Счастливый клевер человечества

Естественные ограничения послужили дополнительным катализатором для применения знаний. В Великобритании не было достаточного количества лесов, а спокойные английские реки делали невозможным повсеместное использование энергии воды. Поэтому, нуждаясь в универсальном топливе, способном заменить древесину, предприниматели обратились к углю – идеальному топливу для будущего парового двигателя. Уголь позволял добиться большей температуры при горении, чем получалось при сжигании дров. Это свойство стало использоваться в металлургии, изготовлении кирпича, бумаги и иной продукции.

Паровая машина

Промышленный переворот стал возможен благодаря открытию источника относительно дешевой энергии для технических чудес – пара. Использование пара, полученного за счет сжигания угля, позволило размещать фабрики вдали от рек, ускорив тем самым наступление промышленной революции.

В 1698 г. английский офицер Томас Севери зарегистрировал изобретение статического водяного насоса, использующего давление пара. В качестве компаньона Севери привлек кузнеца Томаса Ньюкомена. В 1712 г. они разработали машину с вертикальным поршнем, движение которого через простой рычаг передавалось на поршень погружного нагнетательного насоса. Использование правильно подобранного соотношения поверхностей действующих поршней позволяло за счет атмосферного давления создать усилие, необходимое для закачки воды на любую высоту.

В 1707 г. первая паровая машина Севери появилась в России. Император Петр I отдал приказ, согласно которому ее установили в Летнем саду. Это было сделано для того, чтобы подавать воду из Фонтанки в фонтаны парка. В Британии (в отличие от России) паровая машина Ньюкомена получила более широкое применение, особенно в английской горной промышленности, но с той же целью – как насос для подъема воды. Машина не вызвала революции в технике мануфактурного производства (здесь и не было нужды в паровом двигателе) и мирно просуществовала две трети века, пока наконец в эпоху промышленного переворота гений Джеймса Уатта не преобразовал ее в «универсальный мотор» новой фабричной индустрии.

Механик университета из шотландского города Глазго Джеймс Уатт начал эксперименты с паром в 1763 г., а использоваться коммерчески его универсальный двигатель впервые стал в 1783 г. Что же сделал Уатт за эти 20 лет? Поначалу он, работая простым механиком, просто починил одну из машин Ньюкомена. В 1763 г. Уатт установил на эту машину наружный конденсатор[240], который позволил избежать громадной потери пара, происходившей из-за необходимости повторного нагрева цилиндра после каждого впрыскивания воды. Затем Уатт стал постепенно увеличивать давление пара, сообщая движущую силу поршню в фазе его подъема, – так в 1769 г. появилась паровая машина Уатта, а в 1782 г. – первый паровой цилиндр двойного действия, в котором поршень подвергается действию пара попеременно с обеих сторон.

В 1884 г. известный в Англии инженер Чарльз Парсонс соорудил первую практически действующую паровую турбину. Его конструкция оказалась настолько эффективной, что турбины стали использоваться на электростанциях вместо паровых двигателей с возвратно-поступательным механизмом.

Начиная с 1785 г.[241] паровая машина становится одним из основных двигателей промышленной революции, в том числе на морском и железнодорожном транспорте, поскольку на базе машины Уатта стало возможным преобразование поступательного движения поршня во вращательное, т. е. двигатель теперь мог крутить колесо мельницы или фабричного станка. К 1800 г. фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 таких механизмов, из которых только 164 использовались как насосы. Еще 308 нашли применение на мельницах и фабриках, а 24 обслуживали доменные печи.

Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым и построена в 1764 г. для приведения в действие воздуходувных мехов на барнаульских Колывано-Воскресенских заводах (Конфедератов, 1954).

Свой вклад в повышение эффективности тепловых машин за счет применения пара высокого давления внесли американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик. Последний успешно строил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, которые вошли в историю под названием «корнуэльские двигатели». Но с увеличением давления росла и опасность взрывов, а значит, машинам высокого давления был необходим предохранительный клапан для сброса лишнего давления. Такой клапан изобрел Дени Папен. Надежная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования.