От амфоры до тетрапака

А еще раньше сила вращения использовалась человеком на охоте и в военных сражениях. Ведь, согласно легенде, именно камнем, пущенным из раскрученной пращи, юноша Давид поразил великана Голиафа. Впрочем, о том, сколь действенно вращательное движение, можно судить и по сегодняшним примерам. Скажем, сопоставив спортивные результаты толкателей ядра и метателей молота. И тот и другой снаряд имеют одинаковую массу, но рекорд в первой дисциплине едва выходит за 23 метра, а вот метатели, раскрутив свой снаряд на 2-метровом тросе, посылают молот за отметку 86 метров.

Что же касается такой сугубо хозяйственной цели, как выделение сливок из молока, то здесь попытки приспособить могучую центробежную силу относятся лишь к середине XIX века. Начало теоретическим исследованиям в этой области положил голландский физик, механик и математик Христиан Гюйгенс, а первым, кто создал центробежное устройство, способное отделять сливки от молока, был профессор Фукс из немецкого города Карлсруэ. В 1859 году он предложил для этой цели центрифугу, представляющую собой вал с крестовиной, на которую подвешивались небольшие сосуды с молоком. Двумя годами позже его соотечественник Феск подал в Тельтовское сельскохозяйственное общество аналогичную заявку, не получившую, правда, практического воплощения. В 1864 году баварский пивовар Прандтль провел испытания своей центрифуги, в которой вокруг вертикальной металлической оси на крюках вращались два ведра с молоком (рис. 33, а).

Спустя десятилетие на международной сельскохозяйственной выставке в Бремене демонстрировалась установка Вильгельма Лефельдта, напоминавшая устройства Фукса и Прандтля. Горизонтальный диск этой центрифуги с подвешенными на крючках молочными ведрами (рис. 33, б) вращался с частотой 800— 1000 оборотов в минуту, что обеспечивало обработку одной порции молока в среднем за четверть часа. Как видим, конструкция получилась весьма громоздкой. Но уже через три года Лефельдт предложил усовершенствованную центрифугу, в которой главным рабочим звеном стал вертикальный, вращающийся вокруг своей оси цилиндр (рис. 34, а), приводимый в действие паровой поршневой машиной. Несомненно, это был шаг вперед, однако только на раскрутку центрифуги, вмещающей около 100 литров молока, требовалось почти полчаса и столько же времени уходило на ее остановку.

Подлинный же переворот в этой области произвела установка (рис. 35), предложенная шведским инженером Густавом Лавалем в 1878 году, которую он назвал сепаратором (от латинского separator — отделитель). С этим изобретением связана такая история. Лаваль жил по соседству с молочником, и тот однажды посетовал, что на выделение сливок из молока приходится тратить много времени. Инженеру подобная задача показалась интересной, он стал размышлять о ее решении и пришел к выводу, что процесс можно значительно ускорить, использовав центробежное ускорение. Для проверки своих предложений Лаваль применил специальный полый барабан, который наполняли цельным молоком и приводили в стремительное (с частотой около 6—7 тысяч оборотов в минуту) круговое вращение. В результате опыта обнаружилось, что жировые шарики (сливки) собираются в центре барабана, а сыворотка оттесняется к его краям. Первая, периодически действующая конструкция не получила широкого распространения, но ее рабочий орган — вращающийся цилиндр явился основой для дальнейших усовершенствований.

Рис. 34. Барабанная центрифуга Лефельдта (а) и приводной механизм ручного сепаратора (б):

1 — рукоятка; 2 — верхний горизонтальный вал, 3 — большая шестерня; 4 — малая шестерня; 5 — нижний горизонтальный вал; 6 — стопорный болт; 7 — червячное колесо, 8 — вертикальный вал (веретено) ; 9 — подшипник; 10 — упорная втулка, 11 — подпятник; 12 — горловой подшипник с амортизатором.

Рис. 35.Внешний вид сепаратора Лаваля.