Проект первой паровой машины

Трезво оценивая трудности осуществления совершенно нового в России дела, Ползунов предлагал построить, в порядке эксперимента, одну небольшую машину разработанной им конструкции для обслуживания воздуходувной установки, состоявшей из двух клинчатых мехов при одной плавильной печи. Проект первой в мире паровой машины попал на стол к начальнику заводов, который одобрил его и отослал в Петербург, откуда вскоре пришел ответ: «…Сей его вымысл за новое изобретение почесть должно». Паровая машина получила признание.

В отличие от машины Ньюкомена, машина Ползунова производила работу непрерывно. Им были применены два цилиндра, поршни которых передавали работу на общий вал поочередно. Таким образом, Ползунов разнес условие отсутствия холостого хода между разными объектами, впервые выдвинув идею сложения работы нескольких цилиндров. Когда один цилиндр был в состоянии холостого хода, — другой совершал работу.

Рис. 1. Принцип работы паровой машины. Рис. 2. Чертёж машины Ползунова.

Давление пара лишь незначительно превышало давление атмосферного воздуха. Поршни в цилиндре были соединены цепями, и при подъеме одного из поршня второй опускался. Когда поршень достигал верхнего положения, доступ пара автоматически прекращался, и внутрь цилиндра взбрызгивалась холодная вода. Пар конденсировался и под поршнем образовывался вакуум. Силою атмосферного давления поршень опускался в нижнее положение и тянул за собою поршень во втором рабочем цилиндре, куда для уравнивания давления впускался пар из того же котла автоматом, действующим от передаточного механизма двигателя.

Тот факт, что поршни с системой передачи движения были связаны цепями, показывает, что при подъеме поршней по цепи нельзя было передавать движения (цепь при этом не натянута). Работали все части двигателя за счет энергии опускающегося поршня, т. е. того поршня, который двигался под действием атмосферного давления. Пар не производил полезной работы в двигателе. Величина этой работы зависела от затраты тепловой энергии на протяжении всего цикла. Количество затраченной тепловой энергии выражало собою величину потенциальной энергии каждого из поршней. Это — сдвоенный паро-атмосферный цикл.

Ползунов отчетливо представлял принцип работы теплового двигателя. Это видно на примерах, которыми он характеризовал условия наилучшей работы изобретенного им двигателя. Зависимость работы двигателя от величины температуры воды, конденсирующей пар, он определял следующими словами: «действие эмволов и их подъемы и спуски тем сделаются выше, чем в фанталах будет вода холоднее, а паче от такой, которая близ пункта замерзания доходит, а еще не сгустеет и от того во всем движении многую подаст способность». Это положение, известное ныне в термодинамике в качестве частного случая одного из основных ее законов, до Ползунова еще не было сформулировано. Чтобы понять его значение, переведем слова Ползунова на современный нам язык: работа теплового двигателя будет тем больше, чем ниже будет температура воды, конденсирующей пар, а особенно при достижении точки затвердевания воды 0 ^ОС. Двигатель Ползунова в его проекте 1763 года предназначался для подачи воздуха в плавильные печи воздуходувными мехами. Одновременно с этим он приводил в действие поршни водяных насосов, подающих воду в верхний бассейн для питания «фонтанов» внутри цилиндров в момент конденсации пара. Таким образом, двигатель мог приводить в действие два разных механизма — водяные насосы и воздуходувные мехи, чего не делала до него ни одна машина в мире. Кроме того, он мог приводить в действие молоты, рудодробилки, и многие другие заводские и рудничные механизмы. При желании двигатель легко мог совершать вращательные движения с помощью широко известного в России кривошипного механизма.