Приборы, требующие особых приёмов для содержания в порядке: воздушные насосы

Тип двухцилиндрового воздушного насоса, встречающийся обыкновенно в физических кабинетах, довольно хорош; только от засыхания масла он легко приходит в расстройство и редко может снова хорошо действовать, простояв год в шкапу. Не выдерживают такие насосы и ежедневной лабораторной работы: тут обыкновенно случаются поломки и истирание движущихся его частей.

Устройство этих насосов общеизвестно и описано в различных курсах, поэтому здесь на нём останавливаться не нужно, а можно прямо приступить к делу.

Иногда масло так сгустится, что сразу нельзя бывает сдвинуть поршни с места. В таком случае надо попробовать нажимать на рычаг в течение двух-трёх минут: вязкое масло не может сопротивляться продолжительному давлению и часто уступает. Если успеха не будет, надо поставить весь насос к печке или против душника воздушного отопления, чтобы он сильно согрелся; тогда масло размягчится, и поршни можно будет сдвинуть. Но при таких условиях насос хорошо качать, вероятно, не станет: клапаны или присохли, или не держат; приходится насос разбирать и чистить.

Для чистки полезно запастись «хлопчатобумажными концами», потому что полотенца от старого машинного масла так загрязняются, что их отмыть не удаётся и бутылкой бензина*. (*При свечках или вообще при огне мыть что-либо бензином не полагается; это очень опасно. Конечно, при этом курить нельзя). Отвинтив обе шишки на столбиках насоса и развинтив винты, сдерживающие оправу колеса, легко освободить верхние части цилиндров; но чтобы снять их, иногда приходится ещё отвинтить круглые гайки с дырочками, для которых нужен особый ключ. У более старых насосов стеклянные цилиндры прямо стоят на медном основании насоса, где сделаны места для конических клапанов и вделан «кран Бабине»; у новых часто каждый цилиндр снабжён дном с местом для клапанов. Донья эти бывают пришлифованы к стеклянному цилиндру и примазаны смесью воска с деревянным маслом, так называемым аптекарским «спуском», (ung. cereum); отнимать их нужно только, если видно через стекло, что они дурно примазаны, или если раньше удостоверились, что тут проходит воздух. Разнявши цилиндры, надо вынуть из них поршни, а из последних стержни клапанов и обтереть масло «концами»: сначала насухо, а потом обильно смачивая их бензином.

Но иногда поршни так плотно сидят, что их не вытащить руками. Если винты на столбиках насоса достаточно длинны, можно поднять всю оправу колеса, не расцепляя его с зубчатками поршней, подложить деревяшки и тащить поршень дальше. Можно также отклонить зубчатку того поршня, который стоит внизу, вынув колесо трения или накладку, на которое зубчатка опирается своей задней стороной, и вытаскивать другой, но и в таком случае редко можно умудриться извлечь поршень окончательно, потому что простора не хватит. Однако верхняя, не работающая часть цилиндров обыкновенно слегка расширена, чтобы облегчить плотное вставление поршней, и поэтому у конца уже вынуть поршень нетрудно. Можно также, положив деревяшку на край цилиндра, опирать на неё большую отвёртку и зацеплять её концом за зубцы зубчатки. Стекло цилиндра обыкновенно так толсто, что не боится таких усилий; нельзя только опирать металлический рычаг непосредственно на стекло. Если поршень не входит в цилиндр, его можно понуждать ударами деревянного или кожаного молотка по концу зубчатки. Вынув поршень, надо вывинтить зубчатку; через освободившееся отверстие можно вытряхнуть или вынуть пинцетом латунный грибок выпускного поршня и подложенный под него кружок из пробки или из тафтяной клеёнки. Всё это, равно как и отверстие, надо осторожно обчистить, обмывая бензином и стараясь не повредить мягкие кружки. При этой разборке необходимо всё осматривать, чтобы узнать, нет ли повреждений.

При изготовлении насоса конические клапаны вытачивают из куска кожи; поверхности её придают точный отпечаток гнезда клапана, придавливая её к нагретому гнезду и оставляя простыть под давлением. Кожа должна быть для этого ещё сыровата и в то же время пропитана маслом или салом. Если поверхность клапана окажется явно негладкой и не прилегающей плотно к гнезду, эту операцию можно повторить. Чтобы давление поршня на стержень не могло наклонять клапан в случае неполной прямизны этого стержня, клапан соединён с ним подвижно: в клапан ввинчена трубочка, свободно надетая на утончённый конец стержня, расклёпанного затем. Чтобы вывинтить, надо нажать стержень сильно и отвинчивать: трение увлечёт гайку.

Кружок, подложенный под выпускной клапан, должен быть совершенно гладким и выбранным из сплошного места первосортной пробки. Если его придётся переменить, надо сглаживать самой тонкой стеклянной или кремневой бумагой. Кружки из тафтяной клеёнки портятся легко, клеёнку эту можно доставать там, где продают перевязочные материалы.

Если поршень обтёрся и ходит слишком свободно, его можно очень немного расширить, завинчивая плотнее гайку, сжимающую кожаные кружки, из которых он составлен. Если этого мало, можно отвинтить эту гайку, снять подложенный под неё кружок и равномерно проколотить кожаный поршень молотком. Колотить надо не очень сильно, но равномерно и довольно долго: кожа поддаётся не сразу. Если стержни клапанов ходят слишком легко, можно подвергнуть уколачиванию только одно место, где они проходят. Для этого надо будет наставить конец круглой палочки (около 1 см) концентрически с отверстием и по ней колотить, не сильно, но достаточно долго. В образовавшееся углубление следует пригнать новый кружок из кожи, отверстие в нём можно выгладить круглым напилком или вырезать трубчатым сверлом для пробок, если найдётся, подходящего диаметра. Таким же сверлом можно вырезать самый кружок.

В старинных насосах часто поршни делали из кожи, вытянутой в виде стакана. Такой поршень прижимается избытком давления с одной стороны к стенкам цилиндра, но только при условии достаточной мягкости кожи и плотного прилегания в начале движения. Если щель велика, воздух через неё свободно проходит, и разрежение не начинается. В таких насосах, когда кожа обтёрлась, приходится подкладывать между нею и медным основанием полоски бумаги или навёртывать нитки, чтобы восстановить плотное прикосновение. Такая поправка действует на короткое время, поэтому для воздушных насосов такие поршни вышли из употребления. Кстати будет указать, что слово «поршень» обозначает именно такого рода сплошной кусок кожи, вытянутый в виде сосуда: «поршнями» называли деревенскую обувь из целого куска кожи, по краям которого через проколы продёрнута верёвочка и стянута у щиколки ноги. Кожаные стаканчики для насосов приготовить вновь нетрудно: надо только подобрать кусок кожи надлежащей толщины, хорошо размочить её в тёплой воде, положить на верхнее отверстие цилиндра и вдавить металлический сердечник поршня. Это можно сделать, например, при помощи винта столярного верстака. Размоченную кожу при этом полезно намазать салом или невысыхающим маслом. По-настоящему эту работу надо сделать не в самом цилиндре насоса, но в особенном кольце, с закруглённо-расширенным краем и диаметром, очень немного превосходящим диаметр цилиндра насоса, потому что кожа, высыхая, становится немного тоньше.

Перед сборкой необходимо запастись надлежащим сортом масла. Растительные масла все густеют и засыхают на воздухе и поэтому для насосов не годятся. Лучше животные жиры: ворвань, масло из бычачьих ног (Oleum pedum bovis) или гусиный жир, не вытопленный, а выплавившийся сам из кусочков сырого гусиного сала, положенных в тёплое место. Но эти старинные вещества в наше время лучше заменять нефтяным смазочным маслом, которое не густеет и не изменяется на воздухе. Но углеводороды нефти легко выделяют в пустоте пары; поэтому надо брать только тяжёлые сорта, хорошо освобождённые от летучих частей. Когда поршни ходят свободно, лучше брать густое «цилиндровое» масло: оно предназначено для горячих паровых цилиндров, и поэтому освобождено от летучих частей. Более плотно входящие поршни станут легче работать с обыкновенным «машинным» маслом, менее густым. Масла на поршень надо налить много, слоем сантиметра в два.

Собрав насос, надо удостовериться, правильно ли он действует, отыскать неисправные места и исправить. Точные правила для этого дать невозможно, вообще следует устранять другие причины, чтобы наблюдать действие одной зараз. Так, кран Бабине позволяет удостовериться в том, действует ли правый цилиндр, потому что сосёт воздух он один. Поднятие конических клапанов регулируется упором стержня о верхнюю крышку; тут обыкновенно подкладывают латунные шайбочки, эта регулировка легко портится. Обыкновенно насос такого рода может давать по манометру около 5 мм давления при действии двумя цилиндрами, и меньше при действии с краном Бабине. Можно получить и отрицательное давление, если в манометре есть воздух. Хороший насос должен долго держать пустоту и при незакрытом кране; а когда кран, отделяющий цилиндры от манометра и тарелки, закрыт, насос должен держать пустоту много часов.

Пока краны свободно поворачиваются, можно их не трогать, но если один из них будет уличён в пропускании, его надо вывинтить, обмыть бензином и, смазав спуском, вновь вставить и завинтить. Обыкновенно на вынутой пробке крана бывает видно, что смазка истёрлась; между отверстиями может просачиваться воздух по поверхности пробки. Если и самый металл протёрся, приходится кран подшлифовать. Это удаётся только, когда образовавшиеся желобки очень неглубоки: если с поверхности конуса много стереть, он глубже войдёт в охватывающую его оболочку, и дырки перестанут сходиться. Чтобы произвести самое притирание, надо пользоваться порошком пемзы с маслом; пробку надо поворачивать то взад, то вперёд и часто вынимать, для уравнивания распределения порошка, иначе можно получить новые желобки. Если кран от начала поворачивается с неравномерным сопротивлением при разных положениях, это – признак, что он не представляет правильное тело вращения, а имеет слегка эллиптическое сечение; в таком случае шлифование не поможет, и кран всё будет немного пропускать. В таком случае на время может помочь более густая смазка из воска и оливкового масла.

Очень хорошей смазкой для кранов считается ланолин – жирное вещество из овечьего пота, получаемое при промывке шерсти. Этот жир не изменяется на воздухе и употребляется в аптеках для разного рода мазей.

В настоящее время воздушные насосы только что описанного типа надо уже считать устарелыми: они превзойдены насосами Флейснера с маслом под поршнем, а эти последние – вращательным насосом Сименс-Шуккерта с поршнем, вращающимся под маслом, и насосами Гэдэ. Тогда как поршневые насосы с краном Бабине могут разрежать воздух до упругости около 0,5 мм ртути, насосы нового типа с одним поршнем дают разрежение до 0,015 мм, а с двумя поршнями, выкачивающими воздух один из-под другого, разрежение может быть доведено даже до 0,00015 мм ртути.

Мысль о том, чтобы заполнить жидкостью «вредное» пространство воздушного насоса, не нова, но не удавалось подобрать масло, которое не пенилось бы от проходящего через него воздуха и не давало бы паров заметной упругости. В настоящее время смазочные масла из нефтяных остатков оказались пригодными для этой цели, особенно сорт, предназначаемый для газовых двигателей.

Насосы Флейснера наполнены американским «Standart Gas Engine Oil», выпускаемым в продажу американской «Standart Oil CO», имеющим при комнатной температуре упругость паров 0,015 мм и кипящим при 340° Ц. Но и это масло поглощает некоторое количество воздуха, и насос начинает хорошо действовать только, когда при продолжительной работе все эти посторонние поглощённые вещества выделятся.

Насосы Флейснера выпущены под названием «Geryk Pump». Сущность их устройства заключается в том, что цилиндр на половине высоты снабжён перегородкой с клапаном, через которую проходит стержень поршня. Над перегородкой налит слой масла. Когда поршень – внизу цилиндра, над ним стоит слой масла до уровня отверстия в боковой стенке, соединяющего цилиндр с пространством, из которого выкачивается воздух. При подъёме поршня отверстие это закрывается им, воздух над поршнем сгущается по мере подъёма и, наконец, поднимает клапан, через который выходит вместе с воздухом и почти всё масло. При начале обратного движения клапан остаётся открытым, пока поршень не опустится на 6,5 мм, потому что он своей верхней поверхностью поддерживает клапан (и открывает его при конце поднятия, даже когда упругости воздуха для этого недостаточно). Поэтому при опускании поршня всегда войдёт достаточное количество масла.

В поршне сделан ещё клапан, открывающийся снизу вверх: он нужен для пропускания масла, которое может собираться под поршнем, вследствие его неполной непроницаемости, и мешать ему дойти до низа цилиндра. Кроме того, со дна цилиндра идёт трубочка, сообщающаяся с резервуаром, из которого выкачивают воздух в расширение соединительной трубы. Без этой вспомогательной трубки для первого поднятия поршня потребовалось бы большое усилие, так как над поршнем ещё давит вся атмосфера, а под ним сразу образовалась бы пустота. При следующих поднятиях эта разность давлений всё уменьшается, и под конец трубка становится не нужна, хотя и не мешает действию.

Клапан этого насоса вытянут из кожи в виде короткой трубочки, охватывающей стержень поршня, с плоским кружком («флянцем»). Эта кожаная часть плотно прилегает к медному клапану, охватывающему её цилиндрическую часть и прижимающему своим весом плоский кружок к перегородке насоса. Приготовить такой кожаный клапан, в случае надобности, нетрудно, только надо иметь нарочно сделанное для этого приспособление. Кожу лучше всего взять «чёрную, мягкую юфть», такой толщины, как надо по примеру старого клапана. (Этот сорт кожи обрабатывается берёзовым дёгтем после дубления и представляет самый прочный сорт кожи. Но для разных надобностей приготовляют юфть разных сортов: бывает и жёсткая, толстая подошвенная юфть и тонкая, из которой выделывают сафьян; для поршней насосов и сбруи служит особый сорт – мягкий и чёрный.) Если достаточно размочить дублёную кожу в тёплой воде, она очень легко тянется и по высыхании сохраняет новую форму. Поэтому для приготовления вышеописанного клапана надо выточить из латуни короткий цилиндрик того диаметра, как стержень поршня, с флянцем, не меньшим, чем клапан; углы должны быть округлены. Затем из кожи вырезывают кружок немного больше клапана, размачивают в тёплой воде, намазывают маслом или салом, кладут на нижнюю поверхность клапана и вдавливают в него приготовленный стержень медленным завинчиванием в тисках или в столярном верстаке. По высыхании останется обрезать лишнее. Работа облегчается, если в центре кружка сделать дырку, около одной трети диаметра стержня. По-настоящему, надо сделать диаметр стержня, примерно, на 0,1 мм тоньше, а вместо клапана выточить его подобие с дырой на 0,1 или 0,3 мм больше и с более округлым краем, чтобы кожа не разорвалась на перегибе: по высыхании кожа заметно уменьшается в толщине и, будучи вытянута в самом клапане, окажется немного слишком свободной.

Таким же приёмом вытягивают и кожу для поршня. Чтобы кожа клапана плотно прилегала к своему месту, её надевают в слегка сыром виде, подогрев металлические части, примерно, до 40° Ц, и довольно сильно прижимают, оставляя охладиться под давлением. При этих условиях кожа принимает отпечаток поверхностей, с которыми соприкасалась. Если нижняя, «мездровая» поверхность кожи недостаточно гладка, её можно выгладить стеклянной или кремневой бумагой, как дерево. Лицевая же сторона кожи не выдерживает соскабливания.

Насос фирмы Siemens-Schuckertwerke известен мне только по описанию K. Fischer в «Zeitschrift fur den Physikalischen und Chemischen Unterricht», 1906, S. 83. Он – с вращающимся поршнем известного типа с диаметральной скользящей перегородкой. Цилиндр этого насоса горизонтален, поршень тоже цилиндрический, но диаметра меньшего и расположен не концентрически, так что одна из его образующих и оба основания постоянно соприкасаются с внутренней поверхностью цилиндра. Эта линия соприкосновения, вместе с диаметральной скользящей перегородкой, разделяет вместимость цилиндра на три отделения: по обе стороны соприкасающихся образующих помещены всасывающие и выводящие отверстия. Когда перегородка соприкасается по той же образующей, свободное пространство цилиндра разделено ею на два равные объёма; при дальнейшем вращении появляется и увеличивается отделение, сообщённое с всасывающим отверстием, и уменьшается отделение, сообщённое с выводящим отверстием, а по другую сторону перегородки воздух остаётся замкнутым до конца полуоборота.

Главная особенность в том, что всё помещено под маслом и что один насос выкачивает воздух из данного резервуара, а другой из-под поршня первого. При такой комбинации получается разрежение до 0,0015 мм ртути и даже до 0,00015 мм – гораздо ниже, чем упругость паров употреблённого масла. Это странное явление, вероятно, объясняется медленностью образования паров масла, которые, по-видимому, образуются не простым испарением, а скорее диссоциацией углеводородов нефтяного масла. Вследствие такого медленного, но постоянного образования пузырьков Менделееву не удалось воспользоваться нефтяными маслами для манометров, а Краевичу не удалось устроить барометр с этими жидкостями. Фишер не говорит, оставлял ли он надолго свои разреженные рентгеновские трубки в соединении с насосом.

Насос Сименс-Шуккерта приводился в движение руками, до 200 оборотов в минуту, а для скорости в 900 оборотов служил электрический двигатель, поглощавший 7,6 ампер при 110 вольтах. При таких условиях он выкачивал 80 литров в минуту и давал возможность понизить температуру испарения 2-ух литров сжиженного воздуха до – 225° Ц при давлении около 1 мм ртути.

Практику ртутных и водоструйных насосов я считаю за пределами надобностей физического кабинета среднеучебного заведения.