Двигатели

Поршневая паровая машина двойного действия с расширением пара являлась основным типом двигателя на всем протяжении рассматриваемого периода.

Элементы паросиловой установки — котел, собственно паровой двигатель, передаточный механизм — подвергались непрерывным усовершенствованиям. Конструкторы стремились к увеличению мощности и экономичности паросиловых установок путем увеличения паропроизводительности котлов, повышения начального давления пара, введения двигателей с многократным расширением пара (компаунд-машин), применения перегрева пара, увеличения скорости хода поршня и т. д.; они отказывались также от балансира, этой характерной детали передаточного механизма в первых уаттовских машинах, золотниковое парораспределение заменялось клапанными т. д.

Паровой молот. Гравюра 1842 г.

Одним из видных изобретателей в области паровой энергетики был Артур Вульф (1766—1837), построивший в 1804 г. двухцилиндровую паровую компаунд-машину. Вульф использовал двукратное расширение пара последовательно в двух рабочих цилиндрах, повысив, таким образом, коэффициент полезного действия машины более чем в три раза.

Опыты по созданию паросиловых установок с повышенным начальным давлением пара начались в конце XVIII в. В первые десятилетия XIX в. паровые машины с повышенным давлением строились Оливером Эвансом (1755—1819) в Америке, Ричардом Тревитиком (1771—1833) в Англии и др. Затем последовали опыты Джейкоба Перкинса (1766—1849) в США и Эрнста Альбана (1791—1846) в Германии. Первый в 1822 г., а второй в 1828 г. создали паросиловые установки, которые можно назвать установками высокого давления в нынешнем понимании этого слова — до 45—50 атмосфер. В России над созданием котлов высокого давления тогда же работал С. В. Литвинов (1785—1843). Все они опередили уровень техники того времени, когда давление в 2—5 атмосфер считалось высоким. Во второй половине XIX в., особенно после исследований, проведенных в 50-х годах во Франции Г. А. Гирном (1815— 1890), началось применение перегретого пара в целях дальнейшего повышения коэффициента полезного действия паровых двигателей.

Отдельные паросиловые установки во второй половине XIX в. имели мощность более 1000 л. с. При фабриках и многих шахтах обычно устраивался особый корпус, где размещались котельная и машинное отделение. Фабричные паровые двигатели передавали работу трансмиссионным валам, которые располагались внутри производственных цехов. Посредством ременной передачи от этих валов приводились в действие разнообразные рабочие машины.

Наряду со стационарными паросиловыми установками с 30-х годов XIX в. в практику входят локомобили — передвижные несамоходные паросиловые установки. Они получают применение в сельском хозяйстве, при строительных работах и т. д. По мере того как происходила концентрация и централизация производства, механическая трансмиссия все менее успешно справлялась с задачей передачи работы от центральной паросиловой станции к рабочим машинам фабричных цехов. Транспорт также предъявлял к двигателям дополнительные требования: мировая торговля и сношения между отдельными районами росли так бурно, что возникла потребность в более усовершенствованных транспортных средствах. В связи с этим научно-техническая мысль направлялась на поиски нового, более легкого источника энергии. Таким источником явился двигатель внутреннего сгорания.

Некоторые изобретатели, работавшие над этим типом двигателя, связывали с его применением утопические надежды на укрепление мелкой промышленности, обрекаемой на разорение быстрым ростом крупного капиталистического производства. В действительности же развитие двигателей внутреннего сгорания, сначала (в 1860— 1867 гг.) газовых, предложенных Ж. Ж. Э. Ленуаром (1822—1900) во Франции, Н. А. Отто (1832—1891) и Э. Лангеном (1833—1893) в Германии, а позднее — работающих на жидком топливе, способствовало развитию крупного машинного капиталистического производства.

Первые попытки использования электрической энергии в качестве двигательной силы относятся к еще более раннему периоду. Наиболее распространенными источниками тока в первой половине XIX в. служили гальванические элементы различных систем (Даниеля, Грова, Бунзена и др.). Открытие М. Фарадеем явления электромагнитной индукции указало изобретателям новый способ получения электрического I тока посредством магнитоэлектрических генераторов. В машинах такого рода (братьев Пиксии, Ю. Кларка и др.) ток возбуждался в обмотке катушек от постоянных магнитов. В дальнейшем появились генераторы с электромагнитами Э. Штерера (1843 г.) и фирмы «Альянс» (1856 г.). Последний из названных генераторов приводился в движение паровой машиной.

Одновременно развивались и электродвигатели, т. е. машины, превращавшие электрическую энергию в механическую. В 20—30-х годах они еще напоминали лабораторные приборы (двигатели П. Барлоу, Дж. Генри, У. Риччи и др.). В качестве источника тока для питания этих двигателей служили батареи гальванических элементов. В 1834 г. практически применимый электромагнитный двигатель построил Б. С. Якоби (1801—1874), выдающийся ученый и конструктор, член Петербургской Академии наук. В 1838 г. двигатель этот был использован для приведения в движение гребных колес небольшого судна на р. Неве.

Однако Якоби и его единомышленники в данной области опередили уровень технического развития той эпохи. В экономическом отношении все перечисленные и многие последующие электромагнитные двигатели были слишком невыгодны из-за маломощности и громоздкости.