Паровой двигатель

На хабре всё чаще проскакивают различные интересные посты о том, как кто-то собрал очередной паровой двигатель, либо какое-то устройство работающее на паре. Оно и понятно, каждому какой-то момент надоедает гипнотизировать монитор, и душа просит моря, приключений и романтики, но с инженерным подходом. Что может быть романтичнее парового двигателя, да ещё и установленного на корабле? Поскольку в асфальтовых джунглях нет возможности развернуть полноценную судоверфь, то можно поразвлечься на столе. Здесь расскажу о некоторых своих экспериментах, а так же то что удалось откопать на просторах сети.

Паропульсирующий двигатель

Паропульсирующий кораблик из мультфильма Рыбка Поньо на утёсе Хаяо Миядзаки

По английски называется pop-pop engine. По русски, точного названия не знаю, наиболее точное название будет паропульсирующий, его и буду использовать. Данный тип паровых двигателей, наверное самый известный и простой для повторения в домашних условиях. Принцип действия которого основан на том, что вода при закипании расширяется, затем пар идёт по трубкам в воде, выталкивая воду, охлаждается, конденсируется, возникает разряжение, вакуум и вода втягивается обратно.
Конструкций таких двигателей море, есть даже напечатанные на 3d-принтере. У меня такая вот точно есть, только цвета другие. Но работать её не удалось заставить.


Модель для печати

Видео наглядно демонстрирует как работает данный двигатель. И почему он называется pop-pop (издаёт характерный звук).
Мне вот такой вариант не очень понравился, поэтому я начал собственные эксперименты по данной теме. И начал эксперименты, для начала изготовил прототип из трубки с внутренним диаметром 1 мм, а в качестве плавсредства использовал обрезок доски.



Что удивительно, эта конструленция внезапно поплыла! Я был в шоке, и не верил что такое возможно.



В результате я понял, что идея рабочая и решил сделать нормальную конструкцию. Весь гайд приводить не буду, его продробно описал тут и тут.

Но если кратко, то я купил в магазине игрушку пластиковый кораблик, а на строительным рынке медные кондициоерные трубки (лучше всё же использовать алюминиевые, того же диаметра легче). Трубки гнул достаточно просто: замораживал воду внутри, и гнул по черенку от лопаты.


Первая плавающая модель.

Для него сделал спиртовку.



Спиртовка оказалась мировой, и использовалась ещё в очень многих моделях.
Ну и пора провести первые ходовые испытания. Проверил различные типы горючего и трубок.



После удачных испытаний, была сделана центровка, развесовка и одета верхняя палуба. Так же сделал руль, и защиту печки (чтобы палуба не плавилась).





Ну и видео окончательных испытаний.



Если вы думаете, что паропульсирующие двигатели используются в детских поделках, то нет. Это мощнейшая индустрия, лично я встречал даже могучие математические выкладки с формами, объёмами, длинной трубок и прочее, по постройке наиболее быстрых и эффективных моделей.
Только посмотрите на видео возможных конструкций таких двигателей. Всяко рекомендую этот канал, если тема вам показалась интересной. У него очень много подобных конструкций и идей, есть чем заняться с вашими детьми вечером ;).



По интернету гуляют целые чертежи, математические выкладки наиболее удачных конструкций. Ищите, тема невероятно интересная и необычная.
Существуют совершено невероятные модели, работающие на этом принципе. Эти фотографии с известного интернет аукциона.



Может показаться очень странным, но это тоже модель кораблика с паропульсирующим двигателем.


Две трубки сзади



Вот сам двигатель (справа), а слева зелёное это спиртовая горелка. Так, что не стоит думать, что это игрушка только для детей.

Модели с поршневыми паровыми двигателями

Паропульсирующие двигатели, хоть и очень романтичные и любопытные, но применимы только в моделизме (даже точнее, только в судомоделизме). И то, это будет скорее игрушкой, чем реальной моделью. Но мы же хотим получить модель, наиболее приближенную к настоящей, с настоящим поршневым паровым двигателем.
Если вы пойдёте на известный интернет аукцион, и начнёте там мониторить какие модели корабликов с поршневыми двигателями, а так же сами двигатели там бывают, то вы будете в шоке. Лично я хожу туда как в музей, и сохраняю наиболее интересные. У меня уже несколько гигабайт этих фоток для личного пользования. Но покажу наиболее интересные.



Ниже отечественная модель парового кораблика.



И последняя модель, двухцилиндровая.





Все эти модели объединяет одно: отсутствие парораспределителя, и наличие качающегося цилиндра. Качающийся цилиндр используется только в маленьких моделях. В больших паровых двигателях используется золотник. И такая конструкция тоже выдаёт детский моделизм.
Однако, если вы узнаете стоимость таких моделей, то окажется, что она совершенно не детская. Обычно на них ценник начинается от 1000$. Скажу сразу, если вы думаете сделать модель парохода самостоятельно и сэкономить, то нет, самостоятельная сборка выйдет сильно дороже. Лично я, как-то чуть не купил шикарный вариант пароходика, за 60 000 рублей. И считаю, что это была бы очень выгодная покупка, но не успел.





Это уже скоростная модель, у которой стоит двигатель Стюарта (Stuart Steam Engine), с золотниковым парораспределением. Модели двигателей до сих пор производятся и их можно даже купить. Нагрев воды осуществляется уже бензиновой горелкой. В общем, это очень классная модель и сделать его такого качества в эту сумму самостоятельно не выйдет, ну ни как.

Существуют уникальные модели паровых двигателей двойного действия. Где отбирается максимальная энергия пара, с двойным расширением. На видео видно, что цилиндры имеют разный диаметр. Маленький диаметр это цилиндр высокого давления, большого низкого.



Принцип действия показан на следующей гифке.



И подробнее можно прочитать об этом на википедии.

На самом деле, в последние лет пять всё реже и реже на аукционах встречаются модели паровых двигателей и пароходиков. А когда встречаются, цена их летит в неадекватные небеса, в действительности на эти деньги можно купить, без преувеличений, автомобиль.

Когда всё же решился купить двигатель

Проблема БУ двигателей в том, что они изношены, могут быть закисшими и прочее, прочее. Без навыка токарной обработки и без соответствующих инструментов починить их практически невозможно.
Но скажу сразу, что если вы захотите окунуться в мир паровых двигателей, то без токарного станка вам не обойтись.
Для начинающих любителей, на рынке существуют отличные наборы и двигатели фирмы Saito. Сайт, скорее всего, из России не открывается без прокси. С чем это связанно не знаю. Но эти двигатели можно купить на аукционе, а мне довелось найти его даже в России вместе с бойлером.




Сам двигатель.

Я купил его немного БУ, бывший хозяин в спиртовку заливал масло и её пришлось ремонтировать после этого надругательства. Но, тем не менее, двигатель был рабочим, Запас хода воды в котле около 15 минут. Время горения
спиртовки около 22 минут, что хватает точно на то чтобы прогреть воду, всю её выпарить и погаснуть.


Горит спиртовка.

Крайне интересно посмотреть, как же работает данный двигатель. Специально для вас снял следующее кинцо.



Внимательные зрители, наверное заметили, что я заливаю масло не только в оси вращения двигателя, но и в специальную маслёнку. И как оказалось, не смотря на то что в моём кругу общения огромное количество инженеров, а так же то, что паровой двигатель просто устроен, никто толком мне не смог объяснить как же работает данная маслёнка. В ней пар смешивается с маслом, и такая паровая эмульсия попадает уже в двигатель, забрызгивая всё вокруг грязным маслом.


Маслёнка.

На самом деле устройство таких маслёнок элементарное, но неочевидное.



Обычно, после двигателя ставится маслоуловитель, чтобы не загрязнять окружающую среду.
Сразу хочу показать очень любопытный проект на данном паровом двигателе.



Рекомендуется к ознакомлению.

Когда хочется своими руками

Паровой двигатель, не смотря на свою простоту, требует очень высокой точности изготовления деталей. И все эти самодельные двигатели из Моделист-Конструктор были практически недостижимыми в повторяемости для детей:


Типичный отечественный гайд создания двигателя.

Картинка взята отсюда.
Я знаю очень многих людей, кто в детстве это пытался сделать (в том числе и я), но ни у кого он не работал. Не стоит думать, что только редакторы советских книг издевались над детьми того времени, на западе тоже хватало различных инструкций, например вот.

Но я нашёл очень толковую инструкцию, как повторить такой двигатель без токарного станка, имея минимальный набор инструментов и материалов с ближайшего строймага.







Обратите внимание, что это три полноценных видео, каждое по пол часа, и суммарно на 1,5 часа времени. Лично я не люблю конструкцию качающихся двигателей, так как это изначально игрушка, но они очень просты в повторении(ха-ха, трижды).

Выводы

Мне кажется, что сейчас начался какой-то ренессанс моделей паровых двигателей, и к ним есть реальный интерес. Даже Китай берёт читает советские книги и делает по ним модели двигателей. Например, берём книгу Ю. Емельянов Морской моделизм 1955 г. Открываем на странице 273 и видим замечательную картинку.



Потом лезем на известный китайский интернет магазин, и о чудо! Встречаем там точно такой же двигатель!



На самом деле, при всей архаичности паровых двигателей, и их огромных недостатков, нельзя отнять того, что даже сегодня они не теряют своей актуальности. Более 70-80% электроэнергии вырабатывают архаичные паровые двигатели! Даже передовые атомоходы, это по сути пароходы с атомным кипятильником.

P.S.

Для тех, кто решиться заняться моделями паровых двигателей, хочу сказать. Вы должны помнить, что КПД большого парового двигателя и без того не велико, то КПД модели будет ничтожно мало. Слишком большие потери на нагрев металла и трубок. Часто бывает, что всё прекрасно работает на сжатом воздухе, а на паре того же давления не работает совершенно и ничего невозможно сделать. Поэтому, если есть возможность делайте модели крупнее, утепляйте трубки и цилиндры, а так же не ленитесь, сходите в библиотеку, там невероятный клад технической литературы по теме. Лично я просидел в Ленинской библиотеке недели три, просто читая литературу по проектированию корабельных паровых двигателей. Но это совсем другая история.

Технологии современного мира сложны, высокотехнологичны, но ощущаются нами легко, ведь они из нашей эпохи. Появляются новые идеи, новые изобретения, которые переворачивают ту или иную индустрию с ног на голову. Постепенно транспорт становится совершеннее, экономичнее, быстрее, тише и комфортнее. Каким то технологиям удаётся пережить трансформацию и остаться востребованными, а какие-то уходят от нас навсегда.

У меня родилась идея провести ретроспективу и создать что-то совсем забытое, чтобы окунуться в этот древний, несовершенный мир, который, на мой взгляд, пропитан инженернойромантикой. Энергия пара. Вот что дало технический рывок. Именно этот вид энергии продвинул человечество на новый уровень, и именно эта технология стала основой индустриального технологического взрыва.

Идея

Конечно, самым ярким представителем техники того времени являлся паровой двигатель. Мне захотелось создать самый простой тип такого двигателя, что бы всё понять, отстроить и ощутить дух того времени. И конечно, чтобы у моей работы был смысл, это должна быть какая-то рабочая концепция. И поскольку я любитель мотоциклов, решено было сделать паровой мотоцикл. Во-первых, как я уже говорил, это будет прикладное применение двигателя, а во вторых, какие у него свойства и характеристики. Кроме того, в процессе реальной эксплуатации можно будет понять его минусы, и неудобства использования.

Принцип действия

Принцип действия парового двигателя довольно прост. В цилиндре находится поршень с закреплённым к нему штоком (скалкой). Подавая пар с разной стороны поршня, мы заставляем его совершать возвратно-поступательные движения.



Переключение пара производится золотниковым клапаном. Он перемещается в своём отдельном цилиндре и перенаправляет пар в ту или иную часть рабочего цилиндра.



Он устроен таким образом, что одновременно впускает пар в одну полость и выпускает из другой.



Чтобы по инерции проходить мёртвые точки требуется маховик. Это колесо, которое вращается отдельной тягой дышло по средству кривошипа, закреплённого к колесу. С этого же колеса и снимается момент силы для движения золотникового клапана, чтобы переключать пар.



В общем-то, система очень похожа на двигатель внутреннего сгорания (ДВС), но есть ряд отличий. Во-первых, из-за отсутствия шатуна, как у ДВС, шток не совершает лишних колебательных движений, это позволяет сделать поршень очень простым. Во-вторых,
у парового двигателя, возможно сделать так, чтобы поршень совершал работу двигаясь в любую сторону, так как у него обе полости герметичны. И в третьих, так как у паровика отсутствует такт впуска рабочей смеси (аналогия с 4-х тактовым ДВС), каждый ход поршня приносит пользу.
Что же получается, паровой двигатель в 4 раза мощнее?

Тут не совсем всё так просто. Паровые двигатели очень тихоходны. Это обусловлено тем, что приходится запускать в цилиндр рабочее тело (пар), а этот процесс относительно медленный. У ДВС, поршень толкает взорвавшаяся смесь бензина и воздуха. Скорость расширения, при взрыве не идёт ни в какое сравнение со скоростью впуска пара. То есть, ДВС это очень оборотистый тип двигателя. У спортивных мотоциклов скорость вращения вала доходит до 16 000 об/мин, как известно, мощность двигателя это произведение момента силы на скорость вращения. Так и была проиграна война бензина и пара. Паровой двигатель хорош в местах где скорость не так важна. На пример как водяной стационарный насос, на кораблях и конечно в поездах. Но есть у парового двигателя одно очень удобное преимущество. Так как не нужно создавать особые условия для взрыва рабочей смеси, момент силы таких двигателей начинается уже с нулевой скорости. По этому, оказывается ненужным сцепление и коробка передач. И конечно, я не мог этим не воспользоваться.

Постройка

К сожалению, найти каких-то запчастей столь забытых технологий крайне сложно. Пришлось делать всё с нуля. Пришлось даже освоить литьё алюминия. Все запчасти были полностью выдуманы и изготовлены на месте, мной. За материалами ходил в пункт металлоприема, так что всё получилось почти бесплатным. Я посчитал, что самым понятным и интересным форматом изготовления, настройки и испытания парового двигателя, будет снять небольшой видео материал. Так проще объяснять и сразу показать на реально существующих деталях. Прошу, к вашему вниманию первые 3 серии.Напишите, что вы об этом всём думаете. Мне интересно ваше мнение, буду рад вашим советам.

Создание рамы мотоцикла:


Изготовление парового двигателя 1 серия:


Изготовление парового двигателя 2 серия:


Жду ваших комментариев.

Введение

Эта статья является продолжением публикации Взгляд в прошлое. Технология 18 века.
В ней мы построили реально работающий паровой двигатель, который должен стать главной частью будущего парового мотоцикла, и даже провели пробные эксперименты по его запуску на воздухе.



Теперь нужно решить энергетический вопрос. И тут начинаются основные отличия от двигателей внутреннего сгорания (ДВС). В таких двигателях бензин, смешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр двигателя и при воспламенении этой воздушно-топливной смеси выделяется энергия. Расширившиеся продукты горения давят на поршень, производя работу. Но вот у паровых машин, энергия рождается не в двигателе. Она рождается в котле. Котёл производит пар, который в свою очередь и будет давить на поршень нашего двигателя. Эту древнюю энергию нам и требуется обуздать!

Устройство

Паровой котёл котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию или утилизировать теплоту, выделяющуюся в других установках. (Википедия)

Существует два основных типа котлов: классический и прямоточный. Первый тип чаще всего использовался для работы паровых машин. Его можно описать как железный резервуар, в который врезана топка. Топливо горит в топке, обогревая воду в резервуаре. Вода в нём начинает кипеть и создаётся пар под давлением. Такой тип использовался на паровозах и всех первых паровых машинах:

У классических котлов есть как преимущества, так и недостатки. Преимущества заключаются в том, что для создания давления пара не требуется каких либо насосов, так как накопленная энергия воды может ещё долго снабжать двигатель паром даже при отсутствии огня. Такие котлы не очень требовательны к качеству воды. Паровозы заправляли самой обычной водой из речек, родников, колодцев и прочее.
Прямоточный котёл можно представить как длинную, компактно свёрнутую трубку, обтекаемую пламенем, в которую насосом закачивают воду. Такой тип котла обладает целым рядом преимуществ:

1. Позволяет создавать пар большего давления при меньшей массе и небольшому объёму котла.
2. Из-за того, что в трубке не так много носителя, такой котёл считается более безопасным (не запасается большое количество энергии).
3. Быстрый выход на режим, так как не нужно прогревать большое количество воды.

Для лёгкого понимания работу такого котла можно представить в упрощённой форме:

Создание прямоточного котла

И, конечно, мне захотелось сделать именно прямоточный котёл.
Подобрав длинные нержавеющие трубки разного сечения, я сварил их вместе таким образом, чтобы сечение постепенно увеличивалось. Затем, весь этот 8 метровый кишечник был компактно свёрнут и уложен в раму мотоцикла. Внешние стенки, которые должны удерживать пламя и направлять его в нужную сторону, были сделаны из простой жести. Насос, закачивающий воду (носитель), изготовил из газового доводчика, который обычно придерживает капоты и багажники автомобилей. Конструктивно, доводчик это готовое изделие. Мне необходимо было только приварить вход и выход для воды и приделать клапан, который не пускал бы закаченную воду обратно. Насос подвижно крепился одной своей частью к раме, а второй к кривошипу на валу колеса. С помощью гибкого шланга высокого давления (тормозной шланг от авто) вода под давлением закачивалась в котёл, а забиралась из отдельного бачка, располагавшегося выше насоса. Горелку сделал по типу кровельных, такими рабочие греют рубероид на крышах зданий. Чтобы процент обтекания трубок был больше, горелки поставил сразу две.

Итог

Испытания парового мотоцикла, оснащённого прямоточным котлом, с самого начала пошли не так. Самой первой проблемой стало отсутствие начального давления в котле. Приходилось руками покручивать колесо, чтобы насос отправлял некое количество воды в трубопровод. Но, когда я открывал ручку газа (подавая пар на двигатель) давление пара мгновенно падало, не успевая закрутить колесо. Выход нашёлся не сразу. Был сделан небольшой воздушный ресивер после насоса. Он работал как пружина для воды. Запасал энергию сжатия от насоса и отдавал её обратно, когда насос был в мёртвой точке или в фазе всасывания питательной воды.
Двигатель заработал! Но проработал, около 10 секунд. Золотниковый клапан заклинил. При разборе двигателя, никаких проблем выявлено не было. Собрав его обратно и запустив снова, я столкнулся с той же проблемой. Она оказалась приходящей и уходящей сама собой. После изучения этой проблемы, нашлась ошибка в расчётах теплового расширения. Изначально, золотник представлял собой цельную деталь из фторопласта, а у него, как оказалось, очень большой коэффициент теплового расширения (22) и он при прогреве расширялся настолько, что его насмерть заклинивало в корпусе.
После подробных и тщательных расчётов тепловых расширений был выточен стальной золотник, оснащённый фторопластовыми кольцами, шириной 2 миллиметра.



Поскольку корпус алюминиевый, а золотник стальной, вся разница тепловых расширений была сведена практически к нулю.



Новое испытание показало, что золотник работает просто прекрасно и без замечаний. Вывешенное колесо крутилось, вода закачивалась, прямоточный котёл работал. Пришло время прокатиться. Но тут возникла новая проблема. Мне не удавалось на нём проехать больше нескольких метров. И опять я был сбит с толку. Всё же работало! На холостом ходу всё отлажено! Что ещё не так?
После долгого анализа других подобных паровых аппаратов,



я понял, что у меня слишком маленький котёл (длина обогреваемой трубки), в следствие этого при увеличении производительности, вода просто не успевала испаряться и вылетала вместе с паром в двигатель. От такого эффекта пропадает КПД всей установки, так как расширение воды слишком мало или не происходит вовсе. Увеличить длину котловой трубки уже задача не такая простая. Но и на этом моё горе не закончилось.
Во время очередных испытаний, я мучил аппарат, заставляя его работать, но состояние двигателя начало резко ухудшаться и в какой-то момент он заклинил. На этот раз, просто остудить его снегом, не помогло. Снова понадобилась капитальная переборка. Результаты вскрытия показали, что расплавились все фторопластовые кольца и даже алюминиевый поршень от нагрева расширился настолько, что начал задирать цилиндр. И это оказалось фатальной проблемой. Дело в том, что при большом расходе, данный котёл не успевал производить должное количество пара, а при маленьком расходе, он создал пар такой энергии, что просто вышел из строя весь двигатель. И не удивительно. Ведь выходные трубки котла были раскалены докрасна. То есть пар, достигал температур, порядка 600-700 *С. Как мы знаем, фторопласт распадается при 400*С. Для меня, это и стало последней каплей! Мне уже хотелось получить работоспособный мотоцикл, а я погряз в каких-то бесконечных проблемах! Нужно было переделывать в котле почти всё. И в этот-то момент я понял, что, несмотря на неоспоримые преимущества прямоточного котла, это изделие весьма не простое и требует тонкого расчёта, дополнительного регулирующего оборудования, да и насос съедал не малую часть вращательной энергии. Сложилось чёткое понимание, что, если бы я делал классический котёл, то ни одной из этих проблем просто не возникло бы!
Небольшое видео про мучения с прямоточным котлом:

Классический котёл

После всех тех бесконечных проблем с прямоточным котлом, создавая классический, я просто, можно сказать, отдыхал. Как уже говорил выше, это всего-то железная бочка, в которую врезана топка. Можно было совершенно не задумываться о температуре пара, ведь при лишнем давлении срабатывает предохранительный клапан и сбрасывает излишки, уменьшая температуру воды и поддерживая давление в заданных пределах. Не нужно было создавать начальное вращение колеса, чтобы нагнать первоначальное давление. Пар для старта был готов сразу и даже запасён с излишком. Всё, что требовалось это придумать эффективную топку. Но тут пришлось хорошенько подумать, ведь места у нас не так много.

Изготовление

На металлоприёмке я нашёл какой-то ресивер или болон из-под пропана с толщиной стенки 3-4 мм, так что габариты котла уже были заданы жёстко.
Если сильно заморачиваться с массивной и эффективной топкой, то останется мало места для самой воды (носителя). Если топка будет слишком маленькой, то у нас не будет достаточной энергии для более менее удовлетворительной крейсерской скорости, ну и сам процесс нагрева котла займёт слишком много времени.
И вот, что я придумал. Топка будет подвержена сдавливанию огромным давлением, поэтому решено было сделать её простой, сквозной и круглого сечения. Под это пошла обычная труба 100 мм. Для увеличения КПД нашей топки (теплообменника), были врезаны 12 поперечных сквозных трубок.

Я посчитал это очень выгодным, так как они обтекались бы пламенем и выхлопными газами под прямым углом,

а вода внутри них циркулировала бы под естественным эффектом конвекции. Это позволит сохранить максимальный объём воды в котле, а для нас это запас хода. И, как бонус, такую топку было легко врезать в резервуар. Следовало всего лишь сделать два отверстия по обоим краям.

Для контроля давления установил небольшой манометр. Температуру носителя контролировать не обязательно, так как она напрямую связана с давлением и явно не выходит за критическую отметку (400*С). Давление в котле решил сделать как у реальных паровозов 16 bar. Предохранительный клапан настроил на 18 bar. Теперь осталось его опрессовать. Это своего рода проверка на прочность. Котёл наполняется доверху водой и накачивается повышенное давление. Сначала, я это делал оставшимся от предыдущей котловой системы, насосом из доводчика, но сжимать такой насос при давлении более 20 bar, оказалось не простой задачкой (очень хорошо, что мы теперь можем отказаться от такого узла, ведь он забирал уйму мощности на себя). Оказалось, что опрессовывать удобнее всего углекислотным огнетушителем. Им я без труда создал давление в котле в 25 bar (это был максимум моего манометра) и, выждав несколько минут, приступил к настройке предохранительного клапана.

Итог

Котёл получился на славу. Даже давление в 25 bar оказалось ему нипочём. Он даже не начал хрустеть. Предохранительный клапан (использовал от компрессоров) срабатывал чётко, хоть и ронял давление с 18 до 9. Этот для нас очень не выгодно, но он будет срабатывать только в тех случаях, когда сам за давлением не уследишь. Так что, до его срабатывания лучше не доводить. Это будет бессмысленное выбрасывание ресурсов.

Пламя

Теперь нужно решить вопрос с огнём. Конечно, было бы красиво и приятно топить подобный мотоцикл дровами. Это же ретроспектива в прошлое, стимпанк, классичность, но, как я уже говорил, у нас очень мало для этого места, ведь наша топка чуть больше локтя. Конечно, можно туда уместить шапку угля, но этого не хватит даже на то, чтобы просто прогреть котёл. Тут пришлось отступить от романтичности и изготовить газовую горелку. На самом деле это очень эффективное, мощное и удобное топливо. Газ жидкий, поэтому его легко запасать, легко подавать в горелку и он сразу идёт под давлением, что позволяет создавать скоростной горячий поток в топке, тем самым улучшая теплообменный процесс (не требуется поддув).

Изготовление

На металлоприёмке нашёл отличные, маленьких размеров, нержавеющие бачки. Судя по их форме и синей окраске, это кислородные баки от какого-то пассажирского самолёта. Я собрал несколько таких бачков в батарею и объединил магистралями подачи газа и заправки. Объём каждого бачка примерно 1.7 л, а значит, можно будет везти с собой запас топлива более 5л. жидкого газа. Согласитесь, не плохой запас энергии.



С горелкой не стал мудрить и просто скопировал систему с советской бензиновой паяльной лампы. Тут я должен кое-что пояснить. Паяльная лампа устроена таким образом, что бензин сначала попадает в некую полость, где должен испариться и уже в виде паров выпускается в зону горения. А пламя горелки обогревает эту самую испарительную камеру. То же самое потребуется и нам. Представьте, что будет, если жидкий газ начнёт вылетать из такой горелки Процесс испарения газа относительно долгий, а ко всему прочему, ещё и сопровождается криогенным эффектом. Пламя из такой горелки будет длинным, не эффективным, не экономичным и даже пожароопасным.


Эксперимент (рис А)Пламя с не прогретой горелки (рис В)Правильный режим, прогретая горелка

Поэтому подавать газ, в нашу горелку, следует плавно, чтобы она успела прогреться.
Испытания котла прошли как по маслу. Заправил примерно 35 л воды, горелку вывел на полную мощность и ждал. Через 14 минут вода закипела, и давление потихоньку начало подниматься. Примерно через такое же время в котле было 16 bar.
Для управления подачей пара, я использовал простой водопроводный шаровой кран, который отлично справлялся и с температурой, и с давлением. В них используется тот же самый фторопласт, так что проблем, думаю, не будет.
Для интереса, я решил открыть кран на полную и посмотреть на нашу энергию. Струя пара долетала до соседних гаражей и создавала шум взлетающей ракеты. При этом я ощутил силу реактивной тяги, пришлось даже придерживать котёл, чтобы он не начал летать по всей улице. Я был очень доволен!



В котле подобного типа запасается огромное количество энергии. Спуская пар в течение 5 секунд через отверстие дюйма, давление в котле упало всего лишь наполовину. Дело в том, что при уменьшении давления, смещается и точка кипения воды. То есть вода начинает кипеть и без подогрева, всего лишь от уменьшения давления. Этот эффект будет работать до тех пор, пока температура воды не упадёт до 100 *С. Это для нас приятная новость. Значит, можно будет долго ездить и с выключенной горелкой.
Но есть и один не совсем для меня понятный эффект. При активном выпускании пара при давлении менее 5 bar, начинает вылетать вода. Я предположил, что она кипит столь интенсивно, что в своём неистовом бурлении долетает до сухопарника и подхваченная потоком пара улетает наружу. Для эксперимента я слил часть воды, оставив уровень 20%. Эффект конечно уменьшился, но всё равно остался. Неужели вода подпрыгивает в котле на 30-40см? Если честно, с этим я пока так и не разобрался. Такая вот небольшая загадка.
Ну да ладно! Функционал готов, пора собрать наш аппарат!

Стиль

Во время конструирования нашего необычного мотоцикла, многие учёные мужи советовали мне сделать замкнутую систему воды. То есть, что бы из двигателя пар не вылетал на улицу, а попадал в конденсатор (охладитель) и получившаяся вода снова закачивалась бы в котёл с помощью маленького насоса. Это очень хорошая идея, я и сам постоянно об этом думал. Но цель нашего проекта не кругосветное путешествие на дровах, а рассмотреть технологию позапрошлого века, победить инженерный вызов и насладиться работой настоящего парового двигателя. Ну, а какой же паровой двигатель без этого легендарного чух-чух. Кроме того, хочется наблюдать вылетающий пар, он будет многое рассказывать о режимах происходящих внутри двигателя. Ну и наконец, я просто нахожу очень красивым, когда от паровоза идут клубы пара, особенно если они подсвечены солнцем. Романтика паровозов, так сказать. Но, не смотря на это всё, для образа, я решил всё-таки сделать конденсатор, что бы было видно о наших замашках, и просто для стиля.



Большинство различных самоделок имеют стиль Безумного макса или Постапокалиптического мира. Да, так проще всего. Особо то и делать ничего не нужно. Ржавые железки, приваренные гаечные ключи, немного висящих тряпок и стиль готов. Но этой простоты, или так сказать ленивого стиля в нашем мире очень много. Мне захотелось сделать что-то маленькое, милое и красивое. Сделать конфетку, так сказать. И раз уж у нас древняя паровая технология, сам собой напрашивается Стимпанк.



Стимпанк это вымышленный мир. Такой, каким он стал бы, если человечество не изобрело электричество, ДВС и прочие технологии и существовала бы только энергия пара.
Я, конечно, не дизайнер, но при сборке мотоцикла, некоторые вещи всё же пришли на ум.



Испытание парового мотоцикла
Гаражные испытания полностью готового парового мотоцикла, оснащённого котлом классической конструкции, прошли на удивление гладко. Пока я его строил, в комментариях к видеороликам, люди рекомендовали много правильных и умных вещей. По ходу дела, некоторые из них я применял и в итоге они отлично себя показали. Так, например, при прогреве двигателя паром, в нём конденсируется много воды, которая блокирует поршень и может привести к гидроудару. Люди предложили сделать маленькое отверстие с резьбой, с помощью которого можно было бы выпускать пар и сливать сконденсировавшуюся воду, тем самым быстро его прогревать. Потом, заглушить его винтиком и спокойно сразу ехать.
На удивление, самая первая попытка проехать на полностью готовом мотоцикле, прошла без каких либо проблем. Как говорится, сел и поехал. Покатавшись немного перед гаражом, я понял, что для меня этого не достаточно и я хочу больше. Разумеется, чтобы замерить все параметры, увидеть слабые места, ощутить и понять этот аппарат, нужна прямая, пустая, бесконечная трасса. Поэтому пришлось вывести мотоцикл за город и спокойненько со всем этим разобраться.



Об испытаниях:
В целом, я очень доволен результатами. Они даже превзошли мои ожидания. Видя, как ездят подобные паровые мотоциклы во всём мире, наша малютка оказалась далеко не на последнем месте.

Видео отчёт. Испытания парового мотоцикла

Заключение

Когда задумывал строить этот паровой мотоцикл, я рассуждал так: вот сделаю его, как нибудь это всё проедет и, удовлетворив все свои инженерные интересы, поставлю его дома напротив дивана в качестве эстетического элемента, навсегда. Но нет! Теперь это наоборот не даёт мне покоя. Я хочу его изучать, модернизировать, переделывать и побивать его же рекорды, хочу определить его максимум, понять всё, на что он способен! Конечно, в рамках этой концепции.
Первое с чего начну, это переделаю систему переключения пара на классическую. Мне стало интересно, какова будет разница. И ещё, при последующих испытаниях нужно будет поиграть с настройками. Добиться максимальной скорости, подобрав наиболее правильное опережение впуска пара. Ещё, хочу поэкспериментировать с разными видами топлива.
Видимо грядёт большая модернизация. Так что, если наш паровоз собирался уйти на пенсию и отсидеться где-нибудь в музее, тут я его сильно разочарую! У него впереди ещё длинное, тяжелое, но интереснейшее будущее!

<< До этого: Вес воздуха

На заре XVIII века Томас Ньюкомен придумал первую полезную паровую машину, которая занималась откачкой воды из шахт. Его машина конденсировала пар, получая энергию из веса воздуха. Её действие было основано на научных знаниях, полученных Торричелли, Паскалем, фон Герике и другими в предыдущем столетии. Так наука о давлении завершила полный круг вопросы, поставленные при создании шахтных насосов, после их решения помогли разработать улучшенный насос. В данной истории мы ещё не раз увидим это взаимное переплетение полезных механизмов и философских вопросов.

Однако инженерная мысль, шедшая от Торричелли до Ньюкомена, двигалась не прямыми путями. Впрыск горячего пара из внешнего котла для организации движения поршня был совершенно неочевидным способом эксплуатации веса воздуха. Сначала изобретатели испробовали более простой подход сжигать топливо в самом поршне.

Пороховая машина

В 1661 году Отто фон Герике придумал первый насос обратного всасывания, который поднимал поршнем груз за счёт того, что из-под него откачивали воздух. Это была прекрасная демонстрация наличия у воздуха веса, но полезным такое устройство назвать было сложно оно просто превращало одну механическую работу (откачку воздуха) в другую, терпя при этом потери.

В ту эпоху для изобретателей было естественно для решения задачи по опустошению цилиндра обращаться к пороху, самому мощному источнику энергии из известных. Несколько килограммов пороха могут швырнуть пушечное ядро с такой силой, что оно пробьёт каменную стену, вонзится в дубовые борта корабля или разбросает колонну солдат. Если бы эту энергию получилось укротить и пустить на более плавную работу, она дала бы новую альтернативу водяным и ветряным мельницам. И Христиан Гюйгенс, как самый ярый поборник пороховой машины, считал, что с помощью пороха можно достичь куда большего.

Большую часть своей жизни Гюйгенс провёл в Гааге, и стал членом Королевского общества, расположенного на другом берегу Ла-Манша, в Англии. Однако в 1666 году его переманили в Париж, предложив ему должность во Французской академии наук. В отличие от английского заведения, бывшего просто частным сообществом джентльменов, нанятых монархом, Французская академия была государственным образованием, которое организовал и финансировал премьер-министр Людовика XIV Жан-Батист Кольбер. Гюйгенс предложил свою масштабную исследовательскую программу, в которой предполагалось изучать вакуум, энергию пара и ветра, и энергию пороха, малая порция которого заключена в весьма толстом железном или медном футляре [2].

В своём манускрипте от 1673 года он утверждал, что его новая машина (на тот момент существовавшая в виде прототипа) произведёт революцию в использовании смеси, на тот момент применявшейся лишь для насилия:

Она не только может служить для всех дел, в которых участвуют веса, но и использоваться в большинстве случаев, в которых требуется сила мускулов человека или животного, к примеру, для подъёма больших камней при строительстве здания, возведения обелисков, подъёма воды для фонтанов, вращения мельниц для помола зерна, когда нет достаточного места или возможностей использовать лошадей. Преимущества этого мотора заключены в том, что он не требует никаких расходов и обслуживания во время простоя. Он позволяет открыть новые типы средств передвижения по земле и воде. И хотя это прозвучит противоречиво, не кажется невозможным изготовление некоего устройства, способного передвигаться и по воздуху [3].

Гюйгенс был одним из величайших умов семнадцатого столетия. Он писал труды по математике, оптике, механике и астрономии, и изобрёл самый точный для своего времени хронометр часы с маятником. Однако пороховую машину, несмотря на все его горячие заверения, никак нельзя причислить к списку его величайших успехов. В ней использовался поршень, находящийся внутри металлического цилиндра, с двумя круглыми отверстиями вверху, оборудованными чем-то вроде односторонних клапанов. Внизу было ещё одно отверстие, для подсоединения пластинки с пороховым зарядом. При поджигании заряда взрыв поднимался вверх под воздействием расширяющихся газов, выходивших затем через клапаны, открывавшиеся в верхнем положении поршня (в качестве клапанов Гюйгенс использовал рукава из мокрой кожи). Поскольку из цилиндра выходила большая часть воздуха, давление внутри сильно падало, и атмосфера двигала цилиндр обратно вниз.


Пороховая машина Гюйгенса. Взорвавшийся в точке H заряд толкал воздух, находившийся в камере А, наружу через кожаные клапаны CD. Частичный вакуум вынуждал цилиндр В двигаться вниз, поднимая вес.

Кроме проблемы автоматизации замены и поджига пороха после каждого цикла, машина просто была недостаточно эффективной для какого-либо практического использования. Порох в Англии конца XVII века никак нельзя было назвать дешёвым источником энергии. Стоимость двух фунтов пороха равнялась среднему дневному заработку [4]. Однако самой большой проблемой было то, что из цилиндра выходила только часть газов, воздух давил на поршень слишком слабо, и система достигала равновесия уже после нескольких циклов. Однако у других изобретателей ушло не так много времени на то, чтобы сообразить, что конденсация пара сможет служить этой же цели с большей эффективностью, причём для этого можно сжигать любое топливо чем дешевле, тем лучше.

Паровой двигатель

То, что пар может двигать вещи, было известно со времён античности. Философ, математик и преподаватель Герон Александрийский, последний великий интеллектуал, появившийся в птолемеевском Египте до его упадка под гнётом Римской империи тот самый, что описал пожарный насос также описал двигатель, работающий под воздействием пара. Он состоял из закрытого котла с двумя трубками, идущими из крышки в противоположные точки полой металлической сферы, сделанной так, чтобы она могла вращаться на оси из этих труб. Сверху и снизу у неё выходили ещё две трубки, согнутые под прямым углом. Когда заполненный водой котёл начинали греть снизу, пар переходил в шар и вырывался из согнутых трубок, что заставляло сферу вращаться.


Двигатель Герона. Вода в котле превращалась в пар, переходила в сферу по двум трубкам, и, вырываясь из двух согнутых трубок, заставляла её вращаться.

Некоторые называют это первым паровым двигателем, однако эта машина работала на том же принципе, что и многие современные газонные разбрызгиватели. Попробуйте заставить мельницу работать при помощи разбрызгивателя, и вы поймёте, было ли практическое значение у машины Герона в качестве парового двигателя. Герон не особенно распространялся на тему работы этого изобретения, но, судя по всему, оно служило лишь развлечением для гостей или иллюстрацией для философской лекции.

Более практичным было эолипил, Эолов шар, посвящённый богу ветра и описанный другим величайшим механиком классического мира Витрувием (иногда эти термины путают, и называют двигатель Герона эолипилом [5]). Он был также известен, как суфлятор, и его схема была проще, чем у Геронова шара. Он состоял из металлического контейнера с небольшим отверстием. Когда его заполняли водой и нагревали, он выдавал струю пара. Эту струю можно было использовать для раздувания пламени вместо мехов, и после того, как гуманисты Возрождения распространили работы Витрувия, эолипилы приобрели в Европе популярность. Их делали всяческих красивых форм (часто в виде человеческой головы, выдувавшей пар изо рта), и они явно использовались в качестве как предметов для украшения, так и устройств для алхимиков и стеклодувов.


Эолипил в виде человеческой головы, из Италии XVI века

Двигатель Герона и эолипил относились к пару как к ветру, но новая наука XVII века о давлении привлекла новое внимание к потенциалу пара, как к субстанции, способной сжимать и расширять объём. В 1683 году английский баронет Сэмюэль Морленд написал трактат, в котором заметил, что пар занимает объём в 2000 раз больший, чем такая же масса жидкой воды, и что такой пар, будучи управляем согласно законам статики, и посредством науки сведённый к мере веса и баланса, мирно выполняет свою работу, как хорошие лошади, и, следовательно, может принести великую пользу человечеству, особенно в вопросах подъёма воды [6]. Именно в свете этих заявлений бывший ассистент Гюйгенса в Королевской академии, Дени Папен, много лет спустя начал переосмысливать пороховой двигатель своего бывшего наставника.

Папен, будучи на 18 лет младше Гюйгенса, сначала учился на медицинского врача, а потом в 1673 году стал ассистентом Гюйгенса. Однако он считал, что у него, как у гугенота, не будет шансов развернуться в обстановке католической тирании монархии при Людовике XIV. Поэтому он в 1675 году эмигрировал в Лондон, начал активную деятельность в Королевском обществе, некоторое время работал помощником виднейшего исследователя воздуха и вакуума в Англии, Роберта Бойля. В 1687 году он устроился на научную должность в немецком Марбурге в ландграфстве Гессен-Кассель, где существовала диаспора гугенотов-беженцев.

Ландграф желал помощи Папена в создании фонтанов для своей провинции, и к 1690 году Папен разработал для этой цели модель парового двигателя с цилиндром диаметром в 6 см [7]. Он начал разработку с попыток улучшения порохового двигателя, но ему удалось столь же мало, сколько им с Гюйгенсом вдвоём в 1670-х. Судя по всему, идея заменить порох паром пришла ему благодаря его собственному изобретению пароварки от 1679 года предка современных скороварок, у которого уже был предохранительный рычаг, поднимавшийся паром [8]. Двигатель Папена состоял из цилиндра с небольшим количеством воды внизу и обычного поршня. Будучи достаточно нагретой, вода превращалась в пар и давила на поршень вверх. Наверху поршень удерживала защёлка, пока пар остывал и конденсировался, после чего она открывалась и давление воздуха двигало поршень обратно вниз. Он надеялся использовать один огонь для нагрева нескольких цилиндров, подсоединённых к общему коленвалу так, чтобы огонь нагревал один цилиндр до точки кипения, а потом переходил к другому, чтобы первый успевал остыть, и в итоге получалось бы непрерывное движение [9].


Схема простого парового двигателя Дени Папена. Вода на дне цилиндра периодически вскипает и конденсируется, заставляя поршень двигаться.

Однако этот двигатель, как и несколько других изобретений Папена, сделанных для ландграфа дующая машина, паровая лодка, паровая пушка так и не вышли из стадии прототипов. Папен ощущал всё возрастающее давление со стороны своих врагов в Марбурге. После того, как во время несчастного случая в 1707 году с его паровой пушкой пострадало несколько важных персон, он решил уехать оттуда. После неприятного путешествия, во время которого прототип его паровой лодки изъяли и уничтожили лодочники, не желавшие расставаться с привилегиями своей гильдии, он вновь объявился в Лондоне. Поскольку его бывший покровитель, Бойль, был уже давно мёртв, Папен опустился до нищеты и умер вскоре после января 1712 года последняя запись о его деятельности была оставлена в этом месяце [10].

В исторических записях того времени встречаются и другие следы размышлений о паровых двигателях, однако Папен был первым достоверно известным человеком, реально построившим такой двигатель (пусть только и в виде прототипа), и имевшим серьёзного спонсора (ландграфа). Почему же Папен не снискал славы и богатства, и умер в нищете? Зациклившись на примере своей пароварки, Папен не мог отказаться от пара высокого давления, толкавшего поршень а это выходило за пределы возможностей металлургии XVII столетия. Вероятно, из-за этого ему и не удалось масштабировать свой двигатель. Кроме того, его машина была слишком простой. Нагревая воду на месте, внутри цилиндра, он был завязан на постоянный цикл охлаждения и нагревания, отнимавший много времени и горючего. Однако уже к моменту его смерти два англичанина, занимаясь совершенно разными задачами, превзошли его работу, и выдали первые применимые на практике паровые двигатели.

Ньюкомен

В 1698 году английский военный инженер из девонширской семьи предпринимателей по имени Томас Севери запатентовал своего друга шахтёра первую из известных нам серьёзных попыток использовать текучесть пара в коммерческих целях. Однако его творение, строго говоря, вообще не было двигателем это был нанос, работавший при помощи пара. Он наполнял камеру паром из отдельного бойлера, а потом поливал её снаружи водой, чтобы сконденсировать пар. Образовывавшийся вакуум вытягивал воду вверх по трубе. Как любой насос, такой тяги хватало лишь на подъём воды на высоту порядка 10 м, поэтому для прокачки воды дальше на поверхность он полагался на импульс следующей порции пара высокого давления. В итоге он страдал от тех же проблем, что и нагнетательный насос для наибольшей эффективности его нужно было устанавливать в глубине шахты, а высота подъёма воды была ограничена возможностями металлургии тех времён. Нужно было изготавливать сосуды и трубы, способные выдерживать необходимое давление. Известно, что несколько его машин разрывало по швам, иногда с фатальными последствиями.


Гравюра с изображением машины Севери, где показано, как её можно было использовать в шахте. Обратите внимание на высокую вертикальную трубу, необходимую для доставки воды на поверхность. Яйцеобразные резервуары использовались для непрерывной прокачки один заполнялся паром высокого давления, выдавливавшим воду вверх, а в другом конденсировался пар, высасывавший воду снизу.

Схема Севери применялась в различных случаях в качестве источника давления воды для садов аристократов, например и другие изобретатели несколько десятилетий продолжали совершенствовать насос. Но, несмотря прозвище, которое Севери дал своему детищу, неспособность друга шахтёра поднимать воду на значительную высоту без риска взрыва не дала ему стать популярным оборудованием для шахт.

Тем временем над иной схемой парового двигателя работал другой Томас. Томас Ньюкомен, как и Севери, был из Девоншира, торговал скобяными и кузнечными изделиями и инструментами для горной промышленности. Неизвестно, знал ли он о существовании парового насоса Севери у них определённо были возможности пересечься в Девоншире. В любом случае, у его машины оказалась совсем другая схема, и в ней не было ничего от Севери, кроме идеи использовать пар в качестве жидкости, производящей механическую силу. К сожалению для Ньюкомена, Севери зарегистрировал очень общий патент, дающий ему эксклюзивные права на производить, имитировать, использовать и применять любые резервуары или двигатели для подъёма воды или возможного вращения мельниц при помощи силы огня. Ньюкомену пришлось стать партнёром Севери и его наследников, вне зависимости от происхождения его идей [11].


Гравюра с изображением машины Ньюкомена в музее Грифф Колльери близ Ковентри. Конденсируясь в цилиндре слева, пар притягивал вниз левую часть коромысла, заставляя работать насос справа. При добавлении порции пара вес коромысла опускал его правую сторону. Над поршнем видно резервуар для поднятой воды, а под ним бойлер, обложенный кирпичом.

В полностью реализованном проекте Ньюкомена (построенном с помощью Джона Кэлли, которого в разных источниках называют то стеклодувом, то лудильщиком), было два ключевых плюса.

Во-первых, он использовал только конденсацию пара для движения поршня, поэтому у него не было проблем с ёмкостями для пара высокого давления. Он вернулся к оригинальной концепции фон Герике, вывернув её наизнанку. Поршень крепился к одному концу тяжёлого деревянного коромысла, к другому концу которого крепился насос. При конденсации пара в цилиндре воздух давил на поршень, и поднимал другой конец коромысла, приводя в действие насос. Впрыскивание свежего пара низкого давления не поднимало поршень, а уравнивало давление сверху и снизу, благодаря чему коромысло под собственным весом поднималось в изначальное положение.

Во-вторых, конденсация пара происходила благодаря впрыскиванию холодной воды в цилиндр, благодаря чему ход поршня был более быстрым и мощным по сравнению с внешним охлаждением ёмкости у Севери. Судя по всему, Ньюкомен случайно наткнулся на такую схему, когда вода, которая должна была охлаждать цилиндр снаружи, случайно просочилась внутрь.

Но кроме этих улучшений изобретение Ньюкомена было демонстрацией механического гения, сильно опережавшего всех его предшественников. После многих лет экспериментов он сумел-таки сделать свой двигатель полностью автоматическим все клапана, управлявшие входом и выходом пара, контролировались колышками на вращающемся стержне, которую вращал сам двигатель.

Иногда пишут, что оборудование, позволявшее машина работать автономно, изобрёл мальчик, которого наняли для этой работы. Он якобы устал и решил её усовершенствовать. Более вероятно, что он просто внёс какое-то небольшое улучшение в и так уже почти автономный агрегат. К сожалению, никакой документации времён разработки этой машины найдено не было, поэтому этот вопрос разрешить в ту или иную сторону вряд ли получится.

Учитывалась и необходимость в источнике холодной воды, охлаждавшей пар. Небольшой вспомогательный насос откачивал воду из отстойника, откуда она стекала после выхода из цилиндра в бак над двигателем. Далее она могла опускаться под действием силы тяжести, и использоваться повторно.

Похрипывая и потрескивая и хрипя, вновь и вновь качаясь туда и сюда, пока не иссякал источник его паровой диеты, двигатель Ньюкомена был самым близким к искусственной форме жизни устройством, изобретенной человеком на тот момент. Один поэт сравнил бойлер с дышащей железной утробой [13]. Другой, Эразм Дарвин (дед Чарльза) сравнил машину с кивающим гигантом:

Потоки воды холодной расширение прекращают,
А облако пара огромное в капельку превращают.
Поршень под воздуха весом вниз до конца опускается
Быстро, за стенки железные он ведь нигде не цепляется.
Балкой гигант рукотворный быстро и ловко качает,
Пол сотрясая, он машет своими руками, и будто кивает.

Bade with cold streams the quick expansion stop,
And sunk the immense of vapor to a drop.
Press'd by the ponderous air the Piston falls
Resistless, sliding through it's iron walls;
Quick moves the balanced beam, of giant-birth,
Wields his large limbs, and nodding shakes the earth.[14]

Точное устройство самого насоса, приводимого в движение машинами Ньюкомена, неизвестно. Все найденные описания концентрировались на самой машине, а не на её полезной нагрузке. Можно предположить, что это была последовательность насосов, все поршни которых машина могла поднимать одновременно, или какое-то ковшовое подъёмное устройство, которое балка цепляла во время движения вверх, а во время обратного движения отцеплялась.

Первым надёжно документированным использованием машины Ньюкомена считается её установка на угольной шахте близ Бирмингема в 1712 году, хотя Ньюкомен наверняка потратил на её разработку много лет. Возможно, он возводил ранние её модели на жестяных шахтах Корнуолла, к западу от родного Девоншира [15]. Когда патент Севери, наконец, закончил действие в 1733 году, только в одной Англии было возведено 100 машин Ньюкомена. Несколько экземпляров построили в Бельгии, Франции, Германии и в других частях Европы. Сам Ньюкомен умер в 1729 году [16]. В 1753 году первая паровая машина прибыла в Америку её собрали на медной шахте Шюльера в Нью-Джерси из частей, произведённых в Корнуолле.

Хоть Ньюкомен и не умер в нищете, как его предшественник Папен, он так и не снискал славу великого изобретателя. В его время концепцию великого изобретателя ещё только предстояло изобрести. Человека с механическим складом ума и новой идеей скорее сочли бы чудиком, нежели гением. Но нужно помнить, что машина Ньюкомена использовалась почти всегда только в качестве оборудования для горного дела. Однонаправленное движение машины почти не позволяло приспособить её для чего-либо ещё. Она, конечно, стала очень полезной для шахтёров в их борьбе за освобождение от воды всё более глубоких шахт, но никаким очевидным образом не изменила общество, как можно было бы ожидать от парового двигателя. Только потому, что ему повезло родиться позже, и приобрести знания, необходимые для изобретения более общего варианта двигателя, Джеймс Уатт прославился гораздо сильнее Томаса Ньюкомена.

Некоторые изобретатели пытались использовать машину Ньюкомена в качестве замены для мельниц, движущей силой которых в основном была вода. Однако попытки прикрепить машину к маховому колесу, которое потом должно было непрерывно крутить что-либо, успехом не увенчались. Целесообразнее оказалось использовать паровую машину для того, чтобы закачивать воду на определённую высоту, с тем, чтобы она на спуске вращала водяное колесо. Самым известным примером такого использования машины считается мельница для производства медных булавок, стоявшая в Уормли близ Бристоля, где Артур Янг писал в 1771 году: все машины и колёса приводятся в действие водой, для поднятия которой используется поразительная огненная машина, поднимающая, как говорят, по 3000 хогсхедов ежеминутно. Подобный процесс имел экономический смысл только там, где было мало воды и много дешёвого горючего, что и приводит нас к углю. Но перед тем, как продолжить историю непосредственно паровой машины, мы должны рассказать историю топлива, которое в следующие столетия будет её питать.

Ссылки

[2] Friedrich Klemm, A History of Western Technology (Cambridge, Mass: MIT Press, 1964), 212.

[3] Klemm, 213-215.

[4] Цены на порох: www.gutenberg.org/files/54411/54411-h/54411-h.htm#Page_184 (~11 pennies/pound 1695); Заработки: www.jstor.org/stable/pdf/1819834.pdf (~20 pennies/day 1683-1692)

[5] W. L. Hildburgh, Aeolipiles as Fire-blowers, Archaeologia 94 (1951), 27-55.

[6] Samuel Morland, The Principles of the New Force of Fire (1683).

[7] David C. A. Agnew, Protestant Exiles from France, Chiefly in the Reign of Louis XIV, Volume 1 (1886), 151-153.

[8] [Reference to 2004 article on Papin and Hero]

[9] Alfred Auguste Ernouf, Denis Papin, Sa Vie et Son Oeuvre (1874), 76-68.

[10] Ernouf, 131-33,

[11] James Greener, Newcomen and his Great Work, The Journal of the Trevithick Society (2015), 67.

[13] John Dalton, A Descriptive Poem: Addressed to Two Ladies,Aat Their Return From Viewing the Mines Near Whitehaven.

[14] Erasmus Darwin, Economy of Vegetation, Canto I: lines 254 263.

[15] Работа Гринера Newcomen and his Great Work посвящена доказательству того, что в Корнуолле существовали предшественники машины Ньюкомена

[16] Richard L. Hills, Power from Steam: A History of the Stationary Steam Engine (Cambridge: Cambridge University Press, 1989), 30.

[17] Arthur Young, A Six Weeks Tour through the South Counties of England and Wales (1771), 184-185.