Лампа Джорджа Стивенсона: Безопасность в угольных шахтах.

Введение

Лампа шахтёра, изобретённая Джорджем Стивенсоном в 1815 году.

Лампа «Джорди» — это лампой безопасности для работы во взрывоопасных средах, изобретённая Джорджем Стивенсоном в 1815 году как шахтёрская лампа для предотвращения взрывов, вызванных газообразным метаном в угольных шахтах.

Происхождение

В 1815 году Стивенсон работал машинистом на угольной шахте Киллингворт в Нортумберленде и уже несколько лет экспериментировал со свечами вблизи выходов огневого газа в шахте. В августе он заказал масляную лампу, которая была доставлена 21 октября и испытана им в шахте в присутствии взрывоопасных газов. В течение нескольких недель он усовершенствовал ее, добавив капиллярные трубки в основание для увеличения светоотдачи, и испытывал новые версии 4 и 30 ноября. 5 декабря 1815 года она была представлена в Литературном и философском обществе Ньюкасла-на-Тайне (Lit & Phil). Несмотря на споры, возникшие между конструкцией Стивенсона и лампой Дэви (изобретенной Хамфри Дэви в том же году), первоначальная конструкция Стивенсона основывалась на принципиально иных принципах, чем окончательная конструкция Дэви. Если лампу герметизировать, оставив лишь ограниченное отверстие для поступления воздуха (и дымоход подходящего размера), то присутствие опасного количества огневого газа в поступающем воздухе, при его сгорании, снижало бы концентрацию кислорода внутри лампы настолько, что пламя гасло. Стивенсон убедился в правильности этого подхода, проведя эксперименты со свечами рядом с зажженными фурмой: когда зажженные свечи помещали по ветру от фурмы, пламя фурмы становилось тусклее; при достаточном количестве свечей по ветру пламя фурмы гасло. Чтобы предотвратить возможность прохождения пламени обратно через поступающие газы (взрывный обратный удар), поступление воздуха осуществлялось через ряд труб малого диаметра, через которые воздух поступал со скоростью, превышающей скорость распространения пламени, питаемого смесью огневого газа (в основном метана) и воздуха. Эти впускные трубы были физически отделены от выхлопной трубы. Корпус лампы был удлинен для создания большей конвективной тяги пламени, что позволяло ограничить поток входящего воздуха и сделать лампу менее чувствительной к воздушным потокам. Сама лампа была окружена стеклом, которое дополнительно защищалось перфорированной металлической трубкой. Дэви первоначально пытался создать лампу безопасности по схожим принципам, прежде чем предпочел заключить пламя внутри цилиндра из латунной сетки; он первым публично указал на важность обеспечения ограниченного потока воздуха через небольшие отверстия (где скорость пламени ниже), чем Стивенсон, и он и его последователи оставались убеждены, что Стивенсон не сделал это открытие самостоятельно. Позже Стивенсон использовал сетку Дэви для окружения лампы (вместо перфорированной металлической трубки), а впускные трубы были заменены отверстиями или галереей в основании лампы. Именно эта модифицированная конструкция использовалась на протяжении большей части XIX века как «геордийская лампа». Одним из преимуществ первоначальной конструкции Стивенсона перед конструкцией Дэви было то, что его лампа гасла при слишком высокой концентрации огневого газа, в то время как лампа Дэви могла перегреться и стать опасной. Это было продемонстрировано на угольной шахте Оукс в Барнсли 20 августа 1857 года, где использовались оба типа ламп. Конструкция Стивенсона также обеспечивала лучшую освещенность, поскольку использовала стекло вокруг пламени, которое меньше поглощало свет, чем сетка в лампе Дэви. Однако это также создавало опасность повреждения в суровых условиях шахтерской работы, проблема, которая была решена только с изобретением безопасного стекла. «Геордийская лампа» продолжала использоваться на северо-востоке Англии на протяжении большей части XIX века, до внедрения электрического освещения.

In 1815, Stephenson was the engine wright at the Killingworth Colliery in Northumberland and had been experimenting for several years with candles close to firedamp emissions in the mine. In August, he ordered an oil lamp, which was delivered on 21 October and tested by him in the mine in the presence of explosive gases. He improved this over several weeks with the addition of capillary tubes at the base so that it gave more light, and tried new versions on 4 and 30 November. This was presented to the Literary and Philosophical Society of Newcastle upon Tyne (Lit & Phil) on 5 December 1815. Although controversy arose between Stephenson's design and the Davy lamp (invented by Humphry Davy in the same year), Stephenson's original design worked on significantly different principles from Davy's final design. If the lamp were sealed except for a restricted air ingress (and a suitably sized chimney) then the presence of dangerous amounts of firedamp in the incoming air would (by its combustion) reduce the oxygen concentration inside the lamp so much that the flame would be extinguished. Stephenson had convinced himself of the validity of this approach by his experiments with candles near lit blowers: as lit candles were placed upwind of the blower, the blower flame grew duller; with enough upwind candles, the blower flame went out. To guard against the possibility of a flame travelling back through the incoming gases (an explosive backblast), air ingress was by a number of small bore tubes through which the ingress air flowed at a higher velocity than the velocity of a flame fueled by a mixture of firedamp (mostly methane) and air. These ingress tubes were physically separate from the exhaust chimney. The body of the lamp was lengthened to give the flame a greater convective draw, and thus allow a greater inlet flow restriction and make the lamp less sensitive to air currents. The lamp itself was surrounded by glass, which had an additional perforated metal tube surrounding it for protection. Davy had originally attempted a safety lamp on similar principles, before preferring to enclose the flame inside a brass gauze cylinder; he had publicly identified the importance of allowing the restricted airflow in through small orifices (in which the flame velocity is lower) before Stephenson had, and he and his adherents remained convinced that Stephenson had not made this discovery independently. Later on, Stephenson adopted Davy's gauze to surround the lamp (instead of the perforated metal tube) and the intake tubes were changed to holes or a gallery at the base of the lamp. It was this revised design that was used for most of the 19th century as the Geordie lamp. One advantage of Stephenson's initial design over Davy's was that if the proportion of firedamp became too high, his lamp would be extinguished, whereas Davy's lamp could become dangerously hot. This was illustrated in the Oaks colliery at Barnsley on 20 August 1857 where both types of lamp were in use. Stephenson's design also allowed better light output as it used glass to surround the flame, which cut out less of the light than Davy's, where the gauze surrounded it. But this also posed the danger of breakage in the harsh conditions of mineworking, a problem which was not resolved until the invention of safety glass. The Geordie lamp continued to be used in the north east of England through most of the 19th century, until the introduction of electric lighting.