includes a few less common fractions such as ⅛ and ⅔. Passages containing these characters are given in alternate form at the end of the text, after the Footnotes.

АМЕРИКАНСКОЕ ОБЩЕСТВО ГРАЖДАНСКИХ ИНЖЕНЕРОВ

ОСНОВАНО В 1852 Г.

ТРУДЫ

Доклад № 1171

ФЕДЕРАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АВАРИЙ В ШАХТАХ, СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТОПЛИВА. 1

Герберт М. Вильсон, чл. Амер. о-ва гражд. инж.

С обсуждением, в котором приняли участие г-да Кеннет Аллен, Генри Крейзингер, Уолтер О. Снеллинг, А. Барточчини, Х. Г. Стотт, Б. У. Данн и Герберт М. Вильсон.

Введение.

Катастрофа в шахте, произошедшая в Черри, штат Иллинойс, 13 ноября 1909 года, когда в шахте находилось 527 человек, приведшая к заточению 330 человек, из которых 310 погибли, вновь привлекла внимание общественности к частому повторению подобных катастроф и их ужасающим последствиям. Интерес к возможным способам предотвращения таких катастроф, а также к возможным средствам борьбы с последующими пожарами в шахтах и спасения заблокированных горняков, обострился даже сильнее, чем после серии из трех столь же масштабных катастроф, произошедших в 1907 году, по той причине, что после катастрофы в Черри 20 человек были спасены живыми после недельного заточения, когда практически всякая надежда на спасение кого-либо из горняков была оставлена.

Этот несчастный случай, произошедший спустя чуть более полутора лет после принятия Конгрессом закона, предписывающего директору Геологической службы США расследовать причины и возможные способы предотвращения гибели людей при добыче угля, делает текущий момент подходящим для обзора того, что было сделано Геологической службой за это время для реализации целей данного закона.

Можно с уверенностью утверждать, что если бы такая катастрофа произошла год или более назад, все заблокированные люди неминуемо погибли бы, так как войти в шахту без защиты, обеспечиваемой искусственными дыхательными аппаратами, было бы невозможно. Более того, если бы не присутствие квалифицированного отряда правительственных инженеров, имеющих опыт более чем годовой подготовки в ходе подобных операций при ликвидации последствий более чем двадцати катастроф, шахта была бы запечатана до тех пор, пока пожар не выгорел бы, и ни погибшие, ни те, кто был найден живым, не были бы извлечены в течение многих недель. В этот период горняки подверглись бы огромным страданиям и убыткам из-за вынужденного простоя, а владельцы шахт — из-за продолжающейся невозможности вновь открыть шахту и возобновить работы.

Характер работы. — Геологическая служба США с 1904 года непрерывно занимается проведением исследований, касающихся строительных материалов, таких как камень, глина, цемент и т. д., а также проведением испытаний и анализов углей, лигнитов и других минеральных видов топлива, принадлежащих правительству и предназначенных для его нужд.

Попутно Служба рассматривает способы повышения эффективности использования этих ресурсов в качестве топлива и строительных материалов в надежде, что исследования приведут к их наилучшему использованию.

Эти изыскания привлекли внимание к потерям человеческих жизней, сопутствующим добыче топлива и его подготовке к продаже, в результате чего в мае 1908 года Конгресс выделил средства на исследования причин взрывов в шахтах с целью их предотвращения.

Статистика, собранная Геологической службой, показывает, что средний уровень смертности в угольных шахтах США от несчастных случаев всех видов, включая взрывы газа и пыли, обвалы кровли, взрывы пороха и т. д., в три раза выше, чем во Франции, Бельгии или Германии. С другой стороны, ни в одной стране мира нет столь благоприятных природных условий для безопасной добычи угля, как в Соединенных Штатах. В Бельгии, занимающей передовые позиции в изучении условий горного дела, было достигнуто постоянное снижение уровня смертности: с показателя, некогда почти равного показателю США, а именно 3,28 на тысячу в период 1851–1860 гг., он был снижен примерно до 2 на тысячу в период 1881–1890 гг., а в последнее десятилетие этот показатель был дополнительно снижен почти до 1 на тысячу. Исходя из исследований, уже проведенных Геологической службой, представляется несомненным, что будут найдены лучшие средства обеспечения безопасности жизни горняков и что уровень смертности от несчастных случаев в шахтах вскоре продемонстрирует заметное снижение.

Другая статистика, собранная Геологической службой, показывает, что к концу 1907 года в Соединенных Штатах было добыто почти 7 000 000 000 тонн угля, и, по оценкам, на каждую добытую тонну почти тонна была потрачена впустую: 3 500 000 000 тонн остались в земле или были выброшены в отвал как уголь сорта, слишком низкого для коммерческого использования. К концу 1907 года добыча представляет собой истощение запасов угля в объеме несколько более 10 000 000 000 тонн. Было подсчитано, что если добыча продолжит расти с нынешнего годового объема примерно в 415 000 000 тонн теми же темпами, что наблюдались в течение последних пятидесяти лет, большая часть наиболее доступных запасов угля будет исчерпана до середины следующего века.

Лесная служба оценивает, что при нынешних темпах потребления, без учета возобновления роста, запасы древесины будут исчерпаны в течение следующей четверти века. Поэтому желательно получить всю возможную информацию относительно наиболее подходящих заменителей древесины для строительных и инженерных конструкций, таких как железо, камень, глиняные изделия, бетон и т. д., и установить минимальную пропорцию, в которой эти материалы должны использоваться для конкретной цели. Истощение в результате использования в инженерном и гражданском строительстве относится не только к железной руде, глине и материалам для производства цемента, но, в большей степени, к топливу, необходимому для превращения этих веществ в строительные материалы. Попутно исследования потерь строительных материалов выявили тот факт, что разрушительные убытки из-за пожаров в сгораемых зданиях составляют более 200 000 000 долларов в год. Сумма, даже превышающая эту, ежегодно расходуется на противопожарную защиту. Изыскания, направленные на сокращение потерь от пожаров, проводятся с целью определения наиболее подходящих огнестойких материалов для строительных конструкций.

В начале 1904 года, во время Всемирной выставки в Сент-Луисе, Конгресс выделил средства на проведение испытаний, демонстраций и исследований, касающихся топлива и строительных материалов Соединенных Штатов. Эти исследования были впоследствии организованы как Технологическое отделение Геологической службы США под руководством эксперта Джозефа А. Холмса, а Президент Соединенных Штатов пригласил группу гражданских инженеров и начальников инженерных бюро правительства выступить в качестве Национального консультативного совета по методам проведения этой работы с целью сделать ее более полезной для правительства и народа Соединенных Штатов. Это Общество официально представлено в данном Совете К. К. Шнайдером, экс-президентом Американского общества гражданских инженеров, и Джорджем С. Вебстером, членом Американского общества гражданских инженеров. Среди представителей других инженерных обществ или правительственных бюро в состав Национального консультативного совета входят и другие члены этого Общества, а именно: генерал Уильям Крозье, Фрэнк Т. Чемберс, профессор У. К. Хатт, Ричард Л. Хамфри, Роберт У. Хант, Х. Г. Келли, Роберт У. Лесли, Джон Б. Лобер, Хантер Макдональд и Фредерик Х. Ньюэлл.

Таким образом, учитывая важную роль, которую официально и неофициально играют члены этого Общества в планировании и организации этой работы, представляется целесообразным представить отчет о масштабах, методах и ходе этих исследований. Хотя закон, регулирующий эту работу, ограничивает испытания и исследования топлива и строительных материалов теми, которые принадлежат Соединенным Штатам, деятельность федерального правительства по использованию этих материалов настолько превосходит деятельность любого другого отдельного предприятия в Соединенных Штатах, что результаты не могут не представлять большой ценности для всех инженеров и всех лиц, занятых в инженерных работах.

Исследования аварий в шахтах.

Организация и характер работы. — Исследования по спасению в шахтах, проводимые на федеральной испытательной станции в Питтсбурге, штат Пенсильвания, включают пять направлений:

1. — Исследования в шахтах для определения условий, приводящих к катастрофам, наличия и относительной взрывоопасности рудничного газа и угольной пыли, а также пожаров в шахтах и средств их предотвращения и борьбы с ними.

2. — Испытания для определения относительной безопасности или опасности различных взрывчатых веществ, используемых при добыче угля, при их воспламенении в присутствии взрывоопасных смесей природного газа и воздуха, или угольной пыли, или того и другого вместе.

3. — Испытания для определения условий, при которых электрооборудование является безопасным при проведении работ по добыче угля.

4. — Испытания для определения безопасности различных типов шахтных светильников в присутствии горючего газа и их точности при обнаружении малых концентраций рудничного газа.

5. — Испытания различных искусственных дыхательных аппаратов и обучение горняков и квалифицированных горных инженеров методам спасения.

Первые четыре направления исследований связаны с превентивными мерами, и именно на них в конечном итоге следует возлагать наибольшие надежды. Пятое направление — это то, в котором результат на первый взгляд кажется наиболее очевидным. Оно связано не с предотвращением, а с устранением условий, которые не должны возникать или, по крайней мере, должны быть значительно смягчены.

За последние 19 лет в угольной промышленности погибло 28 514 человек. 2 Только в 1907 году в угольных шахтах погибло 3 125 человек, и, кроме того, почти 800 человек погибли в металлических рудниках и карьерах страны. С учетом пострадавших, в том году в шахтах произошло 8 441 несчастный случай. В каждом горнодобывающем лагере, насчитывающем 1 000 человек, в том году 4,86 человека погибли насильственной смертью. При добыче угля в Великобритании в том же году на каждую 1 000 занятых погибало 1,31 человека; во Франции — 1,1; в Бельгии — 0,94, или менее 1 человека на каждую 1 000 занятых. Таким образом, видно, что в Соединенных Штатах погибает в три-четыре раза больше людей, чем в любой европейской угледобывающей стране. Это более безопасное положение в Европе является результатом использования более безопасных взрывчатых веществ или лучшего использования имеющихся взрывчатых веществ; сокращения использования открытых светильников; создания станций горноспасательной службы и обучения работе с искусственными дыхательными аппаратами; а также принятия правил по обеспечению безопасности жизни рабочих.

Полевой отряд горных инженеров Геологической службы, который возглавляет г-н Джордж С. Райс, опытный горный инженер и консультант, уже добился значительного прогресса в изучении условий и методов подземной добычи. Было обследовано почти все большинство опасных угольных шахт в Соединенных Штатах; пробы газа, угля и пыли были взяты и проанализированы в химических лабораториях в Питтсбурге; проведены обширные испытания взрывоопасности различных смесей газа и воздуха; взрывоопасности пыли различных типичных углей; химического состава и физических характеристик этой пыли; степени тонкости, необходимой для наиболее взрывоопасных условий; а также методов увлажнения пыли водой, увлажнения воздухом, паром или подавления ее взрывоопасности путем добавления хлорида кальция, каменной пыли и т. д. Бюллетень, в котором изложены результаты, полученные к настоящему времени при изучении проблемы угольной пыли, сейчас готовится к публикации. 3

После обзора истории наблюдений и экспериментов с угольной пылью, проводившихся в Европе, а затем экспериментов на французских, немецких, бельгийских и английских станциях по испытанию взрывчатых веществ, этот бюллетень переходит к вопросу об угольной пыли в Соединенных Штатах. Дальнейшие главы касаются испытаний взрывоопасности угольной пыли, проведенных Геологической службой в Питтсбурге, и исследований влажности рудничного воздуха, проводившихся как в лаборатории в Питтсбурге, так и в шахтах. Также имеется глава о химических исследованиях воспламенения угольной пыли, проведенных доктором Дж. К. У. Фрейзером из Геологической службы. Применение некоторых из этих данных к реальным условиям в шахтах Европы за последний год рассматривается г-ном Акселем Ларсеном; использование отработанного пара в шахте компании Consolidation Coal Company в Западной Виргинии обсуждается г-ном Фрэнком Хаасом, инженером-консультантом; а использование распылителей в угольных шахтах Оклахомы является темой главы, написанной г-ном Карлом Шольцем, вице-президентом компании Rock Island Coal Mining Company.

Ранее уже был выпущен бюллетень, излагающий литературу и некоторые исследования взрывоопасных газов и пыли в шахтах. 4 После рассмотрения методов сбора и анализа газов, обнаруженных в шахтах, исследований скорости выделения газа из угля и изучения угольной пыли, этот бюллетень обсуждает такие факторы, как сдерживающее влияние сланцевой пыли и влажности на взрывы угольной пыли. Затем он переходит к практическим соображениям относительно опасности взрывов, включая относительную воспламеняемость старой и свежей угольной пыли. Рассматриваемые проблемы подвергаются дальнейшему исследованию и проработке в свете уже собранной информации.

Разрешенные взрывчатые вещества. — Наиболее важный прогресс в этих испытаниях и исследованиях был достигнут в тех, что относятся к различным взрывчатым веществам, используемым при добыче угля в шахтах. Сразу после принятия первого законодательного акта весной 1908 года были завершены мероприятия, благодаря которым нижняя часть территории старого арсенала, принадлежащего Военному министерству и прилегающего к Пенсильванской железной дороге на реке Аллегейни, на пересечении 40-й улицы и Батлер-стрит в Питтсбурге, штат Пенсильвания, была передана Министерству внутренних дел для использования в этих исследованиях. Тем временем, в ожидании ассигнований, г-н Кларенс Холл, инженер, имеющий опыт производства и использования взрывчатых веществ, был направлен в Европу для изучения методов испытания взрывчатых веществ, практикуемых на правительственных станциях в Великобритании, Германии, Бельгии и Франции. Г-н Джозеф А. Холмс также посетил Европу с целью изучения методов улучшения условий в шахтах. Три иностранных эксперта по горному делу, руководители исследовательских бюро в Бельгии, Германии и Англии, по приглашению министра внутренних дел провели три месяца, изучая условия в Соединенных Штатах, и представили ему ценный отчет. 5

Под руководством автора, главного инженера этих исследований, были заранее подготовлены детальные планы и спецификации для необходимого оборудования и переоборудования зданий в Питтсбурге для целей этой работы. Поэтому стало возможным немедленно приступить к изменениям в существующих зданиях, возведению новых зданий, прокладке железнодорожных путей, обустройству лабораторий, а также систем водоснабжения, отопления и освещения и т. д. Эта работа велась с необычайной быстротой под руководством заместителя главного инженера г-на Джеймса К. Робертса и была завершена в течение нескольких месяцев, к моменту чего большая часть оборудования была доставлена и установлена.

Одно здание (№ 17) отведено под небольшие физические испытания взрывчатых веществ. Оно было сделано огнестойким путем покрытия полов, потолков и стен цементом по металлической сетке, а также путем защиты проемов. В нем установлено оборудование для определения теплотворной способности взрывчатых веществ, давления, создаваемого при воспламенении, чувствительности к воспламенению при падении, скорости детонации, длины и продолжительности пламени и тому подобных факторов. В другом месте на территории находится галерея из котельной листовой стали длиной 100 футов и диаметром более 6 футов, прочно прикрепленная к бетонному массиву с одного конца, в котором встроена пушка для производства выстрела взрывчатым веществом, подлежащим испытанию, и открытая с другого конца, и сконструированная таким образом, чтобы имитировать небольшой участок шахтной галереи (рис. 2, таблица VI). Тяжелый маятник с мортирой для маятникового испытания с целью определения силы, производимой взрывчатым веществом, находится неподалеку, как и бронированная яма, в которой могут подрываться большие количества взрывчатых веществ с целью изучения последствий взрывов на складах, а также для испытания скорости, с которой воспламенение взрывчатого вещества распространяется от одного конца патрона к другому, и чувствительности одного патрона к взрыву при детонации другого, находящегося поблизости.

В другом здании (№ 21) находится хорошо оборудованная химическая лаборатория для химических анализов и исследований взрывчатых веществ, строительных материалов и топлива.

Потребовалось несколько месяцев, чтобы откалибровать различное оборудование и провести анализы имеющегося природного газа для определения правильного метода его смешивания с воздухом с целью получения точных смесей с содержанием 2, 4, 6 или 8% метана в воздухе. Испытания существующих взрывчатых веществ проводились в воздухе и в горючих смесях воздуха и газа с целью выбора некоторого стандартного взрывчатого вещества в качестве основы для сравнения. В конечном итоге в качестве стандарта был принят 40%-ный нитроглицериновый динамит. После проведения исследовательских испытаний и определения различных факторов, касающихся всех взрывчатых веществ, имеющихся на рынке, 9 января 1909 года всем производителям взрывчатых веществ в Соединенных Штатах был разослан циркуляр, который также был опубликован в различных технических журналах, через агентство Ассошиэйтед Пресс и другими способами.

15 мая 1909 года, после того как все взрывчатые вещества, предложенные для испытаний в качестве разрешенных, были испытаны, был выпущен первый список разрешенных взрывчатых веществ, приведенный в следующем циркуляре:

«ЦИРКУЛЯР ПО ВЗРЫВЧАТЫМ ВЕЩЕСТВАМ № 1.

«МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ.

«Геологическая служба Соединенных Штатов.

«15 мая 1909 г.

«СПИСОК РАЗРЕШЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ.

«Испытаны до 15 мая 1909 г.

«В рамках исследования взрывов в шахтах, санкционированного Конгрессом в мае 1908 года, министром внутренних дел было решено провести тщательную экспертизу различных взрывчатых веществ, используемых в горных работах, с целью определения степени, в которой использование таких взрывчатых веществ может быть ответственным за возникновение этих катастроф.

«Предварительное исследование показало необходимость подвергнуть строгим испытаниям все взрывчатые вещества, предназначенные для использования в шахтах, где газ или сухая горючая пыль присутствуют в количестве или в условиях, указывающих на опасность.

«С этой целью 9 января 1909 года директором Геологической службы Соединенных Штатов было направлено письмо производителям взрывчатых веществ в Соединенных Штатах, в котором излагались условия, на которых эти взрывчатые вещества будут исследованы, и характер испытаний, которым они будут подвергнуты.

«Поскольку условия и испытания, описанные в этом письме, впоследствии соблюдались при испытании взрывчатых веществ, приведенных в списке ниже, они воспроизводятся здесь следующим образом:

«(1) Производитель должен предоставить 100 фунтов каждого взрывчатого вещества, которое он желает подвергнуть испытанию; он несет ответственность за сохранность, обращение и доставку этого материала на испытательную станцию на территории арсенала Соединенных Штатов, на пересечении 40-й улицы и Батлер-стрит, Питтсбург, штат Пенсильвания, в то время, когда взрывчатое вещество должно быть испытано; и он должен обеспечить присутствие представителя во время испытаний, который будет нести ответственность за обращение с упаковками, содержащими взрывчатые вещества, до тех пор, пока они не будут вскрыты для испытания.

«(2) Никто не должен присутствовать или участвовать в этих испытаниях, за исключением необходимых правительственных должностных лиц на испытательной станции, их помощников и представителя производителя испытываемых взрывчатых веществ.

«(3) Испытания будут проводиться в порядке поступления заявок на них, при условии, что необходимое количество взрывчатого вещества будет доставлено на объект к назначенному времени, о чем Геологическая служба уведомит заблаговременно.

«(4) Предпочтение будет отдаваться испытанию взрывчатых веществ, которые производятся в настоящее время и, в этом смысле, уже представлены на рынке. Никакие испытания новых взрывчатых веществ, которые в настоящее время не производятся и не продаются, проводиться не будут до тех пор, пока не будут испытаны все взрывчатые вещества, имеющиеся на рынке, которые могут быть предложены для испытаний.

«(5) Список взрывчатых веществ, которые успешно прошли определенные требования, будет предоставлен государственным инспекторам шахт и будет обнародован любым другим способом, который будет сочтен желательным.

«ТРЕБОВАНИЯ К ИСПЫТАНИЯМ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ.

«Испытания будут проводиться инженерами станции по испытанию взрывчатых веществ Соединенных Штатов в Питтсбурге, штат Пенсильвания, в газовой и пылевой галерее № 1. Заряд взрывчатого вещества, подлежащий подрыву в испытаниях 1, 2 и 3, должен быть равен по разрушительной силе половине фунта (227 граммов) 40-процентного нитроглицеринового динамита в его оригинальной обертке, следующего состава:

Nitroglycerin | 40
Nitrate of sodium | 44
Wood pulp | 15
Calcium carbonate | 1
| 100

«Каждый заряд должен быть подорван электрическим запалом достаточной мощности, чтобы полностью детонировать или взорвать заряд, как рекомендовано производителем. Взрывчатое вещество должно быть в таком состоянии, чтобы химические и физические испытания не показали никаких неблагоприятных результатов. Взрывчатые вещества, в которых используемый заряд составляет менее 100 граммов (0,22 фунта), будут взвешиваться в оловянной фольге без оригинальной обертки.

«Пыль, используемая в испытаниях 2, 3 и 4, будет одной и той же степени тонкости и взята из одной шахты. 6

«Испытание 1. — Десять выстрелов с зарядом, как описано выше, в оригинальной обертке, должны быть произведены, каждый с 1 фунтом глиняной забойки, при температуре в галерее 77° F, в смесь газа и воздуха, содержащую 8 процентов метана и этана. Взрывчатое вещество проходит это испытание, если все десять выстрелов не приводят к воспламенению смеси.

«Испытание 2. — Десять выстрелов с зарядом, как указано ранее, в оригинальной обертке, должны быть произведены, каждый с 1 фунтом глиняной забойки при температуре в галерее 77° F, в смесь газа и воздуха, содержащую 4 процента метана и этана и 20 фунтов битуминозной угольной пыли, 18 фунтов которой должны быть размещены на полках, расположенных по бокам вдоль первых 20 футов галереи, а 2 фунта должны быть размещены рядом с входом системы смешивания таким образом, чтобы вся она или ее часть была взвешена в первом отсеке галереи. Взрывчатое вещество проходит это испытание, если все десять выстрелов не приводят к воспламенению смеси.

«Испытание 3. — Десять выстрелов с зарядом, как указано ранее, в оригинальной обертке, должны быть произведены, каждый с 1 фунтом глиняной забойки при температуре в галерее 77° F, в 40 фунтов битуминозной угольной пыли, 20 фунтов которой должны быть равномерно распределены на подставке, установленной перед пушкой, и 20 фунтов размещены на боковых полках в секциях 4, 5 и 6. Взрывчатое вещество проходит это испытание, если все десять выстрелов не приводят к воспламенению смеси.

«Испытание 4. — Предельный заряд будет определен с точностью до 25 граммов путем производства выстрелов зарядами в их оригинальных обертках, без забойки, при температуре в галерее 77° F, в смесь газа и воздуха, содержащую 4 процента метана и этана и 20 фунтов битуминозной угольной пыли, расположенной таким же образом, как в испытании 2. Этот предельный заряд должен быть повторен пять раз при тех же условиях, прежде чем будет установлен.

«Примечание. — При использовании медленногорящих взрывчатых веществ будет использоваться не менее 2 фунтов глиняной забойки.

“Washington, D. C., January 9, 1909.

«В ответ на вышеуказанное сообщение были получены заявки от 12 производителей на испытание 29 взрывчатых веществ. Из этих взрывчатых веществ 17, приведенных в следующем списке, прошли все установленные требования испытаний и будут называться разрешенными взрывчатыми веществами.

«Разрешенные взрывчатые вещества, испытанные до 15 мая 1909 г.

Brand. | Manufacturer.
Ætna coal powder A | Ætna Powder Co., Chicago, Ill.
Ætna coal powder B | Do.
Carbonite No. 1 | E. I. Dupont de Nemours Powder Co., Wilmington, Del.
Carbonite No. 2 | E. I. Du Pont de Nemours Powder Co., Wilmington, Del.
Carbonite No. 3 | Do.
Carbonite No. 1 L. F. | Do.
Carbonite No. 2 L. F. | Do.
Coal special No. 1 | Keystone Powder Co., Emporium, Pa.
Coal special No. 2 | Do.
Coalite No. 1 | Potts Powder Co., New York City.
Coalite No. 2 D | Do.
Collier dynamite No. 2 | Sinnamahoning Powder Co., Emporium, Pa.
Collier dynamite No. 4 | Do.
Collier dynamite No. 5 | Do.
Masurite M. L. F. | Masurite Explosive Co., Sharon, Pa.
Meteor dynamite | E. I. Du Pont de Nemours Powder Co., Wilmington, Del.
Monobel | Do.

«С учетом условий, указанных ниже, разрешенное взрывчатое вещество определяется как взрывчатое вещество, которое прошло испытания в газовой и пылевой галерее № 1, 2 и 3, как описано выше, и из которого в испытании № 4 1½ фунта (680 граммов) взрывчатого вещества было выстрелено в смесь, там описанную, не вызвав воспламенения.

«При условии:

«1. Что взрывчатое вещество во всех отношениях аналогично образцу, представленному производителем для испытания.

«2. Что используются детонаторы двойной мощности не менее чем с 1-граммовым зарядом, состоящим по весу из 90 частей гремучей ртути и 10 частей хлората калия (или его эквивалента), за исключением взрывчатого вещества «Masurite M. L. F.», для которого детонатор должен быть не менее чем с 1½-граммовым зарядом.

«3. Что взрывчатое вещество, если оно находится в замерзшем состоянии, должно быть тщательно оттаено безопасным и подходящим способом перед использованием.

«4. Что количество, используемое на практике, не превышает 1½ фунта (680 граммов) при надлежащей забойке.

«Вышеуказанный частичный список включает разрешенные взрывчатые вещества, которые прошли эти испытания до 15 мая 1909 года. Объявление о прохождении подобных испытаний другими взрывчатыми веществами будет обнародовано сразу после завершения испытаний для таких взрывчатых веществ.

«Описание метода, применявшегося при проведении этих и многих дополнительных испытаний, которым подвергается каждое взрывчатое вещество, вместе с полными данными, полученными в каждом случае, будет опубликовано Службой в ближайшее время.

«ЗАМЕЧАНИЯ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ.

«В этой связи может быть целесообразно указать на некоторые различия между разрешенными взрывчатыми веществами как классом и черными порохами, которые в настоящее время так широко используются при добыче угля, а именно:

«(a) При равных количествах того и другого пламя черного пороха более чем в три раза длиннее и имеет продолжительность от трех тысяч до более чем четырех тысяч раз больше, чем у одного из разрешенных взрывчатых веществ, также скорость взрыва медленнее.

«(b) Разрешенные взрывчатые вещества в полтора-два раза мощнее и, как говорят, при правильном использовании выполняют вдвое больше работы по обрушению угля, чем черный порох; следовательно, их нужно использовать лишь в половинном количестве.

«(c) При использовании 1 фунта разрешенного взрывчатого вещества или 2 фунтов черного пороха количество вредных газов, выделяющихся при выстреле, в среднем примерно одинаково, причем количество от черного пороха меньше, чем от некоторых разрешенных взрывчатых веществ, и немного больше, чем от других. Время, проходящее после выстрела, прежде чем горняк вернется к забою или произведет еще один выстрел, не должно быть меньше для разрешенных взрывчатых веществ, чем для черного пороха.

«Использование разрешенных взрывчатых веществ следует рассматривать как дополнение к другим мерам безопасности в шахтах, где газ или горючая угольная пыль присутствуют в условиях, указывающих на опасность, а не как их замену. Как указано выше, их следует использовать с мощными детонаторами; и заряд, используемый на практике, не должен превышать 1½ фунта, а во многих случаях не должен превышать 1 фунта.

«Поскольку ни одно взрывчатое вещество, изготовленное для использования в горном деле, не является беспламенным, и поскольку ни одно такое взрывчатое вещество не является полностью безопасным при всех переменных условиях шахты, использование терминов «беспламенный» и «безопасный» применительно к взрывчатым веществам может быть неправильно понято, может подвергнуть опасности человеческую жизнь и должно быть исключено.

«Джозеф А. Холмс, «Эксперт, ответственный за Технологическое отделение.

«Утверждено, 18 мая 1909 г.: «Джордж Отис Смит, «Директор.»

Тем временем многие из представленных взрывчатых веществ, которые до этого были на рынке как безопасные взрывчатые вещества, оказались небезопасными для использования в газовых или пыльных шахтах, и производителям было разрешено отозвать их. Зная об их слабостях в результате этих испытаний, производители смогли создать аналогичные, но более безопасные взрывчатые вещества. Вследствие этого заявки на дальнейшие испытания продолжали поступать, как поступают и сейчас, и 1 октября 1909 года был выпущен второй список разрешенных взрывчатых веществ, а именно:

«ЦИРКУЛЯР ПО ВЗРЫВЧАТЫМ ВЕЩЕСТВАМ № 2.

«МИНИСТЕРСТВО ВНУТРЕННИХ ДЕЛ.

«Геологическая служба Соединенных Штатов.

1 октября 1909 г.

«СПИСОК РАЗРЕШЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ.

«Испытаны до 1 октября 1909 г.

«Следующий список разрешенных взрывчатых веществ, испытанных Геологической службой Соединенных Штатов в Питтсбурге, штат Пенсильвания, настоящим публикуется для пользы операторов, владельцев шахт, инспекторов шахт, горняков и других заинтересованных лиц.

«Условия и требования к испытаниям, описанные в Циркуляре по взрывчатым веществам № 1, выпущенном 15 мая 1909 года, соблюдались во всех последующих испытаниях.

«С учетом положений, указанных ниже, разрешенное взрывчатое вещество определяется как взрывчатое вещество, которое находится в таком состоянии, что химические и физические испытания не показывают никаких неблагоприятных результатов; которое прошло испытания в газовой и пылевой галерее № 1 и 3, как описано в циркуляре № 1; и из которого в испытании № 4 1½ фунта (680 граммов) было выстрелено в смесь, там описанную, не вызвав воспламенения.

«Разрешенные взрывчатые вещества, испытанные до 1 октября 1909 г.

[Те, что указаны в Циркуляре по взрывчатым веществам № 1, отмечены *.]

Brand. | Manufacturer.
* Ætna coal powder A | Ætna Powder Co., Chicago, Ill.
   Ætna coal powder AA | Do.
* Ætna coal powder B | Do.
   Ætna coal powder C | Do.
   Bituminite No. 1 | Jefferson Powder Co., Birmingham, Ala.
   Black Diamond No. 3 | Illinois Powder Manufacturing Co., St. Louis, Mo.
   Black Diamond No. 4 | Do.
* Carbonite No. 1 | E. I. Du Pont de Nemours Powder Co., Wilmington, Del.
* Carbonite No. 2 | Do.
* Carbonite No. 3 | Do.
* Carbonite No. 1-L. F. | Do.
* Carbonite No. 2-L. F. | Do.
* Coalite No. 1 | Potts Powder Co., New York City.
* Coalite No. 2-D. | Do.
* Coal special No. 1 | Keystone Powder Co., Emporium, Pa.
* Coal special No. 2 | Do.
* Collier dynamite No. 2. | Sinnamahoning Powder Manufacturing Co., Emporium, Pa.
* Collier dynamite No. 4. | Do.
* Collier dynamite No. 5. | Do.
   Giant A low-flame dynamite. | Giant Powder Co. (Con.), Giant, Cal.
   Giant B low-flame dynamite. | Do.
   Giant C low-flame dynamite. | Do.
* Masurite M. L. F. | Masurite Explosives Co., Sharon, Pa.
* Meteor dynamite. | E. I. Du Pont de Nemours Powder Co., Wilmington, Del.
   Mine-ite A. | Burton Powder Co., Pittsburg, Pa.
   Mine-ite B. | Do.
* Monobel. | E. I. Du Pont de Nemours Powder Co., Wilmington, Del.
   Tunnelite No. 5. | G. R. McAbee Powder and Oil Co., Pittsburg, Pa.
   Tunnelite No. 6. | Do.
   Tunnelite No. 7. | Do.
   Tunnelite No. 8. | Do.

«При условии:

«1. Что взрывчатое вещество во всех отношениях аналогично образцу, представленному производителем для испытания.

«2. Что используются детонаторы № 6, предпочтительно электрические детонаторы № 6 (двойной мощности), не менее чем с 1-граммовым зарядом, состоящим по весу из 90 частей гремучей ртути и 10 частей хлората калия (или его эквивалента), за исключением взрывчатого вещества «Masurite M. L. F.», для которого детонатор должен быть не менее чем с 1½-граммовым зарядом.

«3. Что взрывчатое вещество, если оно замерзло, должно быть тщательно оттаено безопасным и подходящим способом перед использованием.

«4. Что количество, используемое на практике, не превышает 1½ фунта (680 граммов) при надлежащей забойке.

«Вышеуказанный частичный список включает все разрешенные взрывчатые вещества, которые прошли эти испытания до 1 октября 1909 года. Объявление о прохождении подобных испытаний другими взрывчатыми веществами будет обнародовано сразу после завершения испытаний.

«С целью разумного использования этих взрывчатых веществ в этой связи может быть полезно еще раз указать на некоторые различия между разрешенными взрывчатыми веществами как классом и черными порохами, которые в настоящее время так широко используются при добыче угля, а именно:

«(a) При равных количествах того и другого пламя черного пороха более чем в три раза длиннее и имеет продолжительность от трех тысяч до более чем четырех тысяч раз больше, чем у одного из разрешенных взрывчатых веществ; скорость взрыва также медленнее.

«(b) Разрешенные взрывчатые вещества в полтора-два раза мощнее и, как говорят, при правильном использовании выполняют вдвое больше работы по обрушению угля, чем черный порох; следовательно, их нужно использовать лишь в половинном количестве.

«(c) При использовании 1 фунта разрешенного взрывчатого вещества или 2 фунтов черного пороха количество вредных газов, выделяющихся при выстреле, в среднем примерно одинаково, причем количество от черного пороха меньше, чем от некоторых разрешенных взрывчатых веществ, и немного больше, чем от других. Время, проходящее после выстрела, прежде чем горняк вернется к забою или произведет еще один выстрел, не должно быть меньше для разрешенных взрывчатых веществ, чем для черного пороха.

«Использование разрешенных взрывчатых веществ следует рассматривать как дополнение к другим мерам безопасности в шахтах, где газ или горючая угольная пыль присутствуют в условиях, указывающих на опасность, а не как их замену. Как указано выше, их следует использовать с мощными детонаторами, и заряд, используемый на практике, не должен превышать 1½ фунта, а во многих случаях не должен превышать 1 фунта.

«Джозеф А. Холмс, «Эксперт, ответственный за Технологическое отделение.

«Утверждено, 11 октября 1909 г. «Г. К. Райзер, «Исполняющий обязанности директора.»

Второй список содержит 31 взрывчатое вещество, которые правительство готово клеймить как разрешенные и, следовательно, сравнительно безопасные для использования в газовых и пыльных шахтах. Столь же большое количество так называемых безопасных порохов не прошло эти испытания. Сразу после прохождения испытаний на разрешенность любого взрывчатого вещества факты сообщаются производителю и различным государственным инспекторам шахт. После публикации списки разрешенных веществ были разосланы всем производителям взрывчатых веществ, всем операторам шахт в Соединенных Штатах и государственным инспекторам. Результатом стало принятие тремя крупнейшими угледобывающими штатами законодательства или правил, запрещающих использование любых взрывчатых веществ, кроме разрешенных, в газовых или пыльных шахтах, и другие штаты вскоре должны последовать их примеру. Чтобы предотвратить мошенничество, предпринимаются попытки ограничить использование клейма «Разрешенное взрывчатое вещество, Испытательная станция США, Питтсбург, штат Пенсильвания» только теми ящиками или упаковками, которые содержат перечисленные разрешенные взрывчатые вещества.

Как ясно показывают эти испытания, как в записях о них, так и визуально для тех, кто за ними следит, определенные взрывчатые вещества, особенно те, которые медленно горят, как черный порох, или производят высокую температуру в сочетании с относительно медленным горением, воспламеняют смеси газа и воздуха или смеси угольной пыли и воздуха и вызывают взрывы. Результаты ясно указывают всем заинтересованным лицам на опасность использования таких взрывчатых веществ. Средство также становится доступным благодаря объявлению названий большого количества взрывчатых веществ, имеющихся сейчас на рынке по разумной цене, которые не вызывают взрывов при этих условиях. Считается, что когда разрешенные взрывчатые вещества будут повсеместно приняты в угольных шахтах, этот источник опасности будет значительно минимизирован.

Исследования взрывчатых веществ. — Со стороны горняков или операторов шахт возникали вопросы относительно более высокой стоимости использования разрешенных взрывчатых веществ из-за их цены, которая немного выше, чем у других взрывчатых веществ; относительно их более сильного дробящего эффекта при обрушении угля, дающего меньший процент кускового угля и больший процент мелочи; и относительно возможной опасности вдыхания образующихся газов.

Наблюдения, сделанные в шахтах г-ном Дж. Дж. Ратледжем, опытным горняком и внимательным горным инженером, связанным с Геологической службой, относительно количества угля, получаемого при использовании разрешенных и других взрывчатых веществ, свидетельствуют о том, что разрешенные взрывчатые вещества не дороже, а, возможно, даже дешевле других, учитывая тот факт, что из-за их большей относительной мощности для выполнения работы требуется меньшее количество, чем, скажем, в случае с черным порохом. С другой стороны, для безопасности и надежности детонации для использования с разрешенными взрывчатыми веществами рекомендуются более мощные детонаторы, предпочтительно электрические детонаторы. Они могут стоить на несколько центов больше за взрыв, чем запал или бикфордов шнур, но нет опасности, что они воспламенят газ, и разница в стоимости в некоторой степени компенсируется большей надежностью действия и тем фактом, что они производят гораздо более мощный взрыв, тем самым снова позволяя использовать еще меньшие количества взрывчатого вещества и, следовательно, снижая стоимость. Эти исследования все еще продолжаются.

Что касается дробления угля: это исправляется в некоторых разрешенных взрывчатых веществах путем введения добавок, влаги или других средств замедления разрушительного эффекта, чтобы получить вывалочный и ломающий эффект, получаемый при использовании более медленногорящих порохов, вместо дробящего эффекта, производимого динамитом. Есть все основания полагать, что по мере совершенствования разрешенных взрывчатых веществ и по мере того, как опыт будет вырабатывать надлежащие методы их использования, эта трудность будет в значительной степени преодолена. Этот вопрос также исследуется горными инженерами Службы и другими лицами путем фактического использования таких взрывчатых веществ при добыче угля.

Из газов, выделяемых взрывчатыми веществами, те, что образуются при использовании черного пороха, сопровождаются значительным запахом и дымом, и, следовательно, горняки возвращаются медленнее после выстрелов, давая время газам рассеяться благодаря вентиляции. При использовании разрешенного взрывчатого вещества горняк, не видя дыма и не ощущая запаха, склонен проявлять неосторожность и думать, что он может немедленно вернуться. По мере того как будет накапливаться опыт использования этих взрывчатых веществ, этот источник опасности, который, впрочем, незначителен, будет уменьшаться. В таблице 1 приведены процентные доли газообразных продуктов сгорания от равных весов черного пороха и двух разрешенных взрывчатых веществ. Из последних одно представляет максимальное количество вредных газов, а другое — минимальное, между которыми примерно варьируются разрешенные взрывчатые вещества.

Такие вредные газы, которые могут образовываться при детонации взрывчатого вещества, разбавляются гораздо большим объемом воздуха и практически безвредны, что доказано фактическим анализом проб, взятых у забоя сразу после детонации.

ТАБЛИЦА 1.

| Black powder. | Permissible Explosives.
Maximum. | Minimum.
CO₂ | 22.8 | 14.50 | 21.4
CO | 10.3 | 27.74 |  1.3
N | 10.3 | 45.09 | 74.4

В дополнение к исследованиям взрывчатых веществ для использования в угольной промышленности, Секция взрывчатых веществ Геологической службы анализирует и испытывает все такие материалы, запалы, капсюли и т. д., закупаемые Комиссией Панамского перешейка, а также многие другие виды, используемые правительством. Таким образом, она приобретает большой фонд полезной информации, которая будет время от времени публиковаться, относительно видов взрывчатых веществ и способов их использования, наиболее подходящих для любых взрывных работ, как над, так и под водой, в твердой породе, земле или угле. Недавно из печати вышел букварь по взрывчатым веществам, 7 написанный г-ном Кларенсом Холлом, инженером, ответственным за эти испытания, и профессором Ч. Э. Манро, консультантом-химиком по взрывчатым веществам, который содержит большое количество ценной фундаментальной информации, выраженной настолько просто, что она легко понятна горнякам, и в то же время достаточно подробной, чтобы быть ценным руководством для всех лиц, которым приходится обращаться со взрывчатыми веществами или использовать их.

В первых главах описаны различные горючие вещества и химические реакции, приводящие к их взрывоопасности. Разграничены низкие и высокие взрывчатые вещества, и четко указана чувствительность гремучей ртути и других детонаторов. Описаны различные взрывчатые вещества, такие как порох, черный подрывной порох, пороха на основе хлората калия, нитроглицериновые пороха и т. д., и изложены их особенности и пригодность для различных целей. Далее следуют характер и метод использования различных взрывчатых веществ, как при открытых работах, так и при закрытых работах в угольных шахтах, с информацией о надлежащем методе обращения, транспортировки, хранения и оттаивания оных. Затем следуют главы о запалах, бикфордовых шнурах и детонаторах; о методах стрельбы по углю из массива; расположении шпуров; подрубке; и относительных преимуществах малых и больших зарядов, с описанием надлежащих методов их заряжания и подрыва. Темы взрывчатых веществ для взрывных работ в породе, подрывных машин, взрывных машин и их испытаний завершают отчет.

Работа химической лаборатории, в которой анализируются взрывчатые вещества и в которой изучаются рудничные газы и газы, образующиеся при сгорании взрывчатых веществ и взрывах угольного газа или угольной пыли, носила самый фундаментальный и важный характер. Правительство получает конфиденциальную запись химического состава и способа производства всех взрывчатых веществ, запалов и т. д., которые имеются на рынке. Эта информация не может не добавить многого к знаниям о химии взрывчатых веществ для использования в шахтах и послужит основой, на которой могут быть разработаны меры по исправлению положения.

Бюллетень (который вскоре поступит в печать), в котором приведены подробности физических испытаний разрешенных взрывчатых веществ, испытанных к настоящему времени, подробно изложит характер испытательного оборудования, а также метод использования и вычисления результатов. 8

Этот бюллетень содержит главу, написанную г-ном Ратледжем, в которой подробно изложены результаты его наблюдений относительно лучших методов использования разрешенных взрывчатых веществ при добыче угля из различных шахт, в которых они используются. Эта информация будет очень ценной для горных инженеров, желающих внедрить использование разрешенных взрывчатых веществ, в качестве руководства по лучшим методам обращения с ними.

Электричество в шахтах. — В связи с использованием электричества в шахтах была проведена неофициальная серия испытаний всех закрытых электрических запалов на предмет того, воспламенят ли они взрывоопасную смесь воздуха и газа при перегорании. Результаты этой работы, которая ведется под руководством г-на Х. Х. Кларка, инженера-электрика по шахтам, были предоставлены производителям для руководства при совершенствовании более безопасных запалов, серия испытаний которых была анонсирована. Проводится серия испытаний способности изоляции электрической проводки противостоять воздействию кислых шахтных вод, что, как ожидается, приведет к разработке более долговечной и дешевой изоляции для использования в шахтной проводке. Была анонсирована и проводится серия конкурсных испытаний закрытых двигателей для использования в шахтах, целью которых является определение того, вызовет ли искрение от таких двигателей взрыв в присутствии горючего газа.

На территории за зданием № 10 находится большая стальная галерея, гораздо короче галереи № 1, по сути, всего 30 футов в длину, и гораздо большего диаметра, а именно 10 футов (рис. 3, таблица X), в которой электрические двигатели, электрические врубовые машины и аналогичное оборудование испытываются в присутствии взрывоопасных смесей газа и пыли, а также при большой силе тока и высоком напряжении, таких как те, что могут использоваться в крупнейшем электрооборудовании в шахтах.

Исследование способности изоляции противостоять воздействию кислых шахтных вод было очень трудным и сложным. Сначала считалось возможным, что шахтные воды из близлежащих пенсильванских шахт с известным процентом кислотности могут быть получены и сохранены в резервуаре для погружения при примерно любом заданном проценте концентрации. Это оказалось непрактичным, так как эти воды, по-видимому, претерпевают быстрые изменения, как только они подвергаются воздействию воздуха или транспортируются, в дополнение к изменениям, вызванным испарением в резервуаре. Поэтому возникла необходимость проанализировать и тщательно изучить эти воды с целью их искусственного воспроизведения для целей этих испытаний. Что касается изоляции, возникли деликатные вопросы относительно стандарта долговечности, который должен быть соразмерен с разумной стоимостью. Эти предварительные моменты решаются в ходе консультаций с производителями, и ожидается, что результаты вскоре позволят начать фактические испытания.

Исследования предохранительных ламп. На рынке представлено множество так называемых предохранительных ламп, и их предварительные испытания были проведены в галерее для испытания ламп в здании № 17 (рис. 2, табл. X). После почти года работы по калибровке этой галереи и согласованию полученных результатов с результатами, полученными в аналогичных галереях в Европе, это предварительное исследование было завершено, а производители и агенты всех предохранительных ламп были приглашены присутствовать на испытаниях их продукции в Питтсбургской лаборатории.

В циркуляре от 19 ноября 1909 года содержится план этих испытаний, которые должны проводиться под руководством г-на Дж. У. Пола, опытного инженера по добыче угля и бывшего начальника Департамента государственной инспекции шахт Западной Виргинии. Лампы будут подвергнуты следующим испытаниям:

(a). Каждая лампа будет помещена в смесь воздуха и взрывоопасного природного газа, содержащую 6, 8 и 10% газа, движущуюся со скоростью от 200 до 2500 футов в минуту, для определения скорости воздушного потока, который воспламенит смесь вокруг лампы. Поток будет направлен на лампу в горизонтальном, вертикальном восходящем и вертикальном нисходящем направлениях, а также под углом 45° в восходящем и нисходящем направлениях.

(b). После завершения описанных здесь испытаний лампы будут подвергнуты испытаниям, описанным в пункте (a), при давлении смеси воздуха и газа до 6 дюймов водяного столба.

(c). В условиях, описанных в пункте (a), в поток воздуха и газа будет вводиться угольная пыль для определения ее влияния, если таковое имеется, на воспламенение газовой смеси.

(d). Каждая лампа будет помещена в смесь воздуха и различных процентных долей взрывоопасного природного газа для определения воздействия газа на пламя лампы.

(e). Каждая лампа будет помещена в смесь воздуха и различных процентных долей углекислого газа для определения воздействия газа на пламя.

(f). Лампы, оснащенные внутренними запалами, будут помещены во взрывоопасные смеси воздуха и газа в спокойном состоянии и в движущемся потоке, после чего будет наблюдаться воздействие запала на окружающую смесь.

(g). Масла (осветительные материалы), используемые в лампах, будут протестированы на вязкость, плотность, температуру вспышки, температуру застывания и состав.

(h). Стекла предохранительных ламп будут испытываться путем установки каждого стекла в лампу и воздействия пламени на стекло в течение 3 минут после того, как лампа проработала с полным пламенем в течение 10 минут, чтобы определить, разобьется ли стекло.

(i). Каждое стекло предохранительной лампы будет установлено в зажженную лампу с верхней подачей воздуха и помещено на 5 минут во взрывоопасную смесь воздуха и газа, движущуюся со скоростью 1000 футов в минуту, чтобы определить, разобьет ли тепло стекло, и, если оно разбито, отметить характер излома.

(j). Стекла предохранительных ламп будут разбиваться ударом путем падения каждого стекла в горизонтальном положении на блок из выдержанного белого дуба; при этом будет фиксироваться высота падения.

(k). Каждое стекло предохранительной лампы будет установлено в предохранительную лампу, и, когда лампа находится в горизонтальном положении, стальной боек весом 100 граммов будет сброшен с высоты, достаточной для того, чтобы разбить стекло при ударе в его центр; высота падения будет зафиксирована.

(l). Для определения силы света предохранительных ламп будет использоваться фотометр, оснащенный эталонной лампой. Сила света будет определяться вдоль линии, перпендикулярной оси пламени, а также вдоль линий под углом к оси пламени как выше, так и ниже горизонтали. Сила света будет считываться после того, как лампа прогорит 20 минут.

(m). Будет определено время, в течение которого предохранительная лампа продолжает гореть с полной заправкой осветительного материала.

(n). Фитили в лампах должны быть достаточной длины, чтобы постоянно соприкасаться с дном сосуда, в котором содержится осветительный материал, и перед использованием фитиль должен быть высушен для удаления влаги.

Методы горноспасательных работ. Г-н Пол, который, возможно, обладает таким же обширным опытом, как и любой другой горный специалист, в расследовании и проведении спасательных работ при авариях на шахтах, также отвечает за горноспасательные аппараты и обучение в Геологической службе. Эти операции состоят главным образом из тщательного тестирования различных искусственных дыхательных аппаратов, или так называемых кислородных шлемов. Большинство из них имеют европейское происхождение и пользуются популярностью в Великобритании, Бельгии, Франции или Германии, в значительной степени в зависимости от того, являются ли они отечественными по конструкции и производству. До сих пор в Соединенных Штатах не было создано ничего, что отвечало бы всем требованиям к полностью эффективному и безопасному дыхательному аппарату для использования при авариях на шахтах.

На Питтсбургской испытательной станции имеется множество аппаратов всех типов. Их испытания проводятся для определения удобства использования, простоты ремонта, долговечности, безопасности при любых условиях, периода времени, в течение которого можно полагаться на запас искусственного воздуха или кислорода, и других важных данных.

В дополнение к центральной испытательной станции были созданы подстанции для обучения шахтеров, а также в качестве штаб-квартир для полевых исследований причин аварий на шахтах и проведения спасательных работ в более опасных угольных бассейнах: в Урбане, штат Иллинойс, под руководством г-на Р. Я. Уильямса, горного инженера; в Ноксвилле, штат Теннесси, под руководством г-на Дж. Дж. Ратледжа, горного инженера; в Макалистере, штат Оклахома, под руководством г-на Л. М. Джонса, помощника горного инженера; и в Сиэтле, штат Вашингтон, под руководством г-на Хью Волфлина, помощника горного инженера. Другие станции могут быть вскоре созданы в Колорадо и других местах под руководством квалифицированных горных инженеров, прошедших обучение этой работе в Питтсбурге, которым будут помогать обученные шахтеры. Не следует ожидать, что при любых обстоятельствах, кроме чрезвычайных, подобных тем, что произошли в Черри, штат Иллинойс, немногие правительственные инженеры, расположенные в широко разбросанных точках по всей территории Соединенных Штатов, могут надеяться спасти жизни шахтеров после того, как произошла катастрофа. Как правило, все, кто остается в живых в шахте в таком случае, погибают в течение нескольких часов. Это почти неизменно происходит после взрыва пыли и, вероятно, после взрыва газа, хотя пожар, подобный тому, что был в Черри, штат Иллинойс, дает наибольшие возможности для последующих успешных спасательных операций. Наибольшее, на что можно надеяться от правительственных инженеров, — это то, что они будут обучать шахтеров и будут доступны для оказания помощи и консультаций государственным инспекторам и владельцам шахт, если их услуги будут востребованы.

Следует иметь в виду, что федеральное правительство не выполняет полицейских функций в штатах и что, следовательно, его сотрудники не могут руководить операциями или нести иную ответственную обязанность по обеспечению соблюдения законов штатов. Мало оснований сомневаться в том, что эти федеральные горные инженеры, как благодаря своему базовому образованию в качестве горных инженеров, так и благодаря последующей подготовке по руководству горными работами, а в последнее время — по расследованию аварий на шахтах и спасательным работам, в высшей степени приспособлены для предоставления консультаций и помощи в таких случаях. Тот факт, что в течение года некоторые из этих людей присутствовали и помогали в спасательных работах или при вскрытии шахт после почти двадцати таких катастроф, в то время как средний горный инженер или управляющий может столкнуться лишь с одной за всю жизнь, должен сделать их советы и помощь чрезвычайно ценными в таких случаях. Однако их нельзя считать ответственными за промедление, равно как и приписывать им чрезмерные заслуги за эффективные меры, принятые после аварии на шахте, из-за отсутствия у них ответственных полномочий или руководящей роли, за исключением отдельных случаев, когда такие полномочия могут быть предоставлены им владельцами шахт или должностными лицами штата, исходя из доверия к их превосходному оснащению для такой работы.

Успешных спасательных операций можно ожидать только тогда, когда наступит время, которое, как полагают, уже недалеко, когда владельцы шахт в различных бассейнах будут иметь свои собственные спасательные станции, как это принято в Европе, иметь в наличии на определенных стратегических шахтах необходимые искусственные дыхательные аппараты и иметь в своем штате квалифицированных шахтеров, обученных спасательным работам на правительственных станциях. Тогда, в случае возникновения катастрофы, инженер, отвечающий за правительственную станцию, может по телеграфу дать указание всем, кто имеет надлежащее оборудование или подготовку, собраться, и, возможно, удастся собрать в течение часа или двух после катастрофы достаточно большой отряд людей в шлемах, чтобы они смогли спасти тех лиц, которые не были убиты до того, как пожар — который обычно начинается от взрыва — набрал достаточную силу, чтобы предотвратить вход в шахту. Без таких аппаратов необходимо запустить вентиляторы и очистить шахту от газа. Обычный эффект этого заключается в том, чтобы дать жизнь любому начинающемуся пожару. При наличии аппаратов, чем плотнее газ, тем безопаснее люди в шлемах от вторичного взрыва или быстрого возгорания пожара из-за отсутствия кислорода, необходимого для горения.

Шахтеры, спасенные в Черри, штат Иллинойс, 20 ноября 1909 года, обязаны своими жизнями прежде всего работе правительственных инженеров. Подстанция Геологической службы в Урбане, штат Иллинойс, была оперативно уведомлена о катастрофе днем 13 ноября. Были немедленно приняты меры, благодаря которым г-н Р. Я. Уильямс, ответственный горный инженер, и его помощник г-н Дж. М. Уэбб со своими аппаратами были срочно доставлены специальным поездом на место происшествия, прибыв рано утром следующего дня (в воскресенье).

Главный горный инженер Джордж С. Райс, начальник спасательного отдела Дж. У. Пол и помощник инженера Ф. Ф. Моррис узнали о катастрофе из ежедневной прессы, находясь у себя дома в Питтсбурге, в воскресенье. Они немедленно выехали с четырьмя комплектами спасательного оборудования, достигнув Черри в понедельник утром. Тем временем г-да Уильямс и Уэбб, оснащенные кислородными шлемами, совершили два спуска в шахту, но были вынуждены подняться из-за жары. Обе шахты были вскоре вновь загерметизированы с целью борьбы с пожаром, который к тому времени значительно разгорелся.

Руководство операциями в Черри по праву юрисдикции осуществлялось государственными инспекторами шахт Иллинойса, по чьей просьбе правительственные инженеры были приглашены на совещание относительно надлежащих средств, которые следует предпринять в попытке проникнуть в шахту. Катастрофа произошла не из-за взрыва угля или газа, а стала результатом пожара, возникшего в сене в конюшне внутри шахты. Пламя вырвалось через верх вентиляционного ствола и вывело из строя вентиляторы. Спасательный отряд из двенадцати человек, не защищенный искусственными дыхательными аппаратами, вошел в шахту, и все они погибли. Когда шахты были вновь загерметизированы в понедельник вечером, 15-го числа, было оставлено небольшое отверстие для вставки водопроводной трубы или шланга. В течение дня и вечера был сооружен разбрызгиватель, и к утру вторника он успешно работал, при этом температура в шахте в то время составляла 109° по Фаренгейту. После того как температура была снижена примерно до 100°, федеральные инженеры вызвались спуститься в шахту и провести разведку. Спасательная группа в составе г-д Райса, Пола и Уильямса, оснащенная искусственными дыхательными аппаратами, провела разведку возле дна вентиляционного ствола и обнаружила первое тело. После того как они вернулись на поверхность, трое государственных инспекторов Иллинойса, которые ранее прошли обучение у правительственных инженеров использованию спасательных аппаратов, включая инспекторов Мозеса и Тейлора, спустились вниз, провели замеры воздуха и обнаружили, что при медленно работающем вентиляторе в шахте можно работать. Затем спасательный отряд спустил шланг по главному стволу, предварительно подсоединив его к пожарной машине, принадлежащей пожарной службе Чикаго. Вода была направлена на огонь у дна ствола, что значительно уменьшило его силу, и вскоре он был подавлен настолько, что позволил пожарным войти в шахту без защиты дыхательных аппаратов.

К сожалению, эти операции могли проводиться только в самых невыгодных условиях и при соблюдении максимально возможных мер предосторожности из-за частых сильных обвалов кровли — результата нагрева от шахтного пожара — и наличия больших количеств «черного газа» (углекислого газа). Все передвижения незащищенных спасателей должны были предваряться разведкой обученного спасательного отряда, который анализировал газы, поскольку пожар продолжал гореть, и внимательно следил за обвалами, возможными взрывами или возобновлением пожара. В то время как тяжелая работа по креплению и извлечению тел выполнялась незащищенными спасателями, люди в шлемах исследовали более отдаленные части шахты, и в субботу днем, 20 ноября, через неделю после катастрофы, была обнаружена камера, в которой несколько шахтеров, проявив большое самообладание, замуровали себя, чтобы не допустить дыма и жара. Из этой камеры было извлечено 20 живых людей, из которых 12 были извлечены в беспомощном состоянии людьми в шлемах.

Это не первый случай, когда этот правительственный горный отряд совершает доблестные поступки. Прямо и косвенно его члены спасли от пятнадцати до двадцати жизней за короткое время своего существования. При катастрофе в Марианне, штат Пенсильвания, отряд обнаружил одного человека, оставшегося в живых среди 150 тел, и он был поднят на поверхность. Он полностью выздоровел после месяца пребывания в больнице.

На шахте Лейтер в Зейглере, штат Иллинойс, двое сотрудников, прошедших обучение использованию кислородных шлемов у членов правительственного отряда, спустились в шахту после взрыва и вынесли одного человека на поверхность, где они привели его в чувство.

Столь же хорошая служба, будь то в реальных спасательных операциях, в разведке после аварий на шахтах или в тушении пожаров, была оказана этим отрядом при авариях на шахтах Дэрр, Стар-Джанкшен, Хейзел, Кларинда, Сьюикли, Бервинд-Уайт № 37 и Верум, штат Пенсильвания; в Мононга и Лик-Бранч, Западная Виргиния; в Диринге, Саннисайд и Шелберне, штат Индиана, Джобс, штат Огайо, и в Рослине, штат Вашингтон.

Лаборатория взрывчатых веществ. Помещения, сгруппированные в южном конце здания № 21 в Питтсбурге, заняты под лабораторию для химического исследования и анализа взрывчатых веществ и находятся под руководством г-на У. О. Снеллинга.

Образцы всех взрывчатых веществ, используемых в испытательной галерее, баллистическом маятнике, манометре и других испытательных аппаратах, подвергаются здесь химическому анализу для определения составляющих материалов и их точных процентных долей. Также проводятся испытания для определения стабильности взрывчатого вещества или его склонности к разложению при различных температурах, а также других свойств, которые важны для выявления факторов, контролирующих безопасность взрывчатого вещества при транспортировке и хранении.

При исследовании всех взрывчатых веществ первой процедурой является качественный анализ для определения того, какие компоненты присутствуют. Из-за большого количества органических и неорганических соединений, входящих в состав взрывчатых смесей, этот анализ должен быть тщательным. Несколько сотен химических веществ использовались во взрывчатых веществах в разное время, и некоторые из этих материалов могут быть отделены от других, с которыми они смешаны, только с помощью самых тщательных и точных методов химического анализа.

После качественного анализа выбирается метод разделения и взвешивания каждого из компонентов, ранее обнаруженных в составе. Эти методы, конечно, сильно различаются в зависимости от конкретных материалов, подлежащих разделению, причем обычно необходимо разработать специальный метод анализа для каждого взрывчатого вещества, если только в ходе качественного анализа не будет установлено, что оно похоже на какое-либо обычное взрывчатое вещество, и в этом случае может быть применен обычный метод анализа этого взрывчатого вещества. Большинство предохранительных порохов требуют специальной обработки, в то время как большинство сортов динамита и все обычные формы черного подрывного пороха легко анализируются обычными методами.

Исследование черного подрывного пороха было значительно облегчено и в то же время стало значительно более точным благодаря денсиметру, разработанному в этой лаборатории. В этом аппарате вакуум Торричелли используется как средство вытеснения воздуха, окружающего зерна пороха, и с помощью очень простых манипуляций истинная плотность черного пороха определяется с высокой степенью точности. В здании № 17 имеется аппарат для разделения или сортировки черного пороха по размерам (рис. 1, табл. X).

С помощью двух факторов, коэффициента влажности и гигроскопического коэффициента, которые были разработаны в этой лаборатории, можно сделать ряд важных наблюдений по черному пороху при определении относительной эффективности графитового покрытия в сопротивлении влаге, а также в качестве средства оценки тщательности смешивания компонентов пороха. Коэффициент влажности относится к количеству влаги, поглощаемой зернами пороха за определенное время при стандартных условиях насыщения; а гигроскопический коэффициент относится к сродству компонентов пороха к влаге при тех же стандартных условиях.

Помимо исследования взрывчатых веществ, используемых на испытательной станции, в лаборатории взрывчатых веществ также проверяются и анализируются взрывчатые вещества для Службы мелиорации, Комиссии Панамского перешейка и других подразделений правительства. В настоящее время Комиссия Панамского перешейка, вероятно, является крупнейшим потребителем взрывчатых веществ в мире, и образцы, используемые в ее работе, проверяются, испытываются и анализируются в этой лаборатории, а также в филиалах лабораторий в Гиббстауне и Помптон-Лейкс, штат Нью-Джерси, и в Ксении, штат Огайо.

Помимо обычного анализа взрывчатых веществ для Комиссии Панамского перешейка, проводятся специальные испытания для определения склонности взрывчатого вещества к выделению нитроглицерина и к порче в неблагоприятных погодных условиях. Эти испытания необходимы из-за теплого и влажного климата Панамского перешейка.

Газопылевая галерея № 1. Галерея № 1 имеет цилиндрическую форму, длину 100 футов и минимальный внутренний диаметр 6⅓ фута. Она состоит из пятнадцати одинаковых секций длиной 6⅔ фута каждая, построенных внахлест. Первые три секции, ближайшие к бетонному оголовку, изготовлены из котельной стали толщиной ½ дюйма, остальные двенадцать секций — из котельной стали толщиной ⅜ дюйма и имеют предел прочности на разрыв не менее 55 000 фунтов на кв. дюйм. Каждая секция имеет одну предохранительную дверцу для сброса давления, расположенную по центру сверху и оснащенную резиновым буфером для предотвращения ее разрушения при быстром открытии. При использовании эта дверца может быть закрыта и не закреплена, закрыта и закреплена шпильками или оставлена открытой. Каждая секция также оснащена одним окном из листового стекла толщиной ¾ дюйма, размером 6 на 6 дюймов, расположенным по центру в боковой части галереи (рис. 1 и рис. 1 и 2, табл. VI). Секции соединены между собой внахлест. На каждом соединении внахлест внутри галереи имеется круговой уголок диаметром 2½ дюйма, на грани которого может быть помещена бумажная диафрагма, удерживаемая на месте полукруглыми шайбами, шпильками и клиньями. Эти бумажные диафрагмы используются для помощи в удержании газовоздушной смеси.

Figure 1 thumbnailРис. 1. ГАЛЕРЕЯ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ № 1

Природный газ из городских магистралей Питтсбурга используется для имитации газа, обнаруженного в шахтах путем фактического анализа. Типичный анализ этого газа выглядит следующим образом:

Объемный анализ типичного природного газа.

Hydrogen gases | 0
Carbon dioxide |   0.1
Oxygen | 0
Heavy hydrocarbons | 0
Carbon monoxide | 0
Methane | 81.8
Ethane | 16.8
Nitrogen |   1.3

Объем используемого газа измеряется точным испытательным счетчиком с ценой деления в одну двадцатую кубического фута. Требуемое количество подается вблизи дна в один или несколько 20-футовых отсеков галереи из 2-дюймовой трубы длиной 14 футов. Труба имеет перфорацию, расположенную таким образом, что поддерживается равный поток газа с каждой единицы длины.

Каждый 20-футовый отсек галереи дополнительно оснащен внешней циркуляционной системой, как показано на рис. 1, что обеспечивает эффективный метод смешивания газа с воздухом. Для первого отсека эта циркуляционная система является стационарной, часть трубопровода оснащена нагревательными змеевиками для поддержания постоянной температуры.

Остальные отсеки имеют общую циркуляционную систему, установленную на тележке, которую можно использовать на любом из этих отсеков. Предусмотрены клапаны для изоляции вентилятора, чтобы возможный взрыв не повредил его.

В центральной секции каждого отсека имеется индикаторный кран, который используется для обеспечения возможности записи давлений выше и ниже атмосферного или для отбора проб воздушно-газовой смеси. Первый отсек галереи оснащен полками, расположенными сбоку, для размещения угольной пыли.

Пушка, из которой производится выстрел взрывчатым веществом, помещается в бетонный оголовок, при этом осевая линия канала ствола совпадает с осью галереи. Эта пушка (рис. 2) аналогична той, что используется в баллистическом маятнике. Заряд подрывается электрически из наблюдательного пункта. Чтобы минимизировать риск при заряжании пушки, заряжающий носит в кармане штекер сценического выключателя (единственный штекер такого рода на площадке), так что невозможно замкнуть цепь, пока заряжающий не покинет галерею. Та часть первого отсека галереи, которая не заделана в бетон, имеет 3-дюймовое покрытие, состоящее из блоков магнезии, асбестового волокна, асбеста, цемента, тонкого слоя 8-унцевой парусины и полос водонепроницаемого кровельного картона, причем все это покрыто толстым слоем графитовой краски. Цель этого покрытия — помочь в поддержании постоянной температуры.

Рис. 2.
cannon as described in text

Вся галерея опирается на бетонный фундамент шириной 10 футов, который имеет максимальную высоту 4½ фута и минимальную высоту 2 фута.

Бетонный оголовок, в котором установлена пушка, полностью закрывает этот конец галереи. Узкий дренажный канал проходит под всей длиной галереи, а резьбовое отверстие в нижней части каждой секции обеспечивает эффективный способ дренажа.

Здания рядом с галереей защищены двумя баррикадами возле открытого конца, каждая высотой 10 футов и длиной 30 футов. Отбойник, состоящий из качающейся стальной плиты высотой 6 футов и длиной 9 футов, расположенный в 50 футах от конца галереи, предотвращает нанесение ущерба забойкой.

За испытаниями наблюдают из наблюдательного пункта, защищенной позиции примерно в 60 футах от галереи. Стены помещения имеют толщину 18 дюймов, а линия обзора проходит через листовое стекло толщиной ½ дюйма, шириной 6 дюймов и длиной 37 футов, и дополнительно ограничена двумя внешними ограждениями, каждое длиной 37 футов и шириной 3 фута.

В этой галерее был проведен ряд экспериментов для определения количества влаги, необходимого для различных видов угольной пыли, чтобы снизить вероятность взрыва угольной пыли от выбитого заряда одного из опасных типов взрывчатых веществ.

Угольная пыль, взятая с дорог одной из угольных шахт Питтсбургского района, требовала не менее 12% воды для предотвращения воспламенения. Также было доказано, что чем мельче пыль, тем больше требуется воды, и когда она была размером 100 меш, требовалось 30% воды для предотвращения ее воспламенения пламенем выбитого заряда при непосредственном контакте. Методы, используемые в настоящее время при орошении, оказались совершенно недостаточными для тщательного увлажнения пыли и, следовательно, ненадежными для предотвращения общего взрыва пыли.

На этой станции были проведены успешные эксперименты с использованием увлажнителей для насыщения атмосферы влагой после того, как температура воздуха снаружи галереи была повышена до температуры шахты и пропущена через увлажнители. Было установлено, что если относительная влажность 90% при температуре 60° по Фаренгейту поддерживается в течение 48 часов, имитируя летние условия в шахте, поглощение влаги пылью и изолирующий эффект влажного воздуха предотвращают общее воспламенение пыли.

Эти испытания на влажность проводились в газопылевой галерее № 1 со специальным оборудованием, состоящим из вытяжного вентилятора Кертинга производительностью 240 000 куб. футов в час, который вытягивает воздух из галереи через первый дверной проем, или тот, что находится рядом с бетонным оголовком, в котором установлена пушка.

Другой конец галереи закрыт с помощью брезента и бумажных диафрагм, при этом вся галерея сделана практически герметичной. Воздух поступает в пятнадцатый дверной проем через короб, проходя над паровыми радиаторами для повышения температуры, а затем через головки увлажнителей.

Аппаратура для испытания взрывчатых веществ.

В здании № 17, которое имеет размеры 40 на 60 футов, два этажа и прочно построено из тяжелой каменной кладки с шиферной крышей, нет открытых деревянных конструкций. Внутренняя структура полностью огнеупорна. Железные колонны и балки, а также деревянные балки, сильно облицованные цементом, поддерживают полы, которые выполнены либо из цементных плит, либо из деревянного настила, защищенного просечно-вытяжным металлом и цементным раствором как сверху, так и снизу. В одном конце на первом этаже находится экспонирующая и записывающая аппаратура для испытаний взрывчатых веществ на пламя, а также манометры и калориметр, а в другом конце — галерея для испытания предохранительных ламп.

Большая часть второго этажа занята газонепроницаемой тренировочной комнатой для спасательных работ и зрительным залом, из которого лица, интересующиеся такой работой, могут наблюдать за методами процедуры. На этом же этаже находится складское помещение для спасательных аппаратов и различных моделей предохранительных ламп.

Разрушительная сила взрывчатых веществ определяется тремя способами: с помощью баллистического маятника, манометра Бихеля и свинцовых блоков Трауцля.

Баллистический маятник. Разрушительная сила взрывчатых веществ, испытанная баллистическим маятником, измеряется величиной колебания. Стандартной единицей сравнения является заряд ½ фунта 40%-ного нитроглицеринового динамита. Аппарат состоит по существу из 12-дюймовой мортиры (рис. 3, табл. VI) весом 31 600 фунтов, подвешенной как маятник на балке, имеющей призматические опоры. Стальная пушка установлена на тележке, поставленной на рельсы, проложенные на одной линии с направлением качания мортиры. Во время выстрела пушка может быть установлена на расстоянии 1/16 дюйма от дульного среза мортиры. Балка, на которой подвешена мортира, опирается на бетонные стены размером 51 на 120 дюймов в основании и 139 дюймов в высоту. На вершине каждой стены находится 1-дюймовая опорная плита размером 7 на 48 дюймов, закрепленная на стене ⅝-дюймовыми болтами длиной 28 дюймов. Призматические опоры опираются на подшипниковые плиты, размещенные на этих опорных плитах. Подшипниковые плиты снабжены небольшими канавками для поддержания призматических опор в масле и защиты от атмосферных воздействий. Каждая из призматических опор имеет длину 6 дюймов, глубину 2 11/16 дюйма от острия до тыльной стороны, ширину 2 дюйма с тыльной стороны и сужается под углом 50° к горизонтали, начиная с линии в 1½ дюйма от тыльной стороны. Острие закруглено в соответствии с радиусом ¼ дюйма. Тыльная сторона каждой из них на 2 дюйма длиннее кромки, что составляет общую длину 10 дюймов, и имеет глубину 1 дюйм и ширину 12 дюймов. Этот выступ обеспечивает поверхность для крепления болтами к балке, на которой подвешена мортира. Балка изготовлена из цельной стали, имеет сечение 4 на 8 дюймов и длину 87 дюймов. К ней приболчены тяжелые стальные отливки для принятия резьбы стержней из машинной стали, которые образуют седла, на которых подвешена мортира. Радиус качания, измеренный от острия призматических опор до центра цапф, составляет 89¾ дюйма.

Табл. VI. Рис. 1. — Взрыв угольной пыли в газопылевой галерее № 1. Рис. 2. — Шахтная галерея № 1. Рис. 3. — Баллистический маятник.Plate VI Fig. 1

Plate VI Fig. 2

Plate VI Fig. 3

Пушка состоит из двух частей: кожуха и вкладыша. Кожух имеет длину 36 дюймов, внешний диаметр 24 дюйма и внутренние диаметры 9½ и 7½ дюймов. Он изготовлен из лучшей литой или кованой стали.

Вкладыш имеет длину 36½ дюйма с 1-дюймовым выступом на расстоянии 7¾ дюйма от тыльной стороны, изменяющим диаметр с 9½ до 7½ дюймов. Канал ствола гладкий, диаметром 2¼ дюйма и длиной 21½ дюйма. Пушка установлена на 4-колесной тележке, к которой она хорошо закреплена ремнями и стержнями. Рельсовый путь с колеей 30 дюймов простирается примерно на 9 футов от дульного среза мортиры до буфера пушки.

Выстрел производится электрической запальной батареей с первого этажа здания № 17, находящегося примерно в 10 ярдах. Для обеспечения безопасности оператора и заряжающего человек, который заряжает пушку, носит предохранительный штекер, без которого заряд не может быть взорван. Провода для подключения к запалу после заряжания расположены удобно, а предохранительный штекер затем вставляется в коробку на конце западной стены. Замыкание запальной батареи выключателем на месте стрельбы обозначается миганием красного света, после чего все, что необходимо для подрыва заряда, — это нажать кнопку на батарее. Автоматическое записывающее устройство в задней части мортиры записывает длину качания, которую с помощью нониуса можно считать с точностью до 1/200 дюйма.

Манометры Бихеля. Манометры сконструированы с целью определения удельной разрушительной силы взрывчатых веществ, детонирующих с различной скоростью, путем измерения давлений, развивающихся в замкнутом пространстве, из которого генерируемые газы не могут выйти. Аппарат состоит из прочного стального цилиндра, который может быть сделан абсолютно герметичным; воздушного насоса и соответствующих соединений для откачки воздуха из цилиндра до давления, эквивалентного 10 мм ртутного столба; изолированного штекера для обеспечения возможности подрыва заряда; клапана, через который газообразные продукты сгорания могут быть удалены для последующего анализа; и индикаторного барабана (рис. 1, табл. VII) с соответствующими соединениями для приведения его в движение с определяемой скоростью.

Табл. VII. Рис. 1. — Манометры Бихеля. Рис. 2. — Регистратор скорости детонации.Plate VII Fig. 1

Plate VII Fig. 2

Этот аппарат находится в юго-восточном углу здания № 17. Цилиндр имеет длину 31½ дюйма, диаметр 19¾ дюйма и закреплен на прочном бетонном фундаменте на удобной для работы высоте. Камера взрыва имеет длину 19 дюймов и диаметр 7⅞ дюйма, с объемом ровно 15 литров. Крышка цилиндра представляет собой тяжелую стальную деталь, удерживаемую на месте прочными винтовыми болтами и тяжелым стальным зажимом.

Заряд помещается на небольшую проволочную треногу, и выполняются соединения с запалом к электрической запальной батарее для подрыва зарядов. Крышка плотно затягивается двенадцатью тяжелыми болтами против свинцовых шайб. Воздух в цилиндре откачивается до 10 мм ртутного столба, чтобы более точно приблизиться к условиям заряда с забойкой, взрывающегося в скважине, недоступной для воздуха; индикаторный барабан устанавливается на место и приводится в движение; и, наконец, производится выстрел. Запись, показанная на индикаторной карточке, представляет собой быстро восходящую кривую для быстрых взрывчатых веществ и более пологую, медленно поднимающуюся кривую для взрывчатых веществ с медленной детонацией. Когда газы остывают, кривая сливается в прямую линию, которая указывает давление охлажденных газов на стенки камеры.

Поскольку отношение объема цилиндра к объему заряда может быть вычислено, давление замкнутого заряда также может быть найдено, и это давление часто превышает 100 000 фунтов на кв. дюйм. Охлаждающий эффект внутренней поверхности на газообразные продукты сгорания, жизненно важный момент в расчетах разрушительной силы взрывчатых веществ этим методом, определяется путем сравнения давлений, полученных в исходном цилиндре, с давлениями во втором цилиндре большего объема, в который был вставлен один или несколько стальных цилиндров для увеличения площади поверхности при сохранении объема, равного объему первых цилиндров. Сравнивая результаты, можно построить кривую, которая определит фактические развивающиеся давления с исключением эффекта поверхностного охлаждения.

Свинцовые блоки Трауцля. Испытание на свинцовых блоках — это метод, принятый Пятым международным конгрессом прикладной химии в качестве стандарта для измерения разрушительной силы взрывчатых веществ. Единица измерения в этом испытании определяется как сила, необходимая для расширения скважины в блоке до величины, эквивалентной той, что создается 10 граммами стандартного 40%-ного нитроглицеринового динамита с забойкой из 50 граммов сухого песка при стандартных условиях, создаваемых с помощью трамбовочного устройства. Результаты этого испытания при сравнении с результатами манометра Бихеля показывают, что для взрывчатых веществ с высокой детонацией свинцовый блок довольно точен, но для медленных взрывчатых веществ, таких как порох, расширение газов происходит недостаточно быстро, чтобы сделать сравнительные результаты ценными. Причина этого в том, что газы выходят через канал блока, а не воздействуют на расширение скважины.

Свинцовые блоки имеют цилиндрическую форму, диаметр 200 мм и высоту 200 мм. Каждый имеет центральную полость диаметром 25 мм и глубиной 125 мм (рис. 1, табл. IX), в которую помещается заряд. Блоки изготовлены из обессеребренного свинца наилучшего качества и, насколько это возможно, в идентичных условиях. Заряд помещается в полость и подготавливается к детонации с помощью электрического детонатора и забойки. После взрыва скважина имеет грушевидную форму, причем размер полости зависит не только от разрушительной силы взрывчатого вещества, но и от скорости его детонации, как уже указывалось. Размер скважины измеряется путем заполнения полости водой из бюретки. Разница в объеме полости до и после детонации указывает на расширяющую способность взрывчатого вещества.

Калориметр. Взрывной калориметр предназначен для измерения количества тепла, выделяемого при детонации зарядов взрывчатого вещества массой 100 граммов. Аппарат состоит из калориметрической бомбы (рис. 1, табл. VIII), внутреннего приемника или сосуда для погружения, деревянной кадки, регистрирующего термометра и качающейся рамы. Этот аппарат стоит на восточной стороне здания № 17.

Бомба бутылочной формы изготовлена из кованой стали толщиной ½ дюйма и имеет объем 30 литров. На противоположных сторонах возле верха просверлены отверстия: одно для выпускного клапана для получения частичного вакуума (около 20 мм ртутного столба) после того, как бомба была заряжена, другое для вставки штекера, через который проходит запальная проволока для подрыва заряда. Бомба закрывается крышкой, с помощью которой камера может быть сделана абсолютно герметичной. Она имеет высоту 30 дюймов с крышкой, весит 158 фунтов и перемещается в сосуд для погружения и обратно с помощью небольшого крана.

Внутренний приемник изготовлен из листовой меди толщиной 1/16 дюйма, глубиной 30⅞ дюйма и с внутренним диаметром 17⅞ дюйма. Он никелирован и усилен снаружи полосами медной проволоки, а его объем составляет около 70 литров. Внешняя кадка изготовлена из 1-дюймового пиломатериала, усиленного четырьмя латунными обручами снаружи. Она имеет глубину 33 дюйма, а ее внутренний диаметр составляет 21 дюйм.

Перемешивающее устройство, приводимое в действие вертикально электрическим двигателем, состоит из небольшой деревянной балки, соединенной с системой из трех колец, имеющих горизонтальную опорную поверхность. Когда аппарат собран, внутренний приемник опирается на небольшую подставку поверх основания внешнего резервуара, а кольца перемешивающего устройства проходят между бомбой и внутренним приемником. Сама бомба опирается на небольшую подставку, помещенную на дно внутреннего приемника. Аппарат снабжен плотно прилегающей дощатой крышкой. Бомба заряжается сверху, при этом взрывчатое вещество подвешивается в ее центре. Воздух откачивается до желаемой степени разрежения. Затем крышки завинчиваются, и аппарат собирается вместе, как описано.

Аппарат собирается на весах и взвешивается до того, как наливается вода, и после того, как приемник заполнен. Из полученного таким образом веса воды и повышения температуры можно вычислить калорийность. Заряд подрывается электричеством, пока вода перемешивается. Повышение температуры воды считывается с помощью увеличительного стекла с термометра, который измеряет разности температур в 0,01 градуса. По полученным показаниям можно определить максимальную температуру взрыва в соответствии с определенными формулами для калориметрических экспериментов. Вносятся надлежащие поправки на влияние образования продуктов сгорания на показания температуры и на теплопоглощающую способность аппарата.

Копер. В здании № 17, с южной стороны, находится копер, предназначенный для измерения чувствительности взрывчатых веществ к удару. Для этой цели используется падающий молот, сконструированный в соответствии со следующими требованиями: прочный, неподатливый фундамент; минимальное трение в направляющих пазах; и отсутствие выброса или разлета взрывчатого вещества при ударе падающего груза. Этот аппарат смоделирован по образцу того, что используется в Германии, но значительно улучшен в деталях конструкции.

Аппарат, рис. 1, табл. XI, состоит по существу из следующих частей: бесконечной цепи, работающей по вертикальному пути и снабженной выступами; стальной наковальни, на которой заряд взрывчатого вещества удерживается стальным штампом; размагничивающего кольца, свободно движущегося в вертикальных направляющих и снабженного захватами, расположенными так, чтобы выступы цепи могли зацеплять их; стального груза, свободно скользящего в вертикальных направляющих и поднимаемого размагничивающим кольцом на определяемые высоты, когда машина находится в работе; второго размагничивающего кольца, которое может быть установлено на известных высотах и снабжено механизмом освобождения для захватов первого кольца; и записывающего устройства, соединенного с вертикально приводимым резьбовым стержнем, который поднимает или опускает, устанавливает второе размагничивающее кольцо и тем самым определяет высоту падения груза. С помощью этого аппарата груз может быть поднят на различные известные высоты и сброшен на стальной штамп, который передает удар взрывчатому веществу. Таким образом определяется высота падения, необходимая для подрыва образца.

Молоты имеют различный вес, тот, что обычно используется, весит 2000 граммов. Поскольку чувствительность взрывчатого вещества зависит от изменений температуры, вода при 25° по Цельсию пропускается через наковальню, чтобы поддерживать ее температуру постоянной.

Испытание на пламя. Аппарат, рис. 2, табл. VIII, предназначенный для измерения длины и продолжительности пламени, испускаемого взрывчатыми веществами, расположен в северо-восточном углу здания № 17. Он состоит по существу из пушки, фотографирующего устройства и барабана, приспособленного для высокой скорости, к которому может быть прикреплена сенсибилизированная пленка.

Табл. VIII. Рис. 1. — Калориметр взрывчатых веществ. Рис. 2. — Здание № 17 и аппарат для испытания на пламя. Рис. 3. — Испытание на малом свинцовом блоке.Plate VIII Fig. 1

Plate VIII Fig. 2

Plate VIII Fig. 3

Примерно в 13 футах снаружи стены здания № 17, установленная на бетонном фундаменте, находится пушка, направленная вертикально в охватывающий цилиндр или трубу высотой 20 футов и диаметром 43 дюйма. Эта пушка является дубликатом той, что используется для баллистического маятника, детали которой уже были приведены. Труба или цилиндр изготовлены из котельной стали толщиной ¼ дюйма, состоят из двадцати четырех секций и абсолютно непроницаемы для света у основания и по бокам. Она соединена с темной комнатой в здании № 17 светонепроницаемым каналом прямоугольного сечения шириной 12 дюймов, горизонтальным внизу и наклонным сверху от высоты 8¼ фута у трубы до 21 дюйма у внутренней стороны стены здания.

Канал тщательно изолирован от света во всех соединениях и приклепан к трубе. Вертикальная щель шириной 2 дюйма и длиной 8 футов, совпадающая с центральной линией канала, вырезана в трубе. Вертикальная плоскость, проведенная через центральную линию канала ствола пушки и линию щели, если ее продолжить, пересекает центральную линию кварцевой линзы и совпадает с центром стенопической щели и осью вращающегося барабана, несущего пленку. Фотографирующее устройство состоит из затвора, кварцевой линзы и стенопической щели размером 76 на 1,7 мм между линзой и сенсибилизированной пленкой на вращающемся барабане. Кварцевая линза используется потому, что она фокусирует ультрафиолетовые лучи, которые сопровождают экстремальный жар.

Барабан имеет окружность 50 см и глубину 10 см. Он приводится в движение двигателем на 220 вольт, соединенным с тахометром, который показывает как метры в секунду, так и обороты в минуту. Может быть получена максимальная периферийная скорость 20 м в секунду.

Когда пушка заряжена, оператор удаляется в темную комнату, в которой расположено записывающее устройство, запускает барабан, достигает желаемой скорости и производит выстрел с помощью батареи. После проявления пленка показывает размытое пятно определенных размеров, созданное пламенем от заряда. По двум измерениям — высоте и боковому смещению — определяются длина и продолжительность пламени взрывчатого вещества.

Результаты испытаний на пламя разрешенного взрывчатого вещества и испытания черного подрывного пороха, все выстрелы без забойки, показаны на рис. 2, табл. IX. В этом испытании скорость барабана, несущего негатив черного пороха, была снижена до одной шестьдесят четвертой от скорости для разрешенных взрывчатых веществ, чтобы фотография могла уложиться в пределы негатива. Другими словами, продолжительность пламени черного пороха, как показано, должна быть умножена на 64 для сравнения с продолжительностью пламени разрешенного взрывчатого вещества, которое в 3500–4000 раз быстрее.

Табл. IX. Рис. 1. — Свинцовые блоки Трауцля. Рис. 2. — Пламя пороха.Plate IX Fig. 1

Plate IX Fig. 2

Аппарат для измерения скорости детонации. — Скорость, с которой детонация распространяется по заданной длине взрывчатого вещества, может быть измерена с помощью аппарата, установленного в здании № 17 и рядом с ним. Его важнейшей особенностью является регистрирующее устройство с электрическим соединением, с помощью которого можно с большой точностью измерять очень малые интервалы времени.

Взрывчатое вещество помещают в трубку из листового железа диаметром около 1½ дюйма и длиной 4 фута и подвешивают на шнурах в яме глубиной 11 футов и диаметром 16 футов. Эта яма ранее использовалась как колодец газгольдера (рис. 2, табл. VIII). При приспособлении ямы для нового использования бак был разрезан пополам; верхняя половина в перевернутом виде была помещена в яму на слой опилок, а пространство между баком и кирпичной кладкой ямы было заполнено опилками. Крышка ямы состоит из тяжелых балок, соединенных в каркас и покрытых 12-дюймовым слоем бетона, армированного шестью двутавровыми балками. Четыре ленты проходят поверх крышки и спускаются к восьми «мертвецам», заложенным примерно на 8 футов ниже поверхности земли.

Регистрирующее устройство, известное как прибор Меттеганга (рис. 2, табл. VII), состоит из двух искровых индукционных катушек и быстро вращающегося металлического барабана, приводимого в движение небольшим электродвигателем, причем периферия барабана имеет тонкое покрытие из сажи. Вибрационный тахометр, который указывает любую скорость от 50 до 150 об/с, напрямую соединен с барабаном, так что исключена любая вероятность погрешности из-за проскальзывания. Провода, ведущие к первичным обмоткам искровых катушек, проходят через взрывчатое вещество на расстоянии метра или более друг от друга. Провода ведут от вторичных обмоток к двум платиновым точкам, расположенным на долю миллиметра от периферии барабана. Для подрывных линий предусмотрена отдельная электрическая цепь.

При проведении испытания отдельные патроны с обрезанной с концов бумагой помещаются в трубку из листового железа встык; барабану сообщается желаемая окружная скорость, и заряд взрывается. Обычное расстояние между точками в трубке составляет 1 м, а время, необходимое для детонации заряда такой длины, определяется расстоянием между началом двух рядов точек на барабане, сделанных искрами из цепей вторичных обмоток, причем точки начинают отсчет в тот момент, когда первичные цепи размыкаются в результате детонации. На одном конце барабана имеются зубья шестерни с шагом 1 мм по центрам, которые можно зацепить с червяком, вращающим указатель перед циферблатом, градуированным на сотые доли; с помощью этого и нитяного окуляра расстояние между началом двух рядов искровых точек на барабане можно точно измерить с точностью до 0,01 мм. Поскольку окружность барабана составляет 500 мм, а его нормальная скорость равна 86 об/с, теоретически возможно измерять время с точностью до одной четырехмиллионной доли секунды, хотя при длине патрона 1 м такой точности не потребовалось.

Использование небольших свинцовых блоков предоставляет еще одно средство определения скорости детонации или быстроты действия взрывчатого вещества. Каждый блок (цилиндр длиной 2½ дюйма и диаметром 1½ дюйма) помещен в кусок бумаги так, что над блоком образуется оболочка для размещения заряда. Сначала в оболочку поверх блока помещается небольшой стальной диск того же диаметра, что и блок, после чего вставляется заряд с детонатором. Заряд обычно составляет 100 граммов. При детонации заряда происходит деформация свинца, величина которой обусловлена быстротой используемого взрывчатого вещества (рис. 3, табл. VIII).

Образец протокола испытаний.

Процедура, применяемая при исследовании взрывчатого вещества, приведена в следующем плане:

1. — Физическое исследование.

(a). — Запись о внешнем виде и маркировке на оригинальной упаковке.

(b). — Размеры патрона.

(c). — Вес патрона, цвет и удельный вес пороха.

2. — Химический анализ.

(a). — Запись о содержании влаги, нитроглицерина, нитрата натрия или калия и других химических составляющих, выявленных в ходе анализа; процентное содержание золы, гигроскопический коэффициент — количество воды, поглощаемое за 24 часа в насыщенной атмосфере при температуре 15 °C 5 граммами вещества, по сравнению с весом взрывчатого вещества.

(b). — Анализ продуктов горения из 100 граммов, включая газообразные продукты, твердые вещества и воду.

(c). — Состав газообразных продуктов горения, включая оксид углерода и диоксид углерода, водород, азот и т. д.

(d). — Состав твердых продуктов горения, подразделяющихся на растворимые и нерастворимые.

3. — Типичный анализ природного газа.

Используется при испытаниях следующим образом:

Carbon dioxide | 0.0 | per cent.
Heavy hydrocarbons | 0.2 | ”     ”
Oxygen | 0.1 | ”     ”
Carbon monoxide | 0.0 | ”     ”
Methane | 82.4 | ”     ”
Ethane | 15.3 | ”     ”
Nitrogen | 2.0 | ”     ”
| 100.00 | per cent.

4. — Типичный анализ битуминозной угольной пыли тонкого помола (100 меш), используемой в испытаниях.

Moisture | 1.90
Volatile matter | 35.05
Fixed carbon | 58.92
Ash | 4.13
| 100.00
Sulphur | 1.04

5. — Средний анализ детонаторов.

Используются на свинцовых блоках Трауцля, манометре, калориметре и небольших свинцовых блоках:

M - l | l | . Triple-strength exploder.

m

Charge | 1.5729 grammes. |  |
|  | Mercury fulminate. | Chlorate of potash.
Specification | 89.73 | 10.27

Используются во всех остальных испытаниях:

M - 260 | l | . Double-strength exploder.

m

Charge | 0.9805 grammes. |  |
|  | Mercury fulminate. | Chlorate of potash.
Specification | 91.31 | 8.69

6. — Испытания на баллистическом маятнике.

Этот протокол включает использованный порох, вес заряда, отклонение мортиры и удельный разрушающий заряд, причем последний представляет собой заряд, необходимый для создания отклонения мортиры, равного отклонению, производимому ½ фунта (227 граммов) 40%-го динамита, или 3,01 дюйма.

7. — Протокол испытаний.

Испытания с № 1 по № 5 в галерее № 1, как указано в предыдущем циркуляре.

8. — Испытание на свинцовом блоке Трауцля.

Порох и номера испытаний, расширение шпура в кубических сантиметрах и среднее расширение по сравнению с расширением, производимым аналогичным количеством (10 граммов) 40%-го динамита, причем последний дает среднее расширение 294 куб. см.

9. — Манометр.

Порох и номер испытания, вес заряда, плотность заряжания, высота кривой, развиваемое давление и давление, развиваемое после охлаждения, по сравнению с давлением, развиваемым после устранения поверхностных влияний аналогичным количеством (100 граммов) 40%-го динамита, со средним значением 8 439 кг/см².

10. — Скорость детонации.

Порох и номер испытания, размер патрона и скорость детонации в метрах в секунду для сравнения со скоростью детонации 40%-го динамита, которая в тех же условиях в среднем составляет 4 690 м/с.

11. — Копр для испытаний на удар.

Номера взрывчатого вещества и испытаний, высота падения (груза весом 2000 граммов), необходимая для вызова взрыва, для сравнения с высотой падения 11 см, необходимой для вызова взрыва 40%-го динамита.

12. — Расстояние передачи детонационной волны патроном размером 1,25 на 8 дюймов.

Номера взрывчатого вещества и испытаний, вес патрона, расстояние между патронами в испытаниях, происшедший взрыв или отсутствие взрыва для сравнения с двумя патронами 40%-го динамита, подвешенными в идентичных условиях на расстоянии 13 дюймов друг от друга встык, в коем случае детонация первого патрона приведет к взрыву второго.

13. — Испытание на пламя.

Номера взрывчатого вещества и испытаний, заряд 100 граммов с 1 фунтом глинистой забойки, средняя длина пламени и средняя продолжительность пламени для сравнения с фотографиями, полученными от 40%-го динамита в аналогичных условиях.

14. — Малые свинцовые блоки.

Порох и номера испытаний, вес заряда и сжатие, произведенное в блоках.

15. — Выделенные калории.

Количество больших калорий, выделяемых на килограмм взрывчатого вещества, для сравнения с 1 000 граммов 40%-го динамита, которые выделяют в среднем 1 229 больших калорий.

Сепаратор подрывного пороха.

Зерна черного подрывного пороха сортируются с помощью сепаратора, похожего на те, что используются на пороховых заводах, но уменьшенного размера. Он состоит из наклонного деревянного ящика с пазами по бокам для установки ряда сит и вертикального желоба на конце для вывода зерен по мере их просеивания в отдельные небольшие бункеры (рис. 1, табл. X). В верхнем конце сит находится небольшой бункер размером 12 на 16 дюймов с раздвижным латунным фартуком для регулирования подачи. Сита встряхиваются в поперечном направлении эксцентриковой тягой, приводимой в движение вручную. Верх бункера находится на высоте примерно 6½ футов над полом. Ящик имеет длину 6 футов 10 дюймов от края до края и наклонен под углом 9 градусов.

Таблица X. Рис. 1. — Сепаратор для сортировки черного пороха. Рис. 2. — Галерея для испытания предохранительных ламп. Рис. 3. — Шахтная галерея № 2.Plate X Fig. 1

Plate X Fig. 2

Plate X Fig. 3

После разделения зерна падают через вертикальный желоб, а оттуда в бункеры через цинковые скаты сечением 1 на 2 дюйма. Принимаются меры к тому, чтобы никакие стальные или железные детали не соприкасались с порохом.

Сита удерживаются легкими деревянными рамами, которые вставляются в наклонный ящик с верхнего конца. Таким образом, можно использовать любые или все ситы одновременно, разделяя все сорта или выполняя только требуемое разделение. Сита с самыми крупными ячейками представляют собой цинковые пластины с диагональной перфорацией. В таблице 2 приведено количество отверстий на квадратный фут в цинковых пластинах, перфорированных круглами отверстиями указанных диаметров.

ТАБЛИЦА 2. — Количество отверстий на квадратный фут в цинковых пластинах с круглой перфорацией.

Diameter, in inches | Number of holes.
1/2 | 353
4/10 | 518
1/3 | 782
1/4 | 1,392
1/6 | 1,680
1/8 | 3,456
1/10 | 6,636
1/16 | 12,800

Более мелкие ячейки получаются при использовании холщевых сит с отверстиями двух размеров, а именно 1/20 дюйма квадратных и 1/28 дюйма квадратных.

Еще несколько лет назад черный подрывной порох производился в размерах, приведенных в таблице 3.

ТАБЛИЦА 3. — Градация черного подрывного пороха.

Grade. | Mesh.
CC | 2-2½
C | 2½-3
F | 3-5
FF | 5-8
FFF | 8-16
FFFF | 16-28

В последние годы наблюдается значительный спрос на специальные размеры и смешанные зерна для отдельных шахт, особенно в Иллинойсе. Поскольку в марки марок не было внесено существенных изменений, буквы, используемые в настоящее время, не указывают на размер зерен, который они должны представлять. Из 29 образцов черного подрывного пороха, недавно полученных от Комиссии по порохам Иллинойса, только в 10 было обнаружено 95% зерен того размера, который они должны были представлять; 4 содержали 90%; 7 варьировались от 80 до 90%; несколько других представляли собой смеси мелких и крупных зерен и были промаркированы как черный подрывной порох FF; а один образец содержал лишь 8,5% зерен того размера, который он должен был представлять. Остальные образцы показали множество вариаций, даже когда продавались под одним и тем же наименованием. Практика такого смешивания сортов чрезвычайно опасна, поскольку шахтер, привыкнув к одной марке пороха FF однородного гранулирования, может получить другую марку аналогичного наименования, но со смешанными зернами, и, следовательно, он не может оценить количество пороха, которое нужно использовать. Результатом часто является перегруз заряда или выброс пламени из шпура. Более мелкие зерна сгорят первыми, а более крупные могут быть выброшены до завершения горения и тем самым воспламенить имеющийся рудничный газ.

Таблица XI. Рис. 1. — Копр для испытаний на удар. Рис. 2. — Ящик для испытания ламп.Plate XI Fig. 1

Plate XI Fig. 2

Галерея для испытания ламп.

На питтсбургской испытательной станции имеется галерея для испытания предохранительных ламп в присутствии различных процентных содержаний воспламеняющегося газа. В этой галерее можно проверять безопасность ламп в таких газовых смесях, а также инспекторы шахт и начальники вентиляции могут приносить свои предохранительные лампы на эту станцию и проверять свои измерения процентного содержания газа, отмечая длину и внешний вид пламени в присутствии смесей, содержащих известные проценты метана и воздуха.

Газонепроницаемая галерея, используемая для испытания ламп, состоит из прямоугольного канала (рис. 2, табл. X) с боковинами из листовой стали толщиной 6 мм и шириной 433 мм, причем верх и низ выполнены из швеллеров. Галерея опирается на две стальные эстакады, а к одному концу присоединен эксгаустер Кертинга № 5, способный всасывать 50 куб. м в мин под давлением 500 мм водяного столба, с необходимым клапаном, сепаратором пара и т. д. Горловина эксгаустера проходит через стену здания и выбрасывает воздух в открытую атмосферу.

Помимо основного горизонтального канала, имеются два вторичных канала, соединенных коротким горизонтальным участком, и все сооружение собрано таким образом, что испытуемая предохранительная лампа может быть помещена в поток воздуха или смеси воздуха и газа, который ударяет по ней горизонтально, вертикально вверх или вниз, либо под углом 45° (рис. 3). Путь потока определяется съемными дверцами из листовой стали.

Рис. 3.
SAFTY [sic] LAMP TESTING GALLERY

Имеются пять двойных смотровых окон из листового стекла, которые открываются на петлях. Размер каждого окна составляет 7½ на 3 дюйма; внутреннее стекло имеет толщину ¼ дюйма, а внешнее — ½ дюйма. Эти стекла разделены промежутком в ¼ дюйма. Верхний канал имеет четыре предохранительные дверцы вдоль верха, каждый из наклонных каналов имеет по одной предохранительной дверце, а стенки и окна снабжены резиновыми прокладками или асбестовым уплотнением для обеспечения их газонепроницаемости. Площадь поперечного сечения канала составляет 434 кв. см.

Впускное отверстие для воздуха состоит из 36 перфораций диаметром 22 мм в бронзовой пластине или диафрагме. Целью этой диафрагмы является создание давления в канале перед смесительными коробками и обеспечение возможности измерения скорости потока. Воздушный поток, пройдя через отверстия, попадает в смеситель — литую стальную коробку, через которую проходят 36 медных трубок, каждая из которых перфорирована 12 отверстиями диаметром 3 мм, расположенными по спирали вдоль ее длины и на равном расстоянии друг от друга. Общая площадь поперечного сечения трубок составляет 137 кв. см.

Взрывчатый газ поступает внутрь коробки вокруг трубок через большие трубы, каждая диаметром 90 мм, проходит оттуда через 432 отверстия в медных трубках и тщательно смешивается с воздухом, протекающим через эти трубки. Поток через аппарат создается эксгаустером, а его направление определяется положением дверец.

Галереей можно управлять таким образом, чтобы быстро и легко обеспечить поток известной скорости и известного процентного содержания метана. Во взрывоопасном потоке газа и воздуха предохранительные лампы любого размера и конструкции могут быть испытаны в условиях, имитирующих те, которые время от времени встречаются в шахтах, когда потоки воздуха, содержащие метан в опасных пропорциях, ударяют по лампам под разными углами, и может быть определена относительная безопасность различных типов ламп в таких условиях. В этой галерее также возможно испытывать осветительные приборы либо в неподвижной атмосфере, либо в движущемся потоке, а подвергая лампы воздействию воздуха, содержащего известные проценты метана, можно ознакомить пользователя с внешним видом шапок пламени.

Дыхательный аппарат.

С помощью этого аппарата носитель может обследовать газоносную шахту, приближаться к пожарам с целью их тушения или производить расследования после взрыва. Его цель — обеспечить воздух или кислород для дыхания носителем в угольных шахтах, когда шахтный воздух настолько наполнен ядовитыми газами, что жизнь в его присутствии становится невозможной.

На рынке имеется множество видов спасательных шлемов и аппаратов, почти все европейского производства, которые подвергаются сравнительным испытаниям на долговечность и безопасность, удобство или неудобство при их использовании и т. д. Все они по существу состоят из шлемов, герметично надевающихся на голову, или из герметичных носовых зажимов и загубников (рис. 1, табл. XII).

Эти различные формы дыхательных аппаратов делятся на три типа:

1. — Тип на жидком воздухе, в котором воздух в жидком состоянии испаряется и обеспечивает постоянную подачу свежего воздуха.

2. — Химический тип, производящий кислород, который искусственно производит или поставляет кислород для дыхания со скоростью, примерно равной требуемой; и,

3. — Тип со сжатым кислородом.

Аппарат первого типа весом 20 фунтов подает достаточно воздуха примерно на 3 часа работы, а продукты дыхания проходят через обратный клапан непосредственно в пространство. Аппарат второго типа поставляет кислород, полученный из вырабатывающих кислород химикатов, а также обеспечивает средства поглощения углекислого газа, образующегося при дыхании. Они также содержат необходимые трубки, клапаны, соединения и т. д. для передачи свежего и выдыхаемого воздуха с целью выработки достаточного количества кислорода во время использования; поглощения и очистки продуктов выдоха; и подачи свежего воздуха к рту без загрязнения атмосферой, в которой используется аппарат. Предусмотрены три кислородгенерирующих патрона, каждый из которых подает достаточно кислорода на 1 час, что составляет общую продолжительность действия 3 часа. Замена баллонов может производиться за несколько секунд при задержке дыхания. Этот аппарат весит от 20 до 25 фунтов в зависимости от количества перевозимых кислородных генераторов. Патроны для генерации кислорода, поставляемые с этим аппаратом, после использования в течение примерно одного часа не имеют никакой ценности.

Третий тип аппарата оснащен прочными баллонами, заряженными кислородом под высоким давлением; двумя регенеративными патронами с едким кали для поглощения выдыхаемого углекислого газа; лицевым шлемом; необходимыми клапанами, трубками и т. д. для контроля кислорода; и финимером, который регистрирует содержимое баллонов в атмосферах и минутах работы. Два патрона, используемые для поглощения углекислого газа, после двух часов использования не имеют никакой ценности.

Если вдох производится только через рот, к концу дыхательной трубки, по которой подается воздух или кислород, прикрепляется загубник, нос закрывается зажимом, а глаза защищаются защитными очками. Для вдоха как через нос, так и через рот шахтер надевает шлем или головной убор, который можно плотно подогнать вокруг лица. К шлему прикреплены две трубки: одна для вдоха, а другая для выдоха. В аппарате с кислородным баллоном эти трубки ведут к резиновым мешкам для резервов чистого и отработанного воздуха и от них.

Горноспасательная подготовка.

На практике было обнаружено, что когда шахтер, впервые экипированный дыхательным аппаратом, спускается в шахту, где произошел взрыв, он вскоре оказывается охвачен волнением или нервозностью, вызванными искусственными условиями дыхания, навязанными аппаратом, темнотой и жарой, а также осознанием того, что он окружен ядовитыми газами. Было также установлено, что кратковременный период тренировок в использовании такого аппарата в условиях, имитирующих те, с которыми сталкиваются в шахте после катастрофы, придает шахтеру уверенность и позволяет ему успешно использовать аппарат в условиях напряжения от интенсивных физических усилий, сопутствующих спасательным работам.

Спасательный отряд состоит из пяти-шести шахтеров под руководством горного инженера, имеющего опыт спасательных операций и знакомого с условиями, существующими после шахтных катастроф. Шахтеры работают парами, чтобы один мог помочь другому в случае несчастного случая или повреждения дыхательного аппарата, и чтобы каждый мог следить за состоянием запаса кислорода по манометрам на снаряжении напарника.

Обучение проводится в газонепроницаемой комнате здания № 17 или в аналогичных помещениях на подстанциях (рис. 2, табл. XII). Эта комната делается абсолютно темной и заполняется газообразным формальдегидом, SO₂, CO₂ или CO, получаемым при сжигании серы или древесного угля на жаровнях. Во время каждого периода обучения шахтеры входят и проходят расстояние около 1 мили — среднее расстояние, обычно преодолеваемое от устья шахты до забоя или точки взрыва. Затем они убирают ряд крепей; поднимают количество кирпича или твердого кускового угля в тачки; карабкаются через искусственные туннели, вверх и вниз по наклонным плоскостям и по поверхностям, усыпанным углем или камнем; управляют машиной с прикрепленным к ней устройством, которое автоматически записывает фут-фунты выполненной работы; и выполняют другие интенсивные физические упражнения в течение 2 часов. Этот распорядок повторяется ежедневно в течение 1 недели, после чего спасательный отряд считается достаточно подготовленным к активной службе.

Таблица XII. Рис. 1. — Дыхательный и спасательный аппарат. Рис. 2. — Помещение для спасательной подготовки.Plate XII Fig. 1

Plate XII Fig. 2

Аппарат, используемый для записи фут-фунтов работы, выполненной лицом, управляющим рабочей машиной в газонепроницаемом спасательном помещении, состоит из небольшого циферблата с электрическими соединениями, который записывает количество ходов, совершенных машиной, и кончика карандаша, опирающегося на бумажную диафрагму, закрепленную на горизонтальном латунном диске. Этот диск приводится в движение часовым механизмом и делает один полный оборот в час. Когда машина работает, кончик карандаша движется туда и обратно, оставляя широкую линию на бумаге; когда оператор машины отдыхает, кончик карандаша вычерчивает одинарную линию. Таким образом, аппарат регистрирует количество ходов, совершенных оператором за заданное время. Исходя из поднимаемого веса, высоты подъема и количества ходов за заданное время, легко рассчитываются фут-фунты работы.

Электрическая испытательная аппаратура.

На первом этаже здания № 10 под лаборатории отведены две комнаты, в которых исследуется электрооборудование, используемое при горных работах. Целью этих исследований является выяснение условий, при которых электричество различных напряжений может использоваться с безопасностью — при откатке, подъеме, водоотливе или освещении в шахтах — в присутствии опасных смесей взрывочатых газов или пыли. В этой лаборатории также предполагается испытывать различные виды изоляции и изоляторов, а также определять долговечность такой изоляции в присутствии коррозионных газов и воды, обнаруживаемых в шахтах.

Установлен водонепроницаемый деревянный резервуар размером 15 на 5 на 5 футов, в котором изоляция и изоляционные материалы испытываются под чистой или загрязненной водой. Различные электрические осветительные приборы и оборудование могут подключаться с распределительного щита в здании № 17 к галерее газа и пыли № 2 для проверки влияния таких осветительных приборов в присутствии взрывоопасных смесей газа и пыли, как изложено на странице 220.

В электротехнической лаборатории здания № 10 находятся бустерная установка мощностью 60 кВт и соответствующий распределительный щит для приема постоянного тока напряжением 220 В от турбогенератора и преобразования его в ток, изменяющийся от 0 до 750 В. Имеются также трансформаторы для получения переменного тока частотой 60 периодов в секунду при напряжениях от 110 до 2200 В. Распределительный щит предназначен для работы с этими различными напряжениями и подачи их на испытываемую аппаратуру в здании № 10, галерее № 2 или в других местах.

В галерее № 2 (рис. 3, табл. X) и в ящике для испытания ламп (рис. 2, табл. XI) проводятся испытания изоляционных материалов для использования в шахтах, а также электрических предохранителей, ламп и т. д. В самое ближайшее время предполагается провести сравнительные испытания безопасности различных шахтных электровозов и шахтного подъемного оборудования посредством этой лаборатории, и считается, что полученные результаты предоставят ценную информацию в качестве руководства по безопасности, надежности и долговечности этих приборов при их электрическом приводе.

Ящик для испытания электрических ламп и предохранителей. — Аппарат для испытания предохранительных ламп, электрических ламп и предохранителей состоит из железных пластин толщиной ¼ дюйма, соединенных болтами с уголковым железом 1½ дюйма для формирования ящика с внутренними размерами 18 на 18 на 24 дюйма. Ящик помещается на подставке на такой высоте, чтобы смотровые окна находились на уровне глаз наблюдателя (рис. 2, табл. XI), и соединяется газовой трубой с подачей природного газа, который может измеряться газгольдером или счетчиком рядом с ящиком.

С помощью этого аппарата можно изучать влияние взрывчатого газа на пламя, электрических искр на взрывоопасные смеси газа и воздуха, а также разрушения электрических ламп во взрывоопасной смеси газа и воздуха. Предохранительные лампы вводятся в ящик снизу через отверстие размером 6 квадратных дюймов, закрытое откидной железной крышкой, доступ к которому осуществляется через гибкую резиновую манжету длиной 20 дюймов.

В этом ящике можно сравнить поведение стандартной предохранительной лампы и испытуемых предохранительных ламп по высоте пламени для различных процентов метана в воздухе, влиянию такого пламени на воспламенение газа и т. д.

В каждом торце ящика имеется отверстие размером 1 квадратный фут, поверх которого может быть помещена бумажная диафрагма, удерживаемая каркасными дверцами, назначением которых является удержание газа таким образом, чтобы в случае взрыва не было причинено никаких повреждений. В передней части ящика находятся два смотровых окна из листового стекла размером 2⅝ на 5½ дюйма. В боковой стенке ящика между двумя окнами имеется отверстие диаметром ⅜ дюйма, которое может закрываться краном-винтом и через которое отбираются пробы для химического анализа.

Газгольдер состоит из двух железных банок: нижняя открыта сверху и заполнена водой, а верхняя открыта снизу и подвешена на противовесе. К верхней поверхности последней прикреплена шкала, которая движется вместе с ней, измеряя тем самым количество газа в держателе. Двухходовой кран позволяет впускать газ в газгольдер, а оттуда в испытательный ящик.

Галерея газа и пыли № 2. — Эта галерея изготовлена из листовой стали и аналогична галерее № 1, однако ее длина составляет всего 30 футов, а диаметр — 10 футов. Она опирается на бетонное основание (рис. 3, табл. X). Диафрагмы могут помещаться поперек любого торца или на различных секциях для удержания смесей газа и воздуха, в которых проводятся испытания. Впуск газа контролируется трубами и клапанами, а газ и воздух могут перемешиваться или смешиваться вентилятором, как описано для галереи № 1 и как показано на рис. 1.

Галерея № 2 используется для исследования влияния пламени различных ламп, электрических токов, двигателей и угледобывающих машин в присутствии известных смесей взрывчатого газа и воздуха. Она также используется для испытания длины пламени предохранительных ламп в неподвижном воздухе, содержащем различные пропорции метана, и для этой цели она удобнее ламповой галереи. При испытаниях со взрывоопасными смесями после введения испытываемого прибора и завершения подготовки управление операциями осуществляется с безопасного расстояния с распределительного щита в близлежащем здании.

Среди прочих исследований, проводимых в этой галерее, — исследования влияния искр на известные газовые смеси. Эти искры аналогичны тем, которые высекаются кайлом о кремень, но в данном случае они производятся путем трения быстро вращающегося наждачного круга о стальной напильник. В этой галерее также можно изучать эффект искры, производимой корот замыканием известного напряжения, пламени дуговой лампы и т. д.

Исследования строительных материалов.

Исследования строительных материалов проводятся с целью определения характера и степени доступности материалов, пригодных для использования в строительных и возводимых Правительством сооружениях, а также того, как эти материалы могут использоваться наиболее эффективно.

Эти исследования включают:

(1). — Изучение распределения и местной доступности вблизи каждого из строительных центров в Соединенных Штатах таких материалов, которые необходимы Правительству.

(2). — Способы наиболее эффективного использования этих материалов.

(3). — Их огнестойкие качества и прочность при различных температурах.

(4). — Лучшие и наиболее экономичные методы защиты стали огнестойким покрытием.

(5). — Наиболее эффективные методы дозирования и смешивания заполнителя, имеющегося на месте, для различных целей.

(6). — Характер и ценность защитных покрытий или различных смесей для предотвращения разрушения морской водой, щелочью и другими разрушающими агентами.

(7). — Виды и формы армирования для бетона, необходимые для достижения наибольшей прочности в балках, колоннах, плитах перекрытий и т. д.

(8). — Исследование глин и продуктов из глин, необходимых для правительственных работ, в отношении их прочности, долговечности, пригодности в качестве огнестойких материалов, а также методов анализа и испытания глиняных изделий.

(9). — Испытания строительных камней и исследования их доступности вблизи различных строительных центров по всей территории Соединенных Штатов.

Деятельность Отдела строительных материалов включает исследования материалов для производства цемента, составных материалов бетона, строительных камней, глин, глиняных изделий, железа, стали и прочих строительных материалов для нужд Правительства. Организация состоит из ряда секций, включая секции химического и физического исследования закупок департаментов; полевого отбора проб и лабораторного исследования составных материалов бетона, собранных квалифицированными полевыми инспекторами в окрестностях крупных коммерческих и строительных центров; аналогичного полевого отбора проб строительных камней, а также глин и глиняных изделий, предлагаемых для использования в правительственных зданиях или инженерных сооружениях; и пересылки таких образцов в испытательные лаборатории в Сент-Луисе или Питтсбурге для исследования и испытаний. Исследовательские испытания включают эксперименты в отношении разрушающих агентов, таких как электролиз, щелочные земли и воды, соленая вода, огонь и выветривание; а также эксперименты с защитными и гидроизоляционными агентами, включая различные смывки или запатентованные смеси, имеющиеся на рынке, и методы промывки и смешивания растворов и бетона, которые могут привести к снижению проницаемости таких материалов для воды.

Также проводятся исследования с целью определения характера и степени доступности материалов, пригодных для использования в строительных работах Правительства, и того, как эти материалы могут использоваться наиболее эффективно и безопасно. Хотя закон, санкционирующий эту работу, не разрешает проводить исследования или испытания для частных лиц, считается, что эти испытания для Правительства не могут не иметь большой общей ценности. Совокупные расходы Федерального правительства на строительные и инженерные работы составляют около 40 000 000 долларов ежегодно. Эта работа выполняется в стольких различных условиях, в столь географически удаленных точках и требует такого разнообразия материалов, что проблемы, подлежащие решению для Правительства, не могут не охватывать большую часть потребностей инженерной профессии, правительств штатов и муниципалитетов, а также широкой общественности.

Характер работы. — Испытания и анализы строительных материалов, закупаемых различными бюро и департаментами для нужд Правительства, проводятся для определения характера, качества, пригодности и доступности представленных материалов, а также для получения данных, ведущих к более точным рабочим значениям в качестве основы для лучших рабочих спецификаций, с тем чтобы позволить правительственным чиновникам использовать такие материалы с большей экономией и повышенной эффективностью.

Исследовательские испытания материалов, входящих в правительственное строительство, касающиеся более крупных проблем, связанных с использованием материалов, закупаемых Правительством, включают углубленное изучение пригодности для использования в бетонном строительстве на Панамском канале песка и камня, а также цементирующей ценности пуццоланового материала, найденного на Перешейке; прочности, упругости и химических свойств конструкционной стали для шлюзовых ворот канала; проволочных канатов и тросов для использования при подъеме и откатке; а также наиболее подходящих песка и камня, имеющихся для бетона и железобетона для подводного строительства, таких как подпорные стены, строящиеся Квартирмейстерским департаментом армии в гавани Сан-Франциско.

Эти испытания также включают исследования разрушающего воздействия щелочной почвы и воды на бетонные и железобетонные конструкции Службы мелиорации с целью предотвращения такого разрушения; исследования надлежащих пропорций и размеров бетонных и железобетонных конструктивных колонн, балок и пирсов, а также стен из кирпича и строительного камня и различных типов металла, используемых для армирования Наблюдающим архитектором при строительстве общественных зданий; исследования песка, гравия и щебня, доступных для местного использования в бетонном строительстве, таких как колонны, пирсы, арки, плиты перекрытий и т. д., в качестве руководства к более экономичному проектированию общественных сооружений и для определения надлежащего метода смешивания материалов с целью сделать бетон наиболее непроницаемым для воды и устойчивым к погодным условиям и другим разрушающим агентам.

Другие направления исследований можно вкратце изложить следующим образом:

Степень, в которой бетон из цемента и местных материалов может наиболее безопасно и эффективно использоваться для различных целей в различных условиях;

Лучшие методы смешивания и использования различных составных материалов, имеющихся на месте для использования в правительственном строительстве;

Материалы, пригодные для производства цемента на общественных землях или там, где Правительство запланировало масштабные строительные или инженерные работы, но в настоящее время цементные заводы отсутствуют;

Виды и формы армирования для бетона и лучшие методы их применения для обеспечения наибольшей прочности при сжатии, растяжении, сдвиге и т. д. в железобетонных балках, колоннах, плитах перекрытий и т. д.;

Влияние кислот, масел, солей и других посторонних материалов, длительного напряжения или электрических токов на долговечность стали в железобетоне;

Ценность защитных покрытий как средств предотвращения ухудшения строительных материалов под воздействием разрушающих агентов; и

Установление расчетных напряжений для различных строительных материалов, необходимых Правительству в его зданиях.

Проводятся исследования влияния огня и коэффициента теплопроводности на бетон и железобетон, кирпич, плитку, строительный камень и т. д. в качестве руководства к использованию наиболее подходящих материалов для огнестойкого строительства зданий и правильного определения размеров огнезащитных покрытий.

Проводятся исследования и испытания с целью подготовки рабочих спецификаций для использования в правительственном строительстве для кирпича, плитки, силикатного кирпича, дорожного кирпича, канализационных труб, кровельных сланцев, напольной плитки, кабельных каналов, электрических изоляторов, архитектурной терракоты, огнеупорного кирпича и всех видов огнеупорных изделий и других глиняных изделий, в отношении которых в настоящее время отсутствуют удовлетворительные данные для составления спецификаций рабочих значений.

Проводятся исследования месторождений глин по всей территории Соединенных Штатов с целью определения надлежащих методов их переработки в строительный кирпич, плитку и т. д. с наиболее разумными затратами, а также пригодности получаемого материала для возведения в строительных конструкциях и удовлетворения строительным требованиям.

В полевых условиях проводятся исследования строительных камней, имеющихся на месте, а также физические и химические испытания этих строительных камней для определения их несущей или прочности на сжатие; наиболее подходящих растворов для использования с ними; их устойчивости к выветриванию; их огнестойких и противопожарных качеств и т. д., в отношении которых практически нет адекватной информации в качестве руководства для правительственного инженерного и строительного проектирования.

Достигнутые результаты. — Только за один шестимесячный период было исследовано более 2 500 образцов, взятых из правительственных закупок строительных материалов, из которых более 300 не соответствовали заданным требованиям, что представляет собой забракованный некачественный материал на многие тысячи долларов, который в противном случае был бы оплачен Правительством. Эти испытания послужили средством обнаружения низкого качества больших объемов материалов, поставленных по контрактам, и моральный эффект на участников торгов оказался столь же важным фактором в поддержании высокого качества закупок, как и экономия денег.

Исследование песков, гравия и щебня как составных материалов для бетонного и железобетонного строительства выявило данные, показывающие, что определенные материалы, имеющиеся на месте вблизи крупных строительных центров и ранее считавшиеся низкими по качеству, фактически превосходили другие и более дорогие материалы, которые предполагалось использовать.

Эти исследования обеспечили реальную экономию стоимости строительства на работах Комиссии Панамского перешейка, Наблюдающего архитектора и некоторых штатов и городов, которые выиграли от информации, распространенной относительно этих составных материалов.

Исследования глиняных изделий, начатые лишь недавно, уже привели к выяснению важных фактов, касающихся коллоидного вещества глины и его измерения, а также их влияния на пластичность и рабочие значения различных глин. Изучение предварительной обработки глин, трудных в сухой обработке, дало полезную информацию о сушке таких глин и об огнестойкости кирпичей из мягкой, жесткой или высушенной глины различной плотности.

Полевой сбор и исследование образцов строительного камня выявили некоторые важные факты, которые ранее не принимались во внимание, относительно влияния ломки камня по отношению к простиранию и падению пластовых плоскостей строительного камня, а также прочности и долговечности того же материала при его установке в строительных конструкциях. Эти исследования также выявили определенные фундаментальные факты относительно влияния взрывных работ (по сравнению с высеканием или резакой) на прочность и долговечность добытого строительного камня.

Лаборатории минеральной химии. — Исследования и анализы материалов инженерного и гражданского строительства проводятся в Питтсбурге в четырех больших комнатах здания № 21. В этой лаборатории проводятся научные исследования влияния щелочных вод и почв на составные материалы бетона, имеющиеся в засушливых регионах, применительно к сроку службы и долговечности бетонных и железобетонных конструкций Службы мелиорации. Эти исследования включают изучение отдельных солей, обнаруженных в конкретных щелочах, и изучение результатов пропускания растворов различных щелочей через цилиндры из цементного раствора и бетона. Другие научные анализы связаны с исследованием разрушающих и консервирующих агентов для бетона, железобетона и аналогичных материалов, а также с химией воздействия соленой воды на бетон и т. д. Рутинные химические анализы составных материалов бетона и материалов для производства цемента выполняются в этой лаборатории, равно как и большое количество разнообразных химических анализов и исследований арматурной стали, состава строительных камней и сопутствующих работ.

Тепловая лаборатория под руководством доктора Дж. К. Клемента занимает три комнаты на первом этаже здания № 21 и занимается главным образом измерением температур в газогенераторах, топках паровых котлов, печах и т. д. Работа включает определение теплопроводности огнеупорных глин, бетона и других строительных материалов и их огнестойких свойств; измерения теплового расширения и удельной теплоемкости огнеупорных кирпичей, фарфора и глазурей; и исследования влияния колебаний температуры на различные химические процессы, происходящие в топливном слое газогенератора, котловой топки и т. д.

Тепловая лаборатория оснащена для калибровки термометров и пирометров, а также электрических и других физических аппаратов, используемых различными секциями Технологического отделения.

Для удобства анализа материалов, получаемых от различных должностных лиц по закупкам при правительственных бюро, эта работа размещена в лаборатории на четвертом этаже здания Геологической службы в Вашингтоне.

Большие количества и множество разновидностей строительных материалов для использования в общественных зданиях по контрактам с управлением Наблюдающего архитектора передаются подрядчиками в лабораторию для определения того, удовлетворяют ли они заданным требованиям или нет. Проводятся дальнейшие проверки образцов, представленных инспекторами по строительству, представляющих материалы, фактически поставленные подрядчиками. Часто обнаруживается, что образец материала, представленный подрядчиком, гораздо лучшего качества, чем тот, который прислан инспектором для представления поставок. Таким образом обеспечивается необходимый постоянный контроль поставок.

В дополнение к этой работе для управления Наблюдающего архитектора аналогичная работа по закупкам и поставкам проводится для Комиссии Панамского перешейка, Квартирмейстерского департамента армии, Службы спасения на водах, Службы мелиорации и других ветвей Правительства. Ежемесячно исследуется около 300 образцов, что требует в среднем 12 определений на образец, или около 3 600 определений в месяц.

Химическая лаборатория для испытания правительственных закупок строительных материалов оснащена необходимым аппаратом для проведения требуемых физических и химических испытаний. Для физических испытаний цемента имеются машина для испытания на растяжение, формы для брикетов, ванна с ванночками для испытаний на кипячение для определения прочности, водяные ванны для хранения брикетов, влажный шкаф, аппарат для определения удельного веса, тонкости помола и т. д.

Химическая лаборатория в Вашингтоне оснащена необходимыми аналитическими весами, сушильными шкафами, банями, паяльными лампами, дистилляторами и т. д., требуемыми при рутинном химическом анализе цемента, штукатурки, глины, кирпича и терракоты, минеральных красок и пигментов, кровельного материала, луженого железа и асфальтовых соединений, гидроизоляционных материалов, сплавов железа и стали и т. д.

В настоящее время материалы, требующие исследовательских испытаний в качестве основы для подготовки подходящих спецификаций, испытаний, не связанных с непосредственным определением того, соответствуют ли закупки спецификациям, передаются в химические лаборатории при Отделе строительных материалов в Питтсбурге.

Инспекция и испытания цемента, закупаемого в больших количествах, таких как крупные закупки для строительства общественных зданий под руководством Наблюдающего архитектора или крупный контракт на 4 500 000 баррелей Комиссии Панамского перешейка, проводятся в лаборатории по испытанию цемента Службы в Портлендском цементном районе Лихай в Нортгемптоне, штат Пенсильвания.

Испытательные машины. — Различные конструктивные формы, в которые бетон и железобетон могут собираться для использования в строительстве общественных зданий, проходят исследовательские испытания на их прочность на сжатие и растяжение, сопротивление сдвигу, модуль упругости, коэффициент расширения, противопожарные качества и т. д. Аналогичные испытания проводятся в отношении строительного камня, глиняных изделий и конструктивных форм, в которых сталь и железо используются для строительства зданий.

Машины для испытаний на сжатие, растяжение и другие крупногабаритные испытательные машины для всех видов строительных материалов, поступающих на испытательные станции, находятся под общим руководством Ричарда Л. Хамфри, члена Американского общества гражданских инженеров. Непосредственное руководство физическими испытаниями на более крупных испытательных машинах возложено на г-на Г. Г. Каплана.

Большая часть этого испытательного оборудования до 1909 года размещалась в зданиях, предоставленных городом Сент-Луис в парке Форест-парк, Сент-Луис, штат Миссури; расположение этих зданий, детали оснащения, организация и методы проведения испытаний подробно изложены в Бюллетене № 329 Геологической службы США. Вкратце, это оборудование включало универсальные четырехвинтовые испытательные машины с моторным приводом, а именно: одну вертикальную автоматическую четырехвинтовую машину на 600 000 фунтов; одну автоматическую четырехвинтовую машину на 200 000 фунтов; а также одну машину на 200 000 фунтов и одну на 100 000 фунтов того же типа, но с тремя винтами. Имеется ряд машин меньшего размера, рассчитанных на 50 000, 40 000, 10 000 и 2 000 фунтов соответственно.

Эти машины оснащены таким образом, что все они пригодны для проведения испытаний на растяжение и сжатие (рис. 1, таблица XIII). Машина на 600 000 фунтов способна испытывать колонны длиной до 30 футов, проводить поперечные испытания балок с пролетом до 25 футов и испытания на растяжение образцов длиной до 24 футов. Машины меньшего размера способны проводить испытания на растяжение и сжатие образцов длиной до 4 футов и поперечные испытания балок с пролетом до 12 футов. Кроме того, имеется достаточное количество вспомогательного оборудования, включая бетоносмесители емкостью 1/2 и 1 кубический ярд, пять машин для изготовления пустотелых бетонных блоков, автоматические просеивающие машины, формы для брикетов, резервуары для хранения и т. д.

Таблица XIII. Рис. 1. Испытание балки на машине мощностью 200 000 фунтов. Рис. 2. Огневое испытание панели.Plate XIII Fig. 1

Plate XIII Fig. 2

На подстанции в Атлантик-Сити также имеется универсальная четырехвинтовая испытательная машина на 200 000 фунтов с разнообразным оборудованием для испытания цемента, формовки бетона и т. д.; а на подстанции в Нортгемптоне имеется полный комплект аппаратуры для испытания цемента, способный обрабатывать 10 000 баррелей в день.

На испытательной станции в Питтсбурге устанавливается вертикальная испытательная машина для сжатия на 10 000 000 фунтов (таблица XIV), изготовленная компанией «Тиниус Олсен и Ко.», для проведения полной серии сравнительных испытаний различных строительных камней в виде кубов со стороной 2, 4 и 12 дюймов, каменных призм с основанием 12 дюймов и высотой 24 дюйма, колонн из бетона и железобетона высотой до 65 футов, а также кирпичных опор и колонн из конструкционной стали в пределах грузоподъемности и высоты машины.

Таблица XIV. Испытательная машина на 10 000 000 фунтов.Plate XIV

Эта машина представляет собой большой гидравлический пресс с регулируемой головкой и системой взвешивания для регистрации нагрузки, создаваемой трехплунжерным насосом. Она имеет максимальный просвет 65 футов между головками; просвет в машине между винтами составляет чуть более 6 футов, а головки имеют квадратную форму со стороной 6 футов.

Машина состоит из основания, содержащего главный цилиндр с площадью поперечного сечения 2000 кв. дюймов, на котором покоится нижняя платформа или головка, снабженная шаровым шарниром. Верхняя головка регулируется по четырем вертикальным винтам диаметром 13 1/2 дюйма и длиной 72 фута 2 дюйма с помощью системы зубчатой передачи, приводящей в действие четыре гайки с шарикоподшипниками, на которых покоится головка. Вал, приводящий в действие этот механизм, соединен с двигателем с регулируемой скоростью, который приводит в действие трехплунжерный насос, подающий давление в главный цилиндр (рис. 4).

Рис. 4.
PLAN AND ELEVATION OF 10,000,000-LB. VERTICAL COMPRESSION TESTING MACHINE

Взвешивающее устройство состоит из набора стандартных рычагов Олсена для взвешивания одной восьмидесятой части общей нагрузки на главный цилиндр. Это уменьшение достигается с помощью поршня и диафрагмы. Главный цилиндр имеет диаметр 50 дюймов, а меньший — диаметр 5 9/16 дюйма. Коромысло весов уравновешивается автоматически управляемым передвижным грузом и снабжено устройством для приложения последовательных противовесов по 1 000 000 фунтов каждый. Каждое деление на шкале эквивалентно нагрузке в 100 фунтов, а более мелкие подразделения возможны благодаря дополнительному указательному коромыслу.

Питание осуществляется от двигателя мощностью 15 л.с., 220 вольт, с регулируемой скоростью, приводящего в действие трехплунжерный насос; зубчатая передача, управляющая верхней головкой, приводится в действие тем же двигателем. Большая длина главных винтов требует их сращивания, которое выполняется следующим образом:

В центре винтов, в месте сращивания, находится резьбовой штифт диаметром 3 дюйма для центрирования верхнего и нижнего винтов; это соединение усилено муфтовыми гайками, разделенными для облегчения их снятия всякий раз, когда необходимо опустить верхнюю головку; после того как головка проходит место сращивания, муфтовые гайки устанавливаются на место.

Для поддержания постоянной нагрузки предусмотрен игольчатый клапан, который при работе насоса на минимальной скорости позволяет достаточному количеству масла поступать в главный цилиндр для компенсации любой возможной утечки. Главный цилиндр имеет вертикальный ход 24 дюйма. Скорость машины для целей регулировки с использованием зубчатой передачи, прикрепленной к верхней головке, составляет 10 дюймов в минуту. Скорость приложения нагрузки, регулируемая двигателем с переменной скоростью, приводящим в действие насос, варьируется от минимума не менее 1/60 дюйма в минуту до максимума не менее 1/2 дюйма в минуту. Машина имеет гарантированную точность не менее одной трети 1% для любой нагрузки более 100 000 фунтов вплоть до ее полной мощности.

Отливки для основания и верхней головки весят примерно по 48 000 фунтов каждая. Каждый главный винт весит более 40 000 фунтов, нижняя платформа весит около 25 000 фунтов, а главный цилиндр — 16 000 фунтов. Верхняя часть машины будет находиться на высоте около 70 футов над уровнем пола, а бетонный фундамент, на котором она покоится, находится примерно на 8 футов ниже уровня пола.

Исследования бетона и цемента. — Исследования, относящиеся к бетону, включают изучение месторождений песка, гравия, камня и т. д. в полевых условиях, сбор представительных образцов и отправку этих образцов в лабораторию для анализа и испытаний. Эти испытания проводятся в связи с исследованием цементных растворов, изготовленных из типичного портландцемента, полученного путем тщательного смешивания нескольких марок, каждая из которых должна соответствовать следующим требованиям:

Удельный вес не менее 3,10;

Тонкость помола: остаток на сите № 100 не должен превышать 8%, на сите № 200 — 25%;

Сроки схватывания: начало схватывания — не ранее 30 минут; конец схватывания — не ранее 1 часа и не позднее 10 часов.

Предел прочности при растяжении: требования, применяемые к чистому цементному тесту и к смеси из 1 части цемента и 3 частей стандартного песка:

Time specification. | Neat cement. Pounds. | 1:3 Mix. Pounds.
24 hours in moist air | 175 | ...
7 days (1 day in moist air, 6 days in water) | 500 | 175
28 days (1 day in moist air, 27 days in water) | 600 | 250

Постоянство объема: лепешки из чистого цементного теста диаметром 3 дюйма, толщиной 1/2 дюйма в центре, сужающиеся к тонкому краю, должны выдерживаться во влажном воздухе в течение 24 часов. Одна лепешка хранится на воздухе при нормальной температуре и наблюдается с интервалами в течение не менее 28 дней. Другая лепешка хранится в воде, поддерживаемой при температуре как можно ближе к 70° по Фаренгейту, и наблюдается с интервалами в течение не менее 28 дней. Третья лепешка подвергается воздействию атмосферы пара над кипящей водой в неплотно закрытом сосуде в течение 5 часов. Эти лепешки должны оставаться твердыми и прочными и не проявлять признаков деформации, трещин, растрескивания или обезображивания.

Цемент не должен содержать более 1,75% безводной серной кислоты и более 4% оксида магния.

Испытание чистого цементного теста должно проводиться с каждой серией растворов для сравнения качества типичного портландцемента.

Составные материалы подвергаются следующему исследованию и определениям, а кроме того, анализируются для определения состава и характера камня, песка и т. д.:

1. — Минералогический анализ,

2. — Удельный вес,

3. — Вес в кубическом футе,

4. — Просеивание (гранулометрический состав),

5. — Процентное содержание ила и его характер,

6. — Процентное содержание пустот,

7. — Характер камня с точки зрения процента поглощения, пористости, проницаемости, прочности на сжатие и поведения при обработке.

Физические испытания проводятся для определения прочности на растяжение, сжатие и поперечный изгиб образцов цемента и раствора при различных составах цемента и различном процентном содержании материала. Также проводятся испытания для определения пористости, проницаемости, объемных изменений при схватывании, поглощения, коэффициента расширения, воздействия масла и т. д.

Исследование бетонов, изготовленных из смесей типичного портландцемента, песка, камня и гравия, включает испытания цилиндров, призм, кубов и других стандартных образцов с различными пропорциями материалов и в возрасте от 30 до 360 дней. Полноразмерные балки из простого бетона, формованные строительные блоки, железобетонные балки, колонны, плиты перекрытий, арки и т. д. испытываются для определения влияния, характера и количества арматуры, влияния изменений объема, размера и состава, а также влияния различных методов нагрузки и опоры этих элементов и т. д.

Эти исследования включают детальное изучение в полевых условиях и исследования в химических и физических лабораториях относительно воздействия щелочных почв и вод на бетонные конструкции, возводимые Службой мелиорации в засушливых регионах. Было отмечено, что на некоторых мелиоративных проектах, в частности на проекте Сан-Ривер близ Грейт-Фолс, штат Монтана, проекте Шошон близ Коди, штат Вайоминг, и проектах Карлсбад и Хондо в долине Пекос, штат Нью-Мексико, конструкции из бетона, железобетона, строительного камня, кирпича и черепицы проявляют признаки разрушения. Это объясняется воздействием щелочных вод или почв, контактирующих с конструкциями, или используемыми составными материалами. В сотрудничестве со Службой мелиорации образцы вод, почв и составных материалов собираются в полевых условиях и подвергаются тщательному химическому анализу в минералогических лабораториях в Питтсбурге.

Таблица XV. Рис. 1. Характерные разрушения железобетонных балок. Рис. 2. Схема испытания железобетонных балок статической нагрузкой.Plate XV Fig. 1

Plate XV Fig. 2

Цилиндры, используемые в испытаниях на просачивание, состоят из типичного портландцемента, смешанного с песком, гравием и щебнем известного состава и поведения, а также из цемента, смешанного с песком, гравием и щебнем, собранными в окрестностях исследуемых мелиоративных проектов.

Рис. 5.
CROSS-SECTION OF APPARATUS FOR HOLDING PERMEABILITY-TEST PIECES

Также предполагается подвергать эти образцы, некоторые из которых изготовлены с использованием воды известной чистоты, а другие — с использованием щелочной воды, контакту со щелочными почвами вблизи проектов, а также с почвой известного состава вблизи испытательных лабораторий в Питтсбурге. По мере продвижения этих испытаний и развития других направлений исследований программа будет расширяться в надежде, что исследование позволит разработать методы приготовления и смешивания бетона и железобетона, которые можно будет использовать в щелочных почвах без опасности разрушения.

Исследования влияния соленой воды на цементные растворы и бетоны, а также влияния электролиза проводятся в Атлантик-Сити, штат Нью-Джерси, где образцы могут быть погружены в глубокую морскую воду на более или менее длительные периоды времени.

В Питтсбургской лаборатории проводится большой объем исследовательских работ с целью определения пригодности и доступности различных строительных материалов, представленных для использования правительством. Хотя результаты этих испытаний в первую очередь ценны только для правительства, они представляют косвенную ценность для всех, кто заинтересован в использовании аналогичных материалов. Среди таких исследований были работы, касающиеся прочности, эластичности и химических свойств стального троса для использования в зоне Панамского канала; исследования пригодности и цементирующей способности бетона, песка, камня и пуццоланового материала, найденных на Панамском перешейке; исследования относительной стойкости к коррозии различных типов проволочных сеток для использования в зоне канала; пригодности для использования в строительстве бетонных морских дамб песка и камня из окрестностей Сан-Франциско; свойств железобетонных плит перекрытий; рутинные испытания арматурного металла, а также железобетонных балок и колонн для главного архитектора Министерства финансов и т. д. Результаты были изложены в трех бюллетенях, в которых описаны методы проведения этих испытаний, а также испытания составных материалов бетона и балок из простого бетона. Кроме того, готовится к публикации ряд бюллетеней, содержащих результаты испытаний железобетонных балок, колонн, плит перекрытий, бетонных строительных блоков и т. д.

Нортгемптонская лаборатория была создана потому, что она находится в центре цементного района Лихай и, следовательно, доступна для заводского отбора проб и испытаний цемента, закупаемого Комиссией Панамского перешейка; она также доступна для испытаний цемента, закупаемого в районе Лихай главным архитектором и другими лицами. Она находится в здании, наружные стены которого выполнены из цементной штукатурки, нанесенной на металлическую сетку, прибитую к стойкам. Перегородки выполнены из той же конструкции, а полы и крыша полностью бетонные.

Инспекция на заводах и отбор проб цемента находятся под непосредственным руководством Комиссии; испытания проводятся под руководством Геологической службы США. Требуется большой штат сотрудников, учитывая масштаб работы, которая включает ежедневное испытание партий от 5 000 до 10 000 баррелей, отбираемых партиями по 100 баррелей, что эквивалентно от 50 до 100 образцам, испытываемым в день.

Цемент, подлежащий отбору проб, берется из силосов для хранения и содержится под пломбой главного инспектора до получения результатов испытаний. Количество отобранного цемента достаточно для испытаний, требуемых спецификациями Комиссии Панамского перешейка, а также для предварительных испытаний, проводимых цементной компанией, и контрольных испытаний, проводимых в лаборатории Геологической службы в Питтсбурге.

Испытания, указанные Комиссией, включают определение удельного веса, тонкости помола, сроков схватывания, прочности (звучности), предела прочности при растяжении (с тремя частями стандартного кварцевого песка в течение 7 и 28 дней соответственно), а также определение серного ангидрида (SO3) и магнезии (MgO).

Помещение для изготовления и испытания брикетов оборудовано столом для смешивания, влажным шкафом, резервуарами для хранения брикетов и испытательными машинами. Стол для смешивания имеет бетонную столешницу, в которую вставлено листовое стекло размером 18 дюймов и толщиной 1 дюйм. Под столом находятся полки для форм, стеклянных пластин и т. д.

Влажный шкаф высотой 5 футов, шириной 3 фута 10 дюймов и глубиной 1 фут 8 дюймов разделен на два отделения вертикальной перегородкой, и каждое отделение оснащено планками для поддержки тринадцати ярусов стеклянных пластин. На каждой паре планок в каждом отделении можно разместить четыре стеклянные пластины, каждая из которых содержит 4-местную форму, что обеспечивает хранение 416 брикетов. За исключением дверей, которые сделаны из дерева, обшитого медью, шкаф выполнен из цементного раствора 1:1, залитого монолитно, вплоть до планок для поддержки стеклянных пластин.

Резервуары для погружения из того же раствора расположены ярусами по три, поддерживаемые стальной конструкцией. Они имеют длину 6 1/4 фута, ширину 2 1/4 фута и глубину 6 дюймов, и в каждом резервуаре можно хранить 2000 брикетов. Перелив из верхнего резервуара стекает во второй, который, в свою очередь, стекает в третий. Вода подается постоянно.

Машина для испытания брикетов — это дробовая машина Фэрбенкса с грузоподъемностью 2000 фунтов, отрегулированная на приложение нагрузки со скоростью 600 фунтов в минуту. Используются двадцать четыре 4-местные формы типа, рекомендованного Специальным комитетом по унифицированным испытаниям цемента Американского общества гражданских инженеров.

Помещение для определения сроков схватывания и прочности (звучности) оборудовано столом для смешивания, аналогичным тому, что находится в помещении для изготовления брикетов. Аппарат Вика используется для определения нормальной консистенции, а аппарат Гилмора — для определения сроков схватывания. Во время схватывания лепешки для определения прочности хранятся в оцинкованных поддонах, на дне которых находится около 1 дюйма воды, и накрываются влажным войлоком или мешковиной. Лепешки лежат на решетке немного выше уровня воды и значительно ниже войлока.

Для испытаний на удельный вес используются бутыли Ле Шателье. Для поддержания постоянной температуры бензина используется поддон, в который можно одновременно погрузить пять бутылей. Образцы взвешиваются на весах Troemner № 7.

Помещение для определения тонкости помола оборудовано столами, двумя комплектами стандартных сит № 100 и № 200 и двумя весами Troemner № 7, аналогичными тем, что используются для испытаний на удельный вес.

Кладовая оборудована полками для хранения образцов, ожидающих 28-дневных испытаний.

Помещение для очистки форм содержит столы для очистки форм и стеллажи для воздушных лепешек.

Принимаются меры для поддержания во всех помещениях температуры 70° по Фаренгейту, и с этой целью в помещении для брикетов установлен самопишущий термометр Бристоля. Для определения влажности воздуха используются два психрометра.

Образцы отбираются из конвейера, который подает цемент в силосы для хранения, с примерной частотой один образец на каждые 100 баррелей. После того как каждый силос на 4000 баррелей заполнен, он опечатывается до тех пор, пока не будут проведены все испытания, после чего, если они были удовлетворительными, он выпускается для отгрузки.

Образцы отбираются в банки высотой 9 дюймов и диаметром 7 1/2 дюймов. Эти банки доставляются в подготовительное помещение, где содержимое перемешивается и пропускается через сито № 20. Затем отвешиваются отдельные образцы для растворных брикетов, для лепешек на прочность, а также для испытаний на удельный вес и тонкость помола. Они помещаются в меньшие банки, а количество, достаточное для повторного испытания, хранится в кладовой в ожидании результатов всех испытаний.

Образец для брикетов смешивается с тремя частями стандартного дробленого кварца, а затем доставляется в помещение для изготовления брикетов, где изготавливаются восемь брикетов: четыре для 7-дневных и четыре для 28-дневных испытаний. Они помещаются во влажный шкаф во влажный воздух на 24 часа, затем извлекаются из форм и помещаются в воду на оставшийся период испытания. В положенное время они извлекаются из резервуара для погружения и разрушаются.

Из образца для определения прочности (звучности) изготавливаются четыре лепешки. Сроки схватывания определяются на одной из этих лепешек. Они помещаются в описанный ранее поддон на 24 часа, затем одна помещается в проточную воду, а одна — на воздух на 28 дней. Остальные обрабатываются в котле: одна в кипящей воде в течение 3 часов и одна в паре при атмосферном давлении в течение 5 часов.

Образец, взятый для определения удельного веса и тонкости помола, сушится в печи при температуре 100° по Цельсию для удаления влаги. Затем тщательно отвешиваются два образца: 50 граммов для тонкости помола и 64 грамма для удельного веса, и проводятся определения. Как только обнаруживается что-либо неудовлетворительное, проводится повторное испытание. Если, однако, цемент удовлетворяет всем требованиям, составляется отчетный лист, содержащий все данные для силоса, и цемент готов к отгрузке. Из каждого пятого силоса изготавливаются специальные брикеты из чистого цементного теста и раствора, которые предназначены для испытаний в возрасте до десяти лет.

Лаборатория соленой воды. — Лаборатория в Атлантик-Сити для проведения исследований влияния соленой воды на бетон и железобетон расположена таким образом, что для испытаний на погружение, схватывание и разрушение таких материалов доступна вода глубиной более 25 футов.

Благодаря любезности муниципалитета Атлантик-Сити, коттедж Янга на старом пирсе Янга был передан за номинальную арендную плату Геологической службе для проведения этих испытаний. Здание лаборатории находится примерно в 700 футах от дощатого настила и занимает площадь около 100 на 45 футов. Оно одноэтажное, каркасной конструкции, стоит на деревянных сваях с одной стороны пирса и примерно в 20 футах над водой, глубина которой в этом месте составляет около 19 футов. В здание подаются свежая проточная вода, газ, электрическое освещение и электроэнергия (рис. 6).

Figure 6 thumbnailРис. 6. ПЛАН ЛАБОРАТОРИИ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ В СОЛЕНОЙ ВОДЕ В АТЛАНТИК-СИТИ, ШТАТ НЬЮ-ДЖЕРСИ.

В этой лаборатории будут проводиться исследования причин разрушения и дезинтеграции цемента и бетона, подвергающихся воздействию морской воды. Испытания проводятся таким образом, чтобы максимально приблизить их к реальным условиям, встречающимся при бетонном строительстве вдоль морского побережья. Все испытания в морской воде проводятся в океане, некоторые из них, вероятно, будут параллельно проводиться в лабораторных условиях с океанской водой, и все — с проведением сравнительных испытаний в пресной воде.

Цементы в виде лепешек, брикетов, кубов, цилиндров и в рыхлом молотом состоянии, а также растворы и бетоны в форме кубов, цилиндров и плит подвергаются воздействию морской воды.

Общий план исследований выглядит следующим образом:

1. — Определение разрушающих элементов и характера разрушения;

2. — Определение ценности теорий, выдвинутых в настоящее время; и,

3. — Определение метода устранения или химической рекомбинации вредных элементов.

Проводятся предварительные испытания, включая изучение влияния соленой воды на растворы и бетоны различных составов и возрастов. Пропорции этих смесей и методы смешивания будут время от времени варьироваться, как это будет предложено ходом испытаний.

Испытания на огнестойкость. — Испытания огнезащитных и огнеупорных свойств различных строительных материалов проводятся в лабораториях в здании № 10 в Питтсбурге и в сотрудничестве с Советом страховщиков от пожаров в его Чикагской лаборатории (рис. 2, таблица XIII). Эти испытания включают три основных класса материалов: (a) глиняные изделия, защитные покрытия, представляющие многочисленные разновидности кирпича и огнеупорной черепицы, включая те, что есть на рынке, и те, что специально изготовлены для этих испытаний в лаборатории в Питтсбурге; (b) характерные граниты Новой Англии с последующими испытаниями различных строительных камней, найденных по всей территории Соединенных Штатов; и (c) цементные и бетонные покрывные материалы, строительные блоки и бетон, армированный стальными стержнями, заделанными на разную глубину с целью изучения влияния расширения на защитное покрытие.

В сотрудничестве с физической лабораторией эти испытания включают изучение относительной скорости теплопроводности цементных растворов и бетонов. Путем заделки термопар в цилиндры, состоящие из испытываемых материалов, получения заданной температуры с помощью электрической катушки и фиксации времени, необходимого для повышения температуры у различных заделанных пар до заданной степени, можно определить скорость теплопроводности. Другие испытания включают испытания в муфелях для определения скорости расширения и влияния тепла и сжимающих напряжений в сочетании на прочность при сжатии различных строительных материалов. Методы проведения панельных испытаний и используемое оборудование описаны и проиллюстрированы в Бюллетене № 329, а результаты испытаний опубликованы подробно.

Исследования строительных камней. — Полевые исследования строительных камней проводятся г-ном Э. Ф. Берчардом и включают изучение различных месторождений, найденных по всей территории Соединенных Штатов. Начато изучение гранитов Новой Англии, которое включает сбор типовых образцов мелко-, средне- и крупнозернистых гранитов, а также темно-, средне- и светло-серых или белых гранитов. Подготовлена сравнительная серия этих гранитов, состоящая из призм и кубов размером 4 и 2 дюйма соответственно.

Стандартом, принятым для образцов на сжатие в машине на 10 000 000 фунтов, является призма с основанием 12 дюймов и высотой 24 дюйма. Испытания включают не только испытания на сжатие или прочность на раздавливание, но и испытания на сопротивление сжимающим деформациям призм и кубов при нагревании до высоких температур в муфелях или печах; сопротивление выветриванию, замерзанию и оттаиванию; пористость; огнеупорные качества и т. д.

При сборе полевых образцов особое внимание уделяется условиям залегания камня, протяженности месторождения, простиранию, падению и т. д., а образцы добываются с гранями, вырезанными относительно плоскостей напластования, чтобы испытания на сжатие и выветривание можно было проводить не только по отношению к этим плоскостям, но и под теми углами к ним, в которых материал наиболее часто используется в коммерческих целях. Также уделяется внимание результатам взрывных работ в их отношении к сжимающим деформациям, поскольку считается, что взрывные работы оказывают существенное влияние на камни, особенно на те, которые могут встречаться в фундаментах крупных каменных плотин, и собираются и испытываются типовые образцы камня, добытого как путем канатной резки, так и путем взрывных работ.

Исследования глины и глиняных изделий. — Эти исследования находятся в ведении г-на А. В. Блейнингера и включают изучение залегания глиняных пластов в различных частях Соединенных Штатов и пригодность каждой глины для производства различных глиняных изделий.

Эксперименты по измельчению, сушке и обжигу материалов проводятся на испытательной станции в Питтсбурге, чтобы установить наиболее благоприятные условия для подготовки и обжига каждой глины и определить наиболее подходящее экономическое использование, для которого она может быть применена, например, производство строительного или дорожного кирпича, архитектурной плитки, канализационных труб и т. д.

Лаборатория оснащена различными устройствами для измельчения и сушки, муфелями, печами и аппаратурой для химических исследований, физических испытаний, а также производства и последующих исследовательских испытаний глиняных изделий.

Этот отдел занимает восточный конец здания № 10, и для этой работы были выделены помещения на первом и втором этажах. Кроме того, для размещения необходимых печей и горнов было возведено кирпичное сооружение размером 46 на 30 футов, снабженное железной трубой высотой 60 футов.

На первом этаже здания № 10, примыкая к отделу цемента и бетона, находится кладовая для сырья и исследуемого продукта. Рядом с этой комнатой, соединяясь с ней широкими дверями, находится помещение для измельчения, содержащее 5-футовый мокрый бегунный став с роликами весом 2000 фунтов, который будет использоваться как для сухого, так и для мокрого помола. Позже будет установлен тяжелый сухой бегунный став. С помощью этих машин даже самый твердый материал можно легко дезинтегрировать и подготовить. В этом помещении также есть щековая дробилка для измельчения небольших количеств очень твердого материала, а также железная шаровая мельница размером 30 на 16 дюймов для тонкого помола. Эти машины соединены ременной передачей с линейным валом вдоль стены через все здание. Предусмотрен достаточный слив для промывки и очистки мокрого бегунного става при переходе от одной глины к другой.

Большое смежное помещение предназначено для работы всех формовочных и профилирующих машин, представляющих обычные коммерческие процессы. В настоящее время они включают шнековую машину с роторным универсальным резаком для кирпича и черепицы (рис. 1, таблица XVI) и комплект кирпичных и специальных штампов, ручной пресс для дорожного кирпича и ручной винтовой пресс для сухого прессования. Кирпичная машина приводится в действие от главного вала, который пересекает здание в этом помещении и приводится в движение от двигателя мощностью 50 л.с. Таким образом, можно изучать потребление энергии при различных нагрузках и с различными глинами, а также при различном содержании воды в глине. По мере необходимости будут устанавливаться другие типы машин. Для специальных испытаний, в которых давление является важным фактором, предполагается оснастить одну из испытательных машин на сжатие из отдела цемента необходимыми штампами, что позволит проводить прессование под известным давлением. Испытания на раздавливание, поперечный изгиб и другие испытания глиняных изделий проводятся на испытательных машинах лабораторий цемента и бетона.

Таблица XVI. Рис. 1. Кирпичная машина и универсальный резак. Рис. 2. Отопительные котлы, здание № 21.Plate XVI Fig. 1

Plate XVI Fig. 2

Снаружи здания, в пристройке, находится двухкамерный барабан для испытания дорожного кирпича в соответствии со спецификациями Национальной ассоциации производителей кирпича.

В небольшом помещении, примыкающем к лаборатории машин, есть две небольшие шаровые мельницы для мокрого помола, на две и четыре банки соответственно, а также 9-листовой лабораторный фильтр-пресс.

Figure 7 thumbnailРис. 7. ПЕЧЬ ДЛЯ СУШКИ ГЛИНЫ

Оставшееся помещение на первом этаже отведено под сушку глин и глиняных изделий. Оборудование состоит из большой сушильной печи из листового железа специальной конструкции, которая позволяет точно регулировать температуру (рис. 7). Она нагревается газовыми горелками и используется для предварительной термической обработки сырых глин в связи с изучением проблем сушки определенных видов сырья. Предполагается работать с температурами до 250° по Цельсию.

Другой сушильный шкаф, нагреваемый паровыми змеевиками (рис. 8), предназначенный для сушки различных глиняных изделий, был спроектирован с особым вниманием к точному регулированию температуры, влажности и скорости воздуха, проходящего через него. Обе сушилки соединяются дымоходами с железной трубой снаружи здания. Эта труба снабжена вытяжным вентилятором, приводимым в действие ремнем от электродвигателя.

На втором этаже находятся химическая, физическая и исследовательская лаборатории, занимающиеся точными манипуляциями при проведении испытаний и исследований.

Рис. 8. СУШИЛЬНЫЕ ШКАФЫ ДЛЯ КЕРАМИКИ
Figure 8

Химическая лаборатория полностью оснащена необходимой аппаратурой для проведения специальных химических исследований в области химии силикатов, включая печи с электрическим сопротивлением, встряхивающие устройства и т. д. В этой лаборатории не предполагается выполнение рутинной работы. Офис примыкает к этой лаборатории, а рядом с ним находится физическая лаборатория, посвященная изучению структуры сырья. Последняя содержит элютриаторы Нобеля и Шёне, а также вискозиметры проточного типа и электрические типы Кулона и Кларка, сита, волюминометры, колориметры, нониусные измерители усадки, микрометры, микроскопы и необходимые весы.

Помещение через коридор отведено под изучение удельного веса, поглощения, пористости, проницаемости, твердости, просвечиваемости и т. д. обожженных глиняных изделий, при этом обеспечена вся необходимая аппаратура. В двух оставшихся помещениях, предназначенных для исследовательской работы, может быть установлена специальная аппаратура, адаптированная к конкретному исследованию. Все помещения оснащены трубопроводами для воды, газа, сжатого воздуха, пара и дренажа, а также электропроводкой для освещения и питания.

В печном цехе есть испытательная печь, адаптированная для твердого топлива и газа. Она относится к типу с нисходящим потоком газов, с доступным пространством для обжига около 8 кубических футов (рис. 9). Для более тяжелых изделий и изучения поведения глиняных изделий при огневом воздействии в условиях, приближенных к производственным, установлена круглая печь с нисходящим потоком газов с внутренним диаметром 6 футов. Примерно на 13 футов выше уровня пола, на железных балках, расположен дымоход, параллельный длинной стороне сооружения. Этот дымоход отводит газы из печей в трубу, которая симметрично расположена по отношению к печному цеху. Природный газ является основным топливом. В дополнение к этим печам предусмотрена небольшая муфельная печь, работающая на нефти, для определения температур плавления, и электрическая печь с углеродным сопротивлением с алюминиевым муфелем для высокотемпературных работ. Для плавки в тиглях установлена печь с газовым подогревом.

Рис. 9. ПЕЧЬ С НИСХОДЯЩИМ ПОТОКОМ ГАЗОВ
Figure 9

Вдоль северной стены предусмотрены бункеры для хранения топлива, глины, песка и других печных материалов. Имеются два напольных дренажных слива, а также обеспечены электрический ток, пар, вода и сжатый воздух.

Результаты работы. — В лаборатории по испытанию строительных материалов было изготовлено более 39 300 отдельных образцов для испытаний. В связи с их изучением было проведено 86 000 испытаний и почти 14 000 химических анализов. Из этих испытаний более 13 600 были проведены для составных материалов бетона, включая испытания на растяжение цементных брикетов, испытания на сжатие цилиндров и кубов, а также поперечные испытания различных образцов.

Было изготовлено почти 1200 балок из бетона или железобетона, каждая длиной 13 футов и сечением 8 на 11 дюймов, и в связи с исследованием поведения этих балок было проведено почти 3000 испытаний. Было испытано почти 900 таких балок, что, вероятно, более чем вдвое превышает общее количество, изготовленное в других лабораториях Соединенных Штатов за период более 15 лет.

В секции строительных блоков было испытано 2200 блоков, включая, с учетом вспомогательных элементов, более 4500 испытаний; также более 900 кусков бетона было испытано на проницаемость и сдвиг. Физических испытаний было проведено 14 000; испытаний стали для армирования — 3800; и 550 испытаний для определения огнеупорных качеств различных строительных материалов было проведено на 30 специальных панелях и на различных штучных изделиях.

Испытаний на проницаемость цементных растворов и бетонов, а также гидроизоляционных и влагозащитных материалов было проведено 3470.

Результаты работы Отдела строительных материалов уже появились в предварительных бюллетенях, а именно: № 324 «Землетрясение и пожар в Сан-Франциско 18 апреля 1906 года и их влияние на конструкции и строительные материалы»; № 329 «Организация, оборудование и работа лабораторий по испытанию строительных материалов в Сент-Луисе, штат Миссури»; № 331 «Портландцементные растворы и их составные материалы» (основан на почти 25 000 испытаний); № 344 «Прочность бетонных балок» (основан на испытаниях 108 балок); № 370 «Огнеупорные свойства различных строительных материалов»; № 387 «Коллоидное вещество глины и его измерения». Бюллетень о результатах испытаний железобетонных балок, бюллетень о производстве и химии извести, а также бюллетень об испытаниях кирпича на сушку находятся в процессе публикации.

Исследования топлива.

Объем исследований топлива был спланирован в соответствии с положениями Закона Конгресса, который предусматривает анализ и испытание углей, лигнитов и других минеральных топливных веществ, принадлежащих Соединенным Штатам или предназначенных для использования правительством Соединенных Штатов, а также исследования с целью повышения общей эффективности или доступного запаса топливных ресурсов в Соединенных Штатах.

В соответствии с этим планом исследования, начатые в Сент-Луисе, имели своей первоначальной целью анализ и испытание углей Соединенных Штатов, используя в этой работе образцы от 1 до 3 вагонов, собранные с большой осторожностью из типичных местностей в наиболее важных угольных бассейнах страны, с целью определения относительной ценности этих различных видов топлива. В работе в Норфолке в течение 1907 года эта цель была изменена до такой степени, что учитывалась относительная эффективность топлива для военно-морских целей. Испытания в Денвере проводились на угле с государственных земель или с земель, прилегающих к ним, и проводились исключительно с целью совершенствования методов коксования этого угля путем предварительной промывки и манипуляций в процессе коксования.

Три общих направления исследований включены в план исследований, предпринятых и планируемых Технологическим отделением после консультаций и с советами и одобрения Консультативного совета: 1. Установление наилучшего способа использования любого топливного месторождения, принадлежащего правительству или используемого им, или топлива любого обширного месторождения в целом, путем проведения более тщательного исследования его сгорания в паровых котлах, преобразования в генераторный газ или в кокс, брикеты и т. д. 2. Предотвращение потерь путем изучения возможности улучшения методов добычи, транспортировки, использования и т. д. 3. Инспекция и анализ угля и лигнита, закупаемых по спецификации для нужд правительства, для определения их теплотворной способности, зольности, содержания влаги и т. д.

Первое общее направление работы касается исследования и испытания топливных ресурсов Соединенных Штатов, и особенно тех, которые принадлежат федеральному правительству, для определения более эффективного и экономичного метода их использования. Эта работа развивалась по следующим направлениям:

Сбор представительных образцов для химического анализа и калориметрических испытаний группой квалифицированных пробоотборников шахт из шахт, выбранных в качестве типичных для обширных месторождений угля в данном бассейне или из данного угольного пласта; и сбор из тех же шахт более крупных образцов от 1 до 3 вагонов, отправляемых на испытательную станцию для испытаний в котельных печах, газогенераторах и т. д. в качестве проверки анализа и калориметрических испытаний;

Испытание каждого полученного угля для определения наиболее эффективного и наименее расточительного метода использования в различных печах, подходящих для общественных зданий, электростанций или правительственных судов;

Испытание других частей той же партии угля в газогенераторе для непрерывной работы в течение периодов от нескольких дней до нескольких недель, чтобы определить пригодность этого топлива для использования в таких генераторах и наилучший метод обращения с ним, чтобы определить условия, необходимые для производства наибольшего количества высококачественного газа, доступного для энергетических целей;

Испытание другой части того же угля в брикетировочной машине при различных давлениях и с различными процентами и видами связующего, чтобы определить возможность брикетирования угольной мелочи или мелкого угля. Затем проводятся испытания сгорания этих брикетов, чтобы определить условия, при которых их можно сжигать с выгодой;

Демонстрация в коммерческом масштабе возможности производства брикетов из американских лигнитов и их относительной ценности для целей сгорания по сравнению с рядовым углем, из которого изготавливаются брикеты;

Поиск более дешевых связующих для использования при брикетировании хрупких углей, не подходящих для целей коксования;

Исследования распространения, химического состава и калорийности торфяных месторождений, доступных в тех частях Соединенных Штатов, где уголь не найден, и подготовка такого торфа к сгоранию путем сушки или брикетирования, чтобы сделать его полезным в качестве местного заменителя угля;

Исследования характера различных видов нефти, найденных по всей территории Соединенных Штатов, с целью определения их калорийности, химического состава и различных методов, с помощью которых они могут быть сделаны наиболее экономически доступными для более эффективного использования в качестве производителей энергии посредством различных методов сгорания;

Исследования и испытания относительной эффективности в качестве производителей энергии в двигателях внутреннего сгорания более тяжелых дистиллятов нефти, а также керосина и бензина, чтобы установить коммерческую ценность и относительную эффективность каждого продукта в различных типах двигателей;

Исследования наиболее эффективных методов использования различных углей, доступных по всей территории Соединенных Штатов, для отопления небольших общественных зданий, армейских постов и т. д., чтобы эти угли могли использоваться более экономично, чем в настоящее время;

Исследовательские работы по процессам сгорания в котельных печах и газогенераторах для установления температур, при которых происходит наиболее полное сгорание газов, и средств, с помощью которых такие температуры могут быть созданы и поддержаны, тем самым уменьшая потерю ценностей через дымовую трубу и количество производимого дыма;

Исследования и испытания возможностей коксования углей, которые до сих пор классифицировались как некоксующиеся, и проведение сравнительных испытаний всех углей, найденных в Соединенных Штатах, особенно тех, что добываются на государственных землях Запада;

Исследования путем промывки в соответствующих машинах для определения возможности улучшения качества американских углей для различных методов сгорания и с целью сделать их более доступными для производства кокса высокого металлургического качества, максимально свободного от серы и других вредных веществ.

На каждом этапе процесса испытаний образцы угля отправлялись в химическую лабораторию для анализа; измерялись температуры сгорания; и анализировались образцы газа, собранные из различных частей камер сгорания газогенераторов и котельных печей, чтобы изучение этих данных могло пролить свет на процессы сгорания и указать на необходимые изменения в аппаратуре, которые могли бы привести к большей экономии при использовании угля.

Второе направление исследований касается методов добычи и подготовки угля для рынка, а также сбора шахтных образцов угля, нефти и т. д. для анализа и испытаний. Хорошо известно, что при существующих методах добычи от 10 до 75% любого данного месторождения угля остается под землей в виде опор и стоек, или в виде низкокачественного материала, или в вышележащих пластах, разрушенных из-за добычи нижнего пласта в первую очередь. В среднем 50% угля таким образом теряется или становится бесполезным, так как его невозможно извлечь впоследствии из-за обрушения или падения крыш заброшенных галерей и разрушения прилегающих вышележащих пластов, включая уголь, почву и кровлю.

Исследования по проблеме отходов в горнодобывающей промышленности и испытания отходов, пустой породы и угольной мелочи в газогенераторах, в виде брикетов и т. д. имеют своей целью предотвращение этого вида потерь путем демонстрации того, что эти материалы, которые в настоящее время выбрасываются, могут быть с выгодой использованы в газогенераторах и двигателях для энергетических целей.

Третье общее направление исследований касается инспекции и отбора проб топлива, поставляемого правительству по контрактам на закупку, а также анализа и испытания собранных проб для определения их теплотворной способности и степени соответствия или несоответствия спецификациям, по которым они закупаются. Уголь, поставляемый в общественные здания в округе Колумбия, отбирается в виде проб специальными представителями Технологического отделения Геологической службы. Отбор аналогичных проб в общественных зданиях и учреждениях по всей территории Соединенных Штатов, а также отправка проб в герметично закрытых банках или сосудах в химическую лабораторию в Вашингтоне в большинстве случаев осуществляются специальными должностными лицами или сотрудниками на местах. Эти закупки во все возрастающей степени производятся по спецификациям, которые предусматривают надбавки за уголь, поставляемый сверх стандартов, и штрафы за поставки ниже стандартов, установленных в спецификациях. Стандарт для битуминозных углей основывается главным образом на тепловых единицах, зольности и содержании серы, в то время как стандарт для антрацита основывается главным образом на процентном содержании золы и тепловых единицах.

В связи со всеми этими направлениями испытаний топлива проводятся определенные научно-исследовательские работы, как химические, так и физические, для определения истинного состава и свойств различных сортов угля, изменений при трансформации от торфа к лигниту, от лигнита к битуминозному углю и от битуминозного угля к антрациту, а также химических и физических процессов горения. Проводятся эксперименты, касающиеся сухой перегонки топлива; побочных продуктов процессов коксования; самовозгорания угля; хранения угля и потери ценности при различных методах хранения; а также смежных вопросов, таких как выветривание угля. Эти эксперименты могут дать ценные результаты благодаря тщательной химической исследовательской работе, дополненной столь же тщательными полевыми наблюдениями.

Инспекция и отбор проб в шахтах. — В здании Геологической службы в Вашингтоне уголь, закупаемый для нужд правительства на основе гарантированного анализа или теплотворной способности, проходит инспекцию и отбор проб.

Некоторые из сотрудников, занятых на этой работе, постоянно находятся на шахтах, отбирая пробы, или на общественных объектах, инспектируя уголь для нужд правительства, в то время как другие работают в Вашингтоне, контролируя поставки угля во многие общественные здания, а также собирая и подготавливая пробы, взятые из этих поставок для анализа, равно как и подготавливая пробы, полученные с общественных объектов и зданий в других частях страны.

Подготовка этих проб осуществляется в помещении в подвале здания, где для этой работы было установлено специальное оборудование. На рис. 10 показан план этого помещения и расположение оборудования для отбора и дробления проб.

Рис. 10.
COAL-SAMPLING ROOM, GEOLOGICAL SURVEY, WASHINGTON, D. C.

Дробление угля приводит к образованию большого количества нежелательной пыли, и для того чтобы эта пыль не создавала проблем за пределами помещения для отбора проб, деревянные перегородки с трех сторон помещения (четвертая сторона представляет собой каменную стену) полностью покрыты снаружи оцинкованным листовым железом. Единственными проемами в помещении являются две двери, которые также покрыты листовым железом и снабжены широкими фланцами из того же материала, чтобы эффективно герметизировать проемы, когда двери закрыты. Свежий воздух нагнетается в помещение вентилятором через трубу, ведущую наружу. Система пылеудаления, которая выводит угольную пыль и отработанный воздух из помещения, состоит из системы 8- и 12-дюймовых труб, ведущих от вытяжных колпаков, установленных над дробильными машинами, к главной дымовой трубе здания. Тяга в этой трубе втягивает всю пыль из дробилок непосредственно через колпаки в главную трубу, где большая ее часть оседает.

Оборудование помещения для отбора проб состоит из одной молотковой дробилки с моторным приводом, имеющей производительность около 1 тонны в час и измельчающей до фракции 1/4 дюйма; одной регулируемой щековой дробилки для проб весом 5 и 10 фунтов; одного комплекта валков размером 4,5 на 7,5 дюймов, измельчающих до 60 меш, для небольших проб; одной большой плиты для измельчения и нескольких желобковых делителей проб различных размеров для сокращения проб до небольших количеств. Малые дробилки соединены ременной передачей с валом, приводимым в движение отдельным двигателем, отличным от того, который приводит в действие малую молотковую дробилку.

При проведении инспекции ведомственных закупок угля в Вашингтоне офис уведомляется всякий раз, когда должна быть произведена доставка угля в одно из зданий, и направляется инспектор, который присутствует во время разгрузки угля. Он снабжен ведрами из оцинкованного железа с крышками и замками; каждое ведро вмещает около 60 фунтов угля. В эти ведра он помещает небольшие количества угля, взятые из каждой части поставки, и, когда доставка завершена, запирает ведра и уведомляет офис, чтобы прислали фургон за ними. Ведра пронумерованы по порядку, и инспектор ведет учет этих номеров, даты, места доставки, качества доставленного угля и т. д. Ведра также снабжены бирками для предотвращения ошибок. Затем он лично или по телефону отчитывается перед офисом для получения назначения в другую точку города. Все пробы доставляются в дробильное помещение в подвале здания Геологической службы для подготовки к анализу.

Пробы, взятые из угля, доставленного в пункты за пределами Вашингтона, отбираются представителями ведомства, для которого закупается уголь, в соответствии с предоставленными им инструкциями, и время от времени направляются штатные инспекторы, чтобы убедиться, что эти инструкции соблюдаются. Эти пробы измельчаются вручную, сокращаются до веса около 2 фунтов в месте отбора и отправляются в Вашингтон в надлежащих герметичных контейнерах по почте или экспресс-почтой с приложением соответствующих описаний.

Каждая проба при получении заносится в журнал учета проб и получает серийный номер. Для каждого контракта предоставляется карточка с информацией, относящейся к контракту. На эту карточку также заносится серийный номер каждой пробы угля, доставленной по этому контракту.

После того как пробы зарегистрированы, они отправляются в дробильное помещение, где их доводят до нужного объема и степени измельчения для анализа. Затем они отправляются в бутылках с резиновыми пробками вместе с бланками отчетов об анализе и карточками-квитанциями, по одной на каждую пробу, с указанием серийных номеров, в лабораторию топлива для анализа. Квитанция для каждой пробы подписывается и возвращается в инспекционный отдел, а после проведения анализа возвращается карточка отчета об анализе с указанием результата. Этот результат немедленно заносится на карточку контракта, и когда получены все анализы, охватывающие всю поставку угля, рассчитывается среднее качество, и результаты сообщаются в соответствующее ведомство.

Вопрос снабжения Питтсбургской установки топливом для испытательных целей также решается из Вашингтонского офиса. В качестве предварительного этапа серии исследований определяются виды и количества необходимого угля, а также места, из которых этот уголь должен быть получен. Затем начинаются переговоры с владельцами шахт, которые в большинстве случаев щедро жертвуют уголь. Когда предварительные условия согласованы, на шахту направляется инспектор для контроля погрузки и отправки угля. Этот инспектор спускается в шахту и берет для химического анализа небольшие шахтные пробы, которые отправляются в лабораторию в Питтсбурге в металлических банках по почте с приложением надлежащих идентификационных карточек. Результаты анализа предоставляются экспертам, ответственным за испытательную установку, для их сведения и руководства при проведении исследований, для которых был отправлен уголь.

Все пробы для испытательных целей обозначаются последовательно в порядке отправки: «Питтсбург № 1», «Питтсбург № 2» и т. д. Полный учет всех поставок ведется на карточных формах на Питтсбургской установке, а дубликаты этих записей хранятся в инспекционном отделе в Вашингтоне.

Анализ топлива. — Рутинные анализы топлива, используемого в испытаниях на горение в Питтсбурге, а также газов, образующихся в результате горения или взрывов в испытательных галереях, или отобранных в шахтах, проводятся в здании № 21. Небольшая лаборатория также содержится на втором этаже в южной части здания № 13 для анализа газов, образующихся в результате горения на установке генераторного газа и взрывов в галереях № 1 и 2 и т. д. От четырех до шести химиков постоянно работают в этой лаборатории (в 8-часовые смены) во время длительных испытаний газогенераторов, и три химика также заняты анализом газов, связанных с шахтными взрывами.

В дополнение к этим газовым анализам в главной лаборатории также проводятся анализы и калориметрические испытания всех проб угля, собранных Геологической службой в связи с работой по классификации земель на угольных месторождениях западных штатов. В этой лаборатории также проводятся рутинные анализы шахтных, вагонных и печных проб топлива для испытаний до и после промывки и брикетирования, до коксования и полученного кокса, а также экстракционные анализы связующих веществ для брикетов и т. д.

Топливно-испытательная лаборатория в Вашингтоне оснащена тремя бомбовыми калориметрами Малера и необходимыми весами и химическим оборудованием, требуемым для технического анализа угля. Ежемесячно отбираются пробы более чем из 650 поставок угля для испытаний, что составляет 50 000 тонн, закупаемых в месяц, помимо ежедневных поставок на суда 550 000 тонн угля для Панамской железной дороги. Данные, полученные в результате этих испытаний, служат основой для оплаты. Испытания охватывают поставки угля в сорок с лишним бюро и в муниципальные здания округа в Вашингтоне; на арсеналы в Уотертауне, штат Массачусетс, Франкфорде, штат Пенсильвания, и Рок-Айленде, штат Иллинойс; на ряд военно-морских верфей через Бюро верфей и доков; на военные посты в различных частях страны; для Департамента генерал-квартирмейстера; в Службу мелиорации; в индейские агентства и солдатские дома; в несколько округов маяков; и суперинтендантам различных общественных зданий по всей территории Соединенных Штатов через Казначейство и т. д. В течение 1909 года средний показатель отчетности по пробам топлива составлял 540 в месяц, что требовало в среднем шести определений на пробу, или около 3240 определений в месяц.

Рис. 11.
PLAN OF CONSTRUCTION DETAILS OF METAL HOOD

Лаборатории исследования топлива. — Небольшие лаборатории, занимающие в среднем по три комнаты каждая, расположены в здании № 21. Одна используется для химических исследований и калориметрических испытаний нефти, собранной с различных нефтяных месторождений Соединенных Штатов; другая используется для исследований, касающихся экстракции угля и скорости окисления углей стандартными растворами окислителей; а третья занята исследованиями сухой перегонки угля. Проводимые исследования показывают широкую вариативность химического состава и теплотворной способности различных видов сырой нефти, указывают на возможность извлечения угольных компонентов с помощью растворителей и указывают на важные результаты, касающиеся равновесия газов при высоких температурах в печах и газогенераторах. Исследования также имеют прямое отношение к процессам коксования, особенно к процессу получения побочных продуктов, показывая изменяющуюся пропорцию каждого из летучих продуктов, извлекаемых из типов углей, встречающихся на различных угольных месторождениях Соединенных Штатов, время и температуру, при которых выделяются эти дистилляты, изменение качества и количества продуктов в зависимости от температурных условий, и, кроме того, объясняют ухудшение качества углей при хранении и т. д.

В Вашингтонском офисе проводятся микроскопические исследования жизненного цикла угля, лигнита и торфа. Эти исследования уже продвинулись достаточно далеко, чтобы позволить идентифицировать некоторые ботанические компоненты более старых торфов и более молодых лигнитов, и считается, что происхождение более старых лигнитов и даже некоторых из более недавних битуминозных углей может быть раскрыто с помощью этого исследования.

В химических лабораториях в здании № 21 вытяжные шкафы (рис. 11 и 12) выполнены из железа с кирпичным поддоном внизу. Они опираются на железные трубы, как и большинство других приспособлений в лабораториях этого здания. Сам шкаф изготовлен из лакированного прессованного железного листа № 22, тот же материал используется для коробов, заслонок и дна, окружающего шкаф. Рама подвешена на красных медных шкивах, а углы шкафа усилены прессованной, лакированной, клепаной пластиной, к которой приклепана вентиляционная труба.

Figure 12Рис. 12. ВИД ДЕТАЛЕЙ КОНСТРУКЦИИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ВЫТЯЖНОГО ШКАФА

Существует некоторое разнообразие в шкафах и столах, предусмотренных в различных лабораториях, но в целом они следуют конструкции, показанной на рис. 13. Столешницы длиной 12 футов выполнены из чистого клена в полноразмерных кусках толщиной 7/8 дюйма и шириной 2 5/8 дюйма, уложенных на ребро и просверленных с интервалом 18 дюймов для болтов. Эти части склеены и стянуты болтами, головки которых утоплены. Столешницы, остроганные, отшлифованные и закругленные, опираются на трубчатые ножки и рамы из оцинкованной железной трубы размером 1 1/4 на 1 1/2 дюйма с винтовыми фланцами, прилегающими к полу и столешнице. Под столешницами расположены ящики, а над ними — полки для реактивов. На полпути между столешницей и полом находится проволочная полка из каркаса из проволоки № 2, переплетенной с плетением № 12 с квадратной ячейкой 5/8 дюйма.

Рис. 13.
PLAN OF CONSTRUCTION DETAILS OF REAGENT TABLES BUILDING 21.

Некоторые из столов, используемых в лаборатории, оснащены шкафами внизу и ящиками, а вместо подставок для реактивов в них встроены раковины с фарфоровым покрытием. Эти столы следуют общему стилю и конструкции столов для реактивов. Столы, используемые в связи с калориметрическими определениями, проиллюстрированы на рис. 14. Раковины, предусмотренные во всех этих лабораториях, выполнены из стандартной фарфоровой эмали, с закругленным краем, размером 18 на 13 дюймов, с эмалированной спинкой, над раковиной и сливной доской длиной 24 дюйма с левой стороны, хотя в некоторых случаях есть отклонения от этого типа.

Рис. 14. ДЕТАЛИ КОНСТРУКЦИИ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИХ СТОЛОВ
Figure 14

Сантехника включает отдельные линии труб к каждому вытяжному шкафу и столу; по одной для холодной воды, пара под давлением от 5 до 10 фунтов, сжатого воздуха, природного газа, а в некоторых случаях — острого пара под давлением 60 фунтов.

На каждом столе имеется открытая дренажная система из оцинкованной железной трубы диаметром 2 1/2 дюйма, в верхней поверхности которой просверлены отверстия, через которые различные аппараты сливают жидкость с помощью гибких соединений из стекла или резины. Эти трубы, раковины и т. д. сбрасывают стоки в главные дренажные каналы, подвешенные к потолку этажа ниже. Эти дренажные каналы выполнены из дерева, покрытого асфальтом, с внутренним диаметром от 3 до 6 дюймов и расположены под надлежащим уклоном для обеспечения свободного слива. Эти деревянные дренажные трубы изготовлены короткими секциями, усиленными спиральной обмоткой из металлических лент, и испытаны под давлением 40 фунтов на кв. дюйм. Углы поворота и ответвления соединены в 4- и 6-дюймовых квадратных коллекторах.

Все здание вентилируется нагнетательным вентилятором в подвале и вытяжным вентилятором на чердаке с достаточной мощностью, чтобы обеспечить полную смену воздуха в каждой лаборатории один раз в 20 минут.

Нагнетательный вентилятор расположен в центре здания, на первом этаже, и имеет диаметр 100 дюймов. Его производительность составляет около 30 000 куб. футов воздуха в минуту, и он нагнетает воздух через систему труб в регистры, расположенные в каждой из лабораторий.

Вытяжной вентилятор в центре чердака работает со скоростью 550 об./мин. и имеет производительность 22 600 куб. футов воздуха в минуту. Он вытягивает воздух из каждой комнаты внизу, а также из вытяжных шкафов через главную трубу диаметром 48 дюймов.

Испытания на парообразование и горение. — Исследования, включенные в термин «эффективность топлива», относятся к использованию различных типов топлива, найденных на угольных и нефтяных месторождениях, и касаются прежде всего горения таких топлив в газогенераторах, в топках паровых котлов, в локомотивах и т. д., а также эффективности и использования нефти, керосина, бензина и т. д. в двигателях внутреннего сгорания. Эта работа находится под общим руководством г-на Р. Л. Ферналда и проводится главным образом в зданиях № 13 (таблица XVII) и № 21.

Таблица XVII. ПЛАН ЗДАНИЯ 13, ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ СТАНЦИЯ В ПИТТСБУРГЕ, ШТАТ ПЕНСИЛЬВАНИЯ.Plate XVII thumbnail

Для испытаний горения топлива, закупаемого правительством, оборудование состоит из двух водотрубных котлов Heine, каждый мощностью 210 л.с., установленных в здании № 13. Один из этих котлов оснащен топкой с нижней подачей топлива Jones и снабжен перегородками обычного типа. В четырех точках обмуровки в кирпичную стену встроены большие трубы, чтобы позволить проводить наблюдения за температурой газа и отбирать пробы газа для химического анализа.

Другой котел установлен с обычной топкой с ручной подачей топлива. Он снабжен перегородками для создания дополнительного прохода для газов (рис. 15). Через боковую часть этого котла, в задней части, газы из длинной камеры сгорания (таблица XVIII) входят и проходят тот же путь, что и газы из топки с ручной подачей. И топка с ручной подачей, и длинная камера сгорания могут работать одновременно, но ожидается, что обычно будет работать только одна из них. С одной стороны котла с ручной подачей установлен вентилятор принудительной тяги для обеспечения давления воздуха при сжигании угля с высокой производительностью. Этот вентилятор также подключен таким образом, чтобы при необходимости подавать воздух в длинную камеру сгорания. Более полное описание котлов можно найти в профессиональной статье № 48 и бюллетене № 325 Геологической службы США, в которых также описан аппарат для измерения воды.

Рис. 15.
SETTING FOR 210-HORSE POWER, HAND-FIRED BOILERS

Из-за расстояния от здания № 21 до основной группы зданий было сочтено нецелесообразным пытаться подавать пар из здания № 13 в здание № 21 как для отопления, так и для энергетических целей. Более того, ввиду необходимости установки различных типов и размеров бытовых отопительных котлов для проведения испытаний в связи с этими исследованиями, было решено установить эти котлы на нижнем этаже здания № 21, где их можно было бы использовать не только для проведения необходимых испытаний, но и для обеспечения теплом и паром здания и химических лабораторий в нем.

В дополнение к физической лаборатории на нижнем этаже здания № 21 и котельной для бытового отопления с необходимым хранилищем угля, имеются помещения, отведенные для хранения тяжелых материалов, проб топлива и масел, а также разнообразного коммерческого оборудования. Одна комната занята вентилятором, а другая используется для необходимых дробилок, валков, просеивающих сит и т. д., требуемых в связи с отбором проб угля перед анализом.

Поскольку Департамент генерал-квартирмейстера выразил пожелание, чтобы были проведены испытания теплотворной способности и эффективности различных видов топлива, предлагаемых этому Департаменту в связи с отоплением военных постов по всей стране, были приобретены три бытовых отопительных котла, которые в общих чертах представляют типы и размеры, используемые в больницах среднего размера или других подобных зданиях, а также в небольших жилых домах (рис. 2, таблица XVI). Более крупный аппарат представляет собой горизонтальный жаротрубный котел диаметром 60 дюймов, длиной 16 футов, имеющий пятьдесят четыре 4-дюймовые трубы.

Для того чтобы определить, может ли такой котел эксплуатироваться в условиях отопления без образования дыма при сжигании различных видов угля, он был установлен в соответствии с принятыми представлениями о предотвращении дыма. Огнеупорная кирпичная арка проходит над всей поверхностью колосниковой решетки и за стенку мостика. В камере сгорания была построена перегородка, которая заставляет газы проходить вниз и разделяться через два отверстия, прежде чем они достигнут корпуса котла. Было предусмотрено поступление воздуха в передней части топки, под аркой, и в задней части стенки мостика, обеспечивая тем самым подачу воздуха как над, так и под огнем. Не ожидается, что все виды угля можно будет сжигать без дыма в этой топке, но желательно определить, при каких условиях некоторые виды угля могут сжигаться без образования нежелательного дыма.

Для отбора проб газов в дымовой коробке горизонтального жаротрубного котла был разработан специальный пробоотборник дымовых газов, чтобы получить составную пробу газов, выходящих из котла.

Другие нагреватели — это два чугунных бытовых отопительных котла. Один может обеспечить 400 кв. футов радиации, а другой — около 4000 кв. футов. Они были установлены прежде всего с целью испытания углей для определения их относительной ценности при сжигании для отопительных целей. Они подключены к специально разработанному сепаратору, а от него — к редукционному клапану. За этим клапаном отверстие позволяет пару выходить в обычные отопительные магистрали. Такое устройство позволяет поддерживать практически постоянную нагрузку на котлы.

Существует четвертый котел, спроектированный и построенный для испытательных целей Департаментом генерал-квартирмейстера. Это трубчатый котел, спроектированный по типу бытового отопительного котла, но для использования в качестве калориметра для определения относительной теплотворной способности различных видов топлива, приведенных к базе стандартного корда дубовых дров.

Серия исследовательских испытаний процессов горения проводится в здании № 13 г-ном Генри Крейзингером. Эти испытания проводятся главным образом в длинной камере сгорания (рис. 16 и 17, и рис. 1 и 2, таблица XVIII), которая питается углем из механической топки Murphy и выбрасывает горячие газы в задней части камеры сгорания в котел Heine с ручной подачей. Стены и крыша этой камеры двойные; внутренняя стена толщиной 9 дюймов из огнеупорного кирпича; внешняя толщиной 8 дюймов и облицована красным прессованным кирпичом. Между боковыми стенами имеется воздушный зазор 2 дюйма, а между ними на крыше уложен 1-дюймовый слой асбестовой пасты. Внутренние стены и крыша имеют три специальных скользящих соединения для компенсации расширения. Пол бетонный, защищенный 1,5-дюймовым слоем асбестового картона, который, в свою очередь, покрыт 3-дюймовым слоем земли; поверх этой земли уложен 4-дюймовый слой огнеупорного кирпича (не показан на чертежах).

Рис. 16. ПОПЕРЕЧНЫЕ СЕЧЕНИЯ КАМЕРЫ И ТОПКИ, ДЛИННАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ
Figure 16

Поскольку одной из первых проблем, которые предстоит решить, будет определение длины пути и времени, необходимого для завершения горения в пламени, в котором линии потока почти параллельны, была проявлена большая осторожность, чтобы сделать внутренние поверхности туннеля гладкими, а все углы и пустоты скруглены в направлении движения газов.

Предусмотрены большие смотровые отверстия по бокам и меньшие отверстия для отбора проб в верхней части для наблюдения за слоем топлива в нескольких точках, а также за пламенем с интервалом 5 футов вдоль туннеля. Температура и пробы газа отбираются одновременно в нескольких точках через эти отверстия, чтобы определить, по возможности, ход горения (рис. 1, таблица XVIII).

Около двадцати термопар встроены в стены, крышу и пол, некоторые в пределах 1 дюйма от внутреннего края стен туннеля, а некоторые в красном прессованном кирпиче около внешней поверхности, целью чего является получение данных о теплопроводности через хорошо построенные кирпичные стены (рис. 2, таблица XVIII).

Таблица XVIII. Рис. 1. — Длинная камера сгорания. Рис. 2. — Аппарат для отбора проб газа, длинная камера сгорания.Plate XVIII Fig. 1

Plate XVIII Fig. 2

Чтобы минимизировать утечку воздуха через кирпичную кладку, в топке и туннеле поддерживается максимально возможное атмосферное давление за счет совместного использования нагнетательных и вытяжных вентиляторов. Тем не менее, утечка определяется периодически настолько точно, насколько это возможно.

Сначала был проведен ряд испытаний для калибровки аппарата в целом, причем все эти предварительные испытания проводились на дешевой, тщательно проверенной, однородной угольной мелочи из того же пласта той же шахты близ Питтсбурга. Позднее будут проведены испытания с другими углями с различным содержанием летучих веществ и различными свойствами дистилляции.

Ожидается, что ход испытаний может подсказать изменения в конструкции или эксплуатации этой камеры. В частности, предполагается, что сечение камеры может быть сужено путем укладки песка на дно и огнеупорного кирпича поверх него; также могут быть встроены перегородки в различные ее части, и могут быть введены охлаждающие поверхности с перегородками. В дополнение к вариациям в испытаниях, обусловленным изменениями в конструкции камеры сгорания, будут вариации в испытуемых видах топлива. Особые усилия будут направлены на получение видов топлива с содержанием летучих веществ от 15 до 27 и до 40%, а также тех, которые богаты смолами и тяжелыми углеводородами. Также предлагается варьировать условия испытаний путем сжигания с высокой интенсивностью, например, 15, 20 и 30 фунтов на фут поверхности решетки и даже выше. Будут вестись записи веса загруженного угля и каждой загрузки, веса золы и т. д.; пробы угля и золы будут отбираться для химического и физического анализа, а также пробы газа и другие важные данные. Эти записи будут изучены детально.

Figure 17 thumbnailРис. 17. ПРОДОЛЬНЫЕ СЕЧЕНИЯ ДЛИННОЙ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ

Серия испытаний теплопередачи, начатая два года назад, продолжается на первом этаже здания № 21 на модифицированном аппарате, реконструированном в свете более ранних экспериментов г-на У. Т. Рэя. Целью испытаний на этом аппарате было определение некоторых законов, регулирующих скорость передачи тепла от горячего газа к жидкости и наоборот, причем они находятся на противоположных сторонах металлической трубки.

По-видимому, четыре фактора определяют скорость передачи тепла от газа к любой небольшой площади металла:

(1) — Разность температур между основной массой газа и металлом;

(2) — Вес газа в кубическом футе, который пропорционален количеству молекул в любой единице объема;

(3) — Скорость движения газа параллельно любой рассматриваемой небольшой площади; и (вероятно),

(4) — Удельная теплоемкость газа при постоянном давлении.

Аппарат состоит из электрической печи сопротивления, содержащей катушки из никелевой проволоки, небольшого (сменного) многотрубного котла и пароструйного аппарата для снижения давления воздуха на выходе, чтобы вызвать поток воздуха через котел. Поверхностный конденсатор был присоединен к паровому выходу котла, при этом конденсированный пар взвешивался для проверки измерений питательной воды. Ряд термометров и термопар использовался для получения температуры атмосферного воздуха, температуры воздуха, входящего в котлы и выходящего из них, и температуры питательной воды.

Аппарат в настоящее время реконструируется с добавлением приспособлений для измерения количества воздуха, поступающего в печь, и автоматического регулятора температуры электрической печи.

К настоящему времени испытаны три размера котлов, размеры которых приведены в таблице 4.

Каждый из трех котлов был испытан при нескольких температурах входящего воздуха, до 1500° по Фаренгейту, причем при каждой температуре было проведено около десяти испытаний. Также планируется провести на этих трех котлах около восьми испытаний при температурах 1800°, 2100° и 2400° по Фаренгейту соответственно. Бюллетень о проделанной работе, вместе со многими сопутствующими материалами, находится в стадии подготовки.

ТАБЛИЦА 4. — Размеры котлов № 1, 2 и 3.

Items. | Boiler No. 1. | Boiler No. 2. | Boiler No. 3.
Distance, outside to outside of boiler heads, in inches |   8.28 |   8.28 | 16.125
Actual outside diameter of flues, in inches |   0.252 |   0.313 |   0.252
Actual inside diameter of flues, in inches |   0.175 |   0.230 |   0.175
Number of flues (tubes) | 10 | 10 | 10

Работа над первыми тремя котлами — это только начало; ведутся приготовления к испытанию еще восьми многотрубных котлов различных длин и диаметров труб при аналогичных условиях. Благодаря уже полученному опыту необходимо будет провести только восемь испытаний при каждой начальной температуре воздуха.

Когда работа над многотрубными котлами будет завершена, будут рассмотрены водотрубные котлы, для которых был подготовлен довольно полный план. Эта вторая, водотрубная часть исследования действительно представляет больший научный и коммерческий интерес, но многотрубные котлы были исследованы первыми, потому что математическая обработка гораздо проще.

Испытания генераторного газа. — Установка генераторного газа на Питтсбургской испытательной станции находится под руководством г-на Карла Д. Смита и была установлена с целью испытания низкосортного топлива, костяного угля, кровельного угля, шахтных отходов и таких материалов, которые обычно считаются малоценными или даже бесполезными для энергетических целей. Газовый двигатель, газогенератор, экономайзер, мокрый скруббер (рис. 1, таблица XIX) и вспомогательное оборудование находятся в здании № 13, а сухой скруббер, газгольдер и водоохлаждающий аппарат — непосредственно снаружи этого здания (рис. 2, таблица XIX).

Таблица XIX. Рис. 1. — Газогенератор, экономайзер и мокрый скруббер. Рис. 2. — Генераторный газ: сухой скруббер и газгольдер.Plate XIX Fig. 1

Plate XIX Fig. 2

В настоящее время на шахтах остаются огромные количества топлива в виде угольной мелочи и штыба, которые по качеству значительно ниже среднего выхода. Такое топливо считается малоценным или вовсе не имеющим ценности, главным образом потому, что нет аппарата в широком использовании, который мог бы сжигать его с хорошей эффективностью. Теплотворная способность этого топлива часто составляет от 50 до 75% от теплотворной способности топлива, поступающего на рынок, и если оно не используется, это представляет собой огромную растрату природных ресурсов. Большие количества низкосортного топлива также остаются в шахтах просто потому, что нынешние условия не оправдывают его добычу, и оно остается таким образом, что будущим поколениям будет очень трудно, если не практически невозможно, извлечь такое топливо, когда оно будет в цене. Опять же, существуют большие залежи низкосортного угля в регионах, далеких от источников нынешнего снабжения топливом, но где его успешное и экономичное использование стало бы благом для общества и существенным преимуществом для страны в целом. Огромная важность успешного использования низкосортного топлива очевидна. До самых последних лет мало что было сделано в этом направлении, и было мало надежды на то, что когда-либо удастся успешно использовать эти виды топлива.

Развитие газогенератора для использования обычных видов топлива, однако, указывает на то, что успешное использование практически всех видов низкосортного топлива вполне возможно. Примечательно, что, хотя все испытания генераторного газа на правительственных испытательных станциях в Сент-Луисе и Норфолке проводились на типе генератора, разработанном прежде всего для хорошего сорта антрацита, испытанные виды топлива включали широкий спектр битуминозных углей и лигнитов, и даже торф и костяной уголь, и что почти в каждом испытании возникало мало серьезных трудностей в поддержании удовлетворительных условий эксплуатации. Интересно отметить, что в одном испытании костяной уголь, содержащий более 45% золы, легко обрабатывался в генераторе, и что практически полная нагрузка поддерживалась в течение регламентного периода испытаний в 50 часов.

Не ожидается, что все испытанные виды топлива окажутся немедленно коммерчески ценными, но есть надежда, что будет пролито много света на эту важную проблему.

Оборудование для этой работы состоит из одного газогенератора мощностью 150 л.с. и трехцилиндрового вертикального газового двигателя той же мощности. Генератор представляет собой установку Loomis-Pettibone с нисходящим потоком, изготовленную компанией Power and Mining Machinery Company из Кудахи, штат Висконсин, и известна как установка «Тип C». Газогенератор состоит из цилиндрического корпуса диаметром 6 футов, тщательно футерованного огнеупорным кирпичом и имеющего внутренний диаметр приблизительно 4 фута. В нижней части генератора находится решетка из огнеупорного кирпича, на которой покоится слой топлива. Топливо загружается в верхнюю часть генератора через дверцу (рис. 1, таблица XX), которую можно оставлять открытой в течение значительного времени, не влияя на работу генератора, что позволяет оператору наблюдать за слоем топлива и контролировать его с минимальными неудобствами. По мере генерации газ проходит вниз через горячий слой топлива и через решетку из огнеупорного кирпича. Эта особенность нисходящего потока «фиксирует» или превращает в постоянные газы смолистые пары, которые дистиллируются из битуминозного угля при первой загрузке в генератор. Моторный эксгаустер производительностью 375 куб. футов в минуту вытягивает горячий газ из основания генератора через экономайзер, где явное тепло газа используется для предварительного нагрева воздуха и формирования водяного пара, необходимого для работы генератора. Предварительно нагретый воздух и пар покидают экономайзер и входят в генератор через проход в верхней части над слоем топлива. Из экономайзера газ вытягивается через мокрый скруббер, где он подвергается дальнейшему охлаждению и очищается от грязи и пыли. После прохождения мокрого скруббера газ под небольшим давлением нагнетается эксгаустером через сухой скруббер в газгольдер емкостью около 1000 куб. футов.

Все используемое топливо тщательно взвешивается на весах, которые время от времени проверяются стандартными гирями; и по мере загрузки топлива в генератор отбирается проба для химического анализа и для определения его теплотворной способности. Вода, необходимая для генерации пара, подается из небольшого резервуара, тщательно градуированного в фунтах; это наблюдение производится и записывается каждый час. Вся вода, используемая в мокром скруббере, измеряется путем пропускания ее через поршневой счетчик воды, который время от времени калибруется для обеспечения достаточной степени точности измерения. Предусмотрены возможности для наблюдения за давлением и температурой газа в различных точках; они наблюдаются и записываются каждый час.

Из газгольдера газ проходит через большой счетчик к вертикальному трехцилиндровому двигателю Westinghouse, который соединен ременной передачей с генератором постоянного тока мощностью 175 кВт. Нагрузка на генератор измеряется тщательно откалиброванными приборами на распределительном щите и регулируется специально сконструированным водяным реостатом, который стоит перед зданием.

Ведутся тщательные записи работы двигателя; потребление газа и нагрузка на двигатель наблюдаются и записываются каждые 20 минут; количество охлаждающей воды, используемой в рубашках газового двигателя, а также ее температура на входе и выходе из рубашек двигателя записываются каждый час. Индикаторные диаграммы снимаются каждые 2 часа. Работа непрерывна, и каждый день разделен на три смены по 8 часов каждая; однако продолжительность испытания определяется в значительной степени характером и поведением используемого топлива.

Предварительное исследование относительной эффективности углей, найденных в различных частях Соединенных Штатов, как производителей светильного газа, было почти завершено под руководством г-на Альфреда Х. Уайта, и бюллетень с изложением результатов находится в печати.

Испытания жидкого топлива. — Испытания жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания под руководством г-на Р. М. Стронга проводятся в машинном отделении здания № 13.

Различные жидкие углеводородные виды топлива, используемые в двигателях внутреннего сгорания для производства энергии, варьируются от легких очищенных масел, таких как нафта, до сырой нефти и имеют соответственно широкий диапазон физических и химических свойств.

Наиболее удовлетворительными из жидких видов топлива для использования в двигателях внутреннего сгорания являются спирт и легкие очищенные углеводородные масла, такие как бензин. Эти виды топлива, однако, являются наиболее дорогими в коммерческом использовании, даже при потреблении с наивысшей практической эффективностью, которая, как считается, уже достигнута, насколько это касается современных типов двигателей.

В настоящее время мало известно о том, насколько многие из очень дешевых дистиллятов и сырых нефтей могут быть использованы в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Их трудно использовать вообще, независимо от эффективности.

Бензин сравнительно постоянен по качеству и может быть использован с одинаковой эффективностью в любом бензиновом двигателе высшего сорта. Существует много марок высококачественных бензиновых двигателей, испытания любого из которых могут быть приняты в качестве репрезентативных для производительности и действия бензина в двигателе внутреннего сгорания, если условия, при которых проводились испытания, четко изложены и аналогичны.

Керосин широко варьируется по качеству и требует специальных устройств для его использования, но он немного дешевле бензина. Возможно, что керосиновый двигатель может быть развит так, чтобы позволить ему заменить небольшие стационарные и морские бензиновые двигатели. Это означало бы значительную экономию затрат на топливо для мелкого потребителя энергии, который сейчас находит жидкотопливный двигатель внутреннего сгорания коммерчески выгодным. Ряд двигателей, представленных в настоящее время на рынке, используют керосин; некоторые используют только более легкие сорта и в лучшем случае сравнительно менее эффективны, чем бензиновые двигатели. Все эти двигатели должны быть отрегулированы под сорт масла, который будет использоваться, чтобы получить наилучшие результаты.

Керосиновые двигатели бывают двух общих типов: тип с внешним испарителем, в котором топливо испаряется и смешивается с воздухом до или во время поступления в цилиндр; и тип с внутренним испарителем, в котором жидкое топливо нагнетается в цилиндр и испаряется при контакте с горячими газами или нагретыми стенками камеры сгорания в головке цилиндра. Ряд специальных устройств для испарения керосина и более легких дистиллятов был опробован и использован с некоторым успехом. Тепло необходимо для испарения керосина так быстро, как это требуется, и степень нагрева должна поддерживаться между температурой испарения и той, при которой масло будет обугливаться. Пар также должен быть тщательно и равномерно смешан с воздухом, чтобы получить полное сгорание. До сих пор не было получено надежных данных об этих предельных температурах для керосина и подобных масел. Никогда не проводилось исследований возможных методов предотвращения обугливания масел при более высоких температурах, и свойства взрывоопасных смесей паров масла и воздуха не изучались. Эта область инженерных лабораторных исследований имеет жизненно важное значение для решения проблемы керосинового двигателя.

Дистилляты или топливные масла и сырые нефти являются самыми дешевыми из жидких видов топлива, и если бы они использовались эффективно в двигателях внутреннего сгорания, они были бы самыми дешевыми видами топлива, доступными во многих крупных округах.

Несколько производителей двигателей разрабатывают керосиновые испарители, которые строятся как часть двигателя или адаптируются к каждому отдельному двигателю, по мере необходимости для получения наилучших результатов. Большинство этих испарителей используют тепло и выхлопные газы для испарения топлива, но они сильно различаются по конструкции; некоторые относятся к ретортному типу, а другие — к типу карбюратора с поплавковой подачей. В какой степени низкосортные топливные масла могут быть использованы с этими испарителями, еще предстоит определить.

На американском рынке существует лишь несколько успешных нефтяных двигателей. Наиболее известные из них представляют собой специфические применения основных методов внутреннего испарения, и все, кроме одного, относятся к типу зажигания от горячей калильной головки. Вероятно, будет обнаружено, что ни один из двигателей 4-тактного или 2-тактного цикла не является лучшим для всех сортов нефти, а скорее, что каждый из них лучше всего подходит для какого-то одного сорта. Дизельный двигатель стоит особняком, его цикл и метод управления несколько отличаются от других.

Исследование сравнительной приспособляемости бензина и спирта к использованию в двигателях внутреннего сгорания, состоящее из более чем 2000 испытаний, было проведено на временной топливно-испытательной установке Геологической службы в Норфолке, штат Вирджиния, в 1907 году. Подробный отчет об этих испытаниях находится в стадии подготовки. Аналогичное исследование сравнительной приспособляемости керосинов было начато с целью получения данных об их экономичном использовании, что ведет к исследованию сравнительной топливной ценности более дешевых дистиллятов и сырой нефти, как обсуждалось ранее.

Испытания по промывке и коксованию. — Исследования, относящиеся к подготовке низкосортных углей, таких как угли с высоким содержанием золы или серы, с помощью процессов, которые придадут им более высокую рыночную стоимость или повысят их эффективность при использовании, находятся под руководством г-на А. У. Белдена. Они включают испытания по промывке и коксованию углей, а также брикетирование угольной мелочи и низкосортного угля и отходов угольных отвалов, чтобы адаптировать эти виды топлива для горения в топках и т. д.

Эта работа проводилась на установке по промывке и коксованию, временно расположенной в Денвере, штат Колорадо, и в здании № 32 на Питтсбургской испытательной станции, где идет брикетирование. Детали этих испытаний изложены в различных бюллетенях, выпущенных Геологической службой.

Испытания по промывке проводятся следующим образом: по мере поступления сырого угля на установку, он перегружается лопатами из железнодорожных вагонов в бункерные весы и взвешивается. Затем он проходит через зубчатую дробилку, где куски измельчаются до максимального размера 2,5 дюйма. Пластинчатый конвейер доставляет уголь к элеватору, который поднимает его в один из бункеров для хранения. По мере подъема угля отбирается средняя проба, представляющая всю партию. Проводится анализ этой пробы сырого угля и выполняются испытания на всплывание и погружение, чтобы определить размер, до которого необходимо измельчить уголь перед промывкой, и процент отходов при наилучшем разделении. На основе полученных таким образом данных промывочные машины регулируются так, чтобы испытание по промывке проводилось с полным знанием разделений, возможных при различных процентах отходов. Сырой уголь выгружается из бункера и подается в рифленый валковый дезинтегратор, где он измельчается до размера, признанного наиболее подходящим, а затем доставляется элеватором сырого угля в другой бункер для хранения. Устройство установки таково, что уголь может быть сначала промыт на отсадочной машине Стюарта, а отходы затем доставлены и перепромыты на специальной отсадочной машине, или отходы могут быть повторно измельчены, а затем перепромыты.

Когда уголь подлежит промывке, он поступает в желоб, где смешивается с водой и направляется в отсадочные машины. Однако при выгрузке промытого угля или при подаче недробленого рядового угля из бункера для дробления перед испытаниями на промывку задействуется затвор, расположенный непосредственно под затвором, регулирующим поток угля, и уголь попадает в центральный бункер, а не в желоб. Обычно этот затвор образует одну из сторон вертикального спуска. Уголь из этого центрального бункера по спуску подается на пластинчатый конвейер, а оттуда — на валковый дезинтегратор или, в случае промытого угля, на молотково-стержневую дробилку. Следует отметить, что таким образом уголь можно выгружать из одного бункера в то время, как из другого бункера уголь подается в желоб для промывки в отсадочных машинах, причем эти две операции никак не мешают друг другу.

Промытый уголь после дробления и подъема на верхнюю часть здания по спуску подается в вагонетку коксовой печи и взвешивается на вагонных весах, после чего загружается в печь. Отходы отбираются для пробы и взвешиваются при транспортировке на отвал; на основе этой пробы проводится анализ и испытание методом «всплывания-потопления» для определения «потерь качественного угля» в отходах и оценки эффективности процесса промывки.

Испытания на коксование проводились в батарее из двух купольных печей: одна высотой 7 футов и диаметром 12 футов, другая высотой 6¼ фута и диаметром 12 футов. Оборудование дополняют стандартная вагонетка емкостью 8 тонн и необходимые весы для точного взвешивания загружаемого угля и получаемого кокса. Уголь обычно пропускается через валковую дробилку, измельчающую его до размера около ½ дюйма, или через молотковую дробилку Пенсильвании. Степень измельчения угля, прошедшего через молотковую дробилку, несколько варьируется, но средний показатель, полученный на основе большого количества проб, выглядит следующим образом: проход через сито ⅛ дюйма — 100%; остаток на сите 10 меш — 31,43%; остаток на сите 20 меш — 24,29%; остаток на сите 40 меш — 22,86%; остаток на сите 60 меш — 10%. Результаты испытаний на коксование подробно изложены в различных публикациях по данной теме.

В данные исследования включены испытания кокса, полученного в ходе вышеупомянутых исследований осветительного газа, а также изучение промышленных коксовых и побочных производств.

Исследования по брикетированию. — Эти исследования проводятся под руководством г-на К. Л. Райта в здании № 32, которое является огнестойким сооружением со стальным каркасом, железобетонными перекрытиями и 2-дюймовыми цементными ненесущими стенами, оштукатуренными по металлической сетке. В этом здании установлены две брикетировочные машины: одна английского типа Джонсона, а другая — немецкая машина для лигнита очень мощной конструкции.

Исследования включают изучение возможности получения качественного коммерческого топлива из лигнита или низкосортных углей, которые плохо переносят транспортировку; облагораживание угольной мелочи или штыба, которые обычно выбрасываются или продаются по невыгодным ценам; а также возможность повышения эффективности качественных углей. Некоторые из различных форм коммерческих брикетов, американских и зарубежных, показаны на рис. 2, таблица XX. После химического анализа уголь поднимается и подается в бункер для хранения, откуда через спуск поступает в приемный бункер на весах. Там он смешивается с различными процентными долями связующих материалов, и испытания проводятся с целью определения наиболее подходящего связующего для каждого вида топлива, которое позволит получить наиболее прочный и атмосферостойкий брикет при минимальных затратах и минимальном количестве, необходимом для получения качественного твердого брикета. После взвешивания материалы, подлежащие испытанию, проходят через необходимые измельчающие и размольные машины и подаются в брикетировочные машины, откуда готовые брикеты поступают на погрузку или хранение. Материалы, используемые в немецкой машине, также подвергаются сушке и последующему охлаждению.

Таблица XX. Рис. 1. — Загрузочная площадка газогенератора. Рис. 2. — Европейские и американские брикеты.Plate XX Fig. 1

Plate XX Fig. 2

Брикеты, изготовленные на этой установке, затем подвергаются физическим испытаниям для определения их атмосферостойкости и сопротивления истиранию; также проводятся экстракционные испытания и химические анализы. Тем временем другие брикеты из тех же партий подвергаются испытаниям на горение для сравнения с тем же углем, не подвергавшимся брикетированию. Эти испытания проводятся в стационарных котлах, бытовых отопительных котлах, на локомотивах, морских судах и т. д., а результаты как процессов производства, так и испытаний публикуются в различных бюллетенях, выпускаемых Геологической службой.

Оборудование включает бункеры для хранения сырого угля, весы для взвешивания, машины для дробления или раскалывания пека, измельчители, дробилки и дезинтеграторы для доведения угля до желаемой степени измельчения, нагревательные и смесительные аппараты, прессы и формы для формования брикетов, сушилку Шульца и охлаждающее устройство.

Имеется небольшой экспериментальный ручной брикетировочный пресс (рис. 1, таблица XXI) для проведения предварительных испытаний брикетировочных свойств различных углей и лигнитов. С его помощью легко изменять давление, температуру, процентное содержание и вид связующего, чтобы определить оптимальные условия брикетирования для каждого вида топлива перед проведением крупномасштабных коммерческих испытаний на больших брикетировочных машинах.

Этот ручной пресс развивает давление до 50 тонн, или 100 000 фунтов на кв. дюйм, на плунжер диаметром 3 дюйма. Плунжер входит в форму, которая может нагреваться паровой рубашкой, питаемой обычным насыщенным паром под давлением 125 фунтов, и сжимает топливо в брикет длиной 8 дюймов при заданных условиях температуры и давления.

Брикетировочная машина Джонсона, требующая для работы 25 л.с., развивает давление около 2500 фунтов на кв. дюйм и производит брикеты прямоугольной формы размером 6¾ на 4¼ на 2½ дюйма, имеющие средний вес около 3¾ фунта. Производительность машины (рис. 2, таблица XXI) составляет около 3,8 тонны брикетов за 8-часовой рабочий день.

Таблица XXI. Рис. 1. — Ручной брикетировочный пресс. Рис. 2. — Угольная брикетировочная машина.Plate XXI Fig. 1

Plate XXI Fig. 2

Под бункером на весах для сырья находится квадратный деревянный возвратно-поступательный плунжер, который подает топливо в отверстие в полу с равномерной скоростью. Пек добавляется вручную как можно более равномерно по мере прохождения угля через это отверстие. Под этим отверстием горизонтальный шнековый конвейер подает топливо и пек к дезинтегратору, перед которым в загрузочном желобе установлен мощный магнит для улавливания кусков железа, которые могут попасть в машину и вызвать поломку.

Измельченная смесь поднимается от дезинтегратора в точку над верхней частью смесителя машины. У основания этого цилиндра через несколько отверстий может подаваться пар для нагрева материала до любой желаемой температуры, обычно от 180° до 205° по Фаренгейту. Там плунжер, совершающий 17 ходов в минуту, сжимает два брикета за каждый ход.

Немецкая машина для брикетирования лигнита (рис. 18 и 19) была изготовлена компанией Maschinenfabrik Buckau Actien-Gesellschaft, Магдебург, Германия. Лигнит из помещения для хранения на третьем этаже здания подается в один конец трубчатой сушилки Шульца (рис. 1, таблица XXII), которая похожа на многотрубный котел, установленный под небольшим углом к горизонту и медленно вращаемый червячной и зубчатой передачей; лигнит проходит через трубы, а пар находится внутри котла. Из этой сушилки лигнит проходит через сортировочное сито и дробильные валки в охлаждающее устройство, состоящее из четырех горизонтальных круглых плит диаметром около 13 футов, по которым высушенный материал перемещается граблями. После охлаждения материал подается длинным червячным конвейером в большой бункер над брикетным прессом, а затем через питающий ящик — в пресс (рис. 2, таблица XXII).

Таблица XXII. Рис. 1. — Сушилка для пресса по брикетированию лигнита. Рис. 2. — Машина для брикетирования лигнита.Plate XXII Fig. 1

Plate XXII Fig. 2

Пресс открытого типа состоит из ползуна и матричных плит, установленных таким образом, чтобы формировать трубу, постепенно сужающуюся к выходному концу машины. Брикеты имеют поперечное сечение, близкое к эллипсу со слегка срезанными концами; они имеют толщину около 1¼ дюйма и средний вес около 1 фунта (рис. 2, таблица XX). Пресс приводится в действие прямым соединением с паровой машиной мощностью 150 л.с., основание которой является общим с основанием пресса. Отработанный пар от машины используется для нагрева сушилки.

Плунжер совершает от 80 до 100 ходов в минуту, развиваемое давление варьируется от 14 000 до 28 000 фунтов на кв. дюйм, производительность машины составляет 1 брикет за ход, или от 2½ до 3 тонн готовых брикетов в час. Ожидается, что для практически всех видов бурого лигнита, брикетируемых на этой машине, связующее не потребуется, что снижает стоимость по сравнению с брикетированием углей, требующих от 5 до 7% связующего из пека водяного газа, стоимость которого превышает 50 центов на тонну готовых брикетов.

Рис. 18.
LONGITUDINAL-SECTION OF LIGNITE-BRIQUETTING PLANT

Рис. 19.
CROSS-SECTION OF LIGNITE-BRIQUETTING PLANT

Исследования торфа. — Исследования распространения, добычи, происхождения, природы и использования торфа проводятся г-ном К. А. Дэвисом и включают соглашения о сотрудничестве с геологическими службами штатов и Геологическим отделением Геологической службы США. Эти организации проводят изыскания, включающие картирование месторождений торфа в полевых условиях, определение их масштабов и границ, отбор проб торфа с различной глубины и передачу образцов в лаборатории Питтсбурга для анализа и испытаний.

Эта работа координируется таким образом, чтобы обеспечить единообразие процедур при изучении месторождений торфа в Соединенных Штатах. Образцы торфа подвергаются микроскопическому исследованию для определения их происхождения и возраста, а также химическим и физическим испытаниям в лабораториях Питтсбурга для установления химического состава и теплотворной способности, сопротивления сжимающим нагрузкам, содержания золы и влаги, свойств сушки, сопротивления истиранию и т. д. Периодически большие количества торфа подвергаются дезинтеграции и механической обработке, а части после сушки в течение различных периодов времени подвергаются испытаниям на горение в паровых котлах и испытаниям в газогенераторе для определения их эффективности как источника энергии.

Результаты. — Полная ценность исследований, описанных на предыдущих страницах, не может быть осознана в течение многих лет; но даже за четыре года, в течение которых велась эта работа, некоторые исследования привели к важным результатам, некоторые из которых можно кратко упомянуть:

Химические и калориметрические определения углей, закупаемых для нужд правительства, привели к поставкам топлива более высокого качества без соответствующего увеличения стоимости и, следовательно, к экономии для правительства. В рамках этой системы закупок угля по спецификациям и с проведением испытаний правительство получает больше того, за что платит, и платит за то, что получает. Эти исследования, предлагая изменения в оборудовании и методах, также указывают на целесообразность закупки более дешевых видов топлива, таких как битуминозный уголь и мелкие сорта (горох, гречиха и т. д.), вместо более дорогих сортов антрацита, что дает соответствующую экономию средств. Расходы правительства на топливо в настоящее время составляют около 10 000 000 долларов в год.

Проведение и обобщение химических анализов и калориметрических определений (проверенных другими испытаниями) тщательно отобранных проб углей из почти 1000 различных мест в разных угольных бассейнах Соединенных Штатов, с периодическим добавлением проб, представляющих части угольных бассейнов или вновь открытые пласты угля в том же бассейне, предоставляют бесценные источники точной информации не только для использования правительством, но и для широкой общественности. Из вышеупомянутых мест 501 находилось в штатах с государственными землями, а 427 — в центральных, восточных и южных штатах.

Химические анализы углей, найденных по всей территории Соединенных Штатов, проводились с такой единообразностью методов, как в отношении сбора проб, так и в отношении аналитических процедур, что позволили получить результаты, строго сопоставимые для углей из всех частей страны, и предоставили полную информацию в качестве основы для будущих закупок и использования правительством и широкой общественностью всех типов американских углей.

Другие исследования привели к получению ценной информации относительно распределения температуры в топливном слое газогенераторов и печей, показав диапазон от 400° до 1300° по Цельсию, и, таким образом, предоставили данные, указывающие на конкретные трудности, которые необходимо преодолеть при совершенствовании газогенераторов для повышения эффективности использования топлива.

Недавние исследования летучих веществ в угле и их связи с работой коксовых печей и другими видами горения показали, что до одной трети этих веществ являются инертными и негорючими — факт, который может иметь прямое отношение к предотвращению дыма, объясняя его причину и указывая средства для его уменьшения.

Эксперименты по хранению угля доказали, что при воздействии воздуха поглощается кислород, что в некоторых случаях вызывает снижение теплотворной способности и указывает на то, что для определенных углей, если они должны храниться долгое время для нужд флота и других целей, целесообразно хранение под водой.

Испытания различных углей в паровых котлах показали возможность повышения общей эффективности паровых котлов с ручной топкой на 10–15% по сравнению с обычными результатами. Если бы такая экономия могла быть достигнута в огромном количестве котлов с ручной топкой, эксплуатируемых в настоящее время во всех частях Соединенных Штатов, это привело бы к значительной экономии расходов страны на топливо. Эксперименты, проведенные с бытовыми отопительными котлами, оправдывают уверенность в том, что будет возможно усовершенствовать такие типы котлов, которые смогут экономично работать без дыма. Испытания паровых котлов предоставляют конкретную информацию о наиболее эффективном методе использования каждого из ряда различных типов угля в правительственных зданиях и на электростанциях в разных частях страны.

Испытания в газогенераторе показали, что многие виды топлива настолько низкого качества, что практически бесполезны для паровых печей, включая угольную мелочь, костяной уголь и лигнит, могут быть экономично преобразованы в генераторный газ и, таким образом, вырабатывать достаточно энергии, чтобы иметь высокую коммерческую ценность.

Практически каждая партия из нескольких сотен, испытанных в газогенераторах, включая угли с содержанием золы до 45%, а также лигниты и торф с высоким содержанием влаги, была успешно преобразована в генераторный газ, который использовался для работы газовых двигателей. Было подсчитано, что в среднем каждый уголь, испытанный на газогенераторной установке, вырабатывал в два с половиной раза больше энергии, чем при использовании на обычной парокотельной установке, и что такие относительные показатели эффективности, вероятно, будут справедливы для средней установки умеренной мощности, хотя это соотношение может быть значительно снижено в крупных паровых установках самого современного типа. Было обнаружено, что низкосортные лигниты Северной Дакоты при преобразовании в генераторный газ вырабатывали столько же энергии, сколько лучшие битуминозные угли Западной Виргинии при использовании в паровом котле; таким образом, пласты лигнита, залегающие под 20 000 000–30 000 000 акров государственных земель, которые считались не имеющими или почти не имеющими коммерческой ценности, показали свою высокую ценность для развития энергетики.

Испытания, проведенные в отношении производства и сжигания брикетированного угля, убедительно доказали, что с помощью этого средства коммерческая ценность многих низкосортных битуминозных углей и лигнитов может быть увеличена до степени, которая более чем покрывает возросшие затраты на производство; эти испытания также показали, что битуминозные угли более высоких сортов могут сжигаться в локомотивах с значительно повышенной эффективностью и мощностью и с меньшим количеством дыма, чем тот же уголь без брикетирования. Эти испытания показали, что при том же расходе топлива в виде брикетов, что и сырого угля, тот же локомотив может существенно увеличить свою тяговую способность и тем самым снизить стоимость транспортировки.

Исследования по борьбе с дымом ясно показали, что каждый тип угля может сжигаться практически без дыма в каком-либо типе печи или с использованием какого-либо устройства механической топки, тяги и т. д. Устранение дыма означает более полное сгорание топлива и, следовательно, меньше отходов и более высокую эффективность.

Исследования потерь угля при добыче показали огромные масштабы этих потерь, составляющие, вероятно, от 300 000 000 до 400 000 000 тонн ежегодно, из которых по крайней мере половина могла бы быть сохранена. Доказывается, что низкосортные угли с высоким содержанием серы и золы, которые сейчас остаются под землей, могут экономично использоваться в газогенераторе для получения энергии и света и, следовательно, должны добываться одновременно с извлечением высококачественного угля. Более того, сейчас обращается внимание на целесообразность дальнейшего значительного сокращения потерь за счет более эффективных методов добычи.

Испытания на промывку продемонстрировали тот факт, что многие угли, слишком богатые золой и серой для экономичного использования в паровом котле или для коксования, могут приобрести коммерческую ценность при надлежащей обработке на обогатительной фабрике. Испытания на коксование также показали, что при правильных методах подготовки и манипуляций в купольной печи многие угли, которые не считались экономически ценными для целей коксования, могут стать таковыми после предварительной промывки и надлежащей обработки. Из более чем 100 углей, испытанных в 1906 году из долины Миссисипи и восточных штатов, большинство из которых считались некоксующимися, все, кроме 6, при тщательной обработке оказались пригодными для получения довольно хорошего кокса для литейных и других металлургических целей. Из 52 углей из региона Скалистых гор все, кроме 3, дали хороший кокс при надлежащей обработке, хотя многие из них считались некоксующимися.

Исследования относительной эффективности бензина и денатурированного спирта как источников энергии, предпринятые в связи с работой для Министерства военно-морского флота, показали, что при правильной настройке карбюраторов, запальных устройств, степени сжатия и т. д. денатурированный спирт имеет ту же энергетическую ценность, галлон к галлону, что и бензин. Это наиболее интересное развитие событий, учитывая тот факт, что теплотворная способность галлона спирта составляет лишь немногим более 0,6 от теплотворной способности галлона бензина. Для достижения этих результатов использовались степени сжатия от 150 до 180 фунтов на кв. дюйм, что влечет за собой увеличение веса двигателя. Хотя двигатель, специально разработанный для спирта, будет тяжелее бензинового двигателя того же размера, он будет обладать достаточно большей мощностью, так что вес на одну лошадиную силу не обязательно должен быть больше.

Несколько сотен тонн торфа были испытаны для определения методов сушки, прессования в брикеты и использования для производства энергии в газогенераторе. В связи с этими исследованиями торфа была проведена рекогносцировочная съемка месторождений торфа Атлантического побережья. Образцы были получены путем бурения на различную глубину во многих широко распространенных торфяных болотах, и эти образцы были проанализированы и испытаны для определения их происхождения, природы и топливной ценности.

Масштаб и количество испытаний, из которых были получены эти результаты, можно оценить по тому факту, что за три года было проведено почти 15 000 испытаний, в каждом из которых было израсходовано большое количество топлива. Эти испытания включали почти 1 250 000 физических наблюдений и 67 080 химических определений, сделанных с целью анализа результатов испытаний и указания любых необходимых изменений в методах по мере их проведения. Для коксования, ваграночных испытаний и промывки в Денвере было проведено 596 испытаний, из которых почти 300 потребовали использования почти 1000 тонн угля. Для брикетирования было проведено 312 испытаний. Брикеты использовались в испытаниях на горение, в которых было израсходовано 250 тонн брикетированного угля при испытаниях на линкорах, 210 тонн при испытаниях на миноносцах, 320 тонн при испытаниях на локомотивах трех железнодорожных систем, и 70 тонн было израсходовано в стационарных паровых котлах. Было проведено 175 испытаний газогенераторов, из которых 7 были длительными пробегами продолжительностью неделю или более, с общим расходом 105 тонн угля. Было проведено 300 испытаний бытовых отопительных котлов и 575 испытаний паровых котлов; также было проведено 83 испытания железнодорожных локомотивов и 23 испытания на военно-морских судах с использованием рядового угля в сравнении с брикетированным углем; также было проведено 125 испытаний в связи с экспериментами по теплопередаче и 2254 испытания бензиновых и спиртовых двигателей. Для анализа было взято почти 10 000 проб угля, из которых 3000 — из штатов с государственными землями. Было взято и испытано почти 5000 контрольных проб угля, закупленного правительством для своих нужд.

Результаты испытаний, проведенных в ходе этих исследований, в обобщенном виде были опубликованы в двенадцати отдельных бюллетенях, три из которых, № 261, 290 и 332, подробно описывают работу установки по испытанию топлива за 1904, 1905 и 1906 годы. В профессиональной статье № 48 в трех томах более подробно описан каждый этап операций за 1904 и 1905 годы.

Отдельные бюллетени, описывающие методы и результаты работы в деталях, были опубликованы следующим образом: № 323, Экспериментальная работа, проведенная в химической лаборатории; № 325, Исследование четырехсот испытаний на парообразование; № 334, Сжигание угля без дыма в котельных установках; № 336, Испытания угля на промывку и коксование, и ваграночные испытания кокса; № 339, Закупка угля по спецификациям на основе теплотворной способности; № 343, Связующие для угольных брикетов; № 362, Отбор проб в шахтах и химические анализы углей в 1907 году; № 363, Сравнительные испытания рядового и брикетированного угля на локомотивах, включая испытания на миноносцах, и некоторые зарубежные спецификации для брикетированного топлива; № 366, Испытания угля и брикетов в качестве топлива для бытовых отопительных котлов; № 367, Значение тяги в практике паровых котлов; № 368, Испытания угля на коксование и промывку в Денвере; № 373, Бездымное сжигание угля в котельных установках, с главой о центральных отопительных установках; № 378, Результаты закупки угля по правительственным спецификациям; № 382, Влияние кислорода в угле; и № 385, Испытания по брикетированию в Норфолке, штат Вирджиния.

ОБСУЖДЕНИЕ

Г-н Кеннет Аллен, член Американского общества гражданских инженеров. — Выступающий хотел бы узнать, было ли сделано что-либо в Соединенных Штатах для использования болотного ила в качестве топлива.

В выступлении г-на Эдварда Аткинсона перед Ассоциацией водоснабжения Новой Англии в 1904 году на тему «Болотное топливо» он упомянул о его широком использовании в Швеции и других странах и намекнул, что в Америке существует широкое поле для его применения.

Процент горючего материала в иле обычных болотных земель весьма значителен, и существуют огромные доступные месторождения; но вряд ли вероятно, что его теплотворная способность достаточно высока, чтобы сделать его широкое использование в настоящее время прибыльным.

В качестве примера количества органического вещества, которое может храниться в этих илах в течение многих лет, выступающий хотел бы упомянуть образец, взятый со дна траншеи, который он проанализировал несколько лет назад. Несмотря на то, что он был взят с глубины около 15 футов, большая часть растительного волокна осталась нетронутой. Материал оказался на 70¾% летучим.

Возможно, до того, как существующие доступные месторождения угля будут исчерпаны, эксплуатация луговых илов в качестве топлива может стать прибыльной.

Г-н Генри Крейзингер (в письме). — Г-н Вильсон дает краткое описание длинной печи и обзор исследовательской работы, которая в ней проводится. Возможно, стоит более подробно обсудить предлагаемые исследования и указать практическую ценность выводов, к которым они могут привести.

В целом цель состоит в изучении процесса горения угля. Когда каменный уголь сжигается в любой печи, часть горючего выделяется вскоре после загрузки и должна сгореть в пространстве между топливным слоем и выходом газов, которое называется топочным пространством. Существует достаточно доказательств того, что при постоянной подаче воздуха полнота сгорания летучих горючих веществ зависит от продолжительности их пребывания в топочном пространстве; но при постоянной скорости загрузки угля эта продолжительность напрямую зависит от объема топочного пространства. Таким образом, если объем летучих горючих веществ, выделяемых в секунду, и примешанного воздуха составляет 40 куб. футов, а объем топочного пространства — 80 куб. футов, среднее время пребывания газа в последнем составляет 2 сек.; если топочное пространство составляет 20 куб. футов, среднее время пребывания смеси в этом пространстве составляет всего ½ сек., и ее сгорание будет менее полным, чем в первом случае. Таким образом, видно, что объем топочного пространства печи является важным фактором экономичного сгорания летучих углей. Конкретная цель запланированных исследований — определить объем топочного пространства, необходимый для достижения практически полного сгорания при сжигании заданного количества данного угля в определенных условиях. С этой целью печь была снабжена топочным пространством, достаточно большим для углей с самым высоким содержанием летучих веществ и для самой высокой обычной скорости горения. Чтобы проиллюстрировать применение данных, которые будут получены в ходе этих экспериментов, приводятся следующие вопросы:

Предположим, требуется спроектировать печь, которая будет сжигать уголь с определенной шахты в Иллинойсе со скоростью 1000 фунтов в час с результирующей температурой не менее 2800° по Фаренгейту. Какой объем топочного пространства требуется для практически полного сжигания летучих горючих веществ? Какая полнота сгорания может быть достигнута, если топочное пространство составляет лишь три четверти от требуемого объема? В нынешнем состоянии знаний о процессе горения угля на эти вопросы нельзя ответить однозначно. В литературе по горению можно найти утверждения, что газы должны полностью сгореть до выхода из печи или до того, как они ударятся о охлаждающие поверхности котла; но нет никакой определенной информации о том, как долго газы должны удерживаться в печи или насколько большим должно быть топочное пространство для получения практически полного сгорания. Странно, что так мало известно о таком старом искусстве, как сжигание угля.

Рассматриваемая исследовательская работа является фундаментально проблемой физической химии и по этой причине была поручена комитету, состоящему из автора в качестве инженера, д-ра Дж. К. У. Фрейзера в качестве химика и д-ра Дж. К. Клемента в качестве физика. Результат исследования может оказаться чрезвычайно интересным для инженеров-механиков и топливников, а также для всех, кто имеет дело со сжиганием угля или строительством печей. В запланированных экспериментах будут рассмотрены следующие факторы:

Влияние природы угля на требуемый объем топочного пространства. — Энергетические угли, добываемые в разных местах, выделяют разные объемы летучих горючих веществ, даже при сжигании с одинаковой скоростью. Уголь, содержащий 45% летучих веществ, выделяет гораздо больший объем газов и смоляных паров, чем уголь, содержащий всего 15%. Эти выделяющиеся газы и смоляные пары должны сгореть в пространстве. Следовательно, печь, сжигающая уголь с высоким содержанием летучих веществ, должна иметь гораздо больший объем топочного пространства, чем печь, сжигающая уголь с низким содержанием летучих горючих веществ.

Существует достаточно доказательств того, что объем топочного пространства, необходимый для сжигания летучих горючих веществ, зависит не только от объема горючей смеси, но и от химического состава летучих горючих веществ. Так, летучие горючие вещества угля с низким содержанием летучих веществ при смешивании с равным объемом воздуха могут потребовать 1 сек. в топочном пространстве для практически полного сгорания, в то время как для сгорания того же объема летучих горючих веществ угля с высоким содержанием летучих веществ с той же полнотой может потребоваться 2 сек.; таким образом, объем топочного пространства, необходимый для сжигания различных видов угля, может не быть прямо пропорционален содержанию летучих веществ в угле.

Влияние скорости горения на требуемый объем топочного пространства. — Для одного и того же угля объем летучих горючих веществ, дистиллируемых из топливного слоя в единицу времени, изменяется в зависимости от скорости горения. Так, когда эта скорость вдвое превышает стандартную, объем газов и смоляных паров, выделяемых из топлива, примерно удваивается. К этому увеличенному объему летучих горючих веществ необходимо добавить примерно двойной объем воздуха, и, если смесь должна оставаться в топочном пространстве в течение того же времени, последнее должно быть примерно в два раза больше, чем для стандартной скорости горения. Таким образом, топочное пространство, необходимое для полного сгорания, варьируется не только в зависимости от природы угля, но и от скорости подачи топлива, что, конечно, самоочевидно.

Влияние подачи воздуха на требуемый объем топочного пространства. — Еще одним фактором, влияющим на объем топочного пространства, является количество воздуха, смешиваемого с летучими горючими веществами. Возможно, в определенных пределах топочное пространство может быть уменьшено при увеличении подачи воздуха. Однако любое утверждение в настоящее время является лишь предположением; факты должны быть определены экспериментально. Один факт известен, а именно: для получения более высоких температур продуктов сгорания подачу воздуха необходимо уменьшить.

Влияние скорости нагрева угля на требуемый объем топочного пространства. — Существует еще один фактор, очень важный, который при данном угле и любой подаче воздуха будет влиять на объем топочного пространства. Этот фактор — скорость нагрева угля при подаче его в печь. Так называемый «технический» анализ угля действительно является лишь очень приблизительным. Когда анализ показывает, скажем, 40% летучих веществ и 45% фиксированного углерода, это не означает, что уголь фактически состоит из такого количества летучих веществ и такого количества фиксированного углерода; это просто означает, что при определенной скорости нагрева, достигнутой при определенных стандартных лабораторных условиях, 40% угля было удалено в виде «летучих веществ». Если бы скорость или метод нагрева были другими, количество удаленных летучих веществ также было бы другим. Химики заявляют, что трудно получить точные проверки «технического» анализа. Чтобы проиллюстрировать этот фактор, можно сослаться на работу битуминозных газогенераторов с восходящим потоком. В генераторе таких установок смоляные пары покидают свежезагруженное топливо, проходят через мокрый скруббер и, наконец, отделяются смолоотделителем в виде черного пастообразного вещества в полужидком состоянии. Если эту смолу подвергнуть стандартному техническому анализу, окажется, что от 40 до 50% ее составляет фиксированный углерод, хотя она покинула газогенератор в виде летучих веществ. Желательно подчеркнуть тот факт, что разные скорости нагрева углей с высоким содержанием летучих веществ не только приведут к выделению разных процентов летучих веществ, но и сами эти вещества сильно различаются по химическому составу и физическим свойствам в отношении воспламеняемости и скорости горения. Таким образом, можно сказать, что объем топочного пространства, необходимый для полного окисления летучих горючих веществ, зависит от метода загрузки топлива, то есть от того, как быстро нагревается свежее топливо. Если этому фактору уделить должное внимание, возможно, удастся очень существенно сократить необходимое пространство, требуемое для полного сгорания.

Влияние скорости смешивания летучих горючих веществ и воздуха на объем топочного пространства. — При изучении эффектов, обсуждаемых в предыдущих абзацах, скорость смешивания летучих горючих веществ с подачей воздуха должна быть как можно более постоянной. Сначала испытания будут проводиться без специальных смесительных устройств, смешивание будет осуществляться полностью потоками воздуха, поступающими в печь у топки, и путем естественной диффузии. Хотя над топливным слоем наблюдается бурное перемешивание газов, смесь газов не становится однородной, пока они не окажутся на расстоянии около 10 или 15 футов от топки. Смешивание, вызванное потоками воздуха, нагнетаемыми в печь у топки, очень отчетливо и может быть легко пронаблюдано через смотровое отверстие в боковой стенке котла Heine, напротив длинной камеры сгорания. Это смешивание показано на рис. 20. A — это поток воздуха, нагнетаемый из зольника прямо вверх через топливный слой; B и B — потоки воздуха, нагнетаемые над топливным слоем через многочисленные небольшие отверстия у боковой стороны печи каждого бункера. Эти потоки заставляют газы выходить из печи двумя спиралями, как показано на рис. 20. Скорость вращения на внешней стороне двух спиралей составляет, по-видимому, около 10 футов в секунду, когда скорость горения составляет около 750 фунтов угля в час. Разумно ожидать, что когда скорость смешивания увеличивается за счет строительства опор и других смесительных конструкций непосредственно за решеткой, полнота сгорания будет достигаться за меньшее время, и потребуется меньшее топочное пространство. Таким образом, смесительные конструкции могут быть важным фактором в объеме требуемого топочного пространства.

Рис. 20. СЕЧЕНИЕ ЧЕРЕЗ ТОПКУ, ПОКАЗЫВАЮЩЕЕ СМЕШИВАНИЕ ГАЗОВ, ВЫЗВАННОЕ ПОТОКАМИ ВОЗДУХА
Figure 20

Подводя итог, можно сказать, что объем пространства, необходимый для получения сгорания, которое можно считать полным для всех практических целей, зависит от следующих факторов:

(a). — Природа угля,

(b). — Скорость горения,

(c). — Подача воздуха,

(d). — Скорость нагрева топлива,

(e). — Скорость смешивания летучих горючих веществ и воздуха.

Насколько сильно на объем требуемого топочного пространства будут влиять эти факторы — это цель обсуждаемых экспериментов.

Объем экспериментов. — С этой целью, как объяснялось в предыдущих абзацах, запланированы следующие серии экспериментов:

Должно быть выбрано шесть или восемь типичных углей, каждый из которых представляет определенную группу почти одинакового химического состава. Каждая серия будет состоять из нескольких наборов испытаний, каждый набор будет проводиться при всех постоянных условиях, за исключением одного, влияние которого на размер топочного пространства подлежит исследованию. Таким образом, будет сделан набор из четырех или пяти испытаний, варьирующихся по скорости горения от 20 до 80 фунтов угля на квадратный фут решетки в час, сохраняя подачу воздуха на фунт горючего и скорость нагрева постоянными. Этот набор покажет влияние скорости горения угля на объем пространства, необходимого для получения практически полного сгорания. Другие переменные, такие как состав угля, подача воздуха и скорость нагрева, остаются постоянными.

Другой набор из четырех или пяти испытаний будет проведен с тем же углем и при той же скорости горения, но подача воздуха будет разной для каждого испытания. Этот набор испытаний будет повторен для двух или трех различных скоростей горения. Таким образом, каждый из этих наборов даст влияние подачи воздуха на объем топочного пространства, когда уголь и скорость горения остаются постоянными.

Еще один набор испытаний должен быть проведен, в котором время нагрева угля при подаче его в печь будет варьироваться от 3 до 30 минут. В каждом из испытаний этого набора скорость горения и подача воздуха будут поддерживаться постоянными, и набор будет повторен для двух или трех скоростей горения и двух или трех подач воздуха. Каждый из этих наборов испытаний даст влияние скорости нагрева свежего топлива на объем топочного пространства, необходимого для сжигания дистиллированных летучих горючих веществ. Эти наборы экспериментов потребуют модификации механизма топки, и по этой причине могут быть отложены до завершения всех остальных испытаний на других выбранных типичных углях. По мере продвижения исследования можно будет узнать достаточно, чтобы количество испытаний в каждой серии можно было постепенно сокращать. После того как все желаемые испытания будут проведены с печью в ее нынешнем виде, за топкой будут последовательно построены и испытаны несколько видов смесительных конструкций, по одному виду за раз, с набором репрезентативных испытаний. Таким образом будет определена эффективность таких смесительных конструкций.

Определение полноты сгорания. — Полнота сгорания в последовательных поперечных сечениях потока газов определяется главным образом химическим анализом проб газов, собранных через отверстия в этих соответствующих поперечных сечениях. Первое из этих поперечных сечений, в котором собираются пробы газа, проходит через середину перемычки; остальные расположены с интервалами в 5 футов по всей длине печи. Измерения температуры газов и прямые наблюдения за длиной и цветом пламени, а также за любым видимым дымом будут также проводиться через боковые смотровые отверстия. Эти прямые наблюдения вместе с анализом газа предоставят достаточно данных для определения длины пути горючей смеси до достижения практически полного сгорания.

Другими словами, эти наблюдения определят объем топочного пространства для различных видов угля при сжигании в определенных заданных условиях. Прямые наблюдения и анализ газов в сечениях ближе к топке, чем то, в котором сгорание практически завершено, покажут, как процесс горения приближается к своему завершению. Эта информация будет чрезвычайно ценной при определении влияния сокращения топочного пространства на потерю тепла из-за неполного сгорания.

Метод сбора проб газа. — Сбор проб газа сам по себе является сложной проблемой, если учесть, что температура газов в печи варьируется от 2400° до 3200° по Фаренгейту; следовательно, пробы должны собираться с помощью трубок с водяным охлаждением. К настоящему времени проведено около 25 предварительных испытаний. Эти испытания показывают, что состав газов в поперечных сечениях рядом с топкой не является однородным и что из каждого поперечного сечения необходимо брать более одной пробы. Было решено брать 9 проб из поперечного сечения непосредственно за топкой и уменьшать количество в последующих сечениях в зависимости от однородности состава газа. Таким образом, для каждого испытания необходимо брать около 35 одновременных проб газа. Пробы будут подвергаться не только обычному определению CO2, O2 и CO, но и полному анализу. Также осознается, что некоторые углеродно-водородные соединения, которые при температуре печи существуют как тяжелые газы, конденсируются в жидкости и твердые вещества при охлаждении в пробоотборных трубках, где они оседают и стремятся засорить их. Игнорирование присутствия этой формы горючего внесло бы значительную ошибку в определение полноты сгорания в любом из поперечных сечений. Поэтому сконструированы специальные пробоотборные трубки с водяным охлаждением, оснащенные фильтрами, которые отделяют жидкое и твердое горючее от газов. Содержимое этих фильтров затем также подвергается полному анализу. Для получения количественных данных через эти фильтрующие пробоотборные трубки необходимо пропустить измеренное количество газов.

Измерение температур. — В настоящее время единственным возможным известным методом измерения температуры печных газов являются оптические и радиационные пирометры. Платиновые термопары быстро разрушаются из-за коррозионного воздействия горячих газов. В настоящее время используются оптический пирометр Ваннера и радиационный пирометр Фери.

Поток тепла через стенки печи. — Интересное побочное исследование развилось при изучении потери тепла через стенки печи. В описании этой экспериментальной печи говорилось, что боковые стенки содержат 2-дюймовое воздушное пространство, которое в крыше было заменено 1-дюймовым слоем асбеста. Чтобы определить относительное сопротивление тепловому потоку воздушного пространства и слоя асбеста, 20 термопар были встроены группами по четыре на разную глубину в трех местах в боковой стенке и в двух местах в крыше. В боковой стенке одна из термопар каждой группы была помещена во внутреннюю стенку рядом с поверхностью печи; вторая термопара была помещена в ту же стенку, но рядом с поверхностью, обращенной к воздушному пространству; третья термопара была помещена во внешнюю стенку рядом с внутренней поверхностью; а четвертая была помещена рядом с внешней поверхностью во внешней стенке. В крыше вторая и третья термопары были помещены в кирпич рядом с поверхностью с каждой стороны слоя асбеста. Эти термопары показали, что падение температуры через 2-дюймовое воздушное пространство было намного меньше, чем через 1-дюймовый слой асбеста; фактически, оно было значительно меньше, чем падение температуры через кирпичную стену той же толщины.

Полученные результаты доказывают, что с точки зрения теплоизоляции воздушные пространства в стенках печей нежелательны. Тепло не проводится через воздух, а перескакивает через пространство путем излучения. В конструкции печи сплошная стена является лучшим теплоизолятором, чем стена той же общей толщины, содержащая воздушное пространство. Если необходимо построить стенку печи из двух частей из-за неравномерного расширения, пространство между двумя стенками следует заполнить какими-либо твердыми, дешевыми, непроводящими материалами, такими как зола, песок или дробленый кирпич. Более подробный отчет об этих экспериментах можно найти в бюллетене Геологической службы США под названием «Поток тепла через стенки печи».

Г-н Уолтер О. Снеллинг (в письме). — Работа испытательной станции Соединенных Штатов в Питтсбурге была изложена г-ном Вильсоном настолько полно, что дальнейшее заявление о достигнутых результатах может показаться повторением. Однако было бы крайне маловероятно, чтобы исследования такого разнообразия не имели никакой другой ценности, кроме как по прямым направлениям, которые исследуются. По крайней мере, в случае Отдела по несчастным случаям на шахтах несомненно, что косвенные выгоды от некоторых исследований были далеко идущими и сейчас доказывают свою ценность в областях, далеких от тех, которые были основной целью исследования. Они разрабатывают факты, которые будут иметь большую ценность для всех инженеров или подрядчиков, занимающихся проходкой туннелей или разработкой карьеров. Поскольку опыт автора был связан исключительно с химическим исследованием взрывчатых веществ, он ограничит свое обсуждение этой фазой.

В ходе изучения свойств различных взрывчатых веществ и проведения испытаний, направленных на отделение тех из них, для которых опасность воспламенения взрывоопасных смесей угольной пыли с воздухом или рудничного газа с воздухом является наибольшей, от тех, для которых эта опасность минимальна, был собран значительный объем информации. Г-н Вильсон описал многие из этих испытаний, и легко заметить, что при проведении данных и других тестов для каждого из представленных взрывчатых веществ был получен целый ряд фактов, касающихся свойств взрывчатых соединений. Вскоре выяснилось, что эти факты имеют решающее значение не только для простой дифференциации взрывчатых веществ на безопасные и небезопасные в присутствии взрывоопасных смесей рудничного газа или угольной пыли.

Факторы, определяющие пригодность взрывчатого вещества для работы в материале с какими-либо конкретными физическими характеристиками, зависят от соотношения таких свойств, как ударная сила (или начальный удар, создаваемый продуктами разложения взрывчатого вещества в момент взрыва) и отбрасывающая сила (или продолжительное давление, создаваемое продуктами разложения после начального удара в момент детонации). В случаях, когда взрывчатое вещество использовалось в угле или породе определенной степени хрупкости и когда действие взрывчатого вещества на этот конкретный уголь не является вполне удовлетворительным, становится очевидным, что благодаря систематическому использованию информации, имеющейся на испытательной станции (и в настоящее время публикуемой в виде бюллетеней), касающейся соотношения между ударной и отбрасывающей силами различных взрывчатых веществ, как это показано испытаниями с небольшими свинцовыми блоками, пробой Трауцля и баллистическим маятником, можно подобрать такие взрывчатые вещества, которые, обладая в измененном виде свойствами взрывчатого вещества, не вполне удовлетворившего требованиям при работе с данным типом угля или породы, будут сочетать в себе все благоприятные свойства первого взрывчатого вещества вместе с дополнительными преимуществами, вытекающими из его повышенной адаптации к материалу, в котором оно должно использоваться.

Например, если выяснится, что используемое взрывчатое вещество оказывает слишком сильное дробящее действие на уголь, то изучение результатов испытания этого вещества на малых свинцовых блоках и их сравнение с результатами испытаний на свинцовых блоках других взрывчатых веществ, обладающих практически той же мощностью, что показано баллистическим маятником, позволит управляющему шахтой выбрать из уже включенных в «Разрешенный список» (и, следовательно, гарантированно безопасных в присутствии газа и угольной пыли при правильном использовании) такое взрывчатое вещество, которое будет обладать той же мощностью, но при этом, благодаря сниженной ударной силе или дробящему эффекту, будет добывать уголь желаемым образом. Если рассмотреть другую крайность — шахту, продукция которой используется исключительно для производства кокса (и где, следовательно, дробление угля ни в коем случае не является недостатком), — то интерес управляющего шахтой будет заключаться прежде всего в выборе такого взрывчатого вещества, которое, согласно результатам соответствующих испытаний на свинцовых блоках, пробой Трауцля и баллистическим маятником, обеспечит наибольший объем добычи угля при наименьших затратах.

Поскольку стоимость взрывчатого вещества не входит в таблицы, подготовленные испытательной станцией, относительную стоимость необходимо рассчитывать на основе цен производителя, однако результаты, сведенные станцией в таблицы, будут содержать все остальные данные, необходимые для того, чтобы дать управляющему шахтой (который готов взять на себя небольшой труд, необходимый для ознакомления с этими таблицами) всю информацию, требуемую для сравнения действия одного взрывчатого вещества с действием любого другого испытанного взрывчатого вещества.

Таким образом, видно, что помимо первостепенного соображения безопасности в присутствии взрывоопасных смесей рудничного газа и угольной пыли (условие, одинаково выполняемое всеми взрывчатыми веществами, включенными в «Разрешенный список»), данные, подготовленные испытательной станцией, также предоставляют информацию, необходимую для того, чтобы позволить проницательному управляющему шахтой выбрать взрывчатое вещество, адаптированное к конкретным физическим качествам угля на его шахте, или разумно сделать выбор между двумя взрывчатыми веществами одинаковой стоимости на основе их фактического содержания энергии в конкретной форме отбрасывающей или ударной силы, требуемой в его работе.

До настоящего времени исследования ограничивались взрывчатыми веществами, используемыми в угольной промышленности, поскольку Акт Конгресса об учреждении испытательной станции ограничил ее работу именно этим. Соответственно, невозможно сравнить на упомянутой выше систематической основе взрывчатые вещества, обычно используемые при работе с породой. Вероятно, если законопроект, находящийся сейчас на рассмотрении Конгресса относительно создания Бюро шахт, будет принят, работа такого характера будет начата, а таблицы взрывчатых веществ, подготовленные в настоящее время, будут расширены и охватят все вещества, предназначенные для общего использования в горном деле и карьерных разработках. Данные такого характера сегодня недоступны, и в результате значительный процент взрывчатых веществ, используемых в настоящее время во всех горных работах, расходуется впустую из-за их недостаточной адаптации к материалам, подвергаемым взрыванию. Хорошо известно, например, что при использовании взрывчатого вещества с высокой ударной силой при проведении выемочных работ в мягкой или легко сжимаемой среде значительный процент его энергии тратится впустую в виде тепловой энергии, не выполняя никакой другой функции, кроме деформации и сжатия материала, в котором оно подрывается, не оказывая при этом ни заметного растрескивающего или расщепляющего эффекта, ни отбрасывания или перемещения материала.

Из-за отсутствия информации относительно точного соотношения между ударной и отбрасывающей силой в конкретных взрывчатых веществах этот перерасход по сравнению с количеством, требуемым для работы с надлежащим образом сбалансированным материалом, будет продолжаться; но следует надеяться, что вскоре удастся предоставить горнодобывающей и карьерной отраслям соответствующую информацию о свойствах различных взрывчатых веществ, чтобы подрядчики железнодорожного строительства и горняки, работающие с металлами, могли иметь те же простые и точные средства различения пригодных и непригодных взрывчатых веществ, которые сейчас предоставляются для нужд угольщиков.

Еще одним важным, хотя и косвенным преимуществом этой работы стало обеспечение единообразия мощности и состава взрывчатых веществ. Примером этого полезного влияния является стандартизация капсюлей-детонаторов и электрических детонаторов. В первые годы существования взрывной промышленности для каждого производителя было, по-видимому, выгодно иметь отдельную систему торговой номенклатуры для обозначения мощности различных производимых им детонаторов. Необходимость и даже преимущество таких методов давно остались в прошлом, и все же до последнего года взрывная промышленность была вынуждена работать в условиях, которые делали практически невозможным для потребителя взрывчатых веществ сравнение детонаторов разных производителей по стоимости или мощности, либо разумный выбор детонатора, наиболее подходящего для используемого взрывчатого вещества. После совещания с производителями капсюлей-детонаторов и электрических детонаторов испытательной станцией была выбрана стандартная система наименования мощности этих изделий, которая получила самый горячий отклик. Отрадно отметить, что в недавних торговых каталогах детонаторы называются таким образом, чтобы позволить пользователю напрямую определить мощность содержащегося в них заряда, что является несомненным преимуществом для каждого потребителя взрывчатых веществ, а также для производителей.

Единообразие состава взрывчатых веществ (а многие трудности в горных работах и многие несчастные случаи обоснованно или необоснованно приписывались отсутствию единообразия) можно считать урегулированным в отношении всех веществ, включенных в «Разрешенный список». Одним из условий, требуемых для каждого взрывчатого вещества в этом списке, является то, что его состав должен оставаться по существу таким же, как у образцов, первоначально представленных для официальных испытаний. До настоящего времени все взрывчатые вещества, допущенные в «Разрешенный список», сохраняли свой первоначальный состав, что было определено последующими анализами образцов, отобранных на шахтах, где использовалось данное взрывчатое вещество, и сравнением с исходными образцами.

Данные, собранные испытательной станцией в отношении конкретных взрывчатых веществ, также принесли большую пользу производителям. Когда испытания взрывчатых веществ только начинались, в Соединенных Штатах производилось сравнительно немного взрывчатых веществ, относительно которых производители даже заявляли, что они хоть сколько-нибудь безопасны в присутствии взрывоопасных смесей газа или угольной пыли. Было очевидно, что без систематических испытаний невозможно получить сколько-нибудь значимые знания о безопасности или небезопасности какого-либо конкретного взрывчатого вещества, и, следовательно, потребитель взрывчатых веществ был склонен с недоверием относиться к любым заявлениям производителя относительно качеств безопасности. Из-за отсутствия доказательств это было вполне естественно; также было очевидно, что очень медленный процесс испытаний, который предлагался изучением шахтных взрывов в прошлые годы, был достаточен лишь для доказательства опасности черного пороха и никоим образом не указывал на безопасность какой-либо из марок горного пороха, для которых заявлялось это свойство. Действительно, одно из немногих взрывчатых веществ, к которому было приложено название «безопасное» в то время, когда правительственные эксперименты были впервые предприняты, оказалось совсем не безопасным при испытании в галерее, хотя нет оснований полагать, что производители этого и других взрывчатых веществ, заявлявшие о «безопасности» своего продукта, не были полностью уверены в их безопасности.

Испытательная станция предоставила первую в Соединенных Штатах возможность получить факты относительно опасности любого конкретного взрывчатого вещества в присутствии взрывоопасных смесей газа или угольной пыли. С весьма похвальной энергией производители взрывчатых веществ, заметив ранние неудачи своих порохов в испытательной галерее, сразу же начали модифицировать их способами, подсказанными поведением взрывчатых веществ во время испытаний, и вскоре вернулись на испытательную станцию с улучшенными продуктами, способными выдержать требуемые суровые испытания. Таким образом, испытательная станция стала самым активным агентом в повышении общей безопасности взрывчатых веществ, а производители ясно показали, что никогда не стремились предлагать публике некачественные взрывчатые вещества, а их прошлые неудачи были связаны исключительно с недостатком информации о действии взрывчатых веществ в условиях, существующих перед шахтной катастрофой. Получив возможность воспроизвести на испытательной станции условия, представленные в шахте в присутствии газа, они проявили готовность модифицировать и улучшать свои взрывчатые вещества, чтобы позволить им соответствовать суровым условиям горного дела, что весьма похвально для американской промышленности.

Что касается неблагоприятных условий, существовавших в шахтах в прошлом, можно привести те же аргументы. Несмотря на частоту несчастных случаев на шахтах в Соединенных Штатах и несмотря на высокий уровень смертности в угольной промышленности по сравнению с другими странами, справедливости ради следует сказать, что это было результатом незнания фактических условий, вызывающих шахтные взрывы, а не умышленного игнорирования известных правил безопасности владельцами шахт. Условия в американских шахтах сильно отличаются от тех, что существуют в шахтах за рубежом, и, как следствие, правила, которым годы опыта научили иностранных управляющих шахтами, не были быстро применены к условиям, существующим в американских шахтах; но как только работа на Питтсбургской станции продемонстрировала взрывоопасность угольной пыли из соседних шахт и показала очень высокую безопасность некоторых взрывчатых веществ по сравнению с другими, со стороны владельцев шахт по всей стране сразу же возникла готовность улучшить условия в своих шахтах и воспользоваться всеми исследованиями, проведенными правительством, тем самым ясно показав, что катастрофы прошлого были связаны с недостатком достаточной информации, а не с умышленным игнорированием ценности человеческих жизней.

Еще одним косвенным преимуществом работы станции стало ее исследование взрывчатых веществ для Панамского канала. В течение нескольких лет Комиссия Панамского перешейка была одним из крупнейших потребителей взрывчатых веществ в мире, и при закупке огромных требуемых количеств было признано необходимым установить систему тщательного изучения и инспекции. Это было сделано для обеспечения безопасности взрывчатых веществ, доставляемых на перешеек, а также для того, чтобы убедиться, что стандарты, указанные в контракте, соблюдаются во все времена. С имеющимся штатом химиков и инженеров было естественно, что эта важная работа должна была быть взята на себя Технологическим отделением Геологической службы США, и в течение последних трех лет многие миллионы фунтов динамита были проинспектированы, а образцы проанализированы химиками, связанными с Питтсбургской испытательной станцией, тем самым обеспечивая высокий стандарт этих материалов.

Один из многих способов, которым эта работа для Комиссии по каналу доказала свое преимущество, виден из того факта, что в результате исследований на испытательной станции сегодня производятся электрические детонаторы, которые по своим водонепроницаемым качествам значительно превосходят любой аналогичный продукт. Поскольку улучшения этих детонаторов были сделаны сотрудником испытательного персонала, все денежные преимущества, вытекающие из них, перешли непосредственно правительству, которое сегодня получает превосходные электрические детонаторы по цене около одной трети от стоимости прежних материалов.

Вся работа Технологического отделения ведется по исключительно практическим направлениям и далека от той работы, которую могут с выгодой взять на себя частные или государственные агентства. Работа Отдела по несчастным случаям на шахтах была предпринята прежде всего для сокращения числа несчастных случаев на шахтах и повышения общих условий безопасности в горном деле. По мере продвижения работы этого Отдела было обнаружено, что она приносит большую пользу шахтеру и владельцу шахты, в то время как конечные результаты исследований будут иметь еще большую ценность для каждого потребителя угля, поскольку они обеспечат постоянное снабжение этим ценным продуктом по более низкой цене, чем если бы нынешние методы, расточительные как в отношении жизней, так и в отношении угля, продолжали использоваться еще одно десятилетие.

Г-н Барточчини. А. Барточчини, ассоциированный член Американского общества гражданских инженеров (в письме). — Автор провел личное расследование катастрофы на шахте в Черри, штат Иллинойс. Он взял интервью у людей, спасшихся в день аварии, а также у нескольких человек, которые были спасены неделю спустя. Он также допросил управляющего и инженера шахты и получил всю запрошенную информацию, а также планы шахты, показывающие ход работ.

После тщательного расследования автор установил, что на момент катастрофы на шахте существовали следующие условия:

Первое. — В шахте отсутствовали средства для тушения пожаров.

Второе. — Отсутствовали какие-либо системы сигнализации. Если бы шахта была оборудована электрическими сигналами и телефонами, как некоторые из самых современных шахт в Соединенных Штатах, большинство людей можно было бы спасти, установив связь с поверхностью и работая совместно со спасателями.

Третье. — Шахтеры никогда не получали инструкций о том, как вести себя в случае пожара.

Четвертое. — Главные штреки и конюшни освещались открытыми факелами.

Пятое. — Организация работы шахты была в чем-то дефектной, так как во время катастрофы приказы поступали со всех сторон.

Шестое. — Вентиляционный ствол использовался также как подъемный ствол.

Седьмое. — Главный ствол практически доходил только до второго пласта; его продолжение до третьего и самого глубокого пласта не использовалось.

Восьмое. — Планы горных выработок второго и третьего пластов не были актуальными. Последняя съемка, записанная на них, датировалась июнем 1909 года. Это сделало бы спасательные работы практически невозможными для людей, не знакомых с шахтой.

Девятое. — Внутренняя съемка шахты не была связана с внешней съемкой.

Неужели Геологическая служба США не могла бы обеспечить соблюдение правил, которые предотвратили бы существование условий, подобных упомянутым? Служба проделывает замечательную работу, что видно по спасению двадцати шахтеров в Черри через неделю после пожара; но нет сомнений, что, возможно, всех людей можно было бы спасти, если бы была установлена телефонная связь с поверхностью. Телефонные линии, устойчивые к любому виду пожара, можно легко установить, и расходы на это невелики, почти ничтожны, если учесть огромные убытки, понесенные владельцами шахт и семьями жертв.

Г-н Стотт. Г. Г. Стотт, член Американского общества гражданских инженеров. — Кривые, показанные г-ном Вильсоном, дают ясное общее представление об относительной эффективности паровых и газовых двигателей при рассмотрении с чисто теоретической термодинамической точки зрения. Эта точка зрения, однако, оправдана только при рассмотрении небольших установок с максимальной тормозной мощностью, не превышающей 1000 л.с.

Паровой двигатель или турбина, работающие при манометрическом давлении 200 фунтов на кв. дюйм и с перегревом 150° по Фаренгейту, имеют максимальную температуру 538° по Фаренгейту в своем цилиндре, в то время как у газового двигателя она варьируется от 2000° до 3000° по Фаренгейту.

Смазка поверхности, постоянно подвергающейся последней температуре, была бы невозможна, поэтому водяные рубашки на цилиндрах, а в более крупных установках и в поршнях, становятся абсолютно необходимыми. По мере увеличения диаметра цилиндров, конечно, необходимо увеличивать их прочность пропорционально их площади, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату диаметра. Однако охлаждающая поверхность пропорциональна только окружности, или является простой функцией диаметра. Увеличение прочности пропорционально квадрату диаметра вскоре приводит к трудностям из-за того, что поток тепла через металл является сравнительно медленным процессом; толстые стенки цилиндров на больших двигателях не могут отводить тепло достаточно быстро, и в металле возникают всевозможные напряжения из-за огромной разницы температур между внутренней частью и футеровкой рубашки цилиндра.

Эти условия приводят к задирам и трещинам в цилиндрах, с естественным следствием высоких затрат на техническое обслуживание и амортизацию. Эти затраты в некоторых случаях были настолько велики, не только в Соединенных Штатах, но и в Европе и Африке, что приводили к полному отказу от крупных газомоторных установок после нескольких лет попыток эксплуатации.

Первым соображением в любой электростанции является то, что она должна быть абсолютно надежной в работе, а вторым — то, что она должна быть экономичной не только в эксплуатации, но и в техническом обслуживании и амортизации. Поэтому при использовании сравнительных кривых эффективности, показанных в статье г-на Вильсона, следует помнить, что стоимость энергии — это не только стоимость топлива, но и топливо плюс расходы на техническое обслуживание и амортизацию, и что последние статьи следует брать не из отчета за первый год, а как среднее значение по крайней мере за пять лет.

Малый газовый двигатель является весьма удовлетворительным аппаратом при подаче хорошего, чистого газа и при должном внимании, но следует проявлять большую осторожность, прежде чем инвестировать в крупные установки, до тех пор, пока не произойдут дальнейшие разработки в этой области, поскольку сохранение капитала так же важно, как и сохранение угля.

Г-н Данн. Б. У. Данн, эсквайр (в письме). — Растущая важность исследований взрывчатых веществ с целью расширения знаний потребителя о надлежащих методах обращения с ними и их использования очевидна, если отметить, что общее производство взрывчатых веществ в Соединенных Штатах выросло с менее чем 9 000 000 фунтов в 1840 году до примерно 215 000 000 фунтов в 1905 году. Таблица 5 была составлена Бюро по взрывчатым веществам Американской железнодорожной ассоциации.

ТАБЛИЦА 5. — Производство взрывчатых веществ в Соединенных Штатах, 1909 г.

Kind of explosives. | Number of factories. | Maximum Capacity, in Pounds.
Daily. | Annual.
Black powder | 49 | 1,220,150 | 366,135,000
High explosives | 37 | 1,203,935 | 361,180,500
Smokeless powders |   5 | 75,686 | 22,705,800

Первая проблема, связанная с этим феноменальным ростом, касается безопасной транспортировки этого материала от заводов до мест потребления. Упаковка взрывчатых веществ может совершить множество путешествий через густонаселенные центры и временно находиться на многих широко разнесенных складах, прежде чем достигнет конечного пункта назначения. Комплексный взгляд на всю железнодорожную сеть Соединенных Штатов показал бы в любой момент времени около 5000 вагонов, частично или полностью загруженных взрывчатыми веществами. Более 1200 складских магазинов числятся в Бюро по взрывчатым веществам как источники поставок взрывчатых веществ по железной дороге.

Увеличение спроса на взрывчатые вещества не было связано исключительно с ростом горных работ. Гражданский инженер расширяет их использование до такой степени, что теперь вагоны динамита, используемые на Панамском перешейке в одном взрыве, доставляют паровым экскаваторам до 75 000 кубических ярдов материала, перемещение которого ручным трудом потребовало бы дней времени и сотен людей. Без помощи взрывчатых веществ строительство метрополитенов и проходка туннелей были бы непрактичными. Даже фермер осознал ценность этого концентрированного источника энергии и использует его для дешевого и эффективного выкорчевывания больших пней на обширных территориях в Орегоне, в то время как целый акр подпочвы в Южной Каролине, слишком твердой для плуга, разрыхляется и становится пригодным для успешного возделывания одним взрывом серии хорошо размещенных зарядов динамита. Опыт также показал, что взрывчатое вещество стоимостью в несколько центов будет столь же эффективным, как и ручной труд стоимостью в доллар при подготовке ям для пересадки деревьев.

Использование взрывчатых веществ в войне и при подготовке к войне сейчас является почти пренебрежимо малой величиной по сравнению с общим спросом со стороны мирных отраслей промышленности. С завершением строительства Панамского канала, по оценкам, правительство использует в одной только этой работе больше взрывчатых веществ, чем было израсходовано во всех битвах в истории.

До недавнего времени общественность проявляла мало интереса к обеспечению безопасности производства, транспортировки, хранения и использования взрывчатых веществ. Любой, обладающий необходимой степенью невежества или безрассудства, был волен заниматься их производством с неполным оборудованием; они перевозились многими железными дорогами без каких-либо особых мер предосторожности; расположение складов в непосредственной близости от жилищ, железных дорог и общественных шоссе критиковалось только после какого-нибудь катастрофического взрыва; а часто неопытный потребитель не имел доступа к компетентному и незаинтересованному источнику информации, такому, какой он имеет сейчас на испытательной станции в Питтсбурге, так хорошо описанной г-ном Вильсоном.

Первый общий шаг к улучшению этих условий, как полагают, был сделан Американской железнодорожной ассоциацией в апреле 1905 года. Это привело к организации Бюро по взрывчатым веществам, которое через своих инспекторов в настоящее время осуществляет надзор за транспортировкой всех видов опасных грузов на 223 630 из 245 000 миль железных дорог в Соединенных Штатах и Канаде. Общее представление о виде и объеме инспекционной работы показано следующими выдержками из Годового отчета главного инспектора, датированного февралем 1910 года:

| 1909. | 1908.
“Total number of railway lines members of Bureau December 31st | 172 | 158
Total mileage of Bureau lines December 31st | 209,984 | 202,186
Total number of inspections of stations for explosives | 6,953 | 5,603
Number of stations receiving two or more inspections for explosives | 1,839 | 1,309
Total number of inspections of stations for inflammables | 6,950 | 1,098
Number of stations receiving two or more inspections for inflammables | 1,886 | ....
Total number of inspections of factories | 278 | 270
Number of factories receiving two or more inspections | 75 | 69
Total number of inspections of magazines | 1,293 | 1,540
Number of magazines receiving two or more inspections | 349 | 361
Total number of boxes of high explosives condemned as unsafe for transportation | 10,029 | 4,852
Total number of kegs of black powder condemned as unsafe for transportation | 1,468 | 531
Total number of cars in transit containing explosives inspected | 475 | 448
Total number of cars in transit showing serious violations of the regulations | 168 | 197
Total number of inspections of steamship companies’ piers (inflammable, 75; explosive, 63) | 138 | ....
Total number of inspections made by Bureau | 16,087 | 8,959
Total number of lectures to railway officials and employes and meetings addressed on the subject of safe transportation of explosives and other dangerous articles | 215 | 171

| 1909. | 1908. | 1907.
“Total number of accidents resulting in explosions or fires in transportation of explosives by rail | 12 | 22 | 79
Total known property loss account explosions or accidents in transporting explosives by rail | $2,673 | $114,629 | $496,820
Total number of persons injured by explosions in transit | 7 | 53 | 80
Total number of persons killed by explosions in transit | 6 | 26 | 52

«За тот же период Главный инспектор получил отчеты от Химической лаборатории Бюро по 734 образцам, а именно:

Explosives | 211
Fireworks | 186
Inflammables | 304
Paper for lining high explosive boxes | 31
Ammunition | 2
Total | 734

«В качестве средства обеспечения единообразного соблюдения правил, путем глубокого понимания их значимости и применения, лекции, читаемые представителями Бюро, оказались наиболее успешными. Промульгация правил сама по себе недостаточна для обеспечения единообразия или эффективности их соблюдения, поэтому эти лекции являются ценным дополнением к инспекционной службе. Они успешно продолжались в течение года, и запросы на их проведение со стороны руководства многих входящих в ассоциацию линий являются убедительным свидетельством высокого уважения, в котором они пользуются.

«Хотя лекции предназначены прежде всего для обучения и информирования должностных лиц и служащих железнодорожных компаний, и особенно тех, чьи обязанности приводят их в непосредственный контакт с опасными грузами, перевозимыми при транспортировке, производители и грузоотправители приглашаются, и они посещали их в значительном количестве. Многие из этой категории добровольно выразили свою похвалу лекциям как средству образования и выразили свое одобрение в лестных выражениях.

«Сфера этих лекций охватывает элементарное обучение характеристикам взрывчатых и легковоспламеняющихся веществ и опасностям, возникающим при их транспортировке, а также то, в каких аспектах правила обеспечивают защиту от них. Требования закона и сопутствующие наказания за нарушение полностью описаны. Методы подготовки, упаковки, маркировки, приема, обработки и доставки объясняются с помощью слайдов стереоптикона. Они интересны сами по себе и являются лучшим средством запечатления впечатления, которое они призваны передать, в умах аудитории, и всегда являются приемлемой особенностью лекций. Прием, который обычно оказывают лекциям те, кто их посещал, часто добровольно жертвуя временем, предназначенным для отдыха во внерабочее время, можно рассматривать как указание на то, что предмет лекций является тем, в чем они заинтересованы.

«Средства Ассоциации молодых христиан (YMCA), такие как залы, фонари и квалифицированные операторы фонарей, были щедро предоставлены и использованы с большой пользой в связи с лекциями во многих местах. Сотрудничество с этой Ассоциацией предоставляет удобный и экономичный метод обеспечения вышеуказанных средств, и Ассоциация выразила свое удовлетворение этим соглашением как соответствующим образовательным функциям, которые они предоставляют своим членам.

“During the year 1909, 215 lectures were delivered at various points throughout the United States.”

Бюро по взрывчатым веществам Американской железнодорожной ассоциации и Бюро шахт Геологической службы США были независимыми продуктами общего движения, вызванного осознанием ограниченным числом общественно активных граждан серьезности «взрывной» проблемы. Прямой обязанностью среднего гражданина является ознакомление с работой такого рода, проводимой от его имени. Он может помочь этой работе, помогая преодолеть ошибочное противодействие ей. Признаки этого противодействия можно заметить в усилиях некоторых грузоотправителей избежать расходов на предоставление подходящих транспортных контейнеров для взрывчатых и легковоспламеняющихся веществ, а также в угрозах профсоюзов шахтеров объявить забастовку, вместо того чтобы использовать разрешенные взрывчатые вещества вместо черного пороха при добыче угля в газовых или пыльных шахтах.

Нельзя переоценить заслуги г-д Холмса и Вильсона, а также других должностных лиц Технологического отделения Геологической службы США за исследования, описанные в этой статье. Они устанавливают разумные стандарты для многих строительных материалов; они учат производителя тому, что он может и должен производить, а потребителя — тому, что он имеет право требовать; с научной точностью они указывают путь к сохранению наших природных ресурсов и к спасению жизней, что многократно окупит нации стоимость их работы.

Когда эти факты будут полностью осознаны и усвоены средним гражданином, у этих джентльменов и их способных помощников не будет дальнейших причин опасаться прекращения финансовой или моральной поддержки их работы.

Г-н Вильсон. Герберт М. Вильсон, член Американского общества гражданских инженеров (в письме). — Топливный отдел Геологической службы США уделил значительное внимание использованию торфа в качестве топлива для сжигания в котлах, в газогенераторах и для других целей. Несомненно, именно этот материал имеет в виду г-н Аллен, говоря об использовании «болотной грязи в качестве топлива», поскольку он ссылается на выступление г-на Эдварда Аткинсона на тему «Болотное топливо», в котором он охарактеризовал торф более популярным термином «болотная грязь».

В Европе, где топливо дорого, ежегодно используется 10 000 000 тонн торфа в качестве топлива. Предварительное и неполное исследование, проведенное г-ном К. А. Дэвисом из Топливного отдела Геологической службы, показывает, что торфяные залежи Соединенных Штатов простираются на площади более 11 000 кв. миль. Большая часть этого находится в Новой Англии, Нью-Йорке, Миннесоте, Висконсине, Нью-Джерси, Вирджинии и других прибрежных штатах, которые содержат мало угля или не содержат его вовсе. Было подсчитано, что эта площадь даст 13 000 000 000 тонн воздушно-сухого торфа.

В настоящее время производство торфа в Соединенных Штатах находится в зачаточном состоянии, хотя существует несколько коммерческих предприятий, которые находят готовый рынок сбыта для своей продукции и работают с прибылью. На Питтсбургском заводе было проведено испытание торфа из Северной Каролины, работающего в газогенераторе — полученный генераторный газ использовался для работы газового двигателя мощностью 150 л.с., нагрузка на который измерялась на распределительном щите. Торф, содержащий почти 30% золы и 15% воды, дал 1 коммерческую лошадиную силу-час на каждые 4 фунта торфа, сожженного в генераторе. Если бы торф стоил 2 доллара за тонну при добыче и подготовке для генератора, каждый выработанный лошадиная сила-час стоил бы 0,4 цента. Стоимость топлива для работы электростанции, должным образом оборудованной для использования торфяного топлива даже такого низкого качества в газогенераторе, составила бы около 4 долларов на 100 л.с. в день при 10-часовом рабочем дне.

Столь же хорошие результаты были получены при испытаниях торфа из Флориды и Мичигана, работающего в газогенераторе. Исследования торфа под руководством г-на Дэвиса включают изучение простых коммерческих методов сушки, химической и топливной ценности, анализы торфа, изучение механических методов добычи и измельчения торфа, а также физические испытания для определения прочности воздушно-сухого торфа выдерживать нагрузку.

Калорийность торфа, как показывают многочисленные анализы, проведенные Геологической службой США, варьируется от примерно 7500 до почти 11 000 БТЕ в пересчете на сухое вещество, включая золу, содержание которой варьируется от менее 2% до 20%, причем последнее в Европе считается пределом коммерческого использования в качестве топлива. Анализы 25 образцов торфа из Флориды, находящихся в этих пределах по зольности, показывают диапазон от 8269 до 10 865 БТЕ, причем только четыре из серии ниже 9000 БТЕ, а четыре превышают 10 500 БТЕ в пересчете на сухое вещество. Такое топливо во Флориде, вероятно, скоро будет использовано, поскольку его нужно только добыть и высушить, чтобы сделать пригодным для печи или газогенератора. Многие битуминозные угли, используемые сейчас в коммерческих целях, имеют топливную ценность до 11 000 БТЕ в пересчете на сухое вещество и с максимальным содержанием золы 20%; гречишный антрацит в среднем имеет близкие показатели, часто достигая 24% зольности.

Один бюллетень, касающийся торфов штата Мэн, был опубликован, а другой, касающийся торфяной промышленности Соединенных Штатов, находится в процессе публикации.

Г-н Барточчини спрашивает, не могла бы Геологическая служба США обеспечить соблюдение правил, которые предотвратили бы существование условий, подобных тем, что произошли во время катастрофы на шахте в Черри, штат Иллинойс.

Правительство Соединенных Штатов не обладает полицейскими полномочиями внутри штатов, и в его компетенцию не входит принятие или обеспечение соблюдения правил или законов, или даже проведение полицейских инспекций относительно методов эксплуатации горнодобывающих объектов. Компетенция исследований несчастных случаев на шахтах и его преемника, Бюро шахт, внутри штатов, подобна компетенции других и аналогичных правительственных бюро в Министерстве внутренних дел, Министерстве сельского хозяйства и других федеральных департаментах, заключается лишь в расследовании и распространении информации. Штатам остается принимать законы и правила, применяющие средства правовой защиты, которые могут быть указаны в результате федерального расследования.

В настоящее время ведутся исследования и проводятся испытания с целью выпуска циркуляров относительно методов борьбы с шахтными пожарами, установки телефонов и других средств сигнализации, а также других предметов такого рода, к которым относится г-н Барточчини.

Как бы автор ни ценил добрый и сочувственный дух дискуссии г-д Аллена и Барточчини, он ценит еще больше дух полковника Данна и г-на Стотта, которые являются признанными авторитетами в обсуждаемых ими предметах, а также г-д Крейзингера и Снеллинга, которые существенно дополнили детали, представленные в статье относительно конкретных исследований, которыми они руководят в Питтсбурге.

Ссылка г-на Снеллинга на использование взрывчатых веществ во взрывных работах должна быть интересна всем гражданским инженерам, а также горным инженерам, как и дискуссия полковника Данна относительно средств, принятых для обеспечения безопасности транспортировки взрывчатых веществ.

С момента представления статьи Конгресс принял закон об учреждении в Министерстве внутренних дел Бюро шахт Соединенных Штатов. В это Бюро из Геологической службы были переданы исследования по испытанию топлива и несчастным случаям на шахтах, описанные в этой статье. Автору кажется предметом глубокого сожаления, что исследования строительных материалов, принадлежащих Соединенным Штатам и предназначенных для их использования, также не были переданы в то же Бюро. В последний день сессии Конгресса отчет согласительной комиссии передал их из Геологической службы в Бюро стандартов. Сомнительно, что продолжение этих исследований в этом Бюро, возглавляемом физиками и химиками с высокими научными достижениями, будет иметь такую же непосредственную ценность для инженеров и тех, кто занимается строительством и инженерными сооружениями, как в Бюро шахт, которое занимается исследованиями, относящимися к горнодобывающей и карьерной промышленности, и имеет в своем штате горных, механических и гражданских инженеров.

Сноски

1. Presented at the meeting of April 20th, 1910.

2. “Coal Mine Accidents,” by Clarence Hall and Walter O. Snelling. Bulletin No. 333, U. S. Geological Survey, Washington, D. C.

3. “The Explosibility of Coal Dust,” by George S. Rice and others. Bulletin No. * * *, U. S. Geological Survey.

4. “Notes on Explosives, Mine Gases and Dusts,” by Rollin Thomas Chamberlin. Bulletin No. 383, U. S. Geological Survey, 1909.

5. “Prevention of Mine Explosions,” by Victor Watteyne, Carl Meissner, and Arthur Desborough. Bulletin No. 369, U. S. Geological Survey.

6. With a view to obtaining a dust of uniform purity and inflammability.

7. “The Primer of Explosives,” by C. E. Munroe and Clarence Hall. Bulletin No. 423, U. S. Geological Survey, 1909.

8. “Tests of Permissible Explosives,” by Clarence Hall, W. O. Snelling, S. P. Howell, and J. J. Rutledge. Bulletin No. * * *, U. S. Geological Survey.

9. “Structural Materials Testing Laboratories,” by Richard L. Humphrey, Bulletin No. 329. U. S. Geological Survey, 1908; “Portland Cement Mortars and their Constituent Materials,” by Richard L. Humphrey and William Jordan, Jr., Bulletin No. 331, U. S. Geological Survey, 1908; “Strength of Concrete Beams,” by Richard L. Humphrey, Bulletin No. 344, U. S. Geological Survey, 1908.

10. “Fire Resistive Properties of Various Building Materials,” by Richard L. Humphrey, Bulletin No. 370, U. S. Geological Survey, 1909.

11. “Purchasing Coal Under Government Specifications,” by J. S. Burrows, Bulletin No. 378, U. S. Geological Survey, 1909.

12. “Experimental Work in the Chemical Laboratory,” by N. W. Lord, Bulletin No. 323, U. S. Geological Survey, 1907: “Operations of the Coal Testing Plant, St. Louis, Mo.” Professional Paper No. 48, U. S. Geological Survey, 1906.

13. Also Bulletins Nos. 290, 332, 334, 363, 366, 367, 373, 402, 403, and 412, U. S. Geological Survey.

14. “Tests of Coal for House Heating Boilers,” by D. T. Randall, Bulletin No. 336, U. S. Geological Survey, 1908.

15. “The Smokeless Combustion of Coal,” by D. T. Randall and H. W. Weeks, Bulletin No. 373, U. S. Geological Survey, 1909.

16. “The Flow of Heat through Furnace Walls,” by W. T. Ray and H. Kreisinger. Bulletin (in press), U. S. Geological Survey.

17. The assumption is made that a metal tube free from scale will remain almost as cool as the water; actual measurements with thermo-couples have indicated the correctness of this assumption in the majority of cases.

18. “Heat Transmission into Steam Boilers,” by W. T. Ray and H. Kreisinger, Bulletin (in press), U. S. Geological Survey.

19. “The Producer Gas Power Plant,” by R. H. Fernald, Bulletin No. 416, U. S. Geological Survey, 1909; also Professional Paper No. 48 and Bulletins Nos. 290, 316, 332, and 416.

20. A Taylor up-draft pressure producer, made by R. D. Wood and Company, Philadelphia, Pa.

21. “Coal Testing Plant, St. Louis, Mo.,” by R. H. Fernald, Professional Paper No. 48, Vol. III, U. S. Geological Survey, 1906.

22. A report of these tests may be found in Bulletin No. * * *, U. S. Geological Survey.

23. “Illuminating Gas Coals,” by A. H. White and Perry Barker, U. S. Geological Survey.

24. “Gasoline and Alcohol Tests,” by R. M. Strong, Bulletin No. 392, U. S. Geological Survey, 1909.

25. “Washing and Coking Tests,” by Richard Moldenke, A. W. Belden and G. R. Delamater, Bulletin No. 336, U. S. Geological Survey, 1908; also, “Washing and Coking Tests at Denver, Colo.,” by A. W. Belden and G. R. Delamater, Bulletin No. 368, U. S. Geological Survey, 1909.

26. U. S. Geological Survey, Professional Paper No. 48, Pt. III, and Bulletins Nos. 290, 332, 336, 368, 385, and 403.

27. Professional Paper No. 48, and Bulletins Nos. 290, 316, 332, 343, 363, 366, 385, 402, 403, and 412, U. S. Geological Survey.

28. “Peat Deposits of Maine,” by E. D. Bastin and C. A. Davis. Bulletin No. 376, U. S. Geological Survey, 1909.

29. U. S. Geological Survey, Pittsburg, Pa.

30. Chief Explosives Chemist, U. S. Geological Survey.

31. Lieutenant-Colonel, Ordnance Dept., U. S. A.

Дроби (расширенные)

Ellipses (...) represent omitted text at beginning or end of a paragraph. For consistency, common fractions such as ½ have also been expanded.

Газопылевая галерея № 1. — Галерея № 1 имеет цилиндрическую форму, длину 100 футов и минимальный внутренний диаметр 6 1/3 фута. Она состоит из пятнадцати одинаковых секций, каждая длиной 6 2/3 фута, построенных внахлест. Первые три секции, ближайшие к бетонной головной части, изготовлены из котельной листовой стали толщиной 1/2 дюйма, остальные двенадцать секций — из котельной листовой стали толщиной 3/8 дюйма и имеют предел прочности на разрыв не менее 55 000 фунтов на кв. дюйм...

...Балка, на которой подвешена ступка, опирается на бетонные стены размером 51 на 120 дюймов в основании и высотой 139 дюймов. На вершине каждой стены находится опорная плита толщиной 1 дюйм и размером 7 на 48 дюймов, закрепленная на стене болтами диаметром 5/8 дюйма и длиной 28 дюймов...

Этот аппарат находится в юго-восточном углу здания № 17. Цилиндр имеет длину 31 1/2 дюйма, диаметр 19 1/4 дюйма и закреплен на прочном бетонном фундаменте на удобной для работы высоте. Взрывная камера имеет длину 19 дюймов и диаметр 7 7/8 дюйма, с объемом ровно 15 литров...

Внутренний приемник изготовлен из листовой меди толщиной 1/16 дюйма, глубиной 30 7/8 дюйма и внутренним диаметром 17 7/8 дюйма. Он никелирован и усилен снаружи полосами медной проволоки, а его объем составляет около 70 литров...

...В передней части ящика имеются два смотровых окна из листового стекла размером 2 5/8 на 5 1/2 дюйма. В боковой части ящика, между двумя окнами, имеется отверстие диаметром 3/8 дюйма, которое можно закрыть винтовой пробкой, через которое отбираются пробы для химического анализа.

Существует некоторое разнообразие в шкафах и столах, предусмотренных в различных лабораториях, но в целом они следуют конструкции, показанной на рис. 13. Столешницы длиной 12 футов изготовлены из чистого клена из полноразмерных кусков толщиной 7/8 дюйма и шириной 2 5/8 дюйма, уложенных на ребро и просверленных с интервалом 18 дюймов для болтов. Эти куски склеены и стянуты болтами, головки которых утоплены. Столешницы, остроганные, отшлифованные и закругленные, опираются на трубчатые ножки и рамы из оцинкованной железной трубы размером 1 1/4 на 1 1/2 дюйма с винтовыми фланцами, прилегающими к полу и верху. Под столешницами находятся ящики, а над ними — полки для реактивов. На полпути между столешницей и полом находится проволочная полка из каркаса из проволоки № 2, переплетенной с плетением № 12 с квадратной ячейкой 5/8 дюйма.

...Тонкость помола углей, пропущенных через молотковую дробилку, несколько варьируется, но среднее значение, взятое из большого количества образцов, выглядит следующим образом: через сито 1/8 дюйма — 100%; на сите 10 меш — 31,43%; на сите 20 меш — 24,29%; на сите 40 меш — 22,86%; на сите 60 меш — 10 процентов...

back

back

back

back

back