1. Отдельный конденсатор

Уатт

Как-то зимой 1763 года профессор физики и астрономии Глазговского университета Андерсон, готовя к лекции модель водоотливной машины Ньюкомена, с досадой увидел, что модель, недавно возвращенная из починки, опять неисправна. Не желая обращаться к лондонским мастерам, профессор решил поручить исправление модели бывшему университетскому механику Джемсу Уатту (1736–1819). На другой же день Уатт явился в университет. Это был высокий, худой, болезненного вида молодой человек с длинными волнистыми волосами, тихий и задумчивый. Осматривая машину, Уатт скромно признался, что до сих пор не имел случая заниматься такой работой и совершенно не знаком с устройством машины Ньюкомена.

— Правда, — прибавил он, — мистер Робиссон еще студентом как-то обращал мое внимание на паровую машину. У него была идея применить силу пара для движения повозки. Но мы ничего не предприняли, чтобы ее осуществить. Года три назад я пробовал производить опыты с котлом Папена, но отказался от мысли добиться чего-нибудь лучшего и больше этим вопросом не занимался… Впрочем, кажется, в данном случае нужны простые исправления механизма, и я, вероятно, сумею пустить в ход вашу модель очень скоро.

Не придавая большого значения предстоящей работе, молодой механик с университетской моделью под мышкой направился к каменному домику, крытому сланцем, где помещалась его мастерская.

Осмотрев механизм и познакомившись с устройством машины, Уатт внес в нее все нужные исправления и стал пробовать работу модели. К изумлению мастера, несмотря на то, что соответственно размерам самой модели котел для нее был более чем достаточен, он все же не давал нужного количества пара. Усиливая в топке огонь, можно было заставить машину сделать несколько ходов, но и только. При этом нужно было вбрызгивать в цилиндр очень много холодной воды, хотя нагрузка машины была незначительной.

Будь Джемс Уатт простым механиком, он отослал бы машину обратно, окончив исправление, как и поступали до него все лондонские и глазговские мастера. Но его ум исследователя, пораженный необъяснимым явлением, стал доискиваться причины, почему же большая часть пара пропадает совершенно бесполезно и работа машины никак не соответствует расходу пара.

Чем хуже действовала машина, тем настойчивее и оживленнее работал мозг мастера. Исходя из своих теоретических познаний, Уатт сделал несколько предположений, а затем стал их проверять на опыте. Тут он и пришел к выводу, что разгадка таится в незадолго до того открытом физиками законе: вода в безвоздушном пространстве кипит не при обычной температуре кипения в 100 градусов, а при значительно низшей, примерно уже при 36 градусах, а иногда и раньше, смотря по глубине вакуума.

Что же получалось в цилиндре машины? Вбрызгивание в цилиндр холодной воды вело к тому, что пар конденсировался и под поршнем образовывался вакуум, но в этом разреженном воздушном пространстве стекавшая с горячих стенок цилиндра вода быстро нагревалась даже выше 36 градусов и легко превращалась в пар. Невозможно было добиться поэтому движения поршня вниз, пока цилиндр не охладится полностью. Оттого-то и приходилось вбрызгивать туда такую массу холодной воды.

В то же время, когда в начале второго, обратного, хода поршня в машину входил свежий пар из котла, он, соприкасаясь с холодными стенками цилиндра, конденсировался, и конденсация эта не прекращалась, а поршень не поднимался до тех пор, пока цилиндр снова не нагревался до температуры пара. Поэтому-то и приходилось расходовать такое огромное количество пара для получения совсем незначительной работы в машине.

Таким образом, Уатт вполне установил причины плохой работы машины Ньюкомена, которые были особенно видны на маленькой модели. Вооружившись опытом, он решил найти способ уменьшения расхода воды и пара в машине Ньюкомена.

Дело было совсем не так-то просто, как предполагал сначала Уатт.

«Однако все же эта задача настолько овладела моим умом, — признавался он впоследствии, — а мои обстоятельства настолько требовали вернуть потраченное время и деньги, что я не мог бросить дела. После того как я всячески обдумывал вопрос, я пришел к твердому заключению: для того чтобы иметь совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр всегда был так же горяч, как и входящий в него пар. Однако конденсация пара для образования вакуума должна происходить при температуре не выше 30 градусов».

Но как же можно держать цилиндр всегда горячим и в то же время конденсировать в нем пар для получения вакуума? Задача казалась совершенно неразрешимой… Но вот однажды Уатт, занятый этими мыслями, отправился на прогулку.

«Это было возле Глазго, — рассказывает он в своих воспоминаниях, — я вышел на прогулку около полудня. Был прекрасный день. Я проходил мимо старой прачечной, думая о машине, и подошел к дому Герда, когда мне пришла в голову мысль, что пар ведь упругое тело и легко устремляется в пустоту. Если установить связь между цилиндром и резервуаром с разреженным воздухом, то пар устремится туда и цилиндр не надо будет охлаждать. Я не дошел еще до Гофхауза, как все дело уже было кончено в моем уме!»

Конечно, тысячи людей прогуливались мимо старых прачечных и видывали клубы пара, выходящие из окон. Но только одного Уатта, занятого своей идеей, вид прачечной навел на мысль об отдельном конденсаторе и помог найти выход из положения, представлявшегося совершенно безвыходным.

«Я проходил мимо старой прачечной, думая о машине…»

Мы часто говорим себе и советуем другим, не видя выхода из затруднительного положения: «Утро вечера мудренее!»

Это значит, что иногда нужно на время забыть условия задачи и вновь вернуться к ним при других обстоятельствах, в иной обстановке, взглянуть на дело с другой стороны. При такой перемене обстановки, под впечатлением какого-нибудь самого незначительного происшествия, под влиянием самого отдаленного намека все мышление может направиться по иному пути и привести вдруг к догадке, как решить задачу.

Это и произошло с Уаттом.

«Ну, а если бы, — спросим мы себя, — в Глазго был прескверный день, Уатт не вышел бы на прогулку или, гуляя, выбрал бы другую дорогу, без прачечной, что же, мысль об отдельном конденсаторе так и не пришла бы ему в голову?»

Нет, пришла бы, обязательно пришла бы! Задача была правильно поставлена, решение ее было исторически подготовлено, и не найти это решение Уатт мог бы, только перестав его искать. Но, продолжая искать и думать, то есть проверять в технике правильность десятков, сотен, тысяч комбинаций из отражений, как непрерывно поступающих в мозг, так и хранящихся в нем, Уатт необходимо должен был дойти до сочетания постоянно горячего цилиндра с постоянно холодным ящиком для конденсации пара. Все это по частям уже было дано в мозг, как отражения объективного, реального мира, и решение задачи необходимо должно было прийти, независимо от прогулок Уатта и встречавшихся ему на пути построек.

Какова же при таком положении дела роль «случая» в научном и техническом творчестве?

Ответить на этот вопрос теперь уже нетрудно. «Случай», как это было у Ньюкомена с взбрызгиванием воды в цилиндр, может прямо указать внимательному наблюдателю, что надо сделать.

Чаще, однако, мыслителя подводит к правильному выводу случай, сам по себе даже далекий от технической обстановки. Здесь он помогает конструктору выйти из рамок привычного мышления, нарушить привычный ход мысли.

Дело в том, что все процессы, происходящие в мозгу, повторяясь, совершаются все легче и автоматичнее. Ребенок, начав ходить в школу, должен, например, по необходимости рано вставать и рано засыпать. Первые дни новый распорядок дня дается с большим трудом, а затем все с большей и большей легкостью. Но, привыкнув, порядок этот нельзя изменить без траты нервных сил и жесткого требования со стороны.

Так же как привычный уклад жизни, образуется и привычное мышление, сойти с которого без толчка со стороны очень трудно, а порой и невозможно. Потому-то так долго не находил Уатт выхода из положения, создавшегося при исправлении модели, потому-то и помог случай с прачечной.

Как только Уатт пришел к идее отдельного конденсатора, все дальнейшие усовершенствования явились к нему одно за другим. Через два дня видоизмененная машина Ньюкомена вполне возникла в представлении конструктора. Он построил маленькую модель ее, и она подтвердила все предположения изобретателя. «Этим изобретение мое и было закончено, — говорил Уатт, — поскольку оно касалось экономии в расходе пара и топлива».

Но, когда Уатт приступил к постройке опытной водоотливной машины с отдельным конденсатором, возникли новые осложнения. Дело в том, что в машинах Ньюкомена цилиндр сверху оставался открытым, для того чтобы атмосферное давление действовало на поршень беспрепятственно. А чтобы пар и воздух не пропускались поршнем, на него сверху наливали слой воды. При устройстве отдельного конденсатора с этим мириться уже было нельзя: каждая капля воды, проникшая в горячий цилиндр через зазоры между стенками цилиндра и поршнем, обращалась бы тотчас же в пар, мешая образованию вакуума. Кроме того, при ходе поршня вниз вода и воздух, следуя за поршнем, охлаждали бы цилиндр, а этого-то прежде всего и хотел избежать Уатт.

Закрыть цилиндр, чтобы избежать охлаждения его водой и воздухом, было, конечно, легко, но крышка помешала бы атмосферному давлению действовать на поршень, и машина не смогла бы работать. Словом, задача опять казалась неразрешимой.

Размышляя над этой задачей, Уатт напал еще на одну мысль: ведь атмосферное давление можно заменить давлением пара, и даже с выгодой, потому что давление пара в котле у Ньюкомена равнялось двум атмосферам, то есть было вдвое сильнее атмосферного!

Закрыв цилиндр, Уатт стал впускать пар не только под поршень, чтобы создавать вакуум, но и в пространство над поршнем, чтобы заменить атмосферное давление давлением пара.

Это было чрезвычайно выгодное нововведение. В атмосферной машине мощность рабочего хода зависела лишь от величины поршня: чем больше делалась площадь поршня, тем мощнее был рабочий ход. Давление же атмосферы оставалось постоянно одинаковым. В новой машине Уатта мощность хода поршня зависела уже не только от величины поршня, но и от силы давления пара. Так как давление пара зависит от его температуры, то можно было нагреванием повышать его до любой силы, пока позволяет прочность котла, а тем самым и увеличивать мощность хода поршня, не прибегая к увеличению поршня.

В руках Уатта была настоящая паровая машина. Она отличалась от машины Ньюкомена и конструктивно. У нее был отдельный конденсатор в виде ящика с трубками, по которым циркулировала холодная вода. Конденсатор соединялся паропроводом с нижним концом цилиндра. Пар, устремляясь отсюда в конденсатор, осаждался здесь на холодных трубках капельками воды. Вакуум образовывался и в конденсаторе и под поршнем.

Паровой цилиндр Уатт поместил внутри деревянного цилиндрического футляра, через который пропускался пар. Это устройство, названное «паровой рубашкой», дало возможность держать цилиндр всегда горячим и избежать конденсации свежего пара, входящего в цилиндр из котла.

В остальном эта так называемая «паровая машина простого действия» Уатта не отличалась от машины Ньюкомена. Здесь также из двух движений поршня рабочим было только одно — именно ход вниз. Вверг поршень поднимался, не совершая никакой полезной работы. Так же как и у Ньюкомена, машина Уатта представляла только усовершенствованную водоотливную машину.

Постройку машины Уатт закончил в 1765 году. Слухи о каком-то новом изобретении Уатта, ради которого он забросил свои дела в мастерской, ходили уже давно, но Уатт хранил упорное молчание. В тайну изобретателя не мог проникнуть даже его друг. Об этом сохранился подлинный рассказ Робиссона, довольно болтливого человека, которого Уатт остерегался не без оснований.

«Я нашел Уатта, — вспоминает Робиссон, — сидящим у огня с жестяным резервуаром на коленях, который он осматривал. Я завел речь о том, о чем мы говорили при последнем свидании, то есть о паре. Уатт положил резервуар на пол и с живостью сказал:

— Ну, я устроил машину, которая не потеряет теперь ни одного атома пара!

Говоря это, Уатт весело посмотрел на машину, лежавшую возле него на полу, и, приметив, что я рассматриваю ее, задвинул ее ногой под стол. Я спросил его о сущности изобретения, но так как он отвечал мне довольно неохотно, то я не продолжал расспросов».

Только когда опытная машина была совсем готова, Уатт показал ее своим друзьям. Изобретение высоко оценили все присутствующие, и особенно профессор Блэк. О новой машине он рассказал своему хорошему знакомому, известному в то время врачу и химику, а затем железо-заводчику и предпринимателю Робаку (Рёбеку).

Робак до зарезу нуждался в машине, а Уатт не менее в компаньоне. Они договорились при первом же свидании. Робак заплатил долги Уатта, приняв на себя все расходы по опытам, как уже произведенные Уаттом, так и те, которые понадобятся в будущем. Уатт же отдавал компаньону две трети прибылей от будущей продажи машин.

Джемс Уатт был совершенно счастлив. Он расплатился с долгами и имел теперь средства на продолжение опытов с машиной. Впереди он видел широкое поле деятельности, как нельзя более соответствовавшей его желаниям. Не менее был доволен и Робак. Он получал для своего машиностроительного завода новый, выгодный объект производства и обеспечивал бесперебойную работу в угольных копях.

Внеся еще несколько мелких усовершенствований в конструкцию машины, Уатт приготовил чертежи частей первой машины. Она должна была строиться на Карронском заводе Робака. Однако постройка ее затянулась на несколько лет, так что впоследствии Уатту пришлось просить о продлении срока действия его патента.

«Если вы хотите знать, в чем заключается главное препятствие к устройству машин, — писал Уатт Робаку, — так я вам скажу, что самое основное затруднение — это плохая кузнечная работа».

Действительно, Уатту при постройке машины приходилось прибегать к ртути, стекольной замазке, войлоку, салу и коже, чтобы уменьшить зазоры между поршнем и стенками цилиндра. Даже много лет спустя он считал образцово сделанным цилиндр, если в зазоры «могла пройти всего лишь двухпенсовая монета».

Пока строилась машина и Уатт боролся с неожиданными затруднениями, финансовые дела его компаньона пришли в расстройство. Занятый спасением своих предприятий от краха, Робак махнул рукой и на Уатта и на его машину. Изобретателю пришлось думать уже не о том, чтобы продолжать свои опыты, а о том, чтобы как-нибудь прожить.

Заброшенная хозяином, мастерская Уатта в Глазго давно уже не приносила никакого дохода. Изобретатель продал ее, а так как полученных денег все равно не хватило, он занялся постройкой канала между реками Форт и Клайд. Приходилось браться за любую работу, начиная от перестройки порта в Глазго и кончая хозяйственными поручениями городских самоуправлений.

Урывками он продолжал посещать завод и следил за постройкой машины. Наконец она была готова и испытана: все шло прекрасно. Оставалось только взять патент на изобретение. Но дела Робака в это время так запутались, что он не мог даже дать своему компаньону денег на оплату патента, что в то время стоило довольно дорого.

Уатт скрепя сердце опять обратился к Блэку.

Патент Уатта помечен 5 января 1769 года. Он говорит о «способах уменьшения потребления пара и топлива в огневых машинах», и только. Способы заключаются в отдельном конденсаторе, паровой рубашке и замене атмосферного давления давлением пара.

Этот исторический патент свидетельствует о том, что Уатт смотрел на свое изобретение только как на усовершенствование водоотливной машины. О том, чтобы применять паровой цилиндр с отдельным котлом и отдельным конденсатором для привода в действие других машин, Уатт не думал и возможности такой не видел.

Скрытые от глаз самого изобретателя возможности, таившиеся в его машине, обнаружились не скоро и не сразу.

Они открывались постепенно и только тогда стали ясными в полной мере, когда хозяйство страны резко и определенно предъявило технике свои требования, а у техники накопился конструктивный опыт, чтобы их выполнить.

Из этого практического опыта и начали возникать теоретические представления о работе паровых машин.

Когда опытная машина была совсем готова, Уатт показал ее своим друзьям.

 

2. Паровая машина двойного действия

Уатт

Нынешняя крупная фабричная и заводская промышленность родилась в Англии в последней трети XVIII века. Начало ей положили Кэй, Харгривс и другие. В 1771 году на берегу Дервента, в местечке Кромфорд, была построена первая фабрика. Вслед за прядильной машиной появились ткацкий станок и ряд других машин. Толчок, данный изобретением этих станков, отразился на всех отраслях промышленности.

Применение машин в производстве повело к тому, что эти машины стали изготовлять на заводах, а спрос на металл для них вызывал рост металлургической промышленности. Механическое прядение и ткачество увеличили размеры хлопчатобумажного, льняного и шелкового производства. Огромный спрос на вырабатываемые предметы чрезвычайно поднял значение транспорта.

С самого начала развитие фабрично-заводской промышленности пошло так стремительно, а последствия его оказались настолько серьезными для мировой истории, что вся эта эпоха получила название промышленной революции. Дальнейшее развитие промышленной революции оказалось всецело связанным с паровой машиной, превратившейся в универсальный двигатель.

Прядильные и ткацкие станки, мельницы и лесопилки, воздуходувные мехи и всякие другие машины нуждались в силе, которая приводила бы их в действие. На первых порах фабрики и заводы обслуживались еще приводом от водяного колеса.

Но не везде есть налицо вода, и очень неудобно для предпринимателя зависеть от воды, строить фабрику или завод обязательно на берегу реки, а не там, где имеются сырье, рабочие руки, удобные пути сообщения, торговый центр. Можно было, конечно, ставить и ветряные двигатели, типа мельничных крыльев, но ветер еще непостояннее, чем вода, и зависеть от силы и направления ветра еще неудобнее. Продолжали применять и конный привод, но все это было не то, в чем остро нуждалось быстро развивающееся фабричное производство. Фабрикам нужен был механический двигатель, достаточно мощный для того, чтобы приводить в движение в любом месте любой исполнительный механизм, то есть машину, производящую самый предмет потребления.

Но того, что было так ясно русскому гению уже на самой ранней поре развития фабрично-заводской промышленности, Уатт не видел. Он думал только о том, чтобы извлечь доходы из своего предприятия, а это как раз ему и не удавалось.

Получение патента на усовершенствованную водоотливную машину доставило Уатту душевное удовлетворение, однако ничего не изменило в его положении. Робак оказался уже не в состоянии строить машины. Даже разобранную для переделки первую машину не удалось вновь собрать. Компаньон Уатта окончательно разорился. Заводу грозила полная остановка. Рабочие бежали. Осуществление изобретения отодвигалось в неизвестное будущее.

К довершению всех несчастий у Уатта умерла жена, оставив ему двух маленьких детей. В это время Уатт едва не покинул Англию. Старый его друг Робиссои, бывший тогда директором морского училища в Кронштадте, передал Уатту предложение русского правительства приехать в Петербург. Робиссон сулил своему другу огромное жалованье и пост директора завода паровых машин, который Уатт должен был построить в России.

Уатт готов был согласиться на отъезд. Ему хотелось вырваться из тяжелой обстановки. Друзья отговорили его. Среди этих друзей наибольшее влияние на Уатта оказал инженер Мэтыо Болтон. Это был богатый фабрикант и владелец одной из крупнейших в Англии металлообрабатывающих мануфактур — в Сохо.

Уатт впервые встретился с ним в то счастливое время, когда сам он занимался постройкой своей машины по договору с Робаком. Заинтересовавшись предприятием Болтона, Уатт приехал в Сохо запастись опытом. Хороша организованная мануфактура поразила Уатта. В разговоре с владельцем изобретатель заметил, что в Сохо его машина, вероятно, давно уже была бы построена.

Болтон не скрывал от Уатта интереса к его изобретению. Он намекнул ему, что был бы рад войти с ним в компанию вместо Робака. Дела Робака были явно плохи, и Болтон предполагал, что выполнить свои обязательства по договору тот уже не сможет. Уатт пообещал переговорить с Робаком об изменении или расторжении договора. Но Робак согласился лишь на привлечение в их компанию Болтона.

Робаку не удалось поправить свои дела. В конце концов его объявили несостоятельным должником, а имущество передали кредиторам. Робак задолжал и Болтону значительную сумму. В уплату этого долга Болтон забрал с Карронского завода машину Уатта, валявшуюся там в разобранном виде. Вместе с тем Болтон предложил Уатту заключить с ним такой же договор, как и с Робаком.

Летом 1773 года машину Уатта перевезли в Сохо. Весною следующего года, покончив со своими инженерными работами, приехал в Сохо и Уатт, заключив договор с Болтоном. Выполненные на Карронском заводе, части машины Уатт сделал заново. Паровой цилиндр, доставлявший столько неприятностей, был заменен новым, сделанным на заводе Вилкинсона в Честере, где только что был поставлен механический станок для расточки пушек. Вилкинсону удалось изготовить цилиндр, приведший изобретателя в восторг. Заново собранную машину подвергли самым тщательным испытаниям. Они дали отличные результаты. Ободренный успехом, Уатт писал отцу:

«Дело, для которого я приехал сюда, идет довольно хорошо. Огневая машина, изобретенная мной, пущена в ход и дает гораздо лучшие результаты, чем все такие машины, до сих пор строившиеся. Я надеюсь, что от этой машины получу еще много добра!»

Вилкинсон заказал Уатту машину для поршневой воздуходувки. Уатт засел за чертежи, не сомневаясь в возможности применить свое изобретение для новой цели. Последовало еще несколько заказов от владельцев шахт. В это же время для завода в Сохо Уатт построил машину, получившую кличку «Вельзевул» — вероятно, за шум и скрежет, которые она производила. Эту машину вскоре уничтожил пожар, но поставленная вместо нее другая такая же машина, по прозванию «Старая Бесс», доныне хранится в Кенсингтонском музее в Лондоне.

Казалось, что теперь Болтон и Уатт могли приступить к массовому производству машин. Однако, не в пример Робаку, новый компаньон Уатта был очень осторожен, предвидя огромные производственные расходы и возможные неудачи. Он предложил Уатту сначала продлить патент, срок которого близился к концу.

Заявление о продлении срока Уатт подал в парламент в 1775 году. Комиссия, назначенная для рассмотрения вопроса, вызвала, между прочим, и Робака. Он заявил:

— Паровая машина Уатта по сравнению с обыкновенным огневым насосом Ньюкомена производит по крайней мере вдвое большую работу при том же расходе топлива.

Робак указывал далее, что продление срока патента необходимо: изобретатель и его компаньоны не оправдали и десятой доли расходов, понесенных ими, а дальнейшие опыты потребуют еще втрое больше средств.

«Это дело стоило мне многих тревог и больших расходов, — писал своему отцу Уатт по поводу отсрочки патента, — и без помощи влиятельных и многочисленных друзей мне никогда бы не удалось его выиграть».

Уатт не ошибался. Во главе его противников стоял политический деятель того времени Берк. Он считал вредной монополию Уатта на машину, в которой так нуждалась промышленность. Защищая интересы государства, Берк на деле отстаивал только интересы промышленных капиталистов, стоявших за его спиной. Они же боролись не только с Уаттом, но и друг с другом.

Новое изобретение не нравилось предпринимателям, которые уже вложили средства в машины Ньюкомена. У них не было охоты менять уже работающие машины Ньюкомена на новые. А к этому их принудила бы конкуренция других предприятий, пользующихся более экономичными машинами Уатта. Еще больше негодовали на Уатта промышленники, строившие машины Ньюкомена и продававшие их. Распространение новых машин Уатта грозило им полным крахом. Таким образом, оказалось достаточно людей, готовых поддержать всякое начинание, направленное против Уатта и его изобретения.

Однако самыми ожесточенными противниками продления патента Уатта были предприниматели, которые, зная преимущества новых машин, намеревались ими пользоваться или собирались их строить. Они желали смотреть на пар, как на воздух и свет, как на силу, ничьей собственностью не являющуюся. Они возмущались необходимостью что-то платить изобретателю. Заводчики хотели бы и устанавливать и строить машины, не считаясь с правами изобретателя. При этом говорилось, что, так же как никем не запатентованное водяное колесо, паровую машину Уатта нужно предоставить в безвозмездное пользование всем предпринимателям во имя развития национальной промышленности. Патент Уатта, по их утверждениям, грозил гибелью промышленной Англии, судьба которой была неразрывно связана с судьбой горного дела.

Несмотря на то что при решении вопроса в парламенте Берк горячо выступал в защиту «свободы против монополий», вопрос был решен в пользу изобретателя. Срок действия патента был продлен еще на двадцать пять лет.

Парламентские прения вокруг этого вопроса подняли интерес к машине. Нужда в новой водоотливной машине была исключительно велика в это время.

Некоторые рудники даже прекратили работы в ожидании, пока компаньоны начнут выпуск своих машин. Завод Болтона еще до решения парламента уже был завален заказами.

С продлением патента ничто не мешало компаньонам начать выполнение заказов. Прежде всего Уатт сдал машину заводу Вилкинсона, затем выполнил заказ для Бирмингамского канала. Замечательно, что эта вторая машина бесперебойно работала до 1898 года — более ста лет. В 1919 году, во время чествования памяти Уатта по случаю столетия со дня его смерти, ее привели в порядок и снова пустили в ход.

Затем завод Болтона и Уатта сдал машины медным рудникам в Корнуэльсе. В течение пяти лет завод установил здесь около сорока машин. Несмотря на это, финансовые дела компаньонов не слишком улучшились. Производство требовало все нового, усовершенствованного оборудования.

В то время как Болтон вел коммерческую часть предприятия, искусно выпутываясь из затруднений, Уатт занимался установкой машин на местах. Здесь же он вел с покупателями сложные расчеты.

На заводе в Сохо не было достаточного количества опытных рабочих. Уатту приходилось заниматься и чертежами, и испытанием машин, и установкой их. Только с поступлением на завод талантливого инженера Вильямса Мердока Уатту удалось избавиться от поездок в Корнуэльс.

Освободившись от деловых сношений с заказчиками, Уатт занялся дальнейшим усовершенствованием своей машины. В течение десяти лет у него не было иных забот, иных мыслей. За эти годы постепенно ему и удалось, идя навстречу нуждам и запросам промышленности, превратить водоотливную паровую машину в универсальный двигатель.

В своих первых машинах Уатт применял, конечно, пар низкого давления. В его паровых котлах оно было чуть-чуть выше атмосферного. Но даже при таком незначительном давлении пар при выходе из котла имеет способность расширяться, стремясь занять как можно большее пространство. Если впустить некоторое количество такого пара в цилиндр через паропровод с краном и, закрыв быстро кран, «отсечь» дальнейший приток его, то пар, поступивший в цилиндр, будет, подобно пружине, толкать поршень. По мере того как поршень будет отодвигаться, давление расширяющегося пара, естественно, будет падать.

Если не закрывать крана в паропроводе, то есть не производить отсечки пара, то в цилиндр все время, пока отходит поршень, будет поступать свежий, «острый» пар из котла. В этом случае в цилиндре сохранится полное, как и в котле, давление. Движение поршня при этом будет более мощным, но потребуется значительно больше пара, чем раньше, когда движение поршня происходило за счет расширения. А заказчики требовали от водоотливных машин именно экономичности.

Уатт нашел, что наиболее экономичной и выгодной работа машины станет, если пар «отсечь» в тот момент, когда поршень сделает четверть своего хода в цилиндре. Остальной ход в таком случае будет совершаться за счет расширения пара, а не за счет поступления свежего пара из котла.

В 1776 году Уатт построил такую машину нового типа. Впуск пара в цилиндр автоматически отсекался в нужный момент, и дальнейшая работа шла за счет расширения пара. Расширение оказывалось настолько значительным, что к моменту выхода в конденсатор пар имел давление даже меньше атмосферного, почти равное давлению в конденсаторе.

Новая экономическая установка, однако, не встретила сочувствия у машинистов. Они видели, что без отсечки машина мощнее, и предпочитали работать без расширения, так как нисколько не интересовались расходом топлива. Но паровой котел Уатт рассчитал на работу с расширением, и, когда машина работала без отсечки, пара не хватало. На этой почве постоянно возникали недоразумения с покупателями, и машины, работающие расширением пара, не скоро вошли во всеобщее употребление.

С некоторого времени к Уатту от различных заказчиков стали поступать просьбы сделать паровую машину, которая могла бы приводить в действие мельницы, ткацкие и прядильные станки, круглые пилы. Для всех этих рабочих машин нужно было не прямолинейно-возвратное движение двигателя, как для насоса, а вращательное. И вот над этой задачей преобразования качательного движения коромысла в непрерывное вращательное движение вала или колеса стал задумываться Уатт.

В своем дневнике изобретатель 5 сентября 1779 года отметил:

«Можно было бы устроить в огневой машине вращательное движение посредством кривошипа…»

Но, пока Уатт сооружал модель, чтобы испробовать кривошипный механизм, рабочий его же завода, Пикар, стоя за своим токарным станком, напал на ту же идею. Без долгих размышлений Пикар взял патент «на применение кривошипа к паровой машине». И, хотя, по справедливому замечанию Уатта, «истинным изобретателем кривошипного механизма был человек, создавший обыкновенный токарный станок, и применить его к огневой машине было так же легко, как воспользоваться хлебным ножом, для того чтобы разрезать сыр», все-таки, согласно законам о патентах, Уатт лишился возможности применять кривошип для своих машин.

Делать было нечего. Приходилось или покупать патент у Пикара, или придумывать что-нибудь другое. Взбешенный Уатт предпочел второе. Он придумал целых пять способов преобразования прямолинейно-возвратного движения во вращательное и запатентовал их все сразу в 1781 году.

Однако только последний из них, а именно «планетносолнечная передача», состоящая из зубчатых колес, нашел себе применение, и то лишь до тех пор, пока не истек срок патента Пикара.

Новые заказчики требовали более мощных двигательных механизмов.

В машинах простого действия давление пара толкало поршень только вниз. Вверх он поднимался, не совершая никакой работы, отчасти под влиянием давления пара, отчасти под действием противовесов. В новых машинах Уатт стал впускать пар поочередно по ту или другую сторону поршня. Сначала пар впускался в верхнюю часть цилиндра, над поршнем, и вакуум возникал внизу. После этого путем перестановки клапанов пар впускался в нижнюю часть цилиндра, под поршень. Верхняя часть цилиндра соединялась в этот момент с конденсатором, и вакуум, в свою очередь, образовывался там.

Таким образом, в одном и том же цилиндре получалась двойная мощность, а движение поршня стало более равномерным.

Двойное действие машины потребовало изменения способа передачи движения от поршня к балансиру. Прежняя гибкая, цепная передача уже не годилась: ведь посредством цепи можно только тянуть коромысло вниз. Толкать его вверх мог бы только твердый шток. Непосредственно же наглухо соединить конец коромысла со штоком поршня Уатт считал невозможным, так как коромысло, качаясь, описывает дугу, шток же поршня движется прямолинейно, и при жестком их соединении машина не могла бы работать.

Это была трудная задача, и разрешение ее явилось не сразу.

Сначала Уатт испробовал механизм из зубчатой полосы и зубчатого колеса. Он оказался неудовлетворительным. Только после многих опытов Уатту удалось разрешить задачу, сконструировав так называемый «параллелограмм Уатта».

Благодаря этому «параллелограмму Уатта», несмотря на дугообразные качания конца коромысла, шток поршня, соединенный с ним, имел близкое к прямолинейному движение.

Надо отметить, что и в данном случае Уатт все же стал жертвой предвзятой мысли, привычного мышления. Долго ломая голову над тем, как соединить конец коромысла со штоком поршня, Уатт не заметил простой вещи: коромысло в его машинах было ненужным, явно лишним, оно лишь загромождало конструкцию машины. Можно было, выбросив вовсе коромысло, соединить шток поршня с кривошипным механизмом посредством промежуточного стержня-шатуна и получить вращательное движение на валу двигателя с насаженным на него маховиком. Но прошло несколько десятков лет, прежде чем эта простая мысль пришла в голову людям.

Новая паровая машина «двойного действия» имела теперь два равномерных хода поршня: вверх и вниз. Оба они были рабочими. Достижению общей плавности хода машины способствовало также и введение в конструкцию центробежного регулятора, изобретенного Уаттом. Он автоматически регулировал скорость движения машины при неизбежном колебании давления пара в котле и изменении нагрузки в рабочих машинах, приводившихся в движение двигателем.

Применяемый и до сего времени во всех паровых машинах центробежный регулятор Уатта вращается вместе с осью вала. При увеличении скорости шарики регулятора под действием центробежной силы отходят от оси и поднимают муфту. Соединенный с ней рычаг прикрывает заслонку, регулирующую впуск пара в цилиндр машины. Вследствие этого впуск пара уменьшается, и скорость перестает возрастать. При уменьшении скорости шарики сближаются, муфта опускается, рычаг открывает заслонку, впуск пара в цилиндр увеличивается, и скорость вновь возрастает.

Этот саморегулирующийся механизм сделал лишним участие человека, который бы открывал и прикрывал заслонку. Теперь его заменила машина, но не только в том смысле, что ему не нужно делать движения рукой, затрачивать физическую энергию. В данном случае машина заменяет уже не только руки человека, но и его внимание.

После введения регулятора для полной автоматичности работы машины Уатту осталось только улучшить органы парораспределения. В этом ему помог Мердок. Он сконструировал коробчатый золотник, распределяющий пар в цилиндре, и предложил эксцентрик — особый диск, насаженный на вал для приведения его в движение.

Новое, очень остроумное парораспределительное устройство представляло собой коробку без крышки, скользящую по гладкой поверхности, называемой «зеркалом». Коробка приводилась в движение самой машиной при помощи тяги от эксцентрика. В зеркале имелось два паровпускных окна, из которых каждое вело к тому и другому концу цилиндра. Между этими паровпускными окнами имелось еще третье окно, ведущее уже не в цилиндр, а к трубе, соединенной с конденсатором. Открытая часть коробки золотника была обращена к зеркалу, по которому она скользила. Весь этот аппарат Мердок заключил в золотниковый ящик, прикрепленный к цилиндру и соединенный паропроводом с котлом.

Золотниковое парораспределение, существующее и доныне, работает следующим образом. Когда в золотниковый ящик поступает пар из котла, коробка золотника находится в одном из концов ящика так, что паровпускное окно на противоположном конце открыто и свежий пар поступает в цилиндр, где и толкает поршень. Машина начинает работать, и золотник, приведенный эксцентриком в действие, соединяет эту часть цилиндра с паровыпускным окном, направляя отработавший пар в конденсатор, и в то же время открывает второе паровпускное окно, так что пар из золотникового ящика поступает во вторую часть цилиндра и толкает поршень обратно. Таким образом, золотник автоматически распределяет пар в машине двойного действия, подавая его попеременно по обе стороны поршня, и в то же время направляет отработавший пар в конденсатор. Золотник имеет также приспособление в виде «лап», благодаря которому автоматически отсекается пар, и работа в цилиндре идет на три четверти за счет расширения пара.

В результате всех этих изменений конструкции получилась совершенно новая машина. Каждое отдельное изменение отвечало требованию тех или иных заказчиков. Но в новом своем виде машина Уатта могла применяться для любой цели, она стала универсальным двигателем.

В окончательном своем виде паровая машина Уатта, патент на которую был взят в 1784 году, представляла вертикальный стационарный паровой двигатель. Чугунное коромысло приводилось в качательное движение от штока поршня посредством параллелограмма Уатта. Другой конец коромысла при помощи шатуна и кривошипа приводил во вращательное движение маховое колесо, делавшее около тридцати — сорока оборотов в минуту. Через бесконечный приводной ремень маховик вращал рабочую машину или несколько таких машин: прядильных станков, пил, жерновов.

Отработавший в цилиндре пар шел в конденсатор, представлявший ящик с трубками, по которым циркулировала холодная вода: на стенках трубок конденсировался пар. Насос, приводимый в действие от коромысла, выкачивал воду, образующуюся из охлажденного пара.

Паровой котел Уатта несколько отличался от обыкновенных, круглых котлов. Это была продолговатая железная коробка, снабженная не только предохранительным клапаном Папена, но и водомером, указывавшим уровень воды в котле.

Размеры двигателя Уатта были очень значительными. Для установки его приходилось строить специальные здания такой величины, какую у нас сейчас имеют мощные электростанции. Один ход поршня в цилиндре достигал трех метров. Непомерно большие размеры двигателя были следствием тогдашнего состояния техники. Машина Уатта была тихоходной, работала паром низкого давления: кроме того, конструкторы не знали свойств металла, точных расчетов делать не умели и строили предположительно, с огромными запасами прочности.

Несмотря на свои размеры, двигатели Уатта были маломощными: мощность самого большого из них равнялась примерно пятидесяти лошадиным силам.

Сравнивать мощность машин с силой лошади предложил Уатт. В 1784 году он произвел опыты над работой лучших лондонских лошадей, после чего и ввел в употребление понятие «лошадиная сила». Одна лошадиная сила соответствует усилию, нужному для того, чтобы поднять на один метр за одну секунду 75 килограммов.

Выпустив несколько двигателей для мельниц и пивоваренных заводов, завод Сохо установил показательную машину Уатта на мельнице Альбион, в самом центре Лондона. Любопытство англичан было возбуждено так сильно, что мельница эта долгое время считалась модным местом для посещения. Работала мельница прекрасно, но через пять лет конкуренты сожгли слишком опасного соперника.

Введение парового двигателя не обходилось без жертв и борьбы. Однако очевидные его преимущества перед «живыми» двигателями — перед водяными и ветряными колесами — были настолько велики, что самые разнообразные предприятия — бумажные, прядильные и ткацкие фабрики, мельницы, лесопильные заводы, прокатные станы и воздуходувки, — все переходили на универсальный двигатель Уатта.

В этих двигателях расход угля составлял около трех килограммов на одну лошадиную силу в час. Большой, с нашей точки зрения, расход был все же вчетверо меньше, чем в машине Ньюкомена. На языке современной техники коэффициент полезного действия машины Уатта не превышал двух с половиной процентов.

Паровой двигатель Уатта чрезвычайно способствовал развитию промышленности. Земледельческая, помещичья Англия превращалась в индустриальную страну. Известный шведский путешественник Сведеншерна, посетивший Англию в 1802 году, пришел в изумление, увидев, какое количество паровых двигателей занято в промышленности. «Не будет преувеличением сказать, — писал он, — что эти машины встречаются в Англии так же часто и даже чаще, чем у нас водяные и ветряные мельницы».

Вслед за распространением машин отдельные страны сами начали производство паровых двигателей. Появились заводы паровых машин в Германии, Бельгии, Америке, Франции. В 1800 году в Петербурге шотландец Берд основал завод паровых машин, просуществовавший вплоть до Октябрьской революции под названием «Франко-русский завод».

Задача, поставленная промышленным капитализмом перед техникой, была разрешена.

Однако паровая машина двойного действия, вышедшая из рук Уатта, не была в полном смысле слова универсальным двигателем, хотя Уатт и называет ее в своем патенте 1784 года применимой для всякой цели. Для целей транспорта эта машина была совершенно не пригодна.

Термин «универсальный двигатель» впервые употребил Маркс, характеризуя патент Уатта. Но начиная с Папена все конструкторы двигателей, предлагая свои машины, объявляли их применимыми для самых разнообразных нужд производства.

Как стационарный двигатель паровая машина Уатта сыграла огромную роль в развитии промышленной революции.

Старая Англия с ее мануфактурами, водяными колесами и ветряными мельницами, та Англия, в которой родился и вырос Уатт, распалась, исчезла на его глазах.

На смену ей пришла новая, индустриальная Англия, созданная промышленной революцией и паровым двигателем. Новая Англия дымила трубами фабрик и заводов, покрывалась сетью железных дорог, сдвигалась с юго-востока на северо-запад и на прежних полях земледельцев выращивала огромные промышленные центры с новым укладом жизни.

Англия, страны Европы, Америка — весь мир вступил в новую фазу своего промышленного развития, но XIX век справедливо стал называться не только веком паровой машины, но и веком железных дорог.

 

3. Устранение конденсатора

Кюньо

Мысль о том, чтобы действовать на поршень в закрытом цилиндре для получения движущей силы давлением пара, а не атмосферным давлением, пришла в голову не одному Уатту. Одновременно с ним, а может быть, и раньше его, во всяком случае независимо от него, такая же мысль явилась и другим техникам, скажем, Леупольду, но совершенно по иному поводу и для достижения другой цели. Эти изобретательные люди имели в виду другие потребности хозяйства, совсем иную его область. Они вздумали помочь человеку двигаться скорее и перевозить значительно большие тяжести. Они увидели нужду в мощном, скором, механическом транспорте для дальнейшего развития промышленности и культуры. И они не ошибались. Потребность в новом виде транспорта, в новом способе передвижения действительно назревала.

Не случайно полузабытыми оказались имена создателей первых бесконденсаторных машин. Правильные идеи этих людей, в свое время столкнувшиеся с несовершенством технических средств, получили полное осуществление гораздо позднее. Только теперь мы можем понять и оценить их высокое мастерство и идеи, так далеко уходившие в будущее.

Никола Жозеф Кюньо родился в Вуа, небольшом городке французской Лотарингии, 25 сентября 1725 года, а молодость свою провел в Германии, где он получил хорошее образование.

В качестве военного инженера с отличной репутацией он отправился вследствие каких-то неизвестных обстоятельств служить в Нидерланды.

Несмотря на молодость, проведенную в чужой стране, Кюньо оставался французом и, как все французы, обожал Париж. В 1763 году ему удалось осуществить свою мечту и перебраться в столицу Франции. Он явился сюда не с пустыми руками. Так как он имел уже репутацию хорошего военного инженера, ему удалось добиться встречи с генерал-инспектором артиллерии маршалом Грибовалем. Грибоваль занимался в это время реорганизацией артиллерийского дела, и деятельность его составила эпоху в развитии артиллерии.

— Что же вы можете нам предложить? — спросил он Кюньо. — До сих пор вы строили крепости и вооружали улан принца Саксонского кремневыми ружьями. Чем вы можете помочь нашей артиллерии?

— Я построю вам паровую телегу, которая будет возить и снаряды и пушки, — ответил молодой инженер. — Вот мой проект.

Маршал оказался сведущим инженером, и Кюньо не пришлось объяснять слишком долго достоинства своего проекта. К тому же о машинах, работающих при помощи огня и пара, знали уже в это время настолько, что охотно допускали возможность применить их не только для откачки воды. Генерал-инспектор согласился доложить о проекте военному министру. Довольно скоро Кюньо получил извещение, что «военный министр, герцог Шуазель, поручает инженеру Кюньо построить за счет казны проектируемую им паровую телегу в уменьшенных размерах».

Грибоваль вызвал к себе изобретателя и обсудил с ним план будущих работ.

— А знаете ли вы, что с подобным же проектом возится в Швейцарии лейтенант Планта? — неожиданно спросил он.

— Я ничего не знаю о Планта, — отвечал Кюньо.

— Обгоните его!

Кюньо приступил к работе. Дело вовсе не сводилось к тому, чтобы поставить двигательный механизм машины Ньюкомена на телегу и заставить его вращать колеса. Установка такого механизма связывалась с необходимостью возить с собой огромное количество воды для охлаждения цилиндров и большого запаса топлива. Надо было придумать что-то совершенно другое. Военному инженеру, чье воображение совсем не занимала водоотливная машина, удалось пойти по новому пути к получению движущей силы при помощи воды и огня.

Конечно, Кюньо ничего не знал об опытах Уатта в его глазговской мастерской, происходивших в это же время. О них ничего не знал даже Робиссон, ежедневно посещавший своего друга. Англичанин старательно хранил в секрете свои опыты и усовершенствования. Да они и не могли бы ничем помочь Кюньо, потому что и усовершенствованная паровая машина Уатта была все-таки слишком громоздкой и неудобной для его цели.

Но несомненно, что Кюньо хорошо знал сочинение Лeупольда, в котором автор высказывал мысль о том, что давление пара могло бы работать в цилиндре без расширения пара в конденсаторе, а с выпуском его в атмосферу: нужно только впускать в цилиндр пар в пять — десять раз большего давления, чем атмосферное. Такой пар, действуя на поршень, заставит поршень преодолеть естественное сопротивление воздуха и сообщит его движению силу, способную совершать полезную работу.

Трудность дела заключалась в том, чтобы построить котел, способный выдерживать высокое давление пара. В то время это представлялось довольно серьезной задачей. Котлы делались из медных, склепанных по швам листов, прочность их часто оказывалась недостаточной. Не меньшую трудность представляла пригонка поршня, который должен был плотно прилегать к стенкам цилиндра. Но в изготовлении их уже имелся некоторый навык.

Кюньо должен был стать на путь создания паровой машины высокого давления пара, работающей без конденсатора. Осуществление первой машины такого рода и составляет заслугу Кюньо.

Вопрос о том, как преобразовать прямолинейно-возвратное движение поршня во вращательное движение на колесе повозки, решил с незапамятных времен изобретатель токарного станка и точильного камня. Оставалось только применить для новой цели старый кривошипный механизм.

Гениальный изобретатель системы кривошипа и шатуна остался безвестным, но изобретение его надо считать едва ли не самым популярным из всех остроумных человеческих изобретений. На точильном камне, ручном токарном станке, как теперь на ножных швейных машинах, прямолинейно-возвратное движение ноги через шатун и кривошип превращается во вращательное движение колеса. Превращение происходит благодаря инерции, стремлению раз приведенного в движение тела продолжать свое движение в том же направлении и с той же скоростью, пока оно не будет остановлено противодействием трения, воздуха, среды или другими внешними причинами. Главная трудность здесь — преодоление мертвой точки кривошипа, когда вся движущаяся система стоит на одной прямой линии.

Для начала работы токарного станка и всякой другой машины с системой кривошипа нужно сначала привести в движение маховое колесо, чтобы создать силу инерции. В точильном станке сам камень является таким колесом. Благодаря значительному весу и размеру сила инерции его вращения достаточна, чтобы преодолевать мертвую точку кривошипа.

Повозка и ее движущие колеса имеют достаточный запас инерции, и применить систему кривошипа в повозке не составляло большой задачи.

Военное министерство, приняв проект Кюньо, сочло нужным послать его в Швейцарию на отзыв лейтенанту Планта. Планта оказался добросовестным и беспристрастным человеком. Он дал блестящий отзыв о проекте своего французского коллеги и даже объявил, что отказывается от продолжения своих работ. По его мнению, проект Кюньо был лучше во всех отношениях. Через некоторое время, именно в 1769 году — в тот самый год, когда Уатт еще только брал патент на свои усовершенствования в машине Ньюкомена, — Планта получил приглашение испытать построенную Кюньо «паровую телегу».

Испытания происходили во дворе парижского арсенала. Ранним утром, чтобы избежать стечения любопытных, сюда явились чиновники военного министерства во главе с министром и генералом Грибовалем. Нашлось все-таки довольно много парижан, добившихся разрешения присутствовать при опытах.

На деревянной раме с тремя колесами был укреплен впереди небольшой, но прочный котел; он мало чем отличался от обыкновенного кухонного котла с крышкой. Котел клокотал и гудел. Пар из котла отводился в два цилиндра с поршнями. Штоки поршней при помощи цепей вращали переднее колесо. Оно и было ведущим колесом повозки.

Французский конструктор поставил два цилиндра не только для увеличения силы действия на колесо. Хотя на ходу повозка легко могла преодолеть мертвые точки кривошипа, все же была опасность, что остановка произойдет именно в тот момент, когда кривошип займет мертвое положение. Для того чтобы вывести его из этого положения при пуске телеги в ход, понадобится посторонняя сила. Этой силой и станет второй цилиндр, который Кюньо установил с таким расчетом, что положение поршней и кривошипов у того и другого не могло быть одинаково.

Лейтенанту Планта не требовалось объяснять устройство машины. Он выразил восхищение конструкцией Кюньо и заявил, что не сомневается в успехе и огромной будущности изобретения.

Грибоваль предложил начать испытания. Кюньо забрался на телегу и пригласил Планта поместиться сзади себя. Кроме него, нашлось место еще для двух пассажиров. Нагруженная таким образом модель будущей артиллерийской повозки была пущена в ход. С шумом и грохотом, извергая клубы отработанного в цилиндрах пара, телега тронулась с места и проворно покатила по двору. Делала она примерно около пяти километров в час.

Зрители приветствовали изобретателя аплодисментами, когда он сделал во дворе полный круг и, не останавливаясь, начал второй. Однако через десять минут, на третьем круге, повозка замедлила ход и стала, израсходовав весь накопленный котлом пар.

Понадобилось четверть часа, пока пар достиг нужного давления. Повозка вновь пошла по двору, но затем опять остановилась.

С шумом и грохотом телега тронулась с места.

— Котел у вас мал, давления пара не хватает, — заметил Планта. — Но это пустяки! Главное сделано, и я от души поздравляю вас с успехом.

Военный министр и маршал не выказали огорчения. Они объявили Кюньо благодарность и предложили заняться усовершенствованием машины. Вскоре военное министерство даже назначило изобретателю пожизненную пенсию.

Казалось, что все условия для дальнейшей работы обеспечены. Он получил средства и на постройку большой артиллерийской повозки.

Изобретенная Кюньо паровая повозка вызывала у парижан большой интерес. На нее возлагались всякие надежды. Сохранилось сообщение автора «Тайных мемуаров» Бошомона о новых испытаниях телеги в ноябре 1770 года.

«Несколько времени назад, — пишет он, — много говорилось об огневой машине для перевозки пушек, с которой генерал Грибоваль, начальник артиллерийского ведомства, производил опыты. Теперь эту машину усовершенствовали так, что в прошлый вторник она везла во дворе арсенала пушечный лафет со скоростью лье с четвертью в час. Повозка может взбираться на гору и преодолевать препятствия на ухабистых дорогах».

Усовершенствованная машина Кюньо, о которой вспоминает Бошомон, к сожалению, вскоре погибла. Дело в том, что переднее, движущее колесо телеги служило также и для изменения направления хода. Но так как на него приходилась большая нагрузка, управление было очень затруднительно. Устройства же для перемены хода на обратный машина не имела. Не рассчитав развитой машиной скорости, Кюньо налетел на кирпичную стену двора. Стена и повозка разбились. Сам изобретатель едва не остался калекой на всю жизнь.

Все это не имело бы большого значения для дела, если бы к этому времени не изменилось положение самого Кюньо. Шуазель был смещен, Грибоваль подвергся опале и покинул свой пост. О Кюньо забыли.

Франция переживала эпоху упадка, предшествовавшую революции, эпоху «фаворитизма». Без покровительства знати, в силу одних только своих личных заслуг и достоинств, выдвинуться никто не мог. Сам Шуазель, делавший политику страны, обязан был своим положением покровительству друзей короля. Вместе с его падением, в свою очередь, пали и те, кому он покровительствовал.

Кюньо остался без дела. Некоторое время он получал свою пенсию, но затем, во время следовавших один за другим государственных переворотов, лишился и ее.

Первая опытная повозка осталась в арсенале.

Спустя много лет, когда Кюньо был уже глубоким стариком, о паровой телеге для пушек случайно узнал Наполеон. Он заинтересовался ею, назначил специальную комиссию для изучения вопроса и сам осмотрел повозку. Комиссия дала неблагоприятный отзыв, не видя возможности для ее практического применения. Наполеон отправился в Египет. Телегу сдали в Парижский музей искусств и ремесел, где она стоит и сейчас.

Если изобретению Кюньо не придали того значения, которого оно заслуживало, то, разумеется, еще меньше внимания оказали самому изобретателю. Кюньо нищенствовал и, быть может, ему грозила голодная смерть, если бы о нем не позаботилась какая-то дама из Брюсселя. Она не могла забыть влюбленного в нее блестящего офицера, который предпочел ей родину и свое творческое дело.

Кюньо дожил до восьмидесяти лет и умер в те дни, когда другие изобретатели строили паровые автомобили и паровозы, делая ошибки, которых могли бы избежать, зная о машине Кюньо.

Опыт французского инженера, как и успешный опыт Ползунова, остался без огласки, хотя и по иным причинам. Повозка Кюньо предназначалась для военных целей, и потому все дело хранилось в строгом секрете. Будь это предприятие более известным, паровая техника, наверное, пришла бы к своей цели раньше, и опытный период паровозостроения сократился бы.

Во всяком случае, конструкции Ньюкомена, Ползунова, Уатта и Кюньо свидетельствуют о том, что техника в последней четверти XVIII века была совершенно подготовлена к созданию универсального парового двигателя, а человеческий ум уже привык мыслить паровую машину не как принадлежность водоотливной машины, а как двигатель, годный везде, где нужна движущая сила.

До какой степени появление универсального парового двигателя оказалось предопределенным предшествующим развитием техники, экономики и культуры, обязательным, неустранимым и не зависящим от воли, желаний и способностей отдельных людей, показывают жизнь и деятельность Оливера Ивенса.

 

4. Давление пара

Ивенс

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».

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.

Ивенс, носившийся с фантастическими проектами, не внушал никому доверия.

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.

 

5. Высоке давление

Тревитик

В те самые дни, когда в Англии строилась первая фабрика, впервые взглянул на свет Ричард Тревитик.

Промышленная революция возникла на его глазах и развивалась не без его участия.

Он родился в местечке Иллоган, в Корнуэльсе, 13 апреля 1771 года, но вырос в небольшом городке Кемброне. Сюда вскоре после рождения сына перешел на службу отец Тревитика, управлявший рудниками.

Ричард был пятым и последним ребенком в семье. Веселый, общительный и остроумный мальчишка нравился всем и больше всего родителям. Может быть, поэтому они отнеслись довольно снисходительно к тому, что Ричарда изгнали из школы «за непослушность, тупость и упрямство».

Мнению школьных педагогов родители юноши Тревитика не придали значения — они пригласили учителей продолжать обучение сына на дому. Но Ричард действительно оказался упрямым и непослушным. Домашние уроки были безуспешны, и в конце концов мальчика предоставили самому себе.

Больше всего ему нравилось проводить время на руднике около машин. Сыну управляющего не мешали знакомиться со всем, что его занимало. На его вопросы отвечали охотно и показывали все, что было под руками. И вот таким образом вместо отвлеченного курса школьных наук юноша прошел практическую школу на производстве. Производственная жизнь увлекла Ричарда больше, чем школа, она и определила навсегда его склонности и вкусы.

Особенное впечатление на тринадцатилетнего мальчугана произвело знакомство с инженером Вильямом Мердоком. Помощник Уатта приехал на рудники устанавливать машину, сделанную на заводе в Сохо. Как раз в это время, пользуясь свободным временем и отсутствием строгого надзора Уатта и Болтона, Мердок занимался постройкой небольшого самодвижущегося экипажа. Владельцы завода в Сохо неодобрительно относились к этим занятиям молодого конструктора, не входившим в круг его прямых обязанностей.

Тревитик принимал горячее участие в работах Мердока. Экипаж Мердока представлял собой паровую повозку оригинальной конструкции. На деревянных дрожках находился паровой котел с нижней топкой. От топки шла через весь котел жаровая труба, что усиливало и ускоряло парообразование. Коромысло машины было устроено так, что один конец его был прикреплен шарниром к неподвижной стойке, а другой приводился в качательное движение поршнем машины. Этот же конец коромысла через кривошипный механизм вращал колеса повозки. Третье, переднее колесо служило для поворотов. Мердок с маленьким Тревитиком испытывали повозку обычно поздно вечером, на пустынной дороге за городом, часто пугая прохожих своей «огненной машиной».

Юный Тревитик горячо привязался к своему новому другу. Он заинтересовался заводом в Сохо, где строились паровые машины, способные двигать повозку без лошадей. Мердоку было нетрудно устроить мальчика на работу в Сохо. Тревитик провел на заводе Болтона и Уатта несколько лет. Под руководством Мердока он прошел практический и теоретический курс паровой техники. Юноша обнаружил при этом невероятную трудоспособность и очень скоро сумел возместить недостаток своего образования. В Англии и до сих пор крупные заводы дают своим ученикам аттестаты, равносильные дипломам инженеров и конструкторов. С таким аттестатом завода Уатта девятнадцатилетний юноша после смерти отца получил место инженера на одном из рудников в Корнуэльсе.

Молодой инженер поселился в Кемборне. Занимался он установкой и исправлением паровых машин, главным образом водоотливных. Теперь он уже не только знал машину, не только понимал ее устройство — он усвоил все тонкости процесса, в ней совершавшегося. Изобретательный ум его начал яростно сражаться с несовершенством паровых машин.

Крупнейшим недостатком водоотливных машин было тяжелое коромысло. Тревитик с изумительной ясностью понял недостаток подобной конструкции и заменил ее прямодействующим насосом. Новую водоотливную машину он построил совместно с механиком Буллем. Прямо над насосом изобретатели поставили опрокинутый паровой цилиндр и шток поршня насоса сделали продолжением штока поршня паровой машины. Эту простую и выгодную конструкцию заказчики приняли с восторгом. Но, как только слух о новых машинах дошел до Уатта и Болтона, Тревитику пришлось прекратить производство своих насосов. По решению суда, куда обратился Уатт, конструкция Тревитика была признана несамостоятельной и сам он был обвинен в нарушении патентов Уатта.

Тревитик не отказался от работы над паровыми машинами, но, наученный горьким опытом, он стал хранить свои идеи в полной тайне. Это продолжалось вплоть до 1800 года, когда наконец, к удовольствию «молодых людей без имени и денег», как называл Уатт новых изобретателей, окончился срок действия патента Уатта.

Молодой изобретатель мечтал построить паровой само-движущийся экипаж, конечно более совершенный, чем тот, который пытался соорудить Мердок. Для такого экипажа нужна была машина без громоздкого конденсатора. Не слышав ничего об опытах Кюньо, но твердо зная, что пар при достаточно высоком давлении имеет огромный перевес перед давлением атмосферы, Тревитик занялся опытами с машиной высокого давления.

Для такой машины прежде всего нужны были достаточно прочный котел с хорошим парообразованием, материалы для цилиндра и поршня достаточной крепости, чтобы выдержать давление пара, во много раз превышающее обычное.

На одной из первых установок Тревитика произошел ужасный взрыв котла.

Опыты Тревитик производил дома, занавешивая двери и окна. Ему приходилось пользоваться услугами жены и друзей, исполнявших обязанности машинистов и кочегаров. Занятия грозили неприятностями, так как ежеминутно вся семья ждала взрыва котла.

Изобретатель перестал прятаться только тогда, когда взял патент на машину, совершенно законченную постройкой.

Патент он получил одновременно и на самодвижущийся экипаж и на паровой двигатель высокого давления пара.

Двигатель Тревитика резко отличался от машины Уатта. Бросалось в глаза отсутствие коромысла и конденсатора. Паровой цилиндр помещался внутри котла. Шток поршня был соединен шатуном с кривошипом вала двигателя. Маховое колесо находилось над цилиндром.

За распространение своих машин Тревитику пришлось еще повоевать. Встречены они были недоброжелательно. Уатт отказался поверить в возможность пользоваться машинами Тревитика. Когда ему рассказали, что Тревитик доводит давление пара до семи-восьми атмосфер, он сказал:

— Тревитик может доводить давление хоть до четырнадцати атмосфер, но я никому не посоветую стоять при такой машине!

Точно в ответ на предостережение Уатта, в Гринвиче на одной из первых установок Тревитика произошел ужасный взрыв котла.

«Я нашел котел разорванным по всем направлениям, — писал Тревитик с места происшествия. — По-видимому, в момент взрыва машины давление было огромно. Кажется, машинист отправился ловить рыбу, поручив машину рабочему. Заметив, что работа идет как-то очень напряженно, тот остановил машину, но не освободил предохранительного клапана, который был закреплен наглухо. Взрыв произошел через несколько минут. Было убито три человека на месте, а еще один умер от ран».

Взрыв произошел по небрежности машиниста, но случаем не преминули воспользоваться противники Тревитика. Его конкуренты всячески стремились внушить недоверие к новому изобретению.

— Тревитика следовало бы повесить! — восклицал Уатт.

Тревитик не пал духом. Для безопасности своих машин он решил устанавливать в котле два предохранительных клапана. Один из них был устроен так, что оставался недоступным для машиниста. Но все-таки на некоторое время Тревитику пришлось отказаться от постройки машин с высоким давлением пара. Чтобы преодолеть недоверие, он занялся демонстрацией парового автомобиля.

Автомобиль Тревитик построил еще до того, как взял на него патент. Котел и машина помещались у него между большими задними колесами. От горизонтального цилиндра при помощи зубчатых колес, шатуна и кривошипа работа машины передавалась на ось. Этот паровой автомобиль мог вместить до десяти пассажиров. Двигался он со скоростью десяти километров в час.

Тревитик появился на улицах Кемборна за рулем своего необычного экипажа.

Автомобиль был готов в 1802 году. Тревитик появился на улицах Кемборна за рулем своего необычного экипажа и предложил прохожим составить ему компанию. Охотники нашлись. И вот впервые экипаж без лошадей и животных повез по улицам маленького городка пассажиров. На одной из улиц с крутым подъемом автомобиль должен был остановиться. Но по ровным дорогам карета катила, к полному удовольствию седоков, со страшным шумом и грохотом, испуская клубы дыма.

Поездки по отвратительным дорогам часто кончались поломками чугунных частей. Даже изобретательный ум Тревитика не нашел здесь выхода из положения. В довершение всего с автомобилем произошел несчастный случай.

Однажды, убрав в сарай свою «ходячую машину», Тревитик решил зайти в трактир подкрепить силы. Но он забыл погасить огонь в топке котла. Вода вся выкипела, котел накалился докрасна, и карета сгорела.

Надо сказать, что все свои несчастья Тревитик сносил довольно легко. Этот добродушный, веселый человек обладал не только огромной физической силой, но и большой душевной стойкостью. Тревитик мог служить живым доказательством истинности прописного изречения о том, что «в здоровом теле — здоровый дух». О его необычайной силе и добродушии свидетельствуют сохранившиеся в памяти кемборнцев воспоминания. Забавляя друзей, Тревитик вешал на большой палец гирю в полцентнера весом и мелом писал этой рукой на стене на уровне глаз свое имя. Если ему случалось вступать в борьбу с местными атлетами, он неизменно кончал ее тем, что переворачивал противника вниз головой и, приподняв вверх, отпечатывал его подошвами на потолке следы. При всем этом с его толстых губ не сходила улыбка, а голубые глаза сияли весельем.

После несчастья с автомобилем Тревитик построил вторую такую же повозку и отправил ее в Лондон. Покупателей на нее не нашлось. Изобретатель вложил в предприятие все свои средства, и ему пришлось думать уже не о славе, а о том, как бы избежать нищеты.

Тревитик видел, что успех его автомобиля связан всецело с наличием хороших проезжих дорог. Невозможность двигаться в этом экипаже по обычным тогдашним дорогам была главным доводом людей, отказавшихся от покупки автомобиля.

Что мог предпринять изобретатель при таком положении дела?

Обыкновенные проселочные дороги того времени действительно были ужасны. Английская промышленность пользовалась преимущественно речным транспортом. Потребность в путях сообщения повела к постройке многочисленных каналов. Над сооружением их работали виднейшие инженеры того времени, в том числе и Уатт.

Однако с развитием крупной промышленности появилась нужда и в сухопутных дорогах. Прежде всего они понадобились в копях и рудниках, где остро стал вопрос об уменьшении расходов на массовую перевозку руды и угля. Уже и раньше здесь прокладывали деревянные рельсы для вагонеток и деревянные настилы для телег. Впоследствии деревянные рельсы были заменены чугунными, и рельсовые дороги в виде подъездных и вывозных путей получили к началу XIX века уже значительное распространение. Изобретательный Тревитик и решил поставить свою машину на удобные для движения железные дороги. Паровая повозка должна была заменить существовавшую на этих дорогах конную тягу; из автомобиля для пассажиров «ходячая машина» превратилась в локомотив, везущий за собой груженые телеги и вагонетки.

Политические события, однако, на время отвлекли Тревитика от этого замысла. Упорная экономическая борьба, которую вела Англия с Францией, привела к открытой войне. Наполеон стал готовиться к нападению на Англию и энергично вооружал свой флот.

Правительство усиленно подогревало в стране патриотические чувства англичан. Охваченный общим настроением, Тревитик стал мечтать о таком изобретении, которое могло бы одним ударом покончить с врагом.

Проект, представленный им в министерство, был довольно прост. Тревитик предлагал построить паровое судно, нагрузить его целиком взрывчатыми веществами и, введя в центр вражеского флота, взорвать. При этом, очевидно, должна была погибнуть и команда парохода. Но Тревитик считал, что судно может вести один человек и с гибелью его можно примириться. В конце концов он предлагал послать его самого, если не найдется других добровольцев.

Одновременно Тревитик предпринял и опыты с пробной установкой на барже, где машина высокого давления пара приводила в движение гребные колеса, расположенные по бокам судна.

Пока Тревитик возился со своими опытами, угроза французского нашествия ослабела. Изобретатель не дождался никакого ответа на свой фантастический проект. Ему ничего не оставалось делать, как возвратиться к паровой машине для тяги на рельсовых дорогах.

Потребность в локомотиве при наличии развитых уже рельсовых путей была более настоятельной, чем потребность в автомобиле, для которого не было подходящих дорог. Поэтому новая идея Тревитика была встречена сочувственно, едва лишь он ее высказал владельцу железоделательного завода Самуэлю Гомфрею. Гомфрей хорошо знал Тревитика и даже считался его компаньоном. Незадолго до этого Тревитик заложил ему свой патент на паровую машину, и Гомфрей получал деньги по этому патенту с лиц, строивших машины Тревитика. Несмотря на враждебное отношение к опасным машинам, они хотя и медленно, но все-таки внедрялись в промышленность благодаря меньшим размерам, чем машины Уатта, и большей мощности.

Гомфрей нуждался в дешевом способе тяги на подъездных заводских путях и поэтому охотно согласился произвести опыты с локомотивом. При этом он так верил в Тревитика, что предложил пари другому заводчику — Хиллу. Пари заключалось в том, что Гомфрей при помощи паровой машины перевезет по рельсам десять тонн железа от завода до пристани, на расстояние около десяти километров.

Не менее Гомфрея увлекающийся и азартный человек, Тревитик почувствовал себя кровно заинтересованным в успехе предприятия и налег на работу. Из конструктора он обратился в слесаря, литейщика и кузнеца.

21 февраля 1804 года состоялось испытание этого первого в мире паровоза.

Ранним утром Тревитик впряг своего огненного коня в пять сцепленных вагонов, груженных железом, посадив на них, кроме того, полсотни рабочих и любопытных. Локомотив шел со скоростью около восьми километров в час, преодолевая крутые повороты и значительные подъемы. К полному торжеству изобретателя, пассажиров и самого мистера Гомфрея, первый поезд благополучно пришел к пристани. Пари было выиграно.

Хилл не сразу, впрочем, уплатил пари. Он пытался уклониться от уплаты, ссылаясь на то, что железо было перевезено не по той дороге, о которой шла речь, и что старые рельсы были заменены новыми.

Паровоз работал около пяти месяцев. Он имел, разумеется, иную конструкцию, чем автомобиль, так как предназначался для иной цели. На двухосной раме с четырьмя колесами Тревитик установил паровой котел, имевший одну жаровую трубу. Внутри котла, горизонтально над жаровой трубой, помещался рабочий цилиндр. Шток поршня далеко выдавался вперед и поддерживался кронштейном. Движение поршня передавалось колесам паровоза при помощи кривошипного механизма и системы зубчатых колес.

Владельца паровоза не удовлетворила работа самой машины. Конструкция оказалась непрочной. Паровоз часто ломал чугунные рельсы и выводил из строя подъездной путь. Гомфрей не счел выгодным приобретать новый паровоз, заменять рельсы более прочными и предпочел отказаться от паровой тяги. Паровоз был установлен на заводском дворе, и им стали пользоваться как стационарной паровой машиной.

Тревитику следовало бы самому вмешаться в дело и, найдя средство улучшить рельсовый путь, обеспечить практический успех своему изобретению. Это, вероятно, сделал бы на его месте всякий другой, чтобы спасти свое детище от печального конца. Но Тревитик строил новый паровоз в Ньюкестле, и у него не было желания убеждать Гомфрея.

Второй паровоз был построен в 1808 году. Тревитик решил, что нужно поднять престиж локомотива, и занялся пропагандой своей идеи. Он арендовал в Лондоне большую площадь, обнес ее забором, проложил там кольцо железной дороги и стал показывать свою машину за пять шиллингов. Желающие при этом могли прокатиться на паровозе.

Внешне новый паровоз значительно отличался от первых двух. Опыт показывал, что ни в маховом колесе, ни в зубчатой передаче не было надобности. Теперь шток поршня соединялся через кривошип непосредственно с задними ведущими колесами. Часть отработавшего пара Тревитик использовал для подогрева воды, питающей котел, а другую часть выпускал в дымовую трубу, что способствовало усилению тяги в топке.

В общем, машина имела солидный, спокойный и привлекательный вид.

Однако и эта «наиболее удивительная машина, когда-либо изобретенная», как называли паровоз Тревитика газеты того времени, не оправдала надежд изобретателя. Ни покупателей, ни заказчиков не нашлось.

Друзья Тревитика охотно посещали выставку. Его двоюродная сестра, восхищенная быстротой езды, дала паровозу кличку: «Поймай меня, кто может!» Тревитик хотел устроить состязание между паровозом и лошадью на ближайших скачках и дал уже объявление в газеты, но после нескольких недель выставки случайно лопнул рельс, и машина опрокинулась.

«Так как мистер Тревитик, — поясняет очевидец, — истратил все свои средства на необходимые работы и сооружение забора и не имел чем покрыть текущие расходы, машина не была больше поставлена на рельсы».

Раздраженный недостаточным вниманием со стороны лондонской публики, вспыльчивый изобретатель продал на слом свой паровоз и дал себе слово никогда больше не возвращаться к этому делу.

Слово это было тем легче сдержать, что в это время голова неугомонного инженера была уже занята новой идеей. Он вздумал построить такой двигатель, который, как лошадь, можно было бы перегонять с одного места на другое и применять его всюду, где понадобится: в сельском хозяйстве, на земляных разработках, при рытье каналов, в горном деле.

На следующий год он предлагает военному министерству проект металлического судна с паровым двигателем. Ни то, ни другое не было принято, хотя Тревитик демонстрировал комиссии по изобретениям модель своего судна.

Не нашли сочувствия и другие предложения, вроде плавучего парового насоса для осушения болот, парового отопления, судового котла нового типа. Они казались то ненужными, то неосуществимыми, то слишком дорогими.

Лишь последнее, сделанное уже незадолго до смерти предложение неутомимого изобретателя имело некоторый успех. Это был проект огромной колонны в память реформ 1832 года, проведенных английским парламентом. Но это грандиозное сооружение Тревитик уже не смог осуществить: 22 апреля 1833 года он умер в захолустном городке Дартфорде, и его похоронили на «кладбище нищих», так что спустя много лет, когда выяснилась вся новаторская и удивительная по своей проникновенности деятельность Тревитика, англичане не могли уже найти могилу.

Ричард Тревитик принадлежал к людям, которым суждено пролагать новые пути в науке, технике или искусстве, чтобы по ним вслед за открывателем шли другие, с гораздо большим практическим и материальным успехом.

В руках этих людей, однако, оказались не только практический опыт и находки предшественников, но и теория теплового двигателя, предопределившая направление конструкторской мысли.

 

6. Идеальный тепловой двигатель

Карно

В эпоху промышленной революции практический опыт шел далеко впереди научных знаний. Даже после того как паровые машины проникли во все области промышленности и транспорта, теоретические представления о том, что происходит в этих машинах, были очень неясными, смутными, а порой и вовсе неправильными.

Виднейший деятель французской революции, «организатор победы», как называют его французы, Лазарь Карно, инженер по образованию и ученый по своим склонностям, писал в одном сочинении:

«Какое количество ручной работы может быть сбережено, когда будут знать теорию тепла! Я имею все основания думать, что эта теория произведет изумительный переворот в промышленности».

Вопреки всеобщему увлечению практическими сведениями, Лазарь Карно оставался поклонником научного исследования, теоретических обобщений. Его «Опыт о машинах», посвященный вопросам прикладной техники, вышел в свет в 1783 году. Спустя сорок лет теорию тепловых явлений, которую он так страстно хотел знать, создал его гениальный сын.

Сади Карно, названный так отцом в честь знаменитого персидского поэта Саади, родился 1 июня 1796 года.

Первоначальное образование он получил дома под руководством отца, совмещавшего научную и общественную деятельность в течение всей своей жизни.

Такой учитель, конечно, не мог не развить в своем младшем сыне склонности к точным наукам, хотя вообще круг предметов, которыми занимались отец и сын, отличался необыкновенной широтой.

В шестнадцать лет Сади Карно оказался прекрасно подготовленным для поступления в высшее учебное заведение. Отец отправил его в знаменитую Политехническую школу в Париже. Это было привилегированное училище: сюда могли поступать только дети французской аристократии.

Но известность школе составил превосходный подбор преподавателей, поставивших очень высоко научные занятия студентов.

Карно прошел в школе двухлетний курс. Восемнадцатилетним студентом он участвовал в обороне Парижа, когда в 1814 году союзные войска России, Англии, Пруссии и Австрии вторглись в пределы Франции, чтобы покончить с Наполеоном. Они заняли Париж; Наполеон подписал акт отречения от престола, а новый король, Людовик XVIII, брат казненного короля, заключил Парижский мир.

В это время Карно окончил школу с дипломом инженера и, не зная, куда деться, принял назначение в инженерные войска, где он рассчитывал иметь досуг, чтобы продолжать учиться. Свободного времени у военного инженера оказалось достаточно. По мирному договору с союзными войсками Франция отказалась от всех завоеванных территорий и наполеоновской империи. В границах старой монархии инженерным войскам нечего было сооружать, нечем было заниматься.

Пользуясь своим досугом, Сади Карно со страстью человека, ищущего забвения, предался занятиям математикой, химией, естественными науками, технологией и даже политической экономией. Этот юноша с прекрасным лицом, с вечно задумчивыми, устремленными куда-то карими глазами совсем не был похож на философа, а между тем больше всего на свете он любил размышлять о виденном и прочитанном. В мире практических дельцов, ученых-экспериментаторов и практиков-инженеров он нашел груды фактов, никем еще не разработанных, не приведенных в порядок, брошенных на ветер за ненадобностью.

В те времена мало кто понимал, что цели человека только кажутся чуждыми природе, в действительности же порождаются объективным миром, а техника потому и служит целям человека, что определяется законами природы.

Руководимый отцом в раннюю пору своего умственного развития, маленький Сади привык получать точные ответы на свои детские вопросы: зачем, почему и что это такое? Лазарь Карно дорожил любопытством ребенка, и он счел бы преступлением не удовлетворить его до конца. Нисколько того не желая, отец учил сына мыслить, направлял творческую его одаренность на обобщение всего виденного и слышанного, на поиски законов, управляющих самыми обыкновенными, всем знакомыми явлениями природы.

Если бы Лазарь Карно, подобно многим другим занятым людям, отвечал на каждый вопрос сына стереотипной фразой: «Не приставай, займись делом!» — наверное, ребенок вырос бы со склонностью к ручному труду, увлекся бы техникой и творческая способность его обратилась бы в конструкторский талант. Но благодаря особенным обстоятельствам раннего детства Сади Карно вступил в мир взрослых с философской направленностью своего ума. Он продолжал, хотя и не вслух, упрямо задавать те же детские вопросы по поводу всего, что видел. Далеко не всегда он находил на них ответы в современной ему науке и тогда испытывал то тягостное чувство, которое овладевает нами, когда нарушается привычный уклад жизни.

Как инженер, Карно прежде всего столкнулся с торжественным пришествием в мир парового двигателя. Он хорошо изучил устройство машины и стремился узнать законы, которым она подчиняется.

Но так как никто толком не мог ничего сказать о законах, управляющих тепловыми явлениями, Карно сам стал искать их, размышляя над фактами, подмечая все практические мелочи в машинном отделении, в лаборатории, в мастерской.

Размышляя, он вовсе не ходил, насупив брови и наморщив лоб, из угла в угол по своему кабинету. Карно бессознательно строил свою жизнь так, чтобы объективный мир бесконечно широко и разносторонне отражался в его сознании. Можно подумать, что молодой инженер больше всего на свете боялся стать однобоким, узким специалистом.

В те времена — Карно жил в одно время с Байроном — лучшие представители аристократической молодежи хорошо понимали пустоту и умственное убожество своей среды, но расстаться с этой средой не могли и часто вели ту же самую светскую жизнь с ее балами, визитами, празднествами, которую презирали и обличали. Внешне Карно жил обычной рассеянной жизнью светского человека. Он носил мундир военного инженера, имел много свободного времени и на досуге занимался всем, что приходило в голову. Огромный его ум и творческая способность не нашли практического приложения в жизни, но зато получили простор для отвлеченной, созерцательной работы.

Широта интересов юноши поражала всех окружающих: тонкий ценитель искусства — музыки, живописи, поэзии, — он увлекался естествознанием, математикой, физикой, технологией. Везде и всюду он поднимался до философских выводов и обобщений. И в то же время он оставался завсегдатаем театров и спортсменом. Способностями и разносторонностью своих интересов он удивлял сверстников.

Ничто не было чуждо этому юноше. Он проводил время среди старых политических друзей своего отца с таким же интересом, как среди музыкантов и поэтов. На научных докладах французских академиков или в машинном отделении промышленного предприятия он чувствовал себя так же на месте, как и в светской гостиной. Это был человек, с непостижимой легкостью проникавший во все области знания. Он искал дела по своим силам и не находил нигде трудностей, борьба с которыми могла бы его увлечь.

Пять лет Карно провел в полку. Затем он перешел на службу в Главный штаб, продолжая вести тот же образ жизни. Государственная служба не обещала в будущем ничего привлекательного. Карно вышел в отставку и уехал в Магдебург, к отцу, изгнанному из Франции декретом Людовика XVIII за участие в революции. Здесь было все то же: наука, искусство, музыка и спорт всех видов.

Спортом болезненный и слабый юноша хотел восстановить свое здоровье, обеспечить себе возможность работать и размышлять.

И вот здесь, в тихом имении своего отца, в обстановке, казалось бы такой далекой от производственной техники и паровых машин, Карно привел в стройную систему все свои мысли о тепловых явлениях и записал их.

Через три года, вернувшись в Париж, Карно отдал в типографию написанную им тетрадку и заплатил деньги за ее напечатание. Так появилось на свет единственное и очень небольшое сочинение Карно: «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу».

Сади Карно.

Вышла книга из печати в 1824 году.

Это сочинение молодого ученого так же удивительно, как и его автор. Оно остается и до сих пор исключительным по ценности и богатству мыслей, по необычайной ясности и простоте научного изложения. В ней нет ни математических формул, ни чертежей, но все выводы построены на опытном материале, известном в то время. Замечательно, что впоследствии, для того чтобы сделать доступными для круга ученых идеи Карно, математику Клапейрону пришлось облекать эти идеи в математическую форму. Тогда только ученый мир заметил сочинение Карно, когда оно приобрело привычный вид ученого трактата.

Вероятно, Карно сделал свои выводы математическим путем в подготовительной стадии работы. Лишь потом он придал им простоту, ясность и законченность. В своей книге Карно рассматривает вопрос о «получении движения из тепла» в самой общей форме. Вопрос имел огромное значение в эпоху промышленного переворота в связи с распространением парового двигателя.

Размышления Карно начинаются характеристикой паровых машин.

«Никто не может сомневаться, — говорит Карно, — что теплота является причиной движения, что она обладает большой движущей силой: паровые машины, ныне столь распространенные, могут быть тому очевидным доказательством. Теплоте должны быть приписаны те колоссальные движения, которые поражают наш взгляд на земной поверхности: она вызывает движение воздуха, поднятие облаков, падение дождя и снега, заставляет течь потоки воды на поверхности земного шара, незначительную часть которых человек сумел применить в свою пользу. Наконец, землетрясения, вулканические извержения также имеют причиною теплоту.

Из этих огромных резервуаров мы можем черпать механическую энергию, нужную для наших потребностей. Природа, всюду предоставляя горючий материал, дала нам возможность всегда и везде получать тепло, а стало быть, и механическую энергию. Развивать эту движущую силу и приспособлять ее для наших нужд — такова цель тепловых машин. Изучение этих машин чрезвычайно интересно, так как значение их весьма велико, а распространение их растет с каждым днем. По-видимому, им суждено произвести огромный переворот в цивилизованном мире. Тепловые машины уже обслуживают наши шахты, двигают наши корабли, углубляют гавани и реки, куют железо, обрабатывают дерево, мелют зерно, ткут и прядут наши ткани, перевозят самые тяжелые грузы… Со временем тепловая машина, должно быть, станет универсальным двигателем, который получит преимущество над силой животных, падающей воды и потоков воздуха… Она не только заменит имеющиеся теперь в употреблении двигатели удобным и мощным двигателем, который можно будет всюду поставить, но и даст тем производствам, в которых она будет применена, быстрое развитие и даже создаст новые производства».

Переходя далее к прямым задачам своей работы, Карно отдает должное коллективу изобретателей, создавших паровую машину. Он указывает, однако, что, «несмотря на работы всякого рода, предпринятые в отношении паровых машин, несмотря даже на удовлетворительное состояние, в которое они теперь приведены, теория их весьма мало подвинута вперед и попытки улучшить их почти всегда руководились случаем».

«Часто поднимали вопрос, — говорит Карно дальше, — ограниченна ли или бесконечна движущая сила тепла, существует ли определенная граница для возможных улучшений, граница, которую природа вещей мешает перешагнуть каким бы то ни было способом, или, напротив, возможны безграничные улучшения? Так же долго искали и теперь ищут, не существует ли агентов, предпочтительных водяному пару для развития движущей силы огня, не представляет ли, например, воздух в этом отношении большие преимущества? Мы ставим себе задачу подвергнуть все эти вопросы внимательному рассмотрению».

На эти основные вопросы и дает свои ответы Сади Карно. Они просты, кратки, ясны. Проникновение Карно в природу вещей, о которых он толкует, изумительно. Он говорит о тепловых двигателях вообще, хотя в его время не было никаких иных тепловых двигателей, кроме паровых. Он за полвека вперед предвидит не только возможность появления двигателей внутреннего сгорания, но указывает даже практический путь для их осуществления, тот самый путь, который через семьдесят лет привел инженера Рудольфа Дизеля к практическому успеху. Но прежде всего Карно излагает свою теорию тепловых двигателей и устанавливает основной закон науки о теплоте почти в тех же самых выражениях, в которых он формулируется и теперь, спустя сто лет.

«Во всех паровых машинах, — указывает Карно, — получение движения связано с одним обстоятельством, на которое нужно обратить особенное внимание: это восстановление теплового равновесия, переход тепла от тела с более высокой температурой к телу с менее высокой температурой».

Указывая на то, что работа теплового двигателя зависит от перепада температуры, Карно заключает: для получения в двигателе работы необходимо иметь два источника тепла разных температур.

«Чтобы получить движущую силу, — восклицает он, — недостаточно только производить теплоту, нужно иметь также и холод!»

И далее он устанавливает основной закон науки о теплоте, известный как «начало Карно»:

«Везде, где существует разность температуры, везде, где может быть произведено восстановление теплового равновесия, может быть получена движущая сила. Водяной пар есть только средство для получения движущей силы, но он не единственное средство: все тела природы могут быть употреблены для этой цели. Все тела способны изменять объем, сжиматься и расширяться под действием тепла и холода; все они способны преодолевать при изменении своего объема известные сопротивления и развивать таким образом движущую силу».

Для разрешения вопроса о том, зависит ли работа теплового двигателя от тела, посредством которого она совершается, Карно сравнивает два процесса: процесс перехода тепла от источника с высокой температурой к источнику с низкой температурой, в результате чего получается некоторое количество работы, и обратный процесс, когда тепло переходит от тела с низшей температурой и телу с высшей температурой в результате совершения некоторой работы.

И вот здесь Карно устанавливает обратимость тепловых процессов, лежащую в основе учения о теплоте.

Установив теоретическую обратимость тепловых явлений и необходимость иметь разницу в температурах для превращения теплоты в работу, Карно положил начало термодинамике — науке о тепловых явлениях. Термодинамика стала фундаментом теплотехники — науки, изучающей конструкцию и работу всех машин, превращающих теплоту в работу и работу в теплоту.

Возвращаясь к вопросу о том, зависит ли работа теплового двигателя от рабочего тела, посредством которого эта работа совершается, Карно отвечает:

«Количество работы, могущее быть полученным от затраты теплоты, не зависит от рабочего тела, при помощи которого работа осуществляется. Это количество определяется только температурами тел, между которыми осуществляется в конечном счете перенос тепла».

После этого Карно разбирает вопрос о возможности применения в тепловых двигателях тех или иных рабочих тел. Он справедливо указывает, что наивыгоднейшими телами могут быть только пары и газ, обладающие большой способностью к расширению, и устанавливает основные правила: температура рабочего тела должна быть в начале рабочего процесса возможно более высокой, чтобы получить возможно больший перепад тепла, а стало быть, и возможно большее количество работы, а охлаждение должно производиться до температуры возможно более низкой.

Относя эти правила к работе паровых двигателей, Карно указывает, что в них редко применяется давление пара выше шести атмосфер. Такое давление соответствует температуре в 160 градусов. Между тем температура конденсатора обычно равна 40 градусам. Разность температур, используемая в паровых двигателях, таким образом, не бывает больше 120 градусов.

Если бы возможно было использовать весь перепад тепла от температуры сгорания топлива, равной 1000 градусам, до температуры охлаждающей воды, равной 10 градусам, то этот перепад составлял бы почти 1000 градусов и, несмотря на всяческие потери, в двигателе при одном н том же количестве сожженного топлива было бы получено в несколько раз большее количество работы.

Этот военный инженер умел размышлять и теоретически совершенно правильно указывал путь развития тепловых двигателей: надо было стремиться для экономичности и мощности их к увеличению перепада тепла.

Тщательно исследуя процесс работы теплового двигателя, Карно излагает далее условия, в которых этот процесс должен происходить, и создает так называемый «цикл Карно». Двигатель, работающий по этой схеме, должен иметь коэффициент полезного действия в 70 процентов. Не ограничиваясь теоретическими рассуждениями, Карно здесь же указывает, как, по его мнению, можно осуществить этот тепловой двигатель.

Прежде всего он предлагает заменить водяной пар воздухом в качестве рабочего тела.

«Водяной пар, — пишет он, — может быть образован только в котле, в то время как воздух можно нагревать сгоранием, происходящим в нем самом. Этим можно избегнуть не только большой потери в количестве тепла, но и в его температуре. Чтобы дать возможность воздуху сильнее расширяться и расширением вызвать большее изменение температуры, надо его брать в сжатом виде. Его следовало бы сжать каким-либо способом, раньше чем нагревать..

Было бы лучше, как нам кажется, сжимать воздух воздушным насосом, а затем пропускать его через закрытую камеру сгорания, куда топливо вводилось бы постепенно небольшими порциями при помощи механизма, который легко было бы построить, затем предоставить этому газу действовать в цилиндре с поршнем и выпускать его в атмосферу или даже заставлять его проходить под паровым котлом для использования оставшейся в нем теплоты».

Небольшое сочинение Карно было написано задолго до того, как техника капиталистического хозяйства вплотную подошла к созданию максимально экономичного двигателя. Между тем Карно указывал не только путь к созданию двигателя внутреннего сгорания и путь к усовершенствованию парового двигателя, но даже высказал идею использования отработавших продуктов сгорания для нагревания котла.

Конечно, Карно предвидел все трудности осуществления двигателя, возникавшего в его воображении. Он писал в заключение:

«Употребление атмосферного воздуха для получения движущей силы тепла на практике представит огромные, но все же преодолимые трудности. Если их удастся победить, то воздух обнаружит большие преимущества перед паром».

Семьдесят лет спустя последователь Карно, немецкий инженер Рудольф Дизель, преодолел эти огромные трудности и создал двигатель, руководствуясь указаниями Карно. Но как раз потому, что учение французского инженера предвосхищало требования экономики задолго вперед, его сочинение и не обратило на себя никакого внимания при своем появлении.

Только спустя десять лет на него случайно напал математик Клапейрон, только через двадцать лет идеи Карно были оценены английским физиком Вильямом Томсоном, и сочинение Карно получило признание в научных кругах. После того как перед техниками всех наций встала задача создания более совершенного двигателя, изобретатели и ученые все чаще и чаще стали обращаться к Карно, черпая в его небольшой книжке удивительные откровения.

Если до того конструкторы тепловых машин располагали только случайными наблюдениями, то теперь они имели в руках теорию тепловых явлений, открывавшую простор для практических выводов и заключений. История техники показывает, какую неоценимую помощь созданию тепловых двигателей и тепловых машин оказало сочинение Карно.

Карно напечатал свои «Размышления о движущей силе огня» и забыл о книге, ответив сам себе на интересовавший его вопрос.

Через два года он снова поступил на службу, но вскоре опять оставил ее. Он продолжал размышлять о многих вопросах, но странная и жестокая судьба постигла в это время самого Карно и его работы.

Весною 1832 года этот тридцатишестилетний человек заболел скарлатиной, чрезвычайно ослабившей его организм. Летом 1832 года он заразился холерой и 24 августа умер.

По правилам полагалось в целях борьбы с эпидемией сжигать все имущество больного, если оно находилось в соприкосновении с ним. Полиция сожгла заодно с одеждой и постелью Карно все его бумаги, тетради и рукописи.

Современники не имели никакого понятия о том, кого они хоронили и чьи рукописи подвергли уничтожению. Интересно, что как раз на своей родине Карно оставался неизвестным дольше всего.

О нем французы узнали впервые из речи одного оратора над могилой Томсона, когда тот напомнил, что знаменитый английский физик в своих лекциях говорил о Карно как о гениальном ученом.

Вильям Томсон и Рудольф Клаузиус, создавая современную термодинамику, дали впервые настоящую оценку сочинению Карно. Они указали, что Карно ввел в науку представления о круговых процессах, об их обратимости, о разности температур, как о необходимом условии работы тепловых двигателей, о независимости их от рода рабочего тела. Все эти представления лежат в основе современной термодинамики и выдвигают их автора на одно из первых мест среди физиков.

В 1872 году брат Карно передал во Французскую академию наук случайно не сожженные черновые записи и заметки умершего. Из них выяснилось, что Карно смотрел на природу теплоты вовсе не так, как современные ему физики. Он записал для себя:

«Теплота есть не что иное, как механическая работа или, вернее, движение, изменившее свою форму. Это есть движение частиц тела. Везде, где имеется затрата работы, имеется также появление тепла в количестве, строго пропорциональном количеству затраченной работы. Обратно: всюду, где есть затрата тепла, есть в то же время производство механической работы».

Взгляд на теплоту как на своеобразную форму движения частиц тела или молекул положен физиками в основу современной термодинамики. Крупнейшее достижение физики прошлого века светлый гений Карно предвосхитил так же легко и просто, как предсказал он весь дальнейший путь развития тепловых машин.

Если Карно не опубликовал своих дальнейших размышлений о природе тепла, то, очевидно, только потому, что ему помешала смерть. Он хотел довести свои мысли до предельной простоты, точности и ясности.

Но дело не в этом. Важно, что Карно установил основные законы превращения теплоты в работу, превращения тепловой энергии в механическую и показал будущим строителям тепловых машин и двигателей, что возможно для техники и чего нельзя добиться практически.

Теорией тепловых явлений мастера энергетической техники воспользовались очень широко и к началу XX века создали целый ряд самых разнообразных тепловых двигателей.

Однако потребность промышленности и транспорта в движущей силе была так велика, так разнообразна, так неотложна, что одновременно с созданием тепловых двигателей энергетическая техника поставила на службу человеку и целый ряд других двигателей.