Промышленность 19 века развивалась стремительно: машины и механизмы стали изготавливаться преимущественно из металла. Это потребовало выделения машиностроения в особую отрасль. В этот период появились принципиально новые типы металлообрабатывающих станков, заложившие основу современной индустрии.
Металлообрабатывающие станки и стандартизация
Создание точных машин стало возможным благодаря изобретениям выдающихся инженеров:
- В 1817 г. Р. Робертс создал один из первых строгальных станков.
- В 1818 г. Э. Уитни построил фрезерный станок с многорезцовым инструментом.
- В 1835 г. Джозеф Витворт запатентовал автоматический токарно-винторезный станок.
- В 1839 г. Иоганн Георг Бодмер разработал карусельный станок для обработки крупных деталей.
В те же годы Джемс Нэсмит построил долбежный станок и конструкцию парового молота. Важнейшим фактором промышленного переворота 19 века стала тенденция к стандартизации и взаимозаменяемости деталей машин, что позволило перейти к массовому производству.
Химическая промышленность 19 века
В новых отраслях производства, достигших значительных успехов в годы промышленного переворота, видное место заняла химическая промышленность, производящая вещества, необходимые для производства стекла, взрывчатых веществ, красок, отбеливателей, искусственных удобрений, фармацевтических препаратов и т. п. Практическое значение начала приобретать химия синтетических веществ — пластмасс, изоляционных материалов, искусственного волокна т. д.
«В 1869 г. был получен целлулоид, а в 1890-х началось производство нитрошелка. Важнейшим достижением конца века стала разработка крекинг-процесса (Д. И. Менделеев, В. Г. Шухов), позволившего получать бензин из нефти для нужд транспорта».
В 1899-1900 гг. работы русского ученого И. Л. Кондакова открыли возможность получения синтетического каучука из углеводов (практически это было осуществлено позднее в Германии). Тогда же были предложены способы изготовления аммиака — исходного вещества для производства азотной кислоты, необходимой в производстве красителей, удобрений и взрывчатых веществ.
В конце века во многих странах в связи с распространением двигателей внутреннего сгорания и возрастанием потребности в легком жидком топливе начались поиски способов переработки нефти, обеспечивающих повышенный выход бензина. Д. И. Менделеевым был предложен метод разложения нефти при высоких давлениях и температурах, т. н. крекинг-процесс, развитый затем многими учеными, в частности В. Г. Шуховым.
Паровая машина — основной двигатель 19 века
Поршневая паровая машина двойного действия с расширением пара являлась фундаментом индустрии в 19 веке. Все элементы паросиловой установки — котел, двигатель и передаточный механизм — подвергались непрерывным усовершенствованиям. Паровые машины с повышенным давлением активно строились в Америке, Англии и Германии.
«В 1822 г. Дж. Перкинс (США) и в 1828 г. Э. Альбан (Германия) создали установки высокого давления — до 45–50 атмосфер. В России над аналогичными котлами в то же время успешно работал инженер С. В. Литвинов».
Во второй половине 19 века, после исследований Г. А. Гирна во Франции, началось применение перегретого пара для повышения КПД. Мощность отдельных двигателей уже превышала 1000 лошадиных сил. При шахтах и фабриках возводились особые корпуса для котельных и машинных отделений. Наряду со стационарными установками в практику вошли локомобили — передвижные паросиловые машины, ставшие незаменимыми в сельском хозяйстве и строительстве.
Двигатели внутреннего сгорания — поиски новой энергии
Развитие мировой торговли требовало более легких и мощных источников энергии для транспорта. Научно-техническая мысль привела к созданию двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Первые газовые модели разработали Ж. Ж. Э. Ленуар (Франция), Н. А. Отто и Э. Ланген (Германия) в 1860–1867 гг.
Настоящим прорывом стал двигатель Рудольфа Дизеля, представленный в 1897 году. В нем сочетались принципы предварительного сжатия воздуха, впрыска и самовоспламенения топлива. Благодаря высокому КПД и способности надежно работать на нефти, дизельный двигатель получил стремительное распространение в промышленности и на транспорте.
Электрификация и рождение электростанций
Параллельно шло развитие электродвигателей. Еще в 1834 г. выдающийся русский ученый Б. С. Якоби построил первый электромагнитный двигатель, который в 1838 г. привел в движение судно на Неве. К концу 19 века электроэнергия стала новой энергетической основой цивилизации.
«Появление динамо-машин в 1870-х гг. и решение проблемы передачи тока на расстояния в начале 1890-х позволили строить централизованные электростанции. Это избавило заводы от необходимости содержать собственные энергетические корпуса».
Для роста выработки энергии требовалось преодолеть громоздкость агрегатов. К примеру, станция в Нью-Йорке (1898 г.) мощностью 30 тыс. кВт занимала целое многоэтажное здание с 12 машинами и 87 котлами. Решением стали тепловые турбины:
- В 1899 г. в Германии успешно испытана многоступенчатая паровая турбина Ч. Парсонса.
- В 1896 г. мощные гидравлические турбины новой конструкции были установлены на Ниагарской ГЭС.
Эти изобретения сделали производство энергии более компактным, экономичным и эффективным, завершив техническую революцию столетия.
Металлургия в 19 веке: сталь и алюминий
Быстрый рост машиностроения и металлообработки в 19 века требовал резкого увеличения добычи руды и каменного угля, выплавки чугуна, выделки железа и стали. Важную роль в развитии металлургии сыграло железнодорожное строительство. Огромный спрос на рельсы, скрепления, части мостов и т. п. обусловил внедрение новых технологических процессов в металлургии. Совершенствовались конструкции доменных печей, стали использоваться методы горячего дутья, использование раскаленных газов для подогрева воздуха, подаваемого в домны.
«Внедрение бессемеровского (1850-е) и мартеновского (1864) способов позволило увеличить мировое производство стали на 70%. В России П. П. Аносов и П. М. Обухов создали уникальные технологии производства булатов и легированных сталей».
Технические новшества коснулись также цветной металлургии, в частности, новый способ получения алюминия немецкого химика Ф. Велера и технологические усовершенствования, предложенные французским геологом А. Э. Сен-Клер Девилем и русским химиком Н. Н. Бекетовым (1880-е гг.), позволили впоследствии превратить алюминий из металла, приравненного по цене к драгоценным, в один из наиболее дешевых и распространенных металлов.
Значительно усовершенствовались также методы электролитического производства меди, примененного впервые в 1878 г. Первый электролитический завод по производству меди в России был построен в 1890 г.
Полиграфическая и бумажная промышленность
С первых десятилетий 19 века появилось много типов наборных машин, преимущественно в Англии. Были усовершенствованы типографские станки, превращавшиеся в скоропечатные машины.
В 1860-х гг. в США и Европе появились ротационные машины, печатавшие одновременно на обеих сторонах бумажной ленты, разматываемой с рулона и прижимаемой к двум барабанам с надетыми на них печатными формами. В результате резко возросла производительность типографий. Развитие полиграфии стимулировало и бурный рост бумажной промышленности. Стала все шире применяться выделка бумаги из древесной массы, впервые предложенная Ф. Келлером в Германии в 1844 г.
Наряду с литографией получают все большее применение химические и фотомеханические способы изготовления клише, основанные на гальванопластике и фотографии.
Индустриальные достижения этого периода сформировали материально-техническую базу, на которой стоит современный мир.