Революционизирующее влияние универсального двигателя на развитие производительных сил

Изобретение Уаттом двигателя двойного действия с непрерывным вращением содействовало чрезвычайно быстрому распространению паровых машин. К концу XVIII в. применение паровых машин не ограничивалось Англией и Шотландией - они поставлялись заводом Болтона и Уатта в Ирландию, Францию, Испанию.

Первая рудоподъемная машина с непрерывным вращательным движением была построена для одной из копей в Корнваллисе в 1784 г., в том же году была изготовлена другая для одной лондонской пивоварни, а в ближайшие годы несколько машин были созданы для собственного завода Болтона и Уатта в Сохо. Установка новых машин шла быстрыми темпами, и к 1800 г. их число достигло внушительных размеров. Показательно сопоставление таких данных г за 70 лет (до 1769 г.) паронасосных установок было пущено общим числом около 140, а машин Уатта, установленных к 1800 г. в Великобритании: и Ирландии, насчитывалось 321 общей мощностью 5210 л, с. [4, с. 66].

Примечательно, что наибольшее распространение паровые машины получили в хлопчатобумажной промышленности, в которой появились первые рабочие машины, ознаменовавшие собой начало промышленной революции. Вслед за этой отраслью по количеству употребляемых машин шли металлургия железа и меди, угольные копи и обработка железа [18].

В тех крупных сдвигах, которые произошли в текстильном производстве, горном деле и металлургии и составили в совокупности промышленный переворот, паровая машина Уатта, с одной стороны, явилась заключительным звеном, а с другой - действенным фактором, обусловившим дальнейшее развитие этого переворота.

В начале XIX в. завод в Сохо стал получать заказы из-за границы. Строительство паровых машин осваивалось и в других странах: во Франции, Германии, Бельгии, Голландии, США, России. Во Франции первые экземпляры были выпущены в 80-е годы XVIII в., а к началу 20-х годов XIX в. открывается уже несколько специальных машиностроительных заводов. В Бельгии изготовление паровых машин связано с именем Кок-кериля и его знаменитым заводом близ Льежа и относится к 1818 г. В Германии в конце XVIII в. к постройке паровых двигателей приступил Бюклинг, а в начале XIX столетия - Диннендаль. В Соединенных Штатах в 1802 г. стали производить свои машины высокого давления, инициатором этого дела был О. Эванс [7, с. 128].

В России изготовление паровых машин началось также в конце XVIII в.

В области теплотехники и машиностроения работал механик Л. Ф. Сабакин. Ему принадлежали разнообразные изобретения в области механики и машиностроения. В 1776 г. он перевел и издал избранные лекции английского механика Дж. Фергюсона о машинах, дополнив их своим оригинальным трудом - «Лекцией об огненных машинах», в которой дал впервые опубликованное на русском языке описание паровой машины Дж. Уатта.

Но имена первых отечественных строителей паровых силовых установок остались неизвестными, так же как и технические характеристики первых паровых двигателей: например, на Воицком и Гумешевском рудниках (1799 г.) и на Златоустовском заводе (1810 г.). В 1815 г. Вяткин построил паровой двигатель на Верх-Исетском заводе, в период 1817-1821 гг. на Пожевском заводе строили паровые машины и котлы для первых волжских и камских пароходов Григорий Шестаков, Павел Чистяков, Николай Беспалов, Данила Вишняков, Петр и Иван Казанцевы. В 1824 г. механик Е. А. Черепанов построил паровой двигатель в Нижне-Тагильском «механическом заведении». Совместно с сыном, М. Е. Черепановым, он построил около 20 паровых машин мощностью от 2 до 60 л. с. для заводских и транспортных нужд. В 1836 г. началось изготовление паровых двигателей на Выксунских заводах для текстильных фабрик во Владимирской губернии [9, с. 29; 13, с. 257, 292].

С конца XVIII в. в России стали обосновываться иностранные мастера паровых машин и предприниматели. Так, около 1800 г. в Петербурге был открыт специальный завод шотландцем Карлом Бердом. До 1825 г. этим заводом было выпущено около 130 стационарных паровых машин и 11 пароходов. Крупные стационарные машины были, например, изготовлены для Тульского оружейного завода и для Варшавского арсенала [4, с. 67, 68].

Цех ткацких станков с групповым приводом от паровой машины (середина XIX в.)

Несмотря на некоторое развитие производства паровых машин во многих странах, Англия сохраняла ведущее положение в этой области до середины XIX в. и экспортировала паровые машины в другие страны.

После окончания действия патентов Уатта в начале XIX в. проявляется большая инициатива изобретателей и в паровую машину вносится ряд усовершенствований и изменений. О. Эванс и А. Вульф конструируют машины высокого давления; более рациональное расположение кривошипов предлагают Перкинс и Эльдер; в 1807 г. Г. Модели построил первый двигатель без балансира. Усилия, направленные на увеличение экономичности паровых машин, увенчиваются успехом. Сама идея применения перегретого пара возникла в 30-х годах XIX в., а на практике была осуществлена в 50-х годах Г. А. Гирном. Он же теоретически разработал проблему перегрева и построил перегреватель, повышавший температуру пара на 100° С. Широкое распространение перегрев получил в 60-е и особенно в 90-е годы, когда его стали применять вместе с высоким давлением. Большое внимание постоянно уделялось парораспределению; Мердок, Муррей и др. внесли вклад в управление парораспределением. В конце 40-х годов появились технически совершенные устройства, означавшие начало нового этапа в развитии парораспределения. Этому способствовали в первую очередь разработки американского инженера Джорджа Корлиса. Совершенное регулирование в его машинах сочеталось с небольшим расходом пара и дало основу для изготовления машин большой мощности. На Филадельфийской выставке 1876 г. экспонировалась паровая машина Корлиса мощностью 2500 л. с. [7, с. 132 - 135].

Почти в течение всего XIX в. паровая машина занимала господствующее положение в энергетике крупной промышленности и транспорта. В результате постепенных усовершенствований, сделанных многими изобретателями и конструкторами, ее мощность возросла с 20-30 л. с. в 1830 г. до 1000 л. с. к 1870 г., а коэффициент полезного действия удвоился (с 5 до 10%) за тот же срок. Для такого успеха потребовалась мобилизация всех практических и научных знаний.

Развитие теплотехники явилось ярким примером использования практических знаний при все большем привлечении достижений науки. На первом этапе это выразилось в накоплении большого фактического материала по конструированию и эксплуатации паровых машин и в установлении некоторых эмпирических правил и расчетных формул. Следующий шаг состоял в обращении к экспериментальным исследованиям рабочего тела (водяного пара).

С другой стороны, техническая эволюция паровой машины была связана теснейшим образом с успехами индустриального машиностроения. В частности, получение высокого давления было немыслимо без качественного перелома в технике металлообработки. Лишь повышая точность изготовления деталей, можно было преодолеть утечку пара.

До создания теплового двигателя вся энергетическая техника была замкнута рамками только одной - механической формой движения. В гидравлических и ветряных двигателях, использовавших природную кинетическую энергию, существо процессов заключалось в трансформации механических перемещений. В паровой машине энергетические функции не ограничиваются трансформацией направления и скорости сил, но включают еще и превращение теплоты в механическое движение.

Распространение паровой машины со временем натолкнет ученых на исключительно важную мысль о единстве теплоты и механического движения и об эквивалентности теплоты и механической работы. Именно эти выводы подведут Сади Карно, Дж. П. Джоуля и Ю. Р. Майера к установлению закона сохранения энергии.

Изобретение Уатта как бы венчало многовековую работу ученых, инженеров и механиков разных стран, приобщившихся так или иначе к решению задачи использования силы пара. Шаг за шагом, под влиянием практических потребностей, а иногда стимулируемые логикой развития самого научного знания, часто интуитивно, подходили они к освоению нового вида энергии. «Паровая машина была первым действительно интернациональным изобретением...» (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 431).

При этом интернациональный характер проявился не только в самом постепенном процессе изобретательства, но и в особенности в повсеместном признании этого изобретения и распространении его по всему земному шару. Оно оказало громадное влияние не только на становление новой промышленной техники и научного знания, но в целом на развитие человеческого общества, на развитие общественных отношений.

Энгельс писал: «Люди, которые в XVII и XVIII веках работали над созданием паровой машины, не подозревали, что они создают орудие, которое в большей мере, чем что-либо другое, будет революционизировать общественные отношения во всем мире и которое, особенно в Европе, путем концентрации богатств в руках меньшинства и пролетаризации огромного большинства, сначала доставит буржуазии социальное и политическое господство, а затем вызовет классовую борьбу между буржуазией и пролетариатом, борьбу, которая может закончиться только низвержением буржуазии и уничтожением всех классовых противоположностей» (Там же, с. 497).