Друг рудокопа

Появление тепловых двигателей связано с возникновением и развитием промышленного производства в начале XVII в. или с первой промышленной революцией. И первые крупные изобретения в этой области были сделаны главным образом в Англии, самой промышленно развитой в то время стране. Ведущую роль в этом сыграло горное дело.

Копи, в которых добывали руду, а впоследствии и каменный уголь, нуждались в устройствах для откачки воды. Но к концу XVII в. верхние горизонты английских месторождений уже истощились и глубина шахт стала достигать 200 м. При такой глубине конный привод откачивающих насосов уже не удовлетворял владельцев шахт, поскольку приходилось держать до пятисот лошадей на одном руднике.

Для создания новых высокопроизводительных установок для откачки требовалось заменить лошадь в упряжке чем-либо более производительным. Речь шла буквально о жизни и смерти Горнорудной промышленности.

Один из создателей термодинамики С. Карно, вклад которого в развитие теории тепловых двигателей будет освещен ниже, писал впоследствии, что деятельность угольных, а также железорудных и медных копей грозила «совсем заглохнуть вследствие все возрастающей трудности откачивать воду и добывать уголь». Эта чисто практическая задача и стала причиной того, что первым тепловым двигателем стала машина для откачки воды.

Но прежде нужно было понять условия превращения Тепла в работу. В 1683 г. англичанин Сэмюэль Морленд издал сочинение, в котором впервые четко изложил мысль, что для подъема воды путем использования теплоты горения нужно вначале воду превратить в пар. В сочинении приводились даже размеры цилиндра, ход поршня и значение высоты, на которую можно поднять воду.

Полученная по расчетам Морленда высота 1,2 м несопоставима с глубиной шахт, и работы Морленда не могли найти применения. Но признание необходимости превращения воды в пар - это большая заслуга Морленда. Водяной пар стал первым рабочим телом тепловых двигателей. На том этапе это было самым естественным, поскольку в машинах для откачки воды такое рабочее тело было, так сказать, «под рукой».

Однако водяной пар в качестве рабочего тела широко распространен и сейчас. Причины этого - в доступности воды, нетоксичности, а также достаточно высоких теплофизических свойствах пара.

Но для использования водяного пара, кроме установленного Морлендом факта, нужно было выполнить еще одно важное условие. К пониманию этого условия подошли практически одновременно француз Дени Папен и англичанин Томас Севери.

Томас Севери в юности был рудокопом, затем моряком и даже капитаном торгового флота, но впоследствии стал шахтовладельцем и остро ощутил потребность в машине для откачки воды из копей. В 1698 г. Севери получил патент № 356 с формулировкой, что он выдан на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня .».

Подробное описание и формула изобретения в патенте не приводились. Впоследствии расплывчатая формулировка существа изобретения принесла Севери немалые выгоды.

Севери первым отделил рабочее тело (водяной пар) от перекачиваемой воды. Для этого он сделал отдельный котел, а пар, который поломали в котле, через кран выпускал в сосуд с водой, и пар вытеснял воду в напорную (верхнюю) трубу.

В этой части предложение Севери очень напоминало предложение де Ко, но в отличие от де Ко и от Вустера Севери сумел реализовать повторение циклов. Это достигалось тем, что, когда вода полностью вытеснялась, а сосуд оставался заполненным паром, напорную трубу перекрывали и сосуд обливали холодной водой, вследствие чего пар в сосуде конденсировался, возникало разрежение и через впускную трубу всасывалась следующая порция воды. В 1702 г. Севери опубликовал описание машины под названием «Друг рудокопа».

Название раскрывало ее основное назначение. Но машины Севери годились для различных целей: для водоснабжения городов и крупных зданий, для осушения болот и лугов. Правда, высота подъема воды у них была ограничена, и для глубоких копей они не годились.

Другое по технологическим наукам

История телеграфа
Люди всегда находили способы связи на расстоянии. Костры, мерцавшие на вершинах холмов во мраке доисторических времен, предупреждали отдаленные племена о приближении противника или о том, что стаи диких зверей перебираются на новые места. В XVII веке, когда англичане начали эксперименты с семафорам ...