Введение
Английский изобретатель, торговец железом и баптистский проповедник (1664–1729)
Томас Ньюкомен (англ. Thomas Newcomen; февраль 1664 – 5 августа 1729) – английский изобретатель, создатель атмосферного двигателя, первого практичного двигателя, работающего на топливе, в 1712 году. По профессии он был торговцем железом, а по призванию – баптистским проповедником. Он родился в Дартмуте, графство Девон, Англия, в семье купца и был крещен в церкви Святого Спасителя 28 февраля 1664 года. В те времена затопление угольных и оловянных шахт было серьезной проблемой. Ньюкомен вскоре занялся поиском способов улучшения откачки воды из таких шахт. Его торговля железом специализировалась на проектировании, производстве и продаже инструментов для горнодобывающей промышленности.
Религиозная жизнь
Томас Ньюкомен был мирянином-проповедником и старейшиной-наставником в местной баптистской церкви. После 1710 года он стал пастором местной общины баптистов. Его отец был одним из тех, кто пригласил известного пуританского проповедника Джона Флавеля в Дартмут. Позже один из деловых контактов Ньюкомена в Лондоне, Эдвард Уоллин, также был баптистским пастором, имевшим связи с известным доктором Джоном Гиллом из Хорслидауна, Саутварк. Связь Ньюкомена с баптистской церковью в Бромсгроуве значительно способствовала распространению его паровой машины, так как инженеры Джонатан Хорнблоуэр-старший и его сын были членами той же церкви.
Разработка атмосферного двигателя
Великим достижением Ньюкомена был его паровой двигатель, разработанный примерно в 1712 году; объединив идеи Томаса Сэвери и Дениса Папина, он создал паровой двигатель для откачки воды из оловянной шахты. Вероятно, Ньюкомен уже был знаком с Сэвери, чьи предки были купцами в южном Девоне. Сэвери также занимал должность в Комиссии по делам больных и раненых моряков, что привело его в Дартмут. Сэвери разработал "пожарный насос" – своего рода термосифон, в котором пар подавался в пустой сосуд и затем конденсировался. Образовавшийся вакуум использовался для всасывания воды из отстойника на дне шахты. "Пожарный насос" был не очень эффективен и не мог работать на глубине более тридцати футов. Ньюкомен заменил приемник (где конденсировался пар) цилиндром с поршнем, основанным на конструкции Папина. Вместо того чтобы вакуум втягивал воду, он опускал поршень. Это использовалось в баллочном двигателе, в котором большая деревянная балка качалась на центральной опоре. С другой стороны балки находилась цепь, соединенная с насосом в нижней части шахты. Пока паровой цилиндр заполнялся паром, готовясь к следующему рабочему ходу, вода засасывалась в цилиндр насоса и выталкивалась по трубе на поверхность под действием веса механизма. Ньюкомен и его партнер Джон Кэлли построили первый успешный двигатель этого типа на угольных копях Конъгри возле Дадли в Вест-Мидлендсе. Рабочую копию этого двигателя можно увидеть в расположенном неподалеку музее Black Country Living Museum.
Поздние годы и смерть
О более поздней жизни Ньюкомена известно сравнительно немного. После 1715 года дела, связанные с двигателем, велись через некорпоративное объединение – «Собственники изобретения для подъема воды с помощью огня». Секретарем и казначеем был Джон Мерес, клерк Лондонского общества аптекарей. Это общество учредило компанию, обладавшую монополией на поставку лекарств для военно-морского флота, что обеспечивало тесную связь с Сэвери, завещание которого он засвидетельствовал. В состав Комитета собственников также входил Эдвард Уоллин, баптист шведского происхождения и пастор церкви в Лейз-Понд, Саутворк. Ньюкомен умер в доме Уоллина в 1729 году и был похоронен на кладбище Бунхилл-Филдс на окраине города Лондона; точное место его захоронения неизвестно. К 1733 году около 125 двигателей Ньюкомена, работавших по патенту Сэвери (продленному законодательно, чтобы он не истек до 1733 года), были установлены Ньюкоменом и другими в большинстве важных горнодобывающих районов Великобритании и на континенте Европы: для откачки воды из угольных шахт в Блэк-Кантри, Уорикшире и в окрестностях Ньюкасла-на-Тайне; на оловянных и медных рудниках в Корнуолле; и на свинцовых рудниках в Флинтшире и Дербишире, среди прочих мест.
После Ньюкомена
Двигатель Ньюкомена сохранял своё положение без существенных изменений около 75 лет, постепенно распространяясь на всё большее число районов Великобритании и континентальной Европы. Первоначально использовались цилиндры из латуни, но они были дорогими и имели ограниченные размеры. Новые технологии литья железа, разработанные компанией Coalbrookdale в 1720-х годах, позволили использовать цилиндры большего размера, диаметром до примерно 1,8 м к 1760-м годам. Опыт работы привёл к улучшению конструкции и незначительным усовершенствованиям компоновки. Джон Смитон значительно улучшил его механические детали, построив множество крупных двигателей этого типа в начале 1770-х годов; его усовершенствования были быстро внедрены. К 1775 году было построено около 600 двигателей Ньюкомена, хотя многие из них к тому времени износились, были заброшены или заменены. Двигатель Ньюкомена не был эффективной машиной, хотя, вероятно, был настолько сложным, насколько позволяли инженерные и материаловедческие технологии начала XVIII века. При конденсации пара терялось много тепла, поскольку это приводило к охлаждению цилиндра. Это не имело большого значения на угольной шахте, где был доступен неликвидный мелкий уголь (шлак), но значительно увеличивало затраты на добычу там, где уголь был труднодоступен, как, например, в Корнуолле. Двигатель Ньюкомена постепенно заменяли после 1775 года в районах, где уголь был дорогим (особенно в Корнуолле), усовершенствованной конструкцией, изобретённой Джеймсом Уаттом, в которой пар конденсировался в отдельном конденсаторе. Паровой двигатель Уатта, с использованием более совершенных инженерных технологий, включая бурильную машину Уилкинсона, был гораздо более экономичным, что позволило Уатту и его партнёру Мэтью Болтону получать существенные роялти за сэкономленное топливо. Уатт впоследствии внёс и другие усовершенствования, включая двигатель двойного действия, в котором как восходящий, так и нисходящий ход были рабочими. Они особенно подходили для привода текстильных фабрик, и многие двигатели Уатта использовались в этих отраслях. Первые попытки привода машин двигателями Ньюкомена имели смешанный успех, поскольку единственный рабочий ход создавал рывковое движение, но использование маховиков и улучшенная техника в значительной степени решили эти проблемы. К 1800 году было построено сотни не-ваттовских роторных двигателей, особенно на угольных шахтах и металлургических заводах, где нерегулярное движение не было проблемой, а также на текстильных фабриках. Несмотря на усовершенствования Уатта, «обычные двигатели» (как их тогда называли) оставались в эксплуатации в течение значительного времени, и даже в период действия патента Уатта (до 1800 года) было построено гораздо больше двигателей Ньюкомена, чем двигателей Уатта, поскольку они были дешевле и менее сложны. Из более чем 2200 двигателей, построенных в XVIII веке, только около 450 были двигателями Уатта. Элементы конструкции Уатта, особенно раздельный конденсатор, были включены во многие «пиратские» двигатели. Даже после 1800 года двигатели типа Ньюкомена продолжали строиться, и к ним регулярно добавляли конденсаторы. Их также часто модернизировали, устанавливая конденсаторы на существующие двигатели Ньюкомена (так называемый конденсатор «пикколо»).
Выжившие двигатели Ньюкомена
Есть примеры двигателей Ньюкомена в Музее науки в Лондоне, Англия, и в Музее Форда в Дирборне, штат Мичиган, США, а также в других местах. В 1964 году Лондонское общество Ньюкомена организовало перенос двигателя Ньюкомена из Хоуксбери-Джанкшн, Уорвикшир, в Дартмут, где его можно увидеть в рабочем состоянии, использующим гидравлический привод вместо парового котла. По словам доктора Сирила Буше из Общества Ньюкомена, этот Мемориальный двигатель Ньюкомена датируется примерно 1725 годом, хотя позднее были добавлены новые клапанные механизмы и другие детали. Вероятно, последний двигатель конструкции Ньюкомена, использовавшийся в коммерческих целях, и последний, сохранившийся на своем первоначальном месте, находится в Elsecar Heritage Centre, недалеко от Барнсли в Южном Йоркшире. Он был восстановлен в рабочем состоянии в период с 2012 по 2015 год, а обновленный двигатель был представлен принцем Эдвардом, графом Уэссекским, в мае 2016 года. Еще один работающий двигатель Ньюкомена – современная реплика, установленная в Музее Черной страны в Дадли, Вест-Мидлендс. Мемориальный двигатель Ньюкомена в Дартмуте можно увидеть в движении, но он приводится в действие гидравликой.
Признание
23 февраля 2012 года Royal Mail выпустила марку, посвященную атмосферной паровой машине Ньюкомена, в рамках серии "Выдающиеся британцы".