Андрей Каменский - Джеймс Уатт. Его жизнь и научно-практическая деятельность

Он устроил аппарат, так называемый паровой цилиндр Папина, или просто Папинов котел, который явил собой действительно очень важный шаг в теории паровой машины, но на практике остался, по-видимому, без всякого влияния на ее усовершенствование.

Идея этого парового цилиндра была заимствована им от воздушного насоса, уже известного в то время ученому миру. Все знали, что если взять закрытый с одного конца цилиндр, вставить в него плотный поршень, потом каким-нибудь образом разредить воздух под поршнем, то этот последний устремится в образовавшуюся пустоту с такой силой, что может поднимать тяжести, двигать груз и тому подобное. Весь вопрос заключался в том, как всего удобнее и легче образовать пустоту (полной пустоты тогда, конечно, получать не могли).

Для достижения этой цели Папин устроил следующий прибор. Это – полый металлический цилиндр (два с половиной дюйма в диаметре и 4 фута длины), закрытый с одного конца. В него входит поршень с четырехгранным стержнем; последний проходит через четырехгранное же отверстие в крышке цилиндра. На дно такого цилиндра, под поршень, наливается немного воды, и поршень опускается до соприкосновения с водою. Тогда цилиндр нагревается снизу. По мере образования пара поршень поднимается силой его упругости, а вместе с поршнем поднимается и груз, который на него наложен. В приборе Папина этот груз равнялся 60 фунтам. Значит, груз в 60 фунтов поднимался какой-то силой, скрытой внутри небольшой трубки, которая вся-то весила не больше 5 унций. Такой эффект, конечно, должен был производить сильное впечатление на тогдашние умы.

Затем для охлаждения пара и образования пустоты под поршнем Папин предлагал просто убирать огонь. Такая ненаходчивость в самых простых практических приемах, конечно, доказывает не только непрактичность самого изобретателя, но и то, что его аппарат никогда не был выработан и применен к какой-нибудь практической цели.

Но как бы ни обречена была на неуспех идея Папина, она несомненно явилась большим шагом вперед, и раз попытка соединить в одном механизме способность пара образовать пустоту со свойствами воздушного насоса была сделана, перейти от этой комбинации к силе пара и заставить последнюю двигать поршень стало уже гораздо легче. В этом и состояла задача последующих английских изобретателей.

Первым в ряду их стоит капитан Савари. Его машина состояла из отдельного паровика и яйцевидного приемника, соединенных между собою трубкой с краном. В этот приемник напускался пар из паровика, охлаждался и образовывал пустоту. Для этого на него лили холодную воду. Кроме того, тот же яйцевидный приемник находился в соединении при помощи трубки, снабженной краном, с водоподъемной трубой рудника. Как скоро в приемнике образовывалась пустота, кран, отделявший приемник от водоподъемной трубы, открывался и вода, устремляясь туда, наполняла его почти доверху. Теперь этот кран запирался, а открывалось сообщение с паровиком. Пар, находящийся под высоким давлением в паровике, устремлялся в приемник и вытеснял из него воду, которой некуда было идти, как по продолжению водопроводной трубы, вверх в цистерну.

Запрос на механизмы для откачивания воды из копей и рудников был в то время так велик, что существовало несколько подобных систем, и “огневая” считалась самой лучшей.

Машина Савари была усовершенствована кузнецом Ньюкоменом.

Позднее в машине Ньюкомена были сделаны разные улучшения, такие, как вспрыскивание холодной воды под поршень и автоматическое открывание и закрывание клапанов при движении коромысла.

Но несмотря на все эти изменения и улучшения, машина Ньюкомена все-таки оставалась, строго говоря, не паровою, а воздушною и работала крайне неравномерно с ужасным свистом и шумом, делая не больше 8 ходов в минуту: то она вдруг без всякой причины ускоряла ход, свистела, хрипела и сотрясала мастерскую, то совсем останавливалась, утихала и, как лошадь с норовом, ни за что не хотела двигаться, между тем поглощала страшное количество угля. В угольных копях на это не обращали внимания, но в рудниках и других местах это делало машину совсем неприменимой.

При всем этом она, вероятно, продолжала бы употребляться еще лет тридцать, и улучшения Уатта остались бы гласом вопиющего в пустыне, если бы обстоятельства не изменились в самом рудокопном деле.

Как раз в то время поверхностные рудники начали истощаться, и приходилось идти глубже в землю. Это значило, что вода будет заполнять их с удвоенною силою, и если не найдется усиленных же средств откачивать ее, то большей части промышленников грозила опасность разориться, а тысячам рабочих – остаться без дела.

Вот в каком состоянии находилась паровая машина ко времени Уатта.

По словам самого Уатта, с того времени, когда университет Глазго поручил ему исправлять модель паровой машины, что случилось зимою 1763 года, ему почти не приходилось иметь дела с применением пара. Правда, в 1759 году Робисон, тогда еще студент, обратил его внимание на мысль применить пар к движению экипажей, но из этого ничего не вышло – мысль эта тогда еще “не созрела”. В 1762 году он сам делал некоторые опыты с Папиновым котлом и насосом, из которых устроил что-то вроде модели паровой машины Савари; эта модель могла поднимать груз до 15 фунтов при диаметре носка всего в одну треть дюйма. Но скоро он оставил эти опыты, видя, что машина, построенная на подобном принципе, обладала бы теми же самыми, и даже большими, недостатками, как и машина Савари, то есть разрывала бы котлы и портила трубы. Этим ограничивались все его познания (кроме книжных конечно, которых тогда, впрочем, было тоже очень немного), весь его опыт. И если он, принявшись за знаменитую модель, достиг таких блестящих результатов, то это только благодаря своей привычке и способности – как выражался его друг Робисон – из всякого вопроса делать серьезные научные выводы, все, чего он коснулся, превращать в науку.

Вот как сам изобретатель описывает починку этой небольшой модели.

“Вначале я принялся чинить ее просто как механизм, и когда это было сделано, заставил работать. Но тут меня поразило, что паровик модели не мог доставлять ей достаточно пара, хотя по размерам своим он, очевидно, был больше, чем требовалось. Раздувая огонь, можно было заставить модель сделать несколько ходов, но зато при этом требовалось впрыскивать огромное количество воды, хотя груз поднимаемой машинкою воды был невелик. Все же скоро было найдено, что при уменьшении груза котел модели мог снабжать цилиндр паром, и она могла работать довольно правильно, даже при умеренном количестве впрыскиваемой воды”.