Содержание
- 1 Понятие
- 2 История изобретения
- 3 Изобретения Дени Папена
- 4 Изобретения Томаса Ньюкомена
- 5 Изобретение Уатта
- 6 Изобретение Ползунова
- 7 Принцип действия
- 8 Коэффициент полезного действия
- 9 Преимущества
- 10 Недостатки
- 11 Применение
- 12 Стимпанк как веяние эпохи паровых машин
- 13 Первые наработки.
- 14 Применение паровых машин на практике.
Возможности в использовании энергии пара были известны в начале нашей эры. Это подтверждает прибор под названием Героновский эолипил, созданный древнегреческим механиком Героном Александрийским. Древнее изобретение можно отнести к паровой турбине, шар которой вращался благодаря силе струй водяного пара.
Приспособить пар для работы двигателей стало возможным в XVII веке. Пользовались подобным изобретением недолго, однако оно внесло существенный вклад в развитие человечества. К тому же история изобретения паровых машин очень увлекательна.
Понятие
Паровая машина состоит из теплового двигателя внешнего сгорания, который из энергии водяного пара создает механическое движение поршня, а тот, в свою очередь, вращает вал. Мощность паровой машины принято измерять в ваттах.
История изобретения
История изобретения паровых машин связана со знаниями древнегреческой цивилизации. Долгое время трудами этой эпохи никто не пользовался. В XVI веке была предпринята попытка создать паровую турбину. Работал над этим в Египте турецкий физик и инженер Такиюддин аш-Шами.
Интерес к этой проблеме вновь появился в XVII веке. В 1629 году Джованни Бранка предложил свой вариант паровой турбины. Однако изобретения теряли большое количество энергии. Дальнейшие разработки требовали соответствующих экономических условий, которые появятся позднее.
Первым, кто изобрел паровую машину, считается Дени Папен. Изобретение представляло собой цилиндр с поршнем, поднимающимся за счет пара и опускающимся в результате его сгущения. Такой же принцип работы имели устройства Сэвери и Ньюкомена (1705). Оборудование применяли для выкачивания воды из выработок при добыче полезных ископаемых.
Окончательно усовершенствовать устройство удалось Уатту в 1769 году.
Изобретения Дени Папена
Дени Папен был по образованию медиком. Родившись во Франции, в 1675 году он переехал в Англию. Он известен многими своими изобретениями. Одним из них является скороварка, которую называли «Папенов котел».
Ему удалось выявить зависимость между двумя явлениями, а именно температурой кипения жидкости (воды) и появляющимся давлением. Благодаря этому он создал герметичный котел, внутри которого давление было повышено, из-за чего вода закипала позже обычного и повышалась температура обработки помещенных в него продуктов. Таким образом увеличивалась скорость приготовления пищи.
В 1674 году медик-изобретатель создал пороховой двигатель. Его работа заключалась в том, что при возгорании пороха в цилиндре перемещался поршень. В цилиндре образовывался слабый вакуум, и атмосферное давление возвращало поршень на место. Образующиеся при этом газообразные элементы выходили через клапан, а оставшиеся охлаждались.
К 1698 году Папену удалось создать по такому же принципу агрегат, работающий не на порохе, а на воде. Таким образом, первая паровая машина была создана. Несмотря на существенный прогресс, к которому могла привести идея, существенной выгоды она своему изобретателю не принесла. Связано это было с тем, что ранее другой механик, Сейвери, уже запатентовал паровой насос, а другого применения для подобных агрегатов к этому времени еще не придумали.
Дени Папен умер в Лондоне в 1714. Несмотря на то, что первая паровая машина была изобретена им, он покинул этот мир в нужде и одиночестве.
Изобретения Томаса Ньюкомена
Более удачливым в плане дивидендов оказался англичанин Ньюкомен. Когда Папен создал свою машину, Томасу было 35 лет. Он внимательно изучил работы Сэйвери и Папена и смог понять недостатки обеих конструкций. Из них он взял все лучшие идеи.
Уже к 1712 году в сотрудничестве с мастером по стеклам и водопроводам Джоном Калли он создал свою первую модель. Так продолжилась история изобретения паровых машин.
Кратко можно пояснить созданную модель так:
- Конструкция совмещала в себе вертикальный цилиндр и поршень, как у Папена.
- Создание пара происходило в отдельном котле, который работал по принципу машины Сэйвери.
- Герметичность в паровом цилиндре достигалась за счет кожи, которой был обтянут поршень.
Агрегат Ньюкомена подымал воду из копей с помощью воздействия атмосферного давления. Машина отличалась солидными размерами и требовала для работы большого количества угля. Несмотря на эти недостатки, модель Ньюкомена использовали в шахтах полвека. Она даже позволила вновь открыть шахты, которые были заброшены из-за подтопления грунтовыми водами.
В 1722 году детище Ньюкомена доказало свою эффективность, откачав воду из корабля в Кронштадте всего за две недели. Система с ветряной мельницей смогла бы сделать это за год.
Из-за того, что машина была создана на основе ранних вариантов, английский механик не смог получить на нее патент. Конструкторы пытались применить изобретение для движения транспортного средства, но неудачно. На этом история изобретения паровых машин не прекратилась.
Изобретение Уатта
Первым изобрел оборудование компактных размеров, но достаточно мощное, Джеймс Уатт. Паровая машина была первой в своем роде. Механик из университета Глазго в 1763 году принялся чинить паровой агрегат Ньюкомена. В результате ремонта он понял, как сократить расход топлива. Для этого необходимо было держать цилиндр в постоянно нагретом состоянии. Однако паровая машина Уатта не могла быть готова, пока не решилась проблема конденсации пара.
Решение пришло, когда механик проходил мимо прачечных и заметил, что клубы пара выходят из-под крышек котлов. Он понял, что пар – это газ, и ему нужно перемещаться в цилиндре с пониженным давлением.
Добившись герметичности внутри парового цилиндра с помощью пеньковой веревки, пропитанной маслом, Уатт смог отказаться от атмосферного давления. Это стало большим шагом вперед.
В 1769 году механик получил патент, в котором прописывалось, что температура двигателя в паровой машине будет всегда равна температуре пара. Однако дела незадачливого изобретателя шли не так хорошо, как ожидалось. Он был вынужден заложить патент за долги.
В 1772 году он знакомится с Мэтью Болтоном, который был богатым промышленником. Тот выкупил и вернул Уатту его патенты. Изобретатель вернулся к работе, поддерживаемый Болтоном. В 1773 году паровая машина Уатта прошла испытание и показала, что потребляет угля значительно меньше своих аналогов. Через год в Англии начался выпуск его машин.
В 1781 году изобретателю удалось запатентовать свое следующее творение – паровую машину для приведения в движение промышленных станков. Спустя время все эти технологии позволят двигать при помощи пара поезда и пароходы. Это полностью перевернет жизнь человека.
Одним из людей, изменивших жизнь многих, стал Джеймс Уатт, паровая машина которого ускорила технический прогресс.
Изобретение Ползунова
Проект первой паровой машины, которая могла приводить в действие разнообразные рабочие механизмы, был создан в 1763 году. Разработал его русский механик И.Ползунов, работавший на горнорудных заводах Алтая.
Начальник заводов был ознакомлен с проектом и получил добро на создание устройства из Петербурга. Паровая машина Ползунова была признана, и работа по ее созданию была возложена на автора проекта. Последний хотел сперва собрать модель в миниатюре, чтобы выявить и устранить возможные недочеты, которые не видны на бумаге. Однако ему приказали начать строительство большой мощной машины.
Ползунову предоставили помощников, из которых двое были склонны к механике, а двое должны были выполнять подсобные работы. На создание паровой машины ушел один год и девять месяцев. Когда паровая машина Ползунова была почти готова, он заболел чахоткой. Умер создатель за несколько дней до проведения первых испытаний.
Все действия в машине проходили автоматически, она могла работать беспрерывно. Это было доказано в 1766 году, когда ученики Ползунова провели последние испытания. Спустя месяц оборудование было сдано в эксплуатацию.
Машина не просто окупила затраченные средства, но и дала прибыль своим владельцам. К осени котел дал течь, и работы остановились. Агрегат можно было починить, но это не заинтересовало заводское начальство. Машина была заброшена, а спустя десятилетие разобрана по ненадобности.
Принцип действия
Для работы всей системы необходим паровой котел. Образовавшийся пар расширяется и давит на поршень, в результате чего происходит движение механических частей.
Принцип действия лучше изучить с помощью иллюстрации, представленной ниже.
Если не расписывать детали, то работа паровой машины заключается в преобразовании энергии пара в механическое движение поршня.
Коэффициент полезного действия
КПД паровой машины определяется отношением полезной механической работы по отношению к затраченному количеству тепла, которое содержится в топливе. В расчет не берется энергия, которая выделяется в окружающую среду в качестве тепла.
КПД паровой машины измеряется в процентах. Практический КПД будет составлять 1-8%. При наличии конденсатора и расширении проточной части показатель может возрасти до 25%.
Преимущества
Главным преимуществом парового оборудования является то, что котел в качестве топлива может использовать любой источник тепла, как уголь, так и уран. Это существенно отличает его от двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от типа последнего требуется определенный вид топлива.
История изобретения паровых машин показала преимущества, которые заметны и сегодня, поскольку для парового аналога можно использовать ядерную энергию. Сам по себе ядерный реактор не может преобразовывать свою энергию в механическую работу, но он способен выделять большое количество тепла. Оно то и используется для образования пара, который приведет машину в движение. Таким же образом может применяться солнечная энергия.
Локомотивы, работающие на пару, хорошо показывают себя на большой высоте. Эффективность их работы не страдает от пониженного в горах атмосферного давления. Паровозы до сих пор применяют в горах Латинской Америки.
В Австрии и Швейцарии используют новые версии паровозов, работающих на сухом пару. Они показывают высокую эффективность благодаря многим усовершенствованиям. Они не требовательны в обслуживании и потребляют в качестве топлива легкие нефтяные фракции. По экономическим показателям они сравнимы с современными электровозами. При этом паровозы значительно легче своих дизельных и электрических собратьев. Это большое преимущество в условиях горной местности.
Недостатки
К недостаткам относится, прежде всего, низкий КПД. К этому стоит добавить громоздкость конструкции и тихоходность. Особенно это стало заметно после появления двигателя внутреннего сгорания.
Применение
Кто изобрел паровую машину, уже известно. Осталось узнать, где их применяли. До середины ХХ века паровые машины применяли в промышленности. Также их использовали для железнодорожного и парового транспорта.
Заводы, которые эксплуатировали паровые двигатели:
- сахарные;
- спичечные;
- бумажные фабрики;
- текстильные;
- пищевые предприятия (в отдельных случаях).
Паровые турбины также относятся к данному оборудованию. С их помощью до сих пор работают генераторы электроэнергии. Около 80% мировой электроэнергии вырабатывается с применением паровых турбин.
В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.
Транспорт с паровым двигателем:
Такова история изобретения паровых машин. Кратко можно рассмотреть удачный пример о гоночном автомобиле Серполле, созданном в 1902 году. На нем был установлен мировой рекорд по скорости, который составил 120 км в час на суше. Именно поэтому паровые авто были конкурентоспособными по отношению к электрическим и бензиновым аналогам.
Так, в США в 1900 году больше всего было выпущено паровых машин. Они встречались на дорогах до тридцатых годов ХХ века.
Большая часть подобного транспорта стала непопулярной после появления двигателя внутреннего сгорания, чей КПД значительно выше. Такие машины были более экономичными, при этом легкими и скоростными.
Стимпанк как веяние эпохи паровых машин
Говоря о паровых машинах, хочется упомянуть о популярном направлении – стимпанке. Термин состоит из двух английских слов – «пар» и «протест». Стимпанк – это вид научной фантастики, которая повествует о второй половине XIX века в викторианской Англии. Данный период в истории часто упоминается как Эпоха пара.
Все произведения имеют одну отличительную особенность – они повествуют о жизни второй половины XIX века, стиль повествования при этом напоминает роман Герберта Уэллса «Машина времени». В сюжетах описываются городские пейзажи, общественные строения, техника. Особое место уделяется дирижаблям, старинным машинам, причудливым изобретениям. Все металлические детали крепились при помощи клепок, поскольку сварку еще не применяли.
Термин «стимпанк» возник в 1987 году. Его популярность связана с появлением романа «Разностная машина». Написан он был в 1990 году Уильямом Гибсоном и Брюсом Стерлингом.
В начале XXI века в этом направлении было выпущено несколько известных кинофильмов:
- «Машина времени»;
- «Лига выдающихся джентльменов»;
- «Ван Хельсинг».
К предтечам стимпанка можно отнести произведения Жюля Верна и Григория Адамова. Интерес к этому направлению время от времени проявляется во всех сферах жизни – от кинематографа до повседневной одежды.
О истории развития парового двигателя, достаточно подробно описано в этой статье. Тут же – наиболее известные решения и изобретения времен 1672-1891 года.
Первые наработки.
Начнем с того, что еще в семнадцатом веке пар стали рассматривать как средство для привода, проводили с ним всяческие опыты, и лишь только в 1643 году Эванджелистом Торричелли было открыто силовое действие давления пара. Кристиан Гюйгенс через 47 лет спроектировал первую силовую машину, приводившуюся в действие взрывом пороха в цилиндре. Это был первый прототип двигателя внутреннего сгорания. На аналогичном принципе устроена водозаборная машина аббата Отфея. Вскоре Дени Папен решил заменить силу взрыва на менее мощную силу пара. В 1690 году им была построена первая паровая машина, известная также как паровой котел.
Она состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался – так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.
Позже два англичанина, Томас Ньюкомен и Коули – один кузнец, другой стекольщик, – усовершенствовали систему путем разделения кипятильного котла и цилиндра и добавления бака с холодной водой. Эта система функционировала с помощью клапанов или кранов – одного для пара и одного для воды, которые поочередно открывались и закрывались. Затем англичанин Бэйтон перестроил клапанное управление в подлинно тактовое.
Применение паровых машин на практике.
Машина Ньюкомена вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована, разработанной Джеймсом Уаттом в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уатт предложил свои изобретения и в промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик.
Первая паровая машина, используемая в качестве средства передвижения, был изобретена французом Николя Жозефом Куньо, инженером и военным стратегпм-любителем. В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.
Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своей моделью парового автомобиля. Однако еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который спустя четырнадцать лет изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началась работа над изобретением и усовершенствованием паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию будущих автомобилей.
В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Несмотря на большую скорость кпд паровой машины был очень маленький. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.
Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.
Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года. На этом самом моменте и прекратилось производство и изобретение паровых машин
Говорят, что кипящий на огне чайник натолкнул в своё время шотландского изобретателя Джеймса Ватта на мысль использовать пар для создания универсального двигателя. Это, конечно же, легенда. Впрочем, подобные легенды, сопутствуют любому великому открытию или изобретению – достаточно вспомнить знаменитое яблоко Ньютона, ванну Архимеда или пророческие сны Менделеева. На самом деле первые паровые машины были изобретены задолго до Ватта – по меньшей мере, лет за двести.
История парового двигателя
Создатель первой паровой машины, а, точнее, её прообраза, был величайшим инженером в истории человечества. Он жил в Александрии во втором или первом веках до нашей эры –точно неизвестно. Звали его Герон Александрийский. Одно из самых известных его изобретений называлось эолипил – шар бога ветров Эола. Это устройство представляло собой наглухо запаянный котёл с двумя трубками на крышке. Сверху на трубке устанавливался полый шар с соплами. Когда вода в котле закипала, пар поднимался вверх, вырывался из сопел и вращал шар. По сути эолипил Герона являл собой прототип паровых турбин, и даже, можно сказать, прообраз первых реактивных двигателей, однако не был востребован в этом качестве. Современники Герона считали шар бога ветров Эола забавной игрушкой, и только.
В 1690 году французский физик Дени Папен придумал устройство, которое могло поднимать груз, используя силу пара, но не сумел создать работоспособную конструкцию. Однако именно Папен первым описал все процессы замкнутого термодинамического цикла – парообразование, расширение пара, конденсацию. Он же изобрёл паровой котёл, проложив тем самым путь к первому паровому двигателю.
Существует очень много легенд, связанных с изобретением Папена. Рассказывают например, что изобретатель обратил внимание на котёл с развариваемыми в нём костями на одной из мыловарен. Внимание его привлёк груз, который работники ложили на крышку кастрюли, чтобы ускорить процесс разваривания. Поскольку высвобождающийся пар всё время сдвигал крышку, Папен придумал предохранительный спускной клапан, а спустя восемь лет, благодаря этому изобретению, изобретатель Томас Севери создал первый промышленный паровой двигатель, который можно было использовать на производстве. Пожарная установка Севери являлась поршневым паровым насосом – водоподъёмником. В 1698 году Севери опубликовал описание своей машины, и взял на неё патент.
Насос Севери был маломощным и не очень эффективным, но за неимением лучшего начал широко использоваться для откачки воды из шахт. Сам Севери называл своё изобретение другом рудокопов. Один такой двигатель в 1707 году приобрёл Пётр 1. Машина была установлена в Летнем саду для приведения в действие фонтанов.
В 1705 году соотечественник Севери Томас Ньюкомен занялся созданием более практичной пароатмосферной машины. Ньюкомен был кузнецом по профессии, и изобретателем по призванию. Вместе с ним над этой машиной работал стеклодел Джон Коули. Они объединили идеи Папена и Севери, добавив предохранительный клапан в котёл и поршень в камеру насоса. Чуть позже они заменили ручное открывание-закрывание клапанов автоматическим.
Первая действующая модель машины Ньюкомена и Коули была создана в 1712 году, но получить патент на неё изобретатели не смогли, поскольку действие патента Севери на тот момент ещё не закончилось, и пришлось Ньюкомену взять Севери в компанию.
С развитием угледобывающей промышленности и разработкой более глубоких пластов спрос на водоподъёмные насосы рос огромными темпами. Машины Ньюкомена быстро вытеснили с шахт и рудников Англии друга рудокопов, а к двадцатым годам 18 века завоевали почти всю Европу. Их, кстати, применяли не только для откачки воды, но и для систем водоснабжения и в гидротехнических сооружениях. Например, одна из машин Ньюкомена, построенная в 1720 году, снабжала Лондон водой из Темзы. С этих машин, а точнее, с недействующей модели одной из них и начинается история изобретателя парового двигателя Джеймса Ватта.
В 1763 году один из профессоров университета в шотландском городе Глазго поручил Джеймсу Ватту –механику университетской мастерской, отремонтировать модель паровой машины Ньюкомена. Ватт приступил к ремонту без особого вдохновения –отремонтировать можно то, что сломалось, а этот злосчастный экспонат никогда не работал, но задание было получено, делать было нечего.
Возился Ватт с этой моделью долго – несколько недель, пока однажды вдруг не сообразил, что дело не в самой модели, а в принципах её устройства, и это была совсем другая задача –более интересная для изобретателя. С этого момента вместо ремонта университетского экспоната Ватт занялся созданием собственной паровой машины.
Ватт не был инженером-конструктором, у него вообще не было никакого образования, даже среднего. Он родился в крохотном шотландском городке Гринок, в школу ходил от случая к случаю, потому что был хилым ребёнком и страдал постоянной головной болью, но при этом он был очень начитанным, наблюдательным и умным, превосходно знал математику. В 1757 году дядя Джеймса помог племяннику открыть при университете мастерскую по ремонту и изготовлению математических и физических приборов. Так в 21 год Джеймс Ватт и стал механиком.
Над моделью своего универсального парового двигателя Ватт работал в общей сложности десять лет. Он предложил специальный цилиндр-конденсатор, в котором происходила конденсация пара, то есть, если раньше и впуск пара, и его конденсация осуществлялись в одном цилиндре, то, выделив специальный цилиндр-конденсатор, Ватт смог поднять КПД.
После изобретения нужно было вкладывать дополнительные средства в усовершенствование машины, но как раз в этот самый момент Джон Ребок, финансировавший работы, разорился. Ватт начал лихорадочно искать альтернативные источники финансирования, и чуть было не уехал в Россию по приглашению царского правительства. За занятия, сообразные с его вкусом и познаниями, английскому инженеру было обещано ежегодное жалование в 1000 фунтов стерлингов. Это было удивительное предложение! Удивительное тем, что действующая, работоспособная, и, более того, уже испытанная на производстве пароатмосферная машина непрерывного действия на тот момент уже 6 лет как была создана в самой России русским инженером Иваном Ползуновым.
Весной 1763 года, когда Джеймс Ватт получил задание отремонтировать недействующую модель машины Ньюкомена, горный инженер Иван Иванович Ползунов подал начальнику Колывановоскресенских заводов предложение о постройке изобретённой им огнедействующей машины для заводских нужд. Это был настоящий прорыв, ведь во второй половине 18 века промышленность России располагала только двумя видами заводских машин –воздуходувными мехами для металлургических печей и молотами для ковки металлов. Самым совершенным двигателем для них было водяное колесо, именно поэтому металлургические заводы строили не рядом с рудниками, а рядом с водоёмами, что, конечно же, было крайне неэффективно. В тех случаях, когда доставка руды, леса и горючего к водоёму была невозможна, рядом с заводом рыли пруд – это было ещё невыгодней; производство часто останавливалось – то воды в пруду не хватало, то во время паводков уровень её поднимался выше допустимого, а иногда стремительное половодье целиком разрушало плотину.
Огнедействующая машина была придумана Ползуновым для того, чтобы освободить металлургические заводы от рабской водяной зависимости, и, как говорил сам изобретатель, «облегчить труд по нас грядущим».
По принципу действия машина Ползунова была пароатмосферным двигателем, причём, двигателем универсальным – его можно было использовать в любом производстве и сооружать в любом месте. Напомним, что Ватт создал свою модель только шесть лет спустя – в 1769, с мощностью в 3-4 лошадиных силы, тогда как мощность двигателя Ползунова составляла 32. Паровой двигатель Ватта был его первым изобретением, а вот Ползунов уже имел на своём конструкторском счету и вододействующую лесопилку, и множество других остроумных приспособлений и новшеств, придуманных для нужд завода.
Как и Ватт, Ползунов не имел никакого образования. Он родился на Урале, в Екатеринбурге, рос в очень бедной семье. Его отец был солдатом, но маленькому Ване Ползунову повезло – заводской механик Никита Бахарев взял его в механические ученики. Учеником Ваня Ползунов оказался расторопным и сметливым – самостоятельно изучил книги по металлургии и минералогии, прочёл все труды Ломоносова, а также работы известного российского химика Ивана Андреевича Шлаттера. К которому и попала на отзыв в 1763 году проект Ползунова об «огнедышащей машине». Шлаттер нашёл проект оригинальным и доложил об этом Екатерине 2. Ползунов тут же был «произведён в механику со с чином и званием инженерного капитал-поручика, и представлен к награде в 400 рублёв». А также ему было предложено поступить на учёбу в академию. Но в тот момент Ползунов мечтал вовсе не об учёбе, ему не терпелось приступить к строительству своей «огнедышащей машины». Ползунов планировал сначала построить небольшой опытный образец, однако его заставили сразу же приступить к постройке крупной установки, которая обслуживала бы 10-12 печей. Она занимала целое здание. При этом Ползунова не обеспечили ни квалифицированными рабочими, ни грамотными помощниками, ни даже необходимыми инструментами. Тем не менее, работу Иван Иванович выполнил за тринадцать месяцев, заплатив за это чахоткой и умерев, не дожив до пуска своего парового дракона одну неделю. Первый в истории планеты пароатмосферный двигатель был пущен в эксплуатацию 7 августа 1766 года, проработав с небольшими перерывами до ноября и успел за это время не только окупить все расходы на его постройку, но и принести ощутимую прибыль – почти 12000 рублей. Потом у огнедышащей машины прогорел котёл. Можно было починить этот или установить новый, но заводское начальство, исходя из каких-то своих соображений, решило «агрегат больше в работу не пущать». Машину остановили, разобрали на части, и забыли и про неё, и про гениального русского изобретателя на долгие годы.
Спустя три года после смерти Ползунова русское правительство обратится к Ватту с очень заманчивым предложением. На тот момент у Ватта ещё не будет работоспособного парового двигателя, но зато будет оформлен патент на него.
Свой первый патент Ватт получил 5 января 1769 года, но это был патент не на паровой двигатель, а на принципы его работы. Патентная формула, говоря современными словами, состояла из шести пунктов. Ватт запатентовал теплоизоляционную оболочку цилиндра, уплотнения и отдельный сосуд-конденсатор. Он также получил авторские права на то, что воздух должен удаляться из конденсатора насосом, и на применение упругой силы давления пара. Первоначально Ватт получил патент на 14 лет, затем продлил его ещё на 25, а первую работоспособную машину он построил только в 1775 году – через 9 лет после Ползунова. Следующие 25 лет жизни Ватт занимался незначительными усовершенствованиями своего парового двигателя и получением разнообразных патентов на эти усовершенствования.
Самым знаменитым считается патент № 1432. Ватт получил его в 1782 году, закрепив за собой права на подачу пара с двух сторон цилиндра и на использование пара высокого давления. Этот патент, по сути своей, не столько охранял авторские права, сколько блокировал работу конкурентов. Сам Ватт никогда не изобретал, и не собирался в будущем строить машину высокого давления, зато такую машину спроектировал ещё в 1781 году английский инженер Джон Хорнблауэер, и если бы не патент Ватта № 1432, он запросто завоевал бы рынок, так как агрегаты Хорнблауэра были более мощными и более экономичными.
Кстати, в 1782 же году Ватт запатентовал и локомотив. К самой идее он относился очень скептически, но на всякий случай авторские права за собой застолбил.
Первые паровые машины были очень просты, но при этом очень надёжны – паровая машина Старушка Бесс, которую Ватт построил для своего завода в Сохо, проработала без перерыва 71 год. Настоящим долгожителем можно считать паровую машину Ватта, которая работала на Бирмингемском канале 121 год — с 1877 по 1898. Однако рекорд работоспособности – 141 год, принадлежит паровой машине Ньюкомена. Начав трудовую деятельность в 1787 году, она вышла на пенсию в 1928, и до сих пор время от времени подрабатывает на киносъёмках.
