Владимир Орлов - Трактат о вдохновенье, рождающем великие изобретения
Видно, многое передумали, многое перепробовали и отбросили люди, прежде чем сойтись на поршне воздушного насоса. Ничего другого, видимо, людям не оставалось.
В те времена для дальних странствий строились большие корабли, на полях сражения громыхали пушки. Широчайшее применение получило огнестрельное оружие. Для всего требовался металл.
Трудно даже вообразить, что представляло для средневекового человека-ремесленника получать, например, такие приказы: в марте — апреле месяце 1652 года английское правительство приказало немедленно изготовить 335 пушек, а в декабре того же года объявило, что ему необходимо еще 1500 железных пушек, общим весом в 2230 тонн, 117 тысяч снарядов артиллерийских, 5 тысяч ручных гранат. Немедленно!
И агенты ездили по всей стране, стучали в двери всех мастеров. Но невозможно было удовлетворить столь неожиданный и столь колоссальный спрос. Легко сказать, добудь да отдай 2230 тонн железа, если все годовое производство железа в Англии в те времена едва достигало 20 тысяч тонн!
Для выплавки железа нужен был уголь. Его добывали в шахтах. Шахты заливало водой. Воду откачивали насосы.
Хорошо, если тут же у шахты протекала река. Тогда насосы приводили в движение от водяных колес. Ну, а если не было реки? Уголь не обязательно там, где река!
Тогда запрягали лошадей. Бывало, по 500 лошадей работают в шахте на откачке, и все-таки мощности не хватает.
Потому и хватались ученые за соломинку, за упрямый поршень воздушного насоса, сразу в несколько рук, в разных краях.
9.4.Обратить воздушный насос, превратить его в двигатель взялся француз Дени Папен.
Вначале Папен поступил, на теперешний взгляд, по-смешному. С превеликим трудом откачал из бочки воздух, оттянул до предела поршень и заставил его при обратном ходе тащить за веревку поршень водяного насоса.
Получилась нелепица: все равно, что хватать самого себя через голову за ухо. Много легче было прямо тащить поршень водяного насоса. Надо было ухитриться получить в цилиндре пустоту без затраты человеческих сил.
Написал письмо коллеге, попросил совета. Был коллега иностранцем, но и ему упрямый поршень не давал покоя.
Получает письменный ответ: зарядить цилиндр, как пушку, порохом. Пристроить к нему фитиль. Вдвинуть поршень до самого дна, как снаряд. А затем фитиль запалить и глядеть, что получится.
Папен взял заряд как можно меньше. Поршень даже не вылетел из цилиндра, задержался у самого верха.
Папен сел и стал ждать. Цилиндр остывал. Раскаленные газы охлаждались, сжимались, уменьшались в объеме. Вроде бы действительно внутри цилиндра начинала получаться пустота. Поршень медленно полез внутрь. Его гнал туда наружный воздух. Поршень лез внутрь и, если бы привязать к нему веревку, перекинутую через блок, он бы потянул за собой и другой поршень водяного насоса, откачивающего воду. Получался двигатель. Но какой!
После каждого выстрела и охлаждения, после каждого хода поршня цилиндр надо было перезаряжать: вкладывать заряд, поджигать фитиль. Когда надо работать — приставляй к машине артиллерийский расчет. Заряжай! Поджигай! Пли! И, живи Папен в наше время, обязательно придумал бы что-нибудь вроде пулемета. Но тогда до пулеметов было далеко.
Папен и сам понимал, что его машина не пойдет. Порох стоил дорого. Но не в этом была главная беда машины. Дело в том, что пороховые газы не сгущались, не оседали росой на стенках цилиндра при комнатной температуре. А поэтому настоящей глубокой пустоты в цилиндре не получалось. Поршень неглубоко влезал в цилиндр и замирал. Машина была маломощная.
Все-таки первый шаг был сделан. Как бы только избавиться от недостатков?
Как бы выдумать такой неистребимый порох, который бы после взрыва сам собой в том же цилиндре опять превращался в порох, и так без конца?
Блеснула мысль — вода! Нагреешь воду — пар! Остудишь пар — опять вода!
Вода, конечно, не порох: не горит и сама собой превратиться в пар не может — надо ее для этого подогреть.
Не беда! Папен взял цилиндр, похожий на кухонную кастрюлю, налил в нее воду и поставил кипеть на плиту. В цилиндр был вставлен поршень. В поршне была маленькая дырка. Вода закипела, и пар вытеснил воздух через дырку из цилиндра.
Папен заткнул дырку палочкой и снял цилиндр с плиты. Пар охлаждался и оседал водяными каплями на стенках цилиндра. Внутри получалась пустота. Поршень лез внутрь под давлением наружного воздуха и дошел почти до самого дна, глубже, чем в пороховой машине.
Когда цилиндр охладился, внутри получилась снова вода. Можно было снова нагревать цилиндр. Никакой перезарядки!
Только и забот, что подноси и убирай огонь.
Папен был рад несказанно. Вот он, двигатель! Огненная машина. Ставь к насосам — будет качать. Ни реки, ни лошадей, ни ветра, одна тут движущая сила — огонь. Хоть сейчас тащи на шахту, разводи костер. Уголь кучами лежит кругом.
Я был в маленьком старинном рыцарском французском городке Блуа — родине Папена. Побродил вокруг древнего замка и внезапно на вершине красивой лестницы увидел памятник Папену. Папен стоял на мраморном пьедестале, бережно прижимая к бронзовому боку свой паровой цилиндр. То был памятник человеку, который не изобрел паровой машины.
Про машину Папена рассказывают небылицы.
Говорят, что Папен построил пароход и плавал на нем по реке Фульде. И что злобные судовладельцы из зависти разбили его судно.
А на самом деле никакого парохода у Папена не было. Да и быть, конечно, не могло. Машина Папена была медлительна, как улитка.
Папен шел на все — разжигал огромный костер, раздувал мехами гудящее жаркое пламя. Ничто не могло расшевелить ленивую машину.
Все, чего мог добиться Папен в своей маленькой модели, — это заставить двигаться поршень со скоростью один ход в одну минуту.
И если бы сделать большую мощную машину, способную осилить шахтный насос, то часами, может быть, пришлось бы греть и остуживать цилиндр, чтобы один-единственный раз качнуть поршень шахтного насоса. Так работать не годилось. Поэтому машина Папена никогда и нигде на практике не работала.
9. 5.Многие изобретатели совершенствовали машину Папена, но наибольших успехов достиг лет пятнадцать спустя Ньюкомен — английский кузнец, а вернее, владелец кузнечного производства и торговец товаром, именуемым нынче «метизами».
Ньюкомен стал докапываться до причин медлительности машины, и многое из того, что казалось вчера разумным и целесообразным, показалось ему сегодня неразумным и бессмысленным.
Что может быть несуразнее? Воду кипятить, чтобы тут же остуживать, остуживать, чтобы тут же снова кипятить. Словно комический пешеход: два шага вперед, шаг назад!
Ньюкомену стало ясно: воду надо раз навсегда нагреть и потом уж не охлаждать. Нужно где-то в особом сосуде постоянно кипятить воду и оттуда брать пар для цилиндра.
Он так и сделал.
Его машина — огнедействующий насос.
Воду кипятят в особом котле. Через узкую трубку с краном пар напускают в цилиндр. Когда пар вытесняет воздух, впрыскивают в цилиндр фонтанчик холодной воды. Пар быстро охлаждается, оседает на стенках. В цилиндре образуется пустота, и наружное давление вгоняет поршень внутрь.
Фонтанчик появился в машине от одной неполадки. В те времена не умели как следует пригонять поршень к цилиндру, и пар свистел через зазор. Чтобы прекратить утечку пара, Ньюкомен налил поверх поршня слой воды. И машина неожиданно оживилась. Поршень резвее стал лезть в цилиндр. Холодная вода просачивалась к пару, пар сгущался быстрее, и в цилиндре быстрее образовывалась пустота.
Это мигом подметил Ньюкомен, который цеплялся за каждую возможность ускорить ход машины. Он стал нарочно вспрыскивать в машину водяной фонтанчик, и струя воды, хлеставшая в цилиндре, подхлестывала машину, как хлыстом.
От поршня машины Ньюкомена подымается цепь к качающемуся коромыслу, похожему на колодезный журавль. С другого конца журавля свисает цепь к поршню водяного насоса. Журавль вытягивает поршень, как бадью из колодца.
Огнедействующий насос работает так. Машинист становится к кранам и впускает в цилиндр попеременно то пар, то фонтанчик холодной воды. Работа детская, а машина работает, как слон. Одна машина Ньюкомена заменила собой 50 лошадей, работавших на откачке.
Ньюкомен оказал большую услугу углепромышленникам. Жаркое пламя пылало в топках, день и ночь тяжелые коромысла медленно раскачивались над насосами. И один углепромышленник уверял домашних, что не может заснуть спокойно, если не слышит лязга цепей и сопения огненных журавлей, работающих на шахтах.
9.6.Детская работа — крутить в паровой машине краны. Говорят, что ее и поручали детям.
Рассказывают, как один мальчуган нечаянно усовершенствовал паровую машину. Называют даже имя этого смышленного мальчика — Гемфри Поттер.
