Борис Андреев - Завоевание природы

Первую такую машину построил французский врач; Денис Папин в 1690 году. Родился он во Франции, там учился, а потом занимался лечением. Но так как Папин был более свободных религиозных убеждений чем те, которые господствовали тогда во Франции, то его стали преследовать попы и он принужден был покинуть родину. Пришлось ему жить и в Англии, и в Италии, и в Германии. Везде Папин с увлечением занимался наукой и особенно интересовался техникой. Изобретенная им паровая машина работала следующим образом (рис. 13).

В металлическом цилиндре мог двигаться плотно пригнанный поршень. К поршню привязывалась веревка, перекидывалась через блоки, а на другом конце веревки подвешивался груз. Внутрь цилиндра, под поршень, Папин наливал воды и нагревал ее снизу. Получавшийся из воды пар давил на поршень и поднимал его, при чем груз, конечно, опускался. После этого Папин быстро убирал из под цилиндра огонь. Тогда охлаждавшийся пар снова сгущался в воду, под поршнем получалась пустота, а снаружи ведь на него давил воздух. Этим давлением поршень опять вгонялся глубоко в цилиндр и тянул за собой груз, т.-е. поднимал его.

Само собой разумеется, что такая машина работала очень медленно и плохо. Однако Папин пытался приспособить ее и для полезной работы. Пробовал он заставлять работать машину и с помощью взрывов пороха. Тут ему опять не повезло. При одном из опытов, производившихся в тогдашних владениях "великого герцога Гессенского", цилиндр разорвало, при чем пострадало несколько зрителей. Герцог стал преследовать Папина и последнему пришлось бежать в Англию. Там он попробовал приспособить свою машину для движения лодки и истратил на это все свое состояние. Дело было пошло на лад, но темные лодочники, боявшиеся лишиться заработков, разгромили "дьявольское изобретение" Папина. После этого у него уже не оставалось средств на продолжение опытов и он умер в бедности, всеми позабытый.

А между тем наступало время, когда применение паровой машины начинало становиться насущной необходимостью. В Англии сильно развивалась промышленность, требовавшая все большего и большего количества топлива. Уничтожение лесов приняло угрожающие размеры. Для того чтобы избежать полного обезлесения страны, пришлось приняться за разработку запасов другого топлива — залежей каменного угля. Каменный уголь, как известно, лежит довольно глубоко в земле, и для извлечения его нужно прокладывать глубокие шахты. В шахтах скопляется подземная вода, которая мешает работе: ее нужно откачивать. Сначала для откачки воды из шахт применяли силу людей и лошадей. Но чем глубже становились шахты, тем труднее было устранять воду из шахт силами людей и животных. Нужда заставила приспособить для этого силу пара.

После многих и трудных опытов это удалось впервые сделать англичанину Ньюкомену. Он поставил в 1712 году для откачки воды паровую машину, которая делала всего на всего десять подъемов в минуту. Но эта машина заменяла уже работу 50 лошадей и требовала в шесть раз меньше расходов. Устроена она была так (рис. 14).

Необходимый для приведения машины в движение пар получался уже не под поршнем (как у Панина), а в отдельном котле (внизу), в котором нагревалась вода. Пар по трубке проходил в цилиндр и гнал поршень вверх. Как только поршень доходил до верху, внизу поворотом особого крана закрывали доступ пара в цилиндр, а цилиндр обливали холодной водой. Тогда от охлаждения пар сгущался в воду, под поршнем образовывалась пустота, а сверху на поршень давил воздух. Поэтому поршень снова шел вниз. Как видно из рисунка, поршень своим движением качал коромысло, которое опускало и поднимало связанную с ним штангу водяного насоса и таким образом откачивало воду.

Обливать каждый раз цилиндр снаружи холодной водой было неудобно, а потому скоро придумали впрыскивать холодную воду из особого сосуда через трубку прямо под поршень. Вскоре было сделано и другое усовершенствование.

Краны, открывающие и закрывающие доступ пара или холодной воды в цилиндр, приходилось каждый раз открывать и закрывать вручную. Эту работу выполняли обычно мальчики. И вот рассказывают, что один из этих мальчиков, по имени Гэмфри Поттер, придумал, как облегчить себе скучную работу. Он соединил краны с коромыслом веревками так, что при качании коромысла краны открывались и закрывались сами собой, автоматически. Приходит раз мастер и видит, что мальчик мирно спит, а машина тем не менее исправно работает. Посмотрели внимательно, что устроил мальчик, да потом и начали применять его приспособление во всех других машинах.

Так работали первые паровые машины при откачке воды из английских каменноугольных шахт. Но очень малое количество затрачиваемого на них тепла превращали они в полезную работу. Всего какую-нибудь сотую часть и даже того меньше. Остальное тепло бесполезно улетало в трубу топки, тратилось на нагревание охлаждаемых каждый раз стенок цилиндра, уходило из машины с теплой водой и так далее. Но скоро и тут были сделаны большие усовершенствования.

В университете города Глазго (Шотландия) приборами, служившими для производства разных научных опытов, заведовал молодой механик Джемс Уатт (рис. 15). Попала к нему как-то в починку модель [4] Моделью машины называется прибор, изображающий машину в сильно уменьшенном виде. паровой машины Ньюкомена. Она так заинтересовала Уатта, что он потом всю жизнь свою посвятил усовершенствованию паровой машины. И можно даже сказать, что только благодаря усовершенствованиям Уатта паровая машина начала широко применяться в технике. В чем же состояли эти усовершенствования?

Прежде всего Уатт заметил, что в машине Ньюкомена много тепла теряется даром на нагревание стенок цилиндра, охлаждаемых каждый раз холодной водой. Для устранения этого он придумал сгущать пар не в цилиндре, а в соединенном с ним приборе, так называемом конденсаторе, или холодильнике. А чтобы цилиндр не охлаждался, он окружил его сохраняющими тепло веществами. Этим уже достигалась довольно большая экономия в топливе. Через несколько лет, однако, а именно в 1769 году Уатт совсем иначе перестроил всю паровую машину. Да перестроил так удачно, что главнейшие ее части сохраняются и до сих пор почти в каждой паровой машине, только, конечно, еще более улучшенные и усовершенствованные.

В машине Ньюкомена пар действовал на поршень только с одной стороны; в обратную сторону, после сгущения пара, поршень гнался давлением наружного воздуха. Уатт же заставил пар высокого давления действовать на поршень попеременно с обеих сторон. Достиг он этого с помощью особого приспособления, называемого золотником. Действие золотника будет понятно из рисунка 16.