Общество изобретателей установок для подъёма воды посредством огня

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.