Марк Левин - Машина-двигатель

Свою первую паровую машину Папен и построил на этом принципе. Вместо пороха в цилиндр теперь наливали немного воды. Затем поршень опускали до соприкосновения с ее поверхностью; при этом воздух между поршнем и водой отводился из цилиндра, чтобы он не мешал поршню дойти до воды. Затем закрывали все отводы и цилиндр подогревали снаружи. Вода постепенно превращалась в пар, который своим давлением поднимал поршень вверх. Здесь поршень удерживался специальной «упоркой», а в это время от цилиндра убирали огонь и начинали цилиндр охлаждать. Подождав, когда пар сконденсируется, убирали упорку, и поршень под давлением атмосферного воздуха устремлялся вниз, совершая полезную работу.

Казалось бы, Папен добился своего, — он заставил работать и пар, и наружное воздушное давление. Но попробуйте представить себе, сколько возни было с такой машиной! Подводить — отводить огонь, подводить поршень, ставить — отпускать «упорку», охлаждать, ждать конденсации, — как много хлопот, а в результате — всего один рабочий ход в минуту и мощность меньше одной лошадиной силы. А к тому же и очень много топлива уходило для такой машины…

Не суждено было найти применение и этой машине Папена.

Но вот, пока Папен увлекался идеей использования атмосферного давления и производил в самом цилиндре машины парообразование и конденсацию, другие инженеры решили использовать забытое Папеном его же собственное изобретение — паровой котел.

Английский горный инженер Томас Сэвери предложил откачивать шахтные воды паровым насосом любопытной конструкции. Паровой котел всё время подогревался огнем, — отводить и подводить огонь оказалось ненужным. У котла была устроена топка, в которой огонь мог гореть всё время. Полученный в паровом котле пар подавался в насосный резервуар, из которого своим давлением он вытеснял воду в нагнетательную трубу и дальше в сток. После того, как вода из резервуара оказывалась вытесненной, закрывался кран паропровода и на короткое время открывался кран водоподводящей трубки, через который в резервуар попадала холодная вода, отчего пар быстро конденсировался. В резервуаре образовывалось разрежение, то есть почти пустота, и вода, выдавливаемая атмосферным давлением из шахты по трубке, устремлялась в резервуар.

Затем цикл повторялся.

Чтобы пар не мог гнать воду обратно в шахту, а поднимал бы ее наверх, был поставлен невозвратный клапан, который сам открывался только в одну сторону — при движении воды из шахты в резервуар. Такой же невозвратный клапан мешал слиться воде из нагнетательной трубки.

Паровой насос Сэвери — Дезагюлье (схема).

В том виде, как он был только что описан, насос Сэвери представлял собой уже несколько усовершенствованную французским физиком Дезагюлье конструкцию. Эта машина могла быть использована и на шахтах.

Паровой насос Сэвери — Дезагюлье для нас интересен еще и тем, что это была первая машина, использующая силу пара, появившаяся в России. Такой насос в 1717 году, по указанию Петра I, был установлен в Петербурге.

Петр I предполагал использовать насос Сэвери — Дезагюлье для крупных водоотливных работ при строительстве каналов в Петербурге. Насос оказался маломощным, и тогда Пётр I приказал его поставить в Летнем саду для накачивания воды в бак, откуда она подавалась к фонтанам. Еще два таких насоса были поставлены потом купцом Трусовым в своих банях на Фонтанке.

Малая производительность насоса Сэвери, разочаровавшая Петра I, была причиной поисков новых решений той же задачи.

Вслед за Сэвери и Папен предложил похожую конструкцию насоса, вернувшись сам к идее отделения парового котла. Но насос Папена был еще менее удачен, чем насос Сэвери. Главный недостаток таких машин, если не считать малой мощности и низкого коэффициента полезного действия, заключался в однократности действия, — нельзя было получить непрерывно работающий двигатель. И Папен и Сэвери для того, чтобы сделать универсальными свои машины, предложили комбинировать их с водяным колесом. Это значит, что паровой насос должен был откачивать воду из нижнего бака в верхний, а оттуда вода должна была сливаться на водяное колесо и вновь попадать в нижний бак. Водяное колесо, непрерывно вращаясь, приводило бы в непрерывное движение любые механизмы.

Несмотря на громоздкость и неэкономичность такой установки, она всё же применялась, — так остро ощущалась нужда в универсальном двигателе, не зависящем от места установки.

Тем временем еще один английский изобретатель — кузнечных дел мастер Томас Ньюкомен, — познакомившись с первой машиной Папена и зная устройство насоса Сэвери, решил построить свою машину. При этом Ньюкомен взял за основу первую конструкцию Папена и, используя тот же — атмосферный — принцип, отделил, однако, паровой котел от цилиндра так, как сделал Сэвери.

Как же стала работать машина Ньюкомена, установленная им впервые на каменноугольной шахте в 1711 году?

В паровом котле всё время вырабатывался пар. В определенный момент открывался кран и пар под некоторым давлением впускался в цилиндр. Пар, попав в цилиндр, начинал толкать поршень вверх, отчего ослабевала цепь балансира (качающегося рычага), и под действием груза левое плечо балансира опускалось. Связанная с грузом и балансирной цепью штанга водяного насоса уходила вниз. Пар заполнял всю полость цилиндра. Затем вручную открывался кран водоподводящей трубки и из бачка в цилиндр устремлялась порция холодной воды. Как и в насосе Сэвери — Дезагюлье, холодная вода конденсировала пар и в цилиндре создавалось разрежение. Тогда, под действием давления наружного воздуха, поршень опускался и тянул за собой цепь балансира. Балансир поворачивался вправо, поднимая штангу водяного насоса.

Такой машиной можно было уже откачивать воду из шахт и производить некоторые другие работы, не требующие непрерывного рабочего движения.

Появилось много «атмосферных» машин. Они были громоздки, неудобны, но выполняли большую работу. Машины понемногу улучшались.

Пароатмосферная машина Ньюкомена (схема).

В истории совершенствования машины Ньюкомена известна любопытная деталь. Знакомясь с устройством машины, вы могли отметить очень неприятное обстоятельство: чтобы машина непрерывно работала, надо непрерывно открывать и закрывать то водовпускной, то паровпускной краны. Такая обязанность обычно вменялась мальчикам-рабочим. Это были такие же мальчики, которые у Некрасова, помните, говорят: