Лев Гумилевский - Создатели двигателей

Мысль о том, чтобы применить цилиндр Папена для работы с водяным насосом, конечно, пришла Ньюкомену уже в первый момент, когда он увидел паровой цилиндр с веревкой, перекинутой через блоки и поднимавшей груз: ведь Ньюкомену как раз нужно было тянуть поршень водяного насоса вверх!

Ньюкомен, мастер своего дела, меньше всего боялся трудностей изготовления частей машины. Убедившись в том, что атмосферная машина Папена не фантазия, а вполне подходящий для его цели двигательный механизм, и видя необходимость заменить насос Севери более удобной и выгодной водоотливной машиной, Ньюкомен взялся за ее постройку. Он привлек в компанию к себе водопроводчика Коули и принялся за дело.

Ньюкомен взял обыкновенный водяной насос и поставил к нему вместо рабочего паровой цилиндр Папена. Веревку с блоками он заменил балансиром, или, проще говоря, коромыслом. Шток поршня насоса Ньюкомен связал железной цепью с одним концом коромысла, а шток поршня парового цилиндра такой же цепью связал с другим концом. Коромысло опиралось в середине на прочный столб и свободно качалось на своей опоре.

Так в этой машине объединились обыкновенный рудничный насос, потреблявший энергию, и обращенный насос, производивший работу. Прямой насос при помощи атмосферного давления засасывал воду, а другой, обращенный, посредством вакуума, образовавшегося после конденсации пара, заставлял атмосферное давление производить работу.

Пар в свою машину Ньюкомен стал впускать из отдельного парового котла. Котел он поместил под цилиндром. Конечно, ему пришлось придумать целый ряд добавочных приспособлений, и дело не шло так гладко и просто, как может казаться. В 1711 году Ньюкомен и Коули поставили свою паровую машину на каменноугольных копях в Варвикшире, а затем стали снабжать своим «огнедействующим насосом» не только Англию, но и другие страны.

Хотя о жизни этих замечательных людей до нас дошло очень мало сведений, машины, построенные ими, сохранились в музеях разных стран.

Новую машину шахтовладельцы приняли очень хорошо.

Машина Ньюкомена работала таким образом. Поршень в паровом цилиндре поднимался как благодаря действию противовеса, расположенного на другом конце коромысла, так и благодаря давлению впускаемого под поршень пара. Когда поршень поднимался до своего крайнего, верхнего, положения, рабочий, стоявший у машины, прекращал впуск пара, закрывая кран паропровода, а цилиндр обливал холодной водой, открывая кран водяного бачка. Пар конденсировался, поршень опускался п, так как он был связан цепью с концом коромысла, тянул этот конец вниз.

Другой конец коромысла в это время поднимался и тянул вверх поршень водяного насоса. Затем под действием противовеса поршень насоса опускался вниз, в то же время поднимая поршень парового цилиндра, куда в это время рабочий снова впускал пар из котла. Значит, машина имела только один рабочий ход поршня — вниз. Вверх поршень поднимался, не совершая никакой полезной работы. Таких двойных движений машина делала не меньше шести — восьми в минуту.

Ньюкомен не мог взять патент на свое изобретение, так как конденсация пара была запатентована Севери, но, по общему соглашению, Севери включил в свой патент и изобретение Ньюкомена.

Новую машину шахтовладельцы приняли очень хорошо.

Несмотря на поочередное нагревание и охлаждение цилиндра, построенная Ньюкоменом машина работала несравненно успешнее, чем насосы Севери. Однако крупным недостатком ее был очень большой расход топлива. Например, для машины, установленной в Ковентри, топливо едва успевали подвозить.

Если применить для оценки атмосферных машин Ньюкомена наши нынешние нормы, то окажется, что мощность их равнялась примерно шести лошадиным силам. Коэффициент полезного действия их, то есть количество теплоты, превращенной в механическую энергию из всего тепла, полученного от сгорания топлива, составлял лишь один процент. Стало быть, девяносто девять подвод угля из ста, подвезенных к машине, тратилось непроизводительно, без прямой пользы делу.

Прожорливость машин не так уже бросалась в глаза там, где рядом лежали горы угля, как в каменноугольных копях. Огнедействующий насос давал возможность добираться до глубоких залежей, и с прожорливостью его в копях можно было мириться. Но, для того чтобы ньюкоменовская машина могла применяться с выгодой в других рудниках, не очень обеспеченных углем, надо было сделать ее более экономичной. Об улучшении атмосферных машин стали думать и Ньюкомен, и инженеры, и механики, имевшие с ними дело.

Есть хорошая русская пословица: «На ловца и зверь бежит». Это значит, что мелькнувшее перед глазами явление или предмет приводит к догадке, к открытию только тогда, когда мы сами ищем отражение, которое помогло бы нам в нашем деле, в нашей заботе. Иначе мы не обратим на него внимания, даже не заметим его, как не замечаем, скажем, белок в лесу, если ищем грибы, и, наоборот, не видим грибов, если охотимся на белок!

Одно наблюдение позволило Ньюкомену, все время думавшему об усовершенствовании своей машины, внести в нее важное улучшение. Однажды он заметил, что как будто без всяких видимых причин машина начала работать быстрее, чем обычно. Ньюкомен заинтересовался этим явлением и стал внимательно осматривать механизм. Он увидел, что поршень, неплотно пригнанный к цилиндру, пропускает при обливании струю воды в самый цилиндр. Такое вбрызгивание холодной воды в самый цилиндр вело, оказывается, к чрезвычайно быстрой конденсации пара. От этого и ускорялась работа машины.

Ньюкомен воспользовался своим наблюдением. Теперь, строя новые машины, он не стал обливать водой цилиндр, как раньше, а начал вбрызгивать воду внутрь цилиндра, что, кстати сказать, предложил и Дезагюлье в 1715 году.

Машины Ньюкомена стали работать много быстрее и экономичнее благодаря внесенному им изменению в конструкцию. Можно ли, однако, считать, как считали авторы старых книг по истории техники, что внесенное Ньюкоменом усовершенствование является делом счастливого случая и не составляет заслуги конструктора?

Кладя непроходимую пропасть между «душой» и телом, отрицая зависимость нашего мышления от окружающего мира, от воздействия общеприродной и социальной среды, авторы тех книг не видели связи между случайностью и закономерностью, между случаем и необходимостью. Известный русский химик академик П. И. Вальден утверждал даже в одной из своих книг, что «почти все великое, что у нас имеется и в науке и в технике, главным образом найдено при помощи случая».