Изобретено в России: История русской изобретательской мысли от Петра I до Николая II

2 июля 1698 года английский механик Томас Севери получил патент на «Новое изобретение, предназначенное для подъема воды и производства движения для любого типа фабричных работ с помощью движущей силы огня, которое принесет огромную пользу в области осушения шахт, подачи воды в города, а также для работы производств, не имеющих постоянного доступа к воде или к ветряным мельницам». Это примерный перевод названия, но общая суть была такова: Томас Севери запатентовал первый в истории паровой насос.

Севери и до него

В машине Севери не было цилиндра как такового. Он представлял собой систему из двух сообщающихся резервуаров. В первом — котле — находилась вода, которую нагревали до состояния кипения, после чего пар выпускали во второй резервуар — насос. Затем туда же заливали холодную воду, пар мгновенно конденсировался, и внутри резервуара образовывалось пониженное давление. Интересно, что если бы Севери додумался до концепции цилиндра, он мог бы построить полноценный двигатель: насосный резервуар забирал бы воздух из камеры и тянул на себя цилиндр. Но Севери так далеко не зашел: его машина всасывала воду в освободившееся от пара пространство и выпускала ее с другой стороны.

Безусловно, насос Севери представлял собой крайне примитивное устройство с исключительно низким КПД и огромными теплопотерями. Тем не менее его уверенно можно назвать первой в истории работоспособной паровой машиной. К 1702 году было построено несколько полноразмерных насосов, некоторые из них успешно использовались в городских системах подачи воды в Лондоне, так как в любом случае были функциональнее и мощнее ручной силы. Впрочем, в шахтах двигатель так и не заработал, попытка применить его для откачки большого количества воды в 1705 году завершилась взрывом.

Интересно, что прообразы паровых машин были и до Севери. Известнейший пример — это эолипил, паровая турбина Герона Александрийского. Герон описал ее аж в I веке нашей эры. Его система представляла собой вращающийся на оси шар с двумя выпускными трубками, ведущими в разные стороны. Шар наполняли водой, и, когда его нагревали, вырывающийся из трубок пар вращал шар, — по сути, это была реактивная турбина.

Затем британский историк Вильям Мальмсберийский (1090–1143) описал так называемый орган Гербертуса — установленный в одной из церквей Реймса музыкальный инструмент, движение воздуха внутри которого происходило за счет подаваемого снизу пара. Затем Леонардо да Винчи описал паровую пушку. Затем, в 1551-м, османский ученый Такиюддин аш-Шами разработал примитивную паровую турбину, аналогичную системе Герона. Схожие системы создали в XVII веке итальянец Джованни Бранка и англичанин Джон Уилкинс.

Наиболее приблизился к Севери в 1606 году гениальный испанский механик Херонимо де Айянс-и-Бомон. За свою жизнь он получил 48 королевских привилегий на различные системы, в основном связанные с водой, — от водолазного костюма до оригинальной конструкции плотины. В том числе он придумал паровой насос для откачки воды из шахт — за 92 года до Севери! Айянс-и-Бомон работал управляющим всеми испанскими шахтами Южной Америки (то есть под его началом было как минимум 550 шахт) и создал множество технических усовершенствований шахтерского дела. Его смерть в 1613 году помешала построить полноценный двигатель, изобретение осталось лишь в виде патента.

Схема парового двигателя И. И. Ползунова

Источник: П. С. Кудрявцев «История физики», том 1 «От античной физики до Менделеева» (Государственное учебно-педагогическое издательство Министерства просвещения РСФСР, 1948)

Последним упомяну знаменитого французского математика Дени Папена. В 1680 он создал паровой насос с цилиндром и подал заявку на патент. По сути, Папен построил полноценный одноцилиндровый паровой двигатель. Модель работала, но проблемой было то, что Папен не догадался производить пар в отдельном котле, а нагревал непосредственно цилиндр. Это приводило к большим потерям и крайне низкой эффективности машины. Зато француз первым применил предохранительный клапан. Впоследствии, познакомившись с работами Севери, Папен понял свою ошибку и создал несколько новых систем, усовершенствовав насос Севери. Впрочем, из-за неправильного подхода, имевшего место в самом начале, Дени Папена нельзя назвать первым.

Так или иначе, паровой насос усилиями целого ряда ученых и механиков появился на свет. Теперь дело было за двигателем. И да, до рождения Ивана Ивановича Ползунова оставалось еще 30 лет.

Номер второй — Ньюкомен

Достижением Севери был не столько факт постройки парового насоса, сколько то, что машина стала применяться в реальном деле, в промышленности, а не осталась лишь лабораторной игрушкой. Следующей значимой фигурой в этой области стал еще один англичанин — Томас Ньюкомен.