Джордж Вестингауз: Инженер и предприниматель

Введение

Американский инженер и предприниматель (1846–1914)

Джордж Вестингхаус-младший (6 октября 1846 – 12 марта 1914) был американским предпринимателем и инженером из Пенсильвании, создателем железнодорожного пневматического тормоза и пионером электротехнической промышленности, получившим свой первый патент в 19 лет. В начале 1880-х годов Вестингхаус увидел потенциал использования переменного тока для распределения электроэнергии и направил все свои ресурсы на его разработку и продвижение. Это привело к прямой конкуренции между компанией Westinghouse и Томасом Эдисоном, который продвигал систему постоянного тока для распределения электроэнергии. В 1911 году Вестингхаус был удостоен медали Эдисона Американского института инженеров-электриков (AIEE) «За выдающиеся достижения в области разработки системы переменного тока». Он основал корпорацию Westinghouse Electric в 1886 году.

Ранние годы

Джордж Уэстингхаус родился в 1846 году в Центральном Бридже, штат Нью-Йорк (см. Дом-музей Джорджа Уэстингхауса-младшего и место его детства), сын Эмилин (Веддер) и Джорджа Уэстингхауса старшего, владельца машинной мастерской. Его предки происходили из Вестфалии в Германии, сначала переехавшие в Англию, а затем эмигрировавшие в США. Фамилия была англицизирована от Вестингхаузен. С юных лет Уэстингхаус проявлял талант к механике и предпринимательству. С началом Гражданской войны в 1862 году, 15-летний Уэстингхаус поступил на службу в Национальную гвардию штата Нью-Йорк и служил до тех пор, пока родители не настояли на его возвращении домой. В следующем году он убедил родителей разрешить ему снова поступить на военную службу, после чего присоединился к роте M 16-й Нью-Йоркской кавалерии и получил звание капрала. В декабре 1864 года он уволился из армии, чтобы поступить на флот, где служил исполняющим обязанности третьего помощника инженера на канонерской лодке "Мускота" до конца войны. После демобилизации в августе 1865 года он вернулся к семье в Скенектади и поступил в Юнионский колледж. Он потерял интерес к учебному плану и отчислился в первый семестр. Уэстингхаусу было 19 лет, когда он создал свое первое изобретение – роторный паровой двигатель. Он также разработал фермерский двигатель Westinghouse. В 21 год он изобрел "устройство для возврата вагонов на рельсы", предназначенное для направления сошедших с рельсов вагонов обратно на путь, и перекидной стрелочный перевод, устройство, используемое с железнодорочным стрелочным переводом для направления поездов на один из двух путей.

Воздушные тормоза

Примерно в это же время он стал свидетелем крушения поезда, где два машиниста увидели друг друга, но не смогли вовремя остановить свои поезда, используя имеющиеся тормоза. Тормозчикам приходилось бегать по вагонам, по настилам сверху вагонов, вручную подтормаживая каждый вагон. В 1869 году, в возрасте 22 лет, Уэстингхаус изобрел железнодорожную тормозную систему, работающую на сжатом воздухе. Система Уэстингхауса включала компрессор на локомотиве, резервуар и специальный клапан на каждом вагоне, а также единую трубу, проходящую вдоль всего состава (с гибкими соединениями), которая одновременно заполняла резервуары и управляла тормозами, позволяя машинисту одновременно включать и выключать тормоза на всех вагонах. Это система, обеспечивающая безопасность, поскольку любое повреждение или разъединение в трубе состава приведёт к автоматическому включению тормозов по всему поезду. Уэстингхаус запатентовал её 28 октября 1873 года. Уэстингхаус также внёс множество усовершенствований в железнодорожную сигнализацию (которая в то время использовала масляные лампы). В 1881 году он основал компанию Union Switch and Signal Company для производства своих изобретений в области сигнализации и перевода стрелок.

Распределение электроэнергии

Интересы Вестингхауса в области газораспределения и телефонной связи привели его к интересу к новой области распределения электрической энергии в начале 1880-х годов. Электрическое освещение было быстро развивающимся бизнесом, и многие компании строили уличные системы освещения на основе дуговых ламп постоянного (DC) и переменного (AC) тока. В то же время Томас Эдисон запускал первую электростанцию постоянного тока, предназначенную для освещения домов и предприятий своей запатентованной лампой накаливания. В 1884 году Вестингхаус начал разрабатывать собственную систему освещения для домов на постоянном токе и нанял физика Уильяма Стэнли для работы над ней. В 1885 году Вестингхаус узнал о новых европейских системах переменного тока, прочитав о них в британском техническом журнале Engineering. Переменный ток обладал возможностью "повышения" напряжения с помощью трансформатора для передачи и последующим "понижением" напряжения трансформатором для использования потребителями, что позволяло крупным централизованным электростанциям подавать электроэнергию на большие расстояния в городах с более рассредоточенным населением. Это было преимуществом по сравнению с низковольтными системами постоянного тока, продаваемыми компанией Эдисона, которые имели ограниченный радиус действия из-за используемого низкого напряжения. Вестингхаус увидел потенциал переменного тока для достижения большей экономии за счет масштаба, как способ построить действительно конкурентоспособную систему, а не просто еще одну едва конкурентоспособную систему освещения постоянным током, используя патенты, лишь незначительно отличающиеся от патентов Эдисона. В 1885 году Вестингхаус импортировал несколько трансформаторов Гауларда-Гиббса и генератор переменного тока Siemens для начала экспериментов с сетями переменного тока в Питтсбурге. Стэнли, при поддержке инженеров Альберта Шмидта и Оливера Б. Шалленбергера, усовершенствовал конструкцию трансформатора Гауларда-Гиббса, создав первый практичный трансформатор. В 1886 году, при поддержке Вестингхауса, Стэнли установил первую многовольтную систему переменного тока в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс – демонстрационную систему освещения, работающую от гидроэлектрогенератора, который вырабатывал 500 вольт переменного тока, пониженных до 100 вольт для освещения ламп накаливания в домах и предприятиях. В том же году Вестингхаус основал "Westinghouse Electric & Manufacturing Company"; в 1889 году он переименовал ее в "Westinghouse Electric Corporation".

Westinghouse's interests in gas distribution and telephone switching led him to become interested in the then new field of electrical power distribution in the early 1880s. Electric lighting was a growing business with many companies building outdoor direct current (DC) and alternating current (AC) arc lighting based street lighting systems. At the same time, Thomas Edison was launching the first DC electric utility designed to light homes and businesses with his patented incandescent bulb. In 1884, Westinghouse started developing his own DC domestic lighting system and hired physicist William Stanley to work on it. Westinghouse became aware of the new European alternating current systems in 1885 when he read about them in the UK technical journal Engineering. AC had the ability to be "stepped up" in voltage by a transformer for distribution and then "stepped down" by a transformer for consumer use, allowing large centralized power plants to supply electricity long distance in cities with more dispersed populations. This was an advantage over the low voltage DC systems being marketed by Thomas Edison's electric utility which had a limited range due to the low voltages used. Westinghouse saw AC's potential to achieve greater economies of scale as way to build a truly competitive system instead of simply building another barely competitive DC lighting system using patents just different enough to get around the Edison patents. In 1885 Westinghouse imported a number of Gaulard–Gibbs transformers and a Siemens AC generator, to begin experimenting with AC networks in Pittsburgh. Stanley, assisted by engineers Albert Schmid and Oliver B. Shallenberger, developed the Gaulard–Gibbs transformer design into the first practical transformer. In 1886, with Westinghouse's backing, Stanley installed the first multiple voltage AC power system in Great Barrington, Massachusetts, a demonstration lighting system driven by a hydroelectric generator that produced 500 volts AC stepped down to 100 volts to light incandescent bulbs in homes and businesses. That same year, Westinghouse formed the "Westinghouse Electric & Manufacturing Company"; in 1889 he renamed it as "Westinghouse Electric Corporation".

Война течений

Компания Westinghouse установила еще 30 систем освещения переменным током в течение года, и к концу 1887 года имела 68 электростанций переменного тока, в то время как у Эдисона было 121 станций постоянного тока. Эта конкуренция с Эдисоном в конце 1880-х годов привела к так называемой "войне токов", в которой Томас Эдисон и его компания поддержали распространяющееся в обществе мнение о том, что высокие напряжения, используемые в системах распределения переменного тока, небезопасны. Эдисон даже предложил использовать генератор переменного тока Westinghouse для нового электрического стула в штате Нью-Йорк. Westinghouse также пришлось столкнуться с конкурентом в области переменного тока – компанией Thomson-Houston Electric Company, построившей 22 электростанции к концу 1887 года. В 1892 году компания Эдисона была объединена с Thomson-Houston Electric Company, образовав General Electric – конгломерат, управляемый советом директоров Thomson-Houston.

Развитие и конкуренция

В течение этого периода Westinghouse продолжал направлять средства и инженерные ресурсы на достижение цели создания полностью интегрированной системы переменного тока — приобретение лампы Sawyer–Man путем покупки Consolidated Electric Light, разработку компонентов, таких как индукционный счетчик, и получение прав на бесщеточный индукционный двигатель переменного тока, изобретенный Николой Теслой, а также патенты на новый тип распределения электроэнергии, многофазный переменный ток. Приобретение работоспособного двигателя переменного тока предоставило Westinghouse ключевой патент для его системы, но финансовое напряжение, связанное с покупкой патентов и наймом инженеров, необходимых для ее создания, вынудило на время приостановить разработку двигателя Теслы. В 1890 году компания Westinghouse столкнулась с трудностями. Почти крах банка Barings в Лондоне спровоцировал финансовую панику 1890 года, заставив инвесторов потребовать возврата своих кредитов. Внезапная нехватка денежных средств вынудила компанию рефинансировать свои долги. Новые кредиторы потребовали от Westinghouse сократить, казалось бы, чрезмерные расходы на приобретение других компаний, исследования и патенты. В 1891 году Westinghouse построил гидроэлектростанцию переменного тока — ГЭС "Эймс" недалеко от Офира, штат Колорадо. Электростанция снабжала электроэнергией шахту Gold King Mine, расположенную в 5,6 километрах от нее. Это была первая успешная демонстрация передачи электроэнергии переменного тока промышленного класса на большие расстояния, с использованием двух генераторов Westinghouse мощностью 100 л.с., один из которых работал как генератор, вырабатывающий 3000 вольт, 133 Герца, однофазный переменный ток, а другой использовался как двигатель переменного тока. В начале 1893 года инженер Westinghouse Бенджамин Ламме добился значительного прогресса в разработке эффективной версии индукционного двигателя Теслы, и Westinghouse Electric начала брендировать свою полную многофазную систему переменного тока как "Полифазная система Теслы", заявив, что патенты Теслы дают им приоритет в патентах над другими системами переменного тока и их намерение подавать в суд на нарушителей патентных прав. В 1893 году Джордж Westinghouse выиграл тендер на освещение Всемирной Колумбийской выставки 1893 года в Чикаго переменным током, немного снизив цену по сравнению с General Electric, чтобы получить контракт. На этой Всемирной выставке было выделено здание для экспонатов, посвященных электричеству. Это стало ключевым событием в истории переменного тока, поскольку Westinghouse продемонстрировал американской публике безопасность, надежность и эффективность полностью интегрированной системы переменного тока. Демонстрация Westinghouse возможности построить полную систему переменного тока на Колумбийской выставке сыграла важную роль в получении контракта на строительство двухфазной системы генерации переменного тока — электростанции Адамса у Ниагарского водопада в 1895 году. В то же время контракт на строительство трехфазной системы распределения переменного тока, необходимой для проекта, был заключен с General Electric. В начале и середине 1890-х годов General Electric, поддерживаемая финансистом Дж. П. Морганом, участвовала в дорогостоящих попытках поглощения и патентных спорах с Westinghouse Electric. Конкуренция была настолько дорогостоящей, что в 1896 году между двумя компаниями было подписано соглашение об обмене патентами.

During this period, Westinghouse continued to pour funds and engineering resources into the goal of building a completely integrated AC system — obtaining the Sawyer–Man lamp by buying Consolidated Electric Light, developing components such as an induction meter, and obtaining the rights to inventor Nikola Tesla's brushless AC induction motor along with patents for a new type of electric power distribution, polyphase alternating current. The acquisition of a feasible AC motor gave Westinghouse a key patent for his system, but the financial strain of buying up patents and hiring the engineers needed to build it meant development of Tesla's motor had to be put on hold for a while. In 1890 Westinghouse's company was in trouble. The near collapse of Barings Bank in London triggered the financial panic of 1890, causing investors to call in their loans. The sudden cash shortage forced the company to refinance its debts. The new lenders demanded that Westinghouse cut back on what looked like excessive spending on acquisition of other companies, research, and patents. In 1891 Westinghouse built a hydroelectric AC power plant, the Ames Hydroelectric Generating Plant near Ophir, Colorado. The plant supplied power to the Gold King Mine 3.5 miles away. This was the first successful demonstration of long distance transmission of industrial grade alternating current power and used two 100 hp Westinghouse alternators, one working as a generator producing 3000 volt, 133 Hertz, single phase AC, and the other used as an AC motor. At the beginning of 1893 Westinghouse engineer Benjamin Lamme had made great progress developing an efficient version of Tesla's induction motor and Westinghouse Electric started branding their complete polyphase AC system as the "Tesla Polyphase System", announcing Tesla's patents gave them patent priority over other AC systems and their intentions to sue patent infringers. In 1893, George Westinghouse won the bid to light the 1893 World's Columbian Exposition in Chicago with alternating current, slightly underbidding General Electric to get the contract. This World's Fair devoted a building to electrical exhibits. It was a key event in the history of AC power, as Westinghouse demonstrated the safety, reliability, and efficiency of a fully integrated alternating current system to the American public. Westinghouse's demonstration that they could build a complete AC system at the Columbian Exposition was instrumental in them getting the contract for building a two phase AC generating system, the Adams Power Plant, at Niagara Falls in 1895. At the same time, a contract to build the three phase AC distribution system the project needed was awarded to General Electric. The early to mid 1890s saw General Electric, backed by financier J. P. Morgan, involved in costly takeover attempts and patent battles with Westinghouse Electric. The competition was so costly a patent sharing agreement was signed between the two companies in 1896.

Другие проекты

В 1889 году Уэстингхаус приобрел несколько горных участков в горах Патагония на юго-востоке Аризоны и основал компанию Duquesne Mining & Reduction Company. Год спустя он основал то, что сейчас является городом-призраком Дукейн, чтобы использовать его в качестве штаб-квартиры своей компании. Он жил в большом викторианском деревянном доме, который до сих пор стоит, но в обветшалом состоянии. В Дукейне проживало более 1000 жителей, а пик добычи шахты пришелся на середину 1910-х годов. С расширением сетей переменного тока Уэстингхаус обратил свое внимание на производство электроэнергии. Первоначально доступными источниками генерации были гидротурбины, где был доступ к падающей воде, и поршневые паровые двигатели, где его не было. Уэстингхаус считал поршневые паровые двигатели громоздкими и неэффективными и хотел разработать более элегантный и эффективный тип "вращающегося" двигателя. Одним из его первых изобретений был роторный паровой двигатель, но он оказался непрактичным. Британский инженер Чарльз Алджернон Парсонс начал экспериментировать с паровыми турбинами в 1884 году, начав с турбины мощностью 10 лошадиных сил (7,5 кВт). Уэстингхаус выкупил права на турбину Парсонса в 1885 году, усовершенствовал технологию Парсонса и увеличил ее масштабы. В 1898 году Уэстингхаус продемонстрировал установку мощностью 300 киловатт, заменившую поршневые двигатели на своей фабрике по производству воздушных тормозов. В следующем году он установил установку мощностью 1,5 мегаватта и частотой вращения 1200 об/мин для компании Hartford Electric Light Company. Затем Уэстингхаус разработал паровые турбины для судовых движителей. Большие турбины были наиболее эффективны при скорости около 3000 об/мин, в то время как эффективный винт работал примерно при 100 об/мин. Это требовало применения редукторной передачи, но создание редуктора, способного работать на высоких оборотах и с большой мощностью, было сложной задачей, поскольку даже небольшое нарушение соосности могло разрушить силовую установку. Уэстингхаус и его инженеры разработали систему автоматической центровки, которая сделала использование турбин практичным для крупных судов. Уэстингхаус оставался продуктивным и изобретательным почти всю свою жизнь. Как и Эдисон, он отличался практическим складом ума и тягой к экспериментам. В один из периодов Уэстингхаус начал работать над тепловыми насосами, способными обеспечивать отопление и охлаждение. Уэстингхаус стремился создать вечный двигатель, и британский физик лорд Кельвин, один из его корреспондентов, предупредил его, что это нарушит законы термодинамики. Уэстингхаус ответил, что это, возможно, так, но это не имеет значения. Если ему не удастся построить вечный двигатель, у него все равно будет система теплового насоса, которую он сможет запатентовать и продать. С появлением автомобиля после начала века Уэстингхаус вернулся к более ранним изобретениям и разработал амортизатор сжатого воздуха для автомобильных подвесок.

In 1889, Westinghouse purchased several mining claims in the Patagonia Mountains of southeastern Arizona and formed the Duquesne Mining & Reduction Company. A year later he founded what is now the ghost town of Duquesne to use as his company headquarters. He lived in a large Victorian frame house, which still stands, but in disrepair. Duquesne grew to over a 1,000 residents and the mine reached its peak production in the mid 1910s. With AC networks expanding, Westinghouse turned his attention to electrical power production. At the outset, the available generating sources were hydroturbines where falling water was available, and reciprocating steam engines where it was not. Westinghouse felt that reciprocating steam engines were clumsy and inefficient, and wanted to develop some class of "rotating" engine that would be more elegant and efficient. One of his first inventions had been a rotary steam engine, but it had proven impractical. The British engineer Charles Algernon Parsons began experimenting with steam turbines in 1884, beginning with a 10 horsepower (7.5 kW) turbine. Westinghouse bought rights to the Parsons turbine in 1885, improved the Parsons technology, and increased its scale. In 1898 Westinghouse demonstrated a 300 kilowatt unit, replacing reciprocating engines in his air brake factory. The next year he installed a 1.5 megawatt, 1,200 rpm unit for the Hartford Electric Light Company. Westinghouse then developed steam turbines for maritime propulsion. Large turbines were most efficient at about 3,000 rpm, while an efficient propeller operated at about 100 rpm. That required reduction gearing, but building reduction gearing that could operate at high rpm and at high power was difficult, since a slight misalignment would shake the power train to pieces. Westinghouse and his engineers devised an automatic alignment system that made turbine power practical for large vessels. Westinghouse remained productive and inventive almost all his life. Like Edison, he had a practical and experimental streak. At one time, Westinghouse began to work on heat pumps that could provide heating and cooling. Westinghouse was after a perpetual motion machine, and the British physicist Lord Kelvin, one of Westinghouse's correspondents, told him that he would be violating the laws of thermodynamics. Westinghouse replied that might be the case, but it made no difference. If he couldn't build a perpetual motion machine, he would still have a heat pump system that he could patent and sell. With the introduction of the automobile after the turn of the century, Westinghouse went back to earlier inventions and devised a compressed air shock absorber for automobile suspensions.

Личная жизнь, поздняя жизнь и смерть

В 1867 году Уэстингхаус встретил и вскоре женился на Маргарите Эрскин Уокер. Они были женаты 47 лет и имели одного сына, Джорджа Вестингхауза III, у которого было шестеро детей. Уэстингхаус оставался одним из лидеров американской промышленности до 1907 года, когда финансовая паника 1907 года привела к его уходу с поста руководителя компании Westinghouse. К 1911 году он прекратил активную деловую деятельность, и его здоровье стало ухудшаться. Джордж Уэстингхаус умер 12 марта 1914 года в Нью-Йорке в возрасте 67 лет. Первоначально он был похоронен на кладбище Вудлоун в Бронксе, Нью-Йорк, а затем его останки были перенесены 14 декабря 1915 года. Будучи ветераном Гражданской войны, он был похоронен на Арлингтонском национальном кладбище вместе со своей женой Маргаритой, которая пережила его на три месяца. Она также была первоначально похоронена в Вудлоуне и перезахоронена одновременно с Джорджем.