Лев Гумилевский – История локомотива (страница 3)
Следует заметить, впрочем, что попытки применить для движения повозок силу пара делались еще задолго до того, как был создан Уаттом паровой двигатель. В 1680 году увлеченный носившейся в воздухе идеей самодвижущегося экипажа Ньютон, этот великий математик и физик, предложил свой проект парового самохода, действие которого обусловливалось реактивной силой паровой струи, выходящей из котла. Машина, представленная им в модели, состояла из парового котла, установленного на четырехколесных дрожках. Струя пара, вырываясь из котла в определенном направлении, действием так называемой «реактивной», отталкивающей силы пара, двигала поводку в противоположном направлении, подобно ракете. Ньютон здесь воспользовался практически открытым им же законом, что «действие и противодействие всегда равны по величине и противоположны по направлению». Для уравновешения действующей силы пара и противодействующей силы воздуха коляска, раз она не укреплена неподвижно, должна двигаться в противоположном направлении и тем скорее, чем сильнее струя пара.
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
⠀⠀ ⠀⠀ ⠀⠀
В те времена, однако, даже наиболее развитая английская промышленность еще не нуждалась в механическом транспорте, довольствуясь речным и конным. Насущнейшую потребность английская промышленность ощущала в механических водяных насосах, чтобы откачивать воду из затопляемых шахт и рудников. Техники того времени и работали над созданием таких водоотливных машин, пользуясь силою пара, известною с незапамятных времен.
Несмотря на то, что приблизительные сведения о свойствах пара были давно известны, несмотря на то, что существовали машины, приводившиеся в движение паром еще за несколько столетий до христ. эры, в течение полуторы тысячи лет изобретатели не могли напасть на техническую форму, которая дала бы возможность с практическим успехом воспользоваться силою пара. Только в начале XVIII века один из самых крупных умов по глубине, оригинальности и разнообразию идей, немецкий философ и ученый Лейбниц, указал французу Дени Папену на цилиндр и поршень как на форму, при помощи которой могла быть использована для получения энергии сила пара.
Дени Папен, гениальный французский ученый, работая в это время с воздушным насосом, заметил, что при некоторых условиях атмосферное давление с большой силой гонит поршень насоса обратно, и пришел к мысли, что атмосферное давление, существующее повсюду в природе и заставляющее воду подниматься в обыкновенном насосе вслед за поршнем, может быть источником для получения механической энергии. Для того, чтобы поршень, под влиянием атмосферного давления, опустился вниз в цилиндре, достаточно было получить под поршнем безвоздушное пространство, вернее сказать очень разреженный воздух, так называемый вакуум.
В поисках простого способа получать это безвоздушное пространство, Дени Папен потратил немало времени, пока, наконец, не нашел его в свойстве водяного пара сгущаться в водяные капельки при охлаждении. Это свойство называется конденсацией пара. Конденсируясь, то есть превращаясь в воду, пар уменьшается в объеме в 1700 раз. Таким образом, если в цилиндре наполнить пространство под поршнем паром, который вытеснит оттуда воздух, заняв его место, а затем охладить цилиндр, то пар превратится в капельки воды, уменьшаясь объемно в 1700 раз. В закрытом цилиндре получится сильно разреженное воздушное пространство и поршень под влиянием атмосферного давления с силой опустится вниз.
Папен в 1690 году построил такой паровой цилиндр. Это был первый шаг на пути превращения древней технической формы из потребляющей энергию в форму, производящую энергию.
Хотя паровой цилиндр Папена и производил некоторую работу, подымая при опускании поршня груз, подвешенный на блоках и подвязанный к штоку поршня, однако практического значения он, конечно, еще иметь не мог. Практически им воспользовался английский кузнец Ньюкомен, построивший водоотливную машину. Для приведения в движение обыкновенного водяного насоса здесь впервые был применен двигательный механизм атмосферной машины Папена. Над паровым котлом помещался паровой цилиндр. Шток поршня был связан с балансиром, к другому концу которого был присоединен шток насоса. Когда в паровом цилиндре поршень находился в своем верхнем крайнем положении, в цилиндр под поршень впускался пар из котла. Затем впуск пара прекращался путем закрытия крана, а в цилиндр вбрызгивалась холодная вода из другого крана. Наступало охлаждение пара, он конденсировался и поршень опускался вниз. После этого в цилиндр под поршень вновь впускался пар; так получалось прямолинейно-возвратное движение, передававшееся через балансирное коромысло водяному насосу.
Над атмосферной машиной Ньюкомена трудилось много изобретателей. Они вводили в нее одно усовершенствование за другим, и она получила довольно широкое распространение на шахтах. Замечательный русский изобретатель, шихтмейстер барнаульских заводов Иван Ползунов воспользовался идеей Ньюкомена и в 1766 году построил подобную машину для приведения в движение мехов, требовавших так же прямолинейно-возвратного движения. Но принципиальные изменения в эту Ньюкоменовскую машину внес только Джемс Уатт. Сначала он превратил атмосферную машину в паровую, а затем создал из нее универсальный паровой двигатель, пригодный для всякой работы.
В слабом, болезненном теле Джемса Уатта жил изумительный дух. Получив как-то в починку от университета в Глазго модель водоотливной машины Ньюкомена, Уатт, желая установить причины ее плохого действия, начал изучать свойства пара. Он так увлекся делом, что не только исправил модель, но и пришел к ряду ценнейших научных выводов. С полученным опытом и знаниями он занялся улучшением водоотливной машины и набрел на гениальную мысль — производить конденсацию пара не в самом рабочем цилиндре, а в отдельном сосуде, названном конденсатором.
«Это было около Глазго, — вспоминает он в своих записках о создании паровой машины. — Я вышел на прогулку около полудня. Был прекрасный день. Я проходил мимо старой прачешной, думая о машине, и подошел к дому Герда, когда мне пришла в голову мысль, что пар ведь упругое тело и легко устремляется в пустоту. Если установить связь между цилиндром и сосудом с разреженным воздухом, то пар устремится туда и цилиндр не надо будет охлаждать. Я не дошел еще до Голфгауса, когда все дело уже было кончено у меня в уме».
Действительно, как только Уатт пришел к идее отдельного конденсатора, все дальнейшие усовершенствования вытекали из нее, следуя одно за другим. Построенная нм модель была уже не атмосферной машиной, а паровой: поршень опускался вниз не силою атмосферного давления, а силою расширяющегося пара, который впускался в пространство над поршнем. Нижний конец цилиндра соединен был с отдельным конденсатором, стенки которого охлаждались водою. Впущенный в верхнюю часть цилиндра пар, расширяясь, гнал поршень вниз и устремлялся через отверстие в конденсатор, после чего поршень под влиянием противовеса балансира подымался вверх. Эта паровая машина «простого действия» получила широкое распространение. Затем Уатт переработал ее в машину «двойного действия»: пар поочередно стал впускаться то по одну, то по другую сторону поршня и машина стала иметь два рабочих хода: и вниз, и вверх, а не один — вниз, как было раньше. К этой машине двойного действия Уатт добавил кривошипный механизм, путем которого прямолинейно-возвратное движение поршня превращалось во вращательное движение махового колеса.
Так появился на свет универсальный двигатель, который можно было применять повсюду, где нужна была движущая сила. Это было то, в чем, как в воздухе, нуждалась развивавшаяся промышленность: она уже имела целый ряд всяких исполнительных, рабочих машин, непосредственно заменявших труд человека. Были ткацкие, прядильные станки, мельницы, лесопильные машины. Не хватало только двигателя, машины, которая бы их приводила в действие. Водяные колеса, сила животного, рабочие руки — все это уж не могло удовлетворить потребностей нарождавшихся фабрик и заводов.
Первая машина простого действия Уатта была построена и поставлена на предприятии Робека в Ферз-ов-Форзе на реке Карроне. Однако, она оказалась недостаточно удовлетворительной по своему действию. Патент на новоизобретенную паровую машину был получен Уаттом 5 января 1769 года. Второй патент, на усовершенствованную машину двойного действия, Уатт получил 28 апреля 1784 года.
Накапливая одновременно и теоретические знания и практический опыт, поддержанный английскими предпринимателями — Робеком, а затем Болтоном, Уатт в результате многих лет работы преодолел все трудности и представил изумленному миру свой универсальный двигатель.
Всемирно-историческое значение Уатта объяснено Марксом в следующих словах:
«Только с изобретением второй машины Уатта, так называемой паровой машины двойного действия, был найден первый мотор, который, потребляя уголь и воду, сам производит двигательную силу и действия которого всецело находятся под контролем человека. Двигатель и сам средство передвижения; он позволяет концентрировать производство в городах вместо того, чтобы рассеивать его в деревне. Он универсален по своему техническому применению и сравнительно мало зависит в своем местопребывании от тех или иных локальных условий. Великий гений Уатта обнаруживается в том, что патент, взятый им в апреле 1784 года, давая описание паровой машины, изображает ее не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности».