Паровые машины. теория и практика

Хронология развития паровых двигателей

 Wikipedia

Постепенно «Пневматика» расходилась по Европе. Саломон де Косс, французский гугенот и инженер, которому тоже приписывали изобретение паровой машины, в свое время прочитал трактат Герона в Италии.

Ознакомился с ним и немецкий теолог Мальтезий, упомянувший эолипил в одной из своих проповедей в 1571 году. К 1640-м годам научный труд пережил пять переизданий в одной только Англии. Вторая половина 16 века ознаменовалась повторным открытием энергии пара, и инженеры по всей Европе занялись активным поиском ее применения в механике.

Благодаря популяризации работ Герона эолипилы стали довольно распространенными, и люди использовали их для плавления стекла и металла, разжигания очагов в домах и улучшения тяги дымоходов.

Затем, в 1689 году, английский изобретатель Томас Севери разработал первый в мире современный паровой двигатель в виде насоса для удаления воды из шахт. Его устройство, использующее два паровых котла, обеспечивало почти непрерывную откачку.

Однако успех длился недолго – вскоре было обнаружено, что система Севери работает только на мелководье. В 1711 году другой британец, Томас Ньюкомен, усовершенствовал конструкцию, добавив отдельный цилиндр с поршнем. Его система устранила необходимость в накопленном давлении пара.

Паровой двигатель Ньюкомена оставался бессменным в течение следующих 50 лет и использовался для осушения водно-болотных угодий и подачи воды в города, а также для питания энергией фабрик и заводов.

Несмотря на свое превосходство, двигатель Ньюкомена не был лишен недостатков – в частности, того, что он потребляет огромное количество пара. Недочет был исправлен в 1769 году шотландским экспериментатором Джеймсом Уаттом, который предложил свой способ поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре. Улучшение Ватта привело к быстрому распространению паровой энергии в Великобритании и США, положив начало промышленной революции.

Помимо прочего, некоторые версии его двигателя использовались в ранних автомобилях и поездах. К 1800-м годам пар питал большинство мельниц, дробилок, пивоварен, заводов и фабрик. Эта технология заложила основу того техномира, который мы видим сегодня.

Эолипил как по внешнему виду, так и по функциям, конечно, сильно отличался от паровых машин будущего. Вместо применения в повседневной жизни Герон использовал силу пара для мистификации и просвещения. Он не знал, что идеи, заложенные в его изобретениях, однажды изменят мир.

Век пара

К
середине XIX столетия всю промышленность «двигал пар». Теперь все, от
тканей до пушек, производили с помощью паровых машин. Паровозы тянули
поезда; даже оборудование для строительства железных дорог оснащалось
паровыми двигателями. И на море парус постепенно сдавал свои позиции
паровой машине.

Однако промышленная революция заключалась
не только в изменении технологии производства, хотя это и было важно.
Строительство новых машин и фабрик требовало денег, которые надо было
заплатить задолго до того, как фабрики начнут приносить прибыль. Точно
так же, как Уатту для финансовой поддержки его замыслов был нужен
Болтон, для успеха промышленной революции нужны были богатые люди,
готовые вложить свои деньги в дело. Промышленная революция стала
также революцией капиталистической

Начали основываться компании, банки
поспешили вкладывать деньги в промышленность, появились деловые люди,
зарабатывающие на жизнь тем, что сводили вместе научные идеи и капиталы

Промышленная революция стала
также революцией капиталистической. Начали основываться компании, банки
поспешили вкладывать деньги в промышленность, появились деловые люди,
зарабатывающие на жизнь тем, что сводили вместе научные идеи и капиталы.

Французский
военный инженер Жозеф Кюньо построил повозку, приводимую в движение
паром, около 1771 года. Она могла ехать со скоростью 3,6 км/ч и при
этом везти четырех человек.

Победители и проигравшие

А
что же стало с простыми людьми, которые не были ни изобретателями, ни
банкирами, ни капиталистами? Паровой двигатель изменил жизнь многих из
них. В XVIII веке ткани, например, производились в небольших мастерских
на оборудовании, приводившемся в движение вручную. Очень часто в
мастерской работала одна семья. На новых фабриках ткани стали делать на
станках, работающих от парового двигателя. Работа была несложная и не
требовала большого умения, поэтому рабочих-мужчин заменили женщины и
даже дети.

Появилось много новых рабочих мест, но труд на
фабриках был изматывающим и монотонным. Люди начали стекаться в большие
промышленные города, где им приходилось жить в ужасной тесноте и дышать
отравленным воздухом, потому что фабричные трубы изрыгали тучи дыма и
копоти. В то же время промышленности требовалось все больше и больше
угля, шахтерам приходилось опускаться все глубже под землю, и их труд
становился все опаснее.

На смену пару

Эпоха
паровых машин закончилась в 50-х годах нашего века. Она длилась больше
150 лет. Сегодня промышленность работает на электричестве. Больше нет
пароходов, а топливом для машин и поездов служит нефть. Но огромные
изменения, происшедшие за последние два века, были начаты Джеймсом
Уаттом и его паровым двигателем.

Не все эти изменения
были к лучшему. Соперничество между промышленными державами привело в
XX веке к двум мировым войнам. До сих пор существует гигантская
пропасть между промышленно развитыми странами и остальным миром.
Миллионы людей, работающих на фабриках, хотели бы иметь возможность
зарабатывать себе на жизнь как-нибудь по-другому. Когда Джеймс Уатт
усовершенствовал двигатель Ньюкомена, он положил начало тем изменениям,
что неузнаваемо преобразили облик мира.

Двойной пар

В 1770-х гг. Уатт повысил мощность парового двигателя, заменив давление атмосферы на поршень давлением пара. Теперь пар в рабочий цилиндр подавался с двух сторон рабочего поршня, и поднимая, и опуская его. Патент на машину с цилиндром двойного действия Уатт получил в 1776 г. Это был уже не пароатмосферный, а паровой двигатель.

Давление пара мощнее атмосферного и поддаётся регулированию: чем выше температура нагревания парового котла, тем больше пара вырабатывается, тем сильнее будет давление. Мощные двигатели Уатта пригодились не только для насосов, но и для паровых молотов, прессов, молотилок, кузнечных мехов и прочих машин, где нужно было механизировать , вертикальное перемещение груза.

Паровая машина Уатта 1769 г. При открытом клапане А пар из парового котла (1) поступал в рабочий цилиндр (2) и поднимал рабочий поршень (3). Плечо коромысла с грузом — противовесом (4) опускалось, поднимая плечо (5) с рабочим и малым (6) поршнями. Малый поршень вытягивался из насоса конденсатора (7). Клапан А закрывали, открывали клапан Б, и отработанный пар из цилиндра устремлялся в вакуум конденсатора (8), где в окружении холодной воды бассейна (9) остывал и превращался в воду. Атмосферное давление опускало оба поршня. Клапан Б закрывали, открывали клапан В, и выдавленная из конденсатора тёплая вода поступала в котёл. Цикл замыкался.

Преимущества и недостатки паровой машины

Основным преимуществом паровых машин, как двигателей внешнего сгорания, в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива (источник тепла) — от кизяка до урана. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового океана на разных глубинах.

Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей.

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов, со множеством современных усовершенствований, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т. д. В результате такие паровозы имеют на 60 % меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными тепловозами и электровозами.

Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса.

Что питало старинный паровой двигатель?

Требуется энергия, чтобы делать абсолютно все, о чем вы только можете подумать: кататься на скейтборде, летать на самолете , ходить в магазины или водить машину по улице. Большая часть энергии, которую мы используем для транспортировки сегодня, поступает из нефти, но это было не всегда так. До начала 20-го века уголь был любимым топливом в мире, и он приводил в движение все: от поездов и кораблей до злополучных паровых самолетов, изобретенных американским ученым Сэмюэлем П. Лэнгли, ранним конкурентом братьев Райт. Что такого особенного в угле? Внутри Земли его много, поэтому он был относительно недорогим и широко доступным.

Уголь является органическим химическим веществом, что означает, что он основан на элементе углерода. Уголь образуется в течение миллионов лет, когда останки мертвых растений закапывают под камнями, сжимают под давлением и варят под действием внутреннего тепла Земли . Вот почему это называется ископаемое топливо . Комки угля – это действительно комки энергии. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислорода соединениями, называемыми химическими связями. Когда мы сжигаем уголь на огне, связи распадаются, и энергия выделяется в форме тепла.

Уголь содержит примерно вдвое меньше энергии на килограмм, чем более чистое ископаемое топливо, такое как бензин, дизельное топливо и керосин – и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать так много.

Паровые устройства в XXI веке

С появлением новых источников энергии в XX и XXI веке снова появляется потребность в использовании энергии пара. Паровые турбины становятся неотъемлемой частью АЭС. Пар, приводящий их в действие, получают за счёт ядерного топлива.

Широко используются эти турбины и на конденсационных тепловых электростанциях.

В ряде стран проводятся эксперименты по получению пара за счёт солнечной энергии.

Не забыты и поршневые паровые двигатели. В горных местностях в качестве локомотива до сих пор используют паровозы.

Эти надёжные труженики и безопаснее, и дешевле. Линии электропередач им не нужны, а топливо — древесина и дешёвые сорта угля всегда под рукой.

Современные технологии позволяют улавливать до 95% выбросов в атмосферу и повысить КПД до 21%, так, что люди решили пока с ними не расставаться и работают над паровыми локомотивами нового поколения.

в группе ВКонтакте

10 изобретений, которые изменили мир до неузнаваемости

Если вы думаете, что величайшие изобретения обычно рождаются в воспаленном сознании одиноких гениев, подумайте еще раз. И ознакомившись с нашим списком десяти изобретений, без которых нашего мира, считай, не было бы, вдумайтесь, насколько они совершенны в своей конструкции. Обычно когда речь идет об изобретателях, в голове всплывает картинка: одинокий гений в своей тайной лаборатории, корпящий над загадочными устройствами, экспериментирующий и перебирающий идеи, пока не доведет их до ума. Так, думаем мы, рождается новое изобретение, невероятное чудо, новая технология, и становится понятно: как было уже не будет.

Отчасти, так и есть. Когда дело доходит до изобретений, без экспериментов и изменений в дизайне не обойтись. Но путь к творению, как правило, долгий и терпкий. Инженеры и любители сотни лет корпели над экзоскелетами и персональными реактивными ранцами, а их все нет и нет. И процесс включает намного больше людей, чем просто одного гения.

Читая о десяти лучших и прекраснейших изобретениях мира, становится понятно, что ничто не появляется на пустом месте. Любое творение науки и техники рождается из предыдущих наработок, которые складывались в течение десятков или сотен (или тысяч) лет. У каждого изобретения есть свои проблемы, а порой какая-нибудь штука пылится в сундуке, пока не появится другое изобретение (подумайте, например, о космическом лифте). Часто бывает, что лавры славы собирает не изобретатель, которому первому пришла в голову идея, а тот, кто создал ключевой элемент, улучшение, дополнение к изначальной конструкции.

Никто не знает, кто изобрел плуг или когда он появился впервые. Вполне возможно, что его разработали независимо в разных регионах, причем разработали еще в доисторическую эпоху. До плуга люди занимались преимущественно охотой или собирательством. Их жизнь зависела исключительно от поиска достаточного количества пищи, чтобы выжить от сезона к сезону. Выращивание пищи вносило в жизнь определенную стабильность, но руками делать это было сложно и долго. Появление плуга изменило все.

Плуг сделал работу в поле проще и быстрее. Улучшения в дизайне плуга сделали работу с землей настолько эффективной, что люди начали собирать намного больше пищи, чем им было нужно для выживания. Они начали продавать излишки за товары или услуги. А если вы можете получить еду за счет торговли, в вашей повседневной жизни появляется больше времени для других дел, помимо выращивания еды, например, производства товаров и услуг, которые могут понадобиться тем, кто выращивает еду.

Возможность торговать и хранить материалы привела к изобретению письменности, счета, укреплений и военных технологий. По мере увлеченности населений этими делами, разрастались города. Не будет преувеличением сказать, что именно плуг позволил состояться человеческой цивилизации.

Двигатель Ньюкомена

Английский кузнец, изобретатель-самоучка Томас Ньюкомен, объединив идеи Папена и Севери, в 1711 г. создал машину, в которой пар охлаждался не в котле, а в рабочем цилиндре, сберегая больше тепла и делая процесс непрерывным. Ньюкомен назвал своё детище «пароатмосферным двигателем», т. к. поршень поднимал пар, а опускало его давление атмосферы. Двигатель Ньюкомена приводил в движение коромысло с поршнем насоса, откачивавшего воду из шахты.

Машина потребляла много угля, а полезную работу поршень совершал только при опускании. Но владельцы шахт, не испытывая недостатка в угле, уже к 1733 г. купили 110 машин Ньюкомена.

Паровая революция

Изготовление поршня и цилиндра для паровой машины требовало высокой точности в подгонке деталей, чтобы пар не прорывался в зазоры между ними, грозя обварить окружающих. Для массового производства паровых машин создали высокоточные станки, которые упростили производство и всех других станков — началась цепная реакция развития машиностроения. Машины Уатта внедрялись во все отрасли производства и ставились в любом месте, что позволило перенести промышленные центры в города, где было достаточно рабочей силы. Так создание одной машины сразу подняло на новый уровень всё производство, переведя «машинную революцию» в революцию промышленную. С начала XIX в. варианты паровых машин служили и двигателями для транспорта.

Сокращая расходы на топливо

Решение,
предложенное Уаттом, заключалось в следующем: надо добавить второй
цилиндр, называемый теплообменником, и соединить его с первым.
Отработанный пар будет конденсироваться в теплообменнике, а первый
цилиндр будет все время оставаться горячим — это сэкономит количество
потребляемого топлива. На деле оказалось, что двигатель Уатта расходует
лишь четверть того количества топлива, которое требовалось раньше.

Джеймс
Уатт был ученым и изобретателем, а не бизнесменом. Если бы не Мэтью
Болтон, замыслы Уатта так бы и остались в чертежах. Появившийся на свет
при финансовой поддержке Болтона теплообменник был только первым
вкладом Уатта в конструкцию паровой машины, за которым последовали
другие. Промышленная революция свела вместе изобретателей, у которых
были интересные идеи, и деловых людей, у которых были капиталы, чтобы
воплотить эти идеи в конкретные дела, приносящие доход.

Его
идеи не сразу принесли ему славу и богатство. Подобно многим другим
изобретателям, Уатт не мог найти денег, чтобы воплотить свои замыслы в
жизнь. Прошло двенадцать лет, прежде чем был продан первый из его
двигателей. В 1776 году Уатт стал партнером бирмингемского
промышленника Мэтью Болтона (1728—1809), и Болтон помог ему наладить
производство паровых машин.

И это было только начало.
Уатт продолжал улучшать и совершенствовать механизм и наконец изобрел
способ преобразовывать поступательное движение поршня во вращательное.

ФАКТЫ И СОБЫТИЯ

  • Первым
    паровым двигателем, использовавшимся в промышленности, был «Друг
    горняка». Он был запатентован в 1698 году Томасом Сэвери, горным
    инженером из Корнуолла.
  • Когда Джеймс Уатт строил
    модель своего первого двигателя, он очень торопился. Не найдя
    необходимой детали, он взял у жены наперсток, чтобы закрыть им конец
    трубы.
  • До своей встречи с Болтоном Уатт настолько
    потерял веру в успех, что отказался от идеи создания паровой машины и
    четыре года работал на строительстве каналов в Шотландии.
  • Заслуги
    Уатта не ограничиваются тем, что он усовершенствовал паровую машину. Он
    изобрел способ копирования документов, основанный на химических
    процессах, который широко использовался на протяжении последующих ста
    пет.
  • В 1784 году Уатт провел в свою контору трубы
    из котельной и пустил по ним горячий пар. Таким образом пар был впервые
    использован для центрального отопления.
  • В 1789 году
    Уатт изобрел регулятор- устройство, позволяющее контролировать скорость
    работы паровой машины. Это позволило поддерживать постоянную скорость,
    не зависящую от температуры котла, и облегчило работу.
  • В XIX веке в честь Джеймса Уатта была названа единица мощности — ватт.

Паровой двигатель создали три века назад — он изменил мир сильнее, чем смартфоны и интернет

Полностью его труд звучит так: «новое изобретение для подъема воды для всех видов мельниц с помощью двигательной силы огня.» Впоследствии механизм нарекли «Машиной Севери» или «огненным двигателем». Патент был выдан сроком на 14 лет, а позже продлен до 21 года.

По словам ученого, это изобретение произошло абсолютно случайно. На самом деле, «Машина Севери» — это всего лишь паровой насос. В основу его конструкции не входили цилиндр с поршнем или какие-либо другие детали, приводимые в движение. Однако пар для работы насоса генерировался в отдельном котле. Именно это открытие впоследствии позволило другим ученым разработать и внедрить в механические устройства реальные паровые двигатели. «Машина Севери», в свою очередь, отличалась низкой эффективностью и прерывистой работой (воду приходилось откачивать разными порциями).

Первый прототип паровоза (поезда, оснащенного паровым двигателем) был построен в 1769 году военным инженером Николя-Жозе Кюньо. Именно паровой двигатель привёл к взрывному росту промышленности в XVIII-XIX веках. Железнодорожные составы, корабли, водяные насосы, станки на заводах и фабриках, котельные, первая моторизированная сельская техника, деревообрабатывающие предприятия, ранние автомобили и грузовики — буквально всё держалось на паровых двигателях, пока их не заменили электродвигатели и двигатели внутреннего сгорания в конце XIX — начале XX веков. Именно на таких двигателях, примитивных и проблемных по современным меркам, двигателях обработка и логистика материалов постепенно пришли в кондицию, при которой мир стал готов к внедрению цифровых высокотехнологичных продуктов, как интернет и смартфоны. Без «гонки вооружений» в транспорте и технологичных заводах мир бы ещё долго стагнировал. Да что и говорить — до изобретения парового двигателя путешествовать между городами было большой проблемой, а до поездов по железной дороге ездили. лошади, которые были медленными и быстро уставали.

Кстати, немного позже именно Севери впервые использовал такое понятие, как «лошадиная сила».

Источник

Первый пароход в мире

Английский судостроитель Роберт Фултон с юношеских лет мечтал о судне с паровым двигателем. И вот его мечта стала осуществима. Ведь изобретение паровых машин стало новым толчком в судостроительстве. Вместе с посланником из Америки Р. Ливингстоном, который взял на себя материальную сторону вопроса, Фултон занялся проектом корабля с паровой машиной. Это было сложное изобретение, основанное на идее весельного движителя. По бортам судна тянулись в ряд плицы, имитирующие множество весел. При этом плицы то и дело мешали друг другу и ломались. Сегодня можно с легкостью сказать, что тот же эффект мог быть достигнут всего при трех-четырех плицах. Но с позиции науки и техники того времени это увидеть было нереально. Поэтому судостроителям приходилось намного сложнее.

В 1803 году изобретение Фултона было представлено всему миру. Пароход медленно и ровно шел по Сене, поражая умы и воображение многих ученых и деятелей Парижа. Однако правительство Наполеона отвергло проект, и раздосадованные судостроители вынуждены были искать счастья в Америке.

И вот в августе 1807 года первый в мире пароход под названием «Клермонт», в котором была задействована мощнейшая паровая машина (фото представлено), пошел по Гудзонскому заливу. Многие тогда просто не верили в успех.

В свой первый рейс «Клермонт» отправился без грузов и без пассажиров. Никто не хотел отправляться в путешествие на борту огнедышащего судна. Но уже на обратном пути появился первый пассажир – местный фермер, заплативший шесть долларов за билет. Он стал первым пассажиром в истории пароходства. Фултон был так сильно растроган, что предоставил смельчаку пожизненный бесплатный проезд на всех своих изобретениях.

История создания паровой машины в России

Следующий прорыв случился в Российской Империи. В 1766 году на металлургическом заводе в Барнауле была создана первая паровая машина, которая подавала в плавильные печи воздух при помощи специальных воздуходувных мехов. Создателем ее стал Иван Иванович Ползунов, которому за заслуги перед родиной даже дали офицерское звание. Изобретатель представил своему начальству чертежи и планы «огненной машины», способной приводить в действие воздуходувные мехи.

Однако судьба сыграла с Ползуновым злую шутку: через семь лет после того, как его проект был принят, а машина собрана, он заболел и умер от чахотки — всего за неделю до того, как начались испытания его двигателя. Однако его инструкций оказалось достаточно, чтобы завести двигатель.

Итак, 7 августа 1766 года паровая машина Ползунова была запущена и поставлена под нагрузку. Однако уже в ноябре того же года она сломалась. Причиной оказались слишком тонкие стенки котла, не предназначенного для нагрузки. Причем изобретатель в своих инструкциях писал, что этот котел можно использовать только во время испытаний. Изготовление нового котла легко бы окупилось, ведь КПД паровой машины Ползунова был положительный. За 1023 часа работы с ее помощью выплавили серебра 14 с лишним пудов!

Но несмотря на это, никто ремонтировать механизм не стал. Паровая машина Ползунова пылилась более 15 лет на складе, пока мир промышленности не стоял на месте и развивался. А потом и вовсе была разобрана на запчасти. Видимо, в тот момент Россия еще не доросла до паровых двигателей.

Вариант №3

Человек издревле являлся любителем облегчить свой труд. Стремясь нарастить объемы производства или же просто ускорить трудоемкие процессы, люди стали использовать ветряные или водяные мельницы или же труд крупного рогатого скота. Настоящая промышленная революция началась с применением паровых машин, можно сказать, что именно она явилась предвестником научно-технического прогресса.

Еще в 1 веке до н.э. были предприняты попытки создать преобразователь тепловой энергии в механическую. В Древней Греции некий Герон описывал шарообразное устройство, которое было заполнено водой и имело несколько форсунок. Сфера имела вертикальную ось и под ней размещали костер. Нагревая воду и повышая давление внутри, они способствовали вырыванию пара из этих форсунок, что благодаря третьему закону Ньютона приводило сферу в движение. Однако, коэффициент полезного действия данной машины оставлял желать лучшего. Но тем не менее, она работала. Даже не смотря на то, что не приносила практической пользы. Возможно именно по этой причине, развитие парового двигателя было забыто на следующие полторы тысячи лет.

Лишь в начале 18 века, начали появляться прототипы паровых машин с достаточно высоким коэффициентом полезного действия. Впервые цилиндрическая машина работающая на водяном пару была создана инженером испанского происхождения Джиронимо Аянс Де Бомонтом а первый патент на паровую машину зарегистрирован в 1698 году англичанином Сэйвери.

Именно его работа была взята за основу, при создании следующей паровой машины в 1712году. Но с одной необычной, для наших времен, особенностью. Клапана регулировались присутствующим работником, который открывал и закрывал их в определенные моменты. Лишь через 3 года система была усовершенствована молодым работником Поттером и доведена до «автоматизма». Все вышеперечисленные машины использовались лишь для подъема воды. Принцип работы был достаточно прост. В цилиндр попадал горячий пар и поднимал поршень вверх, после чего цилиндр охлаждался холодной водой, создавая тем самым разреженную «атмосферу» внутри цилиндра. Из-за разницы давлений поршень снова опускался вниз.

Настоящую научно-техническую революцию того времени совершил физику, инженеру и изобретателю Джеймсу Ватту. Он сумел создать паровую машину, которая употреблялась в более обширных областях. Именно его машины были первыми водружены на паровозы и пароходы. Выходец из Шотландии, преодолевая финансовые трудности, сумел достичь успеха.   Ватт, пришел к мнению что можно использовать энергию пара вместо охлаждения цилиндра и разработал кривошипный шатунный механизм, который поднимал и опускал поршни под воздействием пара.  Она была названа в честь своего изобретателя Джеймса Ватта «Универсальная паровая машина». Двигатели с такой системой имели не только колоссальную востребованность и успех, но и применяемая во многих отраслях.

Стоит отметить тот факт, что наши соотечественники также разрабатывали свои паровые машины. Всем известная машина Ползунова тоже работала на пару, ее строительство затянулось, и к началу работы изобретатель не дожил. Проработала данная машина всего около 40 дней после чего ее демонтировали.

Таким образом можно мы можем что паровые машины имели свое начало еще задолго до Джеймса Ватта, Ползунова или других изобретателей пытавшихся или создавших данное устройство, но вне зависимости от своих результатов все они внесли свой непосильный вклад в развитие не только машиностроительной промышленности но и науки в целом.

8 класс

История парового двигателя

Первая паровая машина была построена в 1698 году английским военным инженером Томасом Савери (ок. 1650-1715). Его изобретение, предназначенное для откачки воды из угольных шахт, было известно как друг Шахтера. Машина, не имевшая подвижных частей, состояла из простого котла — паровой камеры, клапаны которой были расположены на поверхности — и трубы, ведущей к воде в шахте внизу. Вода нагревалась в камере котла до тех пор, пока ее пар не заполнял камеру, вытесняя любую оставшуюся воду или воздух. Затем клапаны были закрыты, и холодная вода была распылена по камере. Это охладило и сконденсировало пар внутрь для того чтобы сформировать вакуум. Когда клапаны были открыты, вакуум всасывал воду из шахты,и процесс мог быть повторен.

Несколько лет спустя английский инженер Томас Ньюкомен (1663-1729) усовершенствовал паровой насос. Он увеличил эффективность, установив движущийся поршень внутри цилиндра. Эта техника все еще используется и сегодня. Цилиндр — длинная, тонкая, закрытая камера, отделенная от котла. Цилиндр заменил большую, открытую камеру котла. Поршень — скользящая деталь, которая помещается в цилиндр. Он использовался для создания движения вместо вакуума. Пар заполнял цилиндр из открытого клапана. При заполнении вода в цилиндре распылялась, в результате чего пар внутри конденсировался в воду и создавал частичный вакуум. Давление наружного воздуха после этого двигало поршень вниз, что являлось достаточной силой для движения. Поршень был соединен с балкой, которая была соединена с водяным насосом на дне шахты насосной штангой. Через эти соединения движение поршня заставило водяной насос всасывать воду.

Наиболее важное усовершенствование конструкции парового двигателя было достигнуто шотландским инженером Джеймсом Уаттом (1736-1819). Он решил улучшить работу двигателя Ньюкомена и к 1769 году пришел к выводу: если пар конденсируется отдельно от цилиндра, цилиндр всегда можно держать горячим

В том же году он представил конструкцию парового двигателя, который имел отдельный конденсатор и герметичные цилиндры. Так как это поддерживало раздельные процессы нагрева и охлаждения, его машина могла работать постоянно, без какой-либо длительной паузы в каждом цикле для повторного нагрева цилиндра. Усовершенствованная конструкция парового двигателя Уатта (Watt) использует на треть меньше топлива, чем сопоставимый двигатель Ньюкомена.

В течение следующих 15 лет, Уатт продолжал совершенствовать свой двигатель и сделал три значительных дополнений. Он ввел центробежный регулятор, устройство, которое могло контролировать выход пара и скорости двигателя. Он сделал двигатель двойного действия, позволив пару входить поочередно с обеих сторон поршня. Это позволило двигателю работать быстро и доставлять мощность на нисходящий и восходящий ход поршня. Самое главное, он прикрепил маховик к двигателю.

Маховики позволяют двигателю работать более плавно, создавая более постоянную нагрузку, и они преобразуют обычный ход назад и вперед в круговое (вращательное) движение, которое может быть легко адаптировано к Силовым машинам. К 1790 году усовершенствованный паровой двигатель Ватта стал мощным и надежным источником энергии, который можно было найти практически в любом месте. Он использовался для накачки сильфонов для доменных печей, для приведения в действие огромных молотков для формования и упрочнения кованых металлов, а также для поворота машин на текстильных заводах. Более того, именно паровой двигатель Уотта ускорил промышленную революцию как в Англии, так и во всем остальном мире.

Пар был успешно адаптирован к моторным лодкам в 1802 году и железным дорогам в 1829 году. Позже некоторые из первых автомобилей были приведены в действие паром. В 1880-х годах английский инженер Чарльз А. Парсонс (1854-1931) создал первую паровую турбину, новую паровую технологию, которая была более эффективной и которая позволила паровому двигателю развиться в очень сложный и мощный двигатель, который приводил в движение огромные корабли и управлял турбогенераторами, которые поставляли электричество.

Как доминирующий источник энергии, паровые двигатели в конечном счете стали менее популярны, поскольку другие источники энергии стали доступными. Хотя между 1897 и 1927 годами в Соединенных Штатах было произведено более 60 000 паровых автомобилей, паровой двигатель в конечном итоге уступил место двигателю внутреннего сгорания в качестве источника питания для транспортных средств.

Источник

«Шарлотта Дандас»

После того как весь мир был поражен изобретением Джеймса Уатта, началось широкое применение паровых машин. Так, в 1802 году в Англии появился первый корабль на пару – катер «Шарлотта Дандас». Его создателем считается Уильям Саймингтон. Катер применялся в качестве буксировки барж по каналу. Роль движителя на судне играло гребное колесо, установленное на корме. Катер с первого раза успешно прошел испытания: отбуксировал две огромные баржи на 18 миль за шесть часов. При этом ему сильно мешал встречный ветер. Но он справился.

И все-таки его поставили на прикол, потому что опасались, что из-за сильных волн, которые создавались под гребным колесом, берега канала будут размыты. Кстати, на испытаниях «Шарлотты» присутствовал человек, которого весь мир сегодня считает создателем первого парохода.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector