Давление пара

.

Американский механик Оливер Ивенс родился в семье разорившегося фермера в 1755 году в небольшом городке Ньюпорт штата Делавар.
Очень рано он начал работать у хозяев мелких мастерских, а четырнадцати лет поступил в обучение к одному каретному мастеру.
Уже в это время юноша ломал себе голову над тем, как бы заставить экипажи, с которыми он возился, двигаться без лошадей. Ивенс признавался впоследствии, что после многих размышлений и опытов он тогда же решительно отбросил «все способы, которые были прежде испытаны, например паруса, педали, зубчатые колеса, рукоятки».


Ученик каретного мастера ничего не знал ни о паровой телеге Кюньо, ни о машинах Ньюкомена и Уатта. К мысли о том, чтобы воспользоваться давлением пара для движения экипажей, он пришел самостоятельно, при следующих любопытных обстоятельствах.
В то время, празднуя Новый год, американцы имели обыкновение забавляться стрельбой из заклепанных ружейных стволов. В ствол предварительно наливалась вода, затем заклепанный ствол с водой нагревался на костре, пока пар не выбивал заклепку с грохотом, напоминавшим орудийную пальбу.
Ивенс сам принимал участие в этой забаве. Ему, искавшему силу, способную заменить в экипаже лошадь, естественно пришла мысль об энергии пара. Юноша постарался узнать все, что возможно, о свойствах пара, и тут-то он и услышал впервые о паровых машинах. Он узнал о существовавших в Англии машинах Ньюкомена. Ивенс страшно удивился, узнав, что в этих машинах пар употребляется главным образом лишь для того, чтобы получить вакуум, и почти не используется для работы более высоким, по сравнению с обычным, атмосферным давлением. Он решил построить машину по-своему, где пар работал бы давлением, которое рвало на куски ружейные стволы, если не могло выбить заклепки.
К этому времени Ивенс прошел хорошую школу у разных ремесленников и стал отличным столяром и слесарем. Изобретатель по самому складу своего беспокойного и ни с чем не мирившегося ума, он уже испробовал свои силы в столярной мастерской: тут он сконструировал машину для нарезывания зубцов в механизме прядильного станка.
Правда, изобретение принесло ему только огорчения. Хозяин мастерской воспользовался машиной работника, а затем присвоил себе и самое изобретение, выгнав предварительно Ивенса со службы.
Изобретателю не удалось защитить свои права перед судом. Но обида не заставила его бросить дело, не внушила ему отвращения к изобретательской деятельности. Наоборот, она заставляла его с яростью идти, как говорится, навстречу своей судьбе, чтобы победить или погибнуть. Это был человек ожесточенной энергии, производивший на окружающих впечатление одержимого.
Только теперь стало ясно, какое видное место занимает этот американец в истории паровой техники. В свое время его объявили больным «паровой болезнью», и ничего, кроме смеха и сожаления, он не вызывал у соотечественников.
Об исключительном значении его работ не мог никто судить. Проекты Ивенса казались фантастическими — так далеко они шли впереди своего времени.
Машину высокого давления пара Ивенс спроектировал в 1787 году и тогда же взял на нее патент в компании с братьями жены. Машина предназначалась для мельниц.
На следующий год Ивенс начал хлопотать о выдаче ему патента на паровой локомотив для обыкновенных дорог. Тут уже изобретателя не только высмеяли — ему было отказано в выдаче патента, как сумасшедшему. Ивенс обратился в другие штаты. Но многие уже знали о сумасшедшем изобретателе. Запатентовать свою паровую повозку Ивенсу удалось только в штате Мериленд, куда еще не дошли слухи об одержимом «паровой болезнью» человеке.
Ни один из проектов Ивенса не был выполнен, так как изобретатель не имел средств. С большим трудом удалось ему построить паровой двигатель, но применения он не находил.
Всклоченный, неловкий человек с одутловатым лицом, носившийся с фантастическими проектами, не внушал никому доверия. Судьба всех его замыслов была одинакова, и чем энергичнее он защищал свои идеи, тем более фантастическими они казались. В те времена еще для многих дико и странно звучали речи Ивенса, когда он писал о своих проектах:
«Я не сомневаюсь, что мои машины будут гнать суда по реке Миссисипи против течения и двигать экипажи по дорогам на благо страны. Наступит время, когда в паровых экипажах можно будет передвигаться из города в город со скоростью птиц».

 

Ивенс, носившийся с фантастическими проектами, не внушал никому доверия.
Куда бы и к кому бы ни обращался неугомонный американец со своими проектами, он нигде не получал помощи. Лишь однажды, в 1804 году, Ивенс в первый и последний раз имел некоторый успех. Администрация Филадельфийской гавани, нуждаясь в землечерпательной машине, поручила постройку ее Ивенсу.
По оригинальности этой машины можно судить о конструкторском таланте Ивенса. Паровой двигатель очень высокого по тем временам давления пара — около десяти атмосфер — помещался в лодке, стоящей на колесах. Машина приводила в движение землечерпательное колесо. В то же время Ивенс связал двигатель канатной передачей с колесами, так что землечерпалка могла самостоятельно двигаться и по воде и по суше. Изобретатель назвал ее «Амфибия».
Испытание парового чудища происходило на глазах у двадцати тысяч зрителей. Люди стояли по обеим сторонам дороги от города до реки. Некоторые приветствовали изобретателя, управлявшего машиной. Многие взирали на противоестественное явление с недоверием. Вероятно, один только Ивенс отдавал себе отчет в значении всего происходившего.
Газетный шум, поднятый вокруг машины и ее конструктора, сослужил Ивенсу большую службу. В следующем году ему удалось издать книгу: «Руководство машиностроителя». Эта книга, впоследствии переведенная во Франции, произвела большое впечатление новизною и убедительностью своих идей.
В книге опубликованы все проекты Ивенса, описаны все его опыты. Впоследствии отдельные конструкторы многое заимствовали от американского паротехника. Например, он рекомендовал для машин высокого давления пара особые прочные котлы из железа с внутренней жаровой трубой. Такие котлы получили впоследствии широкое распространение под названием «корнваллийских» котлов.
Говоря о применении своей машины для движения судов и экипажей, Ивенс мечтал о далеком будущем.
«Теперешнее поколение, — писал он, — желает довольствоваться каналами, следующее отдаст предпочтение железным дорогам и лошадям, а их просвещенные потомки будут пользоваться моим автомобилем как самым совершенным способом передвижения!»
Успех «Амфибии» принес Ивенсу некоторые средства. Он вложил их в постройку собственных мастерских. За десять лет они выпустили полсотни паровых машин высокого давления.
Двигатели Ивенса устанавливали не на экипажах, а на мельницах и вновь строящихся в Америке заводах. И все-таки Ивенс не применял конденсатора, хотя к этому времени истек срок действия патентов Уатта. Машины работали на выхлоп, выбрасывая отработавший пар в воздух. Высокое давление пара Ивенс противопоставлял конденсации и, видимо, считал несовместимым одно с другим. Даже этот широко мыслящий технический ум не мог освободиться от влияния предвзятого и, конечно, бессознательного представления о том, что раз машина работает при высоком давлении пара, то и конденсатор ей ни к чему. Мысль о возможности применить здесь конденсатор не приходила в голову.
Конденсатор, конечно, был бы слишком громоздок для машин, устанавливаемых на повозке. Но, выпуская отработавший пар в конденсатор, мы увеличиваем мощность машины, не увеличивая нисколько давления пара в котле, не расходуя лишнего топлива. Ведь в конденсаторной машине при прочих равных условиях поршню и выходящему пару не приходится преодолевать естественного сопротивления воздуха. При равном давлении в котлах мощность конденсационной машины всегда будет выше мощности такой же машины без конденсатора.
Впоследствии, повышая шаг за шагом давление пара в своих машинах, Уатт естественным путем пришел к сочетанию в одной машине высокого давления пара и конденсации. Но первые конструкторы машин высокого давления сами по себе не догадывались еще о полной возможности такого выгодного сочетания.
Ивенс в конструкцию своих машин внес много усовершенствований. Прежде всего он стал впускать пар не по одну только сторону поршня, а и по другую, попеременно через клапаны в нижней и верхней частях цилиндра. Клапаны действовали автоматически, через систему зубчатых колес и кулачков. Таким образом, в его машинах оба хода поршня стали рабочими и мощность машины повысилась без увеличения ее размеров.
Подобную же машину двойного действия, но не с клапанным, а золотниковым парораспределением, сконструировал и Уатт приблизительно в то же время. Работали оба изобретателя независимо друг от друга, но мысли их шли в одном направлении.
Любопытно, что так же оба они одинаково оказались жертвой своих привычных представлений. Ни Уатт, ни Ивенс не смогли отрешиться от коромысла, которое для новых машин не было нужно и бессмысленно усложняло конструкцию.
Призрак машины Ньюкомена тяготел над обоими конструкторами, так как оба они пришли к своим конструкциям, отправляясь от его водоотливной машины. Но для парового насоса Ньюкомена такое устройство было совершенно естественным: коромысло заменило здесь грузовую веревку и блоки Папена, с тем чтобы изменить направление действия силы атмосферного давления сверху вниз на противоположное, нужное насосу, — снизу вверх.
Машины двойного действия и у Ивенса и у его английского товарища предназначались для прядильных и ткацких станков, для мельничных жерновов: всем им требовалось вращательное, а совсем не прямолинейно-возвратное движение. Но, как показал изобретатель всем известного токарного станка и точила, вращать колесо можно и непосредственно соединяя поршень с осью колеса через кривошип и шатун.
Зачем же нужно было коромысло, которое все-таки оставалось и у Ивенса в Америке и у Уатта в Англии? У машины Ивенса оно казалось еще более странным, так как это было одноплечее коромысло. Поршнем раскачивался рычаг, укрепленный на стойке, а рычаг через систему кривошипа вращал маховое колесо, от которого уже шел привод к исполнительной машине. Ивенс пренебрег тем, что конец коромысла, качаясь, чертит в воздухе кривую линию, вследствие чего жестко связанный с ним поршневой шток может вредно действовать на поршень. Он просто не занимался этим вопросом.
Вот какие причудливые противоречия могут одновременно существовать в самом светлом уме. Над смелой идеей тяготеет предвзятость другой, рядом с гениальным полетом мысли живет косное сознание. На преодоление привычного хода собственных мыслей иногда надо потратить больше умственных сил и душевной энергии, чем на борьбу с природой, несовершенством техники, малой прочностью материалов.
Ивенс все-таки положил основание строительству паровых двигателей в Соединенных Штатах Америки, хотя и не увидел при жизни осуществления многих своих замечательных идей.
Судьбу своих изобретений Ивенс описал, по обычаю того времени, в «Открытых письмах к американскому народу».
В одном из этих писем Ивенс рассказывает, что ему принадлежит восемьдесят различных изобретений, но он уничтожил их описание и чертежи, так как изобретательство не принесло ему ничего, кроме насмешек, несчастий и преследования. Глупцы не понимали его, а предприниматели обкрадывали.
Ивенса действительно преследовали и люди и несчастья. В 1819 году мастерские его сгорели. Катастрофа сломила творческие силы изобретателя и приблизила его физическую смерть. Он умер в том же году.
После смерти Ивенса, хотя и не скоро, американский конгресс объявил его «благодетелем отечества» и «американским Уаттом». Это признание последовало уже под влиянием победоносного вторжения парового двигателя во все области промышленности и транспорта, когда восторжествовали идеи Ивенса, казавшиеся его современникам столь фантастическими.
Раньше всего идеи эти, естественно, восторжествовали в Англии, первой из стран, вступившей на путь промышленной революции.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.