Михаил Лесников - Джемс Уатт

Поистине знаменательный воскресный апрельский день! Подобно прорвавшему плотину потоку, хлынули новые мысли и все новые и новые изменения в ньюкомэновской машине.

Они явились как необходимое следствие этого нового, только-что открытого принципа производить конденсацию пара не в рабочем цилиндре, а в oтдельном резервуаре.

«В ньюкомэновской машине, — говорит Уатт, — непроницаемость поршня достигается наливанием поверх него слоя воды. Теперь этот способ был неприменим, так как если бы часть воды проникла в разреженный, но горячий цилиндр, то она закипела бы и этим самым воспрепятствовала образованию вакуума, а также она охладила бы цилиндр вследствие своего испарения при опускании поршня. В качестве средства против этого я предполагал применить воск, сало или какой-нибудь другой жир для смазки и прочного прилегания поршня. Далее мне пришло в голову, что так как один конец цилиндра открыт, то воздух, входящий в него и действующий на поршень, будет охлаждать цилиндр и при вторичном наполнении цилиндра паром конденсировать часть его. Я поэтому решил закрыть цилиндр плотной крышкой с отверстием в ней и сальником, через который скользил бы шток поршня, и пускать пар над поршнем, чтобы действовать на него вместо атмосферного воздуха. Пропускание штока поршня через сальник было новым в паровой машине, так как оно было не нужно в ньюкомэновской машине, ибо нерабочий конец цилиндра был открыт, а шток поршня имел квадратное сечение и очень неуклюж. Оставался еще источник расхода пара, а именно: охлаждение стенок цилиндра наружным воздухом, что вызывало бы внутреннюю конденсацию всякий раз, как пар входил в цилиндр, и эта конденсация повторялась бы при каждом ходе поршня. Этого я думал избегнуть при помощи наружного цилиндра, содержащего пар и окруженного Другим из дерева или какого-нибудь другого материала, который медленно пропускает тепло».

Все это пришло в голову «в несколько часов» в тот же день или, может быть, на другой день. Эти новые мысли совершенно захватили Уатта, он страшно торопился проверить их. Первая модель, даже не модель, а просто прибор для проверки их был сделан наскоро, в один или два дня, из материалов, которые попались под руку. Цилиндром послужила позаимствованная у приятеля (может быть, у Блэка) большая медная спринцовка, около 2 дюймов диаметром и около фута в длину. «Оба конца ее были закрыты оловянными пластинками, приделана трубка для подвода пара из котла к ее обеим концам, а, кроме того, от верхнего конца пар по трубке отводился в конденсатор. (Для простоты конструкции у Уатта в приборе рабочим движением поршня было движение вверх — М. Л.). Шток поршня был просверлен вдоль, и в нижнем конце устроен кран для выпуска воды, образовавшейся при первом впуске пара. Конденсатор состоял из двух трубок из тонкой жести, длиной в 10 или 12 дюймов и диаметром около 1/6 дюйма. Они были вставлены перпендикулярно и сообщались внизу с короткой горизонтальной трубкой большего диаметра, имеющей на верхней стороне отверстие, закрывающееся клапаном, который открывался наверх Эти трубки сверху также соединялись с другой трубкой, диаметром примерно в дюйм, которая служила для воздушного и водяного насосов. И эти трубки, и насос были помещены в небольшой сосуд, наполненный холодной водой. Эта конструкция конденсатора была применена из того соображения, что теплота проникает очень быстро через тонкие металлические пластинки и, полагая, что так как в него не будет впрыскиваться вода, то придется выкачивать только ту воду, которая образовалась от конденсации пара, и воздух, вошедший вместе с паром или просочившийся сквозь щели. Паропровод был соединен с небольшим котлом. Когда образовался пар, то он был пущен в цилиндр и скоро начал выходить через отверстие в штоке поршня и через клапан конденсатора. Когда можно было думать, что весь воздух вытеснен, то паровой кран был закрыт и шток поршня воздушного насоса вытянут, что вызвало разрежение в маленьких трубках конденсатора. Пар поступил в него и сконденсировался. Тотчас же поршень цилиндра поднялся и поднял груз около 18 фунтов, который был подвешен к нижнему концу штока. Выпускной кран был закрыт, пар снова пущен в цилиндр, и вся операция снова повторена. Количество израсходованного пара и груз, который он мог поднять, были записаны».

Одна из первых моделей Уатта, хранящаяся в Кенсингстонском музее в Лондоне (фотография и схема).

А — цилиндр; В — поршень; С — шток с крюком для подвешивания груза; D — наружный цилиндр (кожух); Е и G — паровпускные отверстия; F — трубка, соединяющая цилиндр с конденсатором; К — конденсатор; Р — насос; R — резервуар; V — клапан для выхода воздуха, вытесняемого паром; К, Р, R — заполнены водой. Пар впускается через G в пространство между А и D и через Е в цилиндр А. При небольшом подъеме поршня в цилиндре насоса Р (поршень не изображен на рисунке) уровень воды в К понижается и пар из А переходит в К и тут осаждается. В А получается разрежение, и пар, находящийся между А и D, давит на поршень В и поднимает его вместе с подвешенным к нему грузом.

Все это, по словам Уатта, было сделано в один-два дня, и уже 29 апреля Уатт писал своему приятелю, доктору Джемсу Линду, в Эдинбург.

«Я определил следующие данные: количество получаемого пара, наибольшую мощность рычажной машины, количество пара, поглощаемое холодом ее цилиндра, количество пара, конденсирующегося в моей машине, и полагаю, что, если тут нет какой-нибудь ловушки, то моя машина должна подымать воду на 44 фута с тем же количеством пара, с каким их машина (т. е. обыкновенная машина Ньюкомэна. — М. Л.) поднимает на 32 фута, это я смогу вполне показать».

Вся эта работа была произведена действительно очень быстро, за время случайной двухнедельной отлучки Робисона. Когда весной 1765 года он уезжал на каникулы в деревню, Уатт еще бился над решением проблемы, а когда через две недели Робисон вернулся в город и зашел поговорить со своим приятелем Джеми о пришедших ему в голову соображениях насчет паровой машины, Уатт встретил его очень сурово; «Не путайся, парень, не в свое дело», — вот что услышал Робисон от своего друга, который вообще держал себя очень странно и, как это заметил Робисон, подтолкнул под стол какой-то жестяной предмет, как-будто желая его скрыть от любопытствующих взглядов непрошенного гостя.

Бедный Робисон! Он все время до сих пор помогал Уатту, разыскивая для него литературу, может быть, помогал ему и в подсчетах, а теперь он оказался за флагом: его даже не посвятили в тайну только-что сделанного открытия. О нем Робисон узнал из третьих рук, от одного общего знакомого, который рассказал о новой выдумке Джеми. Только из его слов Робисон понял, что Уатт придумал отдельный резервуар для осаждения пара, погруженный в холодную воду с насосом для откачки, что он никак не может добиться плотного прилегания поршня и что вместо атмосферного давления в его приборе действует пар.