Изобретатель первой паровой машины: Ничего не найдено для Students Material K Distantsionnoy Podderzhke 2016 2017 Tekhniki Tarkhov %25D0%259F%25D0%25B0%25D1%2580%25D0%25Be%25D0%25B2%25D0%25B0%25D1%258F%2520%25D0%25Bc%25D0%25B0%25D1%2588%25D0%25B8%25D0%25Bd%25D0%25B0 Pdf

На картинках изображен паровой тягач Куньо. Как можно заметить, он был очень громоздким и неудобным в управлении.

Английским кузнец, Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Он представлял собой усовершенствованную модель парового двигателя Севери. Он получил свое применение в качестве откачки воды из шахт. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, подававшему воду вверх. Двигатель Ньюкомена был популярен и пользовался спросом. Именно с появлением данного двигателя принято связывать начало английской промышленной революции. В России первая вакуумная машина была спроектирована И.И.Ползуновым в 1763 году, а через год проект был воплощен в жизнь. Она приводила в действие воздуходувные меха на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах. Идея Оливера Эванса и Ричарда Тревитика, о использовании паров высокого давления, принесла значительные результаты. Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Не смотря на увеличение эффективности, так же возросло количество случаев взрывов котлов, которые не выдерживали огромного давления. Поэтому принято было использовать предохранительный клапан, для выпуска излишнего давления.

Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо продемонстрировал в 1769 году первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровая телега). Его изобретение можно посчитать первым автомобилем. Самоходный паровой трактор используемый в качестве мобильного источника механической энергии показал свою эффективность, он приводил в движение различные СХ машины. В 1788 году был построен, Джоном Фитчем пароход, который осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией и Берлингтоном. Он обладал вместимостью всего 30 человек, а передвигался со скоростью до 12 км/ч. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе был продемонстрирован первый самоходный железнодорожный паровой поезд, который был построен Ричардом Тревитиком.

Машина огненная и паровая машина (Иван Ползунов и Джеймс Уатт)

Историко-культурные реконструкции — работа сложная, проводимая на границах разных наук. Тем драгоценнее для нас возможность прямых сравнений судеб изобретений или открытий, состоявшихся в одну историческую эпоху, но принадлежащих разным культурам. Именно историческая определенность типа культуры, осуществляющая по собственной внутренней логике и чувству «расклад» идей, открытий, изобретений, настроений и т.п., лепит саму судьбу людей, создает исторический тип изобретателя. Наука, как известно, — дитя западной культуры, однако, прививаясь на других культурных почвах, она с необходимостью подчинялась сложившейся культурной парадигме.

Существует как бы некий маятник высказываний, качающийся от признания отечественной «научно-технической отсталости» до поисков и утверждения «приоритетов». Однако, кажется, речь должна идти о чем-то более важном — о возможности усвоения изобретений и открытий определенным типом культуры. Это позволит понять, почему, несмотря на действительно бывшие у нас первенства в открытиях и изобретениях, Россия оставалась технически отсталой, нехотя развивала собственную научно-техническую мысль, игнорировала ее, зато охотно заимствовала западные результаты.

Перед нами биографии двух изобретателей паровой машины, судьба их открытий, которым и тот и другой посвятили свою жизнь. Опираясь на факты, мы ставим задачу: сопоставить принципы подхода — европейского и российского — к научно-технической проблематике, коренящиеся в культурном контексте.

* * *

«Огненная машина» была построена в Барнаульском заводе на Алтае Иваном Ивановичем Ползуновым и четырьмя его учениками к весне 1766 года. В августе машина начала работать, но Ползунов не увидел результатов своего труда: он умер от скоротечной чахотки в мае. Машина же, проработав до ноября, была остановлена. Давший течь котел пытались чинить, а также укрепить ходы поршня, однако сделать это не удалось. Больше машина не работала, а через четырнадцать лет ее сломали вовсе, люди же в заводе, помня место, где она стояла, называли его «ползуновским пепелищем». Считая «отцом» паровой машины Джеймса Уатта, стоит помнить, что первое изобретение отдельного конденсатора было им запатентовано в 1769 году, а первая паровая машина универсального действия построена и готова к работе в 1776 году. Иными словами, приоритет Ползунова в проектировании и строительстве двухцилиндровой паровой машины универсального действия очевиден. Однако изобретение Уатта получило поддержку в промышленных кругах Англии, и уже к 1780 году Мэтью Болтон на своем заводе в Сохо совместно с Уаттом выпустил 40 паровых машин. На протяжении всей долгой жизни Уатт работал над усовершенствованием машины и был свидетелем мощного развития паровой техники как в своей стране, так и в других странах. Он умер в 1819 году в почете и славе.

Итак, перед нами две судьбы одного открытия, и дело, безусловно, не в характере каждого изобретателя, хотя стоит заметить, что И.И. Ползунов был способным организатором и хорошим управленцем, а Дж. Уатт склонен к меланхолии и депрессиям; не в степени гениальности: оба щедро наделены способностями к точным наукам, прирожденные механики и гениальные изобретатели. И тот и другой — тип изобретателя новой промышленной культурной эпохи, личность творческая, самостоятельная, ориентирующаяся на промышленные нужды и общественную пользу. Так почему же, спросим себя, в одном случае открытие состоялось, а в другом — нет? Почему английский «дух капитализма» усвоил и сумел развить открытие Уатта, сделать его фактом европейской культуры, российская же культура эту возможность потеряла?

* * *

Начала биографий изобретателей современников — Ив. Ив. Ползунова (р. в 1729 году) и Дж. Уатта (р. в 1736 году [1]) — удивительно пересекаются. Оба родились вдали от столиц: один — под Екатеринбургом, другой — под Глазго в маленьком селенье Гринок. Оба — выходцы из простонародья: отец Ползунова — солдат, однако не столько военной выправки, сколько государственных строительных работ, отец Уатта — плотник и мелкий торговец. Оба получили начальное образование, окончив школу, оба затем попали в ученичество к мастерам.

В доме отца, где Уатт жил до восемнадцати лет, была возможность читать достаточно серьезную научную литературу. К своим пятнадцати годам Джеймс дважды прочел труд сэра Гравезанда «Элементы натуральной философии», в котором популяризировались ньютоновские идеи [2]. В мастерской отца он с увлечением разбирался в устройствах различных инструментов, морских квадрантов, компасов, что питало его интерес к астрономии. По рекомендации профессора натуральной философии из колледжа в Глазго доктора Роберта Дика Уатт стал учеником Джона Моргана, мастера инструментов.

Отец Ползунова был неграмотным человеком и вряд ли держал в доме книги, однако сына в школу словесную определил. С сентября 1738 года Ползунов обучался в арифметической школе, открытой еще в 1721 году В.Н. Татищевым в Уктусе, а затем переведенной в Екатерининский завод. Тринадцатилетним мальчиком Ползунов попадает в ученики к мастеру Никите Бахореву. Механик П. Бахорев — интересная фигура первой волны петровских реформ. Он учился в Петербургской морской академии, изучал машинное дело в Швеции, затем на Красносельском медном заводе. С 1729 года — надзиратель Екатерининского завода, а с 1734 года — в должности машинного мастера, так как «в больших машинах… ему в практике лутчее иметь» [3]. Ползунов проходит полный цикл ученических работ: механику, расчеты, чертежи, знакомство с работой заводских машин и металлургическим производством. В конце 1747 года он получает назначение на Барнаульский медеплавильный завод на должность гиттеншрейбера — ведущего записи расходов исходных материалов и количества полученных продуктов в процессе переработки металлов из руды. Первоначально эти заводы были построены Демидовым, затем Татищев их отобрал в казну, когда там обнаружилось серебро, затем в царствование Анны Иоановны их за взятку вернул себе Демидов, Елизавета же потребовала снова заводы в собственность царской фамилии, что и было сделано в 1747 году. Вот на эти казенные заводы и отправлялся Иван Ползунов в должность.

Пожалуй, на этом внешнее сходство в биографиях Ползунова и Уатта заканчивается.

* * *

В 1757 году, двадцати одного года, Дж. Уатт поселился в Глазго, одном из главных городов Шотландии, насчитывавшем еще в начале столетия 11 тыс. населения и всего две улицы, но к середине века ставшем индустриально развитым, богатым городом, торговавшим с американскими колониями табаком, а с Индией — сахаром и ромом.

Молодой Уатт в Глазго пытается открыть свое дело — мастерскую точных измерительных приборов, однако это ему удается не сразу. Цеховая организация ремесленников города не дает на это право по двум причинам: во-первых, Уатт не был гражданином Глазго, и во-вторых, он не имел семилетнего ученического стажа. Заметим, что в разгар промышленного переворота цеховые законы еще сильны и с ними приходится считаться.

Помощь пришла из колледжа. Все тот же профессор Дик предложил Уатту воспроизвести несколько астрономических инструментов. За успешное выполнение этой работы он получил разрешение на комнату под мастерскую в здании колледжа, а здесь городская Гильдия не имела прав распоряжения и вынуждена была согласиться на официальное открытие мастерской «Математические инструменты для Университета».

Таким образом, Уатт попадает в университетскую атмосферу, где профессура, лишенная снобизма и демократически настроенная, принимает его в свою среду. В мастерской Уатт учится, читает книги, которые приносят ему студенты, общается с профессорами, студентами, членами глазговского клуба. Одним из первых его друзей стал доктор Андерсон, профессор натурфилософии в колледже, сын пастора. Дикинсон и Воулз, исследователи и биографы Уатта, отмечают одну любопытную черту университета того времени — необычайную молодость его профессуры. Двадцатидвухлетний мастер математических инструментов общался с молодыми же профессорами: Джозефом Блэком, получившему профессора химии в 1756 году, было 28 лет; Джон Андерсон в том же году утвержден в должности профессора в возрасте 30 лет; известный политэконом, автор труда «Богатство народов» Адам Смит получил профессора логики в 1751 году двадцативосьмилетним молодым человеком. Общение с молодыми профессорами и их студентами стало для Уатта ступенью к дальнейшему образованию. Согласимся с биографами: «Научное знание (выделено мной. — М.К.), полученное Уаттом таким путем, имело кардинальное значение позднее, когда он взялся за решение проблем, связанных с совершенствованием паровой машины» [4].

* * *

Известны две противоположные точки зрения, рассматривающие связь науки и технических изобретений эпохи промышленного переворота. Одни ученые полагают, что наука собственно и возникла благодаря потребностям производства, как необходимая составляющая машинной техники. Другие, напротив, считают, что ни о каком прямом соединении науки с производством говорить в это время не приходится. Технические изобретения, по их мнению, делались «изобретателями-практиками, экспериментаторами, которые не были учеными и не получили традиционного научного образования» [5]. Действительно, создатели первых текстильных машин Дж. Уайатт — плотник и механик; Дж. Харгривс и С. Кромптон — ткачи, плотники, кузнецы, механики; изобретатели паро-атмосферных машин Д. Папен и Т. Ньюкомен — механики-самоучки; Т. Сэвери — капитан саперных войск. Все они не получили университетского образования. Однако связь науки и изобретений в эпоху промышленного переворота в Англии имела глубокие социокультурные корни.

Во-первых, существенный поворот науки к инструментальной технике был сделан во 2-й половине XVII века лондонским Королевским обществом, в котором устраивались еженедельные обязательные эксперименты, для чего и нужны были разнообразные приборы. Научные инструменты и распространение мастерских точных приборов создало необходимую почву для связи науки и ремесленного мастерства. Дени Папен, механик, создатель первого проекта паро-атмосферной машины, ассистировал сначала X. Гюйгенсу, а затем Р. Бойлю, непосредственно участвуя в открытиях и поисках науки своего времени. Д. Папен и Т. Сэвери были приняты в члены Королевского общества, а проект последнего был опубликован в журнале общества с сообщением о демонстрации модели. Тот же интерес наблюдался к изобретению Т. Ньюкомена. Уже после распространения этой машины по всей Европе Генри Байтон (1686–1754) впервые изучил ее работу и способствовал публикации описаний машины с расчетами у Дезагюлье в его «Экспериментальной философии» в 1744 году [6].

Во-вторых, известно, что университетская наука в Оксфорде и Кембридже, старейших центрах учености, на протяжении почти всего XVIII века приходила в упадок [7]. Возрождение английской университетской науки происходит, как мы видели, в Глазго, а также Эдинбурге, Манчестере и Бирмингеме. Это центры капиталистической промышленности, и, наверное, трудно ответить на вопрос, что чему нужнее: наука фабрике или фабрика науке. Пока они объединены лишь одним пространством новых городских центров и новыми социальными связями. Главное же — общество нуждалось в действующем человеке, самоопределяющемся в происходящих промышленных и общественных преобразованиях. Старые университеты остались островами старой культуры. Новая культура создает новые университеты, новых людей, по-новому развивающуюся науку, прямая заинтересованность в которой промышленности — дело будущего столетия.

В-третьих, в XVIII веке возникают новые социальные институты — свободные общества разнообразной ориентации: политической, научной, деловой. Это гаранты рождающихся общественных связей мира бизнесменов, предпринимателей, фабрикантов и политиков. Лондонское Королевское общество, еще недавно — центр науки, так же как и университеты в 1-й половине XVIII века, переживает период спада своей активности, однако его авторитет в Англии остается громадным. Повторяя своих предшественников, Дж. Уатт, так же как и М. Боултон, был принят в его члены. Во 2-й половине XVIII века создаются новые общества. В 1757 году Уатт в Глазго становится членом «Эндестон-клуба», в который входили профессор Миллар, доктор Роберт Симнсон, математик, доктор Адам Смит, доктор Блэк и доктор Каллен. Уатт, описывая деятельность клуба, замечал: «Наши беседы там, кроме обычных предметов, интересующих молодых людей, принципиально ориентировались на литературные темы, религию и беллетристику; благодаря этим беседам ум мой впервые склонился к такого рода предметам, ибо я никогда не оканчивал колледжа и никем, кроме механика, не был» [8]. В 1753 году в Англии создается Общество ремесел, в Эдинбурге вокруг Д. Юма складывается философское общество, куда входит цвет шотландской профессуры.

Наконец, самым любопытным для нашей темы является так называемое «Лунное общество», сложившееся в 50-х годах XVIII века в Средней Англии. Центром его был город Бирмингем, а вдохновителем и организатором, энтузиастом и автором романтической идеи собраний в полнолуние (откуда и название общества) был Мэтью Боултон, который объединил в небольшую группу многие «золотые» головы тогдашней Англии, известнейших ученых, удачливых и смелых предпринимателей: Эразма Дарвина (деда Чарльза), Джеймса Кайе, Джозефа Пристли, Уильяма Смолла, Джеймса Уатта, Джойсай Веджвуда, Джона Уайтхурста, Уильяма Уайзерлинга и др.

Р. Шофилд, автор капитальной монографии о деятельности «Лунного общества», справедливо пишет, что «все вместе эти люди составляли своего рода расчетную палату идей, которые трансформировали их родину материально, социально и культурно в течение жизни одного поколения» [9]. Скажем, помимо успеха в создании и внедрении паровой машины, который разделили не только Уатт и Боултон, но и другие члены «Лунного общества», можно назвать существенный вклад его членов в строительство каналов (предприятие Веджвуда), развитие рудного дела (Боултон), производства стекла (Дж. Кайе), создание и исследование измерительных приборов (барометра, термометра, гигрометра — Дж. Уайтхурст, Боултон), а также образование Бирмингемского пробирного общества (Assay Office), где проводились эксперименты с металлами. В деятельность «Лунного общества» втягивались друзья и знакомые его членов, существенно расширялся диапазон их контактов и влияния, способствуя развитию не только предпринимательства и науки, но и культурных возможностей города. Так была построена Общественная больница в Бирмингеме, финансировали строительство многие друзья Боултона по «Лунному обществу», таким же образом возник и театр в Бирмингеме. Энтузиазм, с которым члены «Лунного общества» брались за решение различных научных проблем, реализовывался затем в предпринимательской деятельности или социально значимых мероприятиях. Общественная полезность научной деятельности становилась очевидной.

И, наконец, последнее соображение. В английской культуре того времени, как и вообще в Европе, была широко распространена переписка частных лиц, которая составляла необходимую часть научного и делового общения. Большая часть материалов, по которым мы знаем сегодня о деятельности, идеях и открытиях «Лунного общества», — это переписка его членов. Например, из письма Уатта доктору Смоллу от 17 августа 1773 года выясняется интересная деталь, позволяющая увидеть, насколько далеко зашел Уатт-механик по пути научных исследований и экспериментов. Уатт пишет Смоллу: «Недавно прочитав Де Люка, я сделал попытку любопытного эксперимента, чтобы определить теплоту, при которой вода закипает на каждом дюйме ртути, переходящей из вакуума в воздух. Результаты Люка и мои совпадают, но его правило — ложно. У меня появляются мысли написать книгу “Элементы теории паровых машин”, в которой, однако, я бы дал только возвещение о совершенной машине…» [10]

Приведенные факты и соображения позволяют думать о довольно тесных контактах, складывавшихся пока еще не между социальными институтами, но между людьми науки, бизнеса и изобретателями. Нельзя, конечно, сказать, что изобретатель, став членом Королевского общества, делался ученым, но нельзя также сказать, что изобретения мастеров-механиков не входили в науку или что эти люди, включаясь в научную среду, оставались невеждами и их изобретения были лишь делом пусть гениальной, но ремесленной смекалки, и только.

В Европе, как видим, культурный сдвиг, переживаемый капитализирующимся обществом, укреплял доверие к знанию как таковому и к науке в частности. Но даже когда культура в целом — так было в России — к этим изменениям не была готова, изобретатели, механики, включенные в производственный процесс на мануфактуре, испытывали глубокую потребность в знаниях. Правда, тогда возникали совсем другие коллизии.

* * *

Российская культура не имела в тот момент укоренившегося представления о ценности знания. Петровские реформы в деле образования и просвещения были восприняты лишь как государственная, а не общественная задача. Поэтому «для России, — по справедливому замечанию В.И. Вернадского, — чрезвычайно характерно, что вся научная творческая работа в течение всего XVIII и почти вся в XIX в. была связана прямо или косвенно с государственной организацией: она или вызывалась сознательно государственными потребностями, или находила себе место, неожиданно для правительства и нередко вопреки его желанию, в создаваемых им или поддерживаемых им для других целей предприятиях, организациях, профессиях» [11]. К несчастью, и православие — духовная основа культуры того времени — было далеко, как полагал Вернадский, от интересов естественной науки, в отличие «от духовенства католического ли и протестантского, среди которого никогда не иссякала естественно-научная творческая мысль…» [12] Насаждение науки шло усилиями правительства, что хотя бы как-то решало ближайшие нужды, но, как и всякое казенное дело, оставляло общество равнодушным к потребностям научно-исследовательской работы. Вся эта ситуация кристально ясно выявляется в судьбе русского изобретателя.

Мы оставили Ползунова на Алтае в 1748 году только что заступившим в должность гиттеншрейбера. Заводское начальство поручало ему, помимо основной работы, различные организационные заботы завода, хозяйственные хлопоты по отправке и принятию судов с рудой, их ремонту перед навигацией. Хорошо зарекомендовавшего себя на службе Ползунова в апреле 1750 года произвели в чин унтер-шихтмейстера, в связи с чем Канцелярия приняла решение об обучении Ползунова пробирному, плавильному и другим горным делам. Руководителем этих наук предполагалось назначить Иоанна Самюэля Христиани. Однако выполнение собственного указа Канцелярия отодвинула на три года и вспомнила о том лишь после того, как Ползунов подал прошение 5 марта 1753 года. Все эти три года Ползунов посылался в командировки по рудникам и пристаням Колыванских заводов по многочисленным хозяйственным нуждам. В прошении же своем он выразил желание «наукам обучатца», чтобы «в знании оных наук против своей братии не мог понесть обиды», ибо «молодость моих лет без науки втуне пропадает» [13]. Но и после рассмотрения прошения Ползунов не был отправлен в пробирные мастерские, а учебой можно было бы назвать лишь год, проведенный на Змеиногорском руднике, где Ползунов мог наблюдать работу рудничных механизмов.

Следующая возможность получения знаний была связана с производством Ползунова в офицерский чин шихтмейстера, который назначен ему лишь в 1759 году после выполнения важнейшего государственного поручения — сопровождения обоза с золотом и серебром, полученного за 1757 год в Колыванских заводах, в Петербург. Офицерским чинам предписывалось обучаться «горным и заводским ремеслам, т.е. в строении горных работ и машин, в знании положения руд, сыскания, добывания и разбору руд <…> также пробирование, плавление руд, очищение металлов…» [14] Для выполнения этой реляции на Барнаульском заводе было предписано организовать занятия под руководством гиттенфервальтера Гана, немца по происхождению, который среди прочих отличил усердие Ползунова и оставил о нем следующий отзыв: «Шихтмейстер Иван Ползунов малое время, и то как свободно ему от порученного дела бывало, у меня, а более в доме своем книгу о рудокопном деле читал. И прочел до половины; и рассуждал, и к тому понятен. А из другой книги о минералогии выписал экстракт, а что из оного вытвердил, мне неизвестно. Однако видно, что он к тому прилежности охоту имеет» [15].

Очевидно, что возможности Ползунова в хорошем образовании, контакте с людьми науки, чтении книг были крайне ограничены. Не говоря о том, что от Алтая до ближайшего Московского университета, только что, кстати, открывшегося, была не одна тысяча верст пути, в России того времени отсутствовали научные и другие интеллектуальные сообщества внесословного характера. Сошлемся опять на Вернадского: «Долгие годы отсутствовала у нас в этой области та сила, которая в лице буржуазии оказала на Западе <…> могучее влияние на рост и развитие естествознания. Долгие годы буржуазия в лице русского купечества была далека от интересов научного знания» [16].

Источником образования для Ползунова остаются книги. Исследователь прошлого века П.О. Чупин сообщал, что в Барнауле того времени существовала небольшая библиотека, в которой можно было найти «Курс математики» Белидора 1739 года, «Леопольдову механику с чертежами» в восьми томах. Трудность заключалась в том, что эти книги не были переведены на русский язык. Можно, однако, согласиться с Данилевским, который предположил, что, даже не зная иностранных языков, Ползунов «как первоклассный техник мог легко разобраться в гравюрах Леопольда и Белидора» [17]. Кроме того, тот же Ган мог помочь в переводе. Лишь в 1760 году в Петербурге выходит книга И. Шлаттера «Обстоятельные наставления по рудному делу», отпечатанная по-русски с чертежами многих паровых машин, в том числе машины тина ньюкоменовской.

В это время, очевидно, у Ползунова появляются идеи о совершенствовании труда на рудных промыслах с помощью машин, действующих не силой воды, но огнем. К 1761 году Канцелярия определяет Ползунова на Колыванско-Вознесенский завод, однако лишь полгода проработал мастер в непосредственной связи с производством, и его снова посылают в Барнаул, а затем и по глухим местам заводов заниматься организацией лесных и куренных промыслов. И лишь урывками от хлопотной работы находит изобретатель время проводить свои расчеты, строить чертежи, постигать сложности наук и механики, создавая проект собственной огненной машины. Как шла работа, какие открытия делал Ползунов, какие трудности испытывал, мы, скорее всего, никогда не узнаем, так как письменных документов частного характера не сохранилось. В переписке Ползунов состоял лишь с Колыванско-Воскресенской канцелярией.

Именно сюда в апреле 1763 года посылает Ползунов проект своего изобретения с описанием огнедействующей машины — результат долгого труда. Замечательно обращение шихтмейстера Ползунова к начальнику генерал-майору А.И. Порошину: «…усердно желаю, да благоволит Ваше Превосходительство в важных сего дела начинаниях, во дни наши под своим предводительством, к этому первую заступить смелость дабы сей славы, если силы допустят, отечеству достигнуть и чтобы то во все народную пользу по причине (необходимости) большого познания об употреблении вещей, поныне не весьма знакомых, по примеру наук прочих, в обычай ввести и тем самым, облегчая труд по нас грядущим (поколениям) славу и благодарность имени Вашего дойтить, так что я должен все возможные труды и силы на то устремить: каким образом огонь слугою к машинам склонить?» [18] Иван Иванович находит слова, подобающие человеку государственному, заботящемуся о пользе Отечества и облегчении труда рабочих, однако как не услышать в тоне этого письма речь человека, под начальством стоящего и от его распоряжений зависящего?

Да и что ему оставалось делать, как не «обращаться по начальству»! Только от правительственных чиновников мог он рассчитывать получить хоть какую-то помощь. «Наша мануфактура и фабрика, — писал П.Н. Милюков, — не развилась органически, из домашнего производства, под влиянием роста внутренних потребностей населения; она создана была поздно правительством, руководившимся при этом как своими практическими нуждами (напр., в сукнах для армии), так и теоретическими соображениями о необходимости развития национальной промышленности… В стране без капиталов, без рабочих, без предпринимателей и без покупателей эта форма могла держаться только искусственными средствами» [19].

В условиях государственной капитализации России в охране авторского права не нуждались. Высочайшее дозволение или недозволение определяло судьбу изобретения. Авторское право и патент вводятся только при Александре I, в отличие от Англии, где первый патент был выдан в 1624 году. Что же касается проекта Ползунова, то возможность его претворения в жизнь складывалась по тем временам удачно. Несмотря на то что канцелярия «с крайним сожалением» пришла «в сумнительство», что изобретенную машину в действие привнести можно, причем по трезвой причине отсутствия механика, знающего математику, а также специалистов по ремеслу, проект был послан в Петербург в Кабинет Ее Величества с просьбой о поощрении: награды чином механикуса и деньгами свыше годового жалованья до 200 р. Ответом было распоряжение о посылке механикуса Ползунова для дальнейшей учебы в Петербург в Академию наук на два-три года, оставшееся невыполненным, деньги же (400 р.) выплачены были также не сразу, а после многих прошений.

Удачей было, что бумаги Ползунова попали не к традиционному российскому чиновнику, а к европейски образованному специалисту. Период петровских и екатерининских реформ — это «первенствующая роль иноземцев» [20] в российской науке: простейший способ ее укоренения на русской почве. Такова была государственная попытка создания практической науки — ставить чиновниками людей, имевших привитый Западом интерес к открытиям и изобретениям, т.е. тех людей, которые «были наиболее важны в культурном перерождении нашего общества, в создании новой России» [21]. Таким образом, произошло самое главное для Ползунова: Канцелярия получила высокую оценку его изобретения от Действительного статского советника и президента Берг-Коллегии Шлаттера, подписанное 9 сентября 1763 года: «Сей его вымысел за новое изобретение почесть должно, — и вместо того, что все в свете находящиеся такие машины одинаки и из одного цилиндра состоят, то он оную на две разделил и из двух цилиндров делать предлагает» [22]. После получения письма от Шлаттера Канцелярия распорядилась: «…велеть такую машину, какую он (Ползунов. — М.К.) проектировал, построить и в действие произвести, дабы он практикою теорию свою подтверждал» [23].

Для выполнения работ, по подсчетам Ползунова, необходимо было 76 человек, в том числе 19 высококвалифицированных мастеров, которых он хотел пригласить с Уральских заводов. Однако Канцелярия распорядилась по-своему: Ползунову разрешено было взять всего троих учеников. Новизна дела, отсутствие опыта, материалов для деталей машины, необходимость доставать строительный материал, а заодно и выполнять обязанности по обучению своих помощников, нужда в попутных поправках в расчетах, так как отсутствовала рабочая модель, — все эти проблемы отодвигали сроки завершения работы. Из Петербурга шли запросы. Канцелярия торопила Ползунова. Мастер, изобретая, занимаясь одновременно и хозяйственными, и строительными, и конструкторскими вопросами, писал «изъяснения… о медлении в приведении оной (машины. — М.К.) в действие» [24], давая понять разницу в работе водяного колеса и огненной машины. Собираясь окончить строительство к октябрю 1765 года, Ползунов считал, что сразу использовать ее будет невозможно, ибо потребуются силы, чтобы «навыкнуть» к ее действию. 7 декабря 1765 года были проведены испытания — пробный пуск, который показал недостатки машины, однако она работала. Об этом и сообщил Ползунов в рапорте от 16 декабря 1765 года Ползунов был очень строг к себе, оценивая свои возможности, а потому писал в рапорте, что он как «неученый в высшей математике» механик не может рассчитать «градус огня, о котором действовать должна машина», и «крепость тел, из коих она составлена», и поэтому будет полагаться лишь на «практическое признание».

И все же нельзя не отметить высокий уровень овладения знаниями изобретателя. Об этом говорит «Описание огнедействующей машины», представленное А.И. Порошину еще с первым проектом машины, которое в своих разделах носит характер общенаучного труда по механике со ссылками на различные отрасли научных знаний, а также различные точки зрения современных Ползунову ученых. Столь же важны изобретателю разъяснения, приведенные в разделе «О теплоте», о механизмах в разделе «О составах», расчеты в разделе «О вычитании силы» и технология построения в разделе «О сложении машины». Там, где Ползунову не достает теоретических знаний, он надеется на эксперимент, практическую проверку.

Завершая работу по подготовке машины к пуску в январе 1766 года, Ползунов получает заказ из Петербурга на создание модели машины. С воодушевлением принимаясь за эту работу, он надеется еще раз проверить правильность расчетов и работу механизмов. Однако подорванное здоровье не позволяет ему завершить как строительство машины, так и работу над моделью. Скоротечная чахотка прогрессировала весной, и свое последнее прошение в Канцелярию Ползунов диктует 21 апреля 1766 года с просьбой для семьи выплатить наконец задержанную награду и уволить его от постройки машины. Через месяц Ползунов скончался.

Пожалуй, саму высокую оценку своего труда Ползунов получил не от соотечественников, но от приезжего иностранного путешественника-ученого, работавшего в области ботаники, зоологии, минералогии, химии, занимавшегося распространением метеорологических приборов в Сибири, — Эрика Лаксмана. Он в письме от 11 февраля 1765 года своему другу профессору Бекману сообщил о Ползунове следующее: «Другой, с кем я наибольшее имею знакомство, есть горный механик Иван Ползунов, муж, делающий истинную честь своему отечеству. Он строит теперь огненную машину, совсем отличную от Венгерской и Английской. Машина сия будет приводить в действие меха, или цилиндры в плавильнях, посредством огня: какая же от того последует выгода! Со временем в России, если потребует надобность, можно будет строить заводы на высоких горах и в самых даже шахтах» [25].

Однако ошибался Лаксман. Нерченские заводы, использовавшие живую силу на рудниках, обратились еще при жизни Ползунова к Колыванскому начальству с просьбой прислать чертежи «огненной машины». Но, как ни уговаривал Канцелярию изобретатель, в просьбе было отказано.

* * *

Примерно в те же годы, занимаясь ремонтом ньюкоменовской атмосферной машины, долго экспериментируя, проводя различные опыты, затратив на это не один год, Уатт, наконец, предложил гениальное решение — проводить конденсацию пара в отдельном сосуде, соединенном с цилиндром. Проверяя свои идеи, Уатт создаст модель машины, которая и поныне экспонируется в Музее науки в Южном Кенсингтоне. Однако до создания промышленного образца было еще далеко. Необходимость новых экспериментов отнимала много времени. Уатт запустил свои дела в мастерской, от чего пострадали его доходы. Нужда заставляла зарабатывать на жизнь, и он открывает в Глазго контору по обслуживанию каналов и строительству дамб, где работает как топограф, снимая планы местностей. Практически весь 1766 год он занят этой работой, что отодвигает на второй план занятия машиной.

Обратим внимание на то, что так же, как и его далекий коллега Ив. Ив. Ползунов, Дж. Уатт занимался разработкой машины лишь в свободное от основной работы время. Однако разница в ситуациях существенна.

Ползунов — энтузиаст-одиночка, положивший свою жизнь на строительство машины, — сам себе и организатор работ, и чертежник, и конструктор, и учитель своим подмастерьям, и доставальщик нужных материалов, и строитель, и механик, и теоретик. Един во всех лицах. Канцелярия — не заинтересованный помощник, а вышестоящая инстанция, постоянно осуществляющая не столько созидательную, сколько контролирующую функцию. А потому ко всем заботам Ивана Ивановича прибавлялась еще одна — писание объяснительных записок.

В русском языке есть очень емкое слово — самородок, имеющее, на наш взгляд, и культурологический специфический российский смысл. Это человек, вдруг сам собой состоявшийся, — без поддержки общества, среды, культуры, скорее даже вопреки своему окружению. Чаще всего такой человек уходит из жизни без последователей, воспринятый современниками как полусумасшедший или в лучшем случае чудак, его труды и изобретения гибнут и пропадают. Появление самородков показывает, с одной стороны, одаренность народа, его потенциальные возможности, но с другой, — неразвитость культуры, неразработанность механизмов, способствующих усвоению новаций. Ползунов и был таким чистейшим русским самородком.

Иные возможности складывались в жизни Уатта. Прежде всего, он окружен друзьями, единомышленниками, заинтересованными в его открытии лицами. Причем они не только приходят на помощь в качестве научных консультантов, но оказывают финансовую поддержку. Так, доктор Блэк дал взаймы небольшую сумму денег для проведения опытов, кроме того, познакомил Уатта с доктором Джоном Рэбуком, известным физиком, химиком-экспериментатором и предпринимателем, который высоко оценил изобретение Уатта. Необходимость же откачки воды из принадлежащих ему рудных шахт побудила Рэбука к практическим действиям. Он предоставил Уатту возможность работать над постройкой машины и проводить необходимые эксперименты во флигеле своего дома, а кроме того, снабдил его рабочими. Ему же принадлежало настойчивое предложение взять патент на сделанное Уаттом изобретение, при этом все расходы (долги доктору Блэку, стоимость необходимых для этого экспериментов, патентный взнос) он брал на себя. Патент на изобретенный им конденсатор Уатт получил 9 января 1769 года.

Доктору Рэбуку Уатт обязан также знакомством с членами бирмингемского «Лунного общества». Возвращаясь из Лондона по делам строительства каналов (1767), Уатт заехал с поручением к партнеру Рэбука Габетту, богатому бирмингемскому купцу, который его познакомил с Эразмом Дарвиным, доктором Смоллом, а затем и с Мэтью Болтоном. Вплоть до своего переезда в Бирмингем в мае 1774 года Уатт вел с ним активную деловую переписку.

Трудно, согласитесь, сравнивать Барнаул с Бирмингемом, а начальника Канцелярии Колывано-Воскресенских заводов А.И. Порошина — с Мэтью Болтоном. Удачливый представитель преуспевающей буржуазии в третьем поколении, М. Болтон — сын мелкого фабриканта, сделавшего бизнес на производстве пуговиц, пряжек, часовых цепей и прочих мелких товаров. Именно на этом металлическом фабричном деле расцвел город Бирмингем, превратившись в течение жизни одного поколения в крупный промышленный центр с прибыльными доходами новых буржуа, завоевавших достаточно стремительно достойное место в обществе.

Французский геолог Б. Фоджас де Сант-Фонд, впоследствии ставший профессором геологии в Музее естественной истории в Париже, посетив Бирмингем в 1784 году, оставил о нем свое впечатление как о «наиболее серьезном из всех городов Англии» по части мануфактур и коммерции, с 40-тысячным населением, «которое живет в комфорте, наслаждаясь всеми удобствами жизни» [26].

Уатт попадает в Бирмингем в 1767 году, посещает дом и завод Болтона, знакомится с организацией труда на мануфактуре и понимает, что успех его машины здесь был бы вернее, чем где бы то ни было в другом месте. Вернувшись в Шотландию, Уатт предлагает взять Болтона в долю на патент, однако Рэбук, предвидя большой коммерческий успех, соглашается лишь на предоставление лицензии. Болтон такое предложение не принял и написал Уатту письмо, по которому можно представить его отношение к новациям, а также прекрасное чутье предпринимателя: «Я был взволнован двумя обстоятельствами, предлагая Вам свою помощь: любовью к Вам и любовью к приносящим деньги изобретательным проектам» [27]. Далее Болтон предлагает свою идею: поставить мануфактуру около его собственной, где он позаботился обо всем необходимом для завершения машины, а затем развернуть широкое производство машин разных размеров для промышленного рынка всего мира. Благодаря ассистированию Уатта он предлагает обучить тонкому мастерству рабочих и, снабдив их прекрасными инструментами, сделать из них высококлассных мастеров, тщательность работы которых должна лежать между уменьем кузнеца и мастера математических инструментов. Тем самым Болтон предполагал удешевить внедрение машины на 20%. Однако заключение соглашения растянулось на долгих шесть лет между всеми заинтересованными лицами: Уаттом, Рэбуком, Болтоном и Смоллом.

За эти же шесть лет подходил к концу срок использования патента, работа же по строительству машины на фабрике в Сохо требовала дополнительного времени. Как и предполагал Болтон, для создания уаттовской машины нужны были обширные связи. Уатт направляет петицию в парламент для продления его особых привилегий на использование собственного изобретения, которую, по просьбе Болтона, в Палате Общин представляет лорд Гернси. Болтон же адресует письмо от 22 февраля 1775 года графу Дортмусу, президенту министерства торговли, лично интересовавшемуся новинками в науке и технике, и просит его оказать внимание и содействие скорейшему и успешному разрешению вопроса. В письме, излагая причины, по которым Уатт не уложился в отведенные ему шесть лет, Болтон не забывает дать рекламу возможностям применения паровой машины: «Мне не следует указывать Вашей светлости на великую пользу пара и огненных машин на угольных копях, в добыче свинца, олова, на медных рудниках и в других больших работах, где необходимо много энергии, но я прошу принять во внимание, что открытие м-ра Уатта, если оно войдет в практику, очень широко распространится в огненных машинах, делая их на четверть дешевле обыкновенного и возможными для применения с различными целями и в различных мануфактурах, в которых современные машины не могут быть использованы» [28]. В то время, когда писалось это письмо, на фабрике в Сохо завершалась работа над двумя первыми машинами.

Петиция была удовлетворена, пройдя все необходимые ступени в Палате Законов, королевской санкцией от 22 мая 1775 года. Уже в начале 1776 года первая машина, построенная в Сохо, была куплена Джоном Уилкинсоном, давним другом «Лунного общества», известным и преуспевающим железозаводчиком, для раздувания горна на его заводе в Бросли (Шропшир).

Партнерство с Болтоном принесло Уатту постоянный годовой доход в 300 фунтов плюс прибыль от продажи машин. Была четко определена его деятельность на фабрике: делать чертежи, определять направления производства и проводить инспекцию. Успех машины велик, и корреспонденция от заинтересованных клиентов-предпринимателей растет. На ближайшие десять лет основным местом поставок машины стали рудники в Корнуэлле. Уатт был окрылен успехом своей машины и писал Болтону: «Я понял, что все предприниматели западных земель будут здесь, чтобы увидеть это чудо» [29].

Разумная и расчетливая финансовая политика партнеров принесла им хороший доход. Они поощряли предпринимателей установлением «премий» за покупку машины, и через десять лет лишь одна-две ньюкоменовские машины старого образца остались в Корнуэлле, а еще в 1777 году их было свыше 70 [30]. Однако для Уатта получение денег не было целью, он продолжает работу по совершенствованию машины.

Уже известный нам французский геолог де Сант-Фонд характеризует мистера Уатта как «одного из наиболее ученых людей Англии в области механики, кроме того, владеющего большими знаниями в области химии и физики» [31]. В свой приезд в Бирмингем в 1784 году он посещает Уатта так часто, как это было для него возможно. Восхищаясь его обширными познаниями, ученый не оставляет без внимания «моральные качества» изобретателя: «Его привлекательная манера излагать свои мысли усилила мое уважение и расположение к нему. Он располагает к себе открытыми манерами шотландца, искренностью и дружелюбием сердечного человека» [32]. Наблюдая Уатта в кругу семьи, путешественник отмечает, что у него прекрасные дети, наделенные талантами и получающие замечательное образование.

Время, описанное путешественником, — зенит славы Уатта. Коммерческий успех от новых изобретений был огромен. Уатт и Болтон пережили его вместе, принимая поздравления и благодарность промышленников в день 25-летнего юбилея основания своей компании. Уатту тогда было 64, а его партнеру и другу — 72 года. К этому времени фабрика в Сохо поставила только для текстильной промышленности 84 машины [33], всего же на рудниках, металлургических заводах, текстильных фабриках и пивоварнях работало 496 машин [34].

В начале нового столетия Болтон начал получать заказы из других стран, строительство паровых машин продолжалось во Франции, Германии, Голландии, Америке.

* * *

Вернемся теперь к поставленному в самом начале статьи вопросу: отчего в одном случае открытие, состоявшись, не состоялось, а в другом — благодаря открытию началась промышленная революция и автор изобретения получил всемирное признание еще при жизни.

Во-первых, это бросающееся в глаза различие в положении изобретателя, да и вообще человека, реализации его личных возможностей и гарантий со стороны государства в Англии и России.

Россия — государство, не привыкшее ни считаться с людьми, ни считать людей, дорожить их жизнью, умом и способностями. В расчет брались, прежде всего, интересы двора, министерских кабинетов, канцелярий и их чиновников. Ценность человека определялась его исполнительностью и послушанием государству, представителем которого был все тот же чиновник. Промышленное развитие, как и все другие структуры общества, осуществлялось за казенный счет. Российские предприниматели того времени создавали капиталы, утаивая их по возможности от двора. Когда же это становилось невозможным, отдавали свои заводы в казну, строя теперь свой капитал за счет взяток. Главный же производитель оставался крепостным: бывший крестьянин, крепкий отныне государственному заводу, или солдат в вечной своей солдатской службе. И тот и другой никак не были заинтересованы в своем труде. Внеэкономическое принуждение и чиновничье-бюрократический интерес — вот те неестественные условия, в которых поднималась российская промышленность. Личность изобретателя ей была скорее помехой, нежели подспорьем.

Англия XVIII века пережила уже эпоху первоначального накопления капитала, буржуазной революции и создавала систему государственной власти, которая законным (пусть не всегда гуманным и справедливым: например, законы о детском и женском труде, о нищих и т.п.) путем искала способы регулирования взаимоотношений между предпринимателями как частными лицами, а также между предпринимателями и государством. Кроме того, через парламентские дебаты, акты, указы и королевские санкции государство регулировало уже сложившийся внутренний и внешний рынок. Личность предпринимателя — независимого индивида, защищаемого государственными законами и ограниченного ими же в собственном произволе как в производстве, так и в торговле, — вот что составляло главную заботу английского общества XVIII века. Изобретатель в этих условиях становился личностью, нужной обществу, получающей видимые доходы и успех.

Во-вторых, степень развития промышленности России и Англии создала для Ползунова и Уатта разные стартовые условия для реализации их изобретений, как, впрочем, и для проведения экспериментов. В России на заводах применялись лишь водяные приводы, использовавшие силу воды, и машина Ползунова была здесь первым и доселе невиданным делом. Ньюкоменовская машина, по чертежам которой он работал, был куплена уже после его смерти.

Не то в Англии. Поколения изобретателей предшествовали работе Уатта, промышленность была готова, более того, требовала именно универсальной огненной машины. «Друг рудокопов» Сэвери была известна с 1702 года, Ньюкомен поставил первую машину для практического пользования в Дэдли Кастл в Стаффордшире в 1712 году, а начиная с 1722 года его машины появляются по всей Европе. В одно время с Уаттом ее усовершенствовал инженер Джон Сметон. Иными словами, за спиной Уатта были изобретения, не только изложенные в чертежах, но и реально работавшие и приносившие немалый доход. Сформировалась традиция технических новаций, чего в России еще не было. Тем большего восхищения достоин Ползунов, своим собственным усилием попытавшийся повернуть российскую промышленность от «водяного руководства», как он говорил, к универсальному использованию силы пара. Однако усилиями одного, даже гениального, человека невозможно было перебороть сложившуюся к тому моменту традицию неприятия новшеств, рожденных усилиями самобытного ума, а не по приказу начальства. Отсюда и идут причины российского отставания, несмотря на постоянное появление самородков.

В-третьих, как показал наш анализ, столь сложное техническое изобретение возможно было сделать, имея определенный уровень научных знаний. И здесь культурная ситуация была не в пользу Ползунова. Его стремление к знаниям, постоянные просьбы к начальству о продолжении образования, чтение книг, грамотно составленные описания машины говорят о блестящих способностях и успехах в самообразовании, а также точной самооценки собственной учености. Но образование, наука требуют определенной культурной среды, как мы видели на примере судьбы Джеймса Уатта. Этого-то и был абсолютно лишен русский механик.

И последнее. Английская культура XVIII столетия переживала период становления гражданского общества. Это были многочисленные протестантские общины, городские советы, комиссии по благоустройству городов, разнообразные профессиональные организации и сообщества по интересам. Цеховые корпорации, диктовавшие до недавнего времени законы своим членам и всему городу, постепенно сменялись свободными сообществами граждан королевства. «Лунное общество», в котором состояли и Уатт, и Болтон, и Дарвин, и Смолл, и многие другие ученые и предприниматели Бирмингема и прилегающих к нему земель, — тому пример. Бурно шло создание среднего класса. При всех социальных контрастах и противоречиях: непомерной эксплуатации рабочих, тяжелом детском и женском труде на фабриках, высокой детской смертности, жестком законодательстве о нищих и прочих язвах эпохи промышленной революции — Англия двигалась к новым общественным структурам. Уатт, безусловно, был в этом отношении типичным представителем среднего класса.

А что же в России? После Указа Екатерины II лишь дворянство получило полную свободу и независимость от всех обязательных государственных служб, да и не это сословие способствовало развитию буржуазных отношений в России. Третье сословие — купечество, мещанство, разночинный люд — формировалось медленно, крепостное право сдерживало этот процесс. Лишь очень малое количество людей из народа смогло использовать табель о рангах, данную еще петровскими реформами, чтобы выбиться в люди через институт образования. Что же касается гражданских общественных структур, и в частности научных сообществ, то они также стали появляться в России, но лишь в следующем столетии. Традиционная Россия с очень большой неохотой меняла собственные привычки измерять ценность человека его должностью, а не способностями и талантами, определяющими общественную пользу его деятельности.

Наверное, этим и можно объяснить, почему с такой признательностью отнеслись англичане к своему великому соотечественнику Джеймсу Уатту, а также его партнеру Мэтью Болтону: и сегодня каждый может поклониться их праху, придя в церковь Хэндсуорса. Мы же не знаем, да вряд ли когда и узнаем, где место вечного покоя нашего гениального соотечественника Ивана Ивановича Ползунова.

Примечания

1. См.:

2.

3.

4.

5.

6. A History of Technology. Oxford, 1979. V. VI. P. 176.

7. См.:

8. Цит. по:

9.

10. Ibid. P. 70.

11.

12. Там же.

13. Цит. по:

14. Там же. С. 128.

15. Там же. С. 163.

16.

17.

18. Цит. по приложениям к статье:

19.

20.

21. Там же. С. 182.

22. Цит. по приложениям к статье:

23. Там же. С. 55.

24. Там же. С. 64.

25. Цит. по:

26. English Historical Documents / Ed. by P.C. Douglas. 1969. V. X. P. 473–474.

27. Цит. по:

28. English Historical Documents. P. 475.

29. Цит. по:

30.

31. English Historical Documents. V. X. P. 473.

32. Ibid. P. 474.

33.

34. A History of Technology. V. IV. P. 163.

Паровые машины

В Англии над созданием паровой машины работал шотландец Джеймс Уатт (James Watt: 19.01.1736 — 19.08.1819). Начиная с 1763 года он занимался усовершенствованием малоэффективной пароатмосферной машины Ньюкомена, которая, в общем-то, годилась только для перекачивания воды. Ему было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. Каким же образом избежать этого? Ответ на этот вопрос Уатт нашел воскресным весенним днем 1765 года. Он понял, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Более того, цилиндр может оставаться горячим, а конденсор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом. Помимо этого Уатт сделал ряд усовершенствований, окончательно превративших пароатмосферную машину в паровую. В 1768 году он подал прошение о патенте на свое изобретение — патент он получил, но построить паровую машину ему долго не удавалось, и только в 1776 году паровая машина Уатта наконец-то была построена и успешно прошла все испытания, оказавшись вдвое эффективнее машины Ньюкмена.

Справочно. Пароатмосферная машина Ньюкомена использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке. Главной проблемой двигателя была крайне низкая эффективность (КПД менее 1%). Поэтому машина по большей части использовалась в угольной промышленности, где уголь был доступен за значительно меньшую цену, чем в других регионах куда уголь надо было доставить на гужевом транспорте.

Машина Ньюкомена.

В 1782 году Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия, крышку цилиндра он оснастил, изобретенным незадолго до того сальником, который обеспечивал свободное движение штока поршня, но предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поэтому поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Поскольку в паровой машине двойного действия шток поршня совершал тянущее и толкающее действие, прежнюю приводную систему из цепей и коромысла, которая реагировала только на тягу, пришлось переделать.

Уатт разработал систему связанных тяг и применил планетарный механизм для преобразования возвратно поступательного движения штока поршня во вращательное движение, использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара. Запатентованная Уаттом «ротативная паровая машина» сначала широко применялась для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и других промышленных предприятий. Таким образом, паровая машина Уатта стала изобретением века, положившим начало промышленной революции. В 1785 году одна из первых машин Уатта была установлена в Лондоне на пивоваренном заводе Сэмюэла Уитбреда для размалывания солода. Машина выполняла работу вместо 24 лошадей. Диаметр ее цилиндра равнялся 63 см, рабочий ход поршня составлял 1,83 м, а диаметр маховика достигал 4,27 м. Машина сохранилась до наших дней, и сегодня ее можно увидеть в действии в сиднейском музее » Пауэрхауз».

Дж. Уатт с моделью своей паровой машины.

Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она предназначалась для использования в заводском производстве, но позднее паровой двигатель стали устанавливать на самодвижущихся машинах — паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах. Над использованием пара в качестве рабочего тела люди задумывались еще в глубокой древности, однако лишь на рубеже 17-18 веков удалось найти способ производить полезную работу с помощью пара. Пар приводил в действие насос, качавший воду в резервуар. Вытекая из резервуара и падая на водяное колесо, вода заставляла его вращаться. Водяное колесо, в свою очередь, приводило в движение заводские механизмы и машины. Таким образом, и после изобретения парового насоса непосредственным двигателем рабочих машин оставалось водяное колесо.

Схема паровой машины двойного действия Дж. Уатта .

Прошло еще немало времени, прежде чем пытливый человеческий ум создал надежный двигатель, способный непосредственно приводить в действие разнообразные машины и механизмы. Прошло более чем два столетия, прежде чем появился двигатель, ставший одной из предпосылок появления нового вида боевых машин — танков. Первая попытка поставить пар на службу человеку была предпринята в Англии в 1698 году: машина Сэйвери предназначалась для осушения шахт и перекачивания воды. Сам изобретатель назвал ее «огневой машиной» и широко разрекламировал, как «друга шахтеров». Для получения пара, приводившего машину в действие, требовался огонь, но изобретение Сэйвери еще не было двигателем в полном смысле этого слова, поскольку кроме нескольких клапанов, открывавшихся и закрывавшихся вручную, в нем не имелось подвижных частей. Машина Сэйвери работала следующим образом: сначала герметичный резервуар наполнялся паром, затем внешняя поверхность резервуара охлаждалась холодной водой, отчего пар конденсировался, и в резервуаре создавался частичный вакуум. После этого вода, например, со дна шахты засасывалась в резервуар через заборную трубу и после впуска очередной порции пара выбрасывалась наружу через выпускную. Затем цикл повторялся, но воду можно было поднимать только с глубины менее 10,36 м, поскольку в действительности ее выталкивало атмосферное давление.

Первая удачная паровая машина с поршнем была построена французом Дени Папеном, чье имя чаще ассоциируется с изобретением автоклава, который имеется сегодня практически в каждом доме в виде кастрюли-скороварки. В 1674 году Папен построил пороховой двигатель, принцип действия которого основывался на воспламенении в цилиндре пороха и перемещении поршня внутри цилиндра под воздействием пороховых газов. Когда избыток газов выходил из цилиндра через специальный клапан, а оставшийся газ охлаждался, в цилиндре создавался частичный вакуум, и поршень возвращался в исходное положение под действием атмосферного давления. Машина была не очень удачной, но она навела Папена на мысль заменить порох водой. И в 1698 году он построил паровую машину (в том же году свою «огненную машину» построил и англичанин Сэйвери). Вода нагревалась внутри вертикального цилиндра с поршнем внутри, и образовавшийся пар толкал поршень вверх. Когда пар охлаждался и конденсировался, поршень опускался вниз под действием атмосферного давления. Таким образом, посредством системы блоков паровая машина Папена могла приводить в действие различные механизмы, например насосы.

Паровая машина Дэни Папена.

Услышав о паровой машине Папена, Томас Ньюкомен, который часто бывал на шахтах в Вест Кантри, где он работал кузнецом, и лучше чем кто-нибудь другой понимал, как нужны хорошие насосы для предотвращения затопления шахт, объединил усилия с водопроводчиком и стекольщиком Джоном Калли в попытке построить более совершенную модель. Их первая паровая машина была установлена на угольной шахте в Стаффордшире в 1712 году. Как и в машине Папена, поршень перемещался в вертикальном цилиндре, но в целом машина Ньюкомена была значительно более совершенной. Чтобы ликвидировать зазор между цилиндром и поршнем, Ньюкомен закрепил на торце последнего гибкий кожаный диск и налил на него немного воды. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. Но при впрыскивании в цилиндр холодной воды, пар конденсировался, в цилиндре образовывался вакуум, и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. Этот обратный ход удалял воду из цилиндра и посредством цепи, соединенной с коромыслом, двигавшимся наподобие качелей, поднимал вверх шток насоса. Когда поршень находился в нижней точке своего хода, в цилиндр снова поступал пар, и с помощью противовеса, закрепленного на штоке насоса или на коромысле, поршень поднимался в исходное положение — после этого цикл повторялся. Машина Ньюкомена оказалась на редкость удачной и использовалась по всей Европе более 50 лет.

Паровой двигатель Ньюкомена:

1 — котел; 2 — цилиндр; з — поршень; 4 — кран; 5 — резервуар; 6 — кран; 7 — труба; 8 — балансир; 9 — предохранительный клапан; 10 — добавочный груз; 11 — водоотливный насос.

В 1740 году машина с цилиндром длиной 2,74 м и диаметром 76 см за один день выполняла работу, которую бригады из 25 человек и 10 лошадей, работая посменно, раньше выполняли за неделю. В 1775 году еще большая машина, построенная Джоном Смитоном (создателем Эддистоунского маяка), за две недели осушила сухой док в Кронштадте (Россия). Ранее с использованием высоких ветряков на это требовался целый год. И тем не менее, машина Ньюкомена была далека до совершенства. Она преобразовывала в механическую энергию всего лишь около 1 % тепловой энергии и, как следствие, пожирала огромное количество топлива, что, впрочем, не имело особого значения, когда машина работала на угольных шахтах. В целом машины Ньюкомена сыграли огромную роль в сохранении угольной промышленности: с их помощью удалось возобновить добычу угля во многих затопленных шахтах. Проект первой в мире паровой машины, способной непосредственно приводить в действие любые рабочие механизмы, предложил 25 апреля 1763 года русский изобретатель И. И. Ползунов, механик на Колывано-Воскресенских горнорудных заводах Алтая. Проект попал на стол к начальнику заводов, который одобрил его и отослал в Петербург, откуда вскоре пришел ответ: «…Сей его вымысл за новое изобретение почесть должно».

Паровая машина Ползунова, схема

Паровая машина Ползунова получила признание. Ползунов предлагал построить вначале небольшую машину, на которой можно было бы выявить и устранить все недостатки, неизбежные в новом изобретении. Заводское начальство с этим не согласилось и решило строить сразу огромную машину для мощной воздуходувки. Постройку машины поручили Ползунову, в помощь которому были выделены «не знающие, но только одну склонность к тому имеющие из здешних мастеровых двое» да еще несколько подсобных рабочих. С этим штатом Ползунов приступил к постройке своей машины. Строилась она год и девять месяцев. Когда машина уже прошла первое испытание, изобретатель заболел скоротечной чахоткой и за несколько дней до завершающих испытаний умер. 23 мая 1766 года ученики Ползунова Левзин и Черницын одни приступили к последним испытаниям паровой машины.

Демонстрация поезда, построенного Ричардом Тревитиком, на кольцевой узкоколейке, проложенной специально для этого в Лондоне неподалеку от Юстон-сквера, 1808 год.

Применение паровой машины

Паровая машина в качестве движителя начала применяться на транспорте, сначала на водном (пароход), затем на железнодорожном (паровоз). В 1783 году маркиз Жоффруа д’Аббан построил и успешно испытал на реке Саоне (Франция) свой пароход «Пироскаф» водоизмещением 182 тонны. Кроме паровой машины, приводившей в действие гребные колеса, судно было оснащено вспомогательным парусным вооружением. В 1807 году Роберт Фултон, артист и изобретатель, спустил на воду пароход «Клермон», который выполнял пассажирские рейсы по Гудзону между Нью-Йорком и Албани (США). Спустя 12 лет, в 1819 году, парусно-паровое судно «Саванна» за 27 суток и 12 часов пересекло Атлантику, но справедливости ради следует заметить, что 87 % пути «Саванна» прошла под парусами. Пароходы с дополнительной парусной оснасткой строились вплоть до 1860 года, а колесные пароходы — до 20-х годов 20 века, но использовались они уже в основном для развлечений.

Первые паровые локомотивы были построены Ричардом Тревитиком в 1800-1801 годах и применялись на шахтах, где заменили вагонетки, которые, начиная с 1550 года, катали по деревянным рельсам лошади, женщины и дети. Самый известный паровой локомотив Тревитика в 1804 году возил железную руду на заводе Пен-и-Даррен в Южном Уэльсе. Он проходил маршрут протяженностью 14,5 км с максимальной скоростью 8 км/ч и доказал, что машина с гладкими колесами может вполне нормально передвигаться по столь же гладким металлическим рельсам. Локомотивы для работы на шахтах строили также Джон Бленкинсоп, Уильям Хедли и Джордж Стефенсон. Первая пассажирская железная дорога, соединившая Стоктон и Дарлингтон на севере Англии, была открыта 27 сентября 1825 года. Состав из 38 вагонов, среди которых были пассажирские и товарные, нагруженные углем, тянул новый локомотив, разработанный Джорджем Стефенсоном и названный им «Локомоушн».

Спустя четыре года изобретатель вместе со своим сыном Робертом построил локомотив «Ракета», который 15 сентября 1830 года привел первый «междугородный» поезд из Ливерпуля в Манчестер Успехи в использовании паровых машин на средствах водного и железнодорожного транспорта были вполне очевидны, и это заставляло изобретателей искать пути дальнейшего усовершенствования и применения паровых машин. Поэтому естественным было стремление изобретателей использовать их также для безрельсового транспорта, где все еще господствовала конная тяга. Самая ранняя самодвижущаяся паровая повозка была изобретена в 1769 году французским военным инженером Николя Кюньо. Она приводилась в движение паровой машиной и предназначалась для буксировки артиллерийских орудий, однако реально могла перевозить четырех человек со скоростью немногим более 3,2 км/ч. Чуть позже, в 1803 году, Ричард Тревитик продемонстрировал в Лондоне одну из своих первых паровых машин, но она не произвела большого эффекта на публику, и изобретатель занялся строительством локомотивов.

Телега Николя Кюньо.

Однако в 1820-1830 годах было построено некоторое количество паровых экипажей, которые выполняли ограниченные пассажирские перевозки в Лондоне, Париже и ряде других крупных городов. Но развитию нового вида транспорта мешали владельцы дилижансов, позже к ним присоединились и железно-дорожные компании, которые делали все возможное, чтобы оградить себя от конкуренции. Это было не так уж сложно, принимая во внимание то, что первые паровые экипажи были громоздкими, неудобными и шумными; они поминутно окутывались дымом и клубами горячего пара, и публика в целом относилась к ним с большим недоверием, считая их небезопасными для людей. Аналогичные работы велись и в России, с тем лишь отличием, что энтузиазм русских изобретателей наталкивался на непробиваемую стену холодного и безразличного равнодушия со стороны царских чиновников. Так, в 1830 году русский лафетный мастер К. Янкевич представил проект безрельсового парового «быстроката». В объяснении к проекту Янкевич, заглядывая далеко вперед, писал: «Введение и употребление сухопутного летнего и зимнего парового экипажа без сомнения принести может государству немаловажную пользу поспешнейшим доставлением всех сведений и необходимых потребностей во все места, а равно и сообщением со всеми городами«.

Однако прошло более тридцати лет прежде, чем мысль Янкевича была осуществлена на практике. На Урале, к северо-востоку от Нижнего Тагила, между Верхней и Нижней Салдой пролегает дорога, по которой более ста двадцати лет тому назад совершал регулярные рейсы паровой автомобиль, построенный русским изобретателем Аммосом Черепановым. Примерно в то же время созданы паровые колесные тракторы и начинается их производство в заводских условиях. В 1876-1877 годы Брянский завод выпустил первые два трактора. В 1903 году Коломенский завод построил тракторы, успешно применявшиеся на строительстве Амурской железной дороги. В Европе изобретатели стремились усовершенствовать паровую машину и сделать ее более компактной.

Источники:

• Г.Л. Холявский «Полная энциклопедия танков мира 1915 — 2000 гг»;
• Hulse, David H: The Early Development of the Steam Engine; TEE Publishing, Leamington Spa, U.K.;
• Петрушевский Ф. Ф. Ватт, Джеймс. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона;
• Паровые машины. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона;
• Храмов Ю. А. Уатт Джеймс (Watt James). Физики: Биографический справочник, Под ред. А. И. Ахиезера;
• Каменский А.В. Джеймс Уатт. Его жизнь и научно-практическая деятельность.

Паровая машина Джеймса Уатта

Некогда для откачки воды в шахтах и на судоремонтных предприятиях успешно использовалась паровая машина Ньюкомена, что продолжалось более 50 лет. В то же время вся эта конструкция имела внушительные габариты и требовала постоянного пополнения запасов угля. Временами для снабжения паровой машины топливом приходилось задействовать до 50 лошадей. В общем, все указывало на то, что данный агрегат требует усовершенствования, весь вопрос состоял лишь в том, кому эта идея придет в голову первому.

Начало новой эры в механике

В середине 60-х годов 18 века талантливый механик Джеймс Уатт работал в университете Глазго. Однажды ему поступил заказ на ремонт паровой машины Ньюкомена, и, разобравшись в конструкции агрегата, Уатт решил попробовать ее немного усовершенствовать. Он предположил, что можно будет сократить расход недешевого топлива, если цилиндр паровой машины будет постоянно оставаться в нагретом состоянии. Ведь до этого поршень двигался вниз и совершал полезную работу благодаря тому, что емкость с паром охлаждалась при помощи впрыска воды. Но чтобы воплотить в жизнь данную идею, следовало разобраться с проблемой конденсации пара, которую Уатт решил достаточно элегантно.
Если верить историческим источникам, мысль о том, как можно сконденсировать пар, пришла Уатту в голову совершенно случайно, когда он увидел, как под давлением вырываются его струи из котлов прачечных. Джеймс сообразил, что пар – это обыкновенный газ, который из цилиндра можно легко направить в другую емкость, создав в ней меньшее давление. Для этих целей Уатт решил использовать откачивающий насос и систему металлических отводящих трубок, которые забирали из цилиндра пар.

Паровая машина Джеймса Уатта

Следующее усовершенствование было направлено на то, чтобы заставить поршень в цилиндре совершать полезную работу не за счет атмосферного давления, а с помощью давления пара. Основная сложность состояла в том, чтобы сделать всю конструкцию герметичной, ведь добиться этого в то время было непросто. Но Уатт и здесь продемонстрировал отличную работу мысли – в своей машине он использовал в качестве уплотнителя пеньковую веревку, пропитанную маслом. Она по специальным углублениям наматывалась вокруг поршня, что позволило в большей части решить эту проблему.

Значение новой паровой машины для паровозостроения

Джеймс Уатт зарегистрировал патент на свое изобретение в 1769 году. При этом в документе значилось, что он изобрел не новую паровую машину, а паровой двигатель, температура которого всегда равнялась температуре пара. Вероятно, талантливый механик тогда и сам не знал, насколько значимым его усовершенствование станет в будущем для паровозов. Благодаря тому, что поршень в новом двигателе перемещался под воздействием пара, можно было многократно увеличить его мощность, просто создав большее давление. Таким образом, не нужно было вновь наращивать габариты – последнее слово оставалось за компактными паровыми машинами, которые совсем скоро стали использоваться во всех отраслях промышленности.

Доклад История изобретения паровых машин 8 класс сообщение (описание для детей)

О том, что можно использовать энергию пара в различных приспособлениях, догадались ученые еще в самом начале нашей эры. Первой из известных паровых машин стал прибор, придуманный Героном Александрийским, механиком из Древней Греции. Это изобретение больше всего напоминало турбину, приводимую в движение силой пара. О его практическом применении ничего не известно.

Изобретателем первой машины, работающей при помощи пара, считается Дени Папен, медик по образованию. В первую очередь он известен изобретением скороварки, представляющей из себя герметичный котел, который позволял значительно повысить скорость приготовления различных продуктов. Следующей разработкой Папена стал пороховой двигатель. В нем перемещение поршня происходило за счет горения пороха внутри цилиндра. Затем изобретателю удалось заменить порох водяным паром. Так была создана первая паровая машина, которая, однако, не получила применения при жизни своего создателя.

Впоследствии паровую машину Папена значительно усовершенствовал Томас Ньюкомен, значительно увеличивший ее коэффициент полезного действия. Однако применить свое изобретение в транспортных средствах Ньюкомену не удалось, так как оно было слишком большим.

Первым, кто смог победить размеры и создать более компактный, но мощный агрегат, стал Джеймс Уатт. Паровая машина Уатта была проверена в 1773 году и успешно прошла испытания на эффективность. Уатт придумал как можно использовать паровые машины для работы станков на промышленных предприятиях. В дальнейшем именно технология Уатта стала использоваться при создании пароходов и паровозов.

Авторство создания первого парохода приписывается американцу Роберту Фултону. Изначально он собирался приводить в движение весла при помощи пара, однако потом отказался от этой идеи, придумав гребное колесо. Первый колесный пароход назывался «Клермонт», который долгое время перевозил пассажиров по реке Гудзон.

Использовать вместо колеса в пароходах гребные винты принадлежит Фрэнсису Смиту. Это позволило значительно улучшить ходовые качества парохода и практически отказаться от использования парусов.

А вот изобретателем паровоза стал Ричард Третевик, заставивший повозку двигаться по рельсам при помощи парового двигателя. Для испытания этого паровоза в 1804 году специально построили маленькую железную дорогу.

Сообщение по физике 2

Однажды один мальчик сидел у камина и наблюдал за кастрюлей, висящей над огнем. В ней варился суп. Из-под крышки вырывался пар от бурлящей воды. Мальчик попытался прижать дребезжащую и подпрыгивающую крышку, но удержать ее не смог: снизу ее подталкивала какая-то неизвестная сила. Имя этого мальчика было Джеймс Уатт.

Воду в котлах варили издавна. И всегда ее накрывали крышкой. Кипящая вода образует пар, а в закрытой емкости пара становится больше. Давящий во все стороны, пар ищет выход. Этим выходом и является крышка емкости. Крышка поднимается – пар вырывается наружу, крышка опускается – пар снова в ловушке. И так происходит снова и снова. Это явление мы не один раз видели на своей кухне. То же самое, более двухсот лет назад, наблюдал и Джеймс.

Для поднятия какого-нибудь предмета нужна определенная сила. Ученые понимали, что у пара, поднимающего крышку, эта сила есть. Задолго до рождения Уатта англичане Томас Савери и Ньюкомен создали механизмы, использующие силу пара воды. Паровые машины осушали угольные шахты, откачивая воду, перетаскивали вагоны угля, поднимали его наружу.

Но эта работа была весьма непродуктивной: требовалось большое количество угля воды. Тогда пришла известность Джеймсу Уатту. Выучившись на механика и став отличным мастером, 16-летний юноша придумал хорошую паровую машину. Она представляла собой емкость с тремя крышками: две из них плотно закрывались, а третья, что внутри – двигалась. Это был поршень. Через отверстия пар поступал в цилиндр, по очереди, сверху и снизу поршня, соединенного с насосом или станком. Ход поршня давал движение насосу или вращение станку. Для получения пара так же, как и раньше, кипятили воду, но эта машина была гораздо экономнее, быстрее и полезней.

Ее изобретение послужило началом «парового века»: заработали фабрики и заводы, появились первые пароходы (изобретатель Фултон), паровозы (изобретатель Стефансон). Придумали первый паровой автомобиль.

В России работали паровые машины изобретателя Ефима Черепанова. Они применялись в мастерских и на рудниках. В 1834г. на Урале построили первую в России тяговую железную дорогу.

Через время англичанин Чарльз Парсонс установил на яхте новый двигатель – паровую турбину. Это событие стало началом совершенно другой истории…

Картинка к сообщению История изобретения паровых машин

Популярные сегодня темы

• Экономика
• Зеленые водоросли

  На берегу моря или пресного водоема легкий ветер заставляет нас чувствовать запахи, которые исходят от водорослей. Водоросли бывают не только зеленого цвета. 3 основные группы цветов использу

• Творчество Александра Головина

  В начале прошлого века очень известным и оригинальным художником был Александр Головин. Он пытался в своей работе собрать опыт передвижников и оригинальные тенденции в искусстве

• Исследование Африки

  Второй по величине материк — Африка — был исследован достаточно недавно. Но и в наше время существуют ещё места, которые являются неизведанными и до сих пор недоступными человеку.

• Растительный мир Австралии

  Мир растений каждого материка нашей планеты уникален по-своему. Необычный растительный мир Австралии имеет свои особенности, где таится немало прекрасных моментов и опасностей. Представители

• Серебряный век

  Конец 19века и начало 20 ознаменовалось появлением множества литературных течений. Причем придерживаясь того или иного течения люди вели такой же стиль жизни и активно пропагандировали его.

История создания паровой машины

Возможности в использовании энергии пара были известны в начале нашей эры. Это подтверждает прибор под названием Героновский эолипил, созданный древнегреческим механиком Героном Александрийским. Древнее изобретение можно отнести к паровой турбине, шар которой вращался благодаря силе струй водяного пара.

Приспособить пар для работы двигателей стало возможным в XVII веке. Пользовались подобным изобретением недолго, однако оно внесло существенный вклад в развитие человечества. К тому же история изобретения паровых машин очень увлекательна.

Понятие

Паровая машина состоит из теплового двигателя внешнего сгорания, который из энергии водяного пара создает механическое движение поршня, а тот, в свою очередь, вращает вал. Мощность паровой машины принято измерять в ваттах.

История изобретения

История изобретения паровых машин связана со знаниями древнегреческой цивилизации. Долгое время трудами этой эпохи никто не пользовался. В XVI веке была предпринята попытка создать паровую турбину. Работал над этим в Египте турецкий физик и инженер Такиюддин аш-Шами.

Интерес к этой проблеме вновь появился в XVII веке. В 1629 году Джованни Бранка предложил свой вариант паровой турбины. Однако изобретения теряли большое количество энергии. Дальнейшие разработки требовали соответствующих экономических условий, которые появятся позднее.

Первым, кто изобрел паровую машину, считается Дени Папен. Изобретение представляло собой цилиндр с поршнем, поднимающимся за счет пара и опускающимся в результате его сгущения. Такой же принцип работы имели устройства Сэвери и Ньюкомена (1705). Оборудование применяли для выкачивания воды из выработок при добыче полезных ископаемых.

Окончательно усовершенствовать устройство удалось Уатту в 1769 году.

Изобретения Дени Папена

Дени Папен был по образованию медиком. Родившись во Франции, в 1675 году он переехал в Англию. Он известен многими своими изобретениями. Одним из них является скороварка, которую называли «Папенов котел».

Ему удалось выявить зависимость между двумя явлениями, а именно температурой кипения жидкости (воды) и появляющимся давлением. Благодаря этому он создал герметичный котел, внутри которого давление было повышено, из-за чего вода закипала позже обычного и повышалась температура обработки помещенных в него продуктов. Таким образом увеличивалась скорость приготовления пищи.

В 1674 году медик-изобретатель создал пороховой двигатель. Его работа заключалась в том, что при возгорании пороха в цилиндре перемещался поршень. В цилиндре образовывался слабый вакуум, и атмосферное давление возвращало поршень на место. Образующиеся при этом газообразные элементы выходили через клапан, а оставшиеся охлаждались.

К 1698 году Папену удалось создать по такому же принципу агрегат, работающий не на порохе, а на воде. Таким образом, первая паровая машина была создана. Несмотря на существенный прогресс, к которому могла привести идея, существенной выгоды она своему изобретателю не принесла. Связано это было с тем, что ранее другой механик, Сейвери, уже запатентовал паровой насос, а другого применения для подобных агрегатов к этому времени еще не придумали.

Дени Папен умер в Лондоне в 1714. Несмотря на то, что первая паровая машина была изобретена им, он покинул этот мир в нужде и одиночестве.

Изобретения Томаса Ньюкомена

Более удачливым в плане дивидендов оказался англичанин Ньюкомен. Когда Папен создал свою машину, Томасу было 35 лет. Он внимательно изучил работы Сэйвери и Папена и смог понять недостатки обеих конструкций. Из них он взял все лучшие идеи.

Уже к 1712 году в сотрудничестве с мастером по стеклам и водопроводам Джоном Калли он создал свою первую модель. Так продолжилась история изобретения паровых машин.

Кратко можно пояснить созданную модель так:

• Конструкция совмещала в себе вертикальный цилиндр и поршень, как у Папена.
• Создание пара происходило в отдельном котле, который работал по принципу машины Сэйвери.
• Герметичность в паровом цилиндре достигалась за счет кожи, которой был обтянут поршень.

Агрегат Ньюкомена подымал воду из копей с помощью воздействия атмосферного давления. Машина отличалась солидными размерами и требовала для работы большого количества угля. Несмотря на эти недостатки, модель Ньюкомена использовали в шахтах полвека. Она даже позволила вновь открыть шахты, которые были заброшены из-за подтопления грунтовыми водами.

В 1722 году детище Ньюкомена доказало свою эффективность, откачав воду из корабля в Кронштадте всего за две недели. Система с ветряной мельницей смогла бы сделать это за год.

Из-за того, что машина была создана на основе ранних вариантов, английский механик не смог получить на нее патент. Конструкторы пытались применить изобретение для движения транспортного средства, но неудачно. На этом история изобретения паровых машин не прекратилась.

Изобретение Уатта

Первым изобрел оборудование компактных размеров, но достаточно мощное, Джеймс Уатт. Паровая машина была первой в своем роде. Механик из университета Глазго в 1763 году принялся чинить паровой агрегат Ньюкомена. В результате ремонта он понял, как сократить расход топлива. Для этого необходимо было держать цилиндр в постоянно нагретом состоянии. Однако паровая машина Уатта не могла быть готова, пока не решилась проблема конденсации пара.

Решение пришло, когда механик проходил мимо прачечных и заметил, что клубы пара выходят из-под крышек котлов. Он понял, что пар – это газ, и ему нужно перемещаться в цилиндре с пониженным давлением.

Добившись герметичности внутри парового цилиндра с помощью пеньковой веревки, пропитанной маслом, Уатт смог отказаться от атмосферного давления. Это стало большим шагом вперед.

В 1769 году механик получил патент, в котором прописывалось, что температура двигателя в паровой машине будет всегда равна температуре пара. Однако дела незадачливого изобретателя шли не так хорошо, как ожидалось. Он был вынужден заложить патент за долги.

В 1772 году он знакомится с Мэтью Болтоном, который был богатым промышленником. Тот выкупил и вернул Уатту его патенты. Изобретатель вернулся к работе, поддерживаемый Болтоном. В 1773 году паровая машина Уатта прошла испытание и показала, что потребляет угля значительно меньше своих аналогов. Через год в Англии начался выпуск его машин.

В 1781 году изобретателю удалось запатентовать свое следующее творение – паровую машину для приведения в движение промышленных станков. Спустя время все эти технологии позволят двигать при помощи пара поезда и пароходы. Это полностью перевернет жизнь человека.

Одним из людей, изменивших жизнь многих, стал Джеймс Уатт, паровая машина которого ускорила технический прогресс.

Изобретение Ползунова

Проект первой паровой машины, которая могла приводить в действие разнообразные рабочие механизмы, был создан в 1763 году. Разработал его русский механик И.Ползунов, работавший на горнорудных заводах Алтая.

Начальник заводов был ознакомлен с проектом и получил добро на создание устройства из Петербурга. Паровая машина Ползунова была признана, и работа по ее созданию была возложена на автора проекта. Последний хотел сперва собрать модель в миниатюре, чтобы выявить и устранить возможные недочеты, которые не видны на бумаге. Однако ему приказали начать строительство большой мощной машины.

Ползунову предоставили помощников, из которых двое были склонны к механике, а двое должны были выполнять подсобные работы. На создание паровой машины ушел один год и девять месяцев. Когда паровая машина Ползунова была почти готова, он заболел чахоткой. Умер создатель за несколько дней до проведения первых испытаний.

Все действия в машине проходили автоматически, она могла работать беспрерывно. Это было доказано в 1766 году, когда ученики Ползунова провели последние испытания. Спустя месяц оборудование было сдано в эксплуатацию.

Машина не просто окупила затраченные средства, но и дала прибыль своим владельцам. К осени котел дал течь, и работы остановились. Агрегат можно было починить, но это не заинтересовало заводское начальство. Машина была заброшена, а спустя десятилетие разобрана по ненадобности.

Принцип действия

Для работы всей системы необходим паровой котел. Образовавшийся пар расширяется и давит на поршень, в результате чего происходит движение механических частей.

Принцип действия лучше изучить с помощью иллюстрации, представленной ниже.

Если не расписывать детали, то работа паровой машины заключается в преобразовании энергии пара в механическое движение поршня.

Коэффициент полезного действия

КПД паровой машины определяется отношением полезной механической работы по отношению к затраченному количеству тепла, которое содержится в топливе. В расчет не берется энергия, которая выделяется в окружающую среду в качестве тепла.

КПД паровой машины измеряется в процентах. Практический КПД будет составлять 1-8%. При наличии конденсатора и расширении проточной части показатель может возрасти до 25%.

Преимущества

Главным преимуществом парового оборудования является то, что котел в качестве топлива может использовать любой источник тепла, как уголь, так и уран. Это существенно отличает его от двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от типа последнего требуется определенный вид топлива.

История изобретения паровых машин показала преимущества, которые заметны и сегодня, поскольку для парового аналога можно использовать ядерную энергию. Сам по себе ядерный реактор не может преобразовывать свою энергию в механическую работу, но он способен выделять большое количество тепла. Оно то и используется для образования пара, который приведет машину в движение. Таким же образом может применяться солнечная энергия.

Локомотивы, работающие на пару, хорошо показывают себя на большой высоте. Эффективность их работы не страдает от пониженного в горах атмосферного давления. Паровозы до сих пор применяют в горах Латинской Америки.

В Австрии и Швейцарии используют новые версии паровозов, работающих на сухом пару. Они показывают высокую эффективность благодаря многим усовершенствованиям. Они не требовательны в обслуживании и потребляют в качестве топлива легкие нефтяные фракции. По экономическим показателям они сравнимы с современными электровозами. При этом паровозы значительно легче своих дизельных и электрических собратьев. Это большое преимущество в условиях горной местности.

Недостатки

К недостаткам относится, прежде всего, низкий КПД. К этому стоит добавить громоздкость конструкции и тихоходность. Особенно это стало заметно после появления двигателя внутреннего сгорания.

Применение

Кто изобрел паровую машину, уже известно. Осталось узнать, где их применяли. До середины ХХ века паровые машины применяли в промышленности. Также их использовали для железнодорожного и парового транспорта.

Заводы, которые эксплуатировали паровые двигатели:

• сахарные;
• спичечные;
• бумажные фабрики;
• текстильные;
• пищевые предприятия (в отдельных случаях).

Паровые турбины также относятся к данному оборудованию. С их помощью до сих пор работают генераторы электроэнергии. Около 80% мировой электроэнергии вырабатывается с применением паровых турбин.

В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.

Транспорт с паровым двигателем:

Такова история изобретения паровых машин. Кратко можно рассмотреть удачный пример о гоночном автомобиле Серполле, созданном в 1902 году. На нем был установлен мировой рекорд по скорости, который составил 120 км в час на суше. Именно поэтому паровые авто были конкурентоспособными по отношению к электрическим и бензиновым аналогам.

Так, в США в 1900 году больше всего было выпущено паровых машин. Они встречались на дорогах до тридцатых годов ХХ века.

Большая часть подобного транспорта стала непопулярной после появления двигателя внутреннего сгорания, чей КПД значительно выше. Такие машины были более экономичными, при этом легкими и скоростными.

Стимпанк как веяние эпохи паровых машин

Говоря о паровых машинах, хочется упомянуть о популярном направлении – стимпанке. Термин состоит из двух английских слов – «пар» и «протест». Стимпанк – это вид научной фантастики, которая повествует о второй половине XIX века в викторианской Англии. Данный период в истории часто упоминается как Эпоха пара.

Все произведения имеют одну отличительную особенность – они повествуют о жизни второй половины XIX века, стиль повествования при этом напоминает роман Герберта Уэллса «Машина времени». В сюжетах описываются городские пейзажи, общественные строения, техника. Особое место уделяется дирижаблям, старинным машинам, причудливым изобретениям. Все металлические детали крепились при помощи клепок, поскольку сварку еще не применяли.

Термин «стимпанк» возник в 1987 году. Его популярность связана с появлением романа «Разностная машина». Написан он был в 1990 году Уильямом Гибсоном и Брюсом Стерлингом.

В начале XXI века в этом направлении было выпущено несколько известных кинофильмов:

• «Машина времени»;
• «Лига выдающихся джентльменов»;
• «Ван Хельсинг».

К предтечам стимпанка можно отнести произведения Жюля Верна и Григория Адамова. Интерес к этому направлению время от времени проявляется во всех сферах жизни – от кинематографа до повседневной одежды.

Изобретение паровых машин стало переломным моментом в истории человечества. Где-то на рубеже XVII-XVIII веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и ветряных мельниц на совершенно новые и уникальные механизмы – паровые двигатели. Именно благодаря им стали возможны техническая и промышленная революции, да и весь прогресс человечества.

Еще до нашей эры

История создания паровой машины начинается еще в первых столетиях до нашей эры. Герон Александрийский описал механизм, который начинал работать только тогда, когда на него воздействовал пар. Устройство представляло собой шар, на котором были закреплены сопла. Из сопел по касательной выходил пар, тем самым заставляя двигатель вращаться. Это было первое устройство, которое работало на пару.

Создатель паровой машины (а точнее, турбины) – Таги-аль-Диноме (арабский философ, инженер и астроном). Его изобретение стало широко известно в Египте в XVI веке. Механизм был устроен следующим образом: потоки пара направляли прямо на механизм с лопастями, и когда дым валил – лопасти вращались. Нечто подобное в 1629 году предлагал и итальянский инженер Джованни Бранка. Главным недостатком всех этих изобретений был слишком большой расход пара, что в свою очередь требовало огромных затрат энергии и не было целесообразно. Разработки были приостановлены, так как тогдашних научных и технических знаний человечества было недостаточно. Кроме того, надобность в таких изобретениях напрочь отсутствовала.

Разработки

До XVII века создание паровой машины было невозможно. Но как только планка уровня развития человечества взлетела, тут же появились и первые экземпляры и изобретения. Хотя серьезно их никто на тот момент не воспринял. Так, например, в 1663 году английский ученый опубликовал в прессе проект своего изобретения, которое он установил в замке Реглан. Его устройство служило для того, чтобы поднимать воду на стены башен. Однако, как и все новое и неизведанное, данный проект был принят с сомнением, и спонсоров для его дальнейших разработок не нашлось.

Неудавшаяся попытка Папена

Пароатмосферная машина, далекая в то время от совершенства, привлекла особое внимание в судостроительной области. Д. Папен свои последние сбережения потратил на приобретение небольшого судна, на котором занялся установкой водоподъемной пароатмосферной машины собственного производства. Механизм действия заключался в том, чтобы, падая с высоты, вода начинала вращать колеса.

Свои испытания изобретатель проводил в 1707 году на реке Фульде. Много народу собралось, чтобы посмотреть на чудо: двигающееся по реке судно без парусов и весел. Однако во время испытаний произошла катастрофа: взорвался двигатель и погибли несколько человек. Власти разозлились на неудачливого изобретателя и запретили ему какие-либо работы и проекты. Судно конфисковали и разрушили, а через несколько лет скончался и сам Папен.

Ошибка

У парохода Папена был следующий принцип работы. На дно цилиндра необходимо было залить небольшое количество воды. Под самим цилиндром располагалась жаровня, которая служила для нагревания жидкости. Когда вода начинала кипеть, образующийся пар, расширяясь, поднимал поршень. Из пространства над поршнем через специально оборудованный клапан выталкивался воздух. После того как вода закипала и начинал валить пар, необходимо было убрать жаровню, закрыть клапан, чтобы удалить воздух, и при помощи прохладной воды охладить стенки цилиндра. Благодаря таким действиям пар, находившийся в цилиндре, конденсировался, под поршнем образовывалось разрежение, и благодаря силе атмосферного давления поршень вновь возвращался на свое первоначальное место. Во время его движения вниз и совершалась полезная работа. Однако КПД паровой машины Папена был отрицательным. Двигатель парохода был крайне неэкономичен. А главное, он был слишком сложным и неудобным в эксплуатации. Поэтому изобретение Папена не имело будущего уже с самого начала.

Последователи

Однако история создания паровой машины на этом не закончилась. Следующим, уже гораздо более удачливым, чем Папен, оказался английский ученый Томас Ньюкомен. Он долго изучал работы своих предшественников, делая упор на слабые места. И взяв самое лучшее из их работ, создал в 1712 году свой аппарат. Новая паровая машина (фото представлено) была сконструирована следующим образом: использовались цилиндр, находившийся в вертикальном положении, а также поршень. Это Ньюкомен взял из работ Папена. Однако пар образовывался уже в другом котле. Вокруг поршня закреплялась цельная кожа, что значительно повышало герметичность внутри парового цилиндра. Данная машина также была пароатмосферной (вода поднималась из шахты при помощи атмосферного давления). Главными минусами изобретения были его громоздкость и неэкономичность: машина «съедала» огромное количество угля. Однако пользы она приносила значительно больше, чем изобретение Папена. Поэтому ее почти пятьдесят лет применяли в подземельях и шахтах. Ее использовали для откачивания грунтовых вод, а также для осушки кораблей. Томас Ньюкомен пытался преобразовать свою машину так, чтобы была возможность применять ее для движения транспорта. Однако все его попытки не увенчались успехом.

Следующим ученым, заявившим о себе, стал Д. Хулл из Англии. В 1736 году он представил миру свое изобретение: пароатмосферную машину, у которой в качестве движителя были лопастные колеса. Его разработка оказал более удачной, чем у Папена. Сразу же было выпущено несколько таких суден. В основном они использовались для того, чтобы буксировать баржи, корабли и другие суда. Однако надежность пароатмосферной машины не вызывала доверия, и суда оборудовали парусами как основным движителем.

И хотя Хуллу повезло больше, чем Папену, его изобретения постепенно потеряли актуальность, и от них отказались. Все-таки у пароатмосферных машин того времени было множество специфических недостатков.

История создания паровой машины в России

Следующий прорыв случился в Российской Империи. В 1766 году на металлургическом заводе в Барнауле была создана первая паровая машина, которая подавала в плавильные печи воздух при помощи специальных воздуходувных мехов. Создателем ее стал Иван Иванович Ползунов, которому за заслуги перед родиной даже дали офицерское звание. Изобретатель представил своему начальству чертежи и планы «огненной машины», способной приводить в действие воздуходувные мехи.

Однако судьба сыграла с Ползуновым злую шутку: через семь лет после того, как его проект был принят, а машина собрана, он заболел и умер от чахотки – всего за неделю до того, как начались испытания его двигателя. Однако его инструкций оказалось достаточно, чтобы завести двигатель.

Итак, 7 августа 1766 года паровая машина Ползунова была запущена и поставлена под нагрузку. Однако уже в ноябре того же года она сломалась. Причиной оказались слишком тонкие стенки котла, не предназначенного для нагрузки. Причем изобретатель в своих инструкциях писал, что этот котел можно использовать только во время испытаний. Изготовление нового котла легко бы окупилось, ведь КПД паровой машины Ползунова был положительный. За 1023 часа работы с ее помощью выплавили серебра 14 с лишним пудов!

Но несмотря на это, никто ремонтировать механизм не стал. Паровая машина Ползунова пылилась более 15 лет на складе, пока мир промышленности не стоял на месте и развивался. А потом и вовсе была разобрана на запчасти. Видимо, в тот момент Россия еще не доросла до паровых двигателей.

Требования времени

Между тем жизнь на месте не стояла. И человечество постоянно задумывалось над тем, чтобы создать механизм, позволяющий не зависеть от капризной природы, а самим управлять судьбой. От паруса все хотели отказаться как можно быстрее. Поэтому вопрос о создании парового механизма постоянно висел в воздухе. В 1753 году в Париже был выдвинут конкурс среди мастеров, ученых и изобретателей. Академия наук объявила награду тому, кто сможет создать механизм, способный заменить силу ветра. Но несмотря на то что в конкурсе участвовали такие умы, как Л. Эйлер, Д. Бернулли, Кантон де Лакруа и другие, дельного предложения не вынес никто.

Годы шли. И промышленная революция накрывала все больше и больше стран. Первенство и лидерство среди других держав доставалось неизменно Англии. К концу восемнадцатого века именно Великобритания стала создательницей крупной промышленности, благодаря чему завоевала титул всемирной монополистки в данной отрасли. Вопрос о механическом двигателе с каждым днем становился все более актуальным. И такой двигатель был создан.

Первая паровая машина в мире

1784 год стал для Англии и для всего мира переломным моментом в промышленной революции. И человеком, ответственным за это, стал английский механик Джеймс Уатт. Паровая машина, которую он создал, стала самым громким открытием века.

Джеймс Уатт на протяжении нескольких лет изучал чертежи, строение и принципы работы пароатмосферных машин. И на основании всего этого он сделал вывод, что для эффективности работы двигателя необходимо сравнять температуры воды в цилиндре и пара, который попадает в механизм. Главный минус пароатмосферных машин заключался в постоянной необходимости охлаждения цилиндра водой. Это было расходно и неудобно.

Новая паровая машина была сконструирована иным образом. Так, цилиндр заключался в специальную рубашку из пара. Таким образом Уатт добился его постоянного нагретого состояния. Изобретатель создал специальный сосуд, погруженный в холодную воду (конденсатор). К нему трубой присоединялся цилиндр. Когда пар отрабатывался в цилиндре, то через трубу попадал в конденсатор и там превращался обратно в воду. Работая над усовершенствованием своей машины, Уатт создал разрежение в конденсаторе. Таким образом, весь пар, попадавший из цилиндра, конденсировался в нем. Благодаря этому нововведению очень сильно увеличивался процесс расширения пара, что в свою очередь позволяло извлекать из того же количества пара намного больше энергии. Это был венец успеха.

«Шарлотта Дандас»

После того как весь мир был поражен изобретением Джеймса Уатта, началось широкое применение паровых машин. Так, в 1802 году в Англии появился первый корабль на пару – катер «Шарлотта Дандас». Его создателем считается Уильям Саймингтон. Катер применялся в качестве буксировки барж по каналу. Роль движителя на судне играло гребное колесо, установленное на корме. Катер с первого раза успешно прошел испытания: отбуксировал две огромные баржи на 18 миль за шесть часов. При этом ему сильно мешал встречный ветер. Но он справился.

И все-таки его поставили на прикол, потому что опасались, что из-за сильных волн, которые создавались под гребным колесом, берега канала будут размыты. Кстати, на испытаниях «Шарлотты» присутствовал человек, которого весь мир сегодня считает создателем первого парохода.

Первый пароход в мире

Английский судостроитель Роберт Фултон с юношеских лет мечтал о судне с паровым двигателем. И вот его мечта стала осуществима. Ведь изобретение паровых машин стало новым толчком в судостроительстве. Вместе с посланником из Америки Р. Ливингстоном, который взял на себя материальную сторону вопроса, Фултон занялся проектом корабля с паровой машиной. Это было сложное изобретение, основанное на идее весельного движителя. По бортам судна тянулись в ряд плицы, имитирующие множество весел. При этом плицы то и дело мешали друг другу и ломались. Сегодня можно с легкостью сказать, что тот же эффект мог быть достигнут всего при трех-четырех плицах. Но с позиции науки и техники того времени это увидеть было нереально. Поэтому судостроителям приходилось намного сложнее.

В 1803 году изобретение Фултона было представлено всему миру. Пароход медленно и ровно шел по Сене, поражая умы и воображение многих ученых и деятелей Парижа. Однако правительство Наполеона отвергло проект, и раздосадованные судостроители вынуждены были искать счастья в Америке.

И вот в августе 1807 года первый в мире пароход под названием «Клермонт», в котором была задействована мощнейшая паровая машина (фото представлено), пошел по Гудзонскому заливу. Многие тогда просто не верили в успех.

В свой первый рейс «Клермонт» отправился без грузов и без пассажиров. Никто не хотел отправляться в путешествие на борту огнедышащего судна. Но уже на обратном пути появился первый пассажир – местный фермер, заплативший шесть долларов за билет. Он стал первым пассажиром в истории пароходства. Фултон был так сильно растроган, что предоставил смельчаку пожизненный бесплатный проезд на всех своих изобретениях.

О истории развития парового двигателя, достаточно подробно описано в этой статье. Тут же – наиболее известные решения и изобретения времен 1672-1891 года.

Первые наработки.

Начнем с того, что еще в семнадцатом веке пар стали рассматривать как средство для привода, проводили с ним всяческие опыты, и лишь только в 1643 году Эванджелистом Торричелли было открыто силовое действие давления пара. Кристиан Гюйгенс через 47 лет спроектировал первую силовую машину, приводившуюся в действие взрывом пороха в цилиндре. Это был первый прототип двигателя внутреннего сгорания. На аналогичном принципе устроена водозаборная машина аббата Отфея. Вскоре Дени Папен решил заменить силу взрыва на менее мощную силу пара. В 1690 году им была построена первая паровая машина, известная также как паровой котел.

Она состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался – так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.

Позже два англичанина, Томас Ньюкомен и Коули – один кузнец, другой стекольщик, – усовершенствовали систему путем разделения кипятильного котла и цилиндра и добавления бака с холодной водой. Эта система функционировала с помощью клапанов или кранов – одного для пара и одного для воды, которые поочередно открывались и закрывались. Затем англичанин Бэйтон перестроил клапанное управление в подлинно тактовое.

Применение паровых машин на практике.

Машина Ньюкомена вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована, разработанной Джеймсом Уаттом в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уатт предложил свои изобретения и в промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик.

Первая паровая машина, используемая в качестве средства передвижения, был изобретена французом Николя Жозефом Куньо, инженером и военным стратегпм-любителем. В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.

Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своей моделью парового автомобиля. Однако еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который спустя четырнадцать лет изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началась работа над изобретением и усовершенствованием паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию будущих автомобилей.

В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Несмотря на большую скорость кпд паровой машины был очень маленький. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.

Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.

Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года. На этом самом моменте и прекратилось производство и изобретение паровых машин

Кто изобрел паровой двигатель?

В мире, движимом двигателями внутреннего сгорания, газовыми турбинами и ядерными реакторами, паровой двигатель может показаться пережитком прошлого. Но без этого изобретения, меняющего правила игры, современный мир был бы совсем другим.

Паровая машина, возможно, самое важное развитие промышленной революции, способствовала значительным достижениям в области горнодобывающей промышленности, производства, сельского хозяйства и транспорта. И хотя несколько выдающихся деятелей XVIII и XIX веков приписывают разработку и совершенствование парового двигателя, история паровых машин на самом деле восходит к почти 2000 годам до промышленной революции.

Древние паровые турбины

В начале первого века нашей эры греческий изобретатель по имени Герой Александрийский сконструировал первую в мире эолипильную или примитивную паровую турбину. Эолипил Герона состоял из полой сферы, закрепленной на паре трубок. Нагретые снизу огнем трубы транспортируют пар к сфере, где он выпускается через другую серию труб, выступающих из экватора сферы. Это движение пара через устройство заставляло сферу вращаться, демонстрируя возможность использования пара в качестве двигателя.

Хотя эолипил Hero был создан как новинка, а не как средство ускорения производства, тем не менее, это первое известное устройство для преобразования пара во вращательное движение. Но только в 17 веке были предприняты попытки использовать силу эолипила Герона для практических целей.

Steam: идеальное решение

Первые практические паровые машины были разработаны для решения очень специфической проблемы: как удалить воду из затопленных шахт.Когда европейцы 17 века перешли с древесины на уголь в качестве основного источника топлива, шахты углублялись и, как следствие, часто затоплялись после проникновения в подземные источники воды.

Считается, что испанский горнодобывающий администратор по имени Херонимо де Аянц был первым, кто решил проблему затопленных шахт. В 1606 году де Аянц зарегистрировал первый патент на машину, которая использовала энергию пара для вытеснения воды из шахт. Испанский изобретатель, которому также приписывают изобретение одной из первых в мире систем кондиционирования воздуха, использовал свой паровой двигатель для удаления воды из серебряных рудников на Гуадалканале, Севилья.

Хотя испанец впервые запатентовал паровую машину для использования в горнодобывающей промышленности, англичанину обычно приписывают изобретение первого парового двигателя. В 1698 году Томас Савери, инженер и изобретатель, запатентовал машину, которая могла эффективно забирать воду из затопленных шахт с помощью давления пара. Savery использовал принципы, изложенные Дени Папеном, британским физиком французского происхождения, который изобрел скороварку. Идеи Папена, касающиеся цилиндро-поршневого парового двигателя, ранее не использовались для создания работающего двигателя, но к 1705 году Савери превратил идеи Папена в полезное изобретение.

Используя два паровых котла, Savery разработал почти непрерывную систему откачки воды из шахт. Но, несмотря на ранний успех системы Савери, вскоре было обнаружено, что его двигатель способен забирать воду только с небольшой глубины, и эту проблему необходимо было преодолеть, если паровые двигатели могли работать в глубоких шахтах.

К счастью для европейских владельцев шахт, в 1711 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал лучший способ откачки воды из шахт. Его система использовала модернизированный паровой двигатель, который устранил необходимость в накопленном давлении пара — недостаток в системе Савери, который приводил ко многим досадным взрывам.«Атмосферный» двигатель Ньюкомена, названный так потому, что уровень давления пара, который он использовал, приближался к атмосферному, был первой коммерчески успешной машиной, которая использовала пар для работы водяного насоса.

Несмотря на то, что это улучшение первоначального рендеринга парового двигателя Савери, атмосферный двигатель Ньюкомена также имел свои недостатки. Эта машина была крайне неэффективной, требуя постоянного потока холодной воды для охлаждения важнейшего парового цилиндра (части двигателя, в которой давление пара преобразуется в движение), а также постоянного источника энергии для повторного нагрева цилиндра.

Несмотря на этот серьезный недостаток, конструкция двигателя Ньюкомена не подвергалась сомнению в течение следующих 50 или около того лет и, помимо откачки шахт, также использовалась для осушения заболоченных земель, подачи воды в города и даже для электростанций и заводов путем откачки воды. снизу водяное колесо наверх для повторного использования.

В основе промышленной революции

Но к 1765 году судьба двигателя Ньюкомена была решена.В том же году Джеймс Ватт, шотландский производитель приборов, работавший в Университете Глазго, начал ремонтировать небольшую модель двигателя Ньюкомена. Ватт был озадачен большим количеством пара, потребляемого машиной Ньюкомена, и понял, что для устранения этой неэффективности ему придется отказаться от постоянного охлаждения и повторного нагрева парового цилиндра.

Для этого Ватт разработал отдельный конденсатор, который позволил поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре и значительно улучшил функциональность двигателя Ньюкомена.

По финансовым причинам Ватт не смог сразу произвести свой новый улучшенный атмосферный двигатель. Но к 1776 году он заключил партнерство с Мэтью Бултоном, английским производителем и инженером, решительно настроенным на использование паровых двигателей не только для откачки воды из шахт.

При финансовой поддержке Бултона Ватт разработал роторный паровой двигатель одностороннего (а позже и двустороннего) действия, который, наряду с фирменным отдельным конденсатором Ватта, имел механизм параллельного движения, который удваивал мощность существующего парового цилиндра.Двигатель Boulton-Watt был также первым, который позволил оператору машины управлять частотой вращения двигателя с помощью устройства, называемого центробежным регулятором. В усовершенствованном двигателе использовалась новая зубчатая передача, разработанная Уильямом Мердоком, сотрудником Бултона и Уоттса, известная как солнечная и планетарная передача, для преобразования возвратно-поступательного (линейного) движения во вращательное.

Усовершенствования Ватта в паровой машине в сочетании с видением Бултона страны, работающей на паре, способствовали быстрому внедрению паровых двигателей в Соединенном Королевстве и, в конечном итоге, в Соединенных Штатах.К 1800-м годам паровые машины приводили в действие фабрики, фабрики, пивоварни и множество других производственных предприятий. В 1852 году состоялся первый полет парового дирижабля. Будущие версии парового двигателя также стали определять путешествия, поскольку поезда, лодки и железные дороги переняли эту технологию, чтобы перемещать пассажиров в 20-й век. [См. Также: Как Steam Engine изменил мир]

Следите за Элизабет Палермо в Twitter @techEpalermo, Facebook или Google+. Следите за LiveScience @livescience.Мы также в Facebook и Google+.

История парового двигателя

Краткая история парового двигателя

Резюме Карла Лиры

Одной из самых значительных промышленных задач 1700-х годов было удаление воды из шахт. Пар использовался для откачки воды из шахт. Теперь это может показаться, что имеет очень мало общего с современной паровой электроэнергией. растения.Однако один из основополагающих принципов, используемых при разработке паровая энергия — это принцип, по которому конденсация водяного пара может создавать вакуум. В этой краткой истории рассказывается, как конденсация использовалась для создания вакуума. для работы первых паровых насосов, и как Джеймс Ватт изобрел отдельный конденсатор. Хотя циклические процессы, представленные в этой истории, не используются в современных паровых турбинах с непрерывным потоком в современных системах используются отдельные конденсаторы. работает при давлении ниже атмосферного, применяя описанные здесь принципы.Кроме того, рассказы об изобретателях и их изобретениях позволяют лучше понять процесс технологических открытий.

Демонстрация вакуума

Один из важнейших принципов, применяемых при работе с паровой тягой. это создание вакуума путем конденсации. Эта ссылка представляет собой простую иллюстрацию используя бутылку безалкогольного напитка и кипяток. Демонстрация демонстрирует, как конденсация внутри резервуара создается вакуум. В насосе Savery, описанном ниже, используется метод очень похоже на продемонстрированный метод.Вакуум Демо.

Спасательный насос

Раньше одним из распространенных способов удаления воды было использование серии ковшей на шкивной системе, управляемой лошадьми. Это было медленно и дорого так как животные нуждались в корме, ветеринарии и жилье. Использование пар для перекачивания воды был запатентован Томасом Савери в 1698 году, и, по его словам, предоставил «двигатель для подъема воды с помощью огня». Насос Савери работал нагревая воду до ее испарения, заполняя резервуар паром, а затем создавая вакуум, изолировав резервуар от источника пара и конденсируя пар.Вакуум использовался для забора воды из шахт. Однако вакуум мог набирайте воду только с небольшой глубины. Еще одним недостатком помпы была использование давления пара для удаления воды, которая была втянута в резервуар. В принципе, давление можно использовать для выталкивания воды из бака вверх. 80 футов, но взрывы котлов не были редкостью, так как конструкция герметичного котлы были не очень продвинутыми. По этой ссылке вы найдете подробную информацию о работе Savery. Описание насоса..

Атмосферный двигатель Newcomen

Томас Ньюкомен (1663-1729), кузнец, 10 лет экспериментировал, чтобы разработать первый по-настоящему успешный паровой двигатель, приводящий в действие насос для удаления воды из мины. Его способность продавать двигатель была ограничена обширным патентом Савери. Он был вынужден основать фирму с Savery, несмотря на улучшение показателей. его двигателя, значительные механические отличия, устранение потребность в давлении пара и использование вакуума совсем другим способом.А Схема двигателя Ньюкомена показана на рисунке 1. Двигатель называется «атмосферный» двигатель, потому что максимальное давление пара составляет около атмосферное давление.

Рис. 1. Иллюстрация атмосферного двигателя Ньюкомена для перекачивания воды.

Принцип работы. Паровая машина состоит из паровой поршень / цилиндр, который перемещает большую деревянную балку для привода водяного насоса. Двигатель не использует давление пара для подъема парового поршня ! Скорее, система сконструирована таким образом, что балка тяжелее со стороны основного насоса, и сила тяжести тянет вниз основную насосную часть балки.Вес добавляется к со стороны основного насоса, если необходимо. Насосы на Рисунке 1 вытесняют воду по восходящей ход поршня насоса соответствует насосам, используемым в оборудовании в то время, и обсуждение следует за этой конструкцией. Чтобы нарисовать вода в основной насос в правой части диаграммы, рассмотрим цикл это начинается с того, что луч опускается вправо. Цилиндр под паром поршень сначала заполняется паром атмосферного давления, а затем распыляется вода в цилиндр для конденсации пара.Разница давлений между атмосферой и в результате вакуум выталкивает пар поршень вниз, потянув поршень основного насоса вверх, поднимая воду над поршнем основного насоса и заполняя нижнюю камеру основного насоса водой. В нижней части хода парового поршня открывается клапан для восстановления паровой цилиндр до атмосферного давления, и луч направо опускается вниз под действием силы тяжести, позволяя главному поршню упасть. Когда основной поршень падает, вода из-под поршня проходит в камеру над поршнем, как будет объяснено ниже.Пар атмосферного давления поступает в паровой цилиндр. во время этого шага, позволяя повторить процесс.

Двигатель Newcomen был лучшей технологией за 60 лет! Некоторые двигатели Newcomen использовались намного дольше, хотя и значительно уступали ваттным двигатели, которые последовали. Подробнее о работе и фото самого старого существующий механизм Ньюкомена, см. Ньюкомен Описание двигателя.

Ваттный атмосферный паровой двигатель

Поршень двустороннего действия и роторный двигатель

Биография Джеймса Ватта и история двигателя

История Джеймса Ватта и разработки двигателя чрезвычайно интересна. Воспользуйтесь этой ссылкой, чтобы найти биографию Ватта.История поможет вам понять, как двигатель стал больше, чем водяной насос и как Вышеупомянутые события относятся к человеку и времени.

важных дат в развитии Steam Двигатель

Краткая библиография книг и ресурсов для Изучение паровых двигателей и Джеймса Ватта

Карта сайта

Чтобы перейти в каталог сайта, щелкните здесь.

Спасибо за проявленный интерес!

Обновлено 21.05.13, Авторские права 2001-2013, Карл Т.Лира, [email protected] Все права защищены.
Подготовлено как дополнение к вводному Химическая инженерия Термодинамика.

Герой Александрии изобрел паровой двигатель

Написано GreekBoston.com в истории Древней Греции

Хотя многие люди, кажется, считают, что Томас Савери изобрел паровой двигатель в 1698 году, на самом деле он был изобретен намного раньше, чем в Александрии в Древней Греции.Хотя Savery создал первый современный паровой двигатель и получил патент на его использование, на самом деле это не было первым, что увидел мир. В этом заслуга древних греков.

Что такое паровой двигатель

В самом простом виде паровой двигатель — это двигатель, который использует горячий пар для выполнения своей работы. Другими словами, пар заставляет механические части двигателя двигаться. Изобретение паровой машины в конечном итоге привело к изобретению поезда в 1800-х годах, и все это было бы невозможно без труда первых изобретателей.

Все о герое Александрии

Герой Александрии был жив примерно с 10 по 70 год нашей эры. Он был математиком, инженером и изобретателем, который был очарован миром механики и всегда искал способы улучшить вещи. Он считается одним из лучших изобретателей, ученых и математиков своего времени. Помимо первого парового двигателя, в его активе было много других изобретений, включая первый торговый автомат, ветряной орган и тип фонтана, который мог стоять отдельно.

Изобретение парового двигателя

Паровая машина Героя была довольно простой, и некоторые считают, что он построил ее как развлечение или игрушку для детей. Он назывался Эолипил, а также двигатель героя. Этот первоначальный двигатель был очень простым двигателем, который считается «радиальной паровой турбиной». У него также не было лезвий. Когда пар выходил из двигателя, он заставлял центр устройства вращаться, создавая крутящий момент. Это аналогичная конструкция, которая в настоящее время используется в ракетах.

Интересно отметить, что свидетельства об устройстве под названием Эолипил присутствовали в писаниях, написанных задолго до времен Героя. Например, Витрувий назвал устройство по имени в одной из своих работ. Однако не было никакого упоминания о том, что это было за устройство и как оно выглядело, поэтому заслуга в создании первого парового двигателя принадлежит Геро, а не Витрувию.

Почему важен первый паровой двигатель

Что интересно в изобретении Героя, так это то, что он создал его задолго до промышленной революции, которая произошла в некоторых частях света в 1700-х и 1800-х годах.Это означает, что древние греки обладали развитой математической, научной и механической мыслью, которая позволяла им видеть мир по-другому. Они понимали, что математические и научные теории послужили основой для создания этих замечательных устройств.

Хотя прошло некоторое время, прежде чем паровая машина получила более практическое применение, последствия того, что сделал Герой, велики. Он показал, что человек способен создавать великие изобретения, даже когда их использование не сразу очевидно.

Источники:

Википедия — Герой Александрии

Википедия — Паровоз

Википедия — Томас Савери

Википедия — Aeolipile

Категория: История Древней Греции

Это сообщение написано GreekBoston.com

Поделитесь историей Греции Статья:

Первый паровоз Джорджа Стивенсона

Через несколько лет после его смерти в 1848 году Джорджа Стефенсона назвали «отцом железных дорог», но эта награда была поставлена ​​под сомнение, потому что в разработке первой в мире железнодорожной системы принимали участие и другие инженеры.Самым известным был Роберт Тревитик, корнуолл, который в 1803 году построил первый паровоз для движения по рельсам, что было необходимо, потому что достаточно мощный двигатель был слишком тяжелым для дорог или деревянных гусениц. Другие последовали его примеру, и Кристиан Вольмар в своей книге Великая железнодорожная революция предполагает, что Стивенсон, обладавший талантом улучшать идеи других людей, был не столько отцом железных дорог, сколько их повивальной бабкой. Отец или акушерка, Джордж Стефенсон прославился благодаря скромному началу.Он родился в Виламе в Нортумберленде в 1781 году в семье неграмотных родителей из рабочего класса. Его отец работал на угольной шахте Wylam, как и молодой Джордж с раннего подросткового возраста. Он никогда не ходил в школу, но в 18 лет он учился читать и писать (хотя письмо никогда не было его сильной стороной), а также получал базовые знания по арифметике. Он работал на различных угольных шахтах в этом районе в начале 1800-х годов, в том числе в Киллингворте к северу от Ньюкасла, и развил такие навыки работы с двигателями, что в 1812 году он был назначен «машинистом», или главным механиком, в Киллингворте.Там в 1814 году он построил локомотив под названием Blucher (часто пишется как Blutcher) в честь прусского генерала, который мог перевозить восемь фургонов с 30 тоннами угля со скоростью четыре мили в час. Не удовлетворившись этим, он вскоре значительно улучшил паровую систему двигателя, чтобы придать ему большую тяговую мощность. Именно это сделало Blucher первым полностью эффективным паровозом.

Стивенсон разработал усовершенствованный тип железнодорожных путей и построил больше локомотивов для Киллингворта и других угольных шахт.Он становился уважаемой фигурой и в 1821 году убедил бизнесмена, который планировал построить железную дорогу, запряженную лошадьми, из Стоктона-он-Тис в Дарлингтон в графстве Дарем, заказать паровоз для этой линии. В 1825 году двигатель, позже названный Locomotion , доставил 450 человек за 25 миль от Дарлингтона до Стоктона со скоростью 15 миль в час. Это была первая в мире поездка на общественном пассажирском паровозе. К 1830 году новый локомотив Стивенсона, Rocket , который мог развивать скорость 36 миль в час, работал на Ливерпульско-Манчестерской железной дороге в Ланкашире вместе с другими «железными конями», построенными на заводе, который он теперь открыл в Ньюкасле.Началась эпоха железных дорог, и Джордж Стефенсон был ее руководителем.

История парового двигателя

Джеймс Ватт, отец современного парового двигателя

Джеймс Ватт был шотландским изобретателем, инженером-механиком и химиком, наиболее известным своей работой над первым в мире современным паровым двигателем. Он будет модифицировать паровой двигатель Ньюкомена, чтобы повысить его эффективность за счет своего творческого мышления и научных знаний о конструкции инструментов. Работа Джеймса над паровым двигателем окажется значительным вкладом в мир и в немалой степени поможет привести в действие промышленную революцию как дома, в Великобритании, так и во всем остальном мире.

Джеймс сначала занялся бы строительными инструментами в Университете Глазго. Там он заинтересовался паровыми двигателями. Он быстро понял, что существующие паровые машины тратят энергию на многократное охлаждение и повторный нагрев цилиндра. Чтобы решить эту проблему, он внес простое, но значительное улучшение конструкции. Отдельный конденсатор. Это избавило от необходимости тратить энергию и радикально повысило мощность, эффективность и рентабельность паровых двигателей.

Джеймс Ватт с годами постепенно улучшал конструкцию двигателя. Он добавил вращательное движение и расширил область применения двигателей, не ограничиваясь просто перекачкой воды. Ватт пытался коммерциализировать свое изобретение, но столкнулся со многими финансовыми неудачами. Так было до тех пор, пока он не вступил в партнерство с Мэтью Бултоном в 1775 . Пара создаст новую компанию Boulton and Watt, которая в конечном итоге станет очень успешной. Ватт со временем стал очень богатым человеком.

На пенсии Ватт продолжал возиться. Он разработал несколько новых изобретений, но ни одно из них не было столь значительным, как паровая машина. Позже он умрет в преклонном возрасте 83 лет.

Ранние годы

Джеймс Ватт родился 19 января 1736 года года в Гриноке, Ренфрюшир, Шотландия. Его отец был казначеем и магистратом Гринока. Он также вел успешный бизнес по строительству судов и домов.

Его мать, Агнес Мюрхед, происходила из знатной семьи и имела хорошее образование. Оба его родителя были пресвитерианами и сильными заветниками. Дед Ватта, Томас Ватт, на самом деле был учителем математики и замком барона Картсберна. Что интересно, учитывая тот факт, что его воспитывали религиозные родители, позже он стал деистом.

Детство Джеймса страдали от зубной боли и мигрени. Из-за этого заболевания он не мог регулярно посещать школу.Благодаря этому, Джеймс изначально учился дома у своих родителей. Его мать учила Джеймса читать, а отец учил его арифметике и письму. Позже он посещал гимназию, где изучал латынь, греческий язык и математику.

Джеймс Ватт покажет высокий уровень ловкости рук, инженерных навыков и способности к математике. Другие предметы, такие как латынь и греческий, его не очень интересовали.

Важной частью образования Джеймса были мастерские его отца.Здесь Джеймс работал со своими инструментами, верстаком и даже кузницей. Он проводил время в мастерских, делая модели, такие как подъемные краны и шарнирные органы. Он быстро освоился и с корабельными приборами.

Время, проведенное в мастерских отца, помогло ему быстро решить, чем он хочет заниматься в своей жизни, по крайней мере, сначала. В подростковом возрасте его отец потерял наследство из-за коммерческих катастроф и смерти матери.

Джеймс выбирает свою судьбу

В 17 лет Джеймс решил стать мастером математических инструментов.Джеймс Ватт сначала переехал в Глазго, где одна из родственников его матери читала лекции в университете. Джеймс также встретится с Робертом Диком в Глазго. Дик призвал Ватта овладеть навыками изготовления инструментов, переехав в Лондон и работая подмастерьем. Джеймс последовал этому совету и в 1755 годах переехал в Лондон, найдя готового учителя учить его.

Этим добровольным хозяином был некто Джон Морган. Он был производителем инструментов, который согласился взять его на работу, но с небольшой оплатой.Джеймс в конечном итоге будет работать долгие часы непрерывно в холодной мастерской. Из-за этого его здоровье ухудшилось.

Его способности превосходили других учеников Джона, и он смог завершить свое пребывание в должности за один год, который обычно продлевался до семи лет. Здоровье Джеймса ухудшилось в течение года, но он выучил достаточно, чтобы «работать так же хорошо, как и большинство подмастерьев». После этого Джеймс снова вернулся в Глазго.

Поскольку Джеймс не прошел официального семилетнего ученичества, Гильдия Хаммермана в Глазго (организация, которая имела юрисдикцию над ремесленником, использующим молоток) заблокировала его заявку, несмотря на то, что в то время в Шотландии не было производителей математических инструментов.

Ситуации Ватта помогло прибытие с Ямайки астрономических инструментов, которые были завещаны Университету Глазго. Эти инструменты требовали внимания специалистов. Ватт сумел привести их в рабочее состояние и был соответствующим образом вознагражден. Эти инструменты в конечном итоге были установлены в обсерватории Макфарлейн. Благодаря его отличной работе с инструментами три профессора предложили ему создать небольшую мастерскую в университете.

Открытие магазина

Это было начато в 1757 . Здесь он делал и продавал математические инструменты, такие как квадранты, компасы и весы. Он также помогал с демонстрациями. Находясь в университетском городке, Джеймс познакомился со многими учеными и, в частности, подружился с британским химиком и физиком Джозефом Блэком.

Позже Джозеф разработал концепцию скрытого тепла. Джеймс также подружился со знаменитым Адамом Смитом.

В 1758 Джеймс познакомился с Джоном Крейгом, местным бизнесменом и архитектором.Они сформировали партнерство, которое позволило Джеймсу открыть еще один магазин в Глазго по продаже музыкальных инструментов и игрушек. Это партнерство длилось шесть лет, и в итоге пара наняла до шестнадцати рабочих. Крейг, к сожалению, умер в 1765 . Один из их сотрудников, Алекс Гарднер, в конечном итоге взял на себя дело, которое продолжалось и в ХХ веке.

В 1764 он женился на своей кузине Маргарет Миллер, которая, прежде чем она умерла девять лет спустя при родах, родила ему шестерых детей.

Двигатель Джеймса

В 1764 Джеймс обнаружил, что ремонтирует модель парового двигателя Ньюкомена. Ватт быстро осознал, насколько неэффективной была эта конструкция, на которую тратилось много пара. Джеймс решил побороться с дизайном, чтобы повысить его эффективность. В 1765 он наконец нашел решение.

Двигатель Ньюкомена использовался почти 50 лет для откачки воды из шахт. Его дизайн за это время практически не изменился.

Идея Джеймса заключалась в том, чтобы снабдить двигатель отдельным конденсатором. Это должно было стать его первым и величайшим изобретением. Ватт заметил, что проблема парового двигателя Ньюкомена заключалась в потере скрытого тепла. В то время понимание паровой машины находилось в очень примитивном состоянии. Наука термодинамика не будет формализована еще как минимум 100 лет.

Джеймсу удалось отремонтировать модель, но она почти не работала.Он продолжил эксперименты с ним и обнаружил, что около трех четвертей тепловой энергии двигателя расходуется на нагрев цилиндра двигателя в каждом цикле. Эта энергия была потрачена впустую, потому что позже в цикле холодная вода была впрыснута в цилиндр для конденсации пара и снижения его давления. Таким образом, при многократном нагревании и охлаждении цилиндра двигатель тратит большую часть своей тепловой энергии, а не превращает ее в механическую энергию.

По мнению Джеймса, потеря скрытого тепла была серьезным дефектом двигателя Ньюкомена.В решении Ватта конденсация должна происходить в камере, отличной от главного цилиндра, но связанной с ним.

Джеймс натолкнулся на идею

В 1765 Ватта поразило вдохновение. Он понял, что пар должен конденсироваться в отдельном цилиндре, кроме поршня. Джеймс также понял, что двигателю необходимо поддерживать температуру цилиндра на уровне впрыскиваемого пара, окружая его «паровой рубашкой».»

Это будет означать, что очень мало энергии поглощается цилиндром каждый раз, когда он работает. Это значительно увеличивает доступность энергии для выполнения полезной работы.

Позже Джеймс встретится с британским врачом, химиком и изобретателем. Джон Робак. Джон был основателем Carron Works, и именно он вдохновил Джеймса на создание собственного двигателя. Джеймс Ватт и Джон вместе вступили в партнерство после того, как он сделал небольшой испытательный двигатель. Его прототип стал возможным благодаря некоторым ссуды от Джозефа Блэка.

Робак в то время жил в Kinneil House, Bo’ness, и Ватт работал над усовершенствованием двигателя в небольшом коттедже, примыкающем к дому. Оболочка коттеджа и большая часть одного из его экспериментов существуют и сегодня.

Разработка двигателя остановилась из-за сложности обработки поршня и цилиндра для его двигателя.Мастера-металлисты в то время были больше похожи на кузнецов, чем на современных машинистов. Поэтому они не могли производить компоненты с достаточно высокой точностью.

В следующем году Ватт получил знаменитый патент на «Новый изобретенный метод уменьшения расхода пара и топлива в пожарных машинах». Это было достигнуто за счет больших затрат капитала.

Джеймс получает работу

Джеймс Ватт испытывает нехватку денег. Это заставило его искать работу. В 1766 Ватт стал землемером.Следующие восемь лет его жизни были потрачены на разметку маршрутов каналов в Шотландии. Эта работа сильно отнимала его время, и его работа над новым паровым двигателем была серьезно задержана.

Его партнер Робак, к сожалению, обанкротился бы в 1772 . Английский производитель и инженер Мэтью Бултон, который также был производителем Soho Works в Бирмингеме, приобрел доли Roebuck в патенте Watt. После восьми лет землеустройства Джеймс был утомлен этой задачей. Отчасти благодаря новому партнерству с Боултоном, Джеймс переехал в Бирмингем в 1774 .

Его партнерство с Боултоном предоставило Джеймсу доступ к одним из лучших металлургов мира. Это очень помогло в производстве деталей с достаточной точностью, необходимой для его двигателя.

Двигатель Джеймса Ватта сразу же стал хитом

Патент Джеймса Ватта был продлен британским парламентом в 1775 . В том же году Бултон и Ватт установят более официальное партнерство, которое продлится более 25 лет.Финансовая поддержка, которую оказал Болтон, позволила быстро развить двигатель Ватта. Настолько быстро, что к 1776 два двигателя были установлены и полностью исправны.

Один двигатель был доставлен и установлен для перекачки воды на Стаффордширской шахте. Другой использовался для продувки воздухом печей в кузницах Джона Уилкинсона. В 1776 Джеймс снова женится на своей новой жене Энн МакГрегор. Она родила ему еще двоих детей.

В течение следующих пяти лет, вплоть до 1781, Джеймс Ватт будет проводить длительные периоды времени в Корнуолле.Здесь он установил и руководил многочисленными насосными двигателями для прибыльных медных и оловянных рудников этого района. Двигатель Джеймса стал очень востребованным, так как руководители шахт искали способы снизить затраты, в том числе на топливо.

Производство по франчайзингу

Первые двигатели Джеймса Ватта не производились напрямую компанией Boulton and Watt. Скорее, они получили лицензию на изготовление другими по чертежам и планам, сделанным Ваттом. Джеймс часто требовался в качестве инженера-консультанта для их производства.Первоначально за сборкой двигателя и его разборкой руководил лично Ватт. Позже другими мужчинами, работающими в их фирме.

Эти ранние машины были довольно большими. Один из первых, например, имел цилиндр диаметром 127 см и высотой 7 метров . Их требовалось собрать в специально отведенном для этого здании. Бултон и Ватт взимали ежегодную плату за машины. Это было установлено как 1/3 стоимости сэкономленного угля по сравнению с существующим двигателем Ньюкомена, выполняющим ту же работу.

Ватт при всей своей научной и инженерной хватке не был бизнесменом. Он был вынужден вести активную торговлю, чтобы получить адекватные гонорары за свои двигатели. Несмотря на это, к 1780 Джеймс был в довольно хорошем финансовом положении. Однако его партнеру Бултону было трудно привлечь капитал. В следующем году Boulton увидел, что новый рынок открылся в кукурузной, солодовой и хлопковой промышленности.

Бултон видит новые возможности

Бултон убедил Джеймса Ватта изобрести некоторую форму вращательного движения для своих паровых двигателей.Идея заключалась в замене возвратно-поступательного действия оригинала. В 1781 он именно это и сделал. Его так называемая солнечно-планетарная передача обеспечивала движение, с помощью которого вал производил два оборота за каждый цикл двигателя.

В 1782 Джеймс был в ударе. Он изобрел и запатентовал двигатель двойного действия. У этого двигателя был поршень, который толкал, а не тянул.Двигатель потребовал нового способа жесткого соединения поршня с балкой.

Его решение было разработано в 1784 , когда он изобрел параллельное движение. Это расположение шатунов, которые направляли шток поршня в перпендикулярном движении, которое он описал как «один из самых гениальных и простых механизмов, которые я придумал». Позже Боултон предположил необходимость центробежного регулятора для автоматического управления скоростью двигателя. Ватт учел его предложения и успешно применял их в 1788 .К 1790 он также изобрел и добавил манометр. Это практически завершило то, что мы знаем сегодня как Watt Engine.

Более поздние годы

На его двигатель быстро хлынули заказы от бумажных фабрик, мукомольных заводов, хлопчатобумажных фабрик, металлургических заводов, винокурен, каналов и водопроводных станций. На самом деле так много, что к 1790 Ватт стал богатым человеком. На сегодняшний день он получил около фунтов стерлингов 76000 гонорара за свои патенты за предыдущие 11 лет .Однако его более поздние годы не были полностью поглощены его паровыми двигателями.

Джеймс Ватт был членом Лунного общества в Бирмингеме. Это была группа писателей и ученых, желавших продвинуть вперед науку и искусство. Ватт также проводил время, экспериментируя с прочностью материалов. Джеймс также часто участвовал в судебных разбирательствах по защите своих патентов.

В 1785 Ватт и Бултон были избраны членами Лондонского королевского общества.Он также начал проводить время в отпуске. Он даже купил поместье в Долдовлоде, Рэдноршир. К 1795 году Ватта начали потихоньку уходить из бизнеса. К 1880 год Джеймс быстро приближался к пенсионному возрасту. 1880 год также оказался годом, когда его патенты и партнерство начали истекать.

Watt основал новую фирму в 1794 , Boulton and Watt. Это предприятие построило Soho Foundry, чтобы производить паровые двигатели более конкурентоспособно.Примерно в это же время у сына Ватта от первого брака, Джеймса, начались проблемы.

Семейные проблемы

Джеймс Ватт-младший был молодым сторонником Французской революции. В парламенте его открыто критиковали за то, что в 1792, он представил обращение Манчестерского конституционного общества к Société des Amis de la конституции (Якобинский клуб) в Париже.

Долгая пенсия Ватта позже была омрачена внезапной смертью другого сына от второго брака, Грегори.Он также переживет многих своих старых и самых близких друзей. Несмотря на это, Джеймс побывал в Шотландии, Франции и Германии, когда был подписан Амьенский договор в 1802 .

Джеймс Ватт продолжил свою работу на чердаке своего дома. Здесь он построил и оборудовал ее как небольшую мастерскую. Джеймс продолжал возиться и изобретать и фактически разработал скульптурную машину, с помощью которой он воспроизводил оригинальные бюсты и фигуры для друзей.

Джеймс также работал консультантом в компании Glasgow Water Company.Достижения Ватта получили широкое признание при его жизни. Он стал доктором права Университета Глазго в 1806 и иностранным сотрудником Французской академии наук в 1814 и получил титул баронета, от которого он отказался.

Смерть и наследство

Джеймс Ватт умер 25 августа 1819 года. Ему было 83 года.

Паровая машина Джеймса Ватта была поистине революционной разработкой и, возможно, ключом к промышленной революции.Его машина стала невероятно популярной и была установлена ​​на многих предприятиях по всей Великобритании. Его вклад в науку и технику был настолько велик, что в его честь была названа единица мощности — Ватт.

Ватт, если вы не знаете, — это единица СИ, равная одному Джоуля работы, выполняемой в секунду. Это равняется примерно 1/746 лошадиных сил (для механических и электрических лошадиных сил). Некоторые ученые также утверждают, что изобретение его параллельного движения (или двигателя двойного действия) в 1784 должно означать начало неоднозначной эпохи антропоцена.Это пока неофициальный интервал геологического времени.

В мае 2009 года Банк Англии объявил, что Болтон и Ватт появятся на новой банкноте £ 50 . Этот дизайн является первым изображением двойного портрета на любой банкноте Банка Англии. На этом изображении изображены двое мужчин, стоящих бок о бок, рядом с изображениями парового двигателя Ватта и работ Бултона в Сохо.Цитаты, приписываемые каждому из мужчин, написаны на записке: «Я продаю здесь, сэр, то, что весь мир желает иметь — СИЛУ» (Бултон) и «Я не могу думать ни о чем другом, кроме этой машины» (Ватт).

В 2011 Джеймс Ватт был также одним из семи инаугурационных членов Зала славы инженеров Шотландии.

Эпоха изобретений: Испанский двигатель — Антон Хоус

Добро пожаловать в мой еженедельный информационный бюллетень «Эпоха изобретений» о причинах Британской промышленной революции и истории инноваций.Вы можете подписаться здесь:

Пару недель назад, когда я поделился своим постом об изобретении парового двигателя, я заметил, что несколько человек в социальных сетях ответили, что паровой двигатель на самом деле был изобретен в Испании — почти за сто лет до того, как Ньюкомен возился со своими двигателями в Корнуолле в 1700-х годах. Раньше я не слышал об этом заявлении, поэтому решил изучить его.

Испанский истец, о котором идет речь, — некий Херонимо де Аянц-и-Бомонт, аристократ конца шестнадцатого века и военный инженер из Наварры, который с 1597 года служил администратором королевских рудников и изобрел целый ряд устройств, начиная с водолазное оборудование и системы вентиляции шахт, различные улучшения мельниц, насосов и печей.Благодаря работе историка и инженера Николаса Гарсиа Тапиа, биография Аянца которого вышла в 2010 году, мы теперь довольно много знаем об этом интересном изобретателе. Работа была опубликована на испанском языке и, что вполне понятно, широко освещалась в испанской прессе. Так что, хотя имя Аянца еще не стало нарицательным в Испании, теперь он, кажется, довольно хорошо известен местной бригаде «на самом деле» (теневое международное движение, в котором я, к раздражению большинства людей, долгое время) -обслуживающий член).«Томас Ньюкомен / Томас Савери изобрели паровой двигатель, как вы говорите? На самом деле, я думаю, вы обнаружите, что это был Аянц столетием раньше »- я быстро погуглил и обнаружил, что на этот счет есть сотни комментариев.

Но на самом деле история немного сложнее. Дьявол, как всегда, кроется в деталях, и, к сожалению, заявления press о технологии стали широко и ошибочно повторяться, явно игнорируя тщательную историческую работу Тапиа.Я даже заметил недавно опубликованную энциклопедию изобретений, в которой повторялись ошибки.

Так что же именно изобрел Аянз? Ключевым фактом является то, что в 1606 году он получил от короля Испании 20-летнюю монополию на использование более пятидесяти различных изобретений, в том числе двух паровых устройств. Один из них был связан с избавлением от смертоносных минных газов, которые убили одного из его друзей и сотрудников, а также чуть не убили Аянза. Его решением был паровой инжектор — по сути, паровой котел с торчащей из него сужающейся трубкой, которая впрыскивала пар в большую воздушную трубу.Сжатый пар, поднимаясь в воздуховод, создавал за собой мощный всасывающий эффект, быстро вытягивая смертоносные газы из шахты. (Немного как в начале этого видео).

Это было второе устройство с паровой тягой, которое стало известно как паровая машина Аянца. Так же, как изобретения Томаса Савери и Томаса Ньюкомена примерно столетие спустя, он был разработан для откачки воды из шахт. Аянц сформировал партнерство в 1608-11 годах, чтобы вновь открыть серебряные рудники Гуадалканала в Испании, которые были заброшены из-за наводнения, и, похоже, пытался внедрить там двигатель: он получил права рубить близлежащие деревья, например, на дрова. , и добывал поблизости медь, которая была необходима для изготовления котлов и труб.Что касается того, действительно ли он заработал, мы не знаем наверняка. К сожалению, он умер всего через несколько лет после начала проекта.

Но дьявольская деталь в — как работал его двигатель . В частности, все увеличивающиеся ошибки, похоже, возникли из-за неправильного толкования прессой заявления Тапиа о том, что двигатель был «очень похож» на двигатель Томаса Савери. Несомненно, есть некоторые важные сходства. Оба двигателя, например, использовали расширяющуюся силу пара.В обоих случаях пар из котла подавался в резервуар для воды, заставляя эту воду подниматься по узкой трубе — то, что мы могли бы назвать эффектом , выталкивающим . И оба двигателя использовали два бака, которые чередовались, чтобы двигатель работал непрерывно. Пока один резервуар наполнялся шахтной водой, в другом воду должен был выталкивать пар, и тогда наоборот. Все идет нормально. Действительно, из-за двух резервуаров для воды чертежи устройств Аянца и Савери выглядят очень похожими рядом.

Но на этом сходство заканчивается (что Тапиа на самом деле проясняет, если люди внимательно его читали).Как я упоминал несколько недель назад, паровые машины, изобретенные Савери, а затем Ньюкоменом в 1690-х и 1700-х годах, в основном использовали наблюдение, что воздух имеет вес — основная сила прилагалась не за счет толкания самого пара, а за счет пар в резервуаре окунается в холодную воду, что приводит к его быстрой конденсации. Получающийся в результате частичный вакуум означал, что реальную подъемную работу выполнял вес воздуха — атмосферное давление. Вместо того, чтобы использовать горячий пар для толкания, эти двигатели использовали его конденсацию для всасывания .

Для Newcomen этот тянущий эффект происходил под поршнем в цилиндре, когда поршень перемещал луч вверх и вниз, который, в свою очередь, работал насосом на всем протяжении шахты. Но двигатель Савери использовал всасывающий эффект для непосредственной откачки шахты. (Кстати, движок Savery, кажется, очень плохо понимается публикой, особенно по сравнению с движком Newcomen. Интересно, способствовало ли это непониманию относительных достижений Ayanz и Savery. Есть несколько видеороликов Youtube, которые утверждают, что показывают, как Savery движок работает, но почти все они совершенно неправильные.Это единственное точное, что я смог найти.) Двигатели Savery должны были быть размещены на внутри самой шахты , и в них не использовались какие-либо поршни. Вместо этого пар будет поступать в резервуар, который затем окунается в холодную воду. Образовавшаяся конденсация означала, что сама шахтная вода всасывалась в резервуар, и только тогда, как в двигателе Аянца, пар снова попадал в резервуар, чтобы вытолкнуть воду из шахты по тонкой трубе.

Таким образом, Savery использовала тянущую силу пара и , при этом в один из резервуаров поступал пар, в то время как другой конденсировался.С другой стороны, машина Аянза использовала только толчок. В машине Ayanz резервуары получали воду только в том случае, если они находились на ниже уровня сливаемой шахтной воды, а не посредством какого-либо всасывания. Savery, напротив, мог засасывать воду в резервуары на высоту до 8 метров. Действительно, Тапиа недвусмысленно понимает это различие. Он пишет, что Аянц «не рассматривал возможность использования дополнительного источника давления — атмосферы».

И он не мог этого сделать, потому что Аянц возился с паровыми устройствами за несколько десятилетий до того, как атмосферное давление было достаточно изучено. Это очень ясный пример того, как отсутствие науки ограничивало технологические возможности. Более того, даже машина Savery, несмотря на ее большую сложность, оказалась технологическим тупиком. Одно время его использовали для водоснабжения Лондона, для перекачки воды из Темзы, но без особого успеха. А в шахтах это было невозможно из-за физических ограничений, на которые он мог поднять воду.Эффект всасывания был ограничен весом воздуха — отсюда достижимый максимум — около 8 метров — а толкающий эффект имел множество других проблем. Для увеличения толкающей силы пара требовался один из двух методов: либо увеличение его давления, либо, как пытался Аянц, установка цепочки резервуаров с водой на разных этажах, один наполняющий следующий, но каждый толкался одним и тем же низким давлением. Однако оба метода были совершенно непрактичными, по крайней мере, в то время. Повышение давления обычно приводило к деформации и разрыву труб и котлов, в то время как метод Аянца требовал огромного количества топлива для производства достаточного количества пара.Savery надеялся установить несколько двигателей на разных этапах рудника, один перекачивает следующий, но это также было бы невероятно дорогостоящим с точки зрения топлива и технического обслуживания (не говоря уже об опасностях, поскольку так много двигателей находится под землей).

В конечном итоге Newcomen добился прорыва, применив науку о вакууме гораздо более элегантным и практичным способом, чем Savery, но по крайней мере Savery был на правильном пути. У него было преимущество понимания природы воздуха, в то время как Аянц, будучи слишком рано, не мог этого сделать.Аянц, возможно, изобрел паровой двигатель, но не он изобрел атмосферный двигатель.

Если вам нравится мой информационный бюллетень, возможно, вас заинтересует моя новая книга « Искусство и умы: как Королевское общество искусств изменило нацию».