А. Моравский, М. Файн
Следующий важный шаг по пути создания тепловых двигателей совершил английский изобретатель, кузнец по профессии Томас Ньюкомен. Биографических сведений о нем не сохранилось, но известно, что он обладал обширными знаниями и навыками практической работы.
Выполняя как-то заказ на детали для машины Севери, он пришел к мысли, что ее производительность и экономичность можно повысить, разделив функции насоса и двигателя, т. е. использовав в машине Севери идею Папена. Для реализации своих идей Ньюкомен в 1705 г. заключил соглашение с промышленником-стеклоделом Джоном Коули, и вскоре машины Ньюкомена получили широкое распространение.
Вначале эти машины строились только в Англии Ньюкоменом и Коули, но впоследствии их постройкой и усовершенствованием занялись и другие.
В 1725 г. появилась книга немецкого инженера Леупольда, в которой представлена машина Ньюкомена с удвоенным числом цилиндров. Каждая такая машина (см. рис.) содержала два вертикальных рабочих цилиндра, и пар поступал под поршни этих цилиндров из общего котла через распределительный кран по очереди.
Давление пара поднимало поршень, а после достижения последним наивысшей точки в цилиндр впрыскивалась вода, пар конденсировался и поршень под действием атмосферного давления опускался, совершая рабочий ход.
Насосные цилиндры были установлены параллельно рабочим, их поршни соединялись с поршнями рабочих цилиндров через качалку-коромысло. Когда один из поршней поднимался, другой опускался, и наоборот. Соотношение плеч коромысла определяло соотношение ходов поршней. Как правило, ходы были равны. Машины Ньюкомена были более производительными и удобными, чем машины Севери.
Тем не менее получить патент на свою машину Ньюкомен не сумел. Этому препятствовала формулировка патента Севери. Максимум, чего удалось достигнуть, - это войти в соглашение с Севери о совместном использовании изобретения и создать в 1711 г. «Компанию обладателей правами на изобретение установки для подъема воды посредством огня».
Вначале Ньюкомен охлаждал пар в цилиндре так же, как и Севери (поливая цилиндр снаружи), а найти более удобный способ конденсации пара ему помог случай. Технология обработки металлов в то время была на таком уровне, что задача уплотнения поршня в цилиндре практически не решалась.
И вот однажды по небрежности над поршнем рабочего цилиндра оказался слой воды, и она, просочившись в цилиндр по зазору между ним и поршнем, ускорила процесс конденсации пара. Ньюкомен заметил, что частота рабочих циклов машины возросла, и, обнаружив причину, немедленно применил охлаждение впрыском воды.
С машиной Ньюкомена связана легенда о мальчике Гемфри Поттере, который изобрел автоматическое парораспределение. Поскольку открывать кран для поочередной подачи пара в рабочие цилиндры было дело нехитрое, его поручали мальчику.
Но целый день, не отвлекаясь, открывать краны очень утомительно, особенно для ребенка, которому хотелось играть со сверстниками. И вот сообразительный мальчик придумал возможность отлучаться от машины.
Он взял две веревочки, привязал их к рукоятке крана, а другие концы привязал к коромыслу так, что, когда одно плечо коромысла поднималось, одна из веревочек натягивалась и открывала кран, а когда это плечо опускалось, веревочка ослабевала, но при этом поднимающееся второе плечо натягивало вторую веревочку и кран закрывался. Очень остроумно и просто.
Но многие специалисты высказывают сомнение в достоверности этой истории, приводя следующие соображения.
Во-первых, нужно было достаточно точно обеспечить натяжение и провисание веревок, а мальчику это было сделать непросто. Во-вторых, противолежащие плечи коромысла перемещаются в противоположных направлениях, и для того чтобы открывать и закрывать кран натяжением веревок с одного рабочего места, нужен был блок, и вряд ли в те времена ребенок имел - возможность его раздобыть.
И наконец, качающееся коромысло было на высоте около 3 м над краном, и трудно представить, чтобы можно было произвести сборку и отладку приспособления без остановки машины - хозяин сразу бы это заметил.
Но благодаря своей красоте эта легенда широко известна, хотя официально автоматическое парораспределение изобрел английский инженер Бейтон, и в 1718 г. ему выдан на это патент.
Машины Ньюкомена доминировали несколько десятилетий и постоянно совершенствовались. Уже говорилось, что в 1725 г. изобретатель Леупольд предложил увеличить число цилиндров.
Одновременно он предлагал ввести вал отбора мощности, вращающийся с помощью колеса, на которое льют воду поршневые насосы, т. е. почти через 20 лет повторил предложение Папена.
Он же опубликовал книгу «Театр машин», где дал подробное описание машин Ньюкомена-Коули. В 1772 г. Смитов построил машину Ньюкомена с двумя котлами, он же ввел регулирование момента впрыска воды в цилиндр, т. е. регулирование числа двойных ходов.
Авторитет Ньюкомена очень велик. В Англии даже существовало Ньюкоменовское общество, и это не удивительно, так как отделение двигателя от насоса представляло собой важный шаг, обеспечивающий возможность расширения диапазона использования тепловых двигателей.
Но при всем этом двигатель в машине Ньюкомена не был универсальным; передача от поршня двигателя к поршню насоса привязывала двигатель к определенному виду приводимых устройств.
Развивающуюся промышленность такой двигатель уже не удовлетворял. Она испытывала нужду в универсальном тепловом двигателе, т. е. в двигателе, который бы имел вал отбора мощности, пригодный для подсоединения к любому потребителю.