История локомотива

В те времена, однако, даже наиболее развитая английская промышленность еще не нуждалась в механическом транспорте, довольствуясь речным и конным. Насущнейшую потребность английская промышленность ощущала в механических водяных насосах, чтобы откачивать воду из затопляемых шахт и рудников. Техники того времени и работали над созданием таких водоотливных машин, пользуясь силою пара, известною с незапамятных времен.

Несмотря на то, что приблизительные сведения о свойствах пара были давно известны, несмотря на то, что существовали машины, приводившиеся в движение паром еще за несколько столетий до христ. эры, в течение полуторы тысячи лет изобретатели не могли напасть на техническую форму, которая дала бы возможность с практическим успехом воспользоваться силою пара. Только в начале XVIII века один из самых крупных умов по глубине, оригинальности и разнообразию идей, немецкий философ и ученый Лейбниц, указал французу Дени Папену на цилиндр и поршень как на форму, при помощи которой могла быть использована для получения энергии сила пара.

Дени Папен, гениальный французский ученый, работая в это время с воздушным насосом, заметил, что при некоторых условиях атмосферное давление с большой силой гонит поршень насоса обратно, и пришел к мысли, что атмосферное давление, существующее повсюду в природе и заставляющее воду подниматься в обыкновенном насосе вслед за поршнем, может быть источником для получения механической энергии. Для того, чтобы поршень, под влиянием атмосферного давления, опустился вниз в цилиндре, достаточно было получить под поршнем безвоздушное пространство, вернее сказать очень разреженный воздух, так называемый вакуум.

В поисках простого способа получать это безвоздушное пространство, Дени Папен потратил немало времени, пока, наконец, не нашел его в свойстве водяного пара сгущаться в водяные капельки при охлаждении. Это свойство называется конденсацией пара. Конденсируясь, то есть превращаясь в воду, пар уменьшается в объеме в 1700 раз. Таким образом, если в цилиндре наполнить пространство под поршнем паром, который вытеснит оттуда воздух, заняв его место, а затем охладить цилиндр, то пар превратится в капельки воды, уменьшаясь объемно в 1700 раз. В закрытом цилиндре получится сильно разреженное воздушное пространство и поршень под влиянием атмосферного давления с силой опустится вниз.

Папен в 1690 году построил такой паровой цилиндр. Это был первый шаг на пути превращения древней технической формы из потребляющей энергию в форму, производящую энергию.

Хотя паровой цилиндр Папена и производил некоторую работу, подымая при опускании поршня груз, подвешенный на блоках и подвязанный к штоку поршня, однако практического значения он, конечно, еще иметь не мог. Практически им воспользовался английский кузнец Ньюкомен, построивший водоотливную машину. Для приведения в движение обыкновенного водяного насоса здесь впервые был применен двигательный механизм атмосферной машины Папена. Над паровым котлом помещался паровой цилиндр. Шток поршня был связан с балансиром, к другому концу которого был присоединен шток насоса. Когда в паровом цилиндре поршень находился в своем верхнем крайнем положении, в цилиндр под поршень впускался пар из котла. Затем впуск пара прекращался путем закрытия крана, а в цилиндр вбрызгивалась холодная вода из другого крана. Наступало охлаждение пара, он конденсировался и поршень опускался вниз. После этого в цилиндр под поршень вновь впускался пар; так получалось прямолинейно-возвратное движение, передававшееся через балансирное коромысло водяному насосу.

Над атмосферной машиной Ньюкомена трудилось много изобретателей. Они вводили в нее одно усовершенствование за другим, и она получила довольно широкое распространение на шахтах. Замечательный русский изобретатель, шихтмейстер барнаульских заводов Иван Ползунов воспользовался идеей Ньюкомена и в 1766 году построил подобную машину для приведения в движение мехов, требовавших так же прямолинейно-возвратного движения. Но принципиальные изменения в эту Ньюкоменовскую машину внес только Джемс Уатт. Сначала он превратил атмосферную машину в паровую, а затем создал из нее универсальный паровой двигатель, пригодный для всякой работы.

В слабом, болезненном теле Джемса Уатта жил изумительный дух. Получив как-то в починку от университета в Глазго модель водоотливной машины Ньюкомена, Уатт, желая установить причины ее плохого действия, начал изучать свойства пара. Он так увлекся делом, что не только исправил модель, но и пришел к ряду ценнейших научных выводов. С полученным опытом и знаниями он занялся улучшением водоотливной машины и набрел на гениальную мысль — производить конденсацию пара не в самом рабочем цилиндре, а в отдельном сосуде, названном конденсатором.