Солнечный свет из Калашниково

Кандидат химических наук Пётр Образцов. Опубликовано в журнале «Наука и Жизнь» №3,2012

          Летом 2009 года президент РФ Дмитрий Медведев указал производителям электроламповой продукции и госслужащим на необходимость перехода на энергосберегающие осветительные лампы и в качестве первого шага потребовал прекратить производство 100-ваттных бытовых лампочек накаливания. Послушные производители отдали честь и отрапор товали о переходе на… 95-ваттные лампы. Есть подозрение, что переход состоялся лишь в переписывании технических данных на этикетках и на самих лампочках — перестраивать сложное производство из-за каких-то 5 ватт, которые ещё как-то обнаружить надо, явно не стоило. Впрочем, то же самое можно сказать о замене традиционных ламп накаливания на энергосберегающие люминесцентные и светодиодные лампочки (ЭСЛ). Никто не спорит, экономить электричество и выключать свет в туалете необходимо, пренебрежение правилами общежития Васисуалий Лоханкин испытал на своей шкуре.

Введение

          Со времён «Двенадцати стульев» прошло всё же довольно много времени, на великих русских реках построены огромные ГЭС, запущено немало АЭС и продолжают работать (уже на газе) высокопроизводительные ГРЭС. Выяснилось, что убытки от не выключенного в Кремлёвском дворце съездов света не так уж и велики, а основные и неизбежные потери происходят при передаче электроэнергии на необозримые российские расстояния — до 40% вырабатываемой энергии! Примерно подсчитано, что переход на энергосберегающие лампы даст экономию в лучшем  случае 1—2% от общероссийского производства электричества. Но ведь и это немало, особенно в абсолютных цифрах. Казалось бы, производство ламп накаливания действительно пора прекращать, тем более что уже производят люминесцентные лампы с обычным, подходящим для традиционного патрона цоколем. Чтобы не показаться необъективными, попробуем всё же отметить те недостатки, которые присущи лампам накаливания, но сопоставим их с достоинствами. И точно так же поступим с оценкой ЭСЛ, что люминесцентных, что светодиодных. Итак, наши лампы накаливания служат сравнительно недолго, хотя нормальный срок их службы может измеряться и годами — у автора этой статьи, например, лампа на 60 ватт в ванной комнате служит уже лет пять. А ведь в ванной повышенная влажность!
          ЭСЛ работает и вправду намного дольше ламп накаливания. Но только в том случае, если в вашем регионе всё в порядке с подачей электричества. Скачки напряжения и прочие перебои неблагоприятно влияют на работу энергосберегающих, прежде всего люминесцентных ламп.

Расточительная экономия

          Вся «история» затевалась ради экономии электроэнергии. И верно, энергосберегающие лампы при одинаковом с лампами накаливания световом потоке потребляют раз в пять меньше электроэнергии. Тут ничего не скажешь, их использование в офисах и на производстве приводит к заметной экономии. Однако не в быту, где основными потребителями электроэнергии являются электробытовые приборы: электрочайники большой мощности, стиральные и посудомоечные машины, холодильники и так далее. Если у вас много этой техники, то переход на ЭСЛ особой экономии не даст. Тем более что сейчас эти лампы стоят намного, в десятки и даже сотни раз, больше обычных лампочек накаливания. Такие лампочки могут стоить в три-четыре раза дешевле одной поездки на троллейбусе. 
          Лампы накаливания пожароопасны. Поверхность колбы может нагреваться до 120 градусов Цельсия. ЭСЛ полностью лишены этого недостатка. Однако обладают другим, едва ли не более серьёзным: в состав газовой смеси, наполняющей люминесцентные лампы, входит ртуть в виде паров, и при массовом производстве и спользовании придётся убедить граждан не выбрасывать перегоревшие лампы куда угодно, а сдавать на специальные пункты приёма, которые надо ещё организовать. В противном случае крайне ядовитая ртуть рассеется в окружающей среде и в конечном итоге достигнет наших организмов.
          Можно перечислить ещё ряд недостатков и достоинств ламп накаливания и ЭСЛ, но назовём наконец самое главное преимущество наших традиционных лампочек, настолько серьёзное, что уже одного этого было бы достаточно, чтобы пренебречь всеми достоинствами ЭПЛ. Речь о спектре излучаемого света, который у ламп накаливания привычен и благоприятен нашему органу зрения, прежде всего, потому, что этот спектр образуется при свечении раскалённого металла. Естественный для человека солнечный свет образуется примерно так же, хотя температуры на Солнце, конечно, намного выше. Но человек с момента обретения разума пользуется огнём, а спектр костра и вовсе очень близок к спектру ламп накаливания. ЭСЛ, во всяком случае пока, раздражают своим неестественным светом — может быть, когда будут придуманы какие-нибудь усовершенствования, мы и станем без колебаний и сомнений использовать ЭСЛ, но в настоящее время лампы накаливания явно предпочтительнее.

Технологическая цепочка

          Кстати, при переходе на ЭСЛ придётся закрывать или кардинально перестраивать электроламповые заводы, которые зачастую являются градообразующими предприятиями и обеспечивают работой тысячи человек. На один из таких заводов, находящийся в Лихославльском районе Тверской области, в посёлке Калашниково, мы и поехали. До революции здесь был сравнительно скромный завод аптечной посуды, потом на заводе начали делать колбы для электро- и радиоламп, в Отечественную войну заливали в бутылки «коктейль Молотова». Сейчас на Калашниковском электроламповом заводе (КЭЛЗ) в две, а нередко и в четыре смены работают около 1400 человек. Здесь выпускают 100 миллионов лампочек в год — это 20% от их выпуска по России. Всё в Калашниково «крутится» вокруг завода. Можно сказать, что каждая семья шеститысячного посёлка так или иначе связана с производством ламп. Производство это сложное, в значительной степени автоматизированное, а начинается всё с изготовления стеклянных колб. Для получения стекла необходимо изготовить шихту из кварцевого песка, соды, доломита (двойной карбонат кальция и магния), барита (природный сульфат бария), калия углекислого и боя стекла.
          Исходные материалы размалывают, просеивают, взвешивают и смешивают. Полученную шихту засыпают в большие ёмкости, которые тельфером переносят в печь с температурой 1450 градусов Цельсия. Из печи стекломассу с помощью вакуумного питателя переносят в колбовыдувной автомат. После выдувания колбы отжигают, чтобы снять термические напряжения в стекле.
          Из обычной шихты получается прозрачное стекло. А чтобы сварить красное (навести цвет, как говорят профессионалы), в шихту добавляют олово и медь. Лампы с красными зеркальными колбами используют в сельском хозяйстве для инфракрасного обогрева молодняка на фермах. Такие лампы накаливания на КЭЛЗ считают своей лучшей разработкой. Зеркальная поверхность образуется при испарении алюминиевого распылителя в вакууме внутри колбы. Затем в колбу нужно поместить так называемые внутриламповые конструктивные элементы: стеклянную ножку с двумя электродами, телом накала (спиралькой), тарелкой, экраном и штенгелем. Названия понятны интуитивно, все, кроме штенгеля. А он — всего-навсего трубка, через которую в ходе последующих операций из лампы откачивают воздух и закачивают смесь инертных газов.
          В присутствии кислорода воздуха расположенная между электродами раскалённая вольфрамовая спираль быстро окисляется и перегорает, поэтому сначала из ламп откачивают воздух и затем заполняют колбы инертным газом. До сих пор по традиции такие лампочки часто называют криптоновыми, но дорогой газ криптон сейчас не применяют, а используют азотно-аргонную смесь (86% аргона и 14% азота). Интересно, что если аргон на завод привозят в баллонах, то азот получают прямо на месте методом сжижения воздуха. И на станции очистки газов удаляют все примеси — для этого газовая смесь проходит через систему поглотителей со щёлочью и фосфорным ангидридом (ангидрид поглощает влагу, а щёлочь — влагу и углекислый газ) и несколько электрических печей, заполненных оксидом меди и металлической медью, где сжигаются углеводороды и поглощаются примеси кислорода, водорода и окиси углерода. Если в газовой смеси останется какое-то количество воздуха, то в лампе произойдёт окисление вольфрама и спираль перегорит. Поэтому степень очистки постоянно контролируется.
          На смонтированной ножке с молибденовыми держателями перед привариванием её к горловине колбы необходимо зажать вольфрамовую спираль. Именно она при прохождении через неё тока будет излучать свет. Затем заварочный автомат формует горловину под цоколь. Из колбы с приваренной ножкой откачивают воздух и закачивают в неё инертную газовую смесь.
          Отметим, что при изготовлении ламп накаливания используются детали из семи различных металлов. Например, электроды сваривают из меди, ферроникеля, никелированной стали и платинита. Цоколь состоит из корпуса, изготовленного из алюминиевой ленты, контактной пластины из латунной ленты и изоляционного стекла. Внутрь цоколя наносится мастика, представляющая собой смесь мраморного порошка, фенолформальдегидного лака, карбамида и уротропина. Цоколь надевают на горловину колбы. При нагревании колбы мастика размягчается и полностью заполняет полость между цоколем и горлом. При дальнейшем нагревании до 190—250оС мастика твердеет и прочно прилипает к стеклу колбы. Один из электродов выводят через центральное отверстие цоколя и припаивают к медной контактной пластине, а другой приваривают к корпусу цоколя.
          Готовые лампы проверяют на зажигание (горит ли?), упаковывают в индивидуальную коробку, затем в общую и наклеивают этикетки. Кроме того, ежедневно по два раза в смену у ламп контролируют световые и электрические параметры, которые должны быть не ниже нормируемых величин. Перед измерением параметров лампы подвергают 20-минутному отжигу при повышенном напряжении — для стабилизации светового потока.

          Но это ещё не всё. Уже в коробках лампы выдерживают в течение двух дней и снова проверяют на горение. Дело в том, что при остывании в стекле могут возникнуть микротрещины, через которые произойдёт натекание воздуха, а при проверке эта лампа будет забракована.
          Но отправлять покупателям брак завод позволить себе не может. Он, несмотря на конкуренцию с иностранными, прежде всего китайскими, производителями, должен удержаться на рынке с невысокой стоимостью ламп. Впрочем, некоторые виды продукции, например лампы синего цвета медицинского назначения, выпускает только КЭЛЗ, эта продукция вне конкуренции. Директор завода Владимир Лебедев считает, что всё заработанное необходимо вкладывать в производство, но и государство должно поддерживать градообразующее предприятие. Необходимо продолжить автоматизацию производства. Уже сейчас на заводе установлено несколько технологических линий с импортными автоматами, но при их использовании возникают некоторые проблемы. Например, для изготовления ламп на английской линии «Бадалекс» приходится закупать готовые колбы с точными геометрическими размерами, выпущенные на высокопроизводительном автомате «Риббон» во Львове. Но и сработанные на полуавтоматических линиях лампочки не уступают по качеству лампам европейского производства, и в этом может убедиться каждый, купив их в обычном магазине.

          Что-то мне подсказывает, что, несмотря на увлечение якобы энергосберегающими лампами, мы ещё долго будем пользоваться обычными лампочками накаливания.

© «Наука и Жизнь», © ShortScience Production 2012