Посмотрим теперь, чем было вызвано появление паровой машины. Родиной ее является также Англия.
Англия еще в XVII в., в связи с недостатком древесного угля, должна была перейти к выплавке чугуна на каменном угле. В летописях истории техники отмечено, что первый завод, который начал это делать, был завод Дерби (1735 г.).
При добыче угля из руд нужна постоянная откачка грунтовой воды, нужна работа насосов. Пока шахты неглубоки, как было в Англии в XVI и XVII вв., откачка воды еще может быть производима лошадьми или водяными колесами. Но по мере углубления борьба с водою становится все труднее и труднее. Как в древности мощность машины увеличивали числом рабов, так теперь мощность насосов начали увеличивать числом лошадей. В некоторых подъемных шахтенных устройствах число лошадей доходило до 500, а размеры колес, например, в Корнваллисе — до 14–16 м. Высота такого колеса равнялась высоте трехэтажного дома!
Настало, однако, время, когда понадобились не десятки лошадиных сил, чтобы бороться с природой, а сотни и даже тысячи. Хотя попытки построить паровую машину восходят еще к XVII в., однако первая практически пригодная машина была построена кузнецом Ньюкоменом в 1712 г., и это был как-раз паровой насос, откачивающий воду из шахт.
Паровой насос Ньюкомена был чрезвычайно просто устроен, работал больше атмосферным давлением, чем давлением пара. Полезное действие этой машины выражалось в сотых долях процента. Это значит, что больше 99 % топлива пропадали даром!
Посмотрите (рис. 29) на схему «парового насоса» Ньюкомена.
Рис. 29. Машина Ньюкомена. Вода вводится в цилиндр В из бака L при отвертывании крана.
Пар, получаемый в котле А, давит на поршень и заставляет его подниматься. Вниз поршень двигается под влиянием атмосферного давления, после того как пар путем впрыскивания воды из бака L конденсировался.
Несмотря на то, что машина Ньюкомена столь несовершенна, она все же лучше справлялась с задачей, чем «живые машины» или водяные двигатели. Угля было достаточно, жечь его даже в большом количестве не было убыточно для владельца каменноугольных шахт. Но на других производствах такая машина не годилась. Поэтому, днем «рождения» паровой машины следует признать тот день, когда Уатт взял свой главный патент — 5 января 1769 г.
Рис. 30. Джемс Уатт (1736–1819), изобретатель паровой машины.
Замечу, что Уаттом взято очень много патентов, касающихся паровой машины, в течение ряда лет, и этот великий изобретатель довел паровую машину до такого совершенства, что она стала экономически выгодной не только для владельцев шахт. Но патент 1769 г. — его главный патент. Уатта по справедливости обычно и считают изобретателем паровой машины. Он же был тот механик, который заменил последнюю деревянную часть машины железом. После Уатта паровые машины строятся уже целиком из металла.