И так понемногу паровой двигатель кое-как выполнял свои функции, не исчезая полностью и но и не совершая больших прорывов вперёд. в 1120 году в церкви в Реймсе был механизм подозрительно напоминающий паровой орган. В 1571 году Матезиус описывал паровой двигатель в своей проповеди. В 1519 году французский академик Якоб Бессон писал о выработке пара и его механическом применении. В 1543 году испанец Бальсо де Гарай как предполагают внес предложение использовать силу пара в качестве движущей силы кораблей. Леонардо Да Винчи описывал паровую пушку, которая могла стрелять тяжёлыми металлическими ядрами. В 1606 Фроленц Риво, камер-юнкер Генриха IV, обнаружил, что металлическая бомба взорвётся, если её наполнить водой и нагреть. В 1615 году инженер Луи XIII, Саломон Де Каю писал о машине, которая использует пар для подачи воды. В 1629.. ну вы уже догадались. До 1663 года люди один за одним заново изобретали паровой двигатель.
В 1663 году Эдвард Сомерсет, маркиз вустерский, не только разработал паровую машину для подачи воды: он построил и установил её в Воксхолле (сейчас это часть Лондона, но тогда он находил за его пределами). Вероятно это было первым применением силы пара для решения серьезной практической задачи. Не сохранилось чертежей машины, но её общий вид был выведен из пазов, сохранившихся в стенах замка Реглан, где она была установлена. Уорчестер планировал создать компанию для использования его машины, но ему не удалось собрать денег. В свою очередь его вдова предприняла ещё одну попытку, но так же потерпела неудачу. Так что существует ещё один важный ингредиент, когда сама мысль витает в воздухе: и этот ингредиент деньги.
В каком-то смысле Уорчестер был истинным создателем парового двигателя, но получил лишь немного славы, потому что не намного опережал основную волну. Однако он ознаменовал момент, когда всё изменилось: люди не просто изобретали паровые двигатели, они их использовали. В 1683 году сэр Сэмуэль Морланд построил паровой насос для Луи XIV, а его книга того же года демонстрирует глубокое знакомство со свойствами пара и связанных с ними механизмов. Вместе с несколькими вещами как таковыми возникла идея парового двигателя, которая теперь выполняла простые задачи. Но это ещё не было эпохой паровых двигателей.
Однако теперь движущая сила начала быстро возрастать, и действительно большим толчком к развитию послужила горная промышленность. Шахты по добыче угля и полезных ископаемых существовали на протяжении тысячелетия, однако к началу восемнадцатого века они стали настолько обширными и глубокими, что столкнулись со злейшим врагом шахтёра — водой.
Чем глубже вы пытаетесь вырыть шахту, тем вероятнее то, что они будут затоплены, поскольку имеют вероятность столкнуться с подземными водоёмами или с трещинами, ведущими к таким водоёмам, или просто с трещинами, из которых может прийти вода. Обычные способы удаления воды больше не помогали, поэтому необходимо было что-то радикальное новое. Паровой двигатель идеально справился с этой задачей. Два человека первыми построили такое оборудование: Дени Папен и Томас Сэйвери.
Папен учился математике у иезуитов в Блуа, а медицине в Париже, куда он переехал в 1672 году. Он присоединился к лаборатории Бойля, которого сейчас можно назвать физиком-экспериментатором. Бойль изучал пневматику и поведение газов — и работал над «законом Бойля», соотношением давления и объема газа при постоянной температуре, который преподают и по сей день. Папен изобрёл двойной воздушный насос и пневматический пистолет, а позже изобрел Пароварку. Она описывалась как пароварка, которая представляет собой кастрюлю с очень толстыми стенками и толстой крышкой, надежно соединённые между собой, так что кипящая внутри вода образует пар очень высокого давления. Пища в такой кастрюле готовилась очень быстро.
Кулинарный аспект не имеет отношения к нашей истории, однако один технологический момент заслуживает внимания. Чтобы избежать взрыва Папен добавил предохранительный клапан, важную особенность которую в шестидесятые годы скопировал вариант для домашнего использования и очень важное изобретение поскольку общение с паровыми двигателями было опасным даже в лучшие времена. Возможно идея появилась раньше, но именно Папен прославился тем, что впервые использовал её для контроля давления пара. В 1687 году он переехал в Марбургский университет, где изобрёл первый механический паровой двигатель и первый поршневой двигатель. На протяжении всей своей карьеры он проводил бесчисленные эксперименты со связанными с паром приборами и ввел множество важных усовершенствований.
Страсти по паровым двигателям продолжали накаляться. Сэйвери, который так же обучался математике, довёл их до кипения. В 1698 году он запатентовал первый паровой насос, который действительно использовался для откачки воды из шахт, в частности в глубоких шахтах Корнуэлла. Он послал рабочую модель в Королевское Общество, а позже показал модель «пожарной установки», как по ошибке назвали механизм, Уильяму III. Король пожаловал ему патент: «грант Томасу Сэйвери на единоличное использование изобретённого им устройства для подачи воды и возможного осуществления всех видов мельничных работ путём великой силы огня, которое принесёт большую пользу в осушении шахт, снабжения города водой и выполнения всех видов мельничных работ, если при них не используется сила воды или постоянного ветра; сроком на 14 лет, с обычными оговорками.»
Витающая в воздухе идея была уже на горами. Решающим моментом было то, что Сэйвери был прирождённым бизнесменом. Он не ждал, когда мир сам постучится к нему: он рекламировал. Он давал лекции в Королевском обществе, и некоторые их них были опубликованы. Он распространял буклеты среди управляющих и владельцев шахт. И смыслом продажи, конечно была выгода. Если вы откроете дополнительные уровни в своей шахте, то сможете добыть больше полезных ископаемых, и таким образом заработать больше денег в той же самой шахте.
Потребовалось ещё два важных шага и 125 лет чтобы полностью оформилось то, что Торстон называет «современным» паровым двигателем. Первым был переход от специализированных, узконаправленных механизмов к многоцелевым. Вторым было увеличение КПД двигателя.
Переход к многоцелевым паровым двигателям был осуществлён Томасом Ньюкоменом, кузнецом по профессии, который представил совершенно новый вид двигателя — «атмосферный паровой двигатель». Предыдущие двигатели были эффективным сочетанием в одном аппарате паровых поршней и насоса. Ньюкомен разделил эти компоненты и добавил отдельный котёл и конденсатор в качестве компенсации. Поршень двигался вверх-вниз подобно кивающему головой ослику, тем самым двигая трос, который мог быть соединён. со всем чем угодно. Ещё один инженер, которого следует здесь упомянуть, это Джон Смитон, который масштабировал устройство Ньюкомена до более крупных размеров.
И вот наконец, мы и добрались до Джеймса Уатта. Какой бы славы он не заслужил, ясно что его слава зиждиться на плечах множества атлантов. Даже если он и смог бы изобрести паровой двигатель сам, но всё дело в том, что он этого не делал. Его дед был математиком (похоже что в истории развития парового двигателя было много математиков) и Уатт унаследовал его способности. Он проводил множество экспериментов и делал количественные измерения, что само по себе было относительно новой идеей. Он выяснил, как тепло передается через различные детали двигателя и сколько потребуется угля, чтобы вскипятить заданной количество воды. И он понял, что ключ к увеличению эффективности лежит в контроле над ненужными потерями тепла. Больше всего потерь происходило в цилиндре, в котором двигает поршень, температура которого постоянно меняется. Уатт понял, что температура цилиндра должна равняться температуре входящего в него пара — но как можно такого добиться? Ответ на который он случайна наткнулся был прост и изящен: Я собрался на прогулку в погожий субботний день. Я дошёл до конца Шерлот-стрит и прошёл мимо старой прачечной. В этот момент я думал над машиной и подошёл к дому пастуха, когда у меня возникла мысль о том, что поскольку пар является упругим телом, то он стремится заполнить вакуум, и если сделать соединение между цилиндром и устройством выхлопа, то он будет стремится в него и где сможет конденсироваться, не остужая цилиндр. Не успел я дойти до Гольфхауза, как у меня уже сложилось полное представление.
Придумать такое было очень просто — охлаждать пар не в цилиндре, а где-нибудь ещё. Кроме того это настолько улучшило эффективность машины, что в течении следующих нескольких лет, единственные паровые двигатели, которые хотели устанавливать, были паровые двигатели Уатта и его финансового партнёра Болтона. Двигатели Болтна-и-Уатта монополизировали рынок. Их конструкция не претерпела значительных изменений и улучшений. Или, если быть точнее, поздние «улучшения» вытеснил двигатель совершенно другой конструкции, где в качестве топлива использовался уголь или нефть. Паровой двигатель достиг вершины своей эволюции и был вытеснен, по сути совершенно новым типом двигателя.
