Михаил Лесников - Джемс Уатт

• Название: Джемс Уатт
• Автор: Михаил Лесников
• Издательство: Журнально-газетное объединение
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1935

В настоящем издании представлен биографический роман о Джемсе Уатте (1736–1819), английском изобретателе, создателе универсального теплового двигателя. Изобрел (1774–84) паровую машину с цилиндром двойного действия, в которой применил центробежный регулятор, передачу от штока цилиндра к балансиру с параллелограммом и др. Машина Уатта сыграла большую роль в переходе к машинному производству.

---

Конечно, такой человек, как Рэбэк, мог быть очень полезен Уатту. Где же в Шотландии, как не на Карроновском заводе, можно было построить его машину?

Но и Уатт со своими оригинальными идеями и со своими усовершенствованиями огненного насоса мог быть интересен для Рэбэка хотя бы уже по одному тому, что справляться с подземными водами в Борроустоннесе было так же трудно, как и на любой другой угольной шахте. Однако, изобретение Уатта было пока еще настолько незрелым, что даже предприимчивый и не лишенный некоторого авантюризма Рэбэк пока что не строил себе никаких широких деловых перспектив. Какого-либо формального соглашения между ними не было заключено, но, вероятно. Рэбэк обещал Уатту помощь и поддержку.

Он внимательно стал следить за работой Уатта, и завязавшаяся между ними переписка служит драгоценнейшим материалом для истории уаттовского изобретения.

В течение лета 1765 года Уатт сделал некоторые исправления и добавления в своем маленьком приборе, усовершенствовал некоторые детали. Весьма вероятно, что он сделал второй экземпляр прибора приблизительно таких же размеров, как и его первая модель. Дело в том, что в Кенсингстонском музее в Лондоне в числе хранящихся инструментов, приборов и машин Уатта имеется небольшой приборчик, который близко совпадает с описанной Уаттом его первой конструкцией. С ним ли, или с первой моделью производил свои опыты Уатт, не так уж важно, гораздо важнее, что он уже сейчас, на первых порах, встретил некоторые из тех затруднений, которые будут преследовать его в течение многих лет, поставят под вопрос самую осуществимость его изобретения. Уже сейчас трудно было добиться достаточно плотного прилегания поршня к стенкам цилиндра. Жалобы на это мы встречаем в первом же из сохранившихся писем Уатта к Рэбэку.

«Я испытал свою новую машину, — пишет Уатт 23 августа 1765 года, — и получил хорошие результаты, хотя из-за плохого качества материалов я не смог добиться полной непроницаемости воздуха, однако, немедленно после открытия выпускного крана поршень без нагрузки поднялся с такой скоростью, как удар молотка, а, будучи нагружен 18 фунтами, т. е. по 7 фунтов на кв. дюйм, с такой скоростью, как если бы впрыскивалась обычным способом вода».

Таким образом конденсатор действовал хорошо.

Схема действия первых уаттовских моделей с конденсатором.

При небольшом подъеме поршня в насосе Р пар из верхней части цилиндра над поршнем D устремляется (кран Е открыт) в конденсатор К, где и сгущается. Над D образуется вакуум (разрежение). Пар, поступающий из котла А (кран С открыт, кран Н закрыт), производит давление (вместо атмосферного воздуха) на поршень D, поднимая его.

«На основании этого, — продолжает дальше Уатт, — я начал делать более крупную и более совершенную модель, так как теперь я почти не сомневаюсь, что она будет работать вполне удовлетворительно».

Пока еще главное внимание Уатта обращено не столько на механическую сторону машины, сколько на происходящие в ней тепловые процессы. Он рассказывает Рэбэку о ряде произведенных им опытов и о своих выводах, что «пропорционально тому, как увеличивается явная теплота пара, его скрытая теплота уменьшается».

Совершенно устранить потери пара — вот цель, поставленная Уаттом.

«Я ожидаю почти совершенно устранить потери пара и, таким образом, довести машину до совершенства», — писал Уатт своему другу доктору Линду 4 сентября 1765 года.

Как видно, в общем, маленькая модель действовала настолько удовлетворительно, что Уатт, одновременно с опытами над ней, строил другую модель значительно большего размера.

«Я продвигаюсь вперед с моделью машины с наивозможной быстротой», — писал Уатт Рэбэку. Тот с нетерпением ждал присылки обещанной Уаттом большой модели. «Двигайте ее возможно скорее вперед», — писал ему Рэбэк. Но Уатт вместо присылки модели бомбардировал Рэбэка письмами, в которых рассказывал о всевозможных изменениях, вносимых им в прибор, о своих неудачах и препятствиях, которые ему удалось преодолеть.

Большая модель вскоре была готова. Она была примерно в два или три раза больше первой. Согласно позднейшим пометкам, сделанным Уаттом на своих письмах (около 1808 года он собирался писать книгу о паровой машине и приводил в порядок свой архив), диаметр ее цилиндра был равен 5 или 6 дюймам, ход поршня — 2 фута. «Внутренний цилиндр, был сделан из меди» в высшей степени примитивно, из согнутого в трубку медного листа, «не высверлен, но выкован» Это был единственный способ, которым мог изготовить его Уатт, так как у него не было никаких приспособлений для расточки более или менее крупных цилиндров. Вполне естественно, что цилиндр «был не очень точен». «Он был заключен в деревянный паровой кожух и поставлен в обратном положении (т. е. рабочим, закрытым, концом вверх, а не вниз, как в ньюкомэновской машине. — М. Л.); поршень работал через отверстие в нижнем днище парового резервуара».

Модель вначале не оправдала ожиданий Уатта.

«Я произвел испытания моей машины, — писал он Рэбэку, — она не совсем соответствовала моим ожиданиям, но в ней нет таких недостатков, которых, я думаю, я не смог бы устранить. Главным, я полагаю, единственным недостатком является неплотность прилегания поршня, но я думаю, что уже нашел средство против этого. Как бы то ни было, потребление ею пара, я уверен, будет чрезвычайно мало, а конденсация будет происходить достаточно быстро».

При постройке этой машины в еще большей степени выступило то же затруднение, что и при изготовлении первой модели — неплотное прилегание поршня. Над этим приходилось теперь очень серьезно задуматься.

Вопросы физического порядка тоже интересовали Уатта при испытаниях этой модели. Он пишет о наивыгоднейшем давлении, о температуре пара и т. д.

Уатт думал и об усовершенствованиях в котле, имеющих целью сбережение топлива. Он описывает Рэбэку работу котла «черепаховой формы, колосники которого сделаны из полых труб, наполненных водой, который при сжигании 4 фунтов угля превращает в пар 25 фунтов воды в 44 минуты от начала кипения воды, а иногда и скорее».

Для испытания этой машины Уатт подвешивал груз не непосредственно к поршню, а шток поршня был соединен с рычагом, один конец которого был закреплен, а другой уравновешен грузом. Такое приспособление было необходимо, так как модель была уже настолько велика, что при непосредственном подвешивании Уатту пришлось бы возиться с пятипудовыми гирями. Результаты опытов с этой большой моделью оказались настолько удовлетворительными, что Уатт наконец решился приступить к постройке большой машины.

В ноябре 1765 года он посылает Рэбэку детальные чертежи и описания поршня и цилиндра, который нужно отлить на Карроновском заводе. Длина цилиндра 7 футов, диаметр 24 дюйма. «Его следует сделать возможно более круглым и сколь возможно одинаковой ширины во всех направлениях».

Трудно сказать, какой вид должна была иметь эта машина. Если судить по чертежам, вернее, эскизам Уатта, которые он сам впоследствии относил к этому времени (1765–1766 гг.), то в самой конструкции машины он вводил смелое новшество. Он совершенно отбрасывал коромысло — эту неотъемлемую часть ньюкомэновской машины, так что поршень насоса непосредственно был соединен со штоком поршня машины. Цилиндр был поставлен в перевернутом положении, т… рабочим движением поршня было движение вверх. Одним словом, тут в большом масштабе должна была быть осуществлена та же конструкция, которая, простоты ради, была применена в его первой модели. Впоследствии он осудил эту конструкцию, как нелепую фантазию неопытного инженера.

«В то время он имел, по его словам, пристрастие к перевернутому положению цилиндра и к другим изменениям его собственного изобретения, которые соблазняли его вследствие его неопытности в механической практике в большом масштабе».

Эта конструкция, действительно, была не осуществима в первых машинах Уатта, да еще и многие десятки лет спустя качались громоздкие коромысла паровых машин, но как-раз именно этой конструкции — машине без балансира — принадлежало будущее.

Для большой машины надо было внести изменения и в изобретенном им холодильнике. Вместо трубчатого холодильника Уатт придумал пластинчатый холодильник, в котором пар охлаждался в ряде очень плоских — в виде пластинок — тонкостенных резервуаров. Эта система оказалась гораздо проще, ибо для того, чтобы получить ту же поверхность охлаждения для большой машины, нужно было устроить холодильник чуть ли не с несколькими сотнями тонких трубок. То, что было осуществимо технически для маленькой модели, оказалось совершенно непригодным, слишком трудным для изготовления в больших масштабах.

Может быть, толчком к изменению конструкции послужило чисто внешнее обстоятельство. Как-раз в декабре 1765 года умер тот жестяных дел мастер, который паял для Уатта его холодильники. Уатт был в большом затруднении, где ему найти другого такого искусника. Кто теперь будет паять ему из жести бесконечное число трубок? Примитивная техника, даже в мелочах, всюду ставила ему рогатки. Характерно, что Уатт почти ни одной из них не смог устранить собственными силами.