Ознакомление с историей развития парового двигателя Папена. Определение значения полого поршня с цилиндром, как универсального узла паровых двигателей. Изучение и анализ процесса изобретения паровой машины Ползуновым, а также ее исторической оценки.
Издавна людей привлекала идея создания машин и механизмов, однако, хотя машин становилось все больше, хотя их конструкции усложнялись, а иногда появлялись новые остроумно устроенные механизмы, они все еще не изучались и не исследовались в нашем современном понимании. Таким образом, цилиндр с поршнем в данном случае определял форму всей машины. Порох в цилиндре был заменен водой, которая при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх. Цилиндр с поршнем определяет форму всей машины. Через некоторое время другой практик, кузнец Ньюкомен, построил паровой насос, использовав для него цилиндр с поршнем, но отделил его от котла, а для передачи и преобразования движения применил балансир, известный в практике по насосам Рамелли и Бессона еще с XVI в.Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Отец его был механик, строивший и починявший разнообразные инструменты и машины от музыкальных (органы) до кранов, служивших для подымания тяжестей. Опыты Уатта над свойствами паров дают право задать вопрос: мог бы он приобрести учеными работами такую же известность, какую ему дала паровая машина. Кроме паровых машин, Уатт занимался и другими делами; но его изобретения, как копировальный пресс, теперь повсеместно употребляемый, и машина для копирования бюстов, а равно его инженерная деятельность по снятию планов, постройке каналов и улучшению разных измерительных приборов могут считаться незаметными сравнительно с его паровыми машинами. Он сделал такие значительные усовершенствования в изобретении Ньюкомена, что правильней было бы считать Уатта изобретателем первой паровой машиной с практическим применением.
Введение
Издавна людей привлекала идея создания машин и механизмов, однако, хотя машин становилось все больше, хотя их конструкции усложнялись, а иногда появлялись новые остроумно устроенные механизмы, они все еще не изучались и не исследовались в нашем современном понимании. В собраниях гравюр по-прежнему описывались одни и те же машины, поскольку они подчас несколько раз изобретались заново.
Зато теперь при разработке машин изобретатели стараются применять познания из области математики и механики, и мир техники начинает постепенно приобретать новые черты. Очень медленно, но неотступно изобретательство переходит на научную почву. В этом смысле симптоматична история изобретения паровой машины Паленом.
Дени Папен юношей был ассистентом у Гюйгенса, с 1688 г. стал профессором математики в Марбургском университете. Открытия и опыты Торричелли натолкнули Папена на мысль использовать энергию атмосферного давления для совершения полезной работы. При этом он опирался на весь предшествовавший опыт в области гидравлики и изучения воздушного давления. Папен проделал множество экспериментов, чтобы найти способ создания разреженного пространства. Идея использовать, для атмосферного двигателя форму полого цилиндра с движущимся в нем поршнем пришла к нему не сразу, хотя сама по себе не являлась чем-то новым.
Система цилиндр - поршень была известна с древнейших времен. Древнегреческие ученые Ктезибий и Герон применяли деревянный цилиндр с кожаным поршнем для нагнетания воды или воздуха. После изобретения клапана он превращается в насос, который впоследствии был описан Героном. Опыты Э. Торричелли, связанные с изучением безвоздушного пространства, породили идею всасывающего воздушного насоса. Такой насос и был построен немецким инженером Герике, использовавшим в качестве прототипа нагнетательный, воздушный насос Ктезибия. Позже одна из его конструкций была детально разработана английским ученым Робертом Бойлем. Она-то и легла в основу изобретенной Папеном атмосферно-паровой машины. Издавна известный цилиндр с поршнем выполнял работу насоса на протяжении многих веков, но нигде не определял форму машины в целом, поскольку был одним из узлов установки, хотя и заключал в себе принцип ее действия.
Перед Папеном стояла задача заставить поршень совершать работу силой не воды, а атмосферного давления, законы которого тогда только начинали изучаться. Поэтому все его внимание сосредоточивается на цилиндре и на поисках возможностей для поднятия поршня.
Много лет Папен искал способ создания периодического вакуума в сосуде, необходимого для выполнения механической работы. Еще в 1687 г. он пытался создать вакуум за счет атмосферного давления, для чего применял вспомогательный вакуумный насос с приводом от водяного колеса. Эта попытка не увенчалась успехом. Несколько позже, совместно с Гюйгенсом, по идее, предложенной последним, была создана установка, где разрежение создавалось взрывом пороха. Форма установки была предельно проста - цилиндр с поршнем; идея цилиндра с поршнем была подсказана Лейбницем. Папен говорил, что не знает той меры благодарности, которую должно будет когда-нибудь человечество высказать гениальному Лейбницу, давшему мысль использовать эту известную конструкцию.
Пороховой двигатель представлял собой цилиндр с заключенным внутри плотно пригнанным поршнем, к штоку которого прикреплялась веревка, перекинутая вверху через блок. Этот двигатель работал рывками и не удовлетворял Папена. Дальнейшую работу над ним проводил Гюйгенс, долгое время он и именовался в литературе двигателем Гюйгенса. Таким образом, цилиндр с поршнем в данном случае определял форму всей машины.
В 1690 г. был создан принципиально новый проект двигателя. Порох в цилиндре был заменен водой, которая при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх. Через специальный клапан пар выталкивал воздух, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство; наружное давление двигало поршень вниз. Опускаясь, поршень тянул за собой веревку с грузом. Интересно отметить, что Папен ставил цилиндр машины вертикально потому, что цилиндр-клапан не может в ином положении выполнять свою функцию. Непосредственно соединенную с ним веревку и блок иногда рассматривают как зачаточную форму передаточного механизма.
Мысль применить силу пара могла возникнуть у Папена только благодаря знакомству с работами ученых, занимавшихся изучением свойств пара. Двигатель Папена был подлинным детищем эпохи в том смысле, что представлял своеобразный синтез достижений науки и большой экспериментальной работы. И форма его мало чем отличалась от формы прибора для физического опыта, возможность полезной работы и практическая применимость отходили на второй план, вернее, мыслились в перспективе; первоочередной же задачей являлся научный эксперимент.
Двигатель Папена продемонстрировал огромные энергетические возможности, заложенные в силе пара, но полезную работу выполнял плохо, так как не мог осуществить непрерывное действие. Папен был первооткрывателем и не знал этого, но его самого не удовлетворял проект, и он продолжал трудиться над его усовершенствованием. Уже в 1707 г. он предложил новый, усложненный вариант парового двигателя, обладавший лучшими рабочими качествами и более разветвленной формой.
Паровой двигатель Папена 1690 г. (слева). Цилиндр с поршнем определяет форму всей машины. Паровой двигатель Папена 1707 г. (справа)
Полый поршень с цилиндром оказался универсальным и необходимым узлом паровых двигателей, впоследствии также двигателей внутреннего сгорания, но не он определял форму паровых машин в целом, как это было в первом двигателе Папена.
Не только Папен покинул кабинет ученого, чтобы работать над механизмами, выполняющими практическую, полезную работу. Живший ранее Папена математик Йоганн Лейхерон (1591...1670) тоже занимался физикой, химией и техникой. Создавая те или иные технические приспособления, он пытался найти практические применения физическим законам. Так, форма описанной им «не проливающейся лампы» повторяет форму прибора с не проливающейся жидкостью. Каспар Шотт (1608...1666), также профессор математики, ставит опыты с использованием силы пара и конструирует с этой целью аппарат, который приводит впоследствии к созданию паровой машины. Именно Шотт описал проведенные им совместно с Герике опыты с воздушным насосом, которые позже сослужили хорошую службу Папену.
Можно смело сказать, что XVIII век был веком покорения пара. Очень большое место в изобретательстве занимали попытки овладеть энергией пара, причем практический характер техники того времени способствовал тому, что более удачные конструкции иногда создавались практиками. Так было с паровой машиной инженера Севери. Его паровой насос «друг рудокопов» работал без поршня; всасывание воды происходило путем конденсации пара и создания разреженного пространства над уровнем воды в сосуде. В отличие от Папена, Севери отделил котел от сосуда, где производилась конденсация. Несмотря на низкую экономичность, машина Севери применялась довольно широко.
Через некоторое время другой практик, кузнец Ньюкомен, построил паровой насос, использовав для него цилиндр с поршнем, но отделил его от котла, а для передачи и преобразования движения применил балансир, известный в практике по насосам Рамелли и Бессона еще с XVI в.
Паровой двигатель все время усложняется: появляются предохранительные клапаны, котел для воды отделяется от рабочего пространства, появляются конденсаторы, маховик, разрастается система передач, пока паровая машина не станет высокоэкономичным для своего времени универсальным двигателем.
1. Изобретение паровой машины Ползуновым
1.1 Исторический фон ползуновского изобретения
Об огне у вас в старину говорили: "На гору бежит, а под гору не идет". Скоро уже два века пройдет с тех дней, когда замечательный русский мыслитель сумел заставить огонь и "под гору" бежать.
В середине XVIII в. человечество вплотную подошло к одному из самых важных моментов в истории технического творчества. Еще в античной Александрии механик Герои пытался использовать водяной пар для привода в действие механизма, именуемого эолипилом. В дальнейшей истории попыток использовать, пар записаны имена итальянцев: Леонардо да Винчи, Джиамбаттиста дела Порта, Джиованни Бранка; французов: Саломона де-Ко, Дени Папена, Жана Дезагюлье; англичан: Томаса Севери и Томаса Ньюкомена. На основе интернационального труда названных и многих иных изобретателей и исследователей удалось создать на рубеже XVII-XVIII в. первые промышленные установки, в которых за счет тепловой энергии получали механическую. Однако эти установки были пригодны исключительно для подъема воды. В лучшем случае при помощи их можно было накачать воду в какой-либо резервуар, а затем пускать ее на Прадедовское водяное колесо, которое и приводило в действие заводский механизм. Это были всего лишь, как их справедливо называли, огне действующие насосы. Для дальнейшего движения, по пути технического прогресса, необходимо было создать новую машину. Которая была бы способна за счет превращения тепловой энергии в механическую, непосредственно приводить в действие любой заводской механизм.
2. Биографическая справка великого инженера
Первым осуществил мечту народов о такой машине наш великий новатор - Иван Иванович Ползунов. Он родился в 1728 г. в Екатеринбурге на Урале. Его отец был солдатом Екатеринбургской роты. Нужда окружала Ползунова со дня его рождения. Кратковременной была его учеба в словесной и арифметической школах в Екатеринбурге. Возможно, еще в годы учебы, он изучал "Краткое руководство к познанию простых и сложных машин", изданное "чрез Василья Адодурова" в 1738 г. Здесь он мог прочитать о том, что в далекой Англии существуют огне действующие водоподъемники, работающие на шахтах.
В 1742 г. Ползунову пришлось преждевременно и притом навсегда покинуть школу. Его заставили прервать учебу и пойти на Екатеринбургский завод, где он начал работать в звании "механического ученика" под начальством заводского механика Никиты Бахарева. Так же, как и на всех тогда заводах в мире, здесь основным был ручной труд. Немногочисленные заводские механизмы применялись только для трудоемких, вспомогательных операций, при которых предмет труда "спокон веку никогда не обрабатывался рукою человека".
Водяное колесо - ведущий двигатель тогда во всем мире - здесь было основным. А применение водяного колеса привязывало завод к плотине, ставило производство в зависимость от времени года и по целому ряду статей ограничивало развитие его. Это было, как впоследствии выразился Ползунов, доподлинное "водяное руководство".
В 1748 г. он приехал на Алтай для работы на Колывано-Воскресенских заводах. "Водяное руководство" он увидел и здесь. Работая в очень трудных условиях и не желая согласиться с тем, чтобы "молодость его лет без науки втуне пропадала", Ползунов сумел сам, в свободное от занятий время, овладеть передовой наукой и техникой того времена. Он стал знатоком практики и теории технических дел. Он все время стремился улучшать поручаемые ему дела, ввел много новшеств, изобретений.
3. На пути к паровой машине
В 1758 г. он совершил поездку с Алтая в Петербург, увидел много нового, возможно встречался с Ломоносовым. В Петербурге ему пришлось видеться с такими выдающимися горнозаводскими деятелями, как Андрей Иванович Порошин, Иван Андреевич Шлаттер, но больше всего было встреч с простыми русскими людьми.
Удалось разыскать сотни считавшихся утраченными документов о жизни Ползунова, показывающих, как много он трудился в Екатеринбурге и Барнауле, в Змеиногорске и Горной Колывани, в Петербурге. На пристанях быстрой реки - Алея, Чарыша и полноводной Оби. Документы повествуют о том, что он всегда был защитником своих младших братьев - берггауеров, мастеровых, крестьян и иных тружеников.
В алтайской глуши к шестидесятым годам XVIII в. сформировался замечательный человек. Изобретатель и конструктор, технолог и машиностроитель, строитель пильных мельниц и рудотолчейно-промывальных предприятий, знаток руд и строительных материалов, опытный горняк и металлург, механик и математик, физик и метеоролог, мастер тонких опытов и искусник в приборостроении, педагог и график. Таким был этот выдающийся представитель русской технической мысли. Своим трудом он сам накопил обширные познания, познакомился с передовой русской и зарубежной литературой, стал человеком широкого кругозора и революционных великих дерзаний, твердо стоящим на почве действительности.
Он видел, что народу живется плохо, и задумал, если ее при жизни своей, то хотя бы в будущем облегчить народный труд: "Облегчить труд по нас грядущим".
Он рассуждал так: для того чтобы народу легче жилось, страна должна стать возможно более богатой, а для этого необходимо иметь возможно больше заводов, фабрик и мануфактур. Развитие же производства упиралось тогда в слабость техники, прежде всего в то, что основным двигателем являлось старое водяное колесо, привязывавшее заводы к рекам, да притом не ко всем, а только к немногим, удобным для использования их водяных сил ограниченными техническими приемами того времени.
Казалось, что нет выхода из этого тупика. Но выход был найден. Ползунов решил: необходимо создать новую технику. В век, когда во всем мире господствовало водяное колесо, он задумал "водяное руководство пресечь", освободить производство от рабской зависимости от старого водяного двигателя.
В годы, когда в России и за рубежом применялись немудреные, в основном деревянные машины, срубленные топором, он сказал: "Вся машина должна быть сделана из металла".
Он понял, что необходимо все производство - "заводы, фабрики, мануфактуры" - перевести на новую техническую основу, а такой новой основой он считал особенную машину, еще не бывшую нигде во всем мире. Он поставил перед собой задачу создать "огненную машину, способную по воле нашей, что будет потребно исправлять".
3.1 Вокруг проекта
"Огонь слугою к машинам склонить", - вот что задумал русский новатор.
Английская практика - труды строителей огне действующих водоподъемников Севери и Ньюкомена, французская теория - труды Белидора о действии таких водоподъемников, русская наука - новейшие воззрения на природу теплоты и по иным вопросам физики, выдвинутые Ломоносовым, - все это Ползунов положил в основу своего творческого подвига.
Опираясь на мировой научно-технический опыт, он изобрел такую машину, какой еще мир не знал.
25 апреля 1763 г. А. И. Порошин и другие увидели описание и чертеж, на котором была изображена первая в истории человечества огне действующая машина особого рода - не для подъема воды, а для непосредственного привода заводских механизмов.
Ползунов разорвал узкий круг, сковывавший до него развитие теплового двигателя во всех странах.
Он изобрел двухцилиндровую поршневую огне действующую машину с практически непрерывным действием, что обеспечивало возможность непосредственного привода от этой машины любого заводского механизма.
В его проекте имело место множество отдельных изобретений. Взамен ранее известных коромысел и балансиров он предложил шкивы. Он впервые разработал вращающиеся детали передаточного механизма в огне действующей машине. Он создал оригинальное крановое пара- распределение и водо-распределение. Во всех звеньях новой установки он обеспечил то, чтобы "они сами себя в движении держали". Непрерывность и автоматизм он стремился утвердить во всей своей невиданной машине.
За двадцать с лишним лет до Джемса Уатта он выступил со своим проектом создания огне действующей машины непосредственно для заводских нужд.
Четко он наметил программу борьбы за новое дело. Три условия он считал необходимыми для победы: Первое - сооружение предварительно небольшой опытной установки;
Второе - тщательное изучение и освоение новой техники;
Третье - подготовка кадров, освоивших новую технику.
Алтайское горное начальство в лице Андрея Ивановича Порошина одобрило проект Ползунова и направило его на заключение в Петербург.
18 января 1764 г. из столицы пришел ответ в Барнаул. Президент Берг-Коллегии Иван Андреевич Шлаттер писал о машине Ползунова: "...сей его вымысел за новое изобретение почесть должно".
Ползунову присвоили звание механикуса.
Самое главное, однако, поставили так, что на Алтае поняли: в Петербурге не хотят опытов, а ожидают постройки сразу же большой машины.
3.2 Строительство паровой машины
Еще было дано несколько "простых мужиков". Основными помощниками Ползунова считались юные ученики, особенно Дмитрий Лезвин и Иван Черницын.
Строитель преодолел все трудности. Он изготовил специальный инструмент для строительства. Он создал специальные станки для того, чтобы выполнять "машинную на водяных колесах... токарную работу".
Первый русский теплотехник, он стал одним из пионеров мирового машиностроения.
Творец первой двухцилиндровой паровой заводской машины, он решил при ее постройке очень иного частных, но очень важных технических задач. Он изобрел оригинальное крановое пара - и вода распределение, основанное на возвратно-вращательных движениях, осуществляемых при помощи зубчатых передач. Самое создание парораспределения для двухцилиндрового двигателя представляло собою новое изобретение.
Он изобрел прибор для автоматического питания котла, балансирный передаточный механизм для двухцилиндрового двигателя, аккумулятор дутья - воздушный ларь, шарнирные цепи для передаточного механизма.
Он изобрел способ питания парового котла исключительно подогретой водой.
Кроме того, пришлось решить массу частных задач, связанных с тем, что ему надо было впервые осуществить постройку огромной паровой машины для заводских нужд, ни одна из деталей которой ранее не изготовлялась в стране.
Все задачи были решены и притом блестяще.
20 мая 1765 г. было уже готово сто десять частей установки, не считая котла с его арматурой и гарнитурой. Отдельные части весили более ста семидесяти пудов. Наибольший диаметр котла составлял 3,5 метра. Паровые цилиндры имели в высоту 2,8 метра.
На исходе 1765 г. теплосиловая установка Ползунова была закончена. На берегу заводского пруда возвышалось машинное здание высотой более 18 метров. Машина была готова, но постройка воздуходувной установки, для работы которой предназначили машину, всего лить начата. К постройке плавильных печей еще не приступали по вине начальства.
Строителю не пришлось видеть огненную машину действующей на производстве. Непосильный труд, взваленный на плечи одного человека, надорвал его силы.
16 мая 1766 г. Ползунова не стало. Он умер от скоротечной чахотки.
4. Бесславная гибель ползуновского детища
23 мая начались испытания машины Ползунова, а 4 июля в "Дневной записке" испытаний засвидетельствовали "исправное машинное действие".
В 6 часов утра 7 августа 1766 г. состоялся пуск в эксплуатацию первой теплосиловой установки, предназначенной для непосредственного привода заводских механических агрегатов.
Первая в истории паровая машина, предназначенная не для подъема воды, а для заводских нужд, действовала успешно, хотя из всех людей, занятых ее эксплуатацией, некоторый опыт был только у юных учеников Ползунова. Ведь ни один специалист не был дан в помощь изобретателю во время строительства. паровой папен ползунков двигатель
10 ноября 1766 г. произошло то, что предвидел строитель. Котел, на который отпустили слишком тонкие медные листы, дал течь. Машину остановили и больше никогда не пускали в действие.
Все издержки на строительство и самой машины, и котла, и воздуходувной установки, и печей составляли 7233 руб. 511/4 коп, а чистая прибыль от работы машины составила за три месяца 12640 руб. 28 1/2 коп. Это при том условии, что использовали только одну треть развиваемой машиной мощности: одну треть дутья использовали, а две трети - выпускали в воздух. Если бы машину загрузили полностью, она принесла бы за тот же период свыше 45 000 рублей дохода. Анализ денежных документов показывает, что при правильном использовании на полную мощность машина Ползунова давала бы ежегодно чистой прибыли до 180000 рублей.
Тем не менее с 10 ноября 1766 г. машина была навсегда остановлена изза вполне устранимой течи парового котла.
5. Историческая оценка ползуновского изобретения
Начатое Палласом и Фальком завершили Ирман и Меллер, физически уничтожившие машину Ползунова.
На вечные времена останется записанным на страницах истории, что русский новатор И. И. Ползунов за двадцать с лишком лет до Джемса Уатта построил первую паровую машину не для подъема воды, а для заводских нужд. Машина Уатта для непосредственного привода заводских механизмов, построенная в 1784 г. была несравненно совершеннее машины, построенной Ползуновым в 1763-1765 гг. Но машина русского механика была первой, а машина английского - второй паровой машиной, созданной для непосредственного привода заводских механизмов.
Трагически закончились жизнь и дело И. И. Ползунова, но неправильно было бы думать, что его почин не имел значения для последующего развития техники.
Машину Ползунова видели не только Паллас и Фальк, но и многие другие специалисты-иностранцы. В таких людях не было недостатка в те годы в Барнауле и вообще на Колывано-Воскресенских заводах Алтая. Здесь постоянно работали многие иностранные горнозаводские специалисты: Христиани, Эйсфельт, Улих, Леубе и другие, имевшие связи с зарубежными деятелями. Барнаул в те годы часто посещали ученые путешественники. В 1772 г. здесь побывали: Иоганн Готлиб Георги, молдавский грек Христофор Барданес. Затем в Барнаул приезжали: Евгений Патрон, Иван Ренованц, Иоанн Сиверс и другие выдающиеся исследователи XVIII в. В Барнауле же с января 1764 г. работал замечательный натуралист, химик и минералог Эрик Лаксман. Он писал за рубеж о творческом подвиге Ползунова и справедливо сказавший о нем: "Муж, делающий истинную честь своему отечеству".
Горнозаводские дела России, именно в те годы завоевавшей мировое первенство в металлургии, привлекали внимание широких кругов зарубежных предпринимателей. Они стремились выведать, на чем держатся успехи русских, и, несомненно, машина Ползунова стала известной за рубежом не только в том извращенном виде, как это преподнесли Паллас и Фальк. Больше того, в 1794 г. в Англии на прядильной фабрике в Манчестере появилась двухцилиндровая огне действующая машина, воспроизводящая машину, изобретенную Ползуновым. Строитель английской машины, повторивший изобретение Ползунова, носил весьма любопытную фамилию - Фальк... Этот Фальк приспособил к построенной им машине некоторые новшества, и она работала более тридцати лет, подтвердив тем самым обоснованность предложений И. И. Ползунова.
Почин Ползунова подхватили продолжатели его дела в нашей стране. Оригинальный проект новой огнедействующей машины создал еще в XVIII в. в Кронштадте "шлюзной подмастерье поручицкого рангу" Роман Дмитриев. В девяностых годах того же столетия работал в Кронштадте и в далеком Забайкалье строитель огне действующих машин Федор Борзой. В те же годы при постройке и использовании таких машин работали в Кронштадте: Евстафий Кокушкин, Алексей Андреев, Илья Леонтьев, Петр Михеев. Дмитрий Смирной, Дмитрий Кондратьев. Огненными машинами в России все в том же веке занимался тверской губернский механик Лев Сабакин, трудились в этой области и иные. Этими машинами в последние десятилетия "XVIII в. занимались и государственные деятели: И. Г. Чернышев, И. С. Мордвинов, В. Г. Лизакевич, посол в Англии Мусин-Пушкин, олонецкий губернатор Тутолмин и другие.
Вывод
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.
Большая роль в его усовершенствовании принадлежит Джорджу Уатту. Отец его был механик, строивший и починявший разнообразные инструменты и машины от музыкальных (органы) до кранов, служивших для подымания тяжестей. Уатт с детства был окружен инструментами, любил в них всматриваться, делал для себя игрушки, а потом различные модели. Родители его, принимая во внимание слабое здоровье маленького Джеймса, не принуждали его учиться и предоставляли ему много свободы в выборе занятий. Уатт в начальном училище не отличался успехами, но в гимназии шел лучше, хотя болезненный организм и там препятствовал непрерывности его занятий. Во всяком случае, математические занятия в школе и примеры отца не остались без влияния на развитие в юном Уатте склонности к механике. Вообще же он любил очень многое и, между прочим - занятие естественными науками и медициной, так что сам в юные годы не мог определить, в чем состояло его истинное призвание. Уатт нередко бывал в Глазго у дяди, университетского проф., и там свел знакомство со многими учеными и образованными людьми. Он никогда не проходил никаких специальных курсов, но много читал, размышлял и сам образовал себя и сделался многосторонне знающим человеком.
Отец Уатта, несмотря на свое трудолюбие, был весьма небогатый человек и, зная, что его двум сыновьям придется существовать своим личным трудом, приучал одного к коммерческому делу, а занятиям Джеймса решился дать техническое направление, совершенно соответствовавшее его склонностям, как это впоследствии блистательно подтвердилось. Сначала молодой Уатт учился ремеслу механика в Глазго, а потом в Лондоне, где в течение одного года выучился приготовлению чертежных и астрономических инструментов (секстантов и др.), требовавших очень тщательной работы. Потом Уатт переселился в Глазго, где его пристроили в качестве механика при Университете. Сначала материальные дела его шли очень туго, но, в конце 1759 г. вступив в компанию с Крейгом, Уатт стал получать уже довольно много заказов, а в 1768, приобрел женитьбой право гражданства в Глазго, он открыл мастерскую в самом городе, на что ранее, по правилам тогдашних цехов, он не имел права.
Уатт был богат весьма разнородными способностями, легко изучал языки, читал много не только серьезных книг, но хорошо был знаком с европейской, изящной литературой. Знаменитый Вальтер Скотт, в предисловии к одному из своих романов выражает удивление разнородности познаний Уатта, которого он знал в последние годы его жизни. Уатт и смолоду, будучи не более как университетским механиком, привлекал в свою мастерскую не только студентов, которые многому от него научались, но и людей, уже известных своим образованием и ученостью.
Опыты Уатта над свойствами паров дают право задать вопрос: мог бы он приобрести учеными работами такую же известность, какую ему дала паровая машина. Известный французский физик Араго в своей биографии, Уатта старается доказать, что Уатт, в своем письме к Пристлею, по поводу опытов последнего и Кавендиша, весьма определенно высказал мысль о том, что вода состоит из водорода и кислорода. Араго утверждает это вопреки тому общему мнению, что Кавендиш первый доказал эту истину.
Как бы то ни было, Уатт пошел не по ученому, но по практическому пути. Таким выбором руководило совсем не стремление наживы, ибо, хотя он разбогател под конец своей жизни, но никогда не был дельцом, практиком в житейских делах. Он был так деликатен в денежных обязательствах и так ненавидел судебные процессы и житейские хлопоты, что, не будь Болтона, Уатт, по всей вероятности, остался бы бедняком. "Как только мне приходится иметь дело с людьми, - писал однажды Уатт, - так я не на своем месте; для инженера совершенно достаточно одной природы, чтобы бороться с нею и видеть, как она на каждом шагу одолевает его". Кроме паровых машин, Уатт занимался и другими делами; но его изобретения, как копировальный пресс, теперь повсеместно употребляемый, и машина для копирования бюстов, а равно его инженерная деятельность по снятию планов, постройке каналов и улучшению разных измерительных приборов могут считаться незаметными сравнительно с его паровыми машинами. Уатт считал себя ленивым человеком, но его деятельность не согласуется с его утверждениями, хотя, наверно, им было высказано идей гораздо больше, чем разработано. Так, например, ему приписывают мысль о винтовом двигателе для судов.
Жизнь Уатта вообще заслуживает изучения, как хороший пример целеустремленности и инженерной смекалки.
Шотландский изобретатель Джеймс Уатт, человек, которого считают изобретателем паровой машины, был ключевой фигурой в Промышленной революции. На самом деле Джеймс Уатт не был первым человеком, который изобрел паровую машину. Подобное устройство было описано Героном Александрийским в первом веке. В 1698 году Томас Сейвери запатентовал паровую машину, которую использовали для откачки воды, и в 1712 году англичанин Томас Ньюкомен запатентовал ее улучшенную версию. Однако машина Ньюкомена обладала такой низкой производительностью, что ее использовали только для откачки воды из угольных шахт.
Уатт заинтересовался паровой машиной в 1764 году, когда он ремонтировал модель машины, изобретенной Ньюкоменом. Хотя Уатт только год учился на инструментальщика, он обладал большими изобретательскими способностями. Он сделал такие значительные усовершенствования в изобретении Ньюкомена, что правильней было бы считать Уатта изобретателем первой паровой машиной с практическим применением.
Первым таким значительным усовершенствованием, которое, Уатт запатентовал в 1769 году, была изолированная камера для конденсации. Он также изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году он изобрел машину двойного действия. Вместе с другими, более мелкими усовершенствованиями это изобретение позволило увеличить производительность паровой машины в четыре или более раз. Практически в увеличении производительности и заключалось различие между уже существовавшей умной, но не очень полезной машиной и техническим устройством с огромным промышленным потенциалом.
Уатт также создал в 1781 году целый ряд приспособлений, преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное. Это устройство намного увеличило количество пользователей паровой машины. В дополнение к другим различным усовершенствованиям Уатт также изобрел (1788) центробежный регулятор, при помощи которого осуществлялся автоматический контроль, за скоростью машины, манометр (1790), счетчик, указатель уровня, дроссельный клапан.
Сам Уатт не обладал хорошей деловой жилкой. Однако в 1775 году он вступил в деловое сотрудничество с Мэтью Баултоном, инженером и очень хорошим бизнесменом. На протяжении двадцати пяти лет фирма Уатта и Баултона произвела большое количество паровых машин, и оба партнера стали очень состоятельными людьми.
Трудно переоценить значение паровой машины. В действительности было много других изобретений, которые сыграли роль в развитии Промышленной революции. Были изобретения в добывающей промышленности, металлургии, во многих областях, связанных с механизацией промышленного производства. Некоторые изобретения, такие как самолетный челнок (Джон Кей, 1733), прядильная машина "Дженни" (Джеймс Харгривс, 1764), даже предшествовали работе Уатта. Большинство же других изобретений представляли собой весьма незначительные усовершенствования, и ни одно из них не оказало никакого влияния на Промышленную революцию. Совсем по-другому дело обстояло, с паровой машиной, которая сыграла решающую роль и без которой Промышленная революция имела бы совершенно другой характер. Первоначально, несмотря на то, что некоторое распространение получили ветряные и водяные мельницы, главным источником энергии всегда были человеческие мускулы. Этот фактор резко ограничивал производительную мощность промышленности. С изобретением паровой машины ограничение было снято. Производство получило большое количество энергии, что вызвало его бурный рост.
Однако паровая машина явилась не только источником энергии для заводов, она нашла много других применений. К 1783 году маркиз Жоффруа Д"Аббан с успехом использовал паровую машину для приведения в движение судов. В 1804 году Ричард Тревитик построил первый локомотив. Ни одна из этих ранних моделей не имела коммерческого успеха. Однако за несколько десятков лет пароходу и железной дороге предстояло коренным образом изменить всю систему наземного и водного транспорта.
Промышленная революция произошла в одну и ту же историческую эпоху с Американской и Французской революциями. Хотя это сразу не стало очевидным, сегодня мы можем понять, что Промышленной революции суждено было оказать значительно большее влияние на повседневную жизнь людей, чем любой из этих исторических политических революций. И поэтому Джеймса Уатта можно с полным основанием считать одной из самых значимых личностей в истории.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
