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.

---

«Я уверен, — не без ехидства писал Смолл Уатту, — что на основании составленной мной спецификации опытный механик может построить вашу машину, хотя она и нуждается в поправках, но вы, конечно, не обязаны обучать всякого болвана в Англии мастерски строить машины».

И действительно, спецификация была составлена в очень точных, но чрезвычайно общих формулировках.

Эта общая формулировка впоследствии создала и для изобретателя, и для его компаньона много хлопот, но тогда в Бирмингаме об этом не думали.

Болтон посоветовал составить спецификацию именно так, имея в виду вступить в компанию с Уаттом и устранить возможных конкурентов.

В спецификации Уатт так определял основные принципы своего изобретения.

«Мой способ для уменьшения расхода пара в паровых машинах, а следовательно, и уменьшения расхода топлива, состоит в следующих принципах.

1. Сосуд, в котором применяется сила пара для работы машины и который в обыкновенных огненных машинах называется цилиндром, а я называю его паровым резервуаром, должен быть во все время работы машины сохранен в столь же нагретом состоянии, как и входящий в него пар, во-первых, путем окружения его оболочкой из дерева или из другого материала, плохо проводящего теплоту; во-вторых, окружая его паром или другими нагретыми телами и, в-третьих, не допуская, чтобы вода или другое какое-либо тело, более холодное, чем пар, проникло в него или пришло бы в соприкосновение в ним во время его работы.

2. В машинах, которые должны полностью или частью работать посредством конденсации пара, обращение пара в воду должно происходить в сосудах, отделенных от цилиндра, но могущих иногда сообщаться с ним. Эти сосуды я называю конденсаторами, и их нужно во время работы машины посредством действия воды или другого холодного тела сохранять по меньшей мере столь же холодными, как окружающий воздух.

3. Воздух и другие упругие газообразные тела, не сгущенные вследствие низкой температуры конденсатора и мешающие работе машины, должны удаляться из конденсатора посредством насосов, приводимых в действие самой машиной или другим каким-либо образом.

4. Во многих случаях я рассчитываю применять упругую силу пара для давления на поршень или другие части, заменяющие его, таким же образом, как применяется атмосферное давление в теперешних обыкновенных огневых машинах. В тех случаях, когда нехватает холодной воды, машины могут работать исключительно силой пара, причем последний по совершении работы выпускается прямо в атмосферу.

5. Там, где нужно движение вокруг оси, я придаю паровому сосуду форму пустого кольца или круглых каналов с соответствующими отверстиями для впуска и выпуска пара; сосуд этот, подобно водяному колесу, помещается на горизонтальной оси. Внутри этого сосуда находятся клапаны, которые позволяют всякому телу движение внутри канала только в одном направлении. Внутри сосуда помещаются также грузы, закрепленные так, что они заполняют часть канала, но, как выше было указано, могут двигаться независимо от него. Когда пар будет впущен между грузами и клапанами, то он будет действовать одинаково как на грузы, так и на клапаны, поэтому он будет подымать грузы по одну сторону колеса и опускать их по другую сторону колеса и, вследствие воздействия клапанов, постепенно сообщать колесу вращательное движение, причем клапаны будут открываться в ту сторону, в которую движутся грузы, а не в противоположную.

В то время как колесо получает вращательное движение, пар подводится к нему из котла, а отработанный пар или конденсируется, или выпускается прямо в атмосферу.

6. Я намереваюсь в некоторых случаях применять охлаждение, хотя и недостаточное для полной конденсации пара, но все же сильно уменьшающее его объем, и, таким образом, работать в машине попеременно то расширением, то сжатием.

Наконец я употребляю для уплотнения поршня и других машинных частей масло, воск, смолу, животные жиры, ртуть и другие металлы в жидком состоянии».

Ротационная машина (огненное колесо), о которой говорится в параграфе пятом спецификации, не получила практического осуществления, но в первых четырех параграфах сформулированы были основные принципы, составлявшие суть изобретения Уатта.

Таким образом, в отличие от ньюкомэновской, которая послужила отправной точкой работы Уатта, его машина была: 1) паровой машиной, работающей посредством давления пара, а не атмосферного давления; конденсация пара в ней происходила не в цилиндре, но в отдельном резервуаре.

На основании этих принципов Уатт, как мы видели, построил уже несколько моделей; теперь предстояло осуществить их впервые в машине большого натурального масштаба, которую предполагалось строить в Киннэле.

По своему внешнему виду машина в Киннэле ничем не отличалась от обыкновенной ньюкомэновской машины. Это была такая же балансирная машина, как и ньюкомэновская. Уатт тут делал уступку установившимся традициям, так как он в своих опытных моделях, как мы видели, давно уже отбросил балансир как ненужную часть.

Летом на зеленой лужайке в киннэльском парке начали собирать машину.

Установили вертикальные столбы, подвесили коромысло, начали склепывать котел. К этому времени подвезли цилиндр, он тоже не отличался большой точностью и в своем поперечном сечении представлял собой не круг, а овал. «В самом худшем месте, — писал Уатт Смоллу, — большой диаметр превосходит меньший диаметр на 3/8 дюйма. Он сделан из лучшего олова и не прокован». Механическая часть, система рычагов, управляющих клапанами, была заказана мастеру, работавшему на Карроновском заводе. Она, повидимому, не отличалась от обычного типа, применяемого на ньюкомэновских машинах. Сборка машины шла чрезвычайно медленно. Никакой ответственной работы Уатт не мог поручать никому, а сам он не мог все время оставаться в Киннэле.

Только в середине сентября машина была готова. Первые испытания ее были не совсем удачны. Уатт написал о них подробнейший отчет Смоллу. Пар проходил через множество щелей как в котле, так и в цилиндре и между цилиндром и поршнем. «Мы на это не обращали внимания, — пишет Уатт, — так как были заняты другим делом». Но пара все же хватало. Однако, полезное атмосферное давление было далеко не использовано полностью. «Единственный вывод, который я могу сделать из этого испытания, — продолжает Уатт, — тот, что если мы не сможем применять обильную смазку для плотного прилегания поршня и если мы не сможем сделать поршень плотней, чем сейчас, то машина будет свободно работать с полезным давлением 8 фунтов на кв. дюйм и потреблять около половины пара, расходуемого в обыкновенной машине. Я даже не могу утверждать и этого, хотя я думаю, что на это имеются основания». Машина требовала больших переделок. Надо было выправить цилиндр, «сделать его точно круглым и прямым». Этого думали достигнуть, обивая цилиндр молотком на круглом бревне. Надо было сделать «новый поршень из чугуна (вместо деревянного) так, чтобы он подходил к цилиндру в пределах 1/16 дюйма со всех сторон цилиндра» и, наконец, надо было изменить конденсатор.

Но для всего этого требовалось прежде всего присутствие Уатта, а он как-раз теперь все меньше и меньше был в состоянии заниматься машиной — его снова отвлекли геодезические работы. Машина простояла беспризорной до весны, когда Уатт опять урвал несколько свободных дней для работы над ней. Цилиндр и поршень удалось кое-как выправить, но полная неудача постигла Уатта с конденсатором: когда он поставил трубчатый конденсатор, который, как он думал, будет действовать лучше, то машина совершенно остановилась. Он тогда решил прибегнуть к старому способу конденсации — впрыскиванию струи холодной воды, но, конечно, не в цилиндр, а в конденсатор, и этот способ оказался наилучшим. Во время этих опытов он сделал еще одно наблюдение: оказывается, вовсе не было надобности заполнять каждый раз конденсатор водой для вытеснения воздуха, который, как он думал, в больших количествах примешивается к пару. — Это наблюдение позволило значительно уменьшить насос, выкачивающий воду из конденсатора.

Это были последние занятия Уатта паровой машиной в Киннэле. Нужда бросила его на другую работу. Дела же Рэбэка складывались так, что ему было уже не до поддержки Уатта.

Какие планы роились в уме Болтона, когда он водил Уатта по мастерским своего предприятия в Сохо? Что они были очень широки и что трезвый расчет делового человека в них переплетался с фантазией не вполне осведомленного, но увлекающегося прожектера — это очень вероятно. Вероятно также и то, что Болтон сразу гораздо шире понял значение уаттовских изобретений, нежели Рэбэк и, может быть, даже сам Уатт.

Если Рэбэк видел в уаттовской машине прежде всего лишь усовершенствованный насос, который должен был спасти его шахты от затопления, то Болтон в изобретениях Уатта хотел увидеть новый вид двигателя, который должен был заменить водяное колесо в тех слишком многочисленных случаях, где нельзя было применить ньюкомэновскую машину. А что в таком двигателе назрела нужда — это он знал прежде всего по собственному опыту: у него на заводе работа останавливалась не раз из-за того, что нехватало воды на колесе. Вынужден же он был поставить конные приводы, чтобы накачивать обратно воду в верхний резервуар, и думал даже установить ньюкомэновскую машину.