Джемс Уатт

Независимо от Тривайтика, к идее машины высокого давления пришел американский конструктор Оливер Эванс. Он проектировал машину с давлением 8—10 атмосфер и с применением расширения пара. Его проекты казались столь фантастичными, что ему было отказано в патенте в 1786 году. Первая машина Эванса была поставлена им на своеобразной амфибии в виде лодки на колесах, могущей двигаться и по суше и по воде. Машина могла приводить в движение или колеса, или гребное колесо, прикрепленное к корме лодки. Эванс торжественно проехал на этой странной повозке по улицам Филадельфии, а потом проплыл некоторое расстояние вверх по реке против течения.

Эванс являлся энтузиастом парового транспорта и пророчествовал, что скоро наступит время, когда можно будет позавтракать в Вашингтоне и пообедать в Нью-Йорке. Но эти паровые автомобили так и остались в проекте, зато ему удалось построить несколько десятков стационарных машин на основанном им небольшом заводе. Эванс тщательно изучал все, что было известно о теплоте, и в 1805 году издал руководство для машиниста при паровой машине. В нем он высказал, между прочим, идею, которая была осуществлена лишь много позже, а именно: регулировать ход машины не при помощи паровпускного клапана, а путем изменения степени наполнения цилиндра паром. Последний способ дает значительно меньшие потери пара.

Машины Эванса отличались небольшим весом, они стоили дешево, потребляли мало топлива: в три раза меньше, чем машины низкого давления.

Идею Горнблоуэра о применении двух цилиндров разработал корнуэльский инженер Артур Вульф.

Это — так называемая машина двойного расширения, в которой пар, поступая из котла сначала в один цилиндр (цилиндр высокого давления) и произведя в нем работу, затем переходит в другой цилиндр большего объема (цилиндр низкого давления), где действует только посредством расширения.

Вульф работал и у Горнблоуэра и у Тривайтика и в своей машине пытался совместить преимущества обеих этих систем. Применение давлений в 3–4 атмосферы, заимствованное им у Тривайтика, позволило устранить главный недостаток машины Горнблоуэра — большую конденсацию пара внутри цилиндра вследствие расширения. Ведь как-раз это обстоятельство, как мы помним, и остановило Уатта от дальнейшей разработки принципа расширения пара.

В 1804 году Вульф взял патент на свою машину. Из этого документа видно, что теоретические представления Вульфа о процессах, происходящих в паровой машине, были совершенно фантастичны. Он, например, считал, что пар при расширении в пределах от данного высокого давления, положим в 50 фунтов на кв. дюйм, до атмосферного давления расширяется во столько раз, скольким фунтам равно давление его на кв. дюйм. Вульф почему-то считал это непреложным физическим законом и поэтому советовал делать больший цилиндр по объему во столько раз больше малого цилиндра, сколько фунтов давления пара на кв. дюйм предполагалось применить. Это было, конечно, грубейшим заблуждением, и сам Вульф на практике подобного расчета никогда не применял. Поразительное эмпирическое чутье подсказывало ему очень верно нужные соотношения объемов большего и меньшего цилиндров.

Как на одну из выгод своей машины Вульф указывал на то обстоятельство, что, в случае просачивания пара между поршнем и стенками в цилиндре высокого давления, пар не пропадает, а будет действовать в цилиндре низкого давления.

Вульфовские машины были очень экономны в отношении расхода топлива. Они получили широкое распространение как двигатели текстильной промышленности. Одним из преимуществ машины была возможность сравнительно легко, без каких-либо переделок, значительно увеличивать ее мощность. Один и тот же двигатель, таким образом, мог приводить в движение значительно большее число рабочих машин или давать им большую скорость (на это обстоятельство, между прочим, как-раз и указывал Маркс, опираясь на доклад Нэсмита).

Машины Вульфа долгое время строились эмпирическим путем. Удачный подбор относительных объемов цилиндров высокого и низкого давления составлял коммерческую тайну машиностроительных фирм.

Лишь в шестидесятых годах XIX века были вскрыты процессы, происходящие в цилиндрах машины, и объяснены недостатки и достоинства машины двойного расширения. Заслуга в этой области принадлежит эльзасцу Гирну. Он в своих исследованиях широко применял индикатор, до того времени очень редко применявшийся. Выяснилось, что пар при расширении значительно понижает свою температуру и охлаждает стенки цилиндра. Чем больше расширение, тем больше разность в температурах впускаемого в цилиндр и выпускаемого пара. Вновь поступающий из котла пар поэтому отдает много тепла стенкам охлажденного цилиндра. Поэтому представляется выгодным разбить эту разность температур между двумя цилиндрами так, чтобы расширение пара начиналось в одном цилиндре, а заканчивалось в другом, тогда разность температур впускаемого и выпускаемого пара в каждом цилиндре будет значительно меньше, а поэтому будет меньше охлаждение и потеря тепла вновь поступающего пара.