Античная паровая машина

Все блоги / Блоги людей 19 августа 2017 223   

С тех пор как мутный поток малограмотных книг про попаданцев затопил прилавки, у читателей выработался рефлекс на высмеивание подобных сюжетов, независимо от их правильности. К сожалению, для правильного высмеивания необходимы знания и критическое мышление, а с ними у оного читателя не очень, скажем спасибо советско-российской школе. Давайте посмотрим типичные обывательские доводы против строительства паровой машины в Римской империи.

У попаданца не будет приличных подшипников. Вообще-то первую паровую машину и первую ротативную паровую машину разделяет добрая сотня лет. В первых машинах банально не было вращающихся частей, частота движения поршня не превышала герца, и инженерам вполне хватало технологий которые уже тысячи лет верой и правдой служили в телегах и колесницах.

Римляне не смогли бы создать котел, выдерживающий давление пара. Пароатмосферные машины не использовали избыточного давления пара, на это и указывает слово «атмосфера» в названии. Самые первые котлы составлялись из двух половинок — нижней медной и верхней свинцовой, из чего нетрудно понять что уж о давлении их создатели не беcпокоились.

Вообще стремление к излишней сложности часто подводит критикантов попаданчества, например им непременно нужны хорошие пружины для предохранительных клапанов. В реальности для прижимания клапана использовался обычный груз. Такая схема использовалась больше сотни лет и дожила до первых океанских параходов, где из-за нее было зря потрачено немало топлива — при качке клапан отходил и травил пар.

Но пароатмосферные машины были малоэффективны и использовались лишь на угольных шахтах. На самом деле даже простейшие машины Ньюкомена, с КПД порядка 0.8%, использовались для подьема воды из Сены в Париже(1726), подъема воды для водяных колес поддува домн в Коалбрукдейле(Coalbrookdale, 1742) и Шропшире(Shropshire, 1750s). Джон Смиатон(1724–1792) начал серьезные исследования в середине 18 века и построил небольшую машину. Эксперименты на ней показали важность регулировки распрыскивания воды, что позволило ему практически утроить КПД! Так что к моменту изобретения Уатом конденсатора в промышленности работали уже десятки паровых машин. Попаданцу ничто не мешает использовать уаттовский конденсатор — так что он смело может рассчитывать на 4% КПД даже с атмосферным давлением в котле.

Но попаданцу придется топить паровик дорогими дровами. На деле в античные времена большая часть Европы была покрыта лесами. За пределами больших городов цена топлива была околонулевой.

У римлян не было потребности в паровых двигателях. Что же, давайте посмотрим как римляне осушали свои шахты. Изображенная на второй иллюстрации система осушения была найдена в римской серебрянной шахте в Испании. Она состояла из 8 пар деревянных колес, каждое из которых приводилось в движение человеком(16 человек). Система поднимала порядка 3 литров воды в секунду на высоту 30 метров. На частях колес видны пометки для сборки, а используемая древесина не растет в Испании. Колеса вращались в противоположных направлениях и сливали воду в один желоб, который обходил оба колеса. Благодаря этому всплески воды при сливе из ящиков сглаживались.

Остатки похожих систем найдены также в медных шахтах Испании, и золотых шахтах Румынии(Дакии). Рекорд по глубине — порядка 75 метров, примерно такой же(80 м) была глубина шахты, на которой была установлена самая первая машина Ньюкомена. При этом детали румынских колес совпадают с деталями испанских. Все это указывает на то что в империи существовала целая индустрия шахтных насосов. Добавим до кучи многочисленные мельницы и потребность в источнике механической энергии налицо.

Римляне не смогли бы подогнать поршень к цилиндру. На последней иллюстрации вы можете видеть типичные римские поршневые насосы. Они изготавливались из бронзы и применялись в шахтах, на кораблях и для тушения пожаров. Зазоры между поршнем и цилиндром составляли порядка 0.1-0.3 мм. Это на порядок лучше точности изготовления паровых цилиндров в конце 19 века! Конечно паровые цилиндры имели на порядок большие размеры, но тем не менее результат впечатляет. В любом случае, способ, которым изготавливались цилиндры первых паровых машин — отливка и последующая притирка, вполне доступен римлянам. Ну а зазор в любом случае придется добирать кожей или пенькой.

Металл стоил бы слишком дорого. Давайте попробуем оценить расходы на паровую машину и на систему колес, упомянутую выше. Вес машины на пару лошадиных сил(эквивалент 16 рабов, только рабы работают смену, а машина может пахать круглосуточно) составил бы пару-тройку тонн, но надо учитывать что в основном это был бы вес кирпичей и деревянной балки. Скажем нагревательная поверхность котла, по Уатту, была бы 1.6 м^2, при толщине порядка 5 мм это примерно 75 кг. Того же порядка был бы и вес цилиндра. Большую часть остальных деталей можно изготовить из более дешевых свинца(верхняя поверхность котла) и железа. А по мере налаживания технологии можно делать весь двигатель из железа.

Плюс паровой машины — низкооборотный двигатель имеет практически неограниченный ресурс. Известны машины Ньюкомена и Уатта, проработавшие больше ста лет(разумеется смазка и замена уплотнений делалась куда чаще). Каков срок службы раба в сырости и темноте шахты? Двадцать лет? Десять?

Цена раба — как минимум 500 динариев, 1.7 кг серебрянных монет. Тут надо отвлечься и прояснить один тонкий момент. Медная монета в доиндустриальных государствах могла стоить по весу и 1/50 и даже 1/10 от цены серебрянной, этим часто обосновывают дороговизну меди. Но соотношение цены монет не имеет ничего общего с соотношением цен на металлы. Государство всегда старалось завысить цену монет по сравнению со стоимостью металла. Чем сильнее и централизованнее была его власть тем лучше ему это удавалось. И завышение всегда в первую очередь касалось медных монет, как менее ценных и менее привлекательных для фальшивомонетчиков. Например на заре истории Рима медный асс весил в полсотни раз меньше серебрянного динария и разменивался 10 к 1 — итого соотношение 1:500. На расцвете империи асс весил лишь в два с половиной раза тяжелее динария и разменивался 16 к 1 — соотношение 1:40. Причина изменения пропорции не в том что меди стало мало, а в том что крепкая рука империи взяла все Средизимноморье за я%&… сами понимаете за что. Реальное соотношение цены меди к серебру — несколько сотен к одному. Так что стоимость всего металла в небольшой паровой машине и соединенным с ней насосом была бы меньше стоимости одного раба.

Вывод? Если и есть серьезные доводы против возможности античных паровых машин, то мне они, увы, неизвестны.

Иллюстрации римских механизмов — Engineering in the Ancient world, J.G. Landels, 1978

  • Оцените публикацию
  • +1

Похожие публикации

Кухонные машины Кенвуд Cooking Chef KM086

Кухонные машины Kenwood можно назвать универсальными приборами. Почему именно кухонная машина, а не миксер, кухонный комбайн? Потому что, кухонная машина Kenwood объединяет все эти приборы в одномодной машине! Это и миксер, и кухонный комбайн, и мясорубка! Неслабый двигатель кухонной машины Cooking

подробнее »
Условия возникновения паровика

Паровая машина впервые начала использоваться а Англии в в районе 1700-го года. Отмечаю специально — именно начала использоваться, а не была изобретена. Различие ключевое, Герон Александрийский строил паровую турбину в античности, то толку с нее не было никакого. Аналогичная ситуация была и с

подробнее »
[Перевод] Tesla устанавливает титановый щит и алюминиевые отбойники на днище Model S

В 2013 году в результате весьма необычных аварий две машины марки Model S получили повреждения днища, которые привели к возгоранию аккумуляторов. К сожалению, эта пара инцидентов вызвала больший интерес прессы, чем 200 000 пожаров бензиновых автомобилей, случившихся в прошлом году в одной только

подробнее »
Главный талант попаданца

Допустим, попаданец уже окопался и достаточно социализировался, чтобы не умереть с голоду. И появился у него зуд — прогрессорствовать. Какое свойство попаданца окажется здесь основным? Трудолюбие? Умение доводить дело до конца? Подбирать качественных помощников? Как мне кажется — не

подробнее »
Главный талант попаданца

Допустим, попаданец уже окопался и достаточно социализировался, чтобы не умереть с голоду. И появился у него зуд — прогрессорствовать. Какое свойство попаданца окажется здесь основным? Трудолюбие? Умение доводить дело до конца? Подбирать качественных помощников? Как мне кажется — не

подробнее »
Паровой молот

Современный попаданец — это, как правило, работающий в информационных технологиях, а не в промышленности (а кто сейчас у нас в промышленности работает?). Поэтому на свои изобретения он смотрит с точки зрения потребителя. Однако, у промышленности есть свои требования. И не зря в 1784 году

подробнее »
@
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent