История энергетической техники - Белькинд Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
шатунно-кривошипный механизм.
Промышленный переворот привел к тому, что в короткий исторический период
- за последнюю четверть XVIII в. - в одной только Англии было выдано
свыше десятка патентов на универсальные двигатели самых разнообразных
систем и конструкций. Еще раз подтвердились слова Маркса: "Критическая
история технологии вообще 152
показала бы, как мало какое бы то ни было изобретение XVIII столетия
принадлежит тому или иному отдельному лицу" *• Однако участники
изобретения универсального двигателя, чьи упорные труды стимулировались
нуждами промышленного производства, оказались забытыми- Обширная
литература по истории паровых двигателей до самого последнего времени
выделяла из числа изобретателей универсального двигателя одного Д. Уатта.
Это имеет свои причины. Первая причина состоит в том, что Уатт и его
компаньон заводчик М. Болтон, запатентовав такие широкие приемы
применения пара, как конденсацию в отдельном конденсаторе и применение
избыточного давления, крайне ограничили возможности других изобретателей.
Фирмой "Уатт и Болтон" был опротестован патент на двигатель без балансира
только потому, что в этом двигателе предполагалось применить избыточное
давление пара. Патент Булля с кривошипным механизмом и патент
Горнблауэра, в котором впервые предлагалось последовательное расширение
пара в двух цилиндрах (двойное расширение), были опротестованы также на
том основании, что изобретатель применил избыточное давление пара,
которое, кстати сказать, впервые предложил применять Я. Леупольд еще в
1724 г. Неслучайно автор английской книги по истории парового двигателя,
вышедшей в 1939 г., Дикинсон писал, что "...Подобная политика в течение
долгого срока действия патентов Уатта (с 1769 по 1800 г.) (т. е. 31 год-
авт.), вне всякого сомнения, толкала назад развитие паровой машины".
Вторая причина столь большой известности Уатта состояла в том, что его
двигатель, будучи равноценным с другими в отношении универсальности по
техническому применению, был вдвое экономичнее по расходу топлива
благодаря отделенному конденсатору. Экономичность двигателя и
коммерческий талант заводчика Болтона сделали Уатта одним из наиболее
популярных изобретателей в мире.
Уатт начал свою работу в 1763 г. почти одновременно с Ползуновым, но с
иным подходом к проблеме двигателя и в совершенно другой обстановке-
Ползунов начинал с об-Щеэнергетической постановки задачи о полной замене
зависящих от локальных условий гидросиловых установок Универсальным
тепловым двигателем, но не смог реализо-
1 К. Маркс, Капитал, т. 1, стр. 378, 1953.
153
ВЗть свои смелые планы в крепостной России. Уатт начал с частной задачи -
повышения экономичности двигателя Ньюкомена, возникшей в связи с
порученной ему как механику университета в Глазго (Шотландия) работой по
починке действующей модели водоотливной паровой установки Ньюкомена.
!
Эта модель сыграла значительную роль в деятельности Уатта,# так как
помогла ему увидеть недостатки установки Ньюкомена и найти способы их
устранения. Это произошло потому, что, будучи геометрически подобна
своему промышленному образцу, модель не являлась подобной по протекавшим
в ней механическим и тепловым процессам. Достаточно рассмотреть условия
механического подобия, для того чтобы убедиться в полной
неработоспособности модели. Механическое подобие предусматривает
.равенство 'числового значения' критерия гомохронности Но в образце и
модели, т. е. определяется, наряду с другими условиями, уравнением
Н°обр ~ Н°моц,
или
wt w't'
-Г~~Г'
где w, t и I и xsf, t' и /' - скорость, время и линейные размеры образца
и модели.
Из приведенных уравнений следует, что для сохранения механического
подобия при одном и том же времени цикла
t = t'*
скорость движения поршня в модели должна быть меньше скорости движения
поршня в образце во столько же раз, во сколько линейные размеры модели
меньше аналогичных размеров образца.
Скорость является функцией разности давлений над и под поршнем двигателя,
сравнительно мало отличающейся в модели по сравнению с образцом. Кроме
того, в модели не была осуществлена такая же высота подъема воды, какую
обеспечивала машина Ньюкомена (примерно 80 м). Подобное нарушение условий
подобия неизбежно приводило к более быстрому, чем в образце, движению
поршня, что при малых размерах модели в свою очередь резко увеличивало
число циклов двигателя в единицу времени. В результате этого после пуска
модели поршень делал несколько быстрых ходов и затем останавливался из-за
недостатка пара. Уатт, изучавший работу модели, усмотрел причину
недостатка пара не в нарушении правил подобия, а в несоответствии между
паропроизводительностью котла и потреблением пара машиной. Поскольку
увеличение относительных размеров котла овн.ачало отход .от
геометрического подобия образцу, который .никогда
* Это равенство необходимо для выполнения равных условий по объему пара,
идущего из котла на заполнение цилиндра, при сохранившемся в силу
