Таким образом, в установке описанного типа ничто в то время не вызывало нареканий, кроме использования лошадей. Ограниченная мощность этого живого двигателя в неменьшей степени ограничивала решение задачи водоподъема, чем зависимое от местных условий водяное колесо. Нужно было только заменить лошадей, как и водяные колеса, новым, более мощным, более экономичным двигателем, так как с увеличением глубины рудников лошади все менее и менее справлялись с откачиванием воды. Работы Папена давали указания на то, чем можно заменить лошадей и водяные колеса: -паровым цилиндром. Нужно было только найти конструктивные формы для соединения поршня цилиндра со штангой рудничного насоса. Эти конструктивные формы были подсказаны изобретателям технической практикой в форме балансира (коромысла), давно применявшегося в разнообразных установках с ручным приводом. Применение балансира придало двигателю Ньюкомена-Коули конструктивные формы. Под действием весов насосной штанги п и груза т поршень к поднимался вверх, а в освобождаемое пространство из котла а через кран к и трубу е поступал пар при атмосферном давлении.
В таких водоподъемных устройствах лошади, ходившие по кругу, вращали колесо. Скорость вращения многократно увеличивалась передачей вращения на колесо меньшего диаметра, сидящее на одном валу с кривошипом У двигавшим вверх и вниз насосную штангу. Длинная деревянная штанга могла передавать усилие только при ее растяжении; другое направление усилия вызвало бы в штанге явление продольного изгиба, недопустимое при ее большой длине. Поэтому насос устраивался простого действия и работал только при ходе поршня вверх.
На открытии и правильном описании цикла парового двигателя окончились достижения Папена, изобретателя (Предохранительного клапана, исследователя зависимости температуры кипе-пения от давления. Правда, в своей конструкции 1707 г. он отделил котел от цилиндра, но поршень цилиндра был уже не связан с грузом и мог только вытеснять воду. Улучшение практического использования цикла перекрывалось у худ шением с позиций универсальности: двигатель сливался с насосом. Цикл также ухудшался, так как вакуум уже не использовался и цикл становился разомкнутым. Для приведения поршня в исходное положение требовался внешний источник энергии — гидростатический напор между камерой с поршнем и воронкой с налитой в нее водой. В своей последующей конструкции. Папен просто повторял предложение Вустера, только заменив два крана одним четырехходовьш краном. Здесь Папен, следуя Вустеру, суммирует работу двух камер, и, таким образом, установка оказывается в состоянии отдавать работу непрерывно.
Сопоставление приведенного текста с современными книгами по термодинамике показывает нам, что в 1698 г. Папен правильно описал группу процессов, известных современной науке как термодинамический цикл парового двигателя. Значит ли это, что задача изобретения парового двигателя была осуществлена? Нет, не значит. Предстояла еще длительная работа многих участников этого «первого подлинно интернационального изобретения», как его характеризовал Энгельс. Что же надлежало делать далее, если цикл парового двигателя был найден? Далее были возможны два направления работы. Первое из них состояло в необходимости практически освоить найденный Папеном цикл. Папену это не удалось. Его паровой двигатель, несмотря на правильный цикл, не мог делать более одного хода в минуту, потому что цилиндр Папена был и котлом, и цилиндром (двигателем), и конденсатором. А если посмотреть современные книги по паротехнике, то после описания цикла почти в таком же виде, как и у Папена, эти книги, говоря о реализации цикла, описывают целый комплекс агрегатов: котел, двигатель, конденсатор, конденсатный насос, циркуляционный насос, питательный насос. Здесь и заключается одно из направлений дальнейшего развития двигателя — изыскание методов практического освоения термодинамического цикла парового двигателя.
Предполагалось, что горение пороха, вводимого периодически в цилиндр через отверстие, закрываемое рычагом с грузом, вызовет подъем поршня, уравновешенного грузом. При быстрой остановке поршня в конце подъема крышка-клапан, расположенная в поршне, должна приподняться по инерции, дать выход избытку газов и, ударившись о скобу, закрыть отверстие. Папен полагал, что, охлаждая наполненный горячим газом цилиндр, он сможет вызвать конденсацию газов, получить вакуум в полости цилиндра и таким образом использовать атмосферное давление для опускания поршня вниз и подъема полезного груза посредством каната и блоков. Сконденсировать пороховые газы Папену, естественно, не удалось. Охлаждение цилиндра холодной водой только незначительно уменьшало удельный объем воздуха. В 1688—1690 гг. Папен писал: «Нашедши невозможным производить пустоту в цилиндре посредством пороха, я старался сделать то же с водой, которая, будучи превращена в пар, имеет упругую силу, подобно воздуху, и потом сгущается от холода, так что не остается и следа от прежней силы или упругости». Работы Папена с паром, проведенные им в устройстве, показанном на фиг.
Водяная пара
