Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений

И. И. Ползунов уже в первом проекте паровой машины, созданном в 1763 г., четко сформулировал задачу создания именно универсального теплового двигателя. В своей докладной записке об «огнедействующей машине» от 26 апреля 1763 г. Ползунов, по собственным его словам, хотел «…сложением огненной машины водяное руководство пресечь и его, для сих случаев, вовсе уничтожить, а вместо плотин за движимое основание завода ее учредить так, чтобы она была в состоянии все наложенные на себя тягости, каковы к раздуванию огня обычно к заводам бывают потребны, носить и, по воле нашей, что будет потребно, исправлять». И далее он писал: «Дабы сей славы Отечеству достигнуть и чтоб то во всенародную пользу, по причине большого познания о употреблении вещей, поныне не весьма знакомых (по примеру наук прочих), в обычай ввести».

С большими трудностями, так как средств для сооружения машины было отпущено недостаточно, Ползунов с помощью нескольких учеников приступил в 1764 г. к созданию своей машины, ив 1765 г. она была построена.

Эта машина существенно отличалась от первого проекта Ползунова. Построенная машина решала лишь частную задачу: был сконструирован привод для нескольких печей и обеспечен малый расход топлива.

Ползунову не удалось дожить до пуска машины. Измотанный непосильной работой, он умер в мае 1766 г. от скоротечной чахотки.

Пуск машины был осуществлен лишь в августе 1766 г. Она проработала около двух месяцев, показав свою эффективность: за 43 дня работы принесла около 12 тыс. руб. прибыли. Но в ноябре 1766 г. котел дал течь. Машину остановили, а через несколько лет она была разобрана и забыта.

Универсальный паровой двигатель, пригодный для практической эксплуатации, был изобретен английским теплотехником Джемсом Уаттом. Работу над паровыми машинами Уатт начал в 1764 г., когда ему поручили исправить модель пароатмосферной машины Ньюкомена. Он обратил внимание на большой непроизводительный расход пара и топлива в машине. Исследуя причину этого, Уатт пришел к выводу, что хорошая работа атмосферной машины зависит от выполнения двух условий: во-первых, для получения сильного разряжения под поршнем надо производить в цилиндре возможно более полную конденсацию пара, а для этого как можно сильнее охлаждать цилиндр, во-вторых, чтобы избежать непроизводительных потерь пара, надо его впускать для последующего хода поршня из котла в неохлажденный, горячий цилиндр. Выполнить эти два условия одновременно вначале представлялось технически невозможным.

Проведя целый ряд глубоких исследований и опытов, Уатт наконец разрешил эту сложную техническую задачу: он предложил производить конденсацию пара в отдельном резервуаре-конденсаторе, сообщающемся с цилиндром. Изобретение конденсатора – важнейшее изобретение Уатта на первом этапе работы над паровой машиной.

Патент на него Уатт получил в 1769 г. В заявке на патент он определил свое изобретение как «новый метод уменьшения расхода пара, а следовательно, и топлива в огненных машинах».

Таким образом, была найдена идея усовершенствования паровой машины. Но надо было перейти к практическому осуществлению этой идеи. Уатт потратил на это много лет упорного труда. Изготовление крупных машин стоило больших средств, а собственные средства Уатта были ничтожны. Приходилось обращаться к фабрикантам и промышленникам с просьбами о финансировании постройки новой машины.

В начале 70-х годов XVIII в. Уатт задумывался о переезде в Россию. Русское правительство предложило английскому инженеру «занятие, сообразное с его вкусом и познаниями» с ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов.

Отъезду Уатта в Россию помешал контракт, который он заключил в 1772 г. с Болтоном, владельцем машиностроительного предприятия в г. Сохо близ Бирмингема. Болтон давно знал об изобретении новой «огненной» машины, но сомневался в ее практической ценности. Он заключил договор с Уаттом лишь тогда, когда возникла реальная угроза отъезда изобретателя в Россию. Болтон показал себя умным и дальновидным человеком. Он не поскупился на расходы на сооружение машины.

Завод в Сохо славился первоклассным по тем временам оборудованием, имел квалифицированные рабочие кадры. Поэтому Уатт с восторгом принял предложение Болтона наладить на заводе производство паровых машин новой конструкции. С начала 70-х годов и до конца своей жизни Уатт оставался главным механиком завода. На заводе в Сохо в конце 1774 г. была построена первая машина двойного действия.

Уатт сразу начал работать над ее усовершенствованием. В 1777 г. Уатт, для дальнейшего повышения экономичности машины, предложил применять отсечку и расширение пара.

Первая машина Уатта значительно удешевила получение механической энергии преимущественно для нужд горной промышленности. Она очень быстро нашла себе применение в рудниках и шахтах, совершенно вытеснив машину Ньюкомена. Введение новых паровых машин на три четверти сокращало расход угля. Особенно большой интерес к машинам Уатта был проявлен со стороны хозяев медных рудников в Корнваллисе. Завод в Сохо к 1780 г. изготовил 40 паровых машин, половина из которых предназначалась для копей в Корнваллисе.

Однако, как и ранее изобретенные пароатмосферные машины, паровая машина двойного действия не была пригодна для роли универсального двигателя, она была применима лишь для подъема воды из шахт. Машину можно было использовать на водокачках в городах, а также для приведения в движение воздуходувных машин, так как в этих случаях движение рабочих органов машины было прямолинейно-качательным.

Для ее использования на промышленных предприятиях нужно было иметь вал с насаженным на него колесом, непрерывно вращающимся, от которого можно было бы передать работу машинам-орудиям посредством ременной передачи. Необходимость именно в двигателях универсального применения чувствовалась в английской промышленности все больше и больше. На завод в Сохо приходили письма от предпринимателей с просьбами изготовить паровые машины новой системы, предназначенные не только для откачки воды, но и для приведения в движение станков в мастерских. С 1778 г. Уатт начинает разрабатывать машину с непрерывным вращательным движением. В результате была создана машина двойного действия, которая и стала универсальным тепловым двигателем. Патент на эту машину он получил в 1784 году.

Принцип действия машины заключался в том, что пар из котла поступал через золотник в цилиндр. Золотник позволял подавать пар то с одной стороны поршня, то с другой, создавая тем самым необходимое давление на поршень.

Таким образом, основные элементы универсальной паровой машины складывались постепенно. Важнейшие нововведения, которые внес Уатт в машину двойного действия, сводятся к следующему: