«Эдисон: Его жизнь и изобретения»

Гигантские валки состоят из пары железных цилиндров огромного размера и веса со сменными рабочими плитами, имеющими неровную поверхность, образованную выступающими бугорками. Эти валки установлены бок о бок в очень тяжелой раме (оставляя зазор между ними около четырнадцати дюймов) и соединены ремнями с источником питания так, что вращаются в противоположных направлениях. Гигантские валки, описанные Эдисоном в вышеупомянутом патенте как построенные и эксплуатируемые им, имели суммарный вес 167 000 фунтов, включая все движущиеся части, которые сами по себе весили около семидесяти тонн, причем каждый валок имел шесть футов в диаметре и пять футов в длину. Вид валков сверху показан на эскизе, причем один валок и один из его подшипников показаны в разрезе.

На рис. 2 валки проиллюстрированы схематически. Поскольку эскиз такого рода, даже если он выполнен в определенном масштабе, не всегда дает адекватное представление об относительных размерах для нетехнического читателя, на рис. 3 мы представляем перспективную иллюстрацию гигантских валков в том виде, в каком они установлены на обогатительной фабрике.

На практике небольшая мощность подается на то, чтобы постепенно разогнать гигантские валки до поверхностной скорости в несколько тысяч футов в минуту. Когда эта высокая скорость достигается, массы породы весом в несколько тонн в одном или нескольких кусках сбрасываются в бункер, который направляет их в зазор между быстро вращающимися валками. Результатом является частичная мгновенная остановка быстрого движения валков и тем самым развитие и расходование колоссального количества кинетической энергии, которая с эффектом копра раскалывает породы и разбивает их на куски, достаточно маленькие, чтобы пройти через четырнадцати дюймовый зазор. Поскольку мощность подается на валки через проскальзывающие фрикционные муфты, скорость ведущих шкивов существенно не снижается; следовательно, валки можно снова быстро разогнать до их максимальной скорости, пока очередная порция породы поднимается в положение для сброса в бункер. Из вышесказанного очевидно, что если бы предпринималась попытка обеспечить большую энергию, необходимую для этой операции, путем прямого применения паровой энергии, потребовался бы двигатель огромной мощности, и даже тогда сомнительно, удалось ли бы построить его достаточно прочным, чтобы выдержать ужасающие нагрузки, которые возникнут. Но работа выполняется за счет великого момента импульса и кинетической энергии, получаемых при разгоне этих колоссальных масс металла и последующем внезапном противодействии их продвижению, причем двигатель освобождается от всех нагрузок посредством проскальзывающих фрикционных муфт. Таким образом, эта циклопическая операция может непрерывно осуществляться с количеством энергии, несоразмерно ничтожно малым по сравнению с достигаемыми результатами.

Эскиз (рис. 4), показывающий сброс большого валуна в бункер или рудоспусковую яму валков, послужит иллюстрацией метода подачи этих огромных масс породы на валки, а также позволит читателю составить представление о быстроте процесса дробления, если заявить, что валун показанного размера будет уменьшен гигантскими валками до кусков чуть крупнее человеческой головы за несколько секунд.

После выхода из гигантских валков битая порода проходила дальше через другие дробильные валки несколько схожей конструкции. Они также были изобретены Эдисоном, но предшествовали описанным ранее; на них распространялся патент № 567 187, выданный 8 сентября 1896 года. Эти валки предназначались для измельчения пород «размером в один кусок, переносимый человеком» до мелких кусков, что во время их первоначального зарождения было примерно стандартным размером для подобных машин. На обогатительном заводе Эдисона битая порода после прохождения через эти валки дополнительно уменьшалась в размерах другими валками, а затем была готова к измельчению в мелкий порошок с помощью другой замечательной машины, разработанной Эдисоном для удовлетворения его постоянно возникающих и четко определенных представлений о предельной экономичности и эффективности.

ПРИМЕЧАНИЕ. Рис. 3 и 4 воспроизведены с аналогичных эскизов на страницах 84 и 85 журнала McClure's Magazine за ноябрь 1897 года с разрешения S. S. McClure Co.

Лучшие машины для тонкого измельчения, которые тогда можно было достать, были настолько неэффективны, что влекли за собой потерю 82 процентов подводимой энергии. Мысль о столь огромной потере была невыносима, и он не успокоился, пока не изобрел и не пустил в ход совершенно новую измельчающую машину, которую назвали валками «три в высоту» (трехвалковыми). Устройство было защищено выданным ему 21 ноября 1899 года патентом № 637 327. Это было весьма примечательное изобретение, поскольку оно принесло в технику не только более высокую эффективность измельчения, чем та, о которой когда-либо мечтали раньше, но и колоссальную экономию за счет сбережения энергии; ибо в то время как прежняя эффективность составляла 18 процентов, а потеря — 82 процента, Эдисон поменял эти цифры местами и в своих трехвысотных валках обеспечил рабочую эффективность в 84 процента, снизив тем самым потерю энергии на трение до 16 процентов. Схематический эскиз этой замечательной машины показан на рис. 5, на котором изображен вид спереди со снятыми кожухами, бункером и т. д., а также показаны над валками канат и шкивы, опоры которых также сняты ради ясности иллюстрации.

Для удобства читателя при обращении к рис. 5 мы повторим описание валков «три в высоту», которое приведено на страницах 487 и 488 предыдущего повествования.

В двух торцевых деталях тяжелой железной рамы были установлены три валка, или цилиндра — один в центре, другой внизу, а третий вверху, причем все три находились на одной вертикальной линии. Эти валки имели диаметр около трех футов, были сделаны из чугуна и имели лицевые пластины из отбеленного чугуна. [31] Самый нижний валок был установлен в фиксированном подшипнике в нижней части рамы и, следовательно, мог вращаться только вокруг своей оси. Средний и верхний валки могли свободно перемещаться вверх или вниз от нижнего валка и к нему, а валы среднего и верхнего валков были установлены в свободном подшипнике, который мог скользить вверх и вниз в железной раме. Следовательно, будет очевидно, что любой материал, проходивший между верхним и средним валками, а также между средним и нижним валками, мог быть измельчен столь мелко, сколь это могло потребоваться, что полностью зависело от величины давления, приложенного к свободным валкам. Во время работы материал проходил сначала через верхний и средний валки, а затем между средним и самым нижним валками.

[Сноска 31: Поверхности этих валков были гладкими, но поскольку трехвысотные валки стали использоваться позже на операциях Эдисона с портландцементом, поверхности были сделаны рифлеными, чтобы входить друг в друга подобно зубчатой передаче для обеспечения высокой скорости подачи]

Это давление прикладывалось весьма остроумным способом. На концах валов нижнего и верхнего валков находились цилиндрические гильзы, или подшипники, имевшие семь желобков, в которых прогонялся полудюймовый бесконечный стальной канат. Этот канат был намотан семь раз поверх желобков, как указано выше, и выведен вверх через одножелобковый шкив, приводимый в действие поршнем воздушного цилиндра, и таким образом давление передавалось на валки. Следовательно, будет видно, что система состояла из единого каната, пропущенного через шкивы и расположенного так, что его длину можно было изменять, обеспечивая тем самым упругость при приложении давления и регулируя его по желанию. Эффективность этой системы была несравненно выше, чем у любого другого известного дробильщика или измельчителя, поскольку при том, что эти валки могли развивать давление в сто двадцать пять тысяч фунтов, трение почти полностью исключалось, так как подшипники верхнего и нижнего валков вращались вместе с валками и крутились в стальном канате, который представлял собой надлежащий подшипник.

Эдисону было выдано несколько других важных патентов на дробильные и измельчающие валки, некоторые из которых касались усовершенствований и модификаций вышеописанных, но все они охватывали методы повышенной экономичности и эффективности дробления породы.

Работа Эдисона над конвейерами в период его трудов по обогащению руды была исключительно оригинальной, искусно выполненной и намного опередившей свое время. Его концепция проблемы обогащения была широкой и охватывала всю систему в целом, важнейшим элементом которой являлся непрерывный перенос огромных количеств материала с места на место с наименьшими возможными затратами. Поскольку он планировал обогащение шести тысяч тонн ежедневно, расходы на ручной труд по перемещению столь огромного количества породы, песка и руды были бы абсолютно непомерными. Следовательно, возникла необходимость изобрести систему конвейеров, способную перемещать эту массу материала из одного места в другое. И эти конвейеры должны были не просто переносить материал, но и быть спроектированными так, чтобы автоматически принимать и выгружать свои грузы в назначенных местах. Изобретательность, инженерный талант и изобретательский навык Эдисона справились с этой задачей и проявились в системе и разнообразии конвейеров, которые на практике казались действующими с почти человеческой разборчивостью. Полностью установленные на заводе, они автоматически переносили ежедневно массу материала, равную примерно ста тысячам кубических футов, от фабрики к фабрике, покрывая при транзите около мили. Вверх и вниз, петляя из стороны в сторону, огибая углы, передавая материал от одного к другому, делая несколько петлевых ходов в сушильной печи, заполняя бункеры и переходя к следующему, когда те наполнялись, эти конвейеры в своем автоматическом действии казалось исполняли свою роль с человеческим интеллектом, который на самом деле был отражением ума и изобретательности, изначально создавших их и придавших им движение.

Шесть патентов Эдисона на конвейеры включают в себя множество устройств, которые с тех пор получили широкое общее распространение для аналогичной работы и стали средством достижения огромной экономии в многочисленных отраслях промышленности самого разного профиля. Какими бы интересными они ни были, мы не станем пытаться описывать их подробно, так как потребовалось бы слишком много места. Они указаны в списке патентов после этого Приложения, и любой заинтересованный студент может изучить их детально.

В том же списке можно найти большое количество патентов Эдисона на аппараты и методы грохочения, сушки, смешивания и брикетирования, а также на пылезащищенные подшипники и различные типы и группировки сепараторов, все из которых были востребованы требованиями и масштабом его великого предприятия и без которых он никак не смог бы достичь успешных физических результатов, увенчавших его труды. Упорство Эдисона в снижении стоимости своих операций примечательно в связи с его изобретениями в области грохочения и сушки, в которых максимальное преимущество извлекается из закона всемирного тяготения. При его содействии, не стоившем ничего, эти операции выполнялись безупречно. Требовалось лишь подать материал в верхнюю часть камер, и во время его естественного спуска он просеивался или сушился, в зависимости от обстоятельств.

Все эти изобретения и устройства, а также описанные подробно выше (за исключением магнитных сепараторов, а также смесительных и брикетировочных машин), используются им сегодня в производстве портландцемента, поскольку эта отрасль представляет множество тех же проблем, которые возникали в связи с обогащением железной руды.

XVII. ДЛИННАЯ ЦЕМЕНТНАЯ ПЕЧЬ

В этом замечательном изобретении, приведшем к поразительному нововведению в давно устоявшемся бизнесе, мы видим еще один характерный пример точных рассуждений Эдисона и смелости концепции, претворенных в жизнь вопреки всеобщим противоположным мнениям.

Для сведения тех, кто не знаком с процессом производства портландцемента, можно заявить, что материал предварительно состоит из тщательной смеси цементного камня и известняка, измельченной в очень тонкий порошок. Этот порошок технически известен в торговле как «мел» и подается во вращающиеся печи и «обжигается»; то есть он подвергается воздействию высокой степени тепла, получаемого за счет сгорания измельченного в пыль угля, который впрыскивается внутрь печи. Это горение вызывает химическое разложение мела и заставляет его принимать пластичную консистенцию и собираться вместе в виде небольших сферических шариков, известных как «клинкер». Печи обычно располагаются с небольшим уклоном, в верхний конец которого подается мел, и он постепенно пробирается вниз к внутреннему пламени горящего топлива на другом конце. Когда материал доходит до нижнего конца, он оказывается «обожженным», и клинкер падает в приемную камеру внизу. Операция является непрерывной: постоянный запас мела поступает на одном конце печи, а непрерывный поток клинкерных шариков выпадает на другом. После охлаждения клинкер измельчается в очень тонкий порошок, который представляет собой товарный портландцемент.

Само собой разумеется, что идеальной печью была бы та, которая производила максимальное количество полностью спекшегося материала при минимальных затратах топлива, труда и капиталовложений. Когда Эдисон готовился заняться цементным бизнесом, он досконально изучил почву и после значительных исследований и экспериментов пришел к выводу, что царящие условия в отношении печей далеки от идеала.

Стандартные печи, использовавшиеся тогда, имели длину около шестидесяти футов при внутреннем диаметре около пяти футов. Во всех вращающихся печах для обжига цемента истинный процесс спекания происходит только в пределах ограниченной части их общей длины, где тепло наиболее велико; следовательно, внутреннюю часть печи можно считать разделенной продольно на две части, или зоны — а именно зону горения (или спекания) и зону надвигающегося сырого материала. В шестидесятифутовой печи длина зоны горения составляла около десяти футов, простираясь от точки на расстоянии шести или восьми футов от нижнего (выпускного) конца до точки примерно в восемнадцати футах от этого конца. Следовательно, за пределами этой точки существовала зона длиной всего около сорока футов, через которую нагретые газы проходили и вступали в контакт с надвигающимся материалом, двигавшимся вниз к зоне спекания. Поскольку объем надвигающегося материала был мал, от газов не требовалось отдавать много тепла, и поэтому они уходили вверх по дымовой трубе при очень высоких температурах, колеблющихся от 1500 до 1800 градусов по Фаренгейту. Очевидно, это тепло терялось полностью.

Дополнительная потеря эффективности происходила из-за того, что материал двигался к зоне горения настолько быстро, что не успевал отдать весь свой углекислый газ к моменту достижения этой зоны; а из-за выделения больших количеств этого газа внутри зоны горения невозможно было обеспечить идеальное и экономичное сгорание угля.

Сравнительно небольшая длина шестидесятифутовой печи не только ограничивала количество материала, которое можно было в нее подать, но и ограничение длины зоны горения препятствовало тщательному спеканию материала, причем эта операция является таковой, в которой элементы времени и надлежащего тепла имеют первостепенное значение. Таким образом, количество получаемого хорошего клинкера неблагоприятно страдало. Из-за этих и других ограничений и потерь на практике удавалось получать лишь около двухсот пятидесяти бочек клинкера за сутки из двадцати четырех часов; и это при затратах на уголь, пропорционально равных примерно 29–33 процентам от количества произведенного клинкера, даже при условии, что весь клинкер был хорошего качества.

Эдисон осознал, что секрет большей коммерческой эффективности и улучшения качества кроется в возможности обрабатывать большие количества материала за определенное время и производить более совершенный продукт без пропорционального увеличения затрат или капиталовложений. Его рассуждения привели его к выводу, что этот результат может быть получен только с помощью печи сравнительно большой длины, а его исследования и эксперименты позволили ему остановиться на длине в сто пятьдесят футов, но с увеличением диаметра всего на шесть дюймов или фут по сравнению с шестидесятифутовой печью.

Основные соображения, повлиявшие на Эдисона при совершении этого радикального нововведения, можно кратко сформулировать следующим образом:

Первое. Возможность поддерживать в печи загрузку в пять-семь раз большую, чем обычно применяемая, что ведет к более экономичному выходу продукции.

Второе. Сжигание значительно возросшего объема измельченного угля и сильно увеличенная зона горения, простирающаяся примерно на сорок футов продольно вглубь печи, — обеспечивая тем самым область, в которой материал может поддерживаться при температуре спекания в течение времени, достаточного для гарантии его тщательного спекания от периферии до центра.

Третье. Вследствие столь значительно увеличенной длины зоны надвигающегося материала (и, следовательно, гораздо большего объема), газы и другие продукты горения достаточно охлаждались между зоной горения и дымовой трубой, так что покидали печь при сравнительно низкой температуре. К тому же надвигающийся материал таким образом постепенно нагревался, а не подвергался резкому нагреву, как в более коротких печах.

Четвертое. Материал, таким образом сильно разогретый до достижения зоны горения, успевал избавиться практически от всего своего углекислого газа и поэтому не привносил в зону горения достаточного количества этого газа, чтобы нарушить идеальный характер горения.

Пятое. Из-за большого веса тяжелой загрузки в длинной печи происходило формирование непрерывного пластикового покрытия на той части внутренней поверхности печи, где температуры были самыми высокими. Это эффективно защищало футеровку из огнеупорного кирпича от разрушительного воздействия тепла.

Таковы вкратце основные принципы, на которых Эдисон основывал свою концепцию и изобретение длинной печи, ставшей с тех пор столь известной в цементном деле.

Многие другие соображения второстепенного и механического характера, которые тем не менее были важными факторами в его решении этой сложной проблемы, заслуживают изучения теми, кто тесно связан с этим искусством или интересуется им. Не последним среди механических вопросов было решение Эдисона изготовить эту чудовищно длинную печь из чугунных секций с фланцами, соединенных болтами и опирающихся на ролики, вращаемые электродвигателями. Продольное расширение и упор также были важными факторами, о которых необходимо было позаботиться, равно как и специальные устройства для предотвращения слеживания массы материала по мере его прохождения в печь и из нее. Также были предусмотрены специальные меры для впрыскивания струй измельченного угля таким образом, чтобы создать сильно расширенную зону горения. Что касается деталей этих и многих других остроумных устройств, мы должны направить любознательного читателя к патентам, поскольку на этих страницах ставится лишь задача вкратце указать основные принципы выдающихся изобретений Эдисона. Главный патент США на длинную печь был выдан 24 октября 1905 года, № 802 631.

То, что его рассуждения и умозаключения в данном случае были правильными, несомненно доказано многолетним опытом эксплуатации длинной печи, способной производить от восьмисот до одной тысячи бочек хорошего клинкера каждые двадцать четыре часа при затратах на уголь, пропорционально равных лишь примерно 20 процентам от количества произведенного клинкера.

Иллюстрировать длинную цементную печь с помощью схемы для непросвещенного ума мало что дало бы, и поэтому мы представляем иллюстрацию (рис. 1) реальных печей в перспективе, по которой можно составить представление об их пропорциях.

XVIII. НОВЫЙ АККУМУЛЯТОР ЭДИСОНА

В общем смысле «батарея» представляет собой устройство, вырабатывающее электрический ток. Существует два принципиально разных вида батарей: один из них известен как «первичный», а другой — как «аккумуляторный», хотя последний иногда называют «вторичной батареей» или «аккумулятором». Каждый тип в рамках обоих этих видов по своему общему устройству в основном схож; иными словами, любая ячейка батареи любого типа содержит по меньшей мере два элемента различной природы, погруженных в более или менее жидкий электролит химического характера. При замыкании цепи первичной батареи электрический ток вырабатывается за счет химической реакции, возникающей между электролитом и электродами. Это влечет за собой постепенное расходование одного из элементов и соответствующее истощение активных свойств электролита. По этой причине как израсходованный элемент, так и электролит необходимо время от времени возобновлять, чтобы обеспечивать бесперебойную подачу электрического тока.

Аккумуляторная батарея также вырабатывает электрический ток посредством химической реакции, но без необходимости постоянного пополнения активными материалами взамен израсходованных и истощенных, как указано выше. Однако термин «аккумуляторная», применяемый к этому виду батарей, является некорректным и служит причиной множества недоразумений среди неспециалистов. В представлении обывателя «аккумуляторная» батарея предстает в виде устройства, в котором электрическая энергия НАКАПЛИВАЕТСЯ, подобно тому как сжатый воздух накапливается или аккумулируется в резервуаре. Однако такой взгляд не соответствует действительности. Она точно так же, как и первичная батарея, в том фундаментальном отношении, что ее способность вырабатывать электрический ток зависит от химической реакции. В строгой терминологии это «обратимая» батарея, что станет вполне очевидным, если мы вкратце рассмотрим ее принцип действия. Когда аккумуляторная батарея «заряжается» путем пропускания через нее электрического тока, электрическая энергия производит химический эффект, добавляя кислород к положительной пластине и забирая кислород у отрицательной пластины. Таким образом, положительная пластина окисляется, а отрицательная восстанавливается. По завершении операции зарядки батарея готова к использованию, и при замыкании ее цепи через преобразующее устройство, такое как лампа или электродвигатель, происходит обратный процесс («разрядка»), при этом положительная пластина отдает свой кислород, а отрицательная окисляется. Эти химические реакции приводят к выработке электрического тока, как и в первичной батарее. На самом деле химические действия и реакции в аккумуляторной батарее гораздо сложнее, но приведенное описание послужит тому, чтобы дать читателю-непрофессионалу довольно простое представление об общем результате, достигаемом с помощью упомянутой химической активности.

Аккумуляторная батарея как коммерческий товар появилась на рынке в 1881 году. В то время и во все последующие годы вплоть примерно до 1905 года существовал лишь один тип, признаваемый коммерчески жизнеспособным, а именно так называемый свинцово-кислотный элемент, состоящий из свинцовых пластин, погруженных в электролит из разбавленной серной кислоты. В названном последним году Эдисон впервые представил свою новую форму никель-железного элемента с щелочным электролитом, как мы уже рассказывали в предыдущем повествовании. В начале восьмидесятых годов в Менло-Парке он уделял много внимания свинцовому типу аккумуляторной батареи и в течение трех лет провел колоссальное количество экспериментов по ее усовершенствованию, выполнив за это время, вероятно, больше опытов, чем все остальные исследователи вместе взятые. Уже в те ранние годы он пришел к выводу, что свинцово-кислотная комбинация принципиально ошибочна и не содержит элементов долговечного коммерческого устройства. Однако в то время он не занимался серьезными поисками другой формы аккумуляторной батареи, поскольку был чрезмерно занят своей системой освещения и другими вопросами.

Здесь для сведения читателя-непрофессионала можно отметить, что свинцово-кислотный тип аккумуляторной батареи состоит из двух или более свинцовых пластин, погруженных в разбавленную серную кислоту и помещенных в сосуд из стекла, твердой резины или другого специального материала, на который кислота не действует. Пластины подготавливаются и «формируются» различными способами, а химические реакции аналогичны вышеупомянутым: положительная пластина окисляется, а отрицательная восстанавливается во время «заряда» и меняются на противоположные во время «разряда». Однако этот тип элемента имеет много серьезных недостатков, присущих самой его природе. Назовем лишь некоторые из них вкратце. Постоянное опадание мелких частиц активного материала часто приводит к короткому замыканию пластин и всегда требует периодической промывки элементов; ухудшение характеристик из-за «сульфатации», если разрядка заходит слишком далеко или если подзарядка не начата достаточно быстро; разрушение близлежащих металлических конструкций коррозионными испарениями, выделяющимися во время заряда и разряда; склонность свинцовых пластин к «короблению» при определенных условиях; ограничение на использование стекла, твердой резины или подобных контейнеров из-за воздействия кислоты; а также огромный вес по отношению к электрической емкости. Чрезвычайно сложный характер химических реакций, происходящих в свинцово-кислотном аккумуляторе, также делает его легкой добычей для множества неприятных проблем.

В 1900 году, когда Эдисон взялся за изобретение аккумуляторной батареи, он заявил, что это будет новый тип, в который не должна входить ни серная, ни какая-либо другая кислота. Он утверждал, что тесное и постоянное соседство кислоты и металла неестественно и несовместимо с идеей долговечности и простоты. Более того, он заявлял, что свинец является нетехнологичным металлом для батареи, будучи тяжелым и лишенным стабильности и упругости, и что, поскольку большинство металлов не подвержено воздействию щелочных растворов, он собирается экспериментировать в этом направлении. Обоснованность его рассуждений в полной мере подтверждается совершенством результатов, полученных в новом типе аккумуляторной батареи, носящей его имя и описываемой ниже.

Основные технические детали этой батареи подробно описаны в статье, написанной одним из сотрудников лаборатории Эдисона, Уолтером Е. Холландом, который в течение многих лет тесно сотрудничал с работой изобретателя над этим элементом. Статья была опубликована в журнале Electrical World, Нью-Йорк, 28 апреля 1910 года; и следующие выдержки из нее позволят составить полное понимание этого изобретения:

"Элемент Эдисона типа 'А' является результатом девяти лет дорогостоящих экспериментов и упорного труда его изобретателя и его соратников...."

"Изобретение Эдисона предполагает использование совершенно новой вольтовой комбинации в щелочном электролите вместо свинцово-пероксидно-свинцовой комбинации и кислого электролита, характерных для всех остальных коммерческих аккумуляторных батарей. Опыт доказал, что это не только обеспечивает долговечность и большую мощность на единицу веса батареи, но, кроме того, устраняет длинный ряд проблем и болезней, присущих свинцово-кислотной комбинации...."

"Принцип, на котором основано действие этой новой батареи, заключается в окислении и восстановлении металлов в электролите, который не соединяется и не растворяет ни сами металлы, ни их оксиды; и в электролите, который, кроме того, хотя и разлагается в результате работы батареи, немедленно воссоздается в равном количестве и, следовательно, по сути является ПОСТОЯННЫМ элементом, не меняющим своей плотности или проводимости.

"Батарея, воплощающая этот базовый принцип, будет обладать ценными свойствами там, где требуются легкость и долговечность. Например, электролит, будучи постоянным фактором, как пояснялось, не требуется в каком-то фиксированном и большом количестве, как в случае с серной кислотой в свинцовой батарее; таким образом, элемент может быть спроектирован с минимальным расстоянием между пластинами и с наибольшей экономией пространства, совместимой с безопасной изоляцией и хорошей механической конструкцией. Опять же, активные материалы электродов, будучи нерастворимыми в электролите и абсолютно не подверженными его воздействию, не подвержены какому-либо химическому разрушению под действием электролита — как бы долго оно ни продолжалось...."

"Электролит батареи Эдисона представляет собой 21-процентный раствор гидроксида калия с добавлением небольшого количества гидроксида лития. Активными металлами электродов, которые окисляются и восстанавливаются в этом электролите без растворения или химического разрушения, являются никель и железо. Эти активные элементы помещаются в пластины НЕ В ВИДЕ МЕТАЛЛОВ, а один из них, никель, — в форме гидрата, а другой, железо, — в виде оксида.

"Корпуса обоих видов активного материала (рис. 1) и поддерживающие их решетки (рис. 2), а также болты, шайбы и гайки, используемые при сборке (рис. 3), и даже удерживающий кожух и его крышка (рис. 4) — все они изготовлены из никелированной стали, материала, в котором наиболее удачно сочетаются легкость, долговечность и механическая прочность, а также материала, вне всяких подозрений устойчивого к коррозии в щелочном электролите...."

"Существенной частью открытия Эдисона, касающегося активных материалов для щелочного аккумулятора, была ПОДГОТОВКА этих материалов. Металлические порошки железа и никеля или даже оксиды этих металлов, подготовленные обычным способом, недостаточно химически активны для работы в батарее. Только тогда, когда удается получить специально подготовленный оксид железа исключительной тонкости и гидрат никеля, отвечающий определенным физическим и химическим стандартам, щелочная батарея становится жизнеспособной. Излишне говорить, что разработка условий и процессов производства этих материалов потребовала огромной изобретательности и бесконечных экспериментов".

Затем в статье рассматриваются исследования Эдисона в области средств поддержки и создания электрического соединения с активными материалами, показываются некоторые встреченные трудности и различные открытия, сделанные при разработке усовершенствованного элемента, после чего автор продолжает описание элемента типа «А» следующим образом:

"Сразу видно, что конструкция обоих видов пластин кардинально различается. Отрицательная, или железная, пластина (рис. 5) имеет привычную конструкцию с плоскими карманами. Каждый отрицательный элемент содержит двадцать четыре кармана — карман размером 1/2 дюйма в ширину и 3 дюйма в длину и имеющий максимальную толщину чуть более 1/8 дюйма. Положительная, или никелевая, пластина (рис. 6), как видно, состоит из двух рядов круглых стержней или трубочек, числом тридцать, удерживаемых в вертикальном положении стальной несущей рамой. Стержни имеют плоские фланцы на концах (образованные заделкой металлического корпуса), с помощью которых они поддерживаются и осуществляется электрическое соединение. Рама прорезана по внутренним горизонтальным краям, а затем отогнута таким образом, чтобы образовать отдельные зажимные губки для каждого концевого фланца. Зажим производится под большим давлением, и получающаяся в результате пластина обладает высокой жесткостью и прочностью.

"Перфорированные трубки, в которые загружается никелевый активный материал, изготовлены из высококачественной никелированной стали. Они соединены с помощью спирального шва в два нахлеста для придания им свойств противостояния расширению, и в качестве дополнительной меры предосторожности снаружи надеты небольшие металлические кольца. Каждая трубка имеет диаметр 1/4 дюйма и длину 4 1/8 дюйма, а также восемь армирующих колец.

"Видно, что положительная пластина 'А' имеет теоретически наилучшую конструкцию для предотвращения расширения и преодоления проблем, связанных с этой причиной. Реальные испытания, длительные и проводимые в весьма суровых условиях, показали, что конструкция выбрана верно и оправдывает самые оптимистичные ожидания".

Затем г-н Холланд в своей статье переходит к объяснению разработки никелевых чешуек в качестве проводящего фактора в положительном элементе, но поскольку это уже описывалось в главе XXII, мы перейдем к более позднему фрагменту, где он говорит:

"Представление об условиях внутри заполненной трубки можно лучше всего получить путем микроскопического исследования. На рис. 7 показан увеличенный разрез регулярно заполненной трубки, распиленной вдоль. Вертикальные ограничивающие стенки — это края перфорированной металлической трубки-оболочки; темные горизонтальные линии — это слои никелевых чешуек, тогда как более светлые толстые слои представляют собой гидрат никеля. Следует отметить, что слои чешуйчатого никеля проходят практически непрерывно по всей ширине трубки и контактируют со стенкой металла с обеих сторон. Эти металлические слои весьма эффективно проводят ток к активному гидрату никеля или от него во всех частях трубки. В трубке длиной 4 1/8 дюйма имеется около трехсот пятидесяти слоев каждого вида материала, причем каждый слой гидрата никеля имеет толщину около 0,01 дюйма; таким образом, видно, что ток не должен проникать очень далеко в гидрат никеля — максимальное расстояние составляет половину толщины слоя. Перфорации удерживающей трубки, через которые электролит достигает активного материала, также показаны на рис. 7".

В заключение в статье перечисляются основные характеристики аккумуляторной батареи Эдисона, которые делают ее наилучшим образом приспособленной для транспортных перевозок: 1. Отсутствие потерь активного материала, следовательно, отсутствие коротких замыканий от осадка. 2. Отсутствие поломок от тряски. 3. Возможность быстрого отсоединения или замены любого элемента без применения квалифицированной рабочей силы. 4. Невозможность «коробления» и безопасность мертвого короткого замыкания. 5. Простота требуемого ухода. 6. Долговечность материалов и конструкции. 7. Невозможность «сульфатации». 8. Полное отсутствие коррозионных испарений. 9. Коммерческие преимущества малого веса. 10. Долговечность благодаря надежности. 11. Высокий практический коэффициент полезного действия.

XIX. ДОМ ИЗ ЗАЛИВНОГО БЕТОНА КОНСТРУКЦИИ ЭДИСОНА

Описанные до сих пор изобретения делятся на две категории: во-первых, те, которые лежали в основе великих искусств и отраслей промышленности, основанных и созданных на их базе, и, во-вторых, те, которые вошли в уже существовавшие ранее производства и расширили их. Однако, переходя к рассмотрению обсуждаемого ныне предмета, мы на момент написания этих строк оказываемся на пороге совершенно нового и неразвитого направления с настолько безграничными возможностями, что его конечные масштабы могут быть предметом лишь предположений.

Бетонный дом Эдисона, однако, затрагивает два основных аспекта: первым из них была концепция или создание САМОЙ ИДЕИ — масштабной и всеобъемлющей — по обеспечению трудящихся непреходящими и санитарно пригодными жилищами путем формования целого дома единым целым в ходе, так сказать, одной операции и настолько просто, чтобы обширные группы таких зданий можно было возводить быстро и по весьма умеренной стоимости. При появлении этой идеи можно было бы предположить, что составить формы и залить туда бетонную смесь — плевое дело. Однако это не так. И здесь возникает второй аспект. Обычная цементная смесь состоит из щебня, песка, цемента и воды. Если такую смесь залить в глубокие формы, тяжелые камни и песок оседают на дно. Если залить смесь в горизонтальную форму, например, в качестве пола дома, камни и песок оседают, образуя неравномерную массу. Именно в этот момент и началось изобретательство, целью которого было создание бетонной смеси, способной преодолеть эту важнейшую трудность. Эдисон с присущей ему тщательностью занялся исследованиями и после серии длительных экспериментов преуспел в изобретении смеси, которая при затвердевании оставалась однородной по всей своей массе. В начале своих экспериментов он создал весьма суровые условия испытаний, построив формы, подобные показанной на эскизе ниже.

Она состояла из полой деревянной формы указанных размеров. Смесь заливалась в воронку до тех пор, пока вся форма не заполнялась, причем смесь текла вниз и вдоль горизонтальных ответвлений и вверх по вертикальным элементам. Ее оставляли до затвердевания смеси, и требованием испытания было обеспечение абсолютной однородности смеси и массы по всему объему. В конце концов это было достигнуто, после чего дальнейшая изобретательская деятельность пошла по инженерному пути, направленному на разработку системы форм, с помощью которых можно было бы отливать пригодные для жилья дома.

Смелость и широта замысла Эдисона прекрасно иллюстрируются его идеей заливного дома, в которой он проявляет свою привычную склонность перевернуть общепринятые методы с ног на голову. По сути, именно этот переворот привычной процедуры заставляет среднестатистического человека с трудом мгновенно уловить всю значимость задействованных принципов и достигнутых результатов.

До сих пор мы привыкли видеть, что возведение дома начинается с фундамента и строится медленно, по кирпичику, из прочных материалов: сначала внешний каркас, затем полы и внутренние стены, за ними лестницы и так далее вплоть до настила крыши. Следовательно, требуется полная перестройка ментальных представлений, чтобы оценить предложение Эдисона строить дом СВЕРХУ ВНИЗ за несколько часов с помощью свободно текущего материала, заливаемого в формы, а через несколько дней убрать формы и обнаружить готовый неразрушимый гигиеничный дом, включая фундамент, каркас, полы, стены, лестницы, дымоходы, сантехнику и крышу, с художественной отделкой внутри и снаружи, и все это в виде единого монолитного куска, как будто он высечен или выдолблен из скалы.

Воплощение в жизнь столь необычайно масштабного проекта требует инженерных и механических концепций высокого порядка, и, как мы видели, Эдисон привлек их к этому вопросу наряду с глубоким знанием составных материалов.

Основные черты этого изобретения легко понять с помощью следующей схематической чертежной схемы в разрезе:

Прежде всего следует понимать, что приведенный выше эскиз представляет собой общие контуры без детализации, исключительно для иллюстрации рабочего принципа; и хотя вертикальная конструкция справа призвана изображать набор форм в положении для формирования трехэтажного дома с подвалом, регулярные детали такого здания (такие как окна, двери, лестницы и т. д.) здесь не показаны, так как они лишь усложнили бы объяснение.

Следует отметить, что здесь действительно имеется два набора форм — внутренний и внешний, оставляющих между собой пространство по всей поверхности. Хотя на эскизе это не показано, на практике через эти два набора форм в различных местах проходят болты, удерживающие их вместе в их относительных положениях. В открытом пространстве между формами размещаются стальные стержни для армирования; кроме того, по всей структуре предусмотрены места для водопроводных и паровых труб, газовых труб и проводов электрического освещения, которые размещаются в соответствующих положениях по мере сборки форм.

В центре крыши можно заметить воронкообразное отверстие. В него с помощью бесконечной цепи ковшей, показанной слева, подается непрерывный поток специальной текучей бетонной смеси. Эта смесь опускается под действием силы тяжести и постепенно заполняет все пространство между двумя комплектами форм. Подача материала — или «заливка», как ее называют — продолжается до тех пор, пока каждая часть пространства не будет заполнена и смесь не сравняется с кончиком крыши, завершая таким образом заливку или отливку дома. Спустя несколько дней бетон достаточно затвердеет, чтобы можно было убрать формы, оставив целый дом, от пола подвала до кончика крыши, завершенный во всех деталях, вплоть до каминных полок и лепнины для картин, и требующий лишь окон, дверей, сантехники, отопительных и осветительных приборов, чтобы быть готовым к проживанию.

На приведенном выше эскизе бетономешалки А, В приводятся в движение электродвигателем С. По мере перемешивания материал опускается в резервуар D и по желобу поступает в нижний резервуар Е, в котором он постоянно перемешивается и из которого захватывается бесконечной цепью ковшей и сбрасывается в воронкообразное отверстие в верхней части форм, как описано выше.

Формы изготовлены из чугуна секциями такого размера и веса, которые наиболее удобны для обращения, в основном деталями, не превышающими два на четыре фута в прямоугольных размерах. Нижеприведенный эскиз показывает внешний вид нескольких таких форм в собранном на болтах виде, причем пересекающиеся центральные части представляют собой ребра, которые включены в состав отливки для придания прочности и жесткости.

Представленные выше формы предназначены для прямых работ, таких как стены и полы. Формы, предназначенные для лестниц, карнизов, выступов крыши, окон, дверных проемов и т. д., имеют гораздо более сложную конструкцию, хотя в их основе лежат те же общие принципы.

Хотя философия заливки или отливки целого дома целиком кажется довольно простой, развитие инженерных и механических вопросов включает в себя решение огромного числа сложнейших проблем, охватывающих не только здание в целом, но и его многочисленные детали, вплоть до мельчайших подробностей. Безопасность, удобство, долговечность и практическая невозможность изменить монолитное жилище — вот вопросы, с которыми необходимо столкнуться до его строительства, и поэтому Эдисон спокойно продолжал свой путь к цели, которая всегда была четко у него перед глазами, проявляя полное равнодушие к критике и насмешкам тех, кто в качестве «экспертов» заявлял о своем абсолютном знании невозможности осуществления им этой дерзкой схемы.

СПИСОК ПАТЕНТОВ США

Список патентов США, выданных Томасу А. Эдисону, расположенных в соответствии с датами подачи заявок на эти патенты. Этот список показывает изобретения по мере того, как мистер Эдисон работал над ними из года в год 1868 НОМЕР НАЗВАНИЕ ПАТЕНТА ДАТА ОФОРМЛЕНИЯ ДАТА ОФОРМЛЕНИЯ 90,646, Электрографический регистратор голосов . . . . .13 окт. 1868 г. 1869 91,527 Телеграфный аппарат с печатью (перевыдан 25 октября 1870 года, номер 4166, и 5 августа 1873 года, номер 5519). . . . . . . .25 янв. 1869 г. 96,567 Аппарат для телеграфа с печатью (перевыдан 1 февраля 1870 года, номер 3820). . . . . . . . . . . . . . . . .17 авг. 1869 г. 96,681 Электрический выключатель для телеграфного аппарата 27 авг. 1869 г. 102,320 Телеграф с печатью — Поуп и Эдисон (перевыдан 17 апреля 1877 года, номер 7621, и 9 декабря 1884 года, номер 10,542). . . . . . . . . . . . . . . . 16 сент. 1869 г. 103,924 Телеграфы с печатью — Поуп и Эдисон (перевыдан 5 августа 1873 года) 1870 103,035 Электродвигательный спуск. . . . . . . . 5 февр. 1870 г. 128,608 Телеграфные приборы с печатью . . . . .4 мая 1870 г. 114,656 Телеграфные передающие приборы . .22 июня 1870 г. 114,658 Электромагниты для телеграфных приборов. . . . . . . . . . . . . . . . .22 июня 1870 г. 114,657 Релейные магниты для телеграфных приборов. . . . . . . . . . . . . . . . .6 сент. 1870 г. 111,112 Регуляторы электродвигателей . . . . . .29 июня 1870 г. 113,033 Аппарат телеграфа с печатью . . . . .17 нояб. 1870 г. 1871 113,034 Аппарат телеграфа с печатью . . . . .10 янв. 1871 г. 123,005 Телеграфный аппарат. . . . . . . . . . .26 июля 1871 г. 123,006 Телеграф с печатью . . . . . . . . . . .26 июля 1871 г. 123,984 Телеграфный аппарат. . . . . . . . . . .26 июля 1871 г. 124,800 Телеграфные регистрирующие приборы. . .12 авг. 1871 г. 121,601 Оборудование для перфорирования бумаги для телеграфных целей . . . . . . . . . . .16 авг. 1871 г. 126,535 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .13 нояб. 1871 г. 133,841 Пишущая машина. . . . . . . . . . . .13 нояб. 1871 г. 1872 126,532 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . . .3 янв. 1872 г. 126,531 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . .17 янв. 1872 г. 126,534 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . .17 янв. 1872 г. 126,528 Колеса с символами для телеграфов с печатью. .Jan. 23, 1872 126,529 Колеса с символами для телеграфов с печатью. .Jan. 23, 1872 126,530 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .14 февр. 1872 г. 126,533 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .14 февр. 1872 г. 132,456 Аппарат для перфорирования бумаги для телеграфного использования. . . . . . . . . . . 15 марта 1872 г. 132,455 Усовершенствование бумаги для химических телеграфов . . . . . . . . . . . . . 10 апреля 1872 г. 133,019 Электрическая печатная машина. . . . . 18 апреля 1872 г. 128,131 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . 26 апреля 1872 г. 128,604 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . 26 апреля 1872 г. 128,605 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . 26 апреля 1872 г. 128,606 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . 26 апреля 1872 г. 128,607 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . 26 апреля 1872 г. 131,334 Реоtомы или переключатели цепей . . . . .6 мая 1872 г. 134,867 Автоматические телеграфные приборы. . . . .6 мая 1872 г. 134,868 Электромагнитные регуляторы . . . . . . .6 мая 1872 г. 130,795 Электромагниты. . . . . . . . . . . . .9 мая 1872 г. 131,342 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . . .9 мая 1872 г. 131,341 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . . 28 мая 1872 г. 131,337 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .10 июня 1872 г. 131,340 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .10 июня 1872 г. 131,343 Передатчики и цепи для телеграфа с печатью. . . . . . . . . . . . . . . . .10 июня 1872 г. 131,335 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .15 июня 1872 г. 131,336 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .15 июня 1872 г. 131,338 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .29 июня 1872 г. 131,339 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .29 июня 1872 г. 131,344 Стопоры синхронизации для телеграфов с печатью .29 июня 1872 г. 134,866 Печатные и телеграфные приборы . . .Oct. 16, 1872 138,869 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .16 окт. 1872 г. 142,999 Гальванические батареи . . . . . . . . .31 окт. 1872 г. 141,772 Автоматические или химические телеграфы . . . 5 нояб. 1872 г. 135,531 Цепи для химических телеграфов . . . 9 нояб. 1872 г. 146,812 Телеграфные сигнальные коробки . . . . . .26 нояб. 1872 г. 141,773 Цепи для автоматических телеграфов. . .Дек. 12, 1872 141,776 Цепи для автоматических телеграфов. . .Дек. 12, 1872 150,848 Химические или автоматические телеграфы . . .Дек. 12, 1872

1873 139,128 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .21 янв. 1873 г. 139,129 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .13 февр. 1873 г. 140,487 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .13 февр. 1873 г. 140,489 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .13 февр. 1873 г. 138,870 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . .7 марта 1873 г. 141,774 Химические телеграфы. . . . . . . . . . .7 марта 1873 г. 141,775 Перфоратор для автоматических телеграфов. .7 марта 1873 г. 141,777 Релейные магниты. . . . . . . . . . . . .7 марта 1873 г. 142,688 Электрические регуляторы для передающих приборов . . . . . . . . . . . . . . .7 марта 1873 г. 156,843 Дуплексные химические телеграфы . . . . . .7 марта 1873 г. 147,312 Перфораторы для автоматической телеграфии 24 марта 1873 г. 147,314 Цепи для химических телеграфов . . 24 марта 1873 г. 150,847 Приемные приборы для химических телеграфов . . . . . . . . . . . . . 24 марта 1873 г. 140,488 Телеграфы с печатью. . . . . . . . . . 23 апреля 1873 г. 147,311 Электрические телеграфы. . . . . . . . . 23 апреля 1873 г. 147,313 Химические телеграфы. . . . . . . . . . 23 апреля 1873 г. 147,917 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . 23 апреля 1873 г. 150,846 Телеграфные реле . . . . . . . . . . . 23 апреля 1873 г. 160,405 Регулируемые электромагниты для реле и т. д. . . . . . . . . . . . . . 23 апреля 1873 г. 162,633 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . 22 апреля 1873 г. 151,209 Автоматическая телеграфия и ее перфораторы . . . . . . . . . . . . . . . .25 авг. 1873 г. 160,402 Растворы для бумаги химического телеграфа 29 сент. 1873 г. 160,404 Растворы для бумаги химического телеграфа 29 сент. 1873 г. 160,580 Растворы для бумаги химического телеграфа 14 окт. 1873 г. 160,403 Растворы для бумаги химического телеграфа 29 окт. 1873 г. 1874

154,788 Сигнальная коробка окружного телеграфа. . . . .2 апреля 1874 г. 168,004 Телеграф с печатью . . . . . . . . . . . 22 мая 1874 г. 166,859 Химическая телеграфия. . . . . . . . . . 1 июня 1874 г. 166,860 Химическая телеграфия. . . . . . . . . . 1 июня 1874 г. 166,861 Химическая телеграфия. . . . . . . . . . 1 июня 1874 г. 158,787 Телеграфный аппарат. . . . . . . . . . . 7 авг. 1874 г. 172,305 Автоматический телеграф с римскими символами. . . . . . . . . . . . . . . . . 7 авг. 1874 г. 173,718 Автоматическая телеграфия . . . . . . . . 7 авг. 1874 г. 178,221 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . 19 авг. 1874 г. 178,222 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . .19 авг. 1874 г. 178,223 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . .19 авг. 1874 г. 180,858 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . .19 авг. 1874 г. 207,723 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . .19 авг. 1874 г. 480,567 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . .19 авг. 1874 г. 207,724 Дуплексные телеграфы. . . . . . . . . . .14 дек. 1874 г.