Сидней Уитингтон - История инженерного дела. Важнейшие технические достижения с древних времен до ХХ столетия

В 1659 году в типографии Томаса Лича была напечатана книга The Elements of Water Drawing. Автор – Р. Д’Акр. На ее титульном листе было указано: «Для совершенствования работ при добыче полезных ископаемых, для удовлетворения самых необходимых потребностей, связанных с огнем, для подъема воды для больших и малых городов, для орошения и осушения земель». Это самая ранняя работа, написанная по этому вопросу английским автором, и это был первый англичанин, подробно описавший тепловой двигатель. Возможно, на самом деле этот труд принадлежал Роберту Торнтону (1618–1679), который жил рядом с угольными шахтами Уорвикшира, где тогда были проблемы с водой. Автор отметил, что «два с половиной фута и несколько дюймов трубки с ртутью уравновешивают 32 фута воды… между землей и атмосферой».

Он писал: «Лучший нагрев – агрессивным воздухом закрытой печи. Самое быстрое охлаждение – водой. Для ускорения взаимодействия этих противоположностей одна может находиться внутри цилиндра или зоны воздуха, другая снаружи. Охлаждающая вода не должна впускаться, потому что она нарушит подъем воды. Нагретый воздух из печи может впускаться (поворотом крана) в емкость (тигель), и тогда жар действует очень быстро. Материалы и сфера, находящиеся вверху в резервуаре или цистерне с водой, после того как жар (возвращением крана в исходное положение) отведен, быстро охлаждаются, разреженный воздух конденсируется, поднимается, и, при наличии медного всасывающего патрубка или клапана на дне, она не может вылиться снова. Затем после поворота крана вода, расположенная в самом верху, вытекает вперед при посредстве всасывающего клапана в трубе, который теперь открывает опускающаяся вода. Таким же образом ведет себя разогретый воздух. Поверните кран, и вода поднимется, как раньше».

Более известен, чем Д’Акр или Торнтон, и, так же как и он, заслуживает внимания за свой вклад в создание паровой машины его современник Эдуард Сомерсет, маркиз Ворче-стерский (1601–1667). В своей известной книге «Столетие изобретений», опубликованной в 1663 году, автор обсуждает сто различных идей. В 1663 году он получил от парламента монополию на 99 лет на «машину, управляющую водой». Свою работу автор считал «самой важной в мире». Сэмюэль Сорбьер, историк французского короля, судя по всему, поддерживал претензии маркиза Ворчестерского, потому что он писал в своем труде A Voyage to England: «Один человек с помощью этой машины поднял четыре больших ведра воды, очень быстро, на высоту 40 футов через трубу длиной 8 дюймов». Но это действо, в общем-то, было вполне по силам одному человеку, а Сорбьер ничего не писал о паре. Оставшиеся свидетельства являются косвенными и гипотетическими и потому не доказывают, что Эдуард Сомерсет является тем, кто изобрел паровой двигатель. На стене замка Раглан в Монмутшире, где маркиз провел несколько лет, есть отметины, которые часто считали остатками парового насоса. Однако, учитывая тот факт, что они являются структурной частью каменной стены XIV века, весьма затруднительно считать их оставленными паровой машиной Эдуарда Сомерсета. Более того, замок не был заселен после пожара 1646 года во время гражданской войны.

Рис. 6.12. Паровой насос Севери

Изобретатель XVII века Сэмюэль Морленд (1625–1695), занимавший небольшую должность при дворе Карла, проводил эксперименты в области гидравлики и наглядно доказал взаимосвязь между давлением и температурой. Дени Папен (1647–1712), французский ученый, изобрел то, что сегодня называют скороваркой. Он оказался достаточно умен, чтобы поместить на нее предохранительный клапан, сделав это первым в истории. Утверждают, что Папен вплотную приблизился к идее центробежного парового насоса и предложил пневматический кессон. Он первым выдвинул предположение, что вакуум образовывается под поршнем конденсацией пара. Никто из этих людей, от Делла Порта до Папена, однако, не заслуживает такого почета за изобретение парового двигателя, как Томас Севери (1650–1715), поскольку они не довели свои идеи до практического использования. Севери не только получил в 1698 году патент на использование устройства для осушения шахт (рис. 6.12), снабжения городов водой и приведения в действие мельниц, но также подробно описал свое изобретение в книге «Друг шахтера или устройство для подъема воды огнем».

Машина Севери не имела подвижных частей. Она состояла из паровой камеры, клапаны которой были расположены на поверхности, и трубы, ведущей к воде в шахте внизу. Вода нагревалась в камере котла, и ее пар заполнял камеру, вытесняя оставшуюся воду или воздух. Затем клапаны закрывались, и холодная вода распылялась по камере. Это охлаждало и конденсировало пар внутри, чтобы сформировать вакуум. Когда клапаны открывались, вакуум всасывал воду из шахты. Затем процесс повторялся. Вода поднималась по трубе в сосуд и вытеснялась из него посредством использования пара. Несмотря на большие потери тепла при конденсации пара, цикл можно было повторять пять раз в минуту. Современный насос-пульсометр без подвижных частей, запатентованный в 1872 году, – это, по сути, усовершенствованная машина Севери.

Паровой насос Севери 1702 года, требовавший больших затрат времени и топлива и имевший строго ограниченную мощность, тем не менее сделал свое дело. Эффективность энергии, заключенной в весе и движении воды, которая использовалась веками, теперь могла многократно увеличиться. Люди были готовы поджечь воду и изготовить пар.

Появление в 1702 году машины Томаса Севери ознаменовало начало исторического периода, отдельного и отличного от других, хотя его называют по-разному, да и его границы довольно-таки размыты. Историки, подчеркивающие политический аспект, а не экономические перемены, предпочитают концентрироваться на Французской революции, имевшей место в конце века. Эта революция оказала влияние на все последующие события. Даже американская Война за независимость от британского господства не имела, по мнению этих историков, решающего значения, хотя по времени предшествовала бунту против ancient regime во Франции. Для тех, кто считает самыми важными философские и литературные течения, этот период – XVIII столетие, век рационального мышления и научного просвещения. А многие и вовсе не верят, что перелистывание страниц календаря, переход от одного календарного года к другому имеет какое-то значение. Удобно, но, в сущности, не важно характеризовать историю прошедшими веками. Мышление и исследования движутся вперед, но вовсе не обязательно в ритме календаря. Подобные историки ни за что не согласятся с тем, что философские течения определяют исторические события – разве что сопутствующие, второстепенные. Для них практическое применение научных открытий и экономические последствия этого применения для общества намного важнее. Соответственно, они продвигают этот период в XIX век и называют его промышленной революцией, если точнее – веком пара.