Использование ламп уходит в глубь веков. Археологические раскопки доказали, что масляные лампы применялись еще в древних цивилизациях - в Вавилоне, Египте, Греции и Риме. Лампа Эти лампы изготавливались из керамики или металла и представляли собой резервуар с отверстием для горения или наконечником, а также отверстием для подачи воздуха и фитилем. Древние уже давно убедились, что тканый или скрученный фитиль благодаря своим капиллярным свойствам горит лучше, чем непосредственно горючая жидкость. Это открытие явилось первым шагом в долгом процессе, который привел к появлению современной калильной лампы. Масляная жидкость, которая использовалась в тех древних лампах, а также еще на протяжении многих веков, добывалась из животных или растений.
Соответственно, получаемый от таких ламп свет был очень слабым и уступал огню свечи, поэтому свечи применялись в качестве внутреннего освещения домов вплоть до середины 19 века, когда была открыта нефть, что способствовало дальнейшему развитию ламп. О роли свечей в освещении в то время свидетельствует тот факт, что из 81 компании-поставщика в Лондоне, две - Уокс Чендлерс (Wax Chandlers) и Тэллоу Чендлерс (Tallow Chandlers) - были изготовителями свечей, но ни одна из компаний не специализировалась на производстве ламп. Разумеется, целью этой статьи вовсе не является анализ всей истории существования масляных ламп. Однако автор полагает необходимым уделить внимание тому, как постепенно изменялась их конструкция и появлялись новые элементы, такие как центральная сила тяги, кольцевой фитиль, внутренняя и внешняя подача воздуха, распределитель пламени, - все те новшества, которые, в конечном счете, и привели к созданию горелки с голубым пламенем, к которой позже присоединили калильную сетку.
Одно из первых изобретений, которые привели к созданию калильной лампы, принадлежит швейцарцу Эми Арганду (Ami Argand) (1755-1803), который жил в Лондоне и получил патент на свое изобретение в 1784 г. Его изобретение заключалось в том, чтобы избежать лишнего горения топлива, приводившего к выделению дыма и сажи. Арганд предложил направить один поток воздуха в центр пламени, а второй - мимо пламени при помощи лампового стекла, колпака, наконечника, воронки или трубки, которые обеспечивали бы воздушную тягу. К сожалению, в патенте Арганда не было чертежа, но его идея легла в основу типовой лампы, названной его именем, на которую позже ссылались авторы многих публикаций. В лампе Арганда фитиль представляет собой полый цилиндр, благодаря которому воздух подается как внутрь пламени, так и вне его, в результате чего поступает больше кислорода и, следовательно, создается более яркое пламя. Цилиндрическое ламповое стекло усиливает воздушную тягу, одновременно способствуя устойчивости пламени и защищая его от внешних сквозняков.
После промышленной революции конца 18 века возросла потребность в хорошем освещении. Соответственно, в это время происходит заметное улучшение качества производимых ламп. В период с 1783 по 1836 гг. изменяется конструкция лампы, в которую вводится плоский тканый фитиль и круглая горелка с цилиндрическим фитилем и ламповым стеклом; эта конструкция и получила название по имени своего изобретателя - лампа Арганда. (Рис.1 и Рис.2). Однако улучшенная конструкция лампы еще больше контрастировала с плохим качеством топлива животного и растительного происхождения, которое давало мало света. Разумеется, газовое освещение было лучше, однако его использовали практически исключительно в больших городских домах, что заставляло изобретателей искать альтернативные варианты освещения. (Дерри, Уильямс, Краткая история технологии, Оксфордский университет, 1960, стр. 516./Short History of Technology, Derry & Williams, Oxford University, 1960, p. 516). В 
вышеуказанной книге ссылка на лампу 1836 г. относится, по-видимому, к лампе Хьютона (Houghton's lamp) (Рис.3). Конструкция этой лампы содержала кольцевой фитиль и основывалась на круговой подаче воздуха, поступающего извне. Необычность этой лампы заключается в пружинном механизме, который подает жидкое топливо наверх в горелку. В своей конструкции Хьютон использовал горелку Арганда, которая в те времена широко применялась.
В то время изобретатели еще не знали, как обеспечить достаточную подачу воздуха для полного сгорания масла. Лампа Буде (Bude light), изобретенная Герни и Риксоном (Gurney & Rixon) в 1839 г., демонстрирует один из вариантов решения этой проблемы (Рис.4).
Горелка Буде, устроенная по типу лампы Арганда, была названа ее авторами Кислородная смесь или Лампа Буде. Ее конструкция была предназначена для сжигания легко воспламеняющегося газа, полученного посредством дистилляции из угля, масла, битумных веществ и т.д. Первоначально она была задумана как сигнальная лампа. Для того, чтобы получить чистый, яркий свет (используя топливо, доступное в то время), поток кислорода подавался посредством центральной трубки вовнутрь пламени, на самый верх фитильной трубки. Широкое применение масляных ламп во второй половине века стало возможным только благодаря открытию способа разделения легких и тяжелых нефтяных фракций, который уже был в то время известен в разных странах. В 1848 г. в Дербишире Джеймс Янг (James Young) начал работы по очищению нефти, которая была получена из источника, обнаруженного в месторождении угля. В 1850 г. он запатентовал технологию очистки нефти при низкой температуре. Вскоре появились рынки по продаже масла для ламп, которое Янг назвал керосином, одновременно продемонстрировав публике подходящие для его сжигания лампы. Согласно Словарю прикладной химии сэра Эдварда Торпа (Sir Edward Thorpe, Dictionary of Applied Chemistry, Vol. 5, 1924), Керосин вскоре стал источником света для жителей всей Британии.
В больших количествах нефть стала добываться уже с 1859 г. в Пенсильвании, и многие годы США оставались основным поставщиком керосина для ламп. Начиная с 1850х годов керосиновые лампы получили широкое распространение, поскольку в Европе и Америке огромные пространства были лишены угольного и газового освещения, а электричество появилось лишь в конце века.
Большой спрос на лампы был стимулом для создания новых изобретений, целью которых во второй половине 19-го века стало исключение запаха и дыма. Во многих ранних конструкциях ламп применялся плоский фитиль, верхний конец которого проходил через отверстие в конус горелки. Горелка была окружена ламповым стеклом для поступления воздуха и защиты пламени от сквозняков. Один из типичных образцов такой лампы был запатентован в 1877 г. в США Бордманом (J.H.Boardman). Плоский фитиль этой лампы регулировался зубчатой шестеренкой. Верхний конец фитиля проходил в основание горелки, куда воздух для поддержания горения поступал через кольцевое отверстие (Рис.5).
Бордман понимал опасность, сопряженную с использованием этой лампы, а потому особо подчеркивал, что главным компонентом его изобретения является приспособление для прекращения подачи газа и тепла. Постепенно этот механизм был усовершенствован при помощи кольцеобразного фитиля, который, как было впоследствии доказано, явился важным элементом конструкции калильных ламп. Одним из образцов ламп конца девятнадцатого века является изобретение Сепулькре (Sepulchre), созданное в 1893 г. В его лампе верхний конец кольцеобразного фитиля помещен в двойной конус. Конус служил для распределения подачи воздуха к верхнему концу фитиля и к пламени, которому придавалась чашеобразная форма при помощи дискового распределителя.
Калильная сетка
Важнейшим изобретением в эволюции керосиновой лампы является калильная сетка. Изобретение калильной сетки Велсбахом (Carl Auer Freiherr von Welsbach) в 1885 году не нуждается в подробном пояснении, поскольку и так хорошо известно. Однако интересен тот факт, что его первоначальная идея - пропитывать ткань из хлопка или волокна рами смесью из 99% окиси тория и 1% церия - используется до сих пор. Сетки для масляных ламп и сейчас изготовляются тем же способом: ткань сжигают, а оставшуюся легкую сетку оксидов погружают в смесь коллодия, эфира, камфары и касторового масла для придания сетке прочности при последующей транспортировке.
Также интересно, что Велсбах в первичной спецификации назвал свое изобретение Осветительным приспособлением для газовых и иных горелок, из чего следует, что он предполагал применять его в керосиновых горелках. Тем не менее, как и многим другим изобретателям, Велсбаху пришлось ждать несколько лет до того, как его изобретение применили на практике. Однако к 1893 г. производство калильной лампы стало приносить прибыль, после чего последовали многочисленные предложения по применению калильных сеток Велсбаха в газовых и масляных горелках. Самые ранние примеры керосиновых калильных ламп описаны в патентах, выданных Гретцу (Graetz) в 1892 г. и Мюллеру (Mueller) в 1895 г., чьи лампы представляли собой так называемую E.R.A. лампу. Лампа Гретца не являлась калильной лампой как таковой, но давала голубое пламя и была сконструирована для накаливания до светящегося состояния огнеупорных материалов (Рис. 6). В конструкцию лампы Гретца входил кольцеобразный фитиль, система внутренней и внешней подачи воздуха и дисковый распределитель пламени. В патенте сообщалось, что эта горелка производит неяркое голубое пламя, сопровождающееся выделением большого количества тепла, что позволяет нагревать такие огнеупорные материалы, как известь и металлическая сетка, до светящегося состояния. 
В спецификации не сообщается о способе применения огнеупорных материалов в горелке, но, тем не менее, изобретение является прямым прототипом калильной лампы. В этом смысле более значимой является лампа Мюллера (1895 г.), поскольку она содержит в себе калильную сетку, используемую в газовых фонарях, которая способна производить очень яркий свет. Конструкция лампы включает в себя кольцеобразный фитиль, верх которого состоит из асбестовой ткани (Рис.7). Внутренняя подача воздуха обеспечивается при помощи трубки внутри фитиля, а извне воздух поступает через регулируемые отверстия в основании, на которое опирается юбка сетки. Перфорированный распределитель направляет пламя от верхушки фитиля наверх к сетке. Конструкция Мюллера включает в себя горелку Арганда, кольцеобразный фитиль Хьютона, систему внутренней и внешней подачи воздуха и перфорированный распределитель пламени. Все эти компоненты составляют основную структуру современной калильной лампы, хотя в последующие годы в нее были внесены многочисленные усовершенствования и модификации деталей.
Применение калильной сетки в керосиновой горелке сопряжено с проблемами, которых не возникает при использовании калильной сетки в газовой горелке. В последнем случае давления от подачи газа достаточно для того, чтобы вызвать поток воздуха, и вспомогательных приспособлений не требуется. Однако в керосиновой лампе нет давления газа, поэтому необходимо создать внутреннюю и внешнюю подачи воздуха в верхнюю часть кольцевого фитиля, чтобы добиться голубого пламени, от которого будет нагреваться калильная сетка. Чтобы получить максимальное свечение, профиль голубого пламени должен точно совпадать по размеру и форме с калильной сеткой, иначе свечение сетки будет полностью или частично красноватым, что дает менее эффективное освещение. Эту проблему нужно было решить до выпуска калильной лампы на рынок. Попытки использовать калильные сетки в керосиновых горелках, что впервые было осуществлено Гретцем и Мюллером, позже предпринимались многими изобретателями, в частности, в США, Великобритании, Франции, Германии и Швеции, но никто из них не достиг коммерческого успеха. Объем статьи не позволяет перечислить все сделанные изобретения, но мы постараемся проследить последовательность открытий, которые в течение последующих 20 лет привели к созданию калильной лампы, занявшей достойное место на рынке.
В 1895 г. Альбин Перлих (Albin Perlich) из Лейпцига описал калильную лампу с несколькими отверстиями для подачи воздуха по бокам фитиля и сетчатой поверхностью, на которой горит пламя.
В 1896 г. появилась лампа Метеор, которая включала в себя изобретения Кролля (Kroll), создавшего компанию по производству ламп Континентал Газ Глюлихт Акциен Гезельшафт Метеор (The Continental Gas Gluhlicht Aktien Gesellschaft Meteor). (Рис.8). Первое изобретение Кролля касалось использования огнеупорных материалов в газовых и иных горелках (каких именно, не указывалось). Однако в патенте на его второе изобретение есть ссылка на горелку Арганда для калильной лампы. Его конструкция ламповой горелки предусматривала, что один из потоков воздуха подавался для испарения части жидкого топлива, а другой - вверх, вдоль фитиля для поддержания горения. Изобретатель признавал необходимость охлаждения нижних частей горелки для того, чтобы предотвратить чрезмерное испарение топлива. Поиск решения этой проблемы занял многие годы.
Другой немецкий изобретатель - Ричард Адом (Richard Adom). Особенностью его конструкции был дефлектор, который предназначался для направления пламени от фитиля вверх. Этот факт свидетельствует о том, что уже тогда изобретатели осознавали, что для получения освещения максимальной яркости необходимо добиться соответствия пламени размеру калильной сетки.
Бельгийский производитель Лео Дурра (Leo Durra) создал в 1897 г. конструкцию калильной лампы, которая была основана на системе внешней и внутренней подачи воздуха. Однако закрытая верхушка дефлектора предотвращала поступление воздуха внутрь калильной сетки и замыкала как внутренний, так и внешний потоки воздуха на юбке калильной сетки.
Кунт и Дайсслер (Kuhnt & Deissler) совершили важный шаг в эволюции калильной лампы в 1928 г., когда они ввели в ее конструкцию распределитель пламени в виде перфорированного наконечника, установленного на верхнем конце трубки внутри фитиля (Рис.9). Этот тип распределителя пламени остается важным элементом калильных ламп в настоящее время.
Английская компания Эра Инкандесент Ойл Лэмп (The Era Incandescent Oil Lamp Co.Ltd.), основанная около 1898 г., производила изобретение Т. Крэнстона (T.J.Cranston). Изобретение включало в себя перфорированный по верхним и боковым стенкам распределитель пламени, соединенный с двумя кольцевыми дефлекторами, направляющими потоки воздуха в центр пламени и вокруг калильной сетки. Однако лампа оказалась неудачной, и компания разорилась в 1903 г.
В течение следующих десяти лет предпринимался ряд попыток наладить прибыльное производство калильных ламп, но безуспешно. В 1900 и 1901 гг. в Соединенных Штатах были основаны две компании по производству калильных ламп.
Первой из них была Стандарт Инкандесент Компани оф Портленд Мэйн (The Standard Incandescеnt Company of Portland Maine), вторая - Инкандесент Петролиум Лайт Компани (The Incandescent Petroleum Light Company) в г. Сент-Луис, штат Миссури.
Оба вышеупомянутых типа ламп, а также другие конструкции, предлагавшиеся в то время, включали в себя закрытые или неперфорированные распределители пламени. Как выяснилось на практике, такая конструкция неравномерно распределяла центральный поток воздуха по сетке.
Кроме компаний, уже упомянутых в этой статье, в конце века также существовал ряд других фирм, занимавшихся производством калильных ламп. В число этих компаний входили Континентал Газ-Глюлихт А.Г. (The Continental Gas-Gluhlight A.G. и Эрих и Гретц (Ehrich & Graetz) из Германии и Актиболагет Аладин (Aktiebolaget Aladin) из Швеции. В 1904 г. Нюрнберг (Nurnberg) описал калильную сетку для газовой или керосиновой горелки. Эта лампа не была основана на принципе воздушной тяги, но предполагала подачу жидкого или газообразного топлива при помощи струи кислорода. В 1909 г. Карл Бланкенберг (Carl Blankenberg) из Лейпцига описал калильную лампу, основанную на принципе воздушной тяги. Ее конструкция очень похожа на тот вариант лампы, который, в конце концов, добился коммерческого успеха. В ее конструкции было два новых элемента. Первым из них являлся кольцеобразный выступ в конусе горелки, за которым находится перфорированный перевернутый наконечник распределителя пламени. Второе новшество лампы Бланкенберга заключалось в перфорированной перегородке, которая находилась между конусом горелки и внешней трубкой фитиля. Благодаря этой перегородке часть внешнего воздушного потока подавалась на открытую поверхность фитиля, а вторая - на основание калильной сетки.
Различия между предыдущими конструкциями ламп продемонстрированы в изобретении Баллантайна (H.J.Ballantine) 1910 г. (Рис. 10).
В этой конструкции распределитель пламени имеет закрытый верх, и расположен прямо над конусом горелки. Поэтому пламя на кончике фитиля перегревало кольцеобразные детали системы воздушной тяги, расположенные вокруг пламени. Несмотря на описанные выше изобретения, на тот момент калильные лампы не были распространены. Причины этого описаны профессором Вивиан Б. Льюис (Vivian B.Lewis) в книге Жидкое топливо, которая была опубликована в 1913 г.: Применение калильной сетки в угольных и газовых горелках было настолько частым, что были предприняты попытки ее адаптации к керосиновым горелкам; однако сложностей на пути к достижению успеха было очень много. При горении газомазутного топлива выделяется огромное количество углеводородов, поэтому требуется значительно больше кислорода, чем при горении каменноугольного газа. При сжигании каменноугольного газа легко достигается неяркое пламя. Если такое пламя нагреть до высокой температуры, оно будет давать больше света, поскольку увеличение температуры приводит к расщеплению водородосодержащих молекул газа на углерод и водород, которого не происходило в холодном газе, поскольку молекулы были разделены и частично смешаны с воздухом. Если калильную сетку поместить над неярким пламенем, она нагреется до нужной температуры, что произведет аналогичное свечение. Однако вскоре сетка покроется налетом углерода, что сильно уменьшит ее свечение. Если же обеспечить большее поступление воздуха к пламени, то углеводороды сгорают до того, как достигают поверхности сетки, и отложения углерода не происходит.
Фитиль также создавал ряд проблем, поскольку, если пламя не было абсолютно симметричным, его форма не совпадала с формой сетки, и потому вся работа конструкции нарушалась, а в результате происходило обильное выделение углерода. В более поздних лампах фитиль служил всего лишь для подачи топлива в паровую камеру, где оно превращалось в газ. Первые лампы имели кольцеобразный фитиль, в котором топливо находилось на небольшом расстоянии от наконечника горелки. Поступавшее от пламени тепло приводило к испарению масла. К пламени подавалось два воздушных потока, один из которых был направлен почти горизонтально к основанию пламени. Хотя в умелых руках эти лампы работали, их невозможно было производить с коммерческой целью, поскольку лампы требовали постоянного внимания и работали неравномерно.
Лампа Алладина
Видимо, Льюис не знал о прогрессе в эволюции калильных ламп, который происходил по ту сторону Атлантики в начале 20го века. Эти перемены происходили благодаря инициативе и настойчивости Виктора С. Джонсона (Victor S. Johnson). Его сын, ставший впоследствии его биографом, писал о нем следующее:
История об Алладине началась на маленькой ферме в штате Небраска в конце прошлого века. Там каждую ночь, после завершения всех своих ежедневных дел, молодой человек Виктор Джонсон занимался при мерцающем желтом свете керосиновой лампы. Потом молодой человек переехал в город. Теперь в его доме был электрический свет. Но, видимо, ночи, проведенные за учебой при свете старенькой лампы, навсегда остались в его памяти. Мальчик с фермы делал успехи: он хотел выучиться и готов был работать днями и ночами. Все это время он думал, что, возможно, те, у кого нет электричества, могут получить яркий свет.
Это было его мечтой. В 1907 г. он увидел импортированную из Европы керосиновую калильную лампу и понял, что она может стать источником такого света. Честно говоря, лампа коптила и никак не могла считаться надежной, но все-таки у нее было какое-то будущее. На одну эту лампу молодой человек возложил все свои надежды. Ради нестабильной работы дистрибьютором этой лампы он бросил постоянную работу. Новоявленному дистрибьютору не понадобилось много времени для того, чтобы понять, что для того чтобы превратить ее в тот дар, о котором он мечтал, лампу нужно усовершенствовать, сделать ее надежной и несложной в применении. Достичь этого можно было только путем исследований и экспериментов; именно этот подход стал главным принципом лампы Алладина. В результате исследований и появилась лампа Алладина. Год за годом она улучшалась, и вскоре компания Алладин стала пионером и лидером производства ламп. Благодаря мечте молодого человека миллионы людей во всем мире пользуются качественным освещением лампы Алладина.
Предприятие Джонсона начиналось как американское представительство немецкой компании (видимо, берлинской Еhrich & Graetz, которая, как уже было сказано, была одним из первых производителей калильных ламп). В 1908 г. он создал Мэнтл Лэмп Компани оф Америка (Mantle Lamp Company of America), которая начала производить лампы. Я лично познакомился с Джонсоном в его зрелые годы, когда он возглавлял преуспевающую корпорацию. С того момента, как он организовал Мэнтл Лэмп Компани, до 1930х гг., когда мы с ним познакомились, Джонсон не переставал изобретать и вносить усовершенствования. Он был большим человеком во всех смыслах этого слова и одним из тех, для кого трудности - лишь ступени к достижению цели.
Первый шаг к радикальному изменению дизайна калильной лампы был предпринят в 1910 г. изобретателем Чарльзом Хейзором Смитом (Charles Hazor Smith), который работал в Мэнтл Лэмп Компани оф Америка. До этого времени все керосиновые калильные лампы повторяли конструкцию газовых калильных горелок, в которых сетка опускалась при помощи горизонтальной рукоятки, вмонтированной с одной стороны горелки. Такая конструкция нарушала соответствие осей фитиля и калильной сетки и также не предотвращала нагрев сетки по бокам. Изобретение Смита имело следующие преимущества по сравнению с предыдущими конструкциями:
Впервые опорная часть калильной сетки и сопло горелки были сделаны как заменяемые детали, а сама сетка крепилась в центре проволочного петли, нижние концы которой закреплялись на двух диаметрально противоположных точках конуса (Рис.11).
- Опытным путем было обнаружено, что конус горелки часто деформировался и разрушался от нагрева голубым пламенем, вследствие чего пламя приобретало неровную форму, а яркость освещения уменьшалась. В изобретении Смита конус горелки, крепившийся к самой горелке при помощи байонетного соединения, каждый раз заменялся при замене калильной сетки.
- Перевернутая U-образная петля, в центре которой закреплялась калильная сетка, обеспечивала соответствие осей горелки, сопла, трубки фитиля и самого фитиля.
- Поскольку юбка калильной сетки закреплялась над конусом горелки, она была защищена от боковых смещений.
- Горелка Смита имела конический перфорированный верх, по бокам которого проходили прорези для равномерного распределения воздуха к пламени и к сетке.
Благодаря улучшенной конструкции горелки это изобретение успешно применялось в США, но первая мировая война помешала его распространению в Великобритании. Однако британский патент продолжал действовать, поскольку был продлен на 2 года согласно Патентным Актам от 1919 года. Срок действия патента истекал в 1926 г. Но в суд был подан иск о продлении срока действия патента еще на 4 года, поскольку во время войны запатентованное изделие не могло быть использовано. В результате патент оставался в силе вплоть до 1930 г. Усовершенствования, внесенные Смитом в конструкцию горелки и калильной сетки, стали поворотной точкой в эволюции ламп, в результате чего на рынке появилась более экономичная и легко регулируемая лампа по сравнению с более ранними моделями.
Однако предстояло еще многое сделать для ее усовершенствования, и на протяжении следующих десяти лет специалисты Мэнтл Лэмп Компани оф Америка сосредоточили свою работу над двумя аспектами конструкции - концентричностью горелки и механизмом ее охлаждения. Следующим после изобретения Смита стало изменение формы распределителя пламени, целью которого было предотвратить нагрев нижних частей горелки от пламени и избежать чрезмерного испарения топлива и эмиссии несгоревших продуктов.
Созданная к тому времени общая конструкция горелки сохранилась во всех последующих лампах, вплоть до наших дней.
Два важных новых элемента были добавлены к конструкции лампы в 1917 г.:
- Верхняя часть распределителя пламени приобрела форму усеченного конуса, а верхние и боковые плоскости были перфорированы;
- Появился выступ на внешней поверхности верхнего конца внешней трубки фитиля (Рис.12).
В результате этих двух изобретений доступ воздуха возрастал, когда увеличивали пламя, и ограничивался, когда уменьшали пламя, чтобы в любом случае не погасить пламя.
Другое преимущество этой конструкции заключалось в том, что распределитель пламени был расположен очень низко, благодаря чему меньше тепла попадало к трубке фитиля, чем более ранних конструкциях. В 1918 г. специалисты Мэнтл Лэмп Компани оф Америка завершили работу над новой конструкцией лампы, в которой горелка целиком могла быть извлечена из топливного резервуара и основания лампы. Для этого внутренняя и внешняя трубки фитиля делились на верхнюю и нижнюю секции.
Автор конструкции описал трудности, которые могут возникнуть в связи с этим. Если при сборке на фабрике детали лампы плотно подгонялись друг к другу, то во время транспортировки или использования детали могут быть деформированы. Чтобы избежать таких дефектов, изобретатель предложил многосекционные, коаксиальные трубки фитиля, которые удерживали бы конструкцию в определенном положении, не оказывая давления на тонкую настройку деталей фитиля. В конструкции предусматривалось охлаждение нагретых частей горелки при помощи внешнего потока воздуха, что представляло собой очередную попытку разрешить давнюю проблему избыточного испарения топлива. В это время стал общеизвестным тот факт, что лампа накаливания является очень чувствительным прибором и даже небольшое повреждение топливного резервуара может привести к смещению трубок фитиля и ухудшению освещения. С этого момента горелка в калильных лампах стала сборной и разъемной.
Интересный комментарий о сложностях, связанных с регулировкой калильных ламп в период до 1922 г., содержится в жизнеописании полковника Т. Э. Лоуренса (Лоуренса Аравийского), написанном сэром Рональдом Сторрсом. Он писал, что руки арабских слуг добрались до калильных сеток наших керосиновых ламп, извергавших по ночам вулкан омерзительной сажи, которая покрывала книги, ковры и все, что находилось в комнате. Т. Э. Лоуренс взял ситуацию с лампами под свой контроль, и пока он был жив, на фронте Алладина было все спокойно.
Конструкция горелки с измененной Смитом конфигурацией калильной сетки была стандартизирована компанией Мэнтл Лэмп Компани оф Америка. В 1919 г. лампы этой конструкции были привезены в Великобританию Джеком Имбером, который был назначен эксклюзивным торговым представителем Мэнтл Лэмп Компани оф Америка. Компания зарегистрировала торговую марку Алладин, взятую из известной сказки Тысяча и одна ночь, где волшебник предлагал менять новые лампы на старые. Под этой маркой в Великобритании продавались калильные лампы конструкции Смита, с небольшими модификациями; во всех моделях горелка и калильная сетка были съемными деталями. Поскольку огромные территории в этой стране оставались без газа и электричества, уровень продаж калильных ламп быстро рос. Вскоре Имбер преобразовал свой бизнес в компанию Алладин Лэмп Лимитед, которая прекратила импорт и начала свое производство ламп, фитилей и калильных сеток, продавая их под торговой маркой Лампы Алладина. Эти лампы могли быть использованы по-разному: как настольные, лампы для чтения, стандартные и подвесные. Их основное преимущество заключалось в том, что их можно было переносить с одного места на другое, т.к. они не были соединены при помощи трубки или шланга с резервуаром топлива. Применение этой лампы на практике показало необходимость дальнейших усовершенствований, и следующим новшеством стало изобретение кольцеобразных фитилей.
Усовершенствование лампы Алладина
Добиться соответствия формы пламени размеру калильной сетки долгое время было очень сложно.
Одна из причин этого заключалась в том, что во время установки кольцеобразные фитили часто деформировались, из-за чего во время горения происходило отложение углерода и пламя приобретало неровную форму. Для устранения этих недостатков в 1922 г. был создан новый тип фитиля, который был укреплен липкой лентой и внешним креплением. Целью этих изменений являлась защита фитиля от деформации во время установки, сохранение соосности фитиля с другими компонентами горелки и обеспечение симметричной формы пламени (Рис.13). Следующим новшеством стало создание очистителя фитиля, состоявшего из цилиндрического кольцевого наконечника, который закреплялся в верхней части фитиля и мог вращаться. Очиститель фитиля служил для удаления углеродных отложений и фиксировал верхушку фитиля под определенным углом к оси его остальной части.
Необходимость равномерного распределения воздуха к калильной сетке привела к созданию новой конструкции лампового стекла. На нижней части лампового стекла находится резьба, которая сцепляется с резьбой цоколя при вращении лампового стекла и фиксирует его в нужном положении. Между насечками резьбы на одинаковом расстоянии друг от друга расположены отверстия для входа воздуха. Эта конструкция требует точности в изготовлении, т.к. если одно из отверстий будет пропускать больше воздуха, чем остальные, пламя будет отклоняться, и сетка будет давать меньше света.
Все эти усовершенствования были направлены на создание пламени, совпадающего по форме с контуром калильной сетки. Следующее изменение конструкции заключалось в усовершенствовании деталей фитиля. Для регулировки длины фитиля с противоположных точек устанавливались две распорки, поддерживающие укрепленный фитиль. Распорки соединялись с храповиком и механизмом шестеренок и служили для регулировки высоты фитиля. Это приспособление предотвращало поломки или искажение фитиля, которые часто случались в прежней конструкции лампы. Дело в том, что прежний механизм регулировки высоты фитиля состоял из шестеренки, крепившейся непосредственно на волокнах фитиля. Благодаря новому механизму верхушка фитиля фиксировалась в горизонтальной плоскости, что способствовало созданию правильной формы пламени, совпадающей с калильной сеткой.
В результате изменений, внесенных в конструкцию калильных ламп в 1910-1924 гг., значительно увеличилась яркость их освещения. В своей книге Нефть и нефтепродукты (1913) сэр Бовертон Редвуд (Boverton Redwood) отметил, что горелка с плоским фитилем излучала свет, приблизительно равный 28 свечам, в то время как горелка Арганда давала свет, по силе света равный 38 свечам. В 1924 г. испытательные лаборатории Фарадей Хаус (Faraday House Testing Laboratories) провели тестирование 3-х ламп Алладина. Первая лампа была оборудована обычным распределителем пламени, с перфорированным верхом и боковыми поверхностями. В результате тестирования эта лампа показала силу света, равную 64.1 свечам. Во второй лампе заблокировали все перфорированные отверстия в верхней части распределителя пламени, кроме двух, при этом отверстия по бокам остались открытыми. Эта лампа давала силу света, равную 41.2 свечи. В третьей лампе все отверстия в верхней части распределителя были закрыты, а боковые отверстия остались открытыми. Освещение этой лампы составило 1.7 свечи. Эти данные наглядно свидетельствуют о двух фактах. Во-первых, эти эксперименты подтверждают эффективность усовершенствований, которые были внесены в конструкцию горелки за предыдущие 14 лет. Во-вторых, они говорят о чувствительности деталей горелки и о необходимости защищать их от углеродных отложений. После небольших колебаний компания Алладин Индастриз Лтд (Aladdin Industries Ltd) решила провести рекламную акцию в стране, лозунгом которой стало оригинальное предложение Новые лампы в обмен на старые. Эта реклама произвела ошеломляющий успех, и компания получила множество разнообразных старинных ламп, которые были сохранены как антиквариат до наших дней. Рост спроса на калильные лампы в США начиная с 1910 г. позволил собрать большое количество информации об особенностях их использования в жилых домах. Кроме того, Мэнтл Лэмп Компани оф Америка поручила группе инженеров провести ряд экспериментов над лампами в различных условиях с тем, чтобы выдвинуть предложения по их усовершенствованию в конструкции и устранить возможные неполадки.
Результатом этих наблюдений и экспериментов явилась серия новшеств, целью которых было добиться стабильного функционирования ламп, увеличения их силы освещения и повышения безопасности для потребителей. Иными словами, необходимо было создать калильную лампу с защитой от дураков.
К 1927 г. широкое применение калильных ламп привело к необходимости их дальнейшего усовершенствования и модификации. Требовалось создать такую конструкцию лампы, детали которой (фитиль, стекло или сетку) любой пользователь мог бы заменить самостоятельно и контролировать работу лампы в целом, так, чтобы эффективность освещения при этом не ухудшилась.
Широкое использование лампы Алладина в 1920х гг. выявило необходимость дальнейшего усовершенствования следующих аспектов работы лампы: 1. Необходимо было сократить интервал времени, требуемый для установления максимальной интенсивности пламени и добиться стабильности пламени. Наблюдения показали, что тепло, выделяемое горелкой, непосредственно нагревает или передается через теплопроводные детали горелки по всей структуре лампы. Было установлено, что в результате перегрева в трубках фитиля происходит избыточное испарение топлива, размер пламени увеличивается, что приводит к накоплению углерода на сетке.
2. Необходимо было защитить пламя от прямого воздействия внешних потоков воздуха, что особенно важно при зажигании горелки.
3. Необходимо было предотвратить попадание избыточного топлива с фитиля на фланец, предназначенный для защиты пламени и расположенный на внешней трубке фитиля.
Чтобы выполнить все эти требования, была создана новая конструкция. В нее входил обычный защитный фланец, необходимый для уменьшения силы воздушного потока, который в противном случае мог погасить или как-то иначе негативно воздействовать на пламя в верхней части фитиля. Также вводилась дополнительная перегородка, соединенная с основанием лампового стекла, которая была перфорирована для поступления холодного воздуха. Поскольку дополнительная перегородка не была связана с внешней трубкой фитиля, получаемое ей тепло не доходило до трубок фитиля и передавалось на другие элементы горелки, от которых рассеивалось. Эти усовершенствования оказались настолько эффективными, что новая конструкция горелки оставалась неизменной долгие годы (Рис.14).
Перед эксплуатацией горелки фитиль опускается, и масло на его верхушке поджигается. Сразу после этого можно увеличивать высоту фитиля и получить пламя максимальной интенсивности. Секрет конструкции заключается в том, что большой участок фитиля защищен от воздушных потоков, поэтому одновременно достигается высокое пламя и максимальное свечение калильной сетки.
В 1927 г. в конструкцию лампы было также введено еще одно новшество, которое касалось калильной сетки. В этой конструкции основная часть горелки является стационарной, и только верхняя часть вместе с калильной сеткой является съемной (Рис.15). Съемный верх горелки состоит из кольца, снабженного петлей для крепления калильной сетки и кольцевого фланца с внутренней стороны горелки. Кольцо сконструировано таким образом, что оно не деформируется от нагрева, а в его вертикальной части предусмотрены отверстия для входа воздуха. Кольцо не соприкасается с нижней частью конуса горелки, а вставляется во внутренний паз перфорированного цилиндра. Благодаря зазору между нижним конусом и кольцом в этой конструкции тепло от кольца передается перфорированному цилиндру, а не трубкам фитиля. Таким образом, полностью исключается перегрев трубок и избыточное испарение топлива. Одно из усовершенствований, внесенных в конструкцию лампы в 1927 г., касается непосредственно самой калильной сетки. В ее верхнюю часть было вставлено металлическое крепление, по форме повторяющее отверстие для выхода продуктов сгорания, для того, чтобы сохранить концентрическую форму сетки и ее соосность с конусом горелки, трубками фитиля и самим фитилем. Поскольку существует очень мало технической литературы, описывающей развитие калильных ламп, для того, чтобы подробно проследить их эволюцию, автор данной статьи во многом основывался на патентных спецификациях. Но, начиная с 1910 г. все лампы, описанные в данных спецификациях, продавались под торговой маркой Алладин. Таким образом, производство калильных ламп является интересным примером промышленной отрасли, которая на протяжении многих лет развивалась под защитой многочисленных патентов. Соответственно, в ней имела место лишь незначительная конкуренция. В 1920-1930 гг. появились лампы конкурирующих компаний. Однако из-за того, что большинство усовершенствований конструкции, благодаря которым лампы Алладина работали так эффективно, было защищено патентами, которые принадлежали или контролировались компанией Алладин Индастриз Лтд, конкурирующие компании не имели к ним доступа. Для того, чтобы обеспечить потребителей высококачественным керосином для максимально яркого освещения, который не оставлял бы углеродных отложений на калильной сетке, компания Алладин Индастриз Лтд заключила соглашение с компанией Шелл Мекс Лтд на производство керосина высокой степени чистоты, который окрашивался в розовый цвет. Одновременно была развернута рекламная компания, призывавшая использовать в лампах только розовый керосин для обеспечения максимальной яркости освещения. В настоящее время калильные лампы - как настольные, так и подвесные - до сих пор выпускаются в определенных количествах компанией Алладин Индастриз Лтд. Несмотря на падение спроса на такие лампы в Великобритании, где повсюду используется электричество, существует еще много мест на планете, таких как Азия, Африка, Южная Америка, где электричество по-прежнему остается недоступным. Спрос на эти лампы в странах Ближнего Востока настолько значителен, что в Иране начато их производство для продажи в этой стране, в Ираке и Афганистане. Определенные детали и комплектующие к лампам - в частности, конструкция калильной сетки - в настоящее время выпускаются в Индии. Компания Алладин Индастриз Лтд производит металлические детали лампы, калильной сетки и тканые фитили в Гринфорде, Мидлесексе и Понтардаве в Южном Уэльсе. Для производства лампового стекла требуется специальное технологическое оборудование, поэтому оно выпускается на специализированных стеклозаводах. Срок службы самих ламп достаточно долог, в то время как фитили и калильные сетки являются сменными деталями и имеют короткий срок эксплуатации, поэтому их изготовление составляет основную часть промышленного производства ламп. Описанные выше изменения конструкции, в особенности, усовершенствование горелки, фитиля и лампового стекла, нашли свое применение в производстве масляных обогревателей. Лампы давления
Это исследование истории развития калильных ламп завершается описанием так называемых ламп давления, принцип работы которых основан на создании повышенного давления внутри резервуара с топливом для его последующей подачи к горелке. Лампы, описанные выше, применялись для бытового освещения и не нуждались в повышенном давлении, поскольку в их конструкции создавалась достаточная тяга воздуха к фитилю и калильной сетке.
Однако переносные лампы и фонари внешнего освещения нуждались в защите от сквозняков и ветра, поэтому горелка, калильная сетка и механизм связующих деталей помещались внутрь стеклянного сосуда или шара. В результате в этой конструкции доступ воздуха оказался не достаточен для получения голубого пламени, поэтому возникла необходимость изменения внутренней структуры лампы.
В сельской местности всегда существовала потребность широкого применения переносных фонарей. Существовавшие ранее фонари, в которых использовались свечи или горелки с открытой подачей масла, давали слабое освещение. По мере усовершенствования керосиновых ламп, использовавшихся для внутреннего освещения, изобретатели занялись улучшением конструкции калильной сетки в переносных керосиновых фонарях.
Первый вариант калильной лампы давления был выпущен в 1895 году и состоял из вертикальной калильной сетки и механизма для создания давления в топливном резервуаре, что было необходимо для испарения жидкого топлива (Рис.16).
В 1907 году Актиболагет Аладин из Швеции разработал одну из первых ламп давления, в конструкцию которой входил механизм для первичного нагрева горелки. В этой конструкции трубка подачи топлива расположена близко к калильной сетке, поэтому трубка нагревается, и топливо в ней начинает испаряться. Аналогичный механизм использовался во всех более поздних конструкциях лампы давления. Очевидно, в этой конструкции испарение топлива было невозможно до момента нагрева трубки, поэтому было создано устройство предварительного нагрева. Оно состояло из небольшой круглой кюветы с метиловым спиртом или аналогичной жидкостью. Дальнейшее усовершенствование лампы давления было связано с использованием двух перевернутых калильных сеток, для того чтобы предотвратить осаждение продуктов горения на жиклере горелки.
В 1930 г. была предложена новая конструкция лампы давления, в которой был использован другой способ предварительного нагрева горелки. Была создана вспомогательная горелка, которая нагревала испаритель до того, как зажигалась основная горелка и раскалялась перевернутая калильная сетка (Рис.17).
Позже была предложена еще одна конструкция, включавшая в себя искривленный испаритель. Он был расположен вокруг горелки и соединялся с трубкой подачи топлива, которая располагалась вне лампового стекла, внутри которого находилась горелка и калильная сетка.
Опыт, полученный в ходе применения ламп давления, описанных выше, позволил успешно развивать и использовать описанную конструкцию.
Современный фонарь давления включает в себя насос в топливном резервуаре, который создает давление воздуха, в результате чего топливо подается вверх по топливной трубке. Трубка подачи топлива проходит через перевернутую калильную сетку в смесительную камеру, в которую воздух поступает через 3 радиальные отверстия. Из смесительной камеры смесь воздуха и топлива подается на сопло жиклера, расположенного внутри калильной сетки (Рис.18).
Для периодического очищения отверстия жиклера от нагара в конструкции предусмотрен шип. В основании трубки подачи топлива расположена кювета со спиртом и асбестовый шнур. Весь этот механизм заключен в стеклянный сосуд.
Калильная лампа пока еще не вышла из употребления. Она до сих пор используется для внутреннего освещения домов в тех районах Великобритании, где газ и электричество недоступны. Использование калильной лампы для украшения, например при настольном освещении, гораздо более эффектно, чем электрические или газовые светильники. Во многих странах калильная лампа до сих пор остается лучшим осветительным прибором, и поэтому ее производство будет продолжаться и в будущем.
В заключение данной статьи я хочу поблагодарить руководство компании Алладин Индастриз Лтд за предоставленный доступ к архивам; юриста компании господина Роберта Х. Якоба из Чикаго и господина В. С. Джонсона-младшего за хронологический обзор о первоначальном этапе развития калильных ламп, а также господина К. Д. Игланда за предоставленный иллюстрационный материал.
А. Р. Дж. Рамси, С. П. А. ( Член Совета) A. R. J. RAMSEY, C. P. A., (Member of Council)
(Прочитано в Научном Музее, Лондон, 2 октября 1968г.)
Перевод с английского языка Клевцова А.М.©
Источник: Oillamp.ru
