Лев Гумилевский - Создатели двигателей
Современники не имели никакого понятия о том, кого они хоронили и чьи рукописи подвергли уничтожению. Интересно, что как раз на своей родине Карно оставался неизвестным дольше всего.
О нем французы узнали впервые из речи одного оратора над могилой Томсона, когда тот напомнил, что знаменитый английский физик в своих лекциях говорил о Карно как о гениальном ученом.
Вильям Томсон и Рудольф Клаузиус, создавая современную термодинамику, дали впервые настоящую оценку сочинению Карно. Они указали, что Карно ввел в науку представления о круговых процессах, об их обратимости, о разности температур, как о необходимом условии работы тепловых двигателей, о независимости их от рода рабочего тела. Все эти представления лежат в основе современной термодинамики и выдвигают их автора на одно из первых мест среди физиков.
В 1872 году брат Карно передал во Французскую академию наук случайно не сожженные черновые записи и заметки умершего. Из них выяснилось, что Карно смотрел на природу теплоты вовсе не так, как современные ему физики. Он записал для себя:
«Теплота есть не что иное, как механическая работа или, вернее, движение, изменившее свою форму. Это есть движение частиц тела. Везде, где имеется затрата работы, имеется также появление тепла в количестве, строго пропорциональном количеству затраченной работы. Обратно: всюду, где есть затрата тепла, есть в то же время производство механической работы».
Взгляд на теплоту как на своеобразную форму движения частиц тела или молекул положен физиками в основу современной термодинамики. Крупнейшее достижение физики прошлого века светлый гений Карно предвосхитил так же легко и просто, как предсказал он весь дальнейший путь развития тепловых машин.
Если Карно не опубликовал своих дальнейших размышлений о природе тепла, то, очевидно, только потому, что ему помешала смерть. Он хотел довести свои мысли до предельной простоты, точности и ясности.
Но дело не в этом. Важно, что Карно установил основные законы превращения теплоты в работу, превращения тепловой энергии в механическую и показал будущим строителям тепловых машин и двигателей, что возможно для техники и чего нельзя добиться практически.
Теорией тепловых явлений мастера энергетической техники воспользовались очень широко и к началу XX века создали целый ряд самых разнообразных тепловых двигателей.
Однако потребность промышленности и транспорта в движущей силе была так велика, так разнообразна, так неотложна, что одновременно с созданием тепловых двигателей энергетическая техника поставила на службу человеку и целый ряд других двигателей.
Глава третья. Гидравлический двигатель
1. Водяные колеса
ФроловВ 1817 году французское правительство основало в Сент-Этьенне Высшую школу горных наук. Когда состоялся первый набор учащихся, о школе знали очень мало. На первый курс поступило всего только восемь человек, преимущественно уроженцев Сент-Этьенна.
Среди этих восьми человек находился сын учителя математики Сент-Этьеннской гимназии Бенуа Фурнейрон. Он хорошо выдержал приемный экзамен, но с включением его в число принятых было немало хлопот: мальчик родился 1 ноября 1802 года и, таким образом, не имел даже полных пятнадцати лет. Только ссылаясь на способности Фурнейрона, экзаменаторам удалось добиться согласия дирекции на зачисление его в школу.
Администрация школы не имела поводов сожалеть о своем решении. Мальчик учился отлично. Но семеро товарищей Фурнейрона провели бы, вероятно, свои школьные годы веселее, если бы между ними не было этого способного, но не очень приятного юноши. Он был угрюм, вечно недоволен, ужасно обидчив, страшно самолюбив л к тому же обладал острым и злым языком. Маленькие глазки, большой нос, грубые черты лица, медвежья сила и медвежья неловкость делали его еще более неприятным.
Сам Фурнейрон мало страдал от своего одиночества в школе; он упорно занимался и нисколько не тяготился отчуждением товарищей. Самолюбие толкало его стать первым в школе, а упрямство заставляло доводить до конца все свои предприятия.
Новая школа не имела точной программы. Даже не было определенной установки, кого, в сущности, она готовит: инженеров или техников, директоров горных промыслов или только мастеров. Все предоставлялось случаю, все зависело от самих учащихся и учителей. И если впоследствии Сент-Этьеннская школа завоевала репутацию первоклассного учебного заведения, то этим она была обязана подбору студентов первого выпуска й составу преподавателей. Среди них особое место занимал профессор Бурден.
Он читал студентам курс высшей математики и основы механики. Бурден, талантливый конструктор, к несчастью, не обладал практическим умом, настойчивостью, нужными для успешного осуществления даже гениальных идей. Бурден знал это и потому, может быть, предпочитал сеять свои идеи среди тех, кто с большим успехом мог бы их осуществить, нежели он сам.
Лектор он был блестящий. Свое изобретательское дарование он употреблял на то, чтобы конструировать всевозможные приборы для различных экспериментов, увлекавших учеников.
Некоторое увлечение Бурдена гидравликой, в частности водяными двигателями, в век пара казалось странным и старомодным. Это был «конек» учителя, с которого он уже не мог сойти, раз сев на него. Но надо сказать, что на самом деле в увлечении профессора Бурдена не было ничего смешного и тем более старомодного. Наоборот, оно показывало, что Бурден очень хорошо понимал запросы своего времени.
Несмотря на распространение парового двигателя, вододействующие колеса еще продолжали развиваться, главным образом в направлении увеличения их мощности.
В Англии, на родине Уатта, уже после его смерти, по проекту инженера Смитона было сооружено водяное колесо — одно из самых больших в мире. Диаметр его равнялся двадцати одному метру. Колесо делало один оборот в минуту, и мощность его достигала двухсот лошадиных сил. Поставленный в устье реки Клайд, на которой когда-то ловил рыбу маленький Уатт, этот железный гигант обслуживал бумагопрядильную фабрику.
Подобных же размеров водяное колесо англичане выстроили несколько позднее для откачивания воды из рудников на острове Мен. Оно приводило в движение штоки двух водяных насосов, поднимавших с глубины ста двадцати метров шесть кубических метров воды в минуту. Приводила в движение это колесо вода, собиравшаяся с горного кряжа в особые резервуары. Из резервуаров она подводилась к колесу подземными каналами, поднималась в башню и отсюда уже падала на колесо.
У нас на Нарвской мануфактуре мощность водяного колеса достигала 600 лошадиных сил.
Основной недостаток гидравлического двигателя заключается в его зависимости от наличия водяного потока. Промышленное предприятие должно располагаться возле реки, не считаясь с неудобствами, которые возникали от этого. Чтобы смягчить такую зависимость, приходилось строить иногда целые системы каналов, плотин, запруд, через которые вода из реки подавалась на промышленное предприятие.
Вододействующие колеса, как и ветряные мельницы, встречаются еще и сейчас в глухих уголках земного шара. При этом за две тысячи лет существования они не претерпели никаких существенных изменений. Изменялись лишь способ подведения к ним воды и материал, из которого они делались. В зависимости от способа подведения воды водяные колеса разделялись на подливные и наливные. Самые древние, подливные колеса ставились на реке так, что вода силою свободного течения действовала на нижние лопатки колеса. К наливному колесу вода подводилась сверху и работала своим весом, падая на лопатки. В зависимости от того, к какой части колеса подводилась вода, колеса назывались верхненаливными, средненаливными, заднебойными.
Разнообразие конструкций этих колес свидетельствует о том, что попытки найти наиболее выгодный способ использования водяного потока были основной заботой конструкторов в те времена, когда гидравлический двигатель был самым распространенным и почти единственным, если не считать ветряных мельниц, механическим двигателем.
В то же время не прекращались и попытки увеличить энергетическую эффективность водяных колес за счет их размеров и конструктивного совершенства.
История оставила нам немало рассказов о различных вододействующих установках, поражавших умы современников как своими размерами, так и остроумным устройством.
Наибольшую же известность получили русские гидромеханические сооружения на Урале и особенно — грандиозная гидросиловая установка Змеиногорского рудника на алтайских Колывано-Воскресенских заводах.
Об этой установке «Горный журнал», издававшийся в Петербурге, писал в 1827 году:
