Борис Андреев - Завоевание природы

На рисунке изображен стоячий паровой цилиндр, для ясности как бы разрезанный пополам.

К цилиндру (справа) наглухо прикреплена коробка с помещающимся в ней золотником. Смотрите теперь на левую часть рисунка.

Сжатый горячий пар, образовавшийся в котле, поступает через трубу, обозначенную буквой Л. Из рисунка видно, что цилиндр сбоку имеет два отверстия, одно из которых (верхнее) закрыто подвижной крышкой — золотником. Пар может пройти в цилиндр только через нижнее отверстие, т.-е. под поршень. Он погонит поршень вверх.

Воздух или пар, который находился вверху, будет выгоняться поршнем через верхнее отверстие цилиндра под крышку золотника, а оттуда, через отверстие, обозначенное кружочком (а), наружу. Все это показано на рисунке стрелками.

Как только поршень дойдет доверху, крышка золотника передвинется вниз, откроет верхнее отверстие и закроет нижнее. Получится то, что показано на правой половине рисунка. Здесь легко увидеть, что пар из котла будет теперь уже гнать поршень вниз, а отработавший, мятый пар будет уходить из цилиндра через нижнее отверстие. Передвижение золотника вниз и вверх производится самой машиной, т.-е. автоматически.

Благодаря этому приспособлению паровая машина стала работать гораздо лучше, и стало возможным применять более сильно сжатый пар, имеющий высокое давление. Кроме этого Уатт улучшил действие машины применением масла и воска для более плотного смыкания частей, применением особого регулятора для равномерного и правильного хода машины и целым рядом других приспособлений. Благодаря им паровая машина Уатта потребляла уже в четыре раза меньше угля, чем требовала для той же работы машина Ньюкомена.

Нужно здесь заметить, что еще за несколько лет до постройки Уаттом своей машины, подобную же машину построил русский механик — самоучка Иван Иванович Ползунов. Эта машина работала в 1766 году на Барнаульском заводе. Но так как промышленность в тогдашней России только-только еще зарождалась, то машина Ползунова не получила никакого распространения и о ней скоро совсем позабыли. Уатт, конечно, ничего не знал об изобретении Ползунова и построил свою машину вполне самостоятельно.

В дальнейшем различные части паровой машины подвергались все большему и большему усовершенствованию. Стали, например, вместо сплошных делать трубчатые котлы, где горячие газы из топки проходят через многочисленные трубки, укрепленные внутри котла. Благодаря этому газы гораздо лучше нагревают воду. Улучшая материалы, из которых строилась машина, и лучше пригоняя части, увеличивали силу давления пара. В машинах начали устраивать вместо одного — два, а то и несколько цилиндров, в которых работал уже отработавший в первом цилиндре пар.. Начали увеличивать быстроту работы двигателя: первые паровые машины (после Уатта) делали только 10—20 оборотов в минуту, современные же машины делают за это время 60—80 и до нескольких сот оборотов. Увеличивалась и мощность машин. Все эти и целый ряд других усовершенствований позволили гораздо лучше использовать теплоту, получаемую от горения угля в топке машины. Так, например, лучшие машины Уатта использовали для полезной работы только одну пятидесятую часть всей этой теплоты. Около 1850 года лучшие машины того времени превращали в полезную работу одну двадцатую часть. Современные же лучшие машины превращают в полезные работы уже одну шестую или даже одну пятую часть затраченного на них тепла. Все эти улучшения было возможно сделать потому, что ученым удавалось все лучше и подробнее изучить, как и по каким законам тепло превращается в энергию движения, а техникам удавалось применять добытое учеными на практике. С другой стороны, конечно, и достижения технической практики двигали вперед науку. Так с развитием физики и техники росла та польза, которую люди извлекали из угля

Однако некоторые выводы физики и техники заставляют думать, что дальнейшие улучшения в смысле возможности еще большего использования угля с помощью паровой машины вряд ли дадут многое. Поэтому уже около 40 лет назад начали придумывать другой способ использования силы пара, для чего стали строить паровые турбины. Для постройки паровых турбин надо было уже иметь высокого качества металл и уметь очень точно пригонять части.

В паровой турбине действует не давление пара, а сила его удара. Пар из котла под высоким давлением поступает в сопла. Из них с большой скоростью он идет на рабочее колесо турбины (рис. 17), имеющее на своей поверхности много небольших изогнутых лопаток. Ударяй в эти лопатки пар приводит колесо в быстрое вращение, которое уже передастся работающим частям машины. Скорость вращения таких турбин доводится иногда до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту.

На рисунке 18 изображен швейцарский паровоз, который приводится в движение паровой турбиной. Его турбина делает 8000 оборотов в минуту. Паровоз этот отличается плавным ходом и расходует на одну четверть меньше топлива, чем обыкновенный.

Современная паровая турбина является одним из самых экономных паровых двигателей, — она полезно использует уже примерно пятую часть получаемого от топлива тепла.

Но что это значит? Это значит, что все-таки из 100 килограмм угля восемьдесят сгорает для нас бесполезно, "улетает в трубу"!..

Гораздо лучше используются некоторые сорта угля (жидкие или газообразные) в так называемых двигателях внутреннего сгорания. Но прежде, чем говорить о них, посмотрим, какую службу сослужила человеку паровая машина.

До появления паровой машины труд человека был главным образом ручным трудом. Но это был уже часто не труд прежнего искусного ремесленника, от которого требовались ловкость, навык, обученность. Теперь появились такие орудия труда, как, например, ткацкий станок или ручной насос. Это были рабочие самодействующие механизмы, которые требовали от человека однообразных и, сравнительно, несложных движений. Качай взад-вперед ручку насоса да и только. Сама собой напрашивалась мысль, что к таким машинам нужно приспособить двигатель более совершенный, чем человек.

В качестве двигателей пользовались в то время еще животными, иногда силой воды (водяные мельницы) и силой ветра (парусные суда, ветряные мельницы). Но животные давали в общем немногим больше, чем человек. Удобные места для постройки водяного двигателя есть далеко не везде. А ветер — вещь капризная: он дует, не считаясь с желаниями человека. В самый нужный момент его и вовсе может не оказаться. Всех этих недостатков не имеет паровая машина.

Сила пара полностью находится в распоряжении человека. Ее можно применить в любом месте, где найдутся вода и топливо. Она не требует отдыха, как человек или животное. Паровой двигатель можно сделать любой силы: от силы человека до силы многих сотен