Важное открытие

Со времен Древнего Египта и до конца XVII в. единственной альтернативой мышечной силе животных и людей была энергия ветра и воды. Изобретение паровой машины привело к промышленному перевороту XVIII в. Первые паровые машины начали создавать в 1690-х гг., а кульминацией стал 1765 г., когда за дело взялся Джеймс Уатт.

Ранние паровые машины использовали для производства энергии не пар, а воздух, поэтому правильнее называть их атмосферными. Первое такое устройство было изобретено французским физиком Дени Папеном, работавшим в Англии. Нижняя часть вертикального цилиндра с открытым концом и плотно пригнанным поршнем заполнялась водой. Под дном цилиндра разводился огонь, заставляя воду кипеть и превращаться в пар. Давление пара поднимало поршень, который оставался наверху до тех пор, пока цилиндр не остывал. Пар конденсировался, превращаясь в воду и создавая в цилиндре частичный вакуум. Потом поршень опускался под действием атмосферного давления на его верхний конец. Трос, прикрепленный к поршню и перекинутый через шкив, можно было использовать для подъема груза.

Похожее устройство запатентовал в 1698 г. английский горный инженер Томас Севери, превративший атмосферную машину в паровой насос. Он не имел ни поршня, ни других движущихся частей, только вручную управлявшиеся клапаны, которые обеспечивали непрерывность действия. Пар из котла проходил в рабочую камеру, в которую впрыскивали холодную воду, чтобы пар сконденсировать. Частичный вакуум, создававшийся в результате, поднимал воду в камеру через односторонний клапан. Затем пар поступал снова и вытеснял воду через другой односторонний клапан.

В 1712 г. другой английский инженер Томас Ньюкомен совместил идеи Папена и достижения Севери и усовершенствовал эту машину, использовав давление пара для работы поршня. Видя работу этой машины, люди чаще называли машины Ныокомена балансирными или коромысловыми двигателями.

Скоро угольные шахты стали использовать первые паровые машины для откачки воды из нижних горизонтов.

Ньюкомен не смог получить патент на свое изобретение, потому что принцип его устройства был слишком похож на принцип насоса Севери, поэтому авторы стали партнерами.

Новый этап использования энергии пара начался в 1764 г., когда шотландского инженера Джеймса Уатта попросили отремонтировать модель машины Ныокомена. Он понял, как много энергии тратится попусту во время нагрева и остывания цилиндра. В 1766 г. у него возникла идея добавить к машине отдельный внешний конденсатор. Кроме того, Уатт решил заставить пар высокого давления поднимать поршень, а пар низкого давления, проходящий с другой стороны, опускать его. Этот принцип двойного действия сильно повысил эффективность машины. Следующим усовершенствованием стало повышение давления пара в машине. Для этого пришлось дождаться усовершенствованных цилиндров с лучше пригнанными поршнями и прочных котлов, способных выдержать высокое давление пара. Они стали доступными в 1800 г., когда истек срок действия патента Уатта. В следующем году английский изобретатель Ричард Тревитик начал строить машины двойного действия, производящие высокое давление пара. Он удалил отдельный конденсатор и использовал лишний пар для предварительного нагрева воды, поступавшей в котел. За четыре года Тревитик построил почти 50 машин, которые использовались главным образом на шахтах сначала в разных частях Британии, а потом в Перу и других странах Южной Америки.

Эта огромная паровая машина Ньюкомена была установлена на водопроводной станции в Лондоне в 1730 г. Она качала воду из Темзы в городской водопровод.