Вода льется—и мелет, толчет, пилит, кует и откачивает воду – Наука – Коммерсантъ

текст Владимир Алтунин, кандидат технических наук, доцент МАДИ-ГТУ

Валерий Волшаник, доктор технических наук, профессор, Московский государственный университет природообустройства

Сергей Пьявкин, руководитель сектора проектирования НКС «Волга»

Ольга Черных, кандидат технических наук, профессор, РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева

Использование энергии речных потоков началось в России еще в глубокой древности. В весьма ранних памятниках русской письменности встречаются такие термины, как «мельник», «мельница». Водяные мельницы в России строили сначала для переработки продуктов сельского хозяйства, прежде всего для привода мукомольных поставов, а затем крупорушек и сукновален. В не столь давние времена практически весь урожай зерновых в России перерабатывался в муку исключительно на водяных и ветряных мельницах; одна мельница строилась на 15-20 сельских домов, а то и чаще.

Но уже в XVI в. водяной двигатель в России используется не только для переработки сельскохозяйственной продукции, но и в металлургии, добыче полезных ископаемых, обработке камня. Примерный перечень технологических операций, выполнявшихся в России в XVIII веке с помощью водяных двигателей, приведен в таблице 01 .

Наибольшее распространение получили именно мельницы. Внешний вид здания мельницы существенно зависел от места ее постройки и от компоновки основного оборудования и назначения мельницы, а также от строительных конструкций сооружения. Так, для северных земель, Карелии характерна простая деревянная конструкция, без каких-либо архитектурных изысков. Мельницы европейской части России имеют отличия в архитектуре от своих северных аналогов. Здание мельницы, построенное в черте города, могло быть выполнено из кирпича или камня, что свидетельствовало о состоятельности владельца.

Принципиальная схема работы водяной мельницы с верхней подачей воды показана на рисунке 01. Вода, поступающая из лотка, падает на большое колесо [01], состоящее из двух ободов одинакового диаметра, соединенных перегородками «лопатками», образующими ковши. Вода, попавшая в верхний ковш, под действием силы тяжести толкает колесо и выливается по мере движения вниз. Отметим, что верхний способ подачи воды обеспечивает большую мощность на вале колеса, но требует строительства гидротехнических сооружений (плотина, запруда) для накопления и подъема воды на высоту колеса.

Вместе с колесом [01]на горизонтальном валу закреплено зубчатое колесо [02]меньшего диаметра, приводящее в движение шестерню [03]на вертикальном валу. На нижнем конце вертикального вала жестко крепился верхний, подвижный жернов (бегун), в то время как нижний (лежняк) оставался неподвижным. Зерно, попадая между камнями, перемалывалось в муку, а тонкость помола определялась зазором между камнями. Жерновые камни изготавливались из особых пород мелкозернистого кварцевого камня или песчаника или же из искусственной смеси.

рис. 01 Принципиальная схема работы водяной мельницы с верхней подачей воды: 01 Большое водяное колесо, 02 Малое зубчатое колесо, 03 Шестерня на вертикальном валу

На соприкасающихся поверхностях бегуна и лежняка создавались достаточно сложные по конфигурации системы бороздок, обеспечивавших перемещение зерна и муки от центра жернова к его периферии, а также вентиляцию и охлаждение жернова. Расстояние между камнями регулировалось специальным механизмом. Размеры камней и частота вращения бегуна выбирались в зависимости от требуемой производительности мельницы и вида размалываемого материала.

Работы по толчению органических и минеральных материалов на мельницах выполняются с помощью толчеи — измельчающей или шелушильной машины ударного действия. Рабочий орган толчеи — пест, совершающий прямолинейное возвратно-поступательное движение в ступе или, чаще на мельницах, системе ступ (как правило, бревен), линейно укрепленных на горизонтальном поворачивающемся валу и оканчивающихся внизу над деревянным слабо наклоненным лотком.

Устройство песта более жесткого и с большей скоростью удара позволяет создавать механизм для обработки металла ударным воздействием. Конструирование механизмов с формой движения рабочего органа, обеспечиваемой исполнительными органами водяной мельницы, — вращательной или возвратно-поступательной, позволяет обеспечить выполнение разнообразных операций.

рис. 02 Схема пилорамы на водяном приводе: 04 Механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, 05 Механическая пила

На рисунке 02 показана простейшая схема преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное. Такое преобразование требовалось, например, в пилорамах.

Общим для перечисленных в таблице 01 операций является наличие только механической энергии, которая и вырабатывается водяными колесами путем использования вечно возобновляющейся экологически чистой энергии водных потоков.

Использование энергии воды для совершения повторяющихся механических операций получило в России новое развитие во время промышленного подъема на Урале в начале XVIII века. Водяные двигатели на металлургических заводах, построенных по указу Петра I общим числом более двухсот, приводили в движение меха, подающие воздух в печь, и молоты. Для достижения требуемой мощности таких двигателей, существенно превосходящей мощность мельничного колеса, возникала необходимость в строительстве гидротехнических сооружений для повышения уровня воды, некоторые из которых — пруды, каналы, тоннели, каменные плотины — сохранились до сих пор и в настоящее время являются памятниками культуры, охраняемыми государством.

Вторая половина XVII века и XVIII век — золотое время водяных двигателей, в России и в мире. На Сене построили грандиозную установку для питания водой фонтанов Версаля, состоявшую из 14 колес диаметром 12 метров. От колес приводились в действие поршневые насосы, поднимавшие 3000 тонн воды в сутки на высоту около 200 метров. В Шотландии на бумагопрядильной фабрике работало колесо диаметром около 20 метров и шириной 4 метра. В России в конце XVIII века действовало несколько тысяч гидросиловых установок, главным образом на горных заводах. Самая известная из них — машина для откачки воды из шахт, построенная русским механиком Козьмой Фроловым в 1785 г. на Змеиногорском руднике на Алтае.

Поступление воды в шахты было одной из главных проблем, мешающей работе рудокопов. Без использования машин воду приходилось поднимать вручную; этим непрерывно занимались водоносы, передающие друг другу вверх полные ведра, вниз — пустые. Это была тяжелая и опасная работа, не связанная к тому же непосредственно с добычей руды. Кроме того, постоянно поступающая вода ограничивала глубину шахт. Необходимость в машине для откачки воды на Змеиногорском руднике возникла после истощения верхних слоев земли, ранее богатых золотой и серебряной рудой. Рудник был собственностью царской семьи, так что уменьшение притока в казну драгоценных металлов представляло собой государственную проблему.

Гидросиловая установка Фролова — одна из самых больших, когда-либо созданных в мире. Вода откачивалась отсасывающими насосами, каждый из которых мог поднимать воду не более чем на 10 метров — столб воды такой высоты создает давление, равное атмосферному. Соответственно, для откачки со дна шахты требовался целый каскад насосов — нижний насос откачивал воду в большое корыто, из которого верхний поднимал ее в корыто на следующем уровне. Поршни насосов приводились в движение водяными колесами, самое большое из которых достигало в диаметре 15 метров. Чтобы обеспечить необходимую мощность водяного потока для вращения колес, речку Змеевку перегородили плотиной длиной больше 100 метров и высотой около 25 метров. Образовался пруд площадью несколько квадратных километров.

С запуском машины Фролова рудник в Змеиногорске получил вторую жизнь, добыча драгоценных металлов на нем велась еще около ста лет. Энергия падающей воды использовалась не только для осушения шахт, но и для подъема руды на поверхность и ее обогащения: такую машину Фролов построил на Преображенском руднике.

В XIX веке гидросиловые установки постепенно вытесняются паровыми двигателями. Их преимущества — отсутствие привязки к рекам, возможность обеспечить высокую скорость на валу двигателя, компактность, мобильность и более высокая мощность при сравнимых массе и размерах — оказались решающими. Однако и в начале XX века энергия воды еще использовалась достаточно широко: анкета русского технического общества, проведенная в 1912 г., зарегистрировала 45449 гидросиловых установок общей установленной мощностью 686856 л.с., из них 470962 л.с. вырабатывались водяными колесами.

В конце XIX века водяные двигатели неожиданно получили шанс на возрождение. 30 сентября 1882 г. в США заработала первая в мире гидроэлектростанция. Водяное колесо приводило в движение динамо-машину. Вырабатываемая ею электроэнергия использовалась для освещения жилых домов и производственных помещений на местной фабрике. Со временем водяные колеса заменили турбинами, обладающими более высоким коэффициентом полезного действия и позволяющими использовать не только потенциальную энергию воды, падающей с некоторой высоты, но и кинетическую энергию ее движения. Примечательно, что гидротурбины начали создавать задолго до первых электростанций. В России первые турбины строил в 30-40-х годах XIX века уральский крепостной мастер Игнатий Сафонов, их использовали на заводах. В настоящее время гидротурбины, имеющие размер, сравнимый с размером водяных колес, превосходят их по мощности в сотни раз.

Сегодня новую жизнь гидросиловым установкам дает малая гидроэнергетика. Микро- и мини-ГЭС постепенно получают распространение, особенно в труднодоступных районах, где затруднено централизованное электроснабжение. Конечно, энергию падающей воды используют уже не для помола зерна, а для выработки электричества. На смену деревянным водяным колесам пришли металлические турбины, гидросиловые установки стали более компактными, надежными и менее шумными. С учетом того, что альтернативная энергетика во многих странах поддерживается на государственном уровне, малая гидроэнергетика имеет неплохие перспективы.

Примерный перечень типов технологических операций, выполнявшихся в ХVIII веке в России механическими агрегатами за счет действия водяных двигателей

Большое колесо маленького острова

Самое большое в мире действующее водяное колесо находится на одном из островов Ирландского моря в деревне Лакси. Его диаметр — 22 метра, а высота — 18 метров. Колесо было построено в середине XIX века для откачки грунтовых вод из рудников, где добывали свинец, цинк и другие металлы. К тому времени паровые двигатели уже потеснили водяные, однако на острове не было угля, а его доставка стоила довольно дорого. Необходимую энергию для работы насосов, откачивающих воду, могли дать многочисленные горные речки острова. Идею построить водяной двигатель осуществил местный инженер Роберт Кэйсмент. Большие размеры колеса обусловлены тем, что из шахт требовалось поднимать около тонны воды за минуту с глубины в полтора километра. Мощность, развиваемая колесом, должна была составлять порядка мегаватта, или немногим больше тысячи лошадиных сил.

Фото: 3.bp.blogspot.com

Сейчас колесо для откачки воды уже не используют, его запускают время от времени только для туристов.

Водяное колесо для мельницы (из книги Марка Витрувия, I век до н.

Э.)

Мельница
в античную эпоху имела три основные
составные части, соединенные между
собой в единое устройство:

1. двигательный
   механизм в виде вертикального колеса
   с лопатками, вращаемого водой;

2. передаточный
   механизм или трансмиссию в виде второго
   вертикального зубчатого колеса; второе
   зубчатое колесо вращало третье
   горизонтальное зубчатое колесо –
   шестерню;

3. исполнительный
   механизм в виде жерновов, верхнего и
   нижнего, причем верхний жернов был
   насажен на вертикальный вал шестерни,
   при помощи которого и приводился в
   движение. Зерно засыпалось из
   воронкообразного ковша над верхним
   жерновом.

Создание
водяной мельницы считается важной вехой
в истории техники. Она стала первой
машиной, получившей применение в
производстве, своего рода вершиной,
которой достигла античная механика, и
исходной точкой для технических поисков
механики Возрождения. Ее изобретение
было первым робким шагом на пути к
машинному производству.

В
эпоху Карла Великого, в 340 году
заимствованная из Рима  водяная
мельница появилась в Германии, на реке
Мозель.

В
это же время возникли первые водяные
мельницы в Галии (Франция). Во Франции
к концу XI века при численности населения
5 миллионов человек было 20 тысяч мельниц.
К XII веку благодаря мельницам Франция
получила энергетический эквивалент
600 тысяч рабочих рук.

В
1086 году в 34 графствах Англии было 5624
водяные мельницы, то есть одна мельница
приходилась, примерно, на 250 жителей.

К
XV
веку водяной двигатель (гидросиловая
установка) получил широкое распространение
в Европе при переработке сельскохозяйственной
продукции (мукомольные мельницы,
маслобойни, сукновальни), в горном деле
(подъем воды из шахт), в металлургии
(молоты, сверлильные станы, воздуходувки).
Общее число водяных мельниц в Европе
увеличилось с 300 тысяч в конце XVI века
до 500 тысяч в конце XVIII века, а их общая
мощность возросла с 600 тысяч лошадиных
сил до 2225 тысяч лошадиных сил.

В
XVII
– XVIII
веках водяные двигатели успешно работали
на шведских, французских, германских
рудниках.

Схема
установки для дробления и обогащения
руды (отделения руды от грунта) приведена
в «Энциклопедии» Дидро и Д’Аламбера,
1751–1776 годы (рис). Здесь колесо приводит
во вращение примитивный кулачковый
вал. Выступы на валу удерживают при
подъеме тяжелые брусья, которые, срываясь
с них, падают и ударяют по кускам руды.

Несколько
способов использования энергии воды
имеются в записках Леонардо да Винчи.
Изучая гидродинамику, Леонардо пытался
найти наиболее эффективный способ
применения силы и энергии воды при
помощи больших колес. Одно из них
изображено на его рисунке.

Леонардо
предложил конструкцию гидравлической
пилы. Поток воды приводил в движение
колесо, которое, в свою очередь, двигало
вертикальную пилу и тележку со стволом
дерева. Таким образом1)
В психологии — субъективная картина
мира, включающая самого субъекта, других
людей, пространственное окружение и
временную последовательность событий.
Это одна из форм отображения объективной
реальности. В психологии понятие «Образ»
используется в нескольких значениях.
Существует традиция, связывающая с
образом преимущественно…,
весь процесс распиливания становился
автоматизированным.

Леонардо
также предложил множество вариантов и
способов использования энергии воды:
от фонтанов до водоснабжения, от водных
игр до осушения болот:

Толчея (дробилка)
для руды с приводом от водяного колеса

(из
«Энциклопедии» Дидро и Д’Аламбера, 1751
– 1776 годы)

Одним
из выдающихся примеров гидросиловых
установок была построенная на реке Сене
в 1682 году установка для подачи воды к
дворцам и фонтанам пригородов Парижа
– Версаля, Трианона, Марли. На участке
от города Безона до Порт-Марли река Сена
разделена на два рукава. На одном из них
была построена плотина, поддерживавшая
напор 1,65 м. Из водохранилища перед
плотиной вода подавалась на четырнадцать
нижнебойных колес диаметром по 12 м
каждое. От них приводились в действие:

• в общей сложности
  221 насос;

• приводы
  при помощи кривошипов малых тяг шатунов
  общим протяжением 1430 м;

• подъем воды через
  два промежуточных водохранилища на
  общую высоту 162,15 м.

Отсюда
вода поступала в акведук, подававший
воду к дворцам и фонтанам Версаля, Марли,
Трианона. Установка была рассчитана на
подачу около 5000 м³
воды в сутки и развивала мощность 92 кВт.

* * *

На
Руси уже в IX
веке в письменных источниках встречаются
слова «мельник», «мельница». В ярлыке
хана Менгу-Темира, освобождающем
православную церковь от поборов,
записано: «ни вод, ни огородов, ни мельниц»
(Львовская летопись, 1267 год). В дальнейшем
в русских исторических документах
сведения о водяных мельницах встречаются
постоянно.

По-видимому,
в самом начале использования водяных
колес на Руси они устанавливались на
водяных мельницах, предназначенных для
размалывания зерна. Такие мельницы на
Руси назывались «хлебными» или «мучными».
В Ярославовом Уставе (XI
век), вошедшем в состав «Русской правды»,
говорилось о том, что мельницу может
построить любой желающий, однако
специально оговаривалось, что работа
мельницы не должна наносить ущерб другим
людям и приводить к затоплению окружающей
местности, иначе «…да упразднится
мельница».

17
марта 1375 года подольский князь Александр
Корпатович дал жалованную грамоту
Смотрицко-Доминиканскому монастырю,
подтверждающую права монастыря на
водяную мельницу. Великий князь Дмитрий
Донской в 1389 году завещал мельницу на
реке Яузе своей жене. В духовной грамоте
князя Владимира Андреевича в 1410 году
упомянуты «… Поповское на Коломенке с
мельницею, Колычево на Неглимне мельница,
… Курьясов с Луги до на устьи Мьстицы
мельница, Косино с тремя езеры да мельница
на усть Яузы».

Самое
раннее упоминание о мельницах в
Новгородской республике встречено в
берестяной грамоте № 167, обнаруженной
в археологическом слое конца XIV века.
Указанная в этой грамоте мельница
находилась в Злостьице и принадлежала
крупному боярину Юрию Онцифировичу. По
всей вероятности, в грамоте идет речь
о водяной мельнице.

В
источниках XVI века неоднократно
встречаются сведения о водяных мельницах
в Новгородских землях. Водяная мельница
упомянута в Переписной оброчной книге
Водской пятины 1500 года, где среди
архиепископских владений в Никольском
погосте Новгородского уезда указана
деревня на Мельнице на речке Вятке, в
которой находится «двор владычен мелник
Огофонко без пашни».

Из
документов Софийского дома известно,
что в 1547 – 1548 годы мельницы, очевидно
водяные, находились в деревнях Марково
и Мельнице.

В
Новгородской второй летописи сообщается
о водяных мельницах на реке Мете под
1558 годом и на реке Веряже под 1569 годом,
принадлежавших Юрьеву монастырю.

Большой
интерес представляют собой летописные
сообщения начала XVI века о первой попытке
освоить энергию такой большой реки, как
Волхов. Понятно, что это стало возможным
лишь тогда, когда устройство водяных
мельниц было уже делом привычным. Об
этом событии обстоятельно рассказывают
Новгородская четвертая и Псковская
первая летописи.

Строительство
мельницы на Волхове происходит при
новгородском архиепископе Макарии в
1528 году. Летописи сообщают, что к Макарию,
который хотел «украсите Великий Новград»,
«приде некий хитрец от Псковские
страны… и возрев на Волхов реку, и нача
говорити: „аще бы мне кто повелел
здел(ал) бы есми на сей реце мелницу»».
Имя строителя мельницы «муж Невежа
Псковитин, Снетогорского мелника
человек». Место будущей мельницы было
выбрано на Софийской стороне ниже моста,
«идеже баня стоит на релке, а ту релку
изначала звали Крюк, а на ней преже жили
нарочитые дворяне владычня двора».

К
работам по сооружению мельницы были
привлечены все концы города и монастыри.
Летописец рисует довольно подробную
картину строительства: «И нача от тоя
рельки и делати срубы великий, и вести
в верх по реце ко владычню берегу, и
топити те срубы камением великим на
дно Волхва, чтобы ему отняти часть у
Волхова, куце быстринам водным течи;
таже ограду здела, и колесо постави, и
камень жерновныи постави, и камень нача
и вертетися…». Ряжи («срубы великие»)
подвозили, очевидно, на плаву к месту
их установки.

В
Псковской летописи говорится, что «мужик
Невежа нача проуды делати». Новгородцы
возили «в судех камень валень» (валуны),
чтобы «сыпати в проуды, и возведоша
проуд сверх воды, и угрузиша дно проуда».
На основании летописных сообщений, В.
В. Данилевский пришел к выводу, что
плотина проходила не через всю реку, а
только отняла часть ее у берега с наиболее
быстрым течением. Он высказал предположение,
что на глубоких местах наращивали
срубы-ряжи по мере их затопления. По
мнению этого автора, плотина Псковитина,
«преграждающая часть русла реки,
представляла собой конструкцию, известную
впоследствии под названием буна».

Мельница
Псковитина, действующая сначала успешно,
была разрушена при первом же паводке.
Весной лед начал разрушать «древие и
срубы», а сильный паводок уничтожил
плотину и «рознесе и самое то место,
идеже жернов стоя». От всего сооружения
«толико мало срубов осталося да камение
в воде». Еще до постройки мельницы
некоторые скептически настроенные
новгородцы говорили: «Волхов наша с
молода не молола, ачи на старость оучнеть
молоть?». Когда же плотина была разрушена,
то, естественно, полностью был обвинен
мастер Псковитин, которого летописец
называет «вконец безумным». Из остатков
срубов повелел архиепископ Макарий для
Софийского дома «конюшни срубити».
Псковитин же, увидев разрушение своего
детища и боясь расправы, бежал из города
неведомо куда и «до ныне погибе».

И
все же, несмотря на то, что первая попытка
создать мельничную плотину на Волхове
окончилась неудачей, следует отметить
смелость и талант, опиравшиеся на
технические знания, мастера Невежи
Псковитина, который сумел построить
такое сложное гидротехническое сооружение
в XVI веке.

На
равнинных реках необходимый для работы
мельницы напор воды обеспечивался
плотинами. Мельницы строились с наливным
верхнебойным колесом. Передаточный
механизм от горизонтального вала
водяного колеса к вертикальному валу
жернова представлял собой цевочную
(зубчатую) деревянную передачу. На рубеже
XIV
– XV
веков появились мутовчатые мельницы с
горизонтально расположенным колесом
на вертикальном валу (прообраз турбины).

На
первых порах водяные мельницы строились
для переработки продуктов сельского
хозяйства – помола зерна, крупы, валяния
сукна, изготовления масла (маслобойни).
Однако область применения мельниц
вскоре неизмеримо расширилась: до
изобретения паровой машины водяное
колесо было единственным двигателем,
приводившим в действие различные
механические устройства на железоделательных,
стекольных и пороховых заводах,
сукновальных и бумажных фабриках, в
рудниках и на лесопилках. Кстати, с этим
связано и само название «завод», то есть
стоящий «за водой», «у заводи».

Уже
в середине XVI
века на реках Парха и Цна под Москвой
работали бумажные мельницы, на реке
Лахоме в бассейне Вычегды к водяному
колесу приспособили кузнечный молот –
получился «самоков». В 1655 году на реке
Яузе по указу царя Алексея Михайловича
были построены две мельницы, «в которых
толкут порох водою».

В
1651 году на реке Беляне, притоке Истры
(примерно в 50 км от Москвы) в селе
Павловском боярин Борис Иванович Морозов
построил «мельницу водой железо ковать»,
то есть металлургический завод, который
выпускал не только железо, но и пушки.
На заводе работало до десяти водяных
колес.

В
1652-58 годы по замыслу патриарха Никона
(при котором произошел раскол русской
православной церкви) в месте впадения
реки Пахры в Москву реку была построена
бумажная мельница. В большой ступе с
помощью вертикальных деревянных
стержней, обитых железом, растиралась
бумажная масса. Стержни перемещались
при помощи специальных цепных приводов
от «бумажного» водяного колеса.

О
количестве водяных мельниц на Руси
свидетельствуют переписные книги 1666
года, охватывающие 14 малых рек –
левобережных притоков Днепра. На них
были учтены 50 плотин и 300 водяных колес,
которые использовались для работы 159
мукомольных мельниц, 48 крупорушек, двух
сукновален и др.

№ 113: Пневматика шестнадцатого века

Эпоха изобретений: испанский двигатель

Добро пожаловать в мой еженедельный информационный бюллетень «Эпоха изобретений», посвященный причинам Британской промышленной революции и истории инноваций. Вы можете подписаться здесь:

Пару недель назад, когда я поделился своим постом об изобретении парового двигателя, я заметил, что несколько человек в социальных сетях ответили, что паровой двигатель был изобретен в Испании — почти за сто лет до того, как Ньюкомен возился со своими двигателями в Корнуолле в 1700-х годах. Раньше я не слышал об этом утверждении, поэтому решил изучить его.

Испанский истец, о котором идет речь, — некто Херонимо де Аянц-и-Бомон, аристократ конца шестнадцатого века и военный инженер из Наварры, который с 1597 года служил администратором королевских рудников и изобрел целый ряд устройств, от водолазного снаряжения и систем шахтной вентиляции, до различных усовершенствований мельниц, насосов и печей. Благодаря работе историка и инженера Николаса Гарсиа Тапиа, чья биография Аянца вышла в 2010 году, мы теперь знаем совсем немного об этом интересном изобретателе. Работа была опубликована на испанском языке и по вполне понятным причинам широко освещалась в испанской прессе. Так что, хотя имя Аянса еще не стало нарицательным в Испании, теперь он, кажется, довольно хорошо известен местной бригаде «на самом деле» (темное международное движение, в котором я, к неудовольствию большинства людей, давно состою). -действующий член). «Говоришь, Томас Ньюкомен/Томас Савери изобрели паровой двигатель? Ну, на самом деле, я думаю, вы обнаружите, что это был Аянз столетием раньше», — я быстро погуглил и обнаружил сотни комментариев на этот счет.

Но на самом деле история немного сложнее. Дьявол, как всегда, кроется в деталях, и, к сожалению, заявления прессы о технологии стали широко и ошибочно повторяться, по-видимому, игнорируя тщательную историческую работу Тапиа. Я даже заметил недавно изданную энциклопедию изобретений, в которой повторялись ошибки.

Так что же именно изобрел Аянц? Ключевым фактом является то, что в 1606 году он получил 20-летнюю монополию от короля Испании на использование более пятидесяти различных изобретений, в том числе двух устройств, связанных с паром. Один из них был связан с избавлением от смертоносных минных газов, которые убили одного из его друзей и сотрудников, а также чуть не убили Аянза. Его решением стал паровой инжектор — по сути, паровой котел с торчащей из него сужающейся трубкой, которая нагнетала бы пар в большую воздушную трубу. Пар под давлением, затекая вверх в воздушную трубу, создавал за ней мощный всасывающий эффект, быстро вытягивая смертоносные газы из шахты. (как в начале этого видео).

Однако это было второе паровое устройство, прославившееся как паровой двигатель Аянза. Точно так же, как изобретения Томаса Савери и Томаса Ньюкомена около века спустя, он был разработан для откачки воды из шахт. Аянц сформировал товарищество в 1608-1611 годах, чтобы вновь открыть серебряные рудники Гуадалканала в Испании, которые были заброшены из-за наводнения, и, кажется, пытался внедрить там двигатель: он получил права вырубать близлежащие деревья на дрова, например. , и использовали близлежащую медь, которая была необходима для изготовления котлов и труб. Что касается того, действительно ли он заставил его работать, мы не знаем наверняка. К сожалению, он умер всего через несколько лет после начала проекта.

Но дьявольская деталь заключается в том, как работал его двигатель. В частности, все ошибки умножения, по-видимому, возникли из-за неправильного толкования прессой заявления Тапиа о том, что двигатель «очень похож» на двигатель Томаса Савери. Есть, конечно, некоторые важные сходства. Оба двигателя, например, использовали расширяющую силу пара. В обоих случаях пар из котла направлялся в резервуар для воды, заставляя эту воду подниматься по узкой трубе, которую мы могли бы назвать 9-ступенчатой.0085 нажатие эффект. И оба двигателя использовали два бака, которые чередовались, чтобы двигатель качал непрерывно. Пока один резервуар заполнялся шахтной водой, из другого пар выталкивал воду, а потом наоборот. Все идет нормально. Действительно, из-за двух резервуаров для воды чертежи устройств Аянца и Савери рядом выглядят очень похожими.

Но на этом сходство заканчивается (что, собственно, Тапия и делает очевидным, если его внимательно читать). Как я упоминал несколько недель назад, паровые машины, изобретенные Савери, а затем Ньюкоменом в 169 г.0-е и 1700-е годы в основном использовали наблюдение о том, что воздух имеет вес — основная сила прикладывалась не самим паром, который толкал, а паром внутри резервуара, облитым холодной водой, что вызывало его быструю конденсацию. Образовавшийся частичный вакуум означал, что настоящую подъемную работу выполнял вес воздуха — атмосферное давление. Вместо того, чтобы использовать горячий пар для толкания, эти двигатели использовали его конденсат, чтобы всосать .

Для Ньюкомена этот тянущий эффект происходил под поршнем в цилиндре, при этом поршень перемещал балку вверх и вниз, что, в свою очередь, приводило в действие насос на всем протяжении шахты. Но двигатель Савери использовал эффект всасывания для непосредственного накачивания шахты. (Кстати, движок Савери, кажется, очень плохо понимается публикой, особенно по сравнению с движком Ньюкомена. Интересно, не способствовало ли это неправильному пониманию относительных достижений Аянза и Савери. двигатель работает, но почти все они совершенно неверны.Это единственный точный, который я смог найти.) Двигатели Савери должны были быть размещены вниз внутри самой мины , и никаких поршней не использовал. Вместо этого пар поступал в резервуар, который затем заливался холодной водой. Возникшая в результате конденсация означала, что сама шахтная вода засасывалась в резервуар, и только затем, как и в двигателе Аянца, пар снова поступал в резервуар, чтобы выталкивать воду вверх и из шахты через тонкую трубу.

Таким образом, Савери использовал как толкающую , так и тянущую силу пара , при этом один из резервуаров пропускал пар, а другой конденсировался. С другой стороны, машина Аянца использовала только толчок. В машине Аянза баки получали воду только будучи ниже уровня шахтной воды, которая сливалась, а не через какой-либо отсос. С другой стороны, Savery мог засасывать воду в резервуары на высоту до 8 метров. Действительно, Тапиа недвусмысленно понимает эту разницу. Аянц, пишет он, «не рассматривал возможность использования дополнительного источника давления — атмосферы».

И он не мог этого сделать, потому что Аянз возился с паровыми устройствами за десятилетия до того, как было достаточно изучено атмосферное давление. Это очень яркий пример того, как отсутствие науки ограничивало технологические возможности. Действительно, даже машина Савери, несмотря на ее большую сложность, оказалась технологическим тупиком. Одно время его использовали для водоснабжения Лондона, чтобы качать воду из Темзы, но без особого успеха. И это было невозможно в шахтах из-за физических ограничений того, насколько высоко он мог поднять воду. Эффект всасывания был ограничен весом воздуха — отсюда достижимый максимум около 8 метров — а эффект выталкивания имел множество других проблем. Чтобы увеличить толкающую силу пара, требовался один из двух методов: либо увеличение его давления, либо, как пытался Аянц, иметь цепочку резервуаров с водой на разных этажах, один наполняющий другой, но каждый из которых толкает под одним и тем же низким давлением. Однако оба метода были совершенно непрактичными, по крайней мере, в то время. Повышение давления обычно напрягало и ломало трубы и котлы, в то время как метод Аянца требовал огромного количества топлива для производства достаточного количества пара. Савери надеялся иметь несколько двигателей на разных этапах шахты, от одного к другому, но это также было бы невероятно дорого с точки зрения топлива и технического обслуживания (не говоря уже об опасном наличии такого количества двигателей под землей).

В конечном счете, Ньюкомен совершил прорыв, применив науку о вакууме гораздо более элегантным и практичным способом, чем это сделал Савери, но, по крайней мере, Савери был на правильном пути. У него было преимущество понимать природу воздуха, тогда как Аянз, будучи слишком рано, не мог. Аянц, возможно, изобрел паровой двигатель, но не атмосферный двигатель.

Если вам нравится мой информационный бюллетень, вас также может заинтересовать моя новая книга  Искусство и разум: как Королевское общество искусств изменило нацию.