Текст книги "Очерки по истории теплоэнергетики. Часть 1"

Освещение балов в январе 1885 года

Более результативные работы по созданию системы электрического освещения в Зимнем дворце были выполнены по проекту Василия Леонидовича Пашкова, который с августа 1884 года занял должность заведующего водопроводом и освещением ведомства главного дворцового управления. Он предложил заменить газовое и свечное освещение на электрическое. Император Александр III, имевший аналогичную систему в Гатчинском дворце с 1881 года, поручил Пашкову организовать в Зимнем дворце электрическое освещение рождественского бала, традиционно проводившегося в январе.

В результате электрическое освещение в Зимнем дворце создавалось поэтапно. В соответствии с разрешением министра императорского двора от 22 декабря 1884 года, последовавшего за Высочайшим повелением, 10 января 1885 года во время бала было испытано опытное электрическое освещение с помощью 72 ламп накаливания в Помпейской галерее (в настоящее время залы на втором этаже № 151 и № 153 – Романовская галерея) и двух дуговых ламп в Зимнем Помпейском саду с застекленным потолком (в настоящее время зал № 152 – выставочный павильон для картин) [2, 22] и в Зимнем саду Малого Эрмитажа (в настоящее время открытый Висячий сад).

Опыт был признан удачным, и по Высочайшему повелению такое же освещение было устроено в Николаевском (зал № 191) и Аван (№ 192) залах во время балов в Зимнем дворце 17, 27, 31 января и во дворце на Елагином острове 3 февраля. Для ламп накаливания в Зимнем дворце двигателем послужила паровая водокачальная машина дворца мощностью 8 л. с, приводившая две динамо-машины на 40 ламп накаливания каждая, взятых в аренду у фирмы «Сименс и Гальске». В Большом дворе и Кухонном дворике Зимнего дворца были выстроены леса, вероятно, для размещения кабелей и коммутирующих устройств. Для работы дуговых ламп, освещавших Зимние сады, на время опытов у Охтинских пороховых заводов был взят локомобиль, установленный в выстроенном для этой цели деревянном строении, расположенном в Черной Западине (предположительно в гаражной Западине) Зимнего дворца. Этот локомобиль и еще один локомобиль, взятый в аренду у фирмы «Сименс и Гальске», обеспечивали освещение балов во дворце на Елагином острове 3 февраля.

Следует отметить, что на Охтинских заводах с 1869 года в турбинном доме начали работать три гидравлических турбины Жонваля единичной мощностью 100 л. с. для приводов различного механического оборудования с помощью проволочных канатов и шкивов. Их установка была выполнена по проекту и под руководством профессора И. А. Вышнеградского. Однако в связи с засухой, имевшей место в отдельные годы, в 1876 году были временно установлены в турбинном доме 7 локомобилей в качестве резервных механических приводов, чтобы можно было обеспечить необходимую мощность независимо от погодных условий [23]. Кроме того, для обеспечения механической энергией технологических процессов за границей были заказаны паровая машина системы Керлиса мощностью 100 л. с. с тремя паровыми котлами и аналогичная машина мощностью 50 л. с. с двумя паровыми котлами. В 1883 году в пристройке к турбинному дому была установлена еще одна паровая машина системы Кольмана. Электрическое освещение отдельных производств, вероятно, в связи с особыми мерами безопасности на пороховом производстве, появилось только к 1889 году. В основном использовались лампы Кумберга с рефлектором, работающие на животном жире, и стеариновые свечи. К 1890 году на Охтинских заводах числились три локомобиля. В 1897 году на Охтинских заводах В. Н. Чиколев и Р. Э. Классон создали электростанцию переменного тока высокого напряжения, получавшую энергию на ранее установленных гидравлических турбинах общей мощностью около 350 л. с. и заменившей множество неэкономичных мелких паровых двигателей, работающих как на электрическое освещение завода общей мощностью 150 л. с, так и на силовые приводы общей мощностью 200 л. с. [24].

Временная электростанция 1885–1886 гг.

В. Л. Пашковым в октябре 1885 года в Министерство императорского двора был представлен на рассмотрение грандиозный современный и эффективный проект дворцовой электростанции, питающей освещение Зимнего дворца, Малого, Большого и Нового Эрмитажей, Театрального здания, с применением общего водоснабжения для этих зданий, для запасного дома и устройством установки для растапливания снега [2, 3, 25]. В объяснительной записке В. Л. Пашков доказывал необходимость строительства крупной электрической станции мощностью до 540 кВт в составе четырех паровых машин российского производства, четырех локомобилей, 30 динамо-машин постоянного тока номинальной единичной мощностью 18 кВт.

По проекту паровые котлы располагались в котельном зале, локомобили должны были выполнять функции резерва, пиковых мощностей во время проведения балов и других торжеств в Зимнем дворце. Кроме того, они должны были использоваться как мобильные установки для питания электроосвещения других дворцов во время балов и различных торжеств. Тепловая схема станции предполагала утилизацию тепловой энергии отработанного пара паровых машин для удовлетворения коммунальных нужд – растапливания снега. Разработанный проект учитывал опыт строительства и эксплуатации электростанции на барке на реке Мойке, введенной в работу 30 декабря 1883 года.

Император после рассмотрения проекта утвердил выполнение малой части системы только для освещения балов в январе 1886 года. Строительство станции на полную мощность было отложено на год. По плану работы по ее строительству должны были начаться в 1886 году и завершиться в полном объеме в 1889 году.

Для подготовки к балам 1886 года были выполнены следующие работы [2]. Во втором дворе Эрмитажа в правом заднем углу (предположительно Электродвор Нового Эрмитажа) было выстроено временное деревянное здание, в котором разместили полупереносную паровую машину локомобильного типа мощностью 100 л. с. и английский локомобиль мощностью 40 л. с. Соответствующие динамо-машины и приборы расположили в примыкающих к этому зданию подвалах дворца. От временной электростанции были проложены кабели во дворец. Освещались следующие помещения дворца: Салтыковская лестница с вестибюлем, Темный коридор, Ротонда, Арабский зал, бывшие покои императрицы Александры Федоровны, жены Николая I, Аванзал, Концертный зал, Николаевский зал, верхняя часть Иорданской лестницы, Помпейская (Романовская) галерея и Павильонный зал Малого Эрмитажа. Эта система освещения тестировалась в течение сезона, ее преимущества были очевидными. Поэтому с весны 1886 года было принято решение о введении электрического освещения во всех помещениях дворца и сопредельных зданий и наружного освещения территории дворцового комплекса.

Постоянная основная электростанция 1886 года

Для размещения основной электростанции на следующем этапе в 1886–1887 гг. в Электродворе Нового Эрмитажа заводом «Сан-Галли» было выстроено металлическое здание павильонного типа с архитектурой, характерной для международных выставок. В машинном зале разместились паровые машины, в котельном зале – паровые котлы, рис. 2.

Рис. 2. Разрезы павильона электростанции Зимнего дворца по проекту В. Л. Пашкова [8]

Детальное изучение особенностей станции, приведенное в архивном источнике РГИА, Ф. 536, оп. 1, д. 213, к сожалению, в настоящее время невозможно в связи с его недоступностью из-за плохого физического состояния документов. Приходится удовлетвориться описаниями проекта, приведенными в [2, 3]. Следует отметить вариантность по составу основного оборудования электростанции, приводимую в разных документах. Это можно объяснить как наличием разных вариантов проекта, так и этапностью ввода оборудования в работу.

В стене, разделяющей машинный и котельный залы, были устроены четыре окна и двери. Коммутирующее и измерительное оборудование, склад с запасом угля на три дня и смазочными материалами размещались в подвальных помещениях. Вода из Невы позволяла обеспечить охлаждение выхлопного пара паровых машин. Возможность доставки топлива по реке также была благоприятным фактором. В котельном отделении находились шесть жаротрубных котлов Паукша с внешней топкой и давлением пара 6 ати. Котлы трехходовые по дымовым газам, горизонтальные с дымогарными трубами, изготовлены на заводах Сан-Галли и Лесснера в Петербурге. Проекты котлов выполнялись на основе расчетов В. Л. Пашкова. Топка расположена под цилиндром котла с трубами и водой. В дымоходе установлен чугунный сушильный аппарат для подсушивания и слабого перегрева свежего пара. Каждый котел имел питательный насос, для всех котлов был установлен один резервный насос. Вода для котлов забиралась из трех баков объемом 3,8; 5,67 и 30 м³, расположенных на чердаке и предназначенных для водоснабжения дворца и для работы гидравлических подъемников. Кратковременно возможно было питание от городского водопровода. Кроме того, имелся один паровой котел локомотивного типа для паровой машины в 100 л. с. с давлением пара 8 ати. Двигателями являлись четыре горизонтальные паровые машины двойного расширения с конденсацией отработавшего пара по 160 л. с, произведенные на петербургских заводах Сан-Галли и Лесснера. Два двигателя имели клапанное парораспределение, два – золотниковое. Кроме того, были установлены одна английская паровая машина компаунд с конденсацией завода Маршалла мощностью 100 л. с. на давление пара 8 ати, а также три коловратных машины мощностью 4, 8 и 25 л. с. Паровые машины приводили с помощью трансмиссий (паровые поршневые машины) или непосредственно (коловратные машины) 12 динамо-машин по 42 кВт (120 В, 350 А), 4 динамо-машины компаунд по 23 кВт (115 В, 200 А), 4 динамо-машины по 17,3 кВт (115 В, 150 А), 7 динамо-машин по 7,2 кВт (12 А, 600 В) и 1 динамо-машину мощностью 2,7 кВт (12 А, 220 В). Последние машины с последовательным возбуждением использовались для работы дуговых ламп, расположенных вокруг дворца, главного двора, Военной галереи, зимних садиков. Управление велось от двух щитов для бальных залов, от четырех швейцарских коммутаторов для прочих помещений и наружного освещения. От станции были проложены 23 кабеля толщиной от 190 до 150 мм² для освещения лампами накала и семь кабелей для освещения дуговыми лампами. Для определения неисправности работы всех систем освещения на станции имелась измерительная комната.

На рис. 3 показан фасад здания основной электростанции Зимнего дворца 1887 года, выполненный с помощью компьютерной реконструкции П. Л. Скобликовым на основе чертежей завода Сан-Галли.

На рис. 4 приведена принципиальная тепловая схема основной электростанции Зимнего дворца. От котлов слабо перегретый пар подавался к четырем паровым машинам единичной мощностью 160 индикаторных лошадиных сил, допускающим перегрузку на 30 %, а также к коловратным машинам.

Рис. 3. Здание основной электростанции Зимнего дворца 1887 г. Компьютерная реконструкция П. Л. Скобликова [9]

Рис. 4. Принципиальная тепловая схема основной электрической станции Зимнего дворца

Две из основных паровых машин работали до 1925 года. Поэтому на фото, выполненном ателье К. К. Буллы в 1913 году (ЦГАКФФД СПб, шифр Е 360), вид паровых машин с трансмиссией практически совпадает с фото этих машин, представленных в Альбоме участников первого Всероссийского электротехнического съезда 1899–1900 г. [33], см. рис. 5а и 56. Пар с выхлопа машин в зимнее время использовался для растапливания снега в снеготаялке. В летнее время выхлопной пар мог выбрасываться в атмосферу либо подаваться в смешивающий конденсатор, после которого подогретая вода сливалась в Неву. Для создания вакуума в смешивающем конденсаторе использовались воздушные насосы (эжекторы). При необходимости в снеготаялку мог подаваться свежий пар от котлов после дросселирования. Применение паровой рубашки рабочих цилиндров паровых машин и тепловой изоляции паровых машин увеличивало их к.п.д. Повышению эффективности паровых машин способствовало устройство подачи и выпуска пара по разным каналам, а также возможность изменения степени наполнения паром рабочих цилиндров.

В связи с отсутствием в это время производства мощных динамо-машин, соответствующих мощности паровых машин, а также разными скоростями вращения валов применялись трансмиссии.

Для снабжения маслом всех паровых машин и динамо-машин была создана система маслоснабжения с фильтрами, маслопроводами и насосами.

Дежурное освещение обеспечивалось с помощью двух аккумуляторных батарей, размещаемых в подвальном помещении. Питание котлов в номинальном режиме работы станции при отсутствии балов и приемов во дворце обеспечивалось паровыми насосами водой из Невы, при повышенной электрической нагрузке подавалась дополнительная вода из баков системы водоснабжения дворца.

Дворцовая электростанция была построена хозяйственным способом. Над ее проектированием, кроме В. Л. Пашкова, работали известные ученые и специалисты Практического технологического института, профессора И. А. Вышнеградский, П. А. Петров, Н. П. Афанасьев, И. А. Евневич. Участие специалистов Н. П. Булыгина, Д. Ф. Соколова, Ф. Г. Жукова, являвшихся сотрудниками фирмы «Сименс и Гальске», а также поставки электротехнического оборудования производства этой фирмы дали повод братьям Сименс считать эту электростанцию и своим объектом.

Общая мощность станции по паровым машинам при работе по конденсационному циклу составила 860 л. с, допускалась перегрузка на 30 %. Общая установленная мощность генераторов равнялась 700 кВт. Присоединенная мощность в 1890 году равнялась 1600 кВт, при этом пиковая потребляемая мощность во время проведения балов или дворцовых торжеств достигала 600 кВт. В обычное время работали две большие паровые машины и один локомобиль, поэтому график нагрузки был очень неравномерным. Это было связано с характером потребителей – осветительной нагрузкой. Разные типоразмеры паровых машин от 4,8 л. с. до 160 л. с, генераторов мощностью от 2 кВт до 45 кВт, использование аккумуляторов – все это позволило электрической станции экономично работать практически при любой нагрузке потребителей.

Большая экономия топлива достигалась в зимний период, когда выхлопной пар использовался для работы снеготаялки. Ее выстроили в Шуваловском проезде к середине декабря 1885 года. Для подачи пара в снежный массив использовалось металлическое устройство в виде распределительного трубопровода с перфорацией и фасонными изделиями. Вот как описана конструкция снеготаялки в [25]. «Это чугунная рама над деревянным колодцем с прочной крышей из частей на шарнирах, устроенная так, что через оную могут переезжать возы, с надстройкою совершенно разбирающейся и складывающейся со стенками из гофрированного железа и с большими железными воротами. Общий вес 365 пудов (около 6 т)…». Талая вода отводилась через систему канализации дворца.

В [3] приведен технико-экономический расчет использования выхлопного пара для таяния снега, выполненный В. Л. Пашковым. В снежные зимы отпуск пара для снеготаялки продолжался в течение четырех месяцев, при этом растапливалось до 24000 возов (1 воз – 320 кг снега). За счет отработанного пара можно было за 12 часов растопить 600 возов снега. Устройство снеготаялки окупалось за 1 год. Вывоз снега из города обходился вдвое дороже. Аналогичные снеготаялки позже были устроены при электростанциях Мариинского, Михайловского и Александринского театров, Государственного Коммерческого банка, Военно-медицинской академии и на других объектах. В дальнейшем мощность снеготаялки в Зимнем дворце была повышена, она исправно работала еще в 1898 году.

За год около 30 % энергии, вырабатываемой котлами, использовалось в виде тепла для хозяйственных нужд, зимой этот показатель повышался до 50 %, в том числе за счет отработавшего пара 35 %. При неработающей снеготаялке котельная отпускала пар для паровых машин, вырабатывающих электроэнергию в конденсационном цикле, а также для паровых насосов, в том числе системы водоснабжения дворца.

При выполнении ремонтных работ в Висячем саду в 2012 году была демонтирована снеготаялка и ее паровой калорифер в виде регистра труб в 1 дюйм с коллекторами диаметром 2,5 дюйма, расположенные на дне шахты на уровне первого этажа в средней части двора [7]. На снеготаялку подавался пар с выхлопа паровой машины № 7 по паропроводу диаметром 3 дюйма. Очевидно, что снеготаялка в шахте Висячего сада имела меньший объем и появилась позже в сравнении со снеготаялкой в Шуваловском проезде.

В одном из подвальных помещений находились два мраморных распределительных щита с аппаратурой распределения, защиты и измерительными приборами. От одного щита велось управление системой освещения помещений дворца, от второго – системой уличного освещения. Регулирование напряжения цепей производилось с помощью реостатов в цепях возбуждения генераторов. С самого начала работы станции использовались аккумуляторы, расположенные в подвальном помещении. Был выполнен громоотвод для защиты от грозы. В здании станции имелась мастерская, действовала система механической вентиляции. Подача угля к котлам, вывоз золы производились с помощью тележек, двигающихся по рельсам.

Запасная малая электростанция

Кроме основной станции В. Л. Пашков создал также передвижную малую станцию на основе двух локомобилей, способную запитать до 2500 ламп накала и 16 дуговых фонарей. В ее составе находились 2 локомобиля Гаррат единичной мощностью 40 л. с. для питания ламп накала, а также одна динамо-машина (800 В) для освещения Александровской колонны 16-ю дуговыми лампами. Эта станция соединялась с главным кабелем и размещалась на первом этаже Малого Эрмитажа в большом (теплом) сарае. Ее включали во время пиковой нагрузки либо при минимальной нагрузке потребителей. Она использовалась также для освещения загородных дворцов во время балов, во дворце на Елагином острове, в Царском Селе, Петергофе, а также для освещения при проведении торжеств в Аничковом дворце, пока в нем не появилась собственная электростанция в 1890 году.

Представляет интерес определение истинного положения теплого сарая на плане первого этажа Малого Эрмитажа. В [2] говорится о большом теплом сарае в Черном проезде. На плане нижнего этажа, подписанном инженером генерал-майором Кубе (1812–1868 гг.) [26], теплый сарай, очевидно, находится со стороны Шуваловского проезда, а не Черного проезда. В [27] содержатся письма, сметы на работы по переделке манежа конюшен и сараев в здании Малого Эрмитажа, в первую очередь, в связи с размещением в этом здании запасной электростанции. Здесь говорится о том, что дымовые трубы локомобилей и труба для отвода в атмосферу пара от двигателей при отсутствии водяного охлаждения пара выводятся через стену в сторону Шуваловского проезда. Эта сторона является удобной и для связи с основной электростанцией. В [28] указанное помещение со стороны Шуваловского проезда называется старым теплым сараем и жилым сараем. Автор статьи сознает, что предлагаемая здесь версия о положении теплого сарая не бесспорна, но приведенные ссылки на текстовые и графические архивные документы, по его мнению, затрудняют обоснование версий расположения теплого сарая со стороны Черного проезда.

Следует отметить, что основная и запасная электрические станции Зимнего дворца были построены в очень короткий срок. В мае 1886 года специалисты Контроля МИД еще рассматривали проект, а в январе 1887 года основные работы по строительству основной станции были закончены. В этом же году были завершены работы и по устройству запасной станции. Исполнителями этих работ были техники МИД, нижние чины военно-походных Телеграфных Парков 1, 2 и 3, солдаты Преображенского полка, чернорабочие и плотники, а также будущий обслуживающий персонал станции. По словам Вильгельма Сименса, сделавшего доклад в Берлине об этой станции немецким электротехникам, на тот момент она была крупнейшей и самой совершенной в мире установкой электрического освещения.

Ко времени проведения балов в январе 1887 года все залы дворца были освещены электричеством, начало действовать наружное освещение. Летом 1887 года уличные газовые фонари были демонтированы. В течение 1887–1888 гг. электрическое освещение появилось во всех служебных помещениях, газовое освещение прекратилось, в то же время свечи в канделябрах зажигались ежедневно наряду с электрическими лампами вплоть до 1917 года. В 1889 году к приезду персидского шаха в Эрмитажном театре также была создана система электрического освещения как зала, так и сцены.

За большой вклад в создание инженерных систем Зимнего дворца и, особенно, системы электрического освещения дворца и прилегающих к нему зданий, включая дворцовую электростанцию, техник Василий Леонидович Пашков был награжден орденом Святого Владимира 4-й степени и премией в 5000 рублей.

К 1893 году число ламп накаливания выросло до 30000, дуговых ламп – до 40 штук. Электричеством освещались здания дворцового комплекса, Дворцовая площадь, здания Штаба гвардейского корпуса (Дворцовая пл., 4) и казарм лейб-гвардии Преображенского полка (ул. Миллионная, 33) [9].