В НАЧАЛЕ ПУТИ. ПАРОАТМОСФЕРНЫЕ МАШИНЫ

Виктор Шитарев, капитан дальнего плавания

Промышленная революция ХVII века поставила перед изобретателями проблему создания нового двигателя, способного заменить собой хорошо известное и освоенное мастерами водяное колесо. Этот главный источник механической энергии той поры был тесно привязан к местным условиям водоснабжения, а развиваемая им мощность уже не устраивала промышленность. Вот пример: колесный двигатель мощностью 125 л.с. для откачки воды из шахты с глубины 160 метров представлял собой обойму из 14 водяных колес диаметром 12 метров каждое. Эта грандиозная конструкция включала в себя 48 цапф, шатунов, кривошипов; 1122 деревянных балансира и 2108 деревянных тяг. Колесный двигатель приводил в действие осушительные насосы общим числом 221 единица.

Сила пара была известна еще древним эллинам. Различными механизмами с паровым приводом, например, занимался в Александрии инженер, математик и топограф Герон по прозвищу "механик", современник Юлия Цезаря. Но дальше игрушек дело не пошло: при отсутствии спроса не было и предложения.

Есть мнение, что приблизительно в 1500 году над проектом паровой машины для парохода с колесным движителем работал Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), но среди его документов чертежа оной не обнаружено. Однако инженерная мысль проснулась. В 1543 году испанский капитан Бласко-де-Гарай в присутствии короля Карла V в Барселоне при стечении многочисленных зрителей явил миру пароход "Тринидад" водоизмещением 200 тонн. Судно приводили в движение два гребных колеса, расположенные по бортам. Вода для парового котла была освящена в ближайшем монастыре. Ходовые испытания завершились успешно, изобретатель был награжден, однако всю оставшуюся жизнь был вынужден доказывать свою набожность Святой инквизиции.

С предложением о постройке паровой машины выступил француз Соломон де Ко (1576-1630). Опубликованная им в 1615 году работа называлась "Принципы движущих сил, с различными машинами, как полезными, так и приятными". Однако созданию первых паровых машин, несомненно, предшествовали открытия итальянского физика и математика Эванжелисто Торричелли (1608-1647), открывшего и математически обосновавшего существование и величину атмосферного давления. Затем опыты немецкого физика О. Герике (1602-1686) доказали, что воздух имеет массу, упругость и плотность. Потом итальянец Д. Порта (1535-1615) обратил внимание на то, что если в закупоренном сосуде, наполненном паром, произойдет его конденсация, то в той части сосуда, которая не будет заполнена водой, давление сильно падает.

Французский физик и изобретатель, зав. кафедрой математики Магдебургского университета Дени Папен (1647-1712) в 1690 году опубликовал статью "Новый способ получения дешевой ценой большой движущей силы", в которой познакомил читателей с принципами действия пароатмосферной машины. Главное - строительство и промышленное использование пароатмосферных машин началось.

Первые машины работали так: пар от парового котла подавался через впускной клапан в цилиндр с поршнем, под давлением пара поршень совершал свой рабочий ход, передавая энергию через шток поршня на привод. После завершения рабочего хода в цилиндр подавалась вода, пар быстро конденсировался, и давление под поршнем падало. Под действием атмосферного давления и сил тяжести поршень возвращался в исходное положение, а конденсат через выпускной клапан удалялся из цилиндра. Затем процесс повторялся. Так работали машины Д. Папена, Томаса Севери (1650-1715), Томаса Ньюкомена (1663-1729), Ивана Ивановича Ползунова (1729-1766) и других изобретателей.

Надо отметить низкую экономичность пароатмосферных машин, их коэффициент полезного действия был около 1 %, а расход дров достигал 25 кг/л.с. в час. Так продолжалось до тех пор, пока за дело не взялся, без тени сомнения назову его гениальным, англичанин Джеймс Уатт (1736-1819).

Отметим технические способности Д. Уатта. Во-первых, он пришел к выводу, что охлаждать цилиндр для конденсации пара нецелесообразно, пар должен конденсироваться отдельно, в специальном резервуаре-конденсаторе, позже его назвали "холодильником". Это и другие усовершенствования сделали паро-атмосферные машины Д. Уатта более экономичными и достаточно мощными.

Пароатмосферные машины прослужили людям до середины XIX века, пока их не заменили более высокооборотные и экономичные паровые.