Универсальный паровой двигатель – основа промышленной революции

Но разберемся, как покорение пара приблизило человечество к созданию все более совершенных автоматов, облекающих труд людей.

В первых паровых машинах пар, по существу, не совершал непосредственной работы. Он лишь поднимал поршень в цилиндре. Затем в цилиндр впрыскивали воду. Пар, до того заполнявший ею, конденсировался в капельки воды. Давление в цилиндре снижалось, а давление внешнего воздуха заставляло поршень опускаться. При этом поршень посредством системы тяг и рычага-балансира приводил в движение поршень водяного насоса, выкачивавшего воду из шахты.

Такова была «паровая», а вернее, пароатмосферная машина, созданная английским изобретателем-слесарем и кузнецом Т. Ньюкоменом. Он первым нашел способ использования энергии горящего топлива для совершения механической работы. Это была весьма примитивная машина. Подачей в цилиндр пара и воды управлял человек. Он подбрасывал в топку уголь или дрова, доливал воду в котел, следил, чтобы котелне взорвался, и конечно, управлял движением поршня. Для того чтобы поднять поршень вверх, рабочий подавал при помощи крана пар в цилиндр. Затем этим же краном прекращал подачу пара и, открывая другой кран, направлял туда струйки воды. При этом пар под поршнем конденсировался, давление уменьшалось и внешний воздух опускал поршень, осуществляя рабочий ход машины. И нужно было нанимать все больше юношей и даже детей, которые оказывались привязанными к машинам, чтобы передвигать их краны. Они были обречены выполнять работу, не требующую физических усилий, но и не занимающую мозг. А потому более утомительную, чем тяжкий груз, пильщика досок или молотобойца, который должен точно рассчитывать свои движения и следить за результатами своей деятельности. Поиск способов совершенствованиятаких машин продолжался.

История не хранит имен тысяч неудачников или покорившихся, но помнит имя мальчика Поттера, соединившего заслонку в паропроводе и водяной кран в паровоздушной машине Ньюкомена с ее коромыслом и заставившего ее работать без своего участия.

История помнит и другого изобретателя – И.Ползунова, научившего машину самостоятельно добавлять воду в котел по мере того, как горячий пар пожирался ее ненасытной «пастью». Существенный вклад после Ньюкомена внес солдатский сын И.И. Ползунов, окончивший первую русскую горнозаводскую школу. Его машина, в отличие от ньюкоменовской, имела два поочередно работающих цилиндра, так - что их рабочие ходы следовали один за другим и машина действовала непрерывно. Балансир-рычаг, приводимый в движение поршнями, управлял положением кранов, поочередно пропускавших в цилиндры пар из котла или холодную воду для его конденсации. Специальный регулятор автоматически поддерживал уровень воды в котле. Во время ее создания Ползунов умер. Паровая машина начала работать после его смерти. Она успешно прошла испытания и затем действовала в течение 43 суток. Однако из-за течи котла машину остановили, а затем разрушили. В то время (в 1766 году) в феодально крепостнической России еще не было экономической базы для перехода от ручною труда к машинному производству. Дело, начатое Ползуновым, не встретило поддержки, не нашло продолжателей, и его труды оказались забытыми. Введенные им усовершенствования были вновь изобретены и применены в Англии.

Машины Ньюкомена и Ползунова расходовали много топлива, но производили мало работы.

Следующий шаг сделал Дж. Уатт, начавший с должности механика в университете города Глазго. Здесь он познакомился с химиком Дж. Блэком, создавшим учение о скрытой теплоте, и изучил свойства водяного пара. В 1763 году ему пришлось чинить модель машины Ньюкомена, которая служила для обучения студентов. Простой механик понял то, мимо чего проходили инженеры и ученые. Ему стало ясно, чем вызвана прожорливость машины Ньюкомена и как устранить ее недостатки.

Главным шагом вперед было решение постоянно поддерживать цилиндр горячим. Пять лет ушло на создание действующей модели новой паровой машины и на ее исследование. Патент, выданный Уатту, предусматривал теплоизоляцию цилиндра и паровую рубашку. Благодаря ей пар, омывая стенку цилиндра, поддерживал его температуру близкой к той, какая была у поступавшего в него пара. Пар, расширяясь, совершал работу. Конденсация его происходила в отдельном сосуде при температуре окружающей среды. Или же пар выходил из цилиндра непосредственно в атмосферу. Прямолинейное движение поршней преобразовывалось во вращательное движение вала.

Это было существенной новинкой, обеспечившей превращение паровой машиныв универсальный двигатель.Прежние паровоздушные машины были приспособлены только к выполнению возвратно-поступательных движений, таких, как движение водяных насосов или воздушных мехов.

Оценивая значение паровой машины и роль ее изобретателя, К Маркс писал: «Великий гений Уатта обнаруживается в том, что патент, взятый им в апреле 1784 г, давая описание паровой машины, изображает ее не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности».

Эффективность паровой машины Уатта вдвое превышала эффективность машины Ньюкомена, но не только это обеспечивало быстрое распространение паровых машин Изобретатель постепенно придумал несколько приспособлений, каждое из которых в отдельности привело к значительному улучшению машины. В частности, он изобрел золотник для автоматической подачи пара в цилиндр и заменил им отдельные краны, применявшиеся в машинах Ньюкомена и Ползунова. Уатт снабдил паровую машину маховиком, что обеспечило плавность ее вращения и сыграло важную роль при ее превращении в универсальный двигатель, способный приводить в действие станки и прокатные станы, а затем и паровозы. Решающим шагом, сделанным Уаттом, было введение в механизм паровой машины центробежного регулятора, применение которого совместно с регулятором Ползунова появился первыйпромышленный автомат, способный самостоятельно - без непосредственного участия человека - превращать тепловою энергию топлива в механическую работу. 21 год, прошел между первым знакомством Уатта с моделью машины Ньюкомена и созданием универсального двигателя, снабженного регулятором-первым автоматом-предком современных автоматов и роботов .