Общество изобретателей установок для подъёма воды
посредством огня
А. Моравский, М. Файн
Следующий
важный шаг по пути создания тепловых двигателей совершил английский
изобретатель, кузнец по профессии Томас Ньюкомен. Биографических сведений о нем
не сохранилось, но известно, что он обладал обширными знаниями и навыками
практической работы.
Выполняя
как-то заказ на детали для машины Севери, он пришел к мысли, что ее
производительность и экономичность можно повысить, разделив функции насоса и
двигателя, т. е. использовав в машине Севери идею Папена. Для реализации своих
идей Ньюкомен в 1705 г. заключил соглашение с промышленником-стеклоделом Джоном
Коули, и вскоре машины Ньюкомена получили широкое распространение.
Вначале
эти машины строились только в Англии Ньюкоменом и Коули, но впоследствии их
постройкой и усовершенствованием занялись и другие.
В
1725 г. появилась книга немецкого инженера Леупольда, в которой представлена
машина Ньюкомена с удвоенным числом цилиндров. Каждая такая машина (см. рис.)
содержала два вертикальных рабочих цилиндра, и пар поступал под поршни этих
цилиндров из общего котла через распределительный кран по очереди.
Давление
пара поднимало поршень, а после достижения последним наивысшей точки в цилиндр
впрыскивалась вода, пар конденсировался и поршень под действием атмосферного
давления опускался, совершая рабочий ход.
Насосные
цилиндры были установлены параллельно рабочим, их поршни соединялись с поршнями
рабочих цилиндров через качалку-коромысло. Когда один из поршней поднимался,
другой опускался, и наоборот. Соотношение плеч коромысла определяло соотношение
ходов поршней. Как правило, ходы были равны. Машины Ньюкомена были более
производительными и удобными, чем машины Севери.
Тем
не менее получить патент на свою машину Ньюкомен не сумел. Этому препятствовала
формулировка патента Севери. Максимум, чего удалось достигнуть, - это войти в
соглашение с Севери о совместном использовании изобретения и создать в 1711 г.
«Компанию обладателей правами на изобретение установки для подъема воды
посредством огня».
Вначале
Ньюкомен охлаждал пар в цилиндре так же, как и Севери (поливая цилиндр
снаружи), а найти более удобный способ конденсации пара ему помог случай.
Технология обработки металлов в то время была на таком уровне, что задача
уплотнения поршня в цилиндре практически не решалась.
И
вот однажды по небрежности над поршнем рабочего цилиндра оказался слой воды, и
она, просочившись в цилиндр по зазору между ним и поршнем, ускорила процесс
конденсации пара. Ньюкомен заметил, что частота рабочих циклов машины возросла,
и, обнаружив причину, немедленно применил охлаждение впрыском воды.
С
машиной Ньюкомена связана легенда о мальчике Гемфри Поттере, который изобрел
автоматическое парораспределение. Поскольку открывать кран для поочередной
подачи пара в рабочие цилиндры было дело нехитрое, его поручали мальчику.
Но
целый день, не отвлекаясь, открывать краны очень утомительно, особенно для
ребенка, которому хотелось играть со сверстниками. И вот сообразительный
мальчик придумал возможность отлучаться от машины.
Он
взял две веревочки, привязал их к рукоятке крана, а другие концы привязал к
коромыслу так, что, когда одно плечо коромысла поднималось, одна из веревочек
натягивалась и открывала кран, а когда это плечо опускалось, веревочка
ослабевала, но при этом поднимающееся второе плечо натягивало вторую веревочку
и кран закрывался. Очень остроумно и просто.
Но
многие специалисты высказывают сомнение в достоверности этой истории, приводя
следующие соображения.
Во-первых,
нужно было достаточно точно обеспечить натяжение и провисание веревок, а
мальчику это было сделать непросто. Во-вторых, противолежащие плечи коромысла
перемещаются в противоположных направлениях, и для того чтобы открывать и
закрывать кран натяжением веревок с одного рабочего места, нужен был блок, и
вряд ли в те времена ребенок имел - возможность его раздобыть.
И
наконец, качающееся коромысло было на высоте около 3 м над краном, и трудно представить,
чтобы можно было произвести сборку и отладку приспособления без остановки
машины - хозяин сразу бы это заметил.
Но
благодаря своей красоте эта легенда широко известна, хотя официально
автоматическое парораспределение изобрел английский инженер Бейтон, и в 1718 г.
ему выдан на это патент.
Машины
Ньюкомена доминировали несколько десятилетий и постоянно совершенствовались.
Уже говорилось, что в 1725 г. изобретатель Леупольд предложил увеличить число
цилиндров.
Одновременно
он предлагал ввести вал отбора мощности, вращающийся с помощью колеса, на
которое льют воду поршневые насосы, т. е. почти через 20 лет повторил
предложение Папена.
Он
же опубликовал книгу «Театр машин», где дал подробное описание машин
Ньюкомена-Коули. В 1772 г. Смитов построил машину Ньюкомена с двумя котлами, он
же ввел регулирование момента впрыска воды в цилиндр, т. е. регулирование числа
двойных ходов.
Авторитет
Ньюкомена очень велик. В Англии даже существовало Ньюкоменовское общество, и
это не удивительно, так как отделение двигателя от насоса представляло собой
важный шаг, обеспечивающий возможность расширения диапазона использования
тепловых двигателей.
Но
при всем этом двигатель в машине Ньюкомена не был универсальным; передача от
поршня двигателя к поршню насоса привязывала двигатель к определенному виду
приводимых устройств.
Развивающуюся
промышленность такой двигатель уже не удовлетворял. Она испытывала нужду в
универсальном тепловом двигателе, т. е. в двигателе, который бы имел вал отбора
мощности, пригодный для подсоединения к любому потребителю.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://subscribe.ru/archive/tech.dvigatel