«Детская книга науки»

Обеспечив таким образом «возвратно-поступательное движение», Ньюкомен применил его для работы нагнетательного насоса с помощью большого коромысла или рычага, подвешенного на цапфах (железный штифт, на котором вращается колесо или вал машины) посередине и подвешенного подобно коромыслу весов; фактически он изобрел тот метод поддержки коромысла, который используется по сей день. Если мы сравним коромысло Ньюкомена с коромыслом весов, то он прикрепил к концам (вместо чаш весов) водяной насос и свой паровой цилиндр — последний был на одном конце, а первый — на другом. Коромысло работало как «качели»: под первичным действием пара на дно поршня в цилиндре оно поднималось с этого конца и, конечно, совершало равное падение на другом, к которому был прикреплен поршень насоса; а когда движение менялось на обратное из-за конденсации пара, поршень снова опускался под давлением воздуха, в то время как поршень водяного насоса снова поднимался, и, будучи снабженным надлежащими клапанами, вода медленно выкачивалась из шахты, хотя используемая паросиловая установка была весьма умеренной и лишь достаточной для уравновешивания веса атмосферы. Ньюкомен сделал конец, прикрепленный к водяному насосу, намеренно тяжелее, чем паровой поршень на другом конце коромысла, и таким образом работа пара за счет его упругости была весьма умеренной, в то время как фактический подъем воды из шахты осуществлялся давлением воздуха, равным (как уже было сказано) пятнадцати фунтам на каждый квадратный дюйм поверхности парового поршня. Эта машина называется атмосферной машиной, и на следующем рисунке мы видим изображение, сделанное с фотографии «Клуба Уатта», реальной модели машины Ньюкомена в Хантерианском музее Университета Глазго; размеры которой: длина 27 дюймов, ширина 12 дюймов, высота 50½ дюймов; из которой «в 1765 году Джеймс Уатт, пытаясь отремонтировать эту модель, принадлежащую классу естественной философии в Университете Глазго, сделал открытие отдельного конденсатора, который отождествил его имя с именем паровой машины». (Рис. 394.)

Fig. 394.

Модель машины Ньюкомена, в которой видны печь и котел, паровой цилиндр, коромысло, водяной насос и поднятая цистерна с водой.

В машине Ньюкомена открытие и закрытие кранов требовало бдительного присмотра человека или мальчика, и из достоверных источников известно, что мальчик, который предпочитал (как и почти все другие мальчики) игру работе, придумал с помощью веревок, кирпича и одной или двух защелок на рабочем коромысле сделать машину автоматической.

Хитроумное приспособление этого бедного мальчика проложило путь к усовершенствованным методам открытия и закрытия клапанов, которые были доведены до большого совершенства Бейтоном из Ньюкасла около 1718 года. Между тем временем и 1763 годом мы находим почетное упоминание Смитона в связи с паровой машиной, но имя великого Джеймса Уатта в это время начало цениться, и с помощью серии удивительно простых механизмов он наконец усовершенствовал машину, происхождение которой можно было проследить не только до времен Бласко де Гарая в 1543 году, но даже до дней древних механиков, таких как Герон, живший в 130 г. до н. э.

В 1763 году Джеймс Уатт был изготовителем математических инструментов в Глазго, и его внимание было привлечено к предмету паровой машины, когда он взялся за ремонт рабочей модели паровой машины Ньюкомена, которая использовалась профессором Андерсоном, занимавшим тогда кафедру естественной философии и впоследствии основавшим Андерсоновский институт. Ремонт, необходимый для этой модели, побудил Уатта сделать другую, и, наблюдая за ее работой, он обнаружил, что огромное количество тепла, а следовательно, и топлива, тратилось впустую при постоянном и последовательном нагревании и охлаждении парового цилиндра. Около двух лет спустя, когда Уатту было двадцать девять лет, он провел так много экспериментов, что смог придать механическую форму своим первоначальным идеям, которые воплощены в его патенте 1769 года следующим образом:

«Мой метод уменьшения потребления пара, а следовательно, и топлива в огневых машинах, состоит из следующих принципов:

«Первое: Тот сосуд, в котором силы пара должны использоваться для работы машины, который в обычных огневых машинах называется цилиндром, и который я называю паровым сосудом, должен в течение всего времени работы машины поддерживаться таким же горячим, как и пар, который входит в него — во-первых, путем заключения его в футляр из дерева или любых других материалов, которые медленно передают тепло; во-вторых, путем окружения его паром или другими нагретыми телами; и в-третьих, путем недопущения попадания или соприкосновения с ним воды или любого другого вещества, более холодного, чем пар, в течение этого времени.

«Второе: В машинах, которые должны работать полностью или частично за счет конденсации пара, пар должен конденсироваться в сосудах, отличных от паровых сосудов или цилиндров, хотя иногда сообщающихся с ними; эти сосуды я называю конденсаторами; и пока машины работают, эти конденсаторы должны по крайней мере поддерживаться такими же холодными, как воздух в окрестностях машины, путем применения воды или других холодных тел.

«Третье: Любой воздух или другой упругий пар, который не конденсируется холодом конденсатора и может препятствовать работе машины, должен вытягиваться из паровых сосудов или конденсаторов с помощью насосов, приводимых в действие самими машинами или иным образом.

«Четвертое: Я намерен во многих случаях использовать упругую силу пара для давления на поршни или то, что может быть использовано вместо них, таким же образом, как давление атмосферы используется сейчас в обычных огневых машинах. В случаях, когда холодная вода не может быть получена в изобилии, машины могут работать только этой силой пара, выпуская пар в открытый воздух после того, как он выполнил свою функцию.

«Наконец: Вместо использования воды для обеспечения герметичности поршня или других частей машин для воздуха и пара, я использую масла, воск, смолистые тела, животный жир, ртуть и другие металлы в их жидком состоянии.

«И упомянутый Джеймс Уатт, посредством меморандума, добавленного к упомянутой спецификации, заявил, что он не намеревался, чтобы что-либо в четвертой статье понималось как распространяющееся на любую машину, когда вода, подлежащая подъему, входит в сам паровой сосуд или любой сосуд, имеющий открытое сообщение с ним».

«Примерно в то время, когда он получил патент, Уатт начал строительство своей первой настоящей машины, цилиндр которой был восемнадцать дюймов в диаметре, и после многих препятствий в деталях работы ему удалось довести ее до значительного совершенства. Плохое растачивание цилиндра и трудность получения вещества, которое удерживало бы поршень плотно без огромного трения и в то же время сопротивлялось действию пара, доставили ему больше всего хлопот, а использование поршневого штока, движущегося через сальник, было новой особенностью в паровых машинах того времени и требовало большого мастерства исполнения, чтобы сделать его эффективным. В то время как Уатт боролся с этими трудностями, финансы Роубака пришли в расстройство, и в 1773 году он передал свою долю в патенте г-ну Болтону из Сохо. Однако, поскольку значительная часть четырнадцатилетнего срока, на который был выдан патент, уже прошла, и поскольку, вероятно, потребовалось бы еще несколько лет, прежде чем усовершенствованные машины могли быть введены в эксплуатацию, было сочтено целесообразным обратиться в Парламент за продлением срока, и в 1775 году был принят Акт, предоставляющий продление на двадцать пять лет с этой даты, в знак признания больших заслуг изобретения». (Борн, «Трактат о паровой машине».)

На рис. 395, стр. 427, мы приводим иллюстрацию конденсационной машины низкого давления и котла мощностью восемь лошадиных сил, построенных по принципу Болтона и Уатта, поскольку последний удачно объединил свое мастерство, знания, оригинальность и опыт с г-ном Болтоном из Сохо, близ Бирмингема, чья металлическая мануфактура была уже самой знаменитой в Англии.

Во время объяснения этой машины мощностью восемь лошадиных сил можно воспользоваться возможностью, чтобы время от времени обсуждать особые усовершенствования, осуществленные Уаттом. Паровая трубка a подает пар, генерируемый в котле b, к золотнику c, который прижимается к поверхности, по которой он движется, давлением пара.

Здесь мы замечаем некоторые из ценных усовершенствований Уатта в подаче пара как над, так и под поршень, благодаря чему он увеличил мощность своей машины и больше не ограничивал ее силой атмосферного давления. Также необходимо отметить прекрасно простой механизм золотника, с помощью которого пар подается попеременно над и под поршень. Нехватка места не позволяет нам проследить постепенные усовершенствования, осуществленные Уаттом, и поэтому мы берем его изобретение в том виде, в каком оно существовало в 1780 году, и отсылаем наших читателей к «Трактату о паровой машине» Борна для получения полных и подробных сведений об усовершенствованиях к этой дате.

Fig. 395.

Конденсационная паровая машина мощностью восемь лошадиных сил, по принципу Болтона и Уатта, объясненная на страницах 426–432.

В то время Уатту пришло в голову, что конденсация пара из цилиндра после того, как он выполнил свою работу, могла бы быть более совершенной, если бы под поршнем поддерживался постоянный вакуум, в то время как над ним создавались бы попеременное давление пара и вакуум. (Рис. 396.)

Fig. 396.

«e e — цилиндр. j — поршень. a — паровая трубка. b — регулирующий или дроссельный клапан. e — выпускной и равновесный одинарный клапан, выполняющий обе функции. c — верхнее, а f — нижнее продувочные отверстия, через которые только пар может входить и выходить. d, j, g — выпускная трубка, по которой пар проходит из-под поршня во время каждого обратного хода в конденсатор, при этом под ним поддерживается постоянное разрежение». — Из Борна «О паровой машине».

Вместо получения конкретного преимущества произошло обратное, и Уатт был вынужден в этом случае вернуться к тяжелому противовесу Ньюкомена, чтобы сбалансировать разницу в вакууме над и под поршнем, следовательно, от этой формы цилиндра и клапанов отказались. Юный читатель заметит на приведенном выше рисунке, что превосходство устройства цилиндра Уатта над цилиндром Ньюкомена проистекает из того, что пар действует над и под поршнем, и что поршневой шток работает герметично в сальнике в верхней части цилиндра. Важнейшее усовершенствование в использовании пара в качестве движущей силы было обнаружено в способе его «расширительного» использования, при котором пар под давлением, скажем, шестьдесят фунтов на квадратный дюйм подается под поршень, а затем отсекается и позволяет расширяться и выталкивать последний без расхода какого-либо дополнительного топлива, оставляя после подъема поршня на высоту, скажем, три фута, среднюю или среднюю мощность тридцать фунтов на квадратный дюйм.

Возвращаясь к восьмисильной конденсационной машине, d — это паровой цилиндр, окруженный футляром, чтобы предотвратить охлаждение пара и поддерживать в цилиндре ту же или почти ту же температуру, что и у пара в котле, в соответствии с условием ст. I патента Уатта, процитированного на стр. 425 этой книги. Тот же внешний футляр виден вокруг цилиндра на рис. 396; e — поршень, который благодаря набивке из пеньки или другого подходящего материала наиболее точно прилегает к внутренней части цилиндра и предотвращает утечку пара по его сторонам; e — поршневой шток, прикрепленный к параллелограмму. Этот часовой механизм часто называли одним из шедевров Уатта, и в своем величайшем совершенстве он называется полным параллелограммом и может быть найден во всех лучших стационарных балансирных паровых машинах. Цель параллелограмма — заставить поршневой и насосный штоки двигаться всегда по прямым линиям, никогда не отклоняясь в какую-либо сторону. (Рис. 397.)

Fig. 397.

a b — половина балансира, где a — главный центр, b e — основные тяги, соединяющие шток поршня f с концом балансира. g d — тяги воздушного насоса, из центра которых подвешен шток воздушного насоса. c d и e d обеспечивают параллельность, поскольку c d может двигаться только вокруг неподвижного центра c, тогда как e d не только движется вокруг центра d, но и сам центр d перемещается по дуге, описываемой c d, и благодаря этому действию e d корректирует искажающее влияние собственного радиуса. Пунктирные линии и буквы выше позволяют наблюдателю увидеть влияние движения балансира на параллельное движение.

В восьмисильной машине, показанной на рисунке на странице, e также прикреплен к поршню e, который приводит в движение балансир f, а другой конец этого балансира посредством шатуна g передает движение тяжелому маховику g с помощью кривошипа h.

h — эксцентриковый круг на оси маховика g; он приводит в движение золотник, который попеременно подает пар над поршнем и под ним. Золотник и его зеркало помещены внутри продолговатой коробки или корпуса, достаточно большого, чтобы обеспечить свободное движение золотника внутри него, и обычно представляющего собой расширение в ходе трубопровода.

Золотниковый шток, с помощью которого золотник открывается и закрывается, выходит наружу через сальник; или же, вместо такого штока, золотник умеренного размера часто имеет закрепленную на нем гайку, внутри которой работает винт на конце оси, выходящей через втулку и имеющей заплечики внутри и снаружи, чтобы предотвратить ее продольное перемещение, а также квадрат на внешнем конце, на который надевается ключ, используемый для его вращения. i — дроссельная заслонка внутри паропровода и рычаг, соединенный с регулятором для управления подачей пара в цилиндр.

Здесь мы снова прерываем описание нашей восьмисильной машины, чтобы более подробно проиллюстрировать это замечательное изобретение Уатта, которое до сегодняшнего дня остается без каких-либо существенных изменений даже в лучших паровых машинах. (Рис. 398.)

Fig. 398.

a — седло дроссельной заслонки, z — сама заслонка, вращающаяся на шпинделе, который проходит через ее центр. a — паропровод. w — рычаг дроссельной заслонки, на который воздействует шток h, идущий от регулятора. d d — шпиндель регулятора, вращающийся с помощью ремня, действующего на шкив d. e e — шары, подвешенные на концах рычагов, которые пересекаются в точке e, подобно ножницам. Когда d d приводится в движение, шары разлетаются под действием центробежной силы и при этом опускают муфту, в которой работает рычаг f с помощью тяг f h. Когда f опускается, h, разумеется, поднимается, и заслонка z частично закрывается, а подача пара уменьшается.

В восьмисильной машине, уже частично описанной, k — цилиндр воздушного насоса для удаления воздуха и воды, конденсирующей пар, из конденсатора l. Существует также отводная труба, которая проводит пар из цилиндра в конденсатор l. o — насос, подающий холодную воду в резервуар s, в котором находятся конденсатор и воздушный насос; p — шток, соединенный с инжекционным краном для подачи струи воды в конденсатор из резервуара, которая постоянно течет во время работы машины; q q — чугунные колонны, четыре из которых поддерживают основные части машины.

Теперь мы переходим к котлу паровой машины, который, конечно, имеет почти такое же значение, как и сама машина; тот, что изображен на рисунке на нашей странице, является хорошим образцом одного из излюбленных котлов, используемых фирмой «Болтон и Уатт», и называется «вагонным котлом». Котел изготовлен из листов котельного железа, склепанных вместе и должным образом усиленных там, где это необходимо; паровая труба a подает пар к машине. Здесь можно отметить, что цилиндрический котел, состоящий из двух цилиндров, один внутри другого, из которых первый содержит топку, в то время как тяга печи циркулирует снаружи последнего, а пространство между двумя цилиндрами заполнено водой, — это форма котла, которая наиболее одобряется и используется в знаменитых экономичных паровых машинах корнуоллских шахт.

Поскольку вода испаряется в виде пара, котел должен постоянно пополняться свежей водой, которая поступает (как можно заметить, осмотрев рисунок на странице) из горячего колодца s с помощью насоса горячей воды r, прикрепленного к балансиру f. Вода перекачивается на вершину колонны, поднимающейся над котлом, но соединенной с ним. Внутри колонны воды находится цилиндрический поплавок, соединенный с котлом и подвешенный на цепи через шкив к заслонке печи. Заслонка и поплавок уравновешивают друг друга, и когда вода в котле нагревается до слишком высокой температуры, это заставляет поплавок подниматься в колонне воды, что опускает заслонку или затвор, перекрывающий тягу дымохода печи t, уменьшает интенсивность нагрева и снижает образование пара. С другой стороны, по мере снижения температуры поплавок опускается, заслонка поднимается, и, позволяя большему количеству воздуха устремляться к горящему топливу в топке, генерируется большее количество пара.

Внутри котла также имеется каменный поплавок для регулирования подачи воды через питательную трубу или колонну воды, последняя из которых всегда должна быть достаточно высокой, чтобы давить с большей силой, чем пар, образующийся в котле, иначе сила пара могла бы при определенных обстоятельствах вытолкнуть или выбросить воду из верхней части колонны. Камень подвешен на латунной проволоке, которая проходит через сальник и соединена с рычагом, к которому прикреплен тяжелый противовес, отрегулированный так, что когда камень погружен на определенную глубину в воду (согласно принципу потери веса твердым телом в жидкости, объясненному в статье об удельном весе на стр. 48), он должен точно уравновешивать последнюю, но когда вода в котле опускается и камень больше не окружен водой, он становится тяжелее и, опускаясь, открывает коническую пробку, притертую так, чтобы плотно закрывать отверстие в дне колонны воды или питательной трубы, и как только пробка открывается, вода устремляется в котел; подача снова прекращается, когда камень поднимается, будучи погруженным или окруженным водой надлежащего уровня. Если наши юные читатели не обратятся к статье об удельном весе, они не поймут кажущуюся аномалию «каменного поплавка».

Большое отверстие, называемое лазом, закрытое железной плитой и надежно закрепленное винтами, предусмотрено для того, чтобы инженер мог войти в котел, когда он холодный, для очистки от накипи и грязи, образующихся из воды. Чтобы предотвратить образование накипи из извести и других землистых веществ, иногда принято, исходя из принципа «лучше предупредить, чем лечить», класть внутрь котла большое бревно «кампешевого дерева», так как обнаружено, что красящее вещество удивительным образом препятствует прилипанию землистого вещества, хорошо известного как «накипь» в железных чайниках, к стенкам котла. Нашатырь и другие соли также обладают таким же свойством, но ни то, ни другое не используется широко, так как механический труд по отбиванию накипи в котле и остановка его работы на день или около того предпочтительнее уже описанного плана профилактики.

Имеется также клапан, открывающийся внутрь, чтобы предотвратить последствия внезапной конденсации в котле, а также предохранительный клапан и рычаг с грузами, открывающиеся наружу и позволяющие пару выходить, когда он достигает опасного избытка, и чтобы видеть, так сказать, состояние давления внутри железного котла, предусмотрен соответствующий паровой манометр, а также два крана — а именно, водяной и паровой, чтобы позволить инженеру убедиться, что вода находится на нужном уровне и не превышает его, потому что при открытии, если все идет правильно, первый, № 7, должен выбрасывать воду, а второй, № 8 — пар.

Поистине удивительно, учитывая количество предусмотренных мер предосторожности и предупреждений, что с котлами вообще случаются аварии, но статистика смертей и ежегодного уничтожения имущества показывает, что наука бессильна, более того, абсолютно опасна, когда попадает в руки невежественных и неосторожных людей. Большой маховик, который обычно является столь внушающим трепет и удивительным проявлением силы в машине любой большой мощности, используется для накопления силы, чтобы, если какие-либо части машины работают неравномерно (все они работают с сопротивлением), он уравновешивал потребности всей системы, и благодаря своей инерции он будет продолжать двигаться до тех пор, пока его движение не будет остановлено сопротивлением, равным его количеству движения.

При запуске машины иногда можно наблюдать, как инженер трудится, чтобы сдвинуть «маховик», и как только ему удается заставить его двигаться, сопротивление других частей механизма вскоре преодолевается. Г-н Олдерсон в своем премиальном эссе отмечает, что «именно в свойстве паровой машины регулировать себя и обеспечивать все свои потребности заключается великая красота этого изобретения. Говорили, что ничто, созданное рукой человека, не приближается так близко к животной жизни. Тепло — это принцип ее движения; в ее трубках есть циркуляция, подобная крови в венах животных, имеющая клапаны, которые открываются и закрываются в надлежащие периоды; она питает себя, выводит те части пищи, которые бесполезны, и извлекает из собственного труда все необходимое для собственного существования. К этому можно добавить, что теперь они регулируются так, чтобы не превышать заданную скорость, и так же поступают животные в естественном состоянии. Что предохранительные клапаны, подобно порам для потоотделения, открываются, чтобы позволить выходить излишнему теплу в виде пара. Паровой манометр, как пульс котла, указывает на тепло и давление пара внутри; а движение поршня представляет действие и силу, на которую он способен. Движение жидкостей в котле представляет расширение и сжатие сердца; жидкость, которая поступает в него по одному каналу, отводится по другому, частично для того, чтобы вернуться после конденсации холодом, подобно работе вен и артерий. Животные требуют длительных и частых периодов отдыха от усталости, и любое большое накопление их силы не достигается без больших затрат и неудобств. Ветер ненадежен; а воду, постоянство которой в немногих местах соответствует потребностям машиниста, редко можно получить на месте, где другие обстоятельства требуют установки машин. Чтобы избавить нас от всех этих трудностей, последнее столетие дало нам паровую машину в качестве ресурса, мощность которой может быть увеличена до бесконечности: она требует мало места; ее можно установить во всех местах, и ее могучие услуги всегда в нашем распоряжении, будь то зимой или летом, днем или ночью, на суше или на воде; она не знает перерывов, кроме тех, которые диктуют наши желания».

Паровая машина высокого давления, по-видимому, была впервые введена в широкое использование Тревитиком и Вивианом, хотя первоначальная идея такой модификации машин Ньюкомена или водяных машин возникла не у них. Как следует из названия, пар доводится до гораздо более высокой температуры и давления, чем требуется в конденсационных машинах Болтона и Уатта. Она состояла, во-первых, из цилиндра, открытого сверху и снабженного поршнем. Для сохранения тепла цилиндр был закреплен внутри котла и был снабжен двухходовым краном, приводимым в действие кривошипом, для подачи и перекрытия пара. Ход вниз производился атмосферой, а пар, выполнив свою работу, просто выбрасывался и терялся в воздухе.

Машина была снабжена маховиком, к которому сразу же крепился шток поршня, создавая непрерывное вращательное движение без помощи более тяжелого параллельного движения или насосов горячей и холодной воды.

Эта форма машины вскоре была принята для насосных работ — таких как осушение болот; и в 1804 году г-н Ричард Тревитик использовал ее для приведения в движение первой повозки на рельсовом или трамвайном пути Мертир-Тидвил, и она затем быстро была принята во всех угольных районах, где уровни были умеренными. Стивенсон-старший, за которым последовал покойный оплакиваемый Роберт Стивенсон, продолжил изобретениями и усовершенствованиями локомотивной паровой машины; и нам говорят в «Once a Week», что,

«Один из тех, кто наиболее квалифицирован, чтобы говорить о вкладе последнего в развитие локомотивной машины, утверждает, что примерно через пять лет после возвращения из Америки внимание Роберта Стивенсона было главным образом направлено на ее усовершенствование. „Никто, кроме тех, кто сопровождал его в течение этого периода в его непрерывных экспериментах, не может составить представление об удивительном метаморфозе, который машина претерпела за это время. Самые элементарные принципы применения тепла, способы расчета прочности цилиндрических и других котлов, прочности клепки и крепления плоских частей котлов были тогда далеки от понимания, и каждый шаг в усовершенствовании машины должен был быть подтвержден самыми тщательными экспериментами, прежде чем могли быть достигнуты блестящие результаты машин Rocket и Planet (последняя является типом существующего современного локомотива)“».

«Время Стивенсона, однако, не было настолько полностью занято в течение вышеуказанного интервала, чтобы исключить внимание к его другим делам по гражданскому строительству, и он выполнил в течение него железные дороги Лестер и Суоннингтон, Уитби и Пикеринг, Кентербери и Уитстейбл, а также Ньютон и Уоррингтон; в то же время он также построил обширную фабрику для локомотивов в Ньютоне, в Ланкашире, в партнерстве с г-нами Тейлор. Примерно в середине вышеуказанного периода также были составлены первые изыскания и сметы для Лондонской и Бирмингемской железной дороги, что в конечном итоге привело к получению Акта. Затем последовало выполнение этой линии, и здесь Роберт Стивенсон имел возможность показать свой большой талант к управлению работами в крупном масштабе. Это была первая железная дорога значительного размера, выполненная по контрактной системе; были подготовлены полные комплекты планов и спецификаций (которые с тех пор послужили типом почти для всех последующих линий) — немалое дело для серии работ, простирающихся на 112 миль, включающих туннели и другие работы тогда беспрецедентного масштаба».

«Многие другие железные дороги в Англии и за рубежом были выполнены им в быстрой последовательности; Мидленд, Блэкуолл, Северная и Восточная, Норфолк, Честер и Холихед, вместе с многочисленными ветками, были выполнены в этой стране им; и среди железных дорог за рубежом можно перечислить как работы, либо выполненные им, либо рекомендованные в его качестве инженера-консультанта, систему линий в Бельгии, Италии, Норвегии и Египте, а также во Франции, Голландии, Дании, Индии, Канаде и Новой Зеландии».

«Роберт Стивенсон впервые увидел свет в деревне Уиллингтон, в коттедже, который его отец занимал после женитьбы на мисс Фанни Хендерсон — браке, заключенном на основании его первого назначения „тормозным мастером“ на машину, используемую для подъема балласта, доставляемого возвращающимися угольными судами в Ньюкасл. Здесь Роберт родился 17 ноября 1803 года. Поскольку коттедж выходил на трамвайный путь, глаза ребенка были естественно знакомы с младенчества с видами и сценами, наиболее тесно связанными с его будущей профессией».

В котлах локомотивных паровых машин главной целью является генерация пара с наибольшей быстротой; поэтому котел состоит из двух частей — а именно, квадратной коробки, содержащей огонь, вокруг которой циркулирует тонкий слой воды, в то время как тяга для огня устремляется через ряд медных трубок, помещенных во второй или цилиндрической части котла. Благодаря использованию этих трубок огромная поверхность воды подвергается воздействию огня, и пар не только генерируется с удивительной быстротой, но и поддерживается при очень высоком давлении.

В течение последних нескольких лет «перегретый пар» упоминался благоприятно и использовался экономично для привода определенных машин. Принцип состоит в том, чтобы сначала генерировать пар, а затем пропускать его через змеевики из прочной трубы из кованого железа, благодаря чему он приобретает дополнительное тепло, и мы, таким образом, объединили в паре обычный принцип испарения воды с принципом нагретого воздуха Стирлинга, описанным на стр. 367. Мы даем чертеж патентного генератора и машины на перегретом паре Скотта. (Рис. 399.)

Аппарат используется следующим образом: — В печи разводится огонь, и как только соединенный с ней пирометр показывает около 800 градусов, немного воды вручную закачивается в змеевики, которая немедленно превращается в пар. Затем запускается вспомогательная машина, которая поддерживает необходимую подачу воздуха и воды. Генератор производит обильный запас упругого смешанного газообразного пара при давлении 250 фунтов на квадратный дюйм; и утверждается, что эта машина работает удовлетворительно и запускается за невероятно короткое время от трех до пяти минут, так что для морских машин на военных судах, ожидающих внезапного приказа выйти в море, нет необходимости сжигать топливо до требуемого момента.

Fig. 399.

Патентный генератор Скотта, или новый пар против старого.

Эксперименты с перегретым паром уже были опробованы весьма успешно на борту судна компании «Пенинсулар энд Ориентал» Valetta, благодаря чему, как утверждается, достигается экономия тридцати процентов топлива. Машина, к которой был адаптирован перегретый пар, была построена фирмой «Пенн и сыновья», и судно развило скорость почти шестнадцать узлов в час, и при самых неблагоприятных обстоятельствах имело избыток пара.

«Важнейшее экспериментальное усовершенствование в паровых механизмах было в прошлый четверг впервые опробовано вниз по реке на борту судна компании «Пенинсулар энд Ориентал» Valetta. Фактическая природа усовершенствования может быть описана в нескольких словах как состоящая из простого аппарата для работы морских машин с помощью перегретого пара; но не будет преувеличением сказать, что в успехе или неудаче этого эксперимента вовлечены результаты, столь важные, что они существенно повлияют на все океанские пароходы и, действительно, на паровые механизмы всех видов. Быть способным работать механизмами на перегретом паре означает командовать увеличенной мощностью при тридцатипроцентном сокращении потребления топлива. Принцип, который может осуществить такие важные изменения в универсальном применении пара, не оставался нераскрытым до сегодняшнего дня. Потребность в перегретом паре давно ощущалась, и огромные сравнительные преимущества работы машин по такому плану давно известны. Простое и эффективное действие принципа, однако, было инженерной трудностью, которую различные ухищрения — все, однако, достаточно успешные, чтобы показать ценность усовершенствования — не смогли полностью устранить. Это препятствие, как мы полагаем, теперь было эффективно преодолено г-ном Пенном, и ценность усовершенствования настолько ясно продемонстрирована, что общее применение принципа к паровым механизмам любого вида теперь может считаться несомненным».

«Идея работы машин на перегретом паре и огромная экономия топлива и увеличение мощности, которые это осуществило бы, была, как мы полагаем, впервые выдвинута много лет назад г-ном Говардом, а впоследствии д-ром Хейкрафтом. Трудности, однако, на пути его принятия в то время и неверная оценка важности принципа помешали этим джентльменам реализовать очень большие практические результаты. В более поздний период дело было снова подхвачено американским инженером — г-ном Уэзерхедом, — который, однако, только перегревал часть пара и смешивал его с обычным паром на пути к цилиндрам. Успех, который сопровождал даже это частичное применение процесса, снова возродил идею и побудил других инженеров обратить свое внимание на предмет. Результатом этих возобновленных усилий является то, что несколько методов обеспечения большой экономии, которая должна быть достигнута путем перегрева пара, теперь находятся на испытании, и нет сомнения, что важнейший шаг в прогрессе пара, особенно применительно к океанскому судоходству, теперь наконец находится на грани успешного завершения».

«Ценность усовершенствования с точки зрения экономии в работе может быть лучше всего проиллюстрирована одним фактом — а именно, что счет компании «Пенинсулар энд Ориентал» на уголь ежегодно составляет огромную сумму в 700 000 фунтов стерлингов, и что при работе их судов на перегретом паре, правильно примененном, становится почти несомненным, что без какого-либо ущерба для механизмов можно сэкономить от 28 до 30 процентов этих гигантских затрат. Что касается различных предложенных методов перегрева пара, можно кратко объяснить, что условия, требуемые для выполнения, — это совершенная простота устройства с готовым контролем над аппаратом; что он должен быть расположен так, чтобы не быть подверженным случайному повреждению в машинном отделении; и что тепло, используемое для перегрева пара, должно быть отработанным теплом, которое уже выполнило свой долг в котлах и уходит».

«Все эти условия были наиболее удовлетворительно выполнены г-ном Пенном в новых машинах на борту Valetta, которые были опробованы вниз по Темзе впервые в четверг. Valetta, как наши читатели могут помнить, была в течение многих лет почтовым судном между Марселем, Мальтой и Константинополем. Будучи так занятой, она имела машины Пенна мощностью 400 лошадиных сил, и для работы их до средней скорости 15 миль в час требовалось потребление топлива от 70 до 75 тонн угля в день. В любое время оно было не менее чем от 45 до 55 тонн. Эти машины теперь были удалены на судно почти двойного тоннажа Valetta, а последняя оснащена машинами г-на Пенна по принципу перегрева. Мы можем упомянуть, что, помимо этого изменения, Valetta была значительно улучшена. Были добавлены ют и бак, увеличено размещение для пассажиров, и все судно оборудовано в богатейшем стиле. Салон — одна из самых простых и красивых вещей такого рода, которые мы видели, достаточно высокий и вместительный, и, прежде всего, восхитительно вентилируемый по системе, которая теперь принимается на всех морских пароходах, и заслуга разработки которой принадлежит г-ну Робинсону из компании «Пенинсулар энд Ориентал»».

«Возвращаясь, однако, к машинам. Г-н Пенн, по неоднократной просьбе г-на Аллена, управляющего директора компании «Пенинсулар энд Ориентал», взялся применить к ним принцип перегрева, к которому его внимание много лет назад было серьезно направлено д-ром Хейкрафтом. Его метод сделать это заключается в размещении в дымовой коробке котла, через которую горячий воздух из печи проходит первым, как можно большего количества малых труб, насколько это совместимо с допущением свободной тяги из печей. Через них весь пар из котлов проходит на пути к цилиндрам. Этим планом обеспечивается огромная нагревательная поверхность в трубах, пар находится в разделенном виде, так что на него легко воздействовать, и отработанное тепло из печи используется в точке, где его интенсивность наибольшая и где существуют наибольшие удобства для применения аппарата. С помощью трех обычных запорных клапанов все устройство может быть закрыто или отключено от машин по желанию. В обычных машинах пар покидает котлы при температуре около 250°, но снижается от этой температуры на пути к машинам до 230°, претерпевая от конденсации еще большее и более серьезное уменьшение тепла в цилиндрах. От этих причин, а также от огромного количества отработанного тепла, которое уходит через дымовую коробку и вверх по дымоходам, всегда существовала теоретическая потеря паровой мощности, составляющая сорок процентов по сравнению с потребленным углем. Именно эту потерю мощности и растрату тепла процесс перегрева предназначен предотвратить, и что, конечно, позволит сокращение от двадцати восьми до тридцати процентов на топливо, потребляемое сейчас. Процессом перегрева пар поднимается при прохождении вдоль труб в дымовой коробке (где тепло составляет около 650°) от температуры 250° до 350°, и так входит в цилиндры при 100° в избытке температуры, причитающейся его давлению. Это дополнительное тепло, конечно, быстро передается металлам и предотвращает конденсацию в цилиндрах или других частях машин, которая в противном случае, конечно, имела бы место. Удивительно, но меньшее количество холодной воды требуется для конденсации пара при этой высокой температуре 350°, чем при обычной теплоте обычного пара».

«Пробная поездка Valetta в четверг была наиболее удовлетворительной, не только в отношении машин, но еще более в отношении применения процесса перегрева. На измеренной миле у Лоуэр-Хоуп, близ Нора, результат повторных пробегов дал среднюю скорость почти 14½ узлов в час, таким образом реализуя с машинами мощностью 260 лошадиных сил и малым потреблением топлива ту же скорость, которая была получена с ее предыдущими машинами мощностью 400 лошадиных сил и потреблением семидесяти пяти тонн угля в день. Аппарат перегрева очевидно осуществил наиболее важную экономию топлива, но до тех пор, пока не может быть получено среднее значение многих дней работы, было бы трудно оценить точное количество сэкономленного. Кажется, однако, всякая причина верить, что среднее значение четырнадцати узлов в час может быть получено с потреблением только от двадцати четырех до двадцати шести тонн в сутки. Термометр во время испытания указывал в паровых трубах добавление к обычной температуре 100°, что г-н Пенн считает достаточным для всех практических целей перегрева. Даже при совершении от тридцати трех до тридцати четырех оборотов в минуту и движении судна против сильного встречного ветра и течения, было невозможно потребить весь генерируемый пар, который вырывался из обоих котлов всю поездку. Машины замечательны необычайной красотой и простотой своих пропорций, качествами, хорошо известными во всех машинах от «Пенн и сыновья», и которые, в сочетании с прочностью материалов и совершенством мастерства, делают эту фирму передовой в мире для механизмов этого описания. Оба цилиндра осциллирующие, диаметром шестьдесят два дюйма и с ходом четыре фута шесть дюймов. Лопасти гребных колес на флюгерном принципе, а котлы по патенту Лэмба и Ко. Во время всего курса испытаний, и при движении в одно время почти шестнадцать узлов, не было заметной вибрации, даже в конце салона, ближайшем к машинам. Когда вспоминается, что процесс перегрева, который может осуществить такие важные результаты, способен, как мы сказали, к применению к паровым механизмам любого вида, включая даже локомотивы, нельзя сомневаться, что испытание четверга и его большой успех — одно из самых важных событий для прогресса пара, которое мы должны были записывать в течение многих лет». (The Times, 23 апреля 1859 г.)

Говоря о применении этого несколько нового состояния пара, можно заметить, что многие изобретатели, которые уделяли мало или никакого внимания первым принципам, предлагали применять пары спирта, эфира или скипидара вместо пара воды; и они основывали свои представления на идее, что вследствие меньшей скрытой и явной теплоты паров спирта, эфира и скипидара, и малого количества топлива, требуемого для их кипячения, они выгодно конкурировали бы с паром. Этот взгляд на дело, однако, вскоре оказывается очень близоруким, потому что количество расширения было совершенно упущено из виду; и если бы было желательно, в порядке сравнения, произвести кубический фут пара, спирта, эфира или скипидара, пар стоял бы первым по дешевизне и потребовал бы наименьшего количества топлива для его производства, так что если бы более дорогие из горючих жидкостей можно было получить даром, все равно было бы дешевле использовать воду.

Latent heat, or equivalent

for fuel. A cubic foot of water yields 1700 cubic feet of steam = 1000° A cubic foot of alcohol produces 493 cubic feet =457°. Then, by rule of proportion, 493 cubic inches : 457 :: 1700 : 1575° A cubic foot of ether yields only 212 cubic feet of vapour = 312°, and 212 : 312° :: 1700 : 2500° A cubic foot of the oil of turpentine affords 192 cubic feet of vapour = 183°, and 192 : 183 :: 1700 : 1620°

Таким образом, будет видно, что вода при превращении в пар расширяется в восемь раз больше, чем серный эфир, и почти в три с половиной раза больше, чем спирт.

Применение пара для цели движения судов уже было упомянуто в связи с испанским изобретателем Бласко де Гараем в 1543 году. Первый патент в этом королевстве, предоставленный для этой цели, был патентом г-на Джонатана Халла в 1773 году. В 1787 году г-н Миллер провел ряд важных экспериментов по движению судов с помощью паровых машин, и казалось бы, что лорд Каллен отстаивал его идеи и пытался обеспечить сотрудничество великой фирмы Болтона и Уатта, которые, занятые своими сухопутными машинами, не могли уделить этому внимания; и двадцать лет прошло после ответа Уатта на обращение лорда Каллена, прежде чем появилась реальная новизна первого успешного эксперимента с пароходом в «открытом море» Генри Беллом в 1811 году. Рисунок этой лодки, называемой Comet, которая была впоследствии разбита, показан на стр. 418. Новизной Генри Белла был успех, и он справедливо заслуживает заслуги первой интродукции парового судоходства в Европу.

В 1811 году публика смотрела со смешанным изумлением и удовлетворением на реализацию того, что называлось басней. Только сорок семь лет спустя другое поколение спонтанно проявляет живейший интерес к гигантской частной спекуляции Great Eastern. Судно Генри Белла 1811 года имело 40 футов по килю, 10 футов 6 дюймов ширины и 25 тонн грузовместимости! Great Eastern 1859 года имеет 692 фута в длину, 83 фута в ширину, 60 футов в глубину и 24 000 тонн грузовместимости!! Вся нация в один голос желает ей счастливого пути в ее проектируемом плавании через Атлантику, как воплощение той великой доброй воли, которую каждый великодушный англичанин чувствует к просвещенному свободнорожденному народу Соединенных Штатов.

Если маленькое судно автора с его скромным грузом науки встретит одобрение его добрых друзей, мальчиков и их наставников, другое и другое, если здоровье позволит, будет спущено на воду для их пользы. Vale.

КОНЕЦ.

Примечания транскрибатора.

Глава XV. Эксперимент первый не обозначен заголовком.

Страница 99. «пульс поднимается на сорок или пятьдесят ударов в секунду» изменено на «пульс поднимается на сорок или пятьдесят ударов в минуту»

Страница 148. «ему позволяют высохнуть самопроизвольно, и будучи покрытым янтарным лаком (раствор янтаря в хлороформе), теперь готов для печати с него. (Рис. 123.) Пожалуй, вряд ли необходимо добавлять, что процессы сенсибилизации и проявления должны выполняться в темной комнате.» Рис. 123. не относится к этому разделу. Ссылка была удалена.

Страница 365. «воздушный термометр был использован сэром Джоном Лесли под названием «Дифференциальный термометр» в его утонченных и деликатных экспериментах с теплом. (Рис. 401.)» Ссылка на (Рис. 401.) удалена. Рис. 401. отсутствует в оригинальной печатной версии.