Водооткачивающая машина превращается в тепловой двигатель

Уже около 1760 г. Уатт начинает заниматься самостоятельными разработками в области паротехники. Известно, что он прочел книги Дезагюлье и Белидора о паровых машинах, принимал участие в опытах Кевендиша и Пристли по анализу воды, измерял теплоту испарения воды и составил таблицу упругости водяного пара.

Вклад Уатта в создание паровых машин очень велик. Благодаря успешной работе машин Севери и Ньюкомена опыт Папена по вынесению процесса конденсации за пределы машины был забыт. Но в 1765 г. Уатт, изготовив макет машины Ньюкомена в Глазго по заказу местного университета и проводя на нем опыты, понял, что основной причиной ее низкой экономичности является охлаждение расширяющегося пара стенками цилиндра.

И Уатт решает вынести процесс конденсации за пределы цилиндра. Это был шаг, завершивший формирование рабочего цикла паровой машины.

Считается, что идея вынесения конденсации за пределы цилиндра осенила Уатта внезапно. Но деятельность Уатта не подтверждает этого. Если бы Уатт не изучил глубоко свойства воды и пара, то вряд ли он понял бы причину низкой экономичности макета машины Ньюкомена и стал искать пути устранения этой причины.

Все его помыслы были нацелены на поиски решения конкретной задачи. Вот как писал об этом впоследствии сам Уатт: «Однако все же эта задача настолько овладела моим умом, а мои обстоятельства настолько требовали вернуть потраченное время и деньги, что я не мог бросить этого дела.

После того как я всячески обдумал вопрос, я пришел к твердому заключению, что, для того чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда горяч, как и входящий в него пар; но с другой стороны, конденсация пара для образования вакуума должна была происходить при температуре не выше 30|».

Поняв, что процесс охлаждения пара следует вынести за пределы цилиндра, Уатт берет свой первый патент на паровую машину.

Перед подачей заявки на патент Уатт провел большую экспериментальную работу. Он начал с создания модели, руководствуясь тем, что именно на модели машины Ньюкомена наиболее ярко проявились ее недостатки. Он окружил цилиндр модели деревянной теплоизоляционной оболочкой и присоединил к нему при помощи трубы отдельный сосуд - конденсатор (рис. 2).

Одновременно Уатт внес еще одно важное усовершенствование. В машинах Ньюкомена на поршень действовал всегда один и тот же перепад давлений' разница между атмосферным давлением и давлением конденсации при температуре около 30|.

Уатт пришел к выводу, который теперь кажется совершенно очевидным, мощность машины можно увеличить, если использовать не атмосферное давление, а давление пара. Это открывало более широкие возможности: давление пара можно увеличить выше атмосферного; изменяя давление, можно регулировать мощность машины.

Кроме того, Уатт сразу решил строить свою машину как универсальный тепловой двигатель и не связывал ее воедино ни с каким потребителем мощности.

Затратив на изготовление машины все имеющиеся у него средства, Уатт смог уже в конце 1765 г. продемонстрировать ее работу.

Но для изготовления машин на продажу требовались не только деньги, но и производство с очень высокой по тем временам культурой, и по совету своих друзей Уатт обращается к владельцу знаменитых Карронских заводов доктору медицины Ребеку.

Карронские заводы нуждались в угле, и Ребек к тому времени приобрел каменноугольные копи, на которых сразу столкнулся с необходимостью откачки воды. При таких обстоятельствах он был очень заинтересован в сделке с Уаттом. По договору он принимал на себя все расходы с условием, что ему будут принадлежать две трети прибылей.

Уатт получил средства и мог заняться подготовкой производства. Но финансовые дела Ребека очень быстро пришли в упадок, и он прекратил финансирование работ над машиной. В это время Уатт получил предложение продолжить работу над машиной от Мэтью Болтона, богатого фабриканта, владельца металлообрабатывающего завода в Сохо. Стоящий на грани разорения Ребек легко уступил свои права Болтону, и в 1773 г. Уатт вплотную приступил к реализации своих идей.

Дело оказалось не таким простым, и к испытаниям машины Уатт смог приступить лишь в конце 1774 г., а первые результаты получил в 1775 г. Его машина, второй образец которой он назвал «Вельзевул», по экономичности превосходила атмосферные машины Ньюкомена в 2 раза.

Можно было заняться ее производством и начать получать прибыль. Но нужно было заинтересовать потребителей, привыкших к хорошо зарекомендовавшим себя машинам Ньюкомена. И Уатт с Болтоном предлагают приобретать у них машины на очень заманчивых условиях. Они дают свои машины бесплатно.

Более того, они берут на себя расходы по монтажу новой машины и демонтажу машины Ньюкомена. А вместо платы каждый владелец новой машины в течение 25 лет будет отчислять им одну треть стоимости угля, сэкономленного по сравнению с атмосферной машиной. Не сразу после приобретения машины покупатели начинали понимать, как они прогадали.

Но, для того чтобы не потерять прибыль, Уатту и Болтону приходилось содержать штат высококвалифицированных инженеров, следивших за исправностью и правильной эксплуатацией. Кроме того, нужно было позаботиться о сроке действия патента, так как он был выдан на 14 лет, из которых уже прошло 6, и Уатт занялся хлопотами о его продлении. После долгих хлопот 22 мая 1775 г. его патент был продлен еще на 25 лет.

Другое по технологическим наукам

Происхождение «Геологии старой Земли» и ее влияние на жизнь в XXI веке
Сегодня мало кто сомневается в том, что вселенной и земле – миллионы лет. Но так было не всегда, и ныне число людей, отвергающих эту идею, быстро растет. Идея о том, что земле очень много лет, получила развитие в XIX веке благодаря геологии и встретила отпор со стороны группы христиан – как ученых ...