Густав Лаваль - [12]

Сепаратор

Центробежная машина, служащая для разделения тел различного удельного веса при помощи центробежной силы, развивающейся от быстрого вращения, в своем примитивнейшем виде была, очевидно, известна еще в доисторические времена. Как это неизменно случалось с изобретениями древнейших времен, человек научился пользоваться некоторыми законами природы для практических целей еще задолго до того, как наука открыла эти законы. Использование центробежной силы произошло впервые, надо полагать, на Востоке, в Китае с его древней культурой. Здесь употреблялся тыквенный сосуд, обвязанный веревкой, который вращали с наибольшей для человеческой силы быстротой. При быстром вращении такого сосуда, наполненного плодами, из них брызгал сок или масло, и для добычи последнего главным образом и прибегали к центробежной силе.

Дальнейшее развитие той же идеи можно видеть в аппаратах, применявшихся для добывания тростникового сахара и меда. В главных чертах всякая центробежная машина состоит и теперь из полого цилиндрического барабана, состоящего из двух кожухов — цельного наружного и внутреннего с массой мелких отверстий. Барабан с загруженной в него массой, подвергающейся обработке, — приводится во вращение со скоростью до двух тысяч оборотов в минуту. Развивающаяся при такой скорости центробежная сила прижимает массу к внутреннему дырчатому кожуху барабана, и жидкость, проходя через отверстия во внутреннее пространство, отделяется таким образом от твердой части массы.

Действие центробежной силы нашло себе применение в устройстве таких приборов, как праща, или метательная машина. Праща представляет собой самое простое применение центробежной силы: в кожаную сумочку вкладывается свободно камень и при помощи двух привязанных к ней шнуров приводится в быстрое вращательное движение. Если в нужный момент отпустить один из шнуров, то камень полетит из сумочки вперед в определенном направлении с весьма значительной скоростью, сообщаемой камню живой силой, или кинетической энергией тела.

Величина центробежной силы соразмерна живой силе движущегося тела, и она растет пропорционально квадрату скорости; при очень больших скоростях вращательного движения она становится весьма значительной. Так, вращаемый на шнурке камень при быстром вращении может оборвать шнурок.

Действие центробежной силы легко обнаруживается, например, при вращении сосуда с водой около его вертикальной оси: вода по краям сосуда поднимется и будет переливаться через его стенки.

Между прочим и известный прибор Брауна для измерения скорости вращения также построен на использовании центробежной силы: с увеличением скорости вращения жидкость в приборе поднимается по стенкам сосуда, на которых нанесены соответствующие числу оборотов деления.

Вращающийся сосуд с водой и прибор Брауна

В природе действие центробежной силы проявляется в очень больших размерах. Сжатие земли вблизи полюсов также обязано своим происхождением центробежной силе. На других планетах, которые по своей величине превосходят нашу, особенно на Сатурне, центробежная сила проявляется еще сильнее. На Сатурне вблизи экватора она преодолела силу тяжести, так что частицы жидкой и пластичной материи отделились от планеты и образовали особый пояс вокруг планеты, известный под названием «колец Сатурна». Таким путем, надо думать, объясняется и происхождение спутников других планет.

Действие центробежной силы, таким образом, может отчасти уничтожать силу земного притяжения, т. е. силу тяжести тела. Если бы земля вращалась в семнадцать раз быстрее, то сила тяжести и центробежная сила взаимно уничтожили бы одна другую, и тогда все предметы, находясь в плоскости экватора, не имели бы веса, и камень, брошенный вверх, уже не вернулся бы на землю, а стал бы вращаться около земли или же, при большой начальной скорости, ушел бы за пределы земного притяжения и стал бы двигаться в междупланетном пространстве до тех пор, пока не подчинился бы влиянию другой планеты.

Действие центробежной силы может стать разрушительным и очень часто было и остается причиной всякого рода катастроф: центробежная сила может разнести на куски маховое колесо двигателя, если при постройке его неправильно рассчитано действие центробежной силы или если скорость его вращения переходит за пределы, допускаемые прочностью материала, из которого оно сделано.

Вследствие этого машины, построенные на принципе действия центробежной силы, всегда внушали к себе недоверие, особенно до той поры, пока не были найдены достаточно прочные материалы и разработаны научные основы техники.

Центробежные машины в середине XIX века начали находить себе широкое применение во многих областях промышленной техники. Особенное распространение получили сахарные центрофуги, употреблявшиеся для отделения патоки из сахарной массы. Мысль о возможности использования центробежной силы для иных целей, кроме отделения жидкого тела от твердого, высказывалась фабрикантом центрофуг Альбертом Феска в Берлине, который и занимался опытами подобного рода.

Мысль о применении центробежной силы для отделения сливок от молока впервые высказана была профессором Фуксом в Карлсруэ, окрестности которого изобиловали молочными фермами. Он даже построил небольшой центробежный аппарат для опыта со сливками. Это было в 1859 году. Но лишь в 1864 году мюнхенский пивовар А. Прандтль, практически применив центробежную машину, очень похожую на тыквенный китайский сосуд, добился цели: при вращении оси со скоростью до 400 оборотов в минуту ему удалось через полчаса получить во вращаемом сосуде густые сливки, обладавшие плотностью масла. Однако сам Прандтль нашел, что затрата труда и сил при этом настолько велика, что изобретение очевидно не имеет никакого практического смысла, и прекратил дальнейшие опыты.