Создатели двигателей

Как-то зимой 1763 года профессор физики и астрономии Глазговского университета Андерсон, готовя к лекции модель водоотливной машины Ньюкомена, с досадой увидел, что модель, недавно возвращенная из починки, опять неисправна. Не желая обращаться к лондонским мастерам, профессор решил поручить исправление модели бывшему университетскому механику Джемсу Уатту (1736–1819). На другой же день Уатт явился в университет. Это был высокий, худой, болезненного вида молодой человек с длинными волнистыми волосами, тихий и задумчивый. Осматривая машину, Уатт скромно признался, что до сих пор не имел случая заниматься такой работой и совершенно не знаком с устройством машины Ньюкомена.

— Правда, — прибавил он, — мистер Робиссон еще студентом как-то обращал мое внимание на паровую машину. У него была идея применить силу пара для движения повозки. Но мы ничего не предприняли, чтобы ее осуществить. Года три назад я пробовал производить опыты с котлом Папена, но отказался от мысли добиться чего-нибудь лучшего и больше этим вопросом не занимался… Впрочем, кажется, в данном случае нужны простые исправления механизма, и я, вероятно, сумею пустить в ход вашу модель очень скоро.

Не придавая большого значения предстоящей работе, молодой механик с университетской моделью под мышкой направился к каменному домику, крытому сланцем, где помещалась его мастерская.

Осмотрев механизм и познакомившись с устройством машины, Уатт внес в нее все нужные исправления и стал пробовать работу модели. К изумлению мастера, несмотря на то, что соответственно размерам самой модели котел для нее был более чем достаточен, он все же не давал нужного количества пара. Усиливая в топке огонь, можно было заставить машину сделать несколько ходов, но и только. При этом нужно было вбрызгивать в цилиндр очень много холодной воды, хотя нагрузка машины была незначительной.

Будь Джемс Уатт простым механиком, он отослал бы машину обратно, окончив исправление, как и поступали до него все лондонские и глазговские мастера. Но его ум исследователя, пораженный необъяснимым явлением, стал доискиваться причины, почему же большая часть пара пропадает совершенно бесполезно и работа машины никак не соответствует расходу пара.

Чем хуже действовала машина, тем настойчивее и оживленнее работал мозг мастера. Исходя из своих теоретических познаний, Уатт сделал несколько предположений, а затем стал их проверять на опыте. Тут он и пришел к выводу, что разгадка таится в незадолго до того открытом физиками законе: вода в безвоздушном пространстве кипит не при обычной температуре кипения в 100 градусов, а при значительно низшей, примерно уже при 36 градусах, а иногда и раньше, смотря по глубине вакуума.

Что же получалось в цилиндре машины? Вбрызгивание в цилиндр холодной воды вело к тому, что пар конденсировался и под поршнем образовывался вакуум, но в этом разреженном воздушном пространстве стекавшая с горячих стенок цилиндра вода быстро нагревалась даже выше 36 градусов и легко превращалась в пар. Невозможно было добиться поэтому движения поршня вниз, пока цилиндр не охладится полностью. Оттого-то и приходилось вбрызгивать туда такую массу холодной воды.

В то же время, когда в начале второго, обратного, хода поршня в машину входил свежий пар из котла, он, соприкасаясь с холодными стенками цилиндра, конденсировался, и конденсация эта не прекращалась, а поршень не поднимался до тех пор, пока цилиндр снова не нагревался до температуры пара. Поэтому-то и приходилось расходовать такое огромное количество пара для получения совсем незначительной работы в машине.

Таким образом, Уатт вполне установил причины плохой работы машины Ньюкомена, которые были особенно видны на маленькой модели. Вооружившись опытом, он решил найти способ уменьшения расхода воды и пара в машине Ньюкомена.

Дело было совсем не так-то просто, как предполагал сначала Уатт.

«Однако все же эта задача настолько овладела моим умом, — признавался он впоследствии, — а мои обстоятельства настолько требовали вернуть потраченное время и деньги, что я не мог бросить дела. После того как я всячески обдумывал вопрос, я пришел к твердому заключению: для того чтобы иметь совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр всегда был так же горяч, как и входящий в него пар. Однако конденсация пара для образования вакуума должна происходить при температуре не выше 30 градусов».

Но как же можно держать цилиндр всегда горячим и в то же время конденсировать в нем пар для получения вакуума? Задача казалась совершенно неразрешимой… Но вот однажды Уатт, занятый этими мыслями, отправился на прогулку.