Михаил Лесников - Джемс Уатт

• Название: Джемс Уатт
• Автор: Михаил Лесников
• Издательство: Журнально-газетное объединение
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1935

В настоящем издании представлен биографический роман о Джемсе Уатте (1736–1819), английском изобретателе, создателе универсального теплового двигателя. Изобрел (1774–84) паровую машину с цилиндром двойного действия, в которой применил центробежный регулятор, передачу от штока цилиндра к балансиру с параллелограммом и др. Машина Уатта сыграла большую роль в переходе к машинному производству.

---

«Вода при ее падении с определенной высоты, — пишет он, — имеет силу, соответствующую и равную той, которая нужна для того, чтобы поднять ее. Таким образом, если машина поднимет столько воды, сколько могут это сделать на данном механизме две лошади, работающие одновременно, для чего нужно иметь все время десять или двенадцать лошадей для выполнения этой работы, то я говорю, что моя машина выполняет работу в десять или двенадцать лошадей».

Машина Сэвэри.

Два котла АА и В вмазаны в печь и соединены трубой С. Когда вода в котле АА доведена до кипения, то передвижением влево рукоятки регулятора D открывается доступ пара из котла в резервуар E. Пар вытесняет оттуда воздух в трубу L через клапан F, открывающийся наружу, и заполняет резервуар. Передвижением D в обратную сторону сообщение Е с котлом закрывается и открывается доступ пара из котла в G (воздух, вытесняемый при наполнении G паром, выходит в L через клапан Н). Струей воды из крана I производится охлаждение Е и конденсация содержащегося в ием пара, вследствие чего происходит засасывание в него по засасывающей трубе J воды, подлежащей выкачке. Клапан К, открывающийся внутрь, мешает обратному вытеканию ее. При вторичном пуске пара в E вода под давлением его вытесняется из £ через клапан F в трубу L и подымается по ней. Затем пар впускается в резервуар G и вода таким же образом вытесняется и из него в трубу L.

Машина Сэвэри не нашла себе широкого применения. Она была установлена на некоторых рудниках Корнуэлса и на двух-трех угольных шахтах. Кроме того, в Лондоне установили водокачку. Одним из недостатков машины была медленность работы: в небольшие рабочие сосуды ее можно было засосать лишь очень малое количество воды. Поэтому она была не пригодна, когда нужно было откачивать большие массы воды, как это имело место в рудниках и шахтах. Далее, она не могла подымать воду на очень большую высоту, так как для этого нужно было значительно увеличивать давление пара. Можно думать, что Сэвэри пользовался давлением около трех атмосфер, но крупнейшая его машина на лондонской водокачке работала под давлением 8—10 атмосфер. Повышение давления представляло собой большую опасность, вызывая взрывы котлов. Нужно принять во внимание чрезвычайно примитивную технику постройки машины и недоброкачественность материалов. Трубопроводы, рабочие сосуды и котлы делались из медных листов, спаянных оловом; некоторые трубы делались из свинца.

В шахтах и рудниках приходилось устанавливать по нескольку машин, а если шахты были глубоки, — в несколько ярусов. От этого, помимо опасности взрывов котлов, возникала и опасность воспламенения взрывчатых газов в шахтах. Наконец, очень крупным недостатком машины был чрезвычайно большой расход топлива, хотя Сэвэри и уверял, что откачка воды при помощи его машины обходится в три раза дешевле, нежели другими способами.

Машина получила некоторое распространение для подъема воды в отдельных домах — резиденциях английской знати, и для приведения в действие фонтанов в парках. Между прочим, для этой цели в 1718 году была отправлена такая машина московскому царю Петру I. Но в горном деле машина Сэвэри вскоре была вытеснена другой машиной, также изобретенной на западе Англии в рудных районах, огневой машиной Томаса Ньюкомэна.

Биографические сведения об этом замечательном самородке чрезвычайно скудны.

Ньюкомэн был земляком Сэвэри. Он родился в 1663 году в Дартмуте, в Дэвонском графстве. Умер он в 1729 году. Могила его не найдена. Поклонники Ньюкомэна утверждают, что Уатт добился славы, поднявшись на плечах Ньюкомэна. По некоторым данным Ньюкомэн занимался паровой машиной еще до Сэвэри, но не успел запатентовать своего изобретения: патент Сэвэри создал монополию на паровую машину и закрыл пути всем другим изобретателям. Неизвестны точно обстоятельства, когда и как этот деревенский кузнец вступил в переписку с секретарем Королевского общества, Робертом Гуком, и обсуждал с ним прибор Папэна. Это происходило до 1 702 года. Гук, между прочим, советовал ему не применять для своей машины принципа Папэна, указывая на невозможность точного изготовления поршня и цилиндра, чтобы добиться плотного прилегания поршня к цилиндру.

В 1712 году Ньюкомэн устанавливает свою первую машину — результат многолетней работы — на угольной шахте, недалеко от города Дэдлэй (недавно удалось довольно точно определить место установки машины).

Толчком к работе над машиной явились, как и у Сэвэри, наблюдения над затруднениями с откачкой воды в Корнуэлских рудниках.

Отдельные элементы машины Ньюкомэна не представляли собой ничего нового, но гениально остроумна была комбинация их. Ньюкомэн присоединил к одному из плеч коромысла насоса папэнов цилиндр.

На Корнуэлских рудниках он, наверное, видел, как водяное колесо было соединено при помощи кривошипа и шатуна с одним концом коромысла, к другому концу которого был присоединен шток поршня насоса, опущенного в шахту. Вместо водяного колеса Ньюкомэн поставил цилиндр Папэна. Принцип действия машины Ньюкомэна был тот же самый, что и у Папэна: действующей силой было атмосферное давление, которое вдавливало поршень, поднятый до верхнего края цилиндра, обратно в цилиндр, когда там получалось разрежение вследствие конденсации пара. Но было очень существенное различие между цилиндром Папэна и машиной Ньюкомэна. У Папэна цилиндр служил и котлом для парообразования, и рабочим цилиндром, и конденсатором. Ньюкомэн устроил отдельный котел, подобно как в машине Сэвэри, достигая этим так же, как и там, непрерывного парообразования. Цилиндр был расположен на крышке котла и соединен с ним трубкой с краном.

Первоначально охлаждение цилиндра для конденсации пара достигалось путем обливания цилиндра холодной водой, как в машине Сэвэри, но вскоре было сделано первое усовершенствование машины, а именно — впрыскивание струи холодной воды внутрь цилиндра. По недостоверным данным, это важное усовершенствование было открыто случайно. На поршень обыкновенно наливалась вода для того, чтобы воспрепятствовать воздуху проникнуть внутрь цилиндра через щели от неплотного прилегания к стенкам цилиндра. Случайно как-то немного воды попало внутрь цилиндра и произвело быстрое осаждение пара. Это обстоятельство будто бы и послужило толчком к применению вспрыскивания воды.

Во время рабочего цикла машины нужно было, таким образом, открыть паровпускной кран (предполается, что поршень находится внизу). Затем, после поднятия поршня до верхнего края цилиндра, под влиянием веса штока и поршня насоса, висящего на другом конце коромысла, и наполнения цилиндра паром, нужно было закрыть сообщение с котлом и открыть кран для впрыскивания воды, закрыть его во время опускания поршня, затем, когда поршень дошел до дна, выпустить образовавшуюся воду и начать снова повторение этих операций.

Первоначально все они производились от руки, но, некоторое время спустя Ньюкомэн придумал механизм, автоматически открывающий и закрывающий в нужный момент соответствующие краны. Суть механизма заключалась в том, что к коромыслу со стороны цилиндра был подвешен длинный брус с выступами, который при движении коромысла вверх и вниз задевал ими за систему рычажков с противовесами, соединенных с соответствующими кранами. Повидимому, все эти усовершенствования были внесены самим Ньюкомэном, как это видно из ряда современных ему изображений машины.

Одним из крупнейших достоинств этой атмосферной машины Ньюкомэна являлось то, что она была вполне по силам технике той эпохи, хотя постройка ее все же представляла собой большие трудности. Сначала цилиндры ньюкомэновской машины делались из меди, трубы — из свинца, коромысло было деревянным (оно представляло собой огромное бревно, а впоследствии даже несколько бревен, соединенных болтами). Мелкие части делались из ковкого железа. Более поздние машины Ньюкомэна, примерно после 1718 года, имели уже чугунный цилинр. Они отливались обыкновенно на литейном заводе Абрагама Дэрби в Колбрукдэле, упорно работавшего тогда над применением кокса к выплавке чугуна. Дэрби ввел усовершенствования и в литейную технику, и только тогда и стало возможным получать цилиндры достаточно хорошего качества. Завод Дэрби в течение многих лет являлся единственным поставщиком цилиндров Ньюкомэна на всю Англию. Впоследствии их стали изготовлять на шотландском заводе Каррон и затем на двух заводах бр. Вилькинсон. Фирмы эти в 1762 году даже заключили соглашение о поставках цилиндров по одинаковым ценам.

Машина Ньюкомэна.

R — котел; d — паровпускная заслонка; DD — цилиндр (в разрезе; изображен момент впрыскивания воды); h — цепь, на которой подвешен поршень; а, Ь — балансир, или коромысло; S — шток поршня насоса.