Затем поехал в Англию. Занимался подводной лодкой. Был на испытании колесного парохода «Шарлотта Дандес». После чего поехал в Америку с намерением строить пароход.
Здесь, на реке Гудзон, о построил в 1807 году более удачный пароход «Клермонт». Этот пароход, длиной около 40 метров, плавал между Нью-Йорком и городом Олбани, перевозя грузы и пассажиров.
Пароход «Клермонт». 1807 г.
После «Клермонта» и «Елизаветы» речные и морские пароходы стали строить во всех странах.
Конечно, первые машины, устанавливаемые на пароходах, были несовершенны и маломощны.
Самой мощной судовой машиной был тогда паровой двигатель в 20 лошадиных сил. Мощность паровой поршневой машины у современных пароходов достигает 5000 лошадиных сил.
Что это за лошадиные силы и почему ими измеряют мощность машины? Конечно, никаких лошадей в машине нет. Поршни ее двигает пар. В чем же дело?
Дело в том, что мощность измеряется величиной работы, которая производится в одну секунду. А за единицу работы принимают такую работу, которую выполняют при перемещении одного килограмма на один метр. Ее так и называют килограммометром.
Таким образом, мощность машины можно измерять килограммометрами работы, выполняемой в секунду. Но обычно мощность машины измеряют лошадиными силами.
Как мы уже знаем, первые паровые машины были приспособлены для подъема воды. А раньше такая работа выполнялась лошадьми. При заказе паровых машин требовалось указать, какой работоспособностью или мощностью они должны обладать. Но люди привыкли к лошадям, поэтому при заказе паровой машины указывали, работу скольких лошадей она должна заменить. Потом подсчитали, что крепкая лошадь в среднем производит в секунду работу, соответствующую подъему 75 килограммов на один метр. Такая работоспособность лошади и была принята за единицу при измерении мощности машин. И эту единицу назвали лошадиной силой.
Если говорят: машина развивает мощность 20 лошадиных сил, — значит, она может производить работу в 1500 килограммометров в секунду.
Мощная поршневая машина парохода выполняет работу пяти тысяч лошадей. Представьте теперь, что история техники застыла на том времени, когда ворот судна, соединенный с колесами, действительно вращался лошадьми. Трудно себе вообразить судно, на котором работают сразу 5 тысяч лошадей. А сколько еще сена и овса потребуется для них? Получится не судно, а необыкновенной величины конюшня. Где уж тут брать пассажиров и грузы, когда и лошадей девать некуда!
По мере развития машиностроения удавалось строить машины все большей и большей мощности, без значительного увеличения их размера.
Судовая паровая машина большой мощности вместе с котлами и запасом топлива занимала не более четверти длины парохода, а то и меньше. У нее три, а иногда и четыре цилиндра.
Зачем же паровой машине нужно столько цилиндров? Ведь машины первых пароходов имели один цилиндр.
Оказывается, в одноцилиндровой машине нельзя было полностью использовать всю энергию пара. Пар покидал эту машину с такой энергией, которой хватило бы еще на большую работу. А для хорошей работы машины надо, чтобы давление пара, уходящего из цилиндра, было как можно меньше. Но для такого пара нужен большой объем цилиндра: ведь пар сильно расширяется. Значит, этот цилиндр должен быть огромных размеров. Вот почему первые судовые машины были малопроизводительны, громоздки и тяжелы.
Они требовали для своей работы много пара, а значит, и большого расхода топлива. Пароходы того времени напоминали скорее угольные склады, чем грузовые суда. Запас угля на них часто превышал количество грузов, перевозимых в трюмах. С такими машинами судоходство не могло развиваться. Тогда решили применить многоцилиндровые машины, в которых пар расширялся бы по очереди в цилиндрах все большего диаметра, так как каждый цилиндр имел большие размеры, чем предыдущий. После каждого перехода из одного цилиндра в другой пар мог расширяться, отдавая часть своей энергии на движение поршня. Так пар постепенно терял свою упругость, совершая в каждом цилиндре полезную работу. Такие экономичные машины стали называть машинами двойного или тройного расширения, в зависимости от того, в скольких цилиндрах работает пар.
В машинах тройного расширения самый маленький цилиндр, куда вначале поступает пар, называют цилиндром высокого давления; затем пар переходит в цилиндр среднего давления, и наконец, в самый большой — цилиндр низкого давления.
Но, кроме усовершенствования самой машины, немало пришлось поработать и над устройством котлов, дающих пар.
Паровая машина тройного расширения.
Энергия на судах
Давайте посмотрим, каким образом в котле получался пар.
Котел — это большой стальной барабан, стоящий на прочном фундаменте. Конечно, он не похож на те котлы, в которых варят пищу, уже потому, что огонь разводят не снаружи, а внутри его — в топках. Если сравнивать его, то лучше с самоваром. Только, кроме жаровой трубы, у судового котла внутри множество трубок. Их называют дымогарными. Через них проходят из топки и огневой коробки горячие газы. Потом эти газы уходят в дымовую трубу парохода. Вода наполняет корпус котла поверх трубок. Но сверху еще остается пространство, где собирается пар. А пар получается от испарения воды, нагреваемой горячими трубками и стенками топок.
Такой котел называют огнетрубным.
Есть еще водотрубные котлы. У них наоборот: вода идет по трубкам, а горячие газы нагревают трубки снаружи. Да и внешне эти котлы никак не похожи на огнетрубные. У них два, а то и три барабана, правда, небольших размеров.
Водотрубные котлы гораздо лучше огнетрубных. Они не так тяжелы и громоздки. Воды им требуется в несколько раз меньше.
Котельная парохода начала XX века.
Много значит для работы котла, какое в нем сжигается топливо.
Раньше топливом для судовых котлов служили каменный уголь и дрова.
При сгорании угля образуются горячие газы, которые через огневую коробку проникают в дымогарные трубки. Но не вся энергия, заключенная в угле, переходит в энергию пара.
Дело в том, что уголь сгорает не полностью, — какая-то часть его вылетает в дымовую трубу. Потому она и дымит! Много теплоты уносят в дымовую трубу продукты горения угля.
Нужно рассказать еще и о том, что даже после того, как пар поработал во всех трех цилиндрах машины, его «приключения» не заканчиваются. Когда-то пар на судах выпускали прямо в воздух. Из машины пар направлялся в особый бак — конденсатор. Пар, касаясь холодных трубок, охлаждался и превращался в воду — конденсат. Эту воду питательный насос гнал в котел, где она снова становилась паром.
Конечно, на пути от котла до конденсатора какие-то потери пара будут. И каждый раз в конденсатор поступает воды меньше, чем подано в котел. Ну, на этот случай на пароходе всегда имеется запас пресной воды для добавки в котел. Такой запас хранится в особых цистернах.
А если выпускать пар в воздух, то воды не напасешься. Тут понадобится такой запас, что и полпарохода для него будет мало. Тогда не пароход, а какой-то водовоз получится. Где тут думать о грузах! Впору только воду возить.
Вы можете спросить: а зачем возить воду, когда вокруг парохода целое море? Качай себе воду в котел из-за борта, а пар выбрасывай в воздух.
Но этого делать нельзя, — так только беды пароходу наделаешь.
Когда морская вода станет превращаться в пар, на стенках котла будет оседать соль — накипь. Эта накипь постепенно образует вторую стенку котла. Получится как бы подкладка внутри стального котла. Стальная стенка, огражденная от воды накипью, будет перегреваться до температуры в топке. От такого жара у стальной стенки уменьшается прочность. Она может растянуться и лопнуть, и вода хлынет в горящую топку. При этом мгновенно получится столько пара, что ему нипочем любые прочные стенки. Как снаряд, разорвется котел, разнесет вдребезги палубу. От такого взрыва может не уцелеть и весь пароход. Поэтому никто не качает воду в котел из-за борта, а возят с собой пресную воду, да еще и конденсатор применяют. На судах дальнего плавания имеется особый аппарат — опреснитель, превращающий соленую воду в пресную, для питания котлов и мытья людей.
