Карбидные фонари

Каждый, кто видел работающую карбидную лампу, замечал — насколько яркий и чистый свет она дает. Обыкновенная керосиновая лампа (без калильной сетки) не идет ни в какое сравнение с карбидной лампой, ни по яркости, ни по спектру. И, несмотря на 21 век, карбидные лампы до сих пор продаются — они до сих пор незаменимы для спелеологов. Ну а в древнем мире это было бы революцией. Итак, что для этого требуется?

Их химических веществ требуется только одно — сам карбид кальция. При соединении с водой он образует ацетилен, который прекрасно горит. Красивый свет получается из-за того, что горение ацетилена очень высокотемпературно — 3300°С, что по закону Планка как свечение абсолютно черного тела — дает максимум именно в видимой части спектра. Поэтому светоотдача у карбидной лампы очень высока.

Конструкций карбидных ламп существует множество. «Множество» — это когда в 19-м веке составляли каталог конструкций, то количество пунктов перевалило за 200. Просто потому, что область применения была очень широкой — от шахтеров до шоферов. Однако, отличаются они мелкими конструкторскими деталями, системами поджига, рефлекторами и технологией производства.

Мы не будем сейчас рассматривать вычурные конструкции художественного исполнения, ведь принцип действия карбидной лампы одинаков. В конце концов в любой эпохе достаточно дизайнеров, которые доведут форму до совершенства. Рассмотрим самую простую конструкцию, которая применялась в шахтах.

Тут есть две емкости. В верхней находилась вода, в нижней карбид кальция. Вода через трубку капала в нижнюю емкость, карбид разлагался и по выводящей трубе (она же горелка) подавался в центр рефлектора, где великолепно сгорал. Технологически такая конструкция по силам не только Древнему Риму, но и Древнему Египту.

Однако, по принципу действия лампы делились на два типа — открытого и закрытого. «Открытый» и «закрытый» относятся к конструкции емкости для воды (емкость для карбида всегда должна быть закрыта). В лампах открытого типа емкость воды соединена с атмосферой, а в в лампах закрытого типа заливное отверстие заткнуто наглухо.

В лампе открытого типа вырабатываемый газ при его излишке (который не успевает выходить через форсунку) пробулькивается через трубку в камеру с водой и давление уравновешивается. В лампе такой конструкции давление газа не может превышать давление водяного столба в бачке. Поэтому когда вода заканчивается, то давление газа в форсунке падает и пламя уменьшается. Кроме того, если вода течет слишком быстро, то газа вырабатываться слишком много, он не успевает выходить через форсунку и постоянно стравливается через бачок, поэтому лампы открытого типа неэкономны. Также с ними нужно обращаться осторожней — не размахивать и не наклонять, чтобы не расплескать воду. Ну и при болтании давление воды скачет, ацетилен стравливается скачками, пламя мигает вплоть до угасания. Соответственно, как автомобильную фару лампы открытого типа не ставили.

В лампе закрытого типа есть еще один конструктивный элемент — трубка, которая выходит из ацетиленовой емкости выше уровня воды, а сама емкость плотно закрыта. В результате давление ацетилена не зависит ни от атмосферного давления, ни от давления воды. Но из-за этого эта лампа может «разгоняться» — повышение давления ацетилена выгоняет дополнительную воду на карбид, которая дает еще больше ацетилена. В результате пламя может превратится в дикого размера факел. Кроме всего прочего, это лишний расход карбида, хотя лампа закрытого типа чуть ли не в полтора раза экономнее открытого типа. Поэтому конструкция лампы закрытого типа должна предусматривать быструю раскупорку водяного бачка, что при отсутствии резьбовой крышки в древности может оказаться затруднительным.

При конструировании помните, что емкость для карбида должна быть съемной или оставлено окно для заполнения.

Собственно, это все, что нужно знать о карбидной лампе, чтобы создать свою простейшую конструкцию. Делают их сейчас из множества материалов — латунь, нержавейка, пластмасса, дюраль. В древние времена вполне можно сделать из латуни, где завальцовывая, а где паяя оловом.

Карбидная лампа до сих пор производится потому, что держит рекорд по соотношению вес/количество света/длительность работы.
Конечно, сегодняшние лампы с пьезоподжигом и часто комбинированные карбид-электрические. Но нам в древнем мире излишества не нужны.

Ацетиленовый генератор представляет собой корпус цилиндрической формы, который состоит из ресивера-промывателя и камеры-вытеснителя. В камере вытеснителе располагается газообразователь, в который через горловину вставляется загрузочное устройство. Оно состоит из крышки (с втулкой), в которую вставляется шток, на нем зафиксировано коромысло, в свою очередь на коромысле прицеплена корзина. Для того чтобы воздух не проникал внутрь, на горловине зафиксирован специальный резиновый уплотнитель. Процесс работы генератора ацетиленового происходит следующим образом : во время помещения загрузочной корзины (устройства) и емкости с карбидом кальция в воду, происходит выпускание ацетилена, следовательно постепенно увеличивается давление. Повышение давления способствует оттеснения воды из гадообразователя в отверстие вытеснительной камеры, что прекращает реакцию. При выкачивании газа из генератора, уменьшается давление в газообразователе уменьшается и вода начинает контактировать с карбидом кальция. Емкость генератора может помещать 400 г карбида, вес изделия 400 г.

Так уж получилось, что человек неуютно чувствует себя в темноте. Тем не менее, в этой самой темноте человеку, волей или неволей, оказываться приходится часто. Локальные источники света – фонари – очень выручают, но, если вместе со светом необходимы еще и свободные руки, то никак не обойтись без фонарей налобных, которые благодаря своему креплению на головном уборе или непосредственно голове человека так удобно светят именно туда, куда в данный конкретный момент эта голова повернута.

Появились надобные фонари совсем не как прихоть, а как жизненно важная необходимость – освещать индивидуальное рабочее пространство шахтеров, горняков, спелеологов. Без света под землей работать невозможно и светильники в шахтах были всегда. А еще в первых шахтах были лошади. Бедных животных использовали для перевозки вагонеток. Шахтеров, которые работали с лошадями, называли коногонами. Именно коногоны использовали первые налобные светильники – масляные лампы, которые и прозвали коногонками.

Такими были самые первые налобные фонари

Первым источником света был огонь. Но в шахтах в больших количествах может скапливаться метан и другие горючие рудничные газы. А их контакт с открытым пламенем может привести к мощному взрыву. С другой стороны, полностью отделить огонь от окружающей среды нельзя – для горения необходим приток воздуха и отвод продуктов горения. Решение появилось в начале ХIX века, когда после первого крупного взрыва в шахте, английский химик и физик Гумфри Дэви предложил изолировать пламя достаточно частой медной сеткой.

Лампа Дэви

Металл отбирал тепло, в результате чего пламя не распространялось за пределы сетки. Усовершенствованная лампа Дэви была снабжена цилиндром из толстого стекла, а в качестве горючего использовался бензин. Одна из разновидностей таких ламп – лампа Вольфа – получила широкое распространение на территории современной Украины и России и активно использовалась до 30-х годов ХХ века.

Лампа Вольфа

В конце XIX – начале ХХ века в Германии была изобретена ацетиленовая лампа. Источником света в ней служило пламя горения ацетилена – газа, который образовывался при воздействии воды на карбид кальция. Лампа очень понравилась горнякам – резервуар с карбидом можно было соединить с горелкой гибкой трубкой, а саму горелку с рефлектором закрепить на каске. Такие лампы можно было использовать далеко не везде – у них было открытое пламя и там, где был метан, продолжали использовать лампы Вольфа. Ацетиленовые лампы использовались в России вплоть до 50-х годов ХХ века.

Ацетиленовая лампа

Начиная с 30-х годов ХХ века стали появляться аккумуляторные светильники с лампами накаливания. Они начали использовались все шире и шире и постепенно полностью вытеснили старые светильники.

Первая аккумуляторная лампа

Начиная с 50-х годов коногонки приобрели современный вид. Блок аккумуляторов крепится на поясе, а рефлектор с лампой – на каске шахтера. Светильники совершенствуются, но принципиально конструкция остается неизменной и по сей день.

Современная шахтерская лампа

Удобство использования налобных фонарей мгновенно оценили широко за пределами шахт и рудников; по мере развития источников света и источников питания стало появляться огромное количество их видов.

Сейчас подавляющее большинство налобных фонарей используют светодиоды в качестве источника света. Светодиодные налобные фонари питаются от современных аккумуляторов или нескольких стандартных мелких батареек. Блок управления может быть как предельно простым, так и весьма сложным, с большим количеством режимов свечения. Оптическая система может обеспечивать любой желаемый угол рассевания света. Налобные аккумуляторные фонари с мощными светодиодами могут иметь внушительные батарейные отсеки. Чтобы это не доставляло неудобство в использовании, батареи иногда отделяют от оптических блоков и размещают по бокам или сзади головы, реже – вообще переносят их на пояс. К основным белым светодиодам часто добавляют один или несколько цветных – красных, синих или зеленых.

Современные светодиодные налобные фонари – это большой сегмент индивидуальных осветительных приборов, типичные представители которых уже сейчас могут обеспечить долгие часы яркого свечения, что не так давно было еще немыслимо. Сейчас фонарь на голову можно выбрать в очень широком ценовом диапазоне и под любые практические потребности. И это далеко не конец – самое интересное в истории налобных фонарей еще только начинается!

Читайте также статью «Светодиод. История развития» о развитии основных источников света налобных фонарей — светодиодов.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *