Машина-двигатель От водяного колеса до атомного двигателя

Потом всё то же самое повторится в обратном направлении — шкив повернется вправо. И так попеременно — то вправо, то влево — будет качаться шкив. Вместе со шкивом будет вправо и влево качаться вал, а от вала это движение можно передать цепью на другой шкив и на другой вал. От этого другого вала можно по очереди качать то правый, то левый воздуходувный мех.
Вот и выходит, что машина обеспечивает непрерывную работу вала… Правда, пока еще нет непрерывного вращения, которое нужно, скажем, мельнице, но есть непрерывное качание, которое нужно воздуходувным мехам, насосам и другим подобным механизмам.
И снова у вас, наверно, возникает желание сравнить машину Ползунова с двумя машинами Ньюкомена. «А ведь можно же качать каждый мех в отдельности двумя одноцилиндровыми атмосферными машинами?» — думаете, очевидно, вы.
Можно, но Ползунов не виноват в том, что в его время на Барнаульском заводе основные механизмы (90 %) требовали качательных движений; вот почему свою машину непрерывного действия он тоже приспособил для качания. Дело не в том, как движется рабочий вал, а в том, что он имеет только рабочие движения, которые непрерывно следуют одно за другим. А вращательное движение, если бы в этом была необходимость, Ползунов мог бы получить путем несложных приспособлений, которыми уже пользовались при обратном превращении, когда хотели вращение водяного колеса перевести в качание. О таких механизмах Ползунов, конечно, знал.
 Здесь показан принцип действия цилиндров паровой машины непрерывного действия, предложенной Ползуновым. 
На первый взгляд, работа цилиндров Ползунова похожа на работу цилиндра атмосферной машины, но, если вдуматься, — здесь разница огромная.
В атмосферной машине рабочий ход происходит за счет давления окружающего воздуха. А как происходит рабочий ход в машине Ползунова?
Допустим, что поршни представляют собой две чаши весов. Если мы создадим разрежение под обоими поршнями сразу, — пойдет ли хоть один поршень вниз под давлением воздуха? Нет, не пойдет. Нам надо один из поршней поднимать паром, — тогда другой будет опускаться. Значит, здесь рабочий ход невозможен, если не будет в противоположном цилиндре работать пар. Вот и выходит, что, при условии соединения тяг от поршней на общий вал, цилиндры уже перестают быть независимыми, усилия цилиндров складываются на этом общем вале и машина, состоящая из таких попеременно работающих и связанных цилиндров, является паровой машиной непрерывного действия.
И, стало быть, честь изобретения паровой универсальной машины принадлежит барнаульскому горному мастеру Ивану Ползунову.
Подав свою докладную записку с первым проектом машины, Ползунов долго ждал решения начальства. Лишь через девять месяцев Ползунову позволили приступить к постройке машины. И Ползунов приступил. Правда, машина, которую начал строить Ползунов, отличалась от той, что была им предложена в первом проекте. Точно не установлено, под влиянием каких обстоятельств, но Ползунову пришлось переделать проект, упростить конструкцию машины и, что самое главное, отказаться от общего вала со шкивом. Машина, которую начал строить Ползунов, имела балансиры и являлась, в сущности, двухцилиндровой атмосферной машиной. Однако постройка даже этой упрощенной машины шла не легко.
Трудно было в то время строить в России первую паровую машину, — машиностроительных заводов не было и всё приходилось делать кое-как, почти вручную. Ползунов дни и ночи отдавал своей работе, не жалея сил и здоровья. И столь напряженный труд оказался непосильным для него, — весной 1766 года он тяжело заболел и вскоре умер, не дожив всего одной недели до пробного пуска своей машины.
 Огненная машина Ползунова пошла! 
Машину испытали, она проработала в течение 43 суток, дала большую экономию заводу и вышла из строя из-за течи в котле, который был сделан только для пробы — не из чугуна, как полагалось, а из меди.
Вместо того, чтобы дальше усовершенствовать машину, вернуться вновь к первому проекту Ползунова, позаботиться о нужных материалах и заказать из них более надежные устройства, машину остановили и забросили. Правящая государственная верхушка, преклонявшаяся перед всем чужеземным, не хотела проявить заботу о дальнейшей судьбе величайшего русского изобретения.
Потом о Ползунове и совсем забыли, а машину его растащили по деталям…
Такова блестящая страница, которую вписал в историю техники выдающийся русский изобретатель Иван Ползунов, и такова печальная судьба самого изобретателя и его изобретения, — столь характерная для царской России.
  
Механик Джемс Уатт
 
Впервые построить универсальную паровую машину через 20 лет после проекта Ползунова выпало на долю английского механика Джемса Уатта.
Джемс Уатт много сделал для дальнейшего развития парового двигателя, и имя его оказалось прославленным на весь мир. Судьба английского механика, жившего в стране быстро развивающейся капиталистической промышленности, оказалась счастливее судьбы Ползунова, трудившегося в одиночку в стране крепостничества и царского гнета.
Джемс Уатт (1736–1819 гг.) был сыном корабельного мастера. В школе учился неровно, — часто болел, пропускал занятия. Восемнадцати лет он поступил работать механиком в мастерские при Глазговском университете, где его дядя был профессором. Не проходя университетского курса, но будучи от природы любознательным и способным, общаясь со студентами и профессорами, читая много книг, молодой механик быстро развивался. Со временем Уатт стал весьма образованным человеком: он владел несколькими иностранными языками, накопил много знаний в области естественных наук, философии.
Однажды — это было в 1763 году — Джемс Уатт получил задание, весьма заинтересовавшее его. В университете имелась модель машины Ньюкомена. Модель в несколько раз была меньше самой машины; на ней полагалось объяснять студентам работу и устройство настоящего двигателя. Однако, когда разводили огонь и пытались пустить пар из маленького котла в цилиндр, оказывалось, что пара не хватает для того, чтобы модель работала с нужным числом ходов поршня. Исправить модель поручили Уатту. Дефект был устранен, но еще долго возился Уатт с моделью. На ней ему очень хорошо стали заметны недостатки пароатмосферных машин.
Первое, к чему пришел Уатт после двухлетних опытов, — это к необходимости производить конденсацию пара вне цилиндра.
Действительно, цилиндр то нагревался впускаемым паром, то охлаждался впускаемой водой. Значит, каждая свежая порция пара отдавала часть тепла на прогрев цилиндра, — расходовалось лишнее топливо. Уатт предложил, для того чтобы всегда цилиндр оставался горячим, отработавший пар выпускать в специальный конденсатор, который всё время охлаждался водой с низкой температурой.
Так была создана первая паровая машина Уатта, которую он сам назвал «усовершенствованной машиной Ньюкомена». Получающаяся в такой машине экономия топлива заинтересовала предпринимателей, и вскоре была образована компания «Уатт и Болтон», которая стала выпускать новые машины и с успехом их продавать.
Другие заводы такой двигатель строить не могли, так как Уатт взял патент, то есть получил исключительное право распоряжаться своим изобретением.
Таким образом, уже с первых шагов Уатт имел деньги, чтобы продолжать свои работы.
В отличие от Ползунова, который вынужден был делать котел из медных листов, так как на чугунный не хватало денег, да и негде было его отлить, Уатт имел в своем распоряжении целый завод и вполне достаточно средств.
Продолжая дальше совершенствовать машину Ньюкомена, Уатт пришел к мысли, которая и привела его к созданию паровой машины непрерывного действия. Он решил попробовать подавать пар по очереди — то снизу поршня, то сверху — и тем самым сделать оба хода поршня рабочими без всякой помощи атмосферного давления. И, поскольку заказчики требовали непрерывного вращательного движения (в Англии к тому времени уже стали широко распространяться вращательные машины-станки), Уатту пришлось сделать то, чего не сделал, но что так же легко мог сделать Ползунов, — превратить качательное движение балансира во вращательное движение рабочего вала.