Оливер Эванс

П. ЗАБАРИНСКИЙ

Жизнь и творческая деятельность Оливера Эванса совпадает с началом самостоятельного развития американского капитализма. Выдающемуся инженеру и крупнейшему изобретателю исполнилось всего двадцать лет, когда в июле 1776 г. нынешние Соединенные штаты Америки провозгласили свою независимость от английской метрополии.

Развитие американской промышленности проходит в обстановке острой нехватки рабочих рук. Туземное население — многочисленные индейские племена — оказалось неприспособленным к новым условиям труда, и все попытки обратить его в рабство привели лишь к быстрому вымиранию и истреблению этого гордого и свободолюбивого народа. В Южных американских штатах, где разводился хлопок, сахарный тростник и процветало крупное плантаторское хозяйство, недостаток рабочих рук восполнялся ввозом из Африки негров-невольников. Торговля ими в XVIII и начале XIX вв. достигла необычайных размеров. Однако в Северных штатах нельзя было применить труд негров-невольников. В Северных штатах развивалось не земледелие, а промышленность, которая требовала «свободного» труда наемных рабочих. Белое население было здесь довольно скудным, так как заселяться колонистами из Европы эта страна стала сравнительно недавно.

Обширная, еще никем незанятая территория позволяла им располагаться где угодно. Молодой американской промышленности недоставало не только квалифицированных, но даже и простых, необученных рабочих. Предприниматели были вынуждены платить высокую заработную плату и предоставлять рабочим сносные условия труда. Поэтому, естественно, они стремились заменить, где только можно, труд человека машиной и механическими приспособлениями.

Это стремление молодой американской промышленности к всесторонней механизации самых разнообразных отраслей производства и нашло свое отражение в творческой деятельности Оливера Эванса.

*

Биографические данные о жизни Эванса весьма скудны и не вполне достоверны. За несколько лет до своей смерти он под влиянием подавленного настроения и пережитых неудач уничтожил многие свои рукописи, чертежи, проекты, заметки, — результаты долголетней изобретательской работы.

Родился Эванс близ Ньюпорта в штате Делавар в 1755 г. (по другим сведениям — годом позже). Его родители имели небольшое фермерское хозяйство. Однако молодой Эванс предпочел променять сельское хозяйство на ремесло. Четырнадцати лет он поступил в обучение к каретному мастеру, у которого пробыл несколько лет. К этому времени относятся его первые попытки изобрести механический экипаж, который можно было бы приводить в движение без помощи животных. Однако практических результатов в этой области Эвансу удалось добиться значительно позже, когда он занялся усовершенствованием паровой машины и попытался этот двигатель поставить на экипаж.

Во время ученичества Эванс упорно работал и над пополнением своего скудного образования. И впоследствии он уделял самообразованию весь свой досуг.

*

Первое изобретение Эванса, имевшее практический успех, было сделано им около 1769 г. и относится к области текстильного машиностроения. Эванс придумал специальный станок для нарезания зубьев так называемых кардных машин, применяемых для расчесывания пряжи. Раньше эти зубья, требовавшие довольно тщательной обработки, изготовлялись ручным способом. Это было крайне дорого, и зубья к тому же получались невысокого качества. А при помощи машины Эванса можно было в течение одной минуты производить нарезку 3000 зубьев, причем обработка была гораздо более точной и совершенной, чем при ручном способе.

Спрос на чесальные машины был очень велик, особенно в Южных штатах, где процветало в широких масштабах хлопководство. Благодаря этому изобретение Эванса получило широкое распространение и принесло большие прибыли предпринимателям, поставлявшим оборудование на текстильные фабрики.

Двадцати пяти лет Эванс женился на дочери крупного хлеботорговца и владельца мукомольных предприятий. Это открыло перед ним новую область технической деятельности. Он энергично принялся за улучшение техники и организации мукомольного дела. И здесь введенные им изобретения преследовали одну основную цель — заменить дорогие рабочие руки машиной.

В мукомольном деле Эвансом впервые были применены конвейеры для подачи зерна к размолу. Для той же цели он конструирует специальные винтовые подъемники. Он вводит механическое шурование муки, устраивает специальные желобы для передачи самотеком изделий из одного отделения мельницы в другое. Все эти усовершенствования и изобретения позволили сразу же вдвое сократить количество рабочих на мельнице. Однако Эванс истратил на осуществление своих изобретений значительные средства. Они доставили ему много огорчений, в связи с возникшими по этому вопросу патентными спорами и судебными процессами. Ни материальной выгоды, ни морального удовлетворения изобретатель не получил. Между тем его изобретения чрезвычайно быстро распространились во всех областях, где процветало разведение зерновых культур, и привели к коренному изменению техники мукомольного производства, придав ему характер непрерывного механизированного процесса.

Творческая изобретательность Эванса поражает своей разносторонностью. Наряду с изобретениями в области текстильного и мукомольного дела ему принадлежит в других отраслях производства около 80 различных изобретений, к сожалению, о большей части их не сохранилось достаточно подробных материалов. Наибольшее значение имеют работы по усовершенствованию паровой машины. В этой области Эвансу справедливо принадлежит место смелого новатора, положившего начало одной из важнейших областей американского машиностроения — производству паровых двигателей.

*

В Америке паровая машина появилась в 1753 г. Она была изготовлена в Англии и предназначалась для обслуживания водоподъемных насосов на медных копях, расположенных возле Ныо-Арка, в штаге Нью-Йорк.

Этот первый в Америке паровой двигатель принадлежал к типу так называемых атмосферных паровых машин. Изобретателем атмосферной машины был англичанин Ньюкомен. Пар в такой машине образуется в большом котле, откуда он при помощи особого крана пускается под поршень в рабочий цилиндр. Поршень поднимается и занимает свое крайнее верхнее положение. В этот момент сообщение с котлом прекращается и в цилиндр вбрызгивается холодная вода. Пар охлаждается и обращается в воду (конденсируется). При этом он занимает значительно меньший объем, и под поршнем создается сильное разрежение (вакуум, т. е. пустота). А так как рабочий цилиндр делается открытым сверху, то атмосферный воздух своим давлением заставлял опуститься поршень. Когда он занимал крайнее нижнее положение, пар вновь пускался в цилиндр, и поршень поднимался вверх. Таким образом достигалось движение поршня. Так как ход поршня вниз происходил под действием атмосферного воздуха, то такая машина и получила название атмосферной.

Машина для медных копей была изготовлена известными английскими мастерами братьями Джонатаном и Иошуей Горнблауер. Последний уехал в Америку вместе с машиной, руководил ее установкой и обслуживал ее эксплуатацию в течение нескольких лет в качестве инженера. Эта машина работала с некоторыми перерывами более сорока лет; часть ее цилиндра до сих пор хранится в одном из американских музеев.

Первый паровой двигатель в Америке принадлежал к типу так называемых атмосферных паровых машин. Машина эта была изготовлена в Англии и предназначалась для обслуживания водоподъемных насосов на медных копях

Дальнейшему ввозу паровых машин из Англии помешала освободительная война. К концу XVIII в. в Америке было установлено всего пять паровых двигателей. Три из них обслуживали городские водопроводы в Ныо-Йорке и Филадельфии, а два применялись в производстве. Среди этих двигателей уже имелись машины Уатта двойного действия.

Уатт, как известно, отказался от использования атмосферного давления. Он сделал цилиндр машины закрытым сверху и заставил пар поочередно толкать поршень то с одной стороны, то с другой. Благодаря этому машины его и получили название машин двойного действия. Вместе с тем Уатт ввел чрезвычайно важное усовершенствование. Чтобы предоставить пару, впускаемому в одну половину цилиндра, возможность передвигать своим давлением поршень, необходимо создать с другой стороны поршня разряжение, охлаждая (конденсируя) находящийся там пар. В отличие от Ньюкомена Уатт производил конденсацию не в самом рабочем цилиндре, а в отдельных сосудах, так называемых конденсаторах. Благодаря этому устранялось поочередное нагревание и охлаждение цилиндра, уменьшался расход пара и топлива, повышался коэффициент полезного действия машины, т. е. то количество полезной работы, которую можно было получить при данном расходе топлива.

Паровая машина Уатта двойного действия. Уатт сделал цилиндр закрытым (слева рисунка) и заставил пар поочередно толкать поршень то с одной стороны, то с другой. Благодаря этому машины его и получили название машин двойного действия

Однако машина Уатта имела много недостатков. Пар в ней применялся очень низкого давления, — не более двух атмосфер. Это создавало большие неудобства.

Работа, производимая паром в цилиндре, зависит от двух величин: от давления пара и от длины хода поршня. Поэтому, чтобы при столь низком давлении получить возможно больше полезной работы, приходилось цилиндру машины придавать огромные размеры. Высота цилиндра в машинах Уатта достигала более 2 м, а диаметр поршня около 1 м. Большие размеры цилиндра, естественно, влекли за собой увеличение размеров котла и всех частей машины. Благодаря этому, а также наличию конденсатора, двигатели Уатта были крайне громоздки.

Но не только в этом заключается недостаток низкого давления пара. Оказывается, чем выше температура пара, а следовательно, и его давление, тем относительно большую механическую работу можно получить в двигателе. Эта возможная работа машины будет возрастать с увеличением разности между температурой, при которой пар поступает в цилиндр, и температурой, при которой он по окончании работы из цилиндра уходит. Теоретически это положение было обосновано и доказано лишь в середине XIX в., когда было развито учение о сохранении и превращении энергии. Однако задолго до этого, еще в эпоху Уатта, многие изобретатели-практики чисто опытным путем пришли к убеждению, что повышение давления пара выгодно отражается на экономичности двигателей. В Европе эта задача была впервые разрешена английским инж. Ричардом Тревитиком около 1800 г. В Америке же заслуга введения паровых машин высокого давления целиком принадлежит Оливеру Эвансу, работы которого по времени далее предшествуют работам Тревитика.

*

Впервые паровой машиной Эванс занялся около 1772 г. в связи с попыткой изобрести механический экипаж. В 1786 г. он возбудил хлопоты о выдаче патента на изобретенный им паровой автомобиль, где он впервые и намеревался применить паровую машину высокого давления, работающую без конденсации с выпуском отработавшего пара непосредственно в атмосферу. Однако идея парового самодвижущегося экипажа казалась настолько необычной, что патентное управление признало проект Эванса нелепой фантазией и отказалось выдать соответствующий патент. Только через одиннадцать лет Эвансу удалось получить патент на свое изобретение, но и тогда оно вызвало ряд сомнений и даже насмешек. Все это крайне затрудняло Эвансу отыскание необходимых средств на осуществление его проекта паровой машины высокого давления. Сам он этих средств не имел, и в то же время не мог найти предпринимателя, который согласился бы оказать ему денежную поддержку. Тщетно посылал изобретатель в 1795 г. в Англию доверенное лицо с чертежами и описанием своей машины, поручив ему привлечь к участию в осуществлении этого изобретения какого-либо английского капиталиста. Полученный Эвансом ответ гласил, что в Англии никто не видит пользы от его машины.

Проходят несколько лет упорной работы. Наконец Эванс скопил необходимую сумму. В 1800 г. он строит на собственные средства свою первую машину высокого давления, которую и назвал «Колумбийской машиной».

В 1800 году Эванс построил свою первую машину высокого давления, которую и назвал «Колумбийской машиной». Машина работала с давлением пара около 8 атмосфер. Движение поршня передавалось плечу качающегося балансира, от которого при помощи шатуна и кривошипа приводился в движение рабочий вал с насаженным на него маховиком

Эта машина работала с давлением пара около 8 атмосфер. Такое высокое давление позволило уменьшить размеры цилиндра. Диаметр его был около полутора метров, а ход поршня — в полметра. Высокое давление позволило пар, отработавший по одну сторону поршня, выпускать непосредственно в атмосферу и, таким образом, отказаться от конденсатора, который был необходим при машинах низкого давления. Это в свою очередь сделало машину более компактной и портативной.

Движение поршня передавалось плечу качающегося балансира, от которого при помощи шатуна и кривошипа приводился в движение рабочий вал с насаженным на него маховиком. При этом, подобно Уатту, Эванс разрешил очень трудную задачу, состоявшую в том, что конец поршневого штока, движущегося по прямой линии, нужно было соединить с плечом балансира, описывающим при качании некоторую дугу. Соединение это должно было быть жестким, чтобы передавать балансиру рабочее движение поршня вверх и вниз. Эту задачу Эванс разрешил изобретением специального механизма, получившего название параллелограмм Эванса.

Применение пара высокого давления побудило перейти к новым формам котла. Уже Уатт вместо кастрюлеобразных котлов Ньюкомена ввел продолговатые котлы, имевшие форму сундука. Однако эти котлы были безопасны только при низком давлении пара (до 2 атмосфер). Эванс придал котлу цилиндрическую форму, благодаря чему увеличил его прочность по отношению к внутреннему давлению. Вместе с тем он снабдил котел внутренней так называемой жаровой трубой. Горячие газы, образующиеся при горении топлива, проходят под котлом, а затем направляются по жаровой трубе внутрь котла. Таким образом была значительно увеличена поверхность нагрева. Подобные котлы быстро нашли широкое распространение. Одновременно с Эвансом Ош были введены Тревитиком в Англии, где получили сохранившееся до сих пор название корнваллийских котлов.

Эванс придал котлу своей машины цилиндрическую форму, благодаря чему увеличил его прочность по отношению к внутреннему давлению. Вместе с тем он снабдил котел так называемой жаровой трубой. Горячие газы, образующиеся при горении топлива, проходят под котлом, а затем направляются по жаровой трубе внутрь котла

*

Первая машина Эванса была установлена для приведения в действие небольшой мельницы, размалывающей гипс. Машина блестяще оправдала надежды изобретателя. Успех ее и поступившие заказы от ряда предпринимателей доставили Эвансу необходимые средства для дальнейшего усовершенствования машины высокого давления. Вскоре, в 1802 г., он открыл в Филадельфии первый американский завод по постройке паровых машин высокого давления. Несколько позже такой же завод был открыт его сыном в Питтсбурге.

Эванс внес целый ряд усовершенствований в конструкцию паровой машины и ее отдельных деталей. Например, чтобы повысить выгодность применения пара высокого давления, он применял в стационарных установках конденсатор.

Следует подчеркнуть, что, применяя пар высокого давления, Эванс руководствовался не простыми догадками, а исходил из ряда опытов и теоретических соображений. Он основывался на имевшихся в то время скудных достижениях в изучении природы тепловых явлений и свойств пара. Эванс тщательно ознакомился с существовавшей литературой по этому вопросу и сознательно пришел к заключению о выгодности применения пара высокого давления. Его взгляды изложены в небольшой брошюре, изданной в 1805 г. под названием «Спутник юного инженера по паровым машинам». Это сочинение является одной из первых работ по паровым машинам, где был затронут с теоретической точки зрения вопрос о повышений использования тепла. Правда, здесь необходимо оговориться, что у Эванса было неправильное представление о природе тепловых явлений.

*

Эванс был одним из пламенных сторонников применения паровой машины в качестве двигателя для судов и экипажей. В этой области были сделаны в то время лишь немногие попытки, имевшие весьма ничтожный успех, а подчас кончавшиеся полной неудачей. Еще задолго до появления парохода, паровоза и парового автомобиля Эванс предвидел, какой огромный переворот произведет паровая машина в этих отраслях транспорта. В одном из своих проектов, относящемся к 70 годам XVIII в., он пишет:

«Я не сомневаюсь, что мои машины будут гнать суда по реке Миссисипи против течения и двигать экипажи по дорогам на благо стране... Наступит время, когда в паровых экипажах можно будет передвигаться из города в город со скоростью птицы...»

В сентябре 1804 г. Эванс предложил одной транспортной компании подробный проект, в котором пространно изложил все выгоды, связанные с применением паровых экипажей по сравнению с обыкновенными упряжными повозками. Но его идеи не были оценены по достоинству и компания отклонила проект.

В том же 1804 г. Эванс по поручению городского управления Филадельфии построил свою знаменитую паровую землечерпалку. Эта землечерпалка явилась одновременно пароходом и первым автомобилем, построенным в Америке. Паровая машина, установленная внутри корпуса, приводила при помощи системы приводов в движение колеса, на которых установлено все сооружение. Эта же машина должна была при движении по воде вращать большое гребное колесо.

В 1804 году Эванс построил свою знаменитую паровую землечерпалку. Паровая машина, установленная внутри корпуса, приводила при помощи системы приводов в движение колеса, на которых было установлено все сооружение. Эта же машина должна была при движении но воде вращать большое гребное колесо

*

Изобретения Эванса и выдвинутые им идеи получили признание далеко не сразу. Смелость и оригинальность его проектов, шедшие в разрез с общепринятыми взглядами, доставили изобретателю много неприятностей, разочарований и даже унижений. Только значительно позже соотечественники Эванса оценили его по заслугам. В постановлении американского парламента о продлении патента Эванса он был назван «благодетелем отечества» и «американским Уаттом».

Мы видим, что благодаря удачной реализации своих изобретений Эванс стал типичным капиталистом, выжимая из рабочих на своем заводе хорошую прибыль. Он достиг материального благополучия. Но в 1819 г., во время пребывания Эванса в Нью-Йорке, завод сгорел со всеми чертежами, моделями и оборудованием. Эванс не выдержал этого потрясения и умер через несколько дней после получения известия о постигшем его несчастии.