Завоевание природы

Краны, открывающие и закрывающие доступ пара или холодной воды в цилиндр, приходилось каждый раз открывать и закрывать вручную. Эту работу выполняли обычно мальчики. И вот рассказывают, что один из этих мальчиков, по имени Гэмфри Поттер, придумал, как облегчить себе скучную работу. Он соединил краны с коромыслом веревками так, что при качании коромысла краны открывались и закрывались сами собой, автоматически. Приходит раз мастер и видит, что мальчик мирно спит, а машина тем не менее исправно работает. Посмотрели внимательно, что устроил мальчик, да потом и начали применять его приспособление во всех других машинах.

Так работали первые паровые машины при откачке воды из английских каменноугольных шахт. Но очень малое количество затрачиваемого на них тепла превращали они в полезную работу. Всего какую-нибудь сотую часть и даже того меньше. Остальное тепло бесполезно улетало в трубу топки, тратилось на нагревание охлаждаемых каждый раз стенок цилиндра, уходило из машины с теплой водой и так далее. Но скоро и тут были сделаны большие усовершенствования.

В университете города Глазго (Шотландия) приборами, служившими для производства разных научных опытов, заведовал молодой механик Джемс Уатт (рис. 15). Попала к нему как-то в починку модель [4] паровой машины Ньюкомена. Она так заинтересовала Уатта, что он потом всю жизнь свою посвятил усовершенствованию паровой машины. И можно даже сказать, что только благодаря усовершенствованиям Уатта паровая машина начала широко применяться в технике. В чем же состояли эти усовершенствования?

Прежде всего Уатт заметил, что в машине Ньюкомена много тепла теряется даром на нагревание стенок цилиндра, охлаждаемых каждый раз холодной водой. Для устранения этого он придумал сгущать пар не в цилиндре, а в соединенном с ним приборе, так называемом конденсаторе, или холодильнике. А чтобы цилиндр не охлаждался, он окружил его сохраняющими тепло веществами. Этим уже достигалась довольно большая экономия в топливе. Через несколько лет, однако, а именно в 1769 году Уатт совсем иначе перестроил всю паровую машину. Да перестроил так удачно, что главнейшие ее части сохраняются и до сих пор почти в каждой паровой машине, только, конечно, еще более улучшенные и усовершенствованные.

В машине Ньюкомена пар действовал на поршень только с одной стороны; в обратную сторону, после сгущения пара, поршень гнался давлением наружного воздуха. Уатт же заставил пар высокого давления действовать на поршень попеременно с обеих сторон. Достиг он этого с помощью особого приспособления, называемого золотником. Действие золотника будет понятно из рисунка 16.

На рисунке изображен стоячий паровой цилиндр, для ясности как бы разрезанный пополам.

К цилиндру (справа) наглухо прикреплена коробка с помещающимся в ней золотником. Смотрите теперь на левую часть рисунка.

Сжатый горячий пар, образовавшийся в котле, поступает через трубу, обозначенную буквой Л. Из рисунка видно, что цилиндр сбоку имеет два отверстия, одно из которых (верхнее) закрыто подвижной крышкой — золотником. Пар может пройти в цилиндр только через нижнее отверстие, т.-е. под поршень. Он погонит поршень вверх.

Воздух или пар, который находился вверху, будет выгоняться поршнем через верхнее отверстие цилиндра под крышку золотника, а оттуда, через отверстие, обозначенное кружочком (а), наружу. Все это показано на рисунке стрелками.

Как только поршень дойдет доверху, крышка золотника передвинется вниз, откроет верхнее отверстие и закроет нижнее. Получится то, что показано на правой половине рисунка. Здесь легко увидеть, что пар из котла будет теперь уже гнать поршень вниз, а отработавший, мятый пар будет уходить из цилиндра через нижнее отверстие. Передвижение золотника вниз и вверх производится самой машиной, т.-е. автоматически.

Благодаря этому приспособлению паровая машина стала работать гораздо лучше, и стало возможным применять более сильно сжатый пар, имеющий высокое давление. Кроме этого Уатт улучшил действие машины применением масла и воска для более плотного смыкания частей, применением особого регулятора для равномерного и правильного хода машины и целым рядом других приспособлений. Благодаря им паровая машина Уатта потребляла уже в четыре раза меньше угля, чем требовала для той же работы машина Ньюкомена.

Нужно здесь заметить, что еще за несколько лет до постройки Уаттом своей машины, подобную же машину построил русский механик — самоучка Иван Иванович Ползунов. Эта машина работала в 1766 году на Барнаульском заводе. Но так как промышленность в тогдашней России только-только еще зарождалась, то машина Ползунова не получила никакого распространения и о ней скоро совсем позабыли. Уатт, конечно, ничего не знал об изобретении Ползунова и построил свою машину вполне самостоятельно.