Андрей Каменский - Джеймс Уатт. Его жизнь и научно-практическая деятельность

• Название: Джеймс Уатт. Его жизнь и научно-практическая деятельность
• Автор: Андрей Каменский
• Издательство: 3bd93a2a-1461-102c-96f3-af3a14b75ca4
• Жанр: Биографии и Мемуары

Эти биографические очерки были изданы около ста лет назад в серии «Жизнь замечательных людей», осуществленной Ф.Ф.Павленковым (1839–1900). Написанные в новом для того времени жанре поэтической хроники и историко-культурного исследования, эти тексты сохраняют ценность и по сей день. Писавшиеся «для простых людей», для российской провинции, сегодня они могут быть рекомендованы отнюдь не только библиофилам, но самой широкой читательской аудитории: и тем, кто совсем не искушен в истории и психологии великих людей, и тем, для кого эти предметы – профессия.

---

Разумеется, в 1800 году паровая машина была уже совсем не тем механизмом, каким она была патентована в 1769 году. С тех пор улучшения следовали за улучшениями, механизм во многом изменился, а способы приложения его расширились. Особенно много дополнений к ней было сделано Уаттом между 1775 и 1785 годами. В это десятилетие его талант вместе с сорокалетним возрастом достиг полной зрелости и выразился с такой замечательной энергией и настойчивостью, как никогда прежде. Несмотря на то, что это был самый трудовой период его жизни в Корнуэле, изобретения одно важнее и оригинальнее другого рождались в его голове как бы наперекор всем окружающим обстоятельствам и внешним условиям.

За это время им было взято пять различных привилегий и сделано несколько важных изобретений, которые он часто совсем не считал нужным патентовать. Из этих пяти привилегий некоторые совершенно новые, а другие взяты на прежде сделанные изобретения во избежание присвоения их кем-нибудь другим. “Тогда, – писал Уатт, – настали такие времена, что люди могли, по-видимому, читать в голове изобретателя мысли, которых он еще не успел и высказать”.

1) уже с самого начала своих работ над паровой машиной он обратил внимание на то обстоятельство, что в будущем она должна служить источником не только прямолинейного, но и кругового движения. Первая мысль построить коловратную машину или паровое колесо явилась у него еще в 1766 году при самом начале его опытов в “Кинниле”. Впрочем, тогдашние его опыты ни к чему не привели и, быть может, даже замедляли успех его работ над прямолинейной машиной – его внимание раздваивалось. Один из таких механизмов был даже включен в патент 1769 года. Но когда прямолинейная машина была окончательно создана в “Зоо” и начала находить употребление в рудниках, в копях, на пивоваренных и других заводах, явился спрос на приложение пара к другим родам движения в иных производствах, например, мукомольном, которое давно уже нуждалось в таком двигателе, который не зависел бы от перемен погоды, времени года, животной силы и тому подобных изменчивых условий.

После нескольких попыток выработать паровое колесо, то есть особую коловратную паровую машину без холодильника, Уатт пришел к заключению, что прямолинейное движение гораздо легче превратить в круговое, чем строить для этого последнего особый механизм.

Результатом этой мысли явились пять различных способов превращения прямолинейного движения в круговое, описанных в его второй привилегии 1781 года, относящейся к паровой машине.

2) В 1782 году последовала третья привилегия под общим названием – “Некоторые усовершенствования в паровых или огневых машинах для поднятия воды и других механических целей”. В действительности в этот патент входят пять совершенно независимых усовершенствований, сделанных в разное время с тех пор, как Уатт начал работать над паровой машиной.

Это было, во-первых, употребление пара с расширением, отсекавшегося прежде наполнения им всего цилиндра. Первая мысль об этом явилась у Уатта еще в 1767 году. Он тогда же еще нашел, что при отсекании пара, то есть при закрывании клапана паровой трубы от паровика к цилиндру на четверти хода поршня, получается действие, равное более чем от двойного количества пара, если он наполняет вдвое меньший цилиндр. Такова сила упругости пара; расширяясь и разрежаясь, он продолжает давить на поршень и двигать его. Уатт нашел, что, давая таким образом пару расширяться, можно чувствительно экономить топливо.

Во-вторых, в той же привилегии описана машина двойного действия с двумя впусками пара по обе стороны поршня, или с двойным цилиндром, как называл ее сам автор. Это тот самый принцип, который пришел ему в голову в первые дни после изобретения самой паровой машины с отдельным конденсатором. Благодаря этому принципу его машина перестала быть наполовину воздушной и сделалась вполне паровой. Пар в ней действует не на одну, а на обе стороны поршня и таким образом устраняет действие на него атмосферного давления. При том же самом механизме, тех же тратах и в то же время такая машина делает вдвое большую работу, чем одиночная, причем не зависит от сбережения топлива вследствие отсекания пара.

В-третьих, двойная или компаунд-машина, состоящая из двух или более отдельных машин, цилиндры которых, как и конденсаторы, соединены между собою таким образом, что пар, употреблявшийся для давления на поршень одной, может действовать, расширяясь, на поршень другой, и так далее, причем поршни обеих машин могут действовать или совместно, или попеременно.

3) В 1/77 году заводчик Вилькинсон обратился к Уатту с вопросом, не может ли он применить своей паровой машины к движению молота в 15 центнеров, который делал бы 30–40 ударов в минуту. Опыты были начаты тогда же, сначала с молотом в 60 фунтов, но так как Уатту тогда приходилось проводить почти все время в Корнуэле, то это дело было оставлено и не возобновлялось вплоть до конца 1782 года. Зато в этом году были получены замечательные результаты. Сам всем недовольный Уатт писал Болтону:

“Ну, такой вещи, кажется, еще никто никогда не мог сделать!”

После долгих опытов он сумел устроить молот в 7,5-10 центнеров, делавший до 300 ударов в минуту (для практических целей 100 ударов вполне достаточно). Это был первый паровой молот, привилегия на который была взята в 1784 году. По своей практической важности она уступает разве только самой первой 1769 года. Дело в том, что, кроме главного изобретения – молота, в ней заключается целый ряд других мелких, из которых каждое сделало бы честь любому механику.

Самое важное из них, конечно, – параллелограмм Уатта, служащий для сообщения поршневым стержням всегда прямолинейного и вертикального движения без помощи цепей и зубчатых секторов на концах коромысла, как это делалось прежде. Над объяснением действия этого механизма работало много ученых, а на практике он и до сих пор составляет обязательную часть коромысла, – там, где последний употребляется. Сам Уатт писал своему сыну впоследствии: “Хотя я и не гоняюсь за славой, но параллелограммом горжусь больше, чем каким-нибудь другим механическим изобретением”.

Из других второстепенных нововведений, относящихся к паровому молоту, упомянем только важнейшие, все их описывать было бы совершенно невозможно.

Клапан, дающий возможность машине самой регулировать равномерный приток пара, а через это достигать и равномерной скорости. Он находится в связи с центробежным регулятором, который до сих пор остается почти в том же виде, в каком вышел из рук Уатта 100 лет тому назад. До какой точности доходит действие этого механизма, показывает следующий курьез: на одной бумагопрядильне в Манчестере несколько лет тому назад главная машина, приводившая в движение всю огромную фабрику, двигала вместо пружины или гири стенные часы, и время этих часов совершенно совпадало с другими обыкновенными часами, с маятником, – до того равномерно было движение.

Манометр, показывающий давление пара в паровике.

Манометр для измерения давления в конденсаторе.

Манометр для показания давления пара в цилиндре в различные моменты хода поршня. Здесь же был описан и счетчик для учета числа ходов поршня, о котором уже говорилось прежде.

4) В 1785 году Уаттом было предложено нововведение в фабричной практике, которое, к сожалению, до сих пор еще ожидает своего полного осуществления. Это – бездымный очаг для заводских целей. Дым в нем перед выходом в трубу пропускался через слой раскаленного, уже прогоревшего, кокса. При этом мельчайшие частицы угля, образующие дым, накаливались и сгорали, сберегая таким образом некоторую часть топлива.

5) К этому же десятилетию, и даже к началу его, относится его изобретение, не имевшее ничего общего с паровой машиной, но, тем не менее, оказавшееся в высшей степени полезным в торговой практике. Это конторский копировальный пресс: для писем, рукописей и тому подобного, без которого не обходится теперь ни одна торговая контора.

Вот главные изобретения Джеймса Уатта, с которыми навсегда будет связано его имя. Но кроме того им же в разное время были устроены многие полезные механизмы и приспособления, которые в свое время также имели значение, хотя теперь совершенно забыты. Такова, например, арифметическая счетная машина, на которую изобретатель, кажется, потратил довольно много времени и которая все-таки никогда не имела никакого практического приложения.

Наконец последним и больше всего занимавшим его в дни старости изобретением была машина для копирования скульптурных произведений, или, как он называл ее, эйдограф. Не будучи художником и не претендуя когда-нибудь выучиться какому-нибудь художеству, он придумал механическое приспособление, позволявшее копировать самые причудливые формы, барельефы, медальоны, статуи, бюсты, сосуды и множество других вещей, – с математической точностью. Начата эта машина была еще в конце прошлого столетия, но окончательно закончена и усовершенствована им только за несколько лет до смерти. Мастерская в его доме возле Бирмингема, где он жил последние годы, была полна копий с разных знаменитых оригиналов бюстов, статуэток и тому подобного. Старику доставляло особенное удовольствие раздавать эти красивые вещицы из мрамора и других материалов своим друзьям и знакомым, приговаривая: “А это возьмите на память от молодого художника”. Впоследствии эта машина нашла себе множество промышленных приложений, далеко не всегда такого благородного характера.