Приключения изобретений - Александр Ивич
Часто человек, столкнувшись с непонятным явлением, пожмёт плечами и спокойно переходит к другим делам. Но есть люди, которые не успокоятся, пока не разрешат загадки, не найдут объяснения непонятному. Такие и становятся учёными, изобретателями.
Уатт не мог понять, почему модель работает плохо, сколько ни подправляй её – расходует массу топлива и даёт недостаточно пара. Поехал механик на шахту, чтобы посмотреть действующий насос Ньюкомена. И тут он с удивлением убедился, что виновата была вовсе не модель, которую он пытался исправить. Те же недостатки оказались свойственны всем ньюкоменовским машинам.
Стал Уатт доискиваться, в чём же тут дело, почему в котле пара много, а в цилиндре его не хватает. Он искал ответа и в опытах, и в книгах, и в беседах с учёными. Увлечённый загадкой насоса, Уатт сам стал исследователем и учёным. Упрямо, день за днём, месяц за месяцем искал он объяснения его плохой работы. И наконец нашёл!
В машине Ньюкомена было заложено неустранимое, казалось, противоречие. Для того чтобы пар в цилиндре конденсировался, надо было впрыскивать много холодной воды – иначе говоря, охлаждать стенки цилиндра. А для того чтобы пар быстро и сильно поднимал поршень, его надо было впускать в горячий цилиндр. Попадая на охлаждённые стенки цилиндра, часть пара сразу превращалась в воду и, значит, не производила никакой полезной работы. Вот поэтому-то и получалось, что котёл давал много пара, а в цилиндре его не хватало для энергичного и быстрого подъёма поршня.
Постоянные размышления над этим противоречием, бесплодные поиски решения измучили Уатта. Но когда он, кажется, уже готов был примириться с тем, что дело безнадёжно, у него вдруг блеснула замечательно простая и ясная идея. Как Севери и Ньюкомен усовершенствовали насос Папена, догадавшись кипятить воду не в самом цилиндре, а в соединённом с ним котле, так Уатт нашёл выход в том, чтобы устроить отдельный конденсатор – охлаждать пар вне цилиндра. Он соединил с цилиндром сосуд, наполненный холодной водой. Туда по жестяным трубкам поступал отработанный пар. Небольшой насос создавал в трубках вакуум, поэтому пар и устремлялся в них из цилиндра.
Машина сразу стала работать несравненно лучше. Пар теперь не охлаждался в цилиндре, и поршень быстро поднимался.
Конденсатор – очень важное изобретение. Оно резко улучшило ньюкоменовский насос. Но уже столько мыслей и труда вложил Уатт в работу, что не захотел ограничиться первым успехом. Он продолжал думать над тем, как дальше совершенствовать машину.
И скоро сделал второе изобретение. Так же как Ползунов на два десятилетия раньше, Уатт стремился создать машину непрерывного действия. Он добился этого другим способом, чем русский изобретатель. Ползунов, вы помните, построил машину с попеременной подачей пара в два цилиндра. А Уатт создал машину с одним цилиндром, но устроил так, что пар подаётся попеременно под поршень (чтобы его поднять) и над поршнем (чтобы его опустить). Давление пара больше атмосферного, поэтому поршень опускался быстрее. Оба хода поршня – и вверх и вниз – стали рабочими и оба осуществлялись силой пара. Значит, машина Уатта была уже не пароатмосферной, как прежние, а паровой.
Потом Уатт сделал третье изобретение, которое резко уменьшило потребность машины в паре, а значит, и расход топлива. В насосах Ньюкомена пар поступал в цилиндр всё время, пока поршень шёл вверх. Уатт понял, что нужно впускать только немного пара, чтобы поршень приподнялся, а дальше поршень будет подниматься силой расширения пара, стиснутого в тесном пространстве цилиндра под поршнем.
Это изобретение Уатта тоже замечательно простотой решения.
Но вот что интересно. Ползунов сразу, в первом же своём замысле, стремился не к усовершенствованию насоса Ньюкомена, а к созданию парового двигателя для заводских нужд. Уатт дошёл до этой мысли не скоро. После трёх изобретений его машина всё ещё оставалась только паровым насосом, хотя и несравненно лучшим, чем прежние.
Но в то время, когда работал Уатт, бурно развивалась английская промышленность. Появилось много ткацких и прядильных фабрик. Этим фабрикам нужны были станки, поэтому строились и машиностроительные заводы. Всем фабрикам и заводам остро стал необходим двигатель удобнее и сильнее водяного колеса. Так сама жизнь подсказала Уатту требование: превратить насос в паровую машину, пригодную для всех заводских нужд.
Неожиданно оказалось, что не так много оставалось для этого придумать. Первые изобретения Уатта уже сделали насос непрерывно действующим и по сравнению с ньюкоменовским экономичным: он расходовал гораздо меньше топлива.
Уатт разработал механизмы, превращавшие движение поршня вверх-вниз во вращательное движение соединённого с ним колеса или вала. Это четвёртое его изобретение и превратило наконец насос в паровую машину для фабрик и заводов. Она могла теперь приводить в движение станки.
За несколько лет паровая машина Уатта завоевала Англию, а потом и весь мир.
СПОР ПАРА С ТЕКУЧЕЙ ВОДОЙ
Судьба водяных колёс, тысячелетие верно служивших человеку, была решена. Прошло два-три десятилетия, и водяные колёса остались только при деревенских мельницах да на нескольких старых заводах. Небольшая паровая машина давала больше энергии, чем пятиэтажной высоты колёса. Не нужны стали дорогие плотины, и уже необязательно было сооружать заводы близ реки.
Но движение техники с XIX века идёт всё быстрее и быстрее. Паровые двигатели вызвали к жизни множество различных рабочих машин, станков, механизмов. Промышленность быстро развивалась во многих странах, и уже можно было предвидеть время, когда для новых рабочих машин паровые двигатели, какими пользовались в первой половине XIX века, окажутся недостаточно мощными.
Впрочем, дело было не только в мощности. Чем крупнее становились заводы, тем всё больше давали себя знать важные недостатки паровой машины. Приходилось сооружать сложные устройства, чтобы передавать движение от паровой машины к станкам, которые точили металл или ткали материю. Для этого нужны были тяжёлые металлические валы, которые вращала паровая машина, и кожаные ремни, передававшие движение от вала к станку.
Чуть ли не половина всей силы паровой машины уходила на вращение этих устройств, и только вторая половина доставалась станкам.
И это ещё не всё. Стоит, например, на заводе пятьдесят станков. А иногда работа есть только для десяти. Но топлива паровой машине нужно столько же. Да и вообще, несмотря на все усовершенствования, много топлива требовала машина по сравнению с работой, которую совершала, – дорого обходилось пользование ею.
От сложных передаточных устройств освободило заводы одно из важнейших изобретений второй половины XIX века: изобретатели создали генератор – машину, вырабатывающую большие количества электрического тока. Электрическую энергию можно дробить как угодно и передавать по проводу на большие расстояния. Можно взять ток для работы ста мощных машин, а можно и для одного станка –
