Как устроены котел и паровая машина

 

Раньше, во время Уатта, котел, где нагревалась вода, состоял из большого железного чана, закрытого со всех сторон. Потом стали котел делать в роде длинного железного барабана, а для того, чтобы вода в нем скорее закипала, устраивали – в нем одну или несколько железных труб, через которые шел огонь и дым. Для того, чтобы котел не мог разорваться, когда пара в нем скопится слишком много, ставится придуманный Папином предохранительный клапан с грузом. Клапан этот, как только давление пара сделается очень велико, сам собою подымается и выпускает лишний пар наружу. Котел всегда должен иметь в себе достаточно воды, но огонь не должен касаться стенок котла, непокрытых водою, – иначе стенка раскалится, сделается мягкой, выпучится и котел может лопнуть. Чтобы этого не случилось, сбоку котла приделывают небольшую прочную стеклянную трубку, от концов которой идут железные трубки в котел. Трубка эта называется водомерной, и по ней кочегар видит, на каком уровне стоит вода котла. Когда вода опустится ниже, чем надо, кочегар открывает кран и накачивает в котел свежую воду. Без этих предосторожностей котлы были бы очень опасны, – бывали случаи, когда, благодаря недосмотру или плохому качеству, котлы взрывались, убивая десятки рабочих и разнося в куски окружающие строения.

Из котла пар идет в цилиндр паровой машины. На рисунке 1 видно его устройство. Раньше мы уже говорили об этой части паровой машины. На рисунке цилиндр изображен так, как‑будто мы его разрезали вдоль и сняли одну половинку, чтобы лучше видеть его устройство.

Сбоку цилиндра видна «золотниковая коробка» 2, с паровой трубкой, обозначенной цифрой 1. Золотник 15 здесь стоит в левом положении, и пар поступает по особому каналу 4 из золотниковой коробки в правую часть цилиндра, под поршень 5, толкая его влево. Теперь, чтобы заставить поршень пойти вправо, надо золотник передвинуть вправо. Тогда пар пойдет по каналу 6 в левую часть цилиндра и станет давить на поршень вправо. Куда денется тогда пар из другой части цилиндра? Отработавшему пару дорога – через каналы 6 и 4 под золотник и в отводную трубу, начало которой показано цифрой 7. В паровой машине золотник особой тягой соединен с главным валом и движется сам собой, открывая то один, то другой канал для впуска и выпуска пара.

 

 

Рис. 1. Как устроена паровая машина.

Теперь посмотрим, как паровая машина вертит колесо. На рисунке 1 видно, что поршень соединен со штоком, – крепким круглым бруском, который пропущен через отверстие в крышке цилиндра. На рисунке этот шток, обозначенный цифрой 8, соединен шарниром 9 с другим стержнем, или, как его называют, шатуном 10, а этот шатун – посредством другого шарнира 11 – с кривошипом 12, прочно насаженным на конец вала 13. А все вместе напоминает руку, вертящую колесо: шток – верхняя часть руки, шарнир – локоть, шатун с шарниром у кривошипа – конец руки с кулаком. Для того, чтобы машина работала ровнее, на валу насажено тяжелое маховое колесо 14. Есть в паровой машине еще немало и других хитрых и самодействующих приспособлений.

На главном валу насажены еще и другие колеса. От этих колес ремнями или канатами заставляют вертеться другие колеса станков и машин. Паровая машина работает все время, пока к ней подают пар по трубе, а пар идет – пока огонь горит под котлами. Силу паровой машины мерят той работой, которую она производит. Если паровая машина может заменить собой, скажем, десять добрых выносливых лошадей, то говорят: машина в десять лошадиных сил. На самом деле никогда никаким десяти лошадям не угнаться за паровой машиной: какая же лошадь проработает сутки и больше без отдыха? А паровая машина это может делать очень свободно.

О паровой машине можно еще порассказать немало интересных вещей; здесь скажем лишь о том, что за 150 лет своей жизни машина Уатта выросла и усовершенствовалась. Главное, о чем хлопотали другие машиностроители, это – снизить расходы на топливо. Во времена Уатта на одну лошадиную силу за один час выходило не меньше одного пуда угля, а теперь его требуется на хороших больших машинах не более двух фунтов. Первые машины строились не больше, как в сотню‑другую лошадиных сил, котлы были маленькие; а теперь не диво – паровая машина в десять тысяч сил, а котлы строят величиной с небольшой дом. За последние полвека изобрели еще другой вид паровой машины – паровые турбины. Эти машины строят такими сильными, что трудно поверить: в Америке и в Германии есть турбины по сто тысяч лошадиных сил.

 

Первые рельсовые пути

 

Мы привыкли к тому, что по рельсовому пути бегают лишь паровоз с вагонами, а в городах – трамваи. А было время, когда паровоза еще и в помине не было, а рельсы и рельсовый путь уже существовали и сильно помогали в деле перевозки разного груза. Не будь рельс, – наверно, не скоро бы появились и паровозы.

Давно уже люди заметили, что ехать и возить груз тем легче, чем дорога ровнее и глаже. Потом додумались до того, что дорогу можно выравнять только под колесами, а посредине и с боков дорогу можно делать похуже.

Затем, лет триста тому назад, начали класть вместо гладкой колеи – два деревянных бруса, укрепленных на деревянных поперечниках – шпалах. Так появились рельсовые пути. Делались они не очень длинными и служили они, главным образом, для отвозки угля. Первая дорога была устроена в Англии в 1630 году для погрузки угля на корабли, и оказалось, что по такой дороге, особенно когда между рельсами насыпать щебня, лошадь могла везти в четыре раза больше груза, чем по обыкновенной дороге. Потом стали набивать на такие брусья железные полосы.

В 1776 году вместо деревянных брусков начали укладывать железные и чугунные рельсы, на каменных и деревянных опорах. Первая конно‑железная дорога – «конка» для пассажирского движения – была устроена в Англии в 1794 году и еще во многих городах до нашего времени. Настоящие же железные рельсы, которые мы видим теперь на железных дорогах, начали ставиться лишь после изобретения паровоза, когда железо стало дешевле и когда потребовались особо прочные рельсы, чтобы выдерживать вес тяжелых вагонов. А для того, чтобы колеса не соскакивали с рельс, колеса стали делать с выступающими закраинами. Такой вид имеют сейчас все железнодорожные колеса.

 

Первые паровозы

 

Как только появилась первая машина, некоторые сметливые люди стали думать: как бы это ее заставить двигать повозки? О такой паровой повозке подумывал уже Уатт, но не успел осуществить ее на деле, занявшись усовершенствованием своей паровой машины.

Первую самодвижущуюся паровую повозку построил француз Кюньо в 1770 году. Повозка эта ничем не походила на наш паровоз. Эта диковинная машина была устроена так. Впереди прочного кузова Кюньо укрепил большой железный чан с топкой и устроил паровой цилиндр, вращавший переднее колесо. Управлять такой машиной было очень нелегко, шла она медленно и при первом же испытании въехала в стену и разбилась. Немного лучше был паровой самоход, построенный в 1804 году американцем Эвансом и, в тоже году, англичанином Тревитиком.

Затем пытались построить паровозы многие другие изобретатели, но толку выходило мало; машины в то время не умели делать так хорошо, как теперь, денег у изобретателей было немного, а богатые люди не верили в новое дело и денег на «пустые выдумки» не любили давать. Никто в то время не думал, что какой‑то пыхтящий тихоход‑паровоз может когда‑нибудь вытеснить грузовые подводы.

Нужен был человек, который мог бы сочетать в себе упорство и веру в новое дело. Таким человеком и был Георг Стефенсон, отец железнодорожного сообщения, создатель настоящего хорошего паровоза, завоевавшего через несколько десятилетий весь мир.

Детство и юность Георга Стефенсона. Семья родителей Георга была немалой: шесть человек детей, а отец зарабатывал не более 25 рублей в месяц. Тут уже было не до науки: каждый ребенок, как только он немного подрастал, должен был становиться на работу.

В южной части Англии, недалеко от города Ньюкестля, около которого находится много каменноугольных копей, в местечке Виллям, показывают домик, ничем не отличающийся от тех, в которых обыкновенно живут бедные рудокопы. В этом‑то домике, 145 лет тому назад, 9 июня 1781 года родился Георг Стефенсон. Отец его был котельным кочегаром в шахте при водоотливной машине. Маленький Георг проводил время, как и все дети других рудокопов. С семи лет он уже нанимался пасти коров и смотрел за заставой на проезжей дороге, за что получал по шести копеек в день. С двенадцати лет Георг стал работать в поле и часто ходил к отцу в шахту, где он впервые познакомился с паровой машиной.

Когда Георгу было лет 15, его сделали кочегаром при паровой машине. Тут он проводил все свое время и так внимательно изучил устройство машины, что скоро узнал не только как она действует, но и к чему служит каждый ее винтик.

Года через два его сделали машинистом, поручив смотреть за машиной и управлять ею. Скоро он получил прозвище «доктора машин», потому что никто не умел так хорошо исправлять паровые машины, в случае их порчи, как Георг Стефенсон. А, между тем, этот «доктор» не умел ни читать, ни писать, хотя и сильно желал сделаться образованным человеком.

Но иной только жалуется на свое незнание, а сам и не думает о том, как бы поправить беду. Георг же был не из таких: он порешил, что если ему и не пришлось выучиться выучится грамоте в детстве, то он выучится теперь, хотя это было и не легко: работа при машине отнимала у него почти целый, день, а заработок был очень мал; для ученья же нужны были деньги; и вот, чтобы помочь нужде, Георг принялся исполнять в свободное время всякую работу, какая ни попадалась ему под руку: чинил рабочим обувь и платье, нагружал уголь на корабль, чинил часы, а все вырученные деньги употреблял на покупку книг.

Много горя пришлось испытать Стефенсону: у него сгорел дом, умерла жена, которую он сильно любил, от несчастного случая ослеп отец. Но от всех несчастий он не упал духом, а продолжал задуманное дело. Его неустанная работа над собой не была потрачена даром: Стефенсон сделался вполне образованным человеком и вскоре стал известен всему свету.

Однажды Стефенсона пригласили исправить водоотливную машину Ньюкомена, над которой без толку бились к целый год. Стефенсон исправил ее и в шесть дней выкачал воду из затопленной копи. Тогда его сделали главным механиком в этой копи, с жалованием по 650 рублей в год, – по тому времени очень большим. Теперь у Стефенсона оказались средства, и он начал придумывать разные приборы для того, чтобы облегчить тяжелую работу рудокопов, и, наконец, устроил паровоз для перевозки угля и людей.

Особенно ценно изобретение Стефенсоном безопасной рудничной лампы, сделанное одновременно с физиком Деви. До этого времени очень часто на рудниках гибло много народу из‑за того, что от огня фонарей вспыхивал и взрывался особый газ, выделявшийся из‑под земли. Стефенсон придумал устроить около горелки медную сетку со стеклом, через которую огонь не мог передаться наружу, и тем самым содействовал сохранению жизни многих тысяч шахтеров.

Первые паровозы Стефенсона. Раньше мы уже говорили, что еще до Стефенсона многие трудились над постройкой хорошего паровоза. Лучше всех работали машины Тревитика, который должен считаться главным предшественником Стефенсона. В 1812 году англичанин Бленкинсон построил свой паровоз, который возил на пятиверстной линии по 30 угольных вагончиков со скоростью идущего человека. Все эти машины быстро ломались, возни с ними было столько, что возчики угля предпочитали иметь дело с послушными живыми, чем с неповоротливым и упрямым железным конем. Георгу Стефенсону хотелось добиться много лучшего.

В 1813 году ему посчастливилось достать денег, и работа закипела. Первая его машина была готова в 1814 году и состояла из железного котла около 2½ метров (около сажени) длиной, с дымовой трубой посредине. Котел этот был поставлен на железную повозку с четырьмя колесами, а сверху над ним Стефенсон укрепил два паровых цилиндра, вращавших два зубчатых колеса, а от них уже движение передавалось главным колесам. На испытании выяснилось, что эта машина потянет 10 вагонов с грузом в 30 тонн (около 1800 пудов) со скоростью 7 верст в час. Машина эта свистела, хрипела, плевалась водой и паром, и так при этим пугала людей и лошадей, что жители местности, прилегающей к дороге, потребовали прекратить поездки новой машины. Но Стефенсон не унывал и продолжал улучшать свою машину. Через год у него был готов другой паровоз, в котором отработавший пар шел не прямо на воздух, а в дымовую трубу. Пар при этом забирал с собой дым, увеличивал тягу, а котел давал больше пару. Тогда же Стефенсон придумал более прочные рельсы для своих паровозов. Еще через год, в 1816 году, Стефенсон построил свой третий по счету паровоз, – еще лучший, чем прежде.

Прошло еще несколько лет. Паровозы Стефенсона исправно работали и возили уголь, но для перевозки людей они были еще слишком тихоходны.

 

Открытие первой железной дороги

 

Но вот, в 1821 году в городе Дарлингтоне образовалось общество для постройки рельсового пути между городами Стоктоном и Дарлингтоном.

Расстояние между этими городами было невелико – верст 20 – и сообщение между ними основатели нового общества думали сначала поддерживать при помощи конной тяги.

Нашлись, однако, среди учредителей общества умные люди, которые вспомнили о работах Стефенсона и решили попробовать применить на новой дороге паровую тягу. Стефенсону было заказано три машины; одна из них весила 8 тонн (около 500 пудов) и была еще лучше, чем все прежние его паровозы.

Стефенсон придумал, как можно давать машине задний и передний ход, поставил подвижные рессоры, улучшил топку и довел скорость паровоза до 20 верст в час. Стефенсон сам составил все нужные для устройства дороги планы, сам наметил, где надо было срыть землю и где насыпать. В работе он был неутомим и не боялся никаких трудностей.

«Настойчивость все побеждает», – часто говаривал он своим друзьям. Действительно, без его железной настойчивости ему не удалось бы закончить своих работ. Инженеров и специалистов‑рабочих, опытных в постройках железных дорог, тогда еще не было, да и откуда было им взяться? Поэтому до всего приходилось Стефенсону доходить своим умом, пробовать и обдумывать по несколько раз.

Наконец, 27 сентября 1825 года состоялось торжественное открытие Стоктон‑Дарлингтонской железной дороги. День этот надо поэтому считать днем начала железных дорог. В прошлом 1925 году как‑раз исполнилось столетие этому событию, отпразднованное во всем мире.

Народу собралось на открытие первой дороги видимо‑невидимо; многие предрекали неудачу новому предприятию, говоря, что паровоз никогда не сдвинет четыре десятка вагонов, а если и сдвинет, то вряд ли пойдет быстрее пешехода.

Сам Стефенсон – строитель дороги – управлял своей машиной. Поезд состоял из 12 вагонов с углем и мукой, 21 грузового вагона с сидениями для публики и нескольких экипажей с почетными лицами. Всего набралось около 600 пассажиров. Сперва поезд пошел тихо, затем набрал ходу и пробежал 20 верст без остановки в 65 минут. Восторг толпы был неописуем. Всякий понимал, что он присутствует на великом событии, последствия которого будут неисчислимы.