Семь фактов о создателе универсальной паровой машины Джеймсе Уатте
19 января 1736 года — день рождения шотландского изобретателя Джеймса Уатта, который изобрел универсальную паровую машину двойного действия. Шотландец, именем которого назвали единицу измерения мощности, в буквальном смысле, изменил мир. Его работы положили начало промышленной революции в Англии, а затем уже и во всем мире.
«РГ» собрала интересные факты о знаменитом изобретателе.
1. История паровых машин берет свое начало задолго до изобретения Уатта. На самом деле, он усовершенствовал разработку англичанина Томаса Ньюкомена. Созданную им в 1712 году паровую машину в течение полувека использовали для откачки воды в шахтах, на судоремонтных предприятиях. Однако эта конструкция была очень громоздкой, требовала постоянного пополнения запасов угля, для чего порой задействовали до 50 лошадей. Управление машиной осуществлялось вручную — для этого нанимали специального человека, который с определенной периодичностью открывал и закрывал клапаны.
В 1763 году Джеймсу Уатту, который тогда был механиком университета Глазго, поручили починить действующий макет паровой машины Ньюкомена. В процессе изобретатель понял, что цилиндр конструкции нужно держать постоянно нагретым — это сильно сократило бы расход топлива. Рассказывают, что, Уатта осенило, когда он прогуливался вдоль прачечных и увидел облака пара, которые стремились вырваться из-под крышек котлов с бельем. Изобретатель сделал так, что цилиндр постоянно оставался горячим: для этого пар, до конденсации, отводился в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Благодаря применению теплоизоляционного материала, конденсор оставался холодным. Таким образом, пароатмосферная машина превратилась в паровую.
2. Патент на свое изобретение — «создание парового двигателя, в котором температура двигателя всегда будет равна температуре пара, несмотря на то, что пар будет охлаждаться до температуры ниже ста градусов» — Уатт получил в 1769 году. Но паровую машину новой конструкции он создал только спустя семь лет: у изобретателя было плохо с деньгами, и он не имел возможности воплотить в жизнь свою идею.
В 1772 году он познакомился с богатым промышленником Мэтью Болтоном, который помог ему избавиться от долгов и финансово поддержал в работе. Спустя год Уатт испытал свою паровую машину, которая выполняла функцию насоса, однако требовала намного меньше угля. Болтон и Уатт открыли компанию по производству паровых машин, выпуск которых начался в 1774 году. Для того, чтобы построить новый прокатный цех, промышленник попросил изобретателя создать специальную паровую машину — для привода прокатных станков.
3. В 1781 году Уатт запатентовал изобретение, которое сделало его знаменитым — паровую машину «для осуществления движения вокруг оси с целью приведения в действие других машин». По сути, она могла использоваться не только в качестве насоса, как изобретение Ньюкомена, а для любой работы.
Паровая машина двойного действия Уатта работала следующим образом. В крышке цилиндра имелся сальник, который обеспечивал свободное движение поршня. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поэтому и рабочий, и обратный ход совершались при помощи помощью пара. Возвратно-поступательное движение поршня преобразовывалось во вращение маховика при помощи планетарного механизма (системы, состоящей из нескольких зубчатых колес, вращающихся вокруг центральной — солнечной — шестерни).
В 1784 году Уатт модернизировал свою машину, которую назвали «универсальной». Она появилась на фабриках и заводах, с ее помощью приводили в движение прядильные и ткацкие станки и другие механизмы. А в начале XIX века двигатели системы Уатта установили на первые паровоз и пароход. Жизнь человека изменилась в корне.
4. Уатту и Болтону пришлось бороться с многочисленными некачественными подделками паровой машины. В то время каждый, кто имел хоть какое-то представление о подобной конструкции, пытался сделать ее самостоятельно, чтобы заработать на волне популярности. Зачастую подделки были опасны в эксплуатации: это портило имидж производителей. Они выиграли тысячи судебных разбирательств.
5. Российская академия наук предложила Уатту, при условии переезда, занятие, «сообразное с его вкусом и познаниями» и приличным ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов. Узнав об этом, поэт Эразм Дарвин умолял изобретателя не ездить: «Я надеюсь, что Ваша огненная машина оставит Вас здесь». В Россию Уатт так и не поехал.
6. Изначально, для того, чтобы продвинуть на рынке свою паровую машину, Уатту понадобилось наглядно представить ее преимущества. Изобретатель рассчитал, какой груз, в среднем, в минуту поднимает обычная лошадь, приводя в действие водяной насос. Эту единицу мощности он обозначил как «лошадиную силу». Таким образом, Уатт наглядно показал, во сколько раз паровая машина эффективнее лошади.
7. В 1882 году Британская ассоциация инженеров решила, впервые в истории техники, присвоить имя собственное единице измерения и, таким образом, увековечить Джеймса Уатта. С тех пор мощность в Международной системе единиц измеряется в ваттах.
Движимые паром. История паровых машин / Аналитика
Поставить пар на службу человечеству люди смогли лишь в самом конце XVII века. Но еще в начале нашей эры древнегреческий математик и механик Герон Александрийский наглядно показал, что с паром можно и нужно дружить. Наглядным подтверждением тому стал Героновский эолипил, фактически, первая паровая турбина — шар, который вращался силой струй водяного пара.Эолипил Герона.
К великому сожалению, многие удивительные изобретения древних греков на долгие столетия были прочно забыты. Лишь к XVII столетию относится описание чего-то, похожего на паровую машину. Француз Соломон де Ко (Salomon de Caus), бывший одно время строителем и инженером у Фридриха V Пфальцского, в своем сочинении от 1615 года описал полый железный шар с двумя трубками: принимающей и выводящей жидкость. Если наполнить шар водой и подогреть, то по второй трубке вода начнет подниматься наверх, повинуясь воздействию паров. В 1663 году уже англичанин Эдвард Сомерсет (Edward Somerset), маркиз Уорчестерский, написал брошюру, в которой рассказал о машине, могущей поднимать воду наверх. Тогда же Сомерсет получил патент («привилегию») на описанную машину. Как видим, все мысли изобретателей Нового времени вращались вокруг выкачивания воды из шахт и копей, что, надо отметить, проистекало из насущной задачи. Поэтому неудивительно, что следующие три изобретателя, о которых пойдет речь ниже, также были в первую очередь озабочены созданием паровой машины для откачки воды. Ближе к самому завершению XVII века два человека в Европе результативнее других работали над укрощением пара — Дени Папен (Denis Papin) и Томас Сэйвери (Thomas Savery).«Огненная» машина Сэйвери.
Англичанин Сэйвери 2 июля 1698 года получил патент на машину для откачки воды из шахт. В патенте говорилось: «Жалуется привилегия Томасу Сэйвери за проведенное им одним испытания нового изобретения для подъема воды, вращения любых видов мельниц путем сил огня, что будет очень важно для осушения шахт, снабжения городов водой и вращения всех видов мельниц». Опытный образец под названием «Огненный мотор» (Fire engine) в 1699 году был выставлен напоказ в Королевском Научном обществе в Лондоне. Машина Сэйвери функционировала таким образом: герметичный резервуар наполнялся паром, а после внешнюю поверхность резервуара охлаждали холодной водой, из-за чего пар конденсировался, создавая в резервуаре частичный вакуум. Затем вода со дна со дна шахты через заборную трубу засасывалась в резервуар и, после впуска новой порции пара, выталкивалась наружу через выпускную трубу. Стоит отметить, что изобретение Сэйвери походило на машину Сомерсета, и многие полагают, что Сэйвери напрямую отталкивался от последней. К сожалению, у «огненной» машины Сэйвери нашлись недостатки. Самый главный из них — невозможность поднимать воду с глубины более 15 метров, хотя в то время уже существовали шахты, чья глубина превышала 100 метров. Кроме того, машина потребляла очень много топлива, что не было оправдано даже близостью большого количества угля на шахте. Француз Дени Папен, медик по образованию, в 1675 году переехал в Лондон. Папен сделал несколько открытий, которые навечно вписали его имя в историю. Для начала Папен изобретает скороварку — «Папенов котел». Бывший медик смог установить зависимость между давлением и температурой кипения воды. Герметичный котел с предохранительным клапаном благодаря повышенному давлению внутри доводил воду до кипения гораздо позже, поэтому температура обработки продуктов повышалась и последние готовились в разы быстрее. В 1674 году Папен создал пороховой двигатель: в цилиндре воспламенялся порох, отчего поршень внутри цилиндра перемещался. Одна «партия» газов выпускалась из цилиндра через специальный клапан, а другая — охлаждалась. В цилиндре образовывался вакуум (пусть и слабенький), и атмосферное давление опускало поршень вниз.Поршневая паровая машина Папена.
В 1698 году Папен изобретает паровую машину с применением воды, которая нагревалась внутри вертикального цилиндра — образовавшийся пар двигал поршень вверх. Затем цилиндр охлаждали водой, пар конденсировался и возникал вакуум. Все то же атмосферное давление заставляло поршень опускаться. Несмотря на прогрессивность своей машины (наличие поршня), Папен не смог извлечь из нее каких-либо значимых дивидендов, поскольку Сэйвери запатентовал паровой насос, а других способов применения для паровых машин на тот момент не наблюдалось (хотя в патенте Сэйвери и указывалась возможность «вращения мельниц»). В 1714 году, в столице Британской империи, Папен скончался в нужде и одиночестве. Гораздо более удачливым оказался другой англичанин — Томас Ньюкомен (Thomas Newcomen), родившийся в 1663 году. Ньюкомен внимательно ознакомился с работами и Сэйвери, и Папена, отчего смог понять слабые места прежних машин, одновременно взяв от них самое лучшее. В 1712 году вместе со стекольщиком и водопроводчиком Джоном Калли (John Calley) он строит свою первую паровую машину. В ней использовался вертикальный цилиндр с поршнем, как у машины Папена. Однако пар образовывался в отдельном паровом котле, что было схоже с принципом действия «огненной» машины Сэйвери. Герметичность внутри парового цилиндра была повышена за счет кожи, которая закреплялась вокруг поршня.Паровая машина Ньюкомена.
Машина Ньюкомена тоже являлась пароатмосферной, т.е. подъем воды из шахты осуществлялся при воздействии атмосферного давления. Она была довольно громоздкой и «поедала» много угля. Тем не менее, практической пользы машина Ньюкомена приносила несравненно больше, отчего ее почти полстолетия применяли в шахтах. В Англии, например, она позволила вновь открыть заброшенные шахты, которые затопило грунтовыми водами. И еще один яркий пример эффективности машины Ньюкомена — в 1722 году в Кронштадте в сухом доке воду из корабля откачали в течение двух недель, в то время как с устаревшей системой откачки с помощью ветряных мельниц на это ушел бы год. Несмотря на все это, Томас Ньюкомен не получил патент на свою паровую машину из-за патента Сэйвери. Возможность применения паровой машины Ньюкомена с целью приведения в движение транспортного средства конструкторами рассматривалась, в частности, для привода гребного колеса на судне. Однако попытки успехом не увенчались. Изобрести компактную, но мощную паровую машину довелось Джеймсу Уатту (James Watt). В 1763 году Уатту, механику университета Глазго, дали задание починить паровую машину Ньюкомена. В процессе ремонта Уатт приходит к следующей идее — цилиндр паровой машины нужно держать постоянно нагретым, что резко сократит расход топлива. Оставалось лишь понять, как в таком случае конденсировать пар.Модель паровой машины Уатта.
Осенило Уатта, когда он совершал вечерний моцион возле прачечных. При виде облаков пара, стремящихся выбраться из-под крышек котлов, изобретатель вдруг осознал, что пар является газом, и он должен перемещаться в цилиндр с пониженным давлением. Уатт решительно берется за дело. Он применяет водяной насос и металлические трубки, из которых насос станет откачивать воду и пар, создавая в последних пониженное давление, а оно, из трубок, начнет передаваться в рабочий цилиндр паровой машины. Для рабочего хода Уатт применяет давление пара, отказываясь тем самым от атмосферного давления, что стало большим шагом вперед. Для этой цели, чтобы пар не проходил между цилиндром и поршнем, пеньковой веревкой, пропитанной маслом, обматывали поршень вдоль специальных бороздок. Такой способ позволял добиться достаточно высокой герметичности внутри парового цилиндра. В 1769 году Уатт получил патент на «создание парового двигателя, в котором температура двигателя всегда будет равна температуре пара, несмотря на то, что пар будет охлаждаться до температуры ниже ста градусов». В 1772 году Джеймс Уатт свел знакомство с промышленником Мэтью Болтоном (Mathew Bolton). Этот богатый господин выкупил и возвратил Уатту все его патенты, которые незадачливый изобретатель вынужден был заложить за долги. При поддержке Болтона работа Уатта ускорилась. Уже в 1773-м Уатт испытывает свою паровую машину; она выполняла все ту же функцию парового насоса, но угля требовала гораздо меньше. Видя очевидные преимущества машины Уатта, Болтон открывает совместную с изобретателем компанию по производству паровых машин, и в 1774 году в Англии начинается их выпуск. Реализация паровых машин шла настолько хорошо, что Болтон захотел построить новый прокатный цех, для чего попросил Уатта создать специальную паровую машину — для привода прокатных станков. Уатт блестяще справился с задачей, и в 1781 году запатентовал паровую машину «для осуществления движения вокруг оси с целью приведения в действие других машин». Таким образом, на свет появилась первая паровая машина не для поднятия воды со дна шахт, а для приведения в движение машин. Новая машина Уатта обладала рядом усовершенствований. Например, регулятором для равномерного вращения главного вала паровой машины, а также планетарным механизмом для создания кругового движения. Последний Уатт изобретает потому, что применить кривошипно-шатунный механизм ему не позволяет действующий патент. Но в 1784 году Уатту все же удалось добиться разрешения на использование в паровой машине кривошипно-шатунного механизма. Таким образом, созданная Уаттом первая в мире универсальная паровая машина стала приводить в движение промышленные станки, возвещая о приходе эры паровых машин. Очень скоро пар станет двигать пароходы и поезда, благодаря чему жизнь человека в корне изменится. Огромные заслуги Джеймса Уатта не прошли незамеченными для потомков — в 1819 году приказом английского парламента в Вестминстерском аббатстве великому изобретателю поставили мраморный памятник.Первый пароход.
Считается, что первый пароход построил американец Роберт Фултон (Robert Fulton) в 1807 году — его корабль с гребным колесом назывался «Клермонт». Поначалу Фултон пытался с помощью пара приводить в движение весла, но затем обратился к более удачной идее колеса. Первое плавание на «Клермонте» Фултон совершил один, поскольку жители окрестностей наотрез отказались сесть в «дьявольски» дымящую посудину. Зато на обратном пути к Фултону все-таки подсел один смелый человек, за что и получил от изобретателя право на пожизненный бесплатный проезд на «Клермонте». Затем рейсы судна Фултона стали обыденностью — «Клермонт» перевозил людей по реке Гудзон от Нью-Йорка до Олбани, развивая скоростью около 5 узлов (9 км/ч). Первый винтовой пароход построил в 1838 году англичанин Френсис Смит (Francis Smith). Использование гребных винтов вместо гребных колес позволило значительно улучшить ходовые качества пароходов. На пароходах постепенно исчезают вспомогательные паруса (вспомним, что в 1819 году американский пароход «Саванна» пересек Атлантический океан по большей части с помощью парусов), а к началу ХХ века в историю уходят и сами парусные корабли.Первый паровоз.
Первый паровоз построил британец Ричард Тревитик (Richard Trevithick). Это была повозка с паровым двигателем, двигающаяся по рельсам со скоростью 7 км/ч и перевозившая состав весом 7 тонн. В 1804 году для испытания паровоза Тревитика в Лондоне построили небольшую рельсовую дорогу. В наше время и пароходы, и паровозы уже давно стали исторической диковинкой, которую, правда, можно встретить в самых разных странах. Так, в Норвегии на озере Мьёс до сих пор функционирует самый старый колесный пароход в мире — «Скибладнер», построенный еще в 1856 году. В свою очередь, паровозы активно эксплуатируются в странах третьего мира, а это значит, что пар по-прежнему верой и правдой служит человечеству.«Паровая телега» Кюньо.
Отдельная веха в истории пара — паровые автомобили. Первую действовавшую паровую автомашину («паровую телегу») построил француз Никола-Жозеф Кюньо (Cugot) в 1769 году. Это была очень тяжелая, весившая более тонны повозка, с управлением которой едва могли справиться два человека. Эстетически машина выглядела не слишком красиво — котел, словно горшок на ухвате, размещался впереди транспорта. «Телега» Кюньо развивала скорость около 2-4 км/ч и могла перевозить до 3 тонн груза. Эксплуатировать ее было сложно — для поддержки давления пара, которое быстро падало, приходилось каждые четверть часа останавливаться и зажигать топку. В конце концов, в очередной испытательной поездке Кюньо и кочегар (между прочим, кочегар по-французски звучит как «шоффер», откуда и произошло затем слово «шофер») потерпели аварию на крутом повороте, отчего котел взорвался, наведя шуму на весь Париж. Кюньо построил новую «телегу», но в массы она не пошла. В 1794 году ее сдали в музей. Значительный вклад в развитие паровых автомашин внес еще один француз — Леон Эммануэль Серполле (Leon Serpollet). В 1875 году он создал небольшую, но мощную автомашину на пару. Леон решил, что воде лучше нагреваться не в котле, а в разогретых трубках, где она превращается в пар очень быстро. Первой работающей машиной Серполле стал двухместный трехколесный экипаж из дерева. Поначалу полиция запрещала французу ездить даже по ночам, но в 1888 году все же сдалась и выдала официальную бумагу с разрешением на поездки. На этом Серполле не остановился. Вместо угля он начинает использовать жидкое топливо, которое подавалось на две горелки. В 1900 году он открывает фирму совместно с американцем Фрэнком Гарднером (Frank Gardner) — Gardner- Serpollet.Гоночный паровой автомобиль Серполле.
В 1902 году Серполле создал гоночный паровой автомобиль и установил на нем в Ницце мировой рекорд скорости на суше — 120,77 км/ч. Неудивительно, что на тот момент паровые автомобили вполне удачно конкурировали с бензиновыми и электрическими собратьями. Особенно процветали первые в США, где, например, в 1900 году выпустили 1690 паровых, 1585 электрических и всего 936 бензиновых автомобилей. Паровые авто использовались в США вплоть до 30-х годов ХХ века. В первой половине XIX века также строились паровые тракторы, в частности, с гусеничным ходом. Однако коэффициент полезного действия паровых двигателей равнялся лишь 5%. По этой причине в начале ХХ века паровые двигатели на автомашинах были заменены двигателями внутреннего сгорания. С их помощью автомобили стали более экономичными, легкими и скоростными. Нельзя не упомянуть и о других, менее удачных применениях пара в конце ХIХ — начале ХХ веков. Широкое распространение пароходов, паровозов и паровых автомашин подтолкнуло изобретателей к мысли, что пар можно использовать в авиации и в армии.Паровой аэроплан Хенсона.
Увы, пар в этих областях пригодится не смог. Хотя уже к середине ХIХ века насчитывалось несколько попыток создания аэропланов с паровым двигателем. Англичанин Уильям Хенсон (William Henson) построил аппарат «Эриел Стим Кэрридж», обладавший паровым двигателем мощностью 25-30 л.с., который приводил в действие воздушные винты диаметром 3,05 м. Чтобы уменьшить вес машины, обычный котел был заменен системой сосудов конической формы с использованием воздушного конденсатора. В 1844-1847 годах Хенсон безуспешно испытывал свои аэропланы. Все они закончились неудачно. Но уже в 1848 году Джон Стрингфеллоу (John Stringfellow) все-таки построил аэроплан, который оторвался от земли, хотя и не надолго. Апофеозом «паромании» в авиастроении стал аэроплан Хайрема Стивенса Максима (Hayrem Stivens Maxim), который обладал паровой машиной мощностью в 360 л.с., а размерами мог сравниться с двухэтажным домом. Неудивительно, что аэроплан Максима рухнул в одночасье, как и все мечты человека покорить воздух с помощью пара. Хотя, отметим, что в 1896 году американец Сэмюэл Пирпонт Ленгли (Samuel Pierpont Langley) все-таки построил аэроплан с паровым двигателем, который без пилота пролетел примерно километр, пока не израсходовал топливо. Свое творение Ленгли назвал «аэродромом» (в переводе с древнегреческого — «бегущий в воздухе»). Однако к началу ХХ века всем было понятно, что громоздкие паровые двигатели не годятся для воздухоплавания, тем более, что к этому времени на аэропланах отлично себя зарекомендовали бензиновые двигатели — 17 декабря 1903 года в небе появился знаменитый самолет братьев Райт, снабженный бензиновым двигателем. Не лучше обстояли дела с паром в армии. А ведь еще сам Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci) описал пушку, выстреливающую снарядами силой только огня и воды. Великий флорентиец предположил, что длинный медный ствол с ядром, положенный в печь одним концом, сможет выбросить снаряд, если в отсек за ядром впрыснуть немного воды, когда труба сильно разогреется. Леонардо полагал, что вода при такой высокой температуре испарится очень быстро и, став аналогом пороха, вытолкнет ядро на огромной скорости. Стоит отметить, что идея паровой пушки приписывается Архимеду. В рукописях древних упоминается о том, что во время осады Сиракуз в 212 году до нашей эры римские корабли обстреляли из пушек. Но ведь пороха тогда в Европе не было! И Леонардо да Винчи предположил наличие у Архимеда, чьи устройства обороняли Сиракузы, паровых пушек.Паровая пушка (реконструкция).
Проверить эту идею да Винчи решил греческий инженер Иоанис Саккас (Ionis Sakkas). Он построил деревянную пушку, к тыльной части которой закреплялся котел, нагреваемый до 400°С. Как и предлагал Леонардо да Винчи, в специальный клапан подавалась вода, которая, испаряясь мгновенно, врывалась паром в дуло, отчего бетонное ядро в опытах Саккаса улетало на расстояние 30-40 м. Проверить «быль» о пушках Архимеда брались также студенты университета MIT и участники телесериала «Разрушители легенд», правда, без успеха, подобного достижению Саккаса. В XIX веке к пару вновь вернулись, но создать реально боеспособное оружие (пушку либо пулемет) не удалось. В 1826-1829 годах российский инженер-полковник корпуса путей сообщения А. Карелин изготовил медную 7-линейную (17,5 мм) опытную паровую пушку. Стрельба велась шаровыми пулями при помощи водяного пара, скорострельность достигала 50 выстрелов в минуту. Но испытания, проведенные в 1829-м, не впечатлили «приемную комиссию», которая сочла пушку излишне сложной для использования в полевых условиях.Модель паровой пушки Карелина.
В завершение данной статьи нельзя не упомянуть о стимпанке (англ. «steampunk», от «steam» — «пар» и «punk» — «протест»). Это направление научной фантастики описывает эпоху пара времен Викторианской Англии (вторая половина XIX века) и раннего капитализма (начало ХХ века). Соответственно описываются городские пейзажи, персонажи, общественные настроения и т.д. Сам термин появился в 1987 году. Популярность жанр стимпанк приобрел после появления романа «Разностная машина» Уильяма Гибсона и Брюса Стерлинга (1990). Предтечами стимпанка можно назвать Жюля Верна и Григория Адамова. В последние годы появилось много кинофильмов в стиле стимпанк, самые известные из них — «Дикий, Дикий Запад» (1999), «Машина времени» (2002), «Лига выдающихся джентльменов» (2003) и «Ван Хельсинг» (2004). К стимпанку хронологически примыкает дизельпанк — жанр, описывающий технологический мир 20-50-х годов XX века, весьма близкий, надо отметить, к техномиру начала ХХ века.Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Блог Кречетникова. Паровая машина и КПД общества
- <a href=http://www.bbc.co.uk/russian/topics/blog_krechetnikov><b>Артем Кречетников</b></a>
- Би-би-си, Москва
Автор фото, RIA Novosti
Подпись к фото,Макет машины Ползунова в музее в Барнауле
250 лет назад механик Барнаульского медеплавильного завода Иван Ползунов после пяти лет работы закончил сборку первой в мире паровой машины современного типа мощностью 32 лошадиные силы.
Идею использования энергии пара выдвинул еще в I веке Гиерон Александрийский. Первую действующую модель построил профессор математики Марбургского университета француз Дени Папен в 1690 году. В 1705-м он установил ее на баркас, став таким образом и создателем первого парохода,
В начале XVIII века паровые машины для откачки воды из шахт конструировали британцы Ньюкомен, Коули и Севери. Не вдаваясь в технические детали, их агрегаты были несовершенны, имели низкий кпд и ограниченную сферу применения.
Ползунов, человек образованный и общавшийся с петербургскими академиками, знал о наработках предшественников и паровую машину не придумал, а усовершенствовал.
Макет и чертежи были отправлены Екатерине II, которая наградила изобретателя 400 рублями и произвела в инженерные капитан-поручики.
Эй, дубинушка, ухнем!
Через два месяца Ползунов скончался от туберкулеза. Машина проработала еще три месяца, нагнетая воздух в плавильные печи, а затем сломалась.
Как установили впоследствии, причина была самой тривиальной: воду для котла брали без очистки из заводского пруда, и трубки забились илом. Разбираться в отсутствие энтузиаста никто не захотел.
Новая техника пришла в Россию спустя несколько десятилетий, и, «как положено», из Европы.
О Ползунове вспомнили только во второй половине 1940-х годов, когда Сталин велел доказать, что Россия — родина всего на свете.
В 1781 году патент на универсальную паровую машину непрерывного действия получил шотландец Джеймс Уатт. К 1800 году в Англии работала 321 паровая машина. Изобретение Уатта изменило мир, произведя Промышленную революцию, а имя ее создателя сразу же сделалось известно всем.
Подобное повторялось систематически. Многие россияне испытывали своеобразную гордость: да уж, мы такие, блоху подкуем, а печься о презренной пользе — не по-нашему. «Англичанин-мудрец, чтоб работе помочь, изобрел за машиной машину, а наш русский мужик, коль работа невмочь, он затянет родную «Дубину»!
«Умы такие ж»
Когда в апреле 1755 года при Московском университете открывали гимназию, ее первый директор, ученик Ломоносова Николай Поповский, держал перед учениками такую речь: «Если будет ваша охота и прилежание, то скоро вы сможете показать, что и вам от природы даны умы такие ж, какие и тем, которыми целые народы хвалятся; уверьте свет, что Россия больше за поздним начатием учения, нежели за бессилием, в число просвещенных народов войти не успела».
Природные умы у россиян действительно «такие ж», как у самых успешных наций, что доказал, в частности, Иван Ползунов. И сегодня десятки тысяч соотечественников по всему миру занимаются наукой и высокими технологиями и даже получают Нобелевские премии.
А вот вторая фраза Поповского вызывает сомнения. Если все дело в опоздании, давно должны были бы наверстать.
Пушкин в 1823 году свидетельствовал, что Россия экспортирует «по балтическим волнам» только лес и сало, а все сколько-нибудь сложное ввозит из «Лондона щепетильного». Прошло почти 200 лет, и мы снова слышим бессильные призывы «слезть с сырьевой иглы» и начать, наконец, делать что-то путное головой и руками.
Люди и институты
Егор Гайдар в книге «Долгое время» сформулировал понятие институциональной ловушки.
Великая неолитическая революция, начавшаяся после таяния ледника примерно 10 тысяч лет назад, создала практически все, что мы называем цивилизацией: сельское хозяйство, оседлый образ жизни, деньги, города, государство, письменность, выплавку металлов, колесо и парус.
Автор фото, Bank of England
Подпись к фото,В Британии изобретателей и промышленников изображают на денежных купюрах. Джеймс Уатт (справа) и его многолетний партнер, первый производитель паровых машин бирмингемский фабрикант Мэтью Болтон
А примерно в эпоху строительства египетских пирамид технологический прогресс вдруг замер на четыре тысячи лет. Шумели на исторической авансцене сильные личности, возникали и рушились империи, создавались религии и философии, но производились те же продукты, примерно теми же способами и в тех же количествах. Среднедушевой ВВП в Древнем Риме, Китае династии Тан и Европе эпохи крестовых походов был примерно одинаков.
Не зря такую популярность завоевало мнение, что история — хождение по замкнутому кругу, все уже было, и все повторится.
Гайдар предложил объяснение: переход к земледелию многократно увеличил богатство, зато на смену обществу охотников, где каждый мужчина был воином, пришло разделение на бесправное крестьянство и вооруженную элиту, глядевшую на народ как на скот, который и существовать-то должен лишь затем, чтобы приносить доход хозяевам.
Низшие классы не были заинтересованы в инновациях и повышении производительности труда, потому что все отберут. Высшие — потому что и в отсталом обществе свое возьмут, а любые перемены чреваты дестабилизацией и потерей власти.
Созидательное разрушение
Другой знаменитый экономист, австриец Йозеф Шумпетер, ввел термин «созидательное разрушение».
Новое всегда вытесняет и уничтожает старое, в результате кто-то приобретает, а кто-то и наоборот.
С одной стороны, консервативная масса, уверенная, что если кто и выиграет от любых нововведений, то уж точно не они. С другой самовластные правители, больше всего заинтересованные в стабильности и неизменности существующего порядка.
А противостояла им во все времена горстка людей то ли с искрой Божьей, то ли с шилом в заднице, не скрывающая желания нажиться на своих инновациях.
Английские луддиты ломали машины. Жители средневекового королевства Такали на территории современного Южного Судана отказывались от письменности, чтобы труднее было собирать с них налоги.
Китайские богдыханы династии Мин запрещали мореплавание, чтобы купцы не богатели и не начинали слишком много о себе понимать. Австрийский император Франц I запрещал строить фабрики, чтобы не рос пролетариат.
Николай I открыл единственную железную дорогу Москва-Петербург, а дальнейшего строительства не приветствовал, дабы, по словам его министра финансов Егора Канкрина, не побуждать народ к ненужным перемещениям с места на место.
Александр II пересмотрел эту политику, поскольку после Крымской войны сделалось ясно, что слабость транспортной инфраструктуры ослабляет военную мощь. Вот такой аргумент самодержавной власти всегда понятен и близок!
Инклюзив и экстракция
Профессор Чикагского университета Джеймс Робинсон видит главную причину богатства и бедности народов в «инклюзивных» и «экстрактивных» социальных и политических институтах. Первые вовлекают максимально широкий круг людей в инновации и предпринимательство, создавая возможности и стимулы, вторые демотивируют и связывают руки.
Запад не родился свободным и прогрессивным.
Упомянутый Дени Папен захотел проплыть на своем пароходике по реке Фульда. Курфюрст Кассельский не одобрил, несмотря на ходатайство великого Лейбница. А когда изобретатель все-таки предпринял попытку, члены гильдии лодочников города Менден при попустительстве властей разломали судно вместе с паровым двигателем.
В 1589 году англичанин Уильям Ли изобрел станок для вязания шерстяных чулок и шапок. Королева Елизавета I отказала ему в патенте, заявив: «Вы замахиваетесь слишком высоко. Подумайте, что это может означать для моих бедных подданных. Это наверняка лишит их работы и сделает нищими».
Зато Елизавета и ее преемник Яков I без счета раздавали торговые монополии лордам, опоре и слугам престола, так что один член палаты общин в 1601 году саркастически спросил: «На хлеб монополии еще нет?».
А потом Британия и Россия, словно специально для сравнения, практически одновременно занялись модернизацией. Только подошли к ней по-разному.
Автор фото, RIA Novosti
Подпись к фото,Талантом Ползунов, вероятно, не уступал Уатту, но не благоприятствовали социальные условия
Англичане в 1688 году свергли авторитарного Якова II, пригласили на трон Вильгельма Оранского, предварительно зачитав ему публично Билль о правах, и прочно встали на путь плюрализма, свободной конкуренции, равенства всех перед законом и служебной роли государства. Чем дальше, тем больше расширялись возможности промышлять к своей выгоде по собственному разумению при гарантии, что нажитое не отнимут.
В России год спустя пришел к власти Петр I.
Посетив через девять лет Англию, он заявил неизменному спутнику Алексашке, что тамошние порядки ему не нравятся: «Зело парламентом король их стеснен».
В отличие от большинства самодержцев Запада и Востока, Петр был прогрессистом, каких поискать. Но во всем делал ставку на принуждение.
Построил за казенный счет суконные фабрики (выражаясь по-современному, осуществил государственные инвестиции в инфраструктуру) и повелел «отдать их торговым людям, а буде не похотят, хотя бы и неволею».
Рабский труд бывал не только в России, но крепостных фабрикантов история не знала.
По словам того же Меншикова, Петр «прожил век, словно в батраках у Отечества». Каждый день без выходных сочинял в среднем по два указа о том, как правильно класть печи, смолить лодки, жать рожь и хоронить покойников.
Приехав в Холмогоры, возмутился: поморы строят «пузатые» корабли. Неправильно! Не как в Голландии!
Кочи действительно проигрывали в скорости, но ходить в Америку и Индию от них не требовалось. Зато, вмерзая в лед, не трескались, а выталкивались.
Россия потеряла уникальное ноу-хау, которое через 200 лет восстановил по старым рисункам норвежец Фритьоф Нансен.
Точно так же Сталин по непонятному капризу загубил кибернетику и генетику.
В Британии уже во времена Петра король не мог самодурствовать, а любому решению парламента предшествовала обстоятельная дискуссия с учетом всех интересов и доводов.
«Несмотря на разнообразное и жесткое сопротивление, я добился от парламента закрепления за мной права на «огненную машину» на 25 лет, что, я надеюсь, сулит мне большие выгоды, ведь значительный спрос на нее уже есть», — писал отцу Джеймс Уатт.
Письмо демонстрирует два обстоятельства.
Во-первых, возможность заработать на инновации, в отличие от России с дешевым трудом крепостных.
Во-вторых, парламент, очевидно, ставил интересы предпринимателей и изобретателей во главу угла.
Иван Ползунов первым делом ударил челом императрице. Точь в точь как современные россияне, по любому поводу обращающиеся лично к Путину.
Екатерине понравилась механическая игрушка, но в дальнейшем интереса к внедрению паровых машин она не проявила. А могла бы, будучи не в настроении, вообще сказать, что это ерунда, и кто бы возразил?
Инклюзивные институты — это когда у власти мало возможности заставить людей делать, что ей хочется, и запретить то, что им выгодно. Или создавать привилегированные условия любимчикам и разорять неугодных.
Прогресс в неволе не размножается, чем бы ее ни оправдывали: стабильностью, управляемостью, справедливостью.
«Поймали птичку голосисту, и ну сжимать ее рукой. Пищит бедняжка вместо свисту, а ей твердят: пой, птичка, пой!».
Первая паровая машина. Джеймс Уатт
5 января 1769 года Джеймс Уатт получил патент на свою первую паровую машину.
Изобретение паровой машины стало поворотным моментом промышленной и всеобщей истории человечества. На рубеже XVII-XVIII веков появились предпосылки к замене маломощных и неэффективных живых «двигателей», ветряных мельниц и водяных колес на механизмы совершенно нового типа — паровые машины. Именно паровые двигатели сделали возможным свершение промышленной революции и достижение современного уровня развития техники.
Считается, что первую паровую машину изобрел шотландский механик Джеймс Уатт — ведь не зря же его именем названа международная единица мощности Ватт! Так и хочется сказать: «Виват, вам, Джеймс Уатт, виват!»
Паровая машина в начале предназначалась для использования в заводском производстве, но позднее паровой двигатель стали устанавливать на самодвижущихся машинах — паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах. Большая роль в его усовершенствовании принадлежит шотландскому инженеру, изобретателю-механику Джеймсу Уатту.
Как оказывается изобретательство и механика в семье Уатт –дело семейное. Его отец также был механиком, строивший и починявший разнообразные инструменты и машины от музыкальных (органы) до кранов, служивших для подымания тяжестей. Уатт с детства был окружен инструментами, любил в них всматриваться, делал для себя игрушки, а потом различные модели. Родители его, принимая во внимание слабое здоровье маленького Джеймса, не принуждали его учиться и предоставляли ему много свободы в выборе занятий. Уатт в начальном училище не отличался успехами, но в гимназии шел лучше, хотя болезненный организм и там препятствовал непрерывности его занятий. Во всяком случае, математические занятия в школе и примеры отца не остались без влияния на развитие в юном Уатте склонности к механике. Вообще же он любил очень многое и, между прочим — занятие естественными науками и медициной, так что сам в юные годы не мог определить, в чем состояло его истинное призвание. Уатт нередко бывал в Глазго у дяди, университетского профессора, и там свел знакомство со многими учеными и образованными людьми. Он никогда не проходил никаких специальных курсов, но много читал, размышлял и сам образовал себя и сделался многосторонне знающим человеком.
Джеймс Уатт был ключевой фигурой в Промышленной революции. На самом деле Джеймс Уатт не был первым человеком, который изобрел паровую машину. Подобное устройство было описано Героном Александрийским в первом веке. В 1698 году Томас Сейвери запатентовал паровую машину, которую использовали для откачки воды, и в 1712 году англичанин Томас Ньюкомен запатентовал ее улучшенную версию. Однако машина Ньюкомена обладала такой низкой производительностью, что ее использовали только для откачки воды из угольных шахт.
Паровая машина, сделанная по проекту Джеймса УаттаУатт заинтересовался паровой машиной в 1764 году, когда он ремонтировал модель машины, изобретенной Ньюкоменом. Хотя Уатт только год учился на инструментальщика, он обладал большими изобретательскими способностями. Он сделал такие значительные усовершенствования в изобретении Ньюкомена, что правильней было бы считать Уатта изобретателем первой паровой машиной с практическим применением.
Первым таким значительным усовершенствованием, которое Уатт запатентовал 5 января 1769 году, была изолированная камера для конденсации. Он также изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году он изобрел машину двойного действия. Вместе с другими, более мелкими усовершенствованиями это изобретение позволило увеличить производительность паровой машины в четыре или более раз. Практически в увеличении производительности и заключалось различие между уже существовавшей умной, но не очень полезной машиной и техническим устройством с огромным промышленным потенциалом.
Уатт также создал в 1781 году целый ряд приспособлений, преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное. Это устройство намного увеличило количество пользователей паровой машины. В дополнение к другим различным усовершенствованиям Уатт, в 1788 году, изобрел центробежный регулятор, при помощи которого осуществлялся автоматический контроль за скоростью машины, через два года изобрел манометр, счетчик, указатель уровня, дроссельный клапан.
Сам Уатт не обладал хорошей деловой жилкой. Однако в 1775 году он вступил в деловое сотрудничество с Мэтью Баултоном, инженером и очень хорошим бизнесменом. На протяжении двадцати пяти лет фирма Уатта и Баултона произвела большое количество паровых машин, и оба партнера стали очень состоятельными людьми.
Трудно переоценить значение паровой машины. В действительности было много других изобретений, которые сыграли роль в развитии Промышленной революции. Были изобретения в добывающей промышленности, металлургии, во многих областях, связанных с механизацией промышленного производства. Некоторые изобретения, такие как самолетный челнок (Джон Кей, 1733), прядильная машина «Дженни» (Джеймс Харгривс, 1764), даже предшествовали работе Уатта.
Большинство же других изобретений представляли собой весьма незначительные усовершенствования, и ни одно из них не оказало никакого влияния на Промышленную революцию. Совсем по-другому дело обстояло с паровой машиной, которая сыграла решающую роль и без которой Промышленная революция имела бы совершенно другой характер. Первоначально, несмотря на то, что некоторое распространение получили ветряные и водяные мельницы, главным источником энергии всегда были человеческие мускулы. Этот фактор резко ограничивал производительную мощность промышленности. С изобретением паровой машины ограничение было снято. Производство получило большое количество энергии, что вызвало его бурный рост.
Однако паровая машина явилась не только источником энергии для заводов, она нашла много других применений.
К 1783 году маркиз Жоффруа Д’Аббан с успехом использовал паровую машину для приведения в движение судов. В 1804 году Ричард Тревитик построил первый локомотив. Ни одна из этих ранних моделей не имела коммерческого успеха. Однако за несколько десятков лет пароходу и железной дороге предстояло коренным образом изменить всю систему наземного и водного транспорта.
Промышленная революция произошла в одну и ту же историческую эпоху с Американской и Французской революциями. Хотя это сразу не стало очевидным, сегодня мы можем понять, что Промышленной революции суждено было оказать значительно большее влияние на повседневную жизнь людей, чем любой из этих исторических политических революций.
И поэтому Джеймса Уатта можно с полным основанием считать одной из самых значимых личностей в истории!
Поделиться ссылкой:
От «Порхающей райской птички» до «Вечного двигателя»
Небывалый рост промышленности и частного предпринимательства, восстановление народного хозяйства после гражданской войны и переход к новой экономической политике государства в начале 1920-х годов – все это способствовало всплеску инженерно-технической мысли. В этот период появляется множество изобретений и усовершенствований в различных отраслях производства и добычи полезных ископаемых.
Паровую машину по праву называют двигателем прогресса. Придуманный англичанином Томасом Севери и впервые примененный для нужд производства Джеймсом Уаттом в 17 веке к концу 19 – началу 20 века паровой двигатель достиг своего совершенства. Паровые двигатели в первую очередь использовались в промышленности, например при производстве металлопроката.
В первые годы советской власти в Комитет по делам изобретений заявки на получение патентов подает известная немецкая фирма «Шмидтовское общество перегретого пара». В нескольких заявках, сохранившихся у нас в архиве, предлагаются различные усовершенствования парового двигателя, повышающие его коэффициент полезного действия.
По сравнению с основательными, профессионально выполненными чертежами немецкой фирмы, чертеж и описание «Повысителя использования тепла отработанного пара паровых машин» 1930 года киевлянина В. И. Волкова выглядит дилетантски. Мы не знаем, вносил ли проект Волкова техническую новизну в конструкцию устройства (экспертная комиссия не рассматривала заявление по причине неверно оформленной заявки), но известно, что уже в 1930-е годы паровой двигатель активно вытеснялся двигателем внутреннего сгорания.
Среди промышленных изобретений обращает на себя внимание изобретение русского инженера, архитектора, изобретателя и учёного Владимира Григорьевича Шухова. Сейчас имя Шухова широко известно в связи с гиперболоидными (сетчатыми) башнями: радиовышка на Шаболовке в Москве, шуховская башня в Липецкой области, построенные в конце 19 — начале 20 веков, сохранились они до сих пор. Инженерная мысль В.Г. Шухова не знала границ, его изобретения внедрены во многие сферы деятельности человека. Это военная и нефтеперерабатывающая промышленность, системы водоснабжения, создание парогенераторов, строительство легких архитектурных конструкции.
В 1896 году Шухов изобрел новый водотрубный паровой котел в горизонтальном и вертикальном исполнении. В 1900 году его паровые котлы были отмечены высокой наградой — на Всемирной выставке в Париже Шухов получил золотую медаль. По патентам Шухова до и после революции были произведены тысячи паровых котлов. В 1925 году, уже в советской России, В.Г. Шухов получает патент на изобретение водогрейного котла, который продлевает запатентованные права на это изобретение еще в 1910 году. На выставке представлена одна из моделей «водогрейного котла системы В.Г. Шухова». И по сей день водогрейные котлы, или парогенераторы широко применяются в тяжелой, деревообрабатывающей, фармацевтической и строительной промышленности как альтернативный источник энергии.
Среди заявок на патент на изобретение есть несколько заявок от Владимира Ефимовича Грум-Гржимайло, российского и советского изобретателя, инженера-металлурга, педагога, члена-корреспондента АН СССР. Все представленные изобретения касаются конструкций печей промышленного и бытового назначения. На витрине можно видеть устройство стеклоплавильной ванны – печи, работающей на нефтяном топливе, на которую В.Е, Грум-Гржимайло получил патент в 1924 году. (на витрине) И сегодня в промышленных условиях процесс стекловарения производится в ванных стекловаренных печах, обладающих максимальной производительностью. Нефтяное топливо для расплавления стеклянной масс – шихты — почти повсеместно заменено на газовое как более эффективное и экономичное.
В начале 20-х годов прошлого столетия бурный рост промышленности предполагал разведку и добычу полезных ископаемых. В комитет по делам изобретений посылалось множество заявок на патенты на изобретение различных способов разведки ископаемых.
Вот, например, радиометрический способ разведки залежей полезных ископаемых, предложенный в 1929 году профессором, крупным специалистом в области отечественной радиологии, геофизики и радиохимии, Леонидом Николаевичем Богоявленским. Его метод основан на выявлении и изучении естественной радиоактивности горных пород. На витрине представлен отзыв об изобретении Л. Н. Богоявленского эксперта И. Котляревского, в котором сказано, что изобретение «…является интересным в смысле практического его значения для широкого применения на практике». Сейчас подобный метод широко применяю при геофизической разведке залежей нефти, газа, руд, содержащих радиоактивные элементы.
Молодое российской государство остро нуждалось в накоплении запаса таких ценных металлов, как золото и платина. На витрине представлены два различных способа выделения из породы золота и других драгоценных металлов.
Первый способ, механический, с помощью улавливающего аппарата, предложил уральский техник Андрей Михайлович Черепухин. В основе его метода лежит захват и осаждение частиц золота специально направленным током воды. По заключению экспертов, прибор позволяет свести к минимуму (меньше 1%) потери ценных металлов в отработанной породе. На подобный прибор А.М. Черепухин получил «патент на привилегию» еще в 1910 году. Тогда в качестве эксперта выступил внук замечательного русского изобретателя Ивана Петровича Кулибина Кулибин Константин Александрович, горный инженер, специалист по золоту, изобретший свою золотопромывочную машину «кулибинку», которую с успехом применяли много лет.
Другой способ получения золота – электрохимический. Благовещенский техник-электрик Иван Андреевич Меркулов сконструировал прибор «Ауроуловитель». В основе действия прибора лежит способность мельчайших частиц золота, платины и других драгметаллов вступать в соединение с цианидами (производными цианистого калия и натрия) в водном растворе. При этом образуется вещество, оседающее на специальных фильтрах. Таким образом, прибор позволяет значительно уменьшить потери золота, уносимого водой при его промывке. Принцип, лежащий в основе прибора И. А. Меркулова, впервые применен в конце 19 века в Шотландии, а затем в Новой Зеландии, но широкое применение во всем мире он нашел только в 1970-х годах.
Идея безотходного производства легла в основу интересного предложения Дмитрия Смирнова, рабочего Ржевского термоизоляционного завода «Красная Звезда». Он предложил свою конструкцию швейной машины для сшивания обрезков шевелина (это грубая льняная ткань, применяемая в качестве термоизоляционного материала), образующихся в результате производства. Он так же разработал «пресс для производственных отбросов», производящих брикеты из шелухи подсолнухов, опилок и других сыпучих горючих материалов, которые в свою очередь буду сжигаться в заводских печах вместо дров.
История паровых машин
- Статья опубликована 19.05.2014 05:36
- Последняя правка произведена 19.05.2014 05:58
О истории развития парового двигателя, достаточно подробно описано в этой статье. Тут же — наиболее известные решения и изобретения времен 1672-1891 года.
Первые наработки.
Начнем с того, что еще в семнадцатом веке пар стали рассматривать как средство для привода, проводили с ним всяческие опыты, и лишь только в 1643 году Эванджелистом Торричелли было открыто силовое действие давления пара. Кристиан Гюйгенс через 47 лет спроектировал первую силовую машину, приводившуюся в действие взрывом пороха в цилиндре. Это был первый прототип двигателя внутреннего сгорания. На аналогичном принципе устроена водозаборная машина аббата Отфея. Вскоре Дени Папен решил заменить силу взрыва на менее мощную силу пара. В 1690 году им была построена первая паровая машина, известная также как паровой котел.
Она состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался – так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.
Автомобиль Куньо Реактивный автомобиль Ньютона Паровая машина Фербиста Превью — увеличение по клику.Позже два англичанина, Томас Ньюкомен и Коули – один кузнец, другой стекольщик, – усовершенствовали систему путем разделения кипятильного котла и цилиндра и добавления бака с холодной водой. Эта система функционировала с помощью клапанов или кранов – одного для пара и одного для воды, которые поочередно открывались и закрывались. Затем англичанин Бэйтон перестроил клапанное управление в подлинно тактовое.
Применение паровых машин на практике.
Машина Ньюкомена вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована, разработанной Джеймсом Уаттом в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уатт предложил свои изобретения и в промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик.
Первая паровая машина, используемая в качестве средства передвижения, был изобретена французом Николя Жозефом Куньо, инженером и военным стратегпм-любителем. В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.
Паровая Карета Гарни Карета Хилла Паровая карета Превью — увеличение по клику.Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своей моделью парового автомобиля. Однако еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который спустя четырнадцать лет изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началась работа над изобретением и усовершенствованием паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию будущих автомобилей.
В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Несмотря на большую скорость кпд паровой машины был очень маленький. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.
транспортное средство Болле-Марселя Машина Бордино Превью — увеличение по клику.Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.
Машина Хенкока Трехколесник Пекори Превью — увеличение по клику.Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года. На этом самом моменте и прекратилось производство и изобретение паровых машин
Как устроен паровой двигатель его преимущества и недостатки
Так сложилось, что даже люди с техническим образованием мало что знают об этом устройстве. Сегодня мы и восполним этот пробел, вспомним, как устроен паровой двигатель, его принцип действия. Его преимущества, недостатки и применении в современных условиях. И немного о истории изобретения.
Паровая машина кардинально изменила картину мира, произвела революцию в промышленности, на транспорте, дала импульс для новых открытий. Она служила универсальным двигателем на протяжении XIX века, и даже с появлением механизмов, требующих высоких скоростей, не канула в лету. Вместо тихоходной паровой машины ученые разработали быстроходную турбину с одним из самых высоких к.п.д.
История изобретения парового двигателя
Упоминание о первых паровых машинах датировано первым столетием нашей эры. Устройство, описано Героном Александрийским ‒ пар выходил из сопл, закреплённых на шаре, и приводил в движение двигатель.
Правда, настоящая паровая турбина появилась в Египте в 16 веке. Ее изобрел араб Таги-аль-Диноме.
Подобную машину построил 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка. То есть, как только в обществе наступило экономическое благополучие и возникла необходимость в данном механизме, его тот час же изобрели.
В конце 17 века были созданы ещё две модели: в Испании двигатель сконструировал Аянс де Бомонт, а в Англии Эдвард Сомерсет в 1663 году установил паровую установку для закачки воды в Большую башню замка Реглан. Но все проекты быстро сворачивались и забывались. Тогда, как впрочем, и сейчас все новое не воспринималось большинством, и деньги на разработку никто давать не решался.
Паровой котёл создал француз Дени Папен. Он же изобрёл и предохранительный клапан для стравливания избыточного давления. Дело в том, что высокое давление, создаваемое паром, приводило к частым взрывам.
Кстати, в то же время появилось и расхожее выражение: «выпустить пар», которое означало ‒ успокоить нервы, пошумев на окружающих, без сноса собственного котелка и без жертв среди мирного населения.
Но на этом история паровых двигателей не прервалась. Англичанин Томас Ньюкомен в 1712 году сделал шахтный насос для подачи воды на верх. Двигатель Ньюкомена стал пользоваться спросом, с его массового выпуска началась английская промышленная революция.
В России первую паровую машину в 1763 году спроектировал И.И.Ползунов. С ее помощью приводились в действие воздуходувные меха на заводах.
А француз Николас-Йозеф Куньо шесть лет спустя сконструировал первую паровую телегу. Она приводила в движение сельскохозяйственные механизмы.
А в 1788 году Джон Фитч построил пароход, который вмещал 30 человек, и шел со скоростью до 12 километров в час.
В 1804 году на металлургическом заводе в Южном Уэльсе был испытан первый железнодорожный паровой поезд, его построил Ричард Тревитик.
Как устроен паровой двигатель. Принцип действия
Для работы паровой машины потребуется паровой котёл. Поступающий из него пар, расширяется и воздействует на поршень или же на лопатки паротурбины, затем их движение передаётся на другие механические части устройства.
Как устроен паровой двигатель показано на иллюстрации
Движение поршня через шток, ползун, шатун и кривошип передаётся на главный вал, который несет маховик, необходимый для снижения неравномерности вращения.
Эксцентрик, находящийся на главном валу, через эксцентриковую тягу воздействует на золотник, который управляет впуском пара в цилиндре. Пар из цилиндра выбрасывается в атмосферу или направляется в конденсатор.
Чтобы поддерживать постоянное число оборотов вала, при изменении нагрузки, на паровых машинах устанавливают центробежный регулятор, он автоматически изменяет сечение прохода пара, направляемого в паровую машину (при дроссельном регулировании) или момент отсечки наполнения (при количественном регулировании).
Поршень создает в цилиндре парового двигателя одну (две) полости переменного объёма, в них и происходят процессы сжатия и расширения.
Преимущества и недостатки
Основное преимущество паровой машины, как двигателя внешнего сгорания, отделение котла от самой машины. Это дает возможность использовать что угодно в качестве топлива хоть хворост, хоть урановое топливо, что выгодно отличает ее от двигателя внутреннего сгорания ‒ там для каждого типа требуется определённый вид горючего.
Заметнее всего это преимущество в случае с ядерным реактором, который не может производить механическую энергию, а вырабатывает лишь тепло, которое используют для получения пара, вращающего паровые турбины.
В двигателях внешнего сгорания можно использовать и другие источники тепла, например, энергию солнца или энергию разности температур океана на разной глубине.
Интересный факт, паровой локомотив хорошо работает на больших высотах, при чем эффективность двигателя не падает, а, наоборот, растет благодаря низкому атмосферному давлению.
Паровозы и сегодня используют в горной местности Латинской Америки и Китая, при том, что в равнинных районах они давно заменены на более современные типы локомотивов.
Даже в Швейцарии и в Австрии в ходу усовершенствованные тепловозы, работающие на сухом паре. Их разработали на основе модели SLM производства 1930 года. В конструкцию внесли ряд изменений: использовали роликовые подшипники, современную теплоизоляцию, новые виды топлива, специальные паропроводы и ряд других новшеств.
Благодаря этому потребление топлива уменьшилось на 60 процентов, а вес стал ниже, чем у дизельных и электрических аналогов, что актуально для железных дорог, проходящих в горной местности.
Среди других положительных качеств парового двигателя:
- высокая надёжность;
- возможность эксплуатации при значительных колебаниях нагрузки;
- допустимость продолжительных перегрузок;
- долговечность;
- низкие расходы на эксплуатацию;
- простота в обслуживании.
К недостаткам можно отнести:
Применение в настоящее время
Сегодня паровые машины нашли широкое применение в виде паровых турбин, которые работают как приводы электрогенераторов.
Паровая турбина состоит из вращающихся дисков, которые закреплены на одной оси. Этот узел называется ротором. Также есть статор ‒ его неподвижные диски чередуются с дисками ротора. На дисках ротора размещены лопатки, при попадании на них пара, механизм приходит в движение.
Аналогичные лопатки, только расположенные под противоположным углом, есть и на дисках статора. Они служат для перенаправления струи пара на следующий диск ротора.
Турбина преобразует энергию пара во вращательное движение без каких-либо дополнительных механизмов. То есть преобразование возвратно-поступательного хода во вращательное движение делать не нужно.
Также у турбин меньшие размеры нежели у возвратно-поступательных машин, и они отличаются постоянным усилием на выходном валу. Ещё один плюс ‒ простая конструкция, а значит придётся меньше тратить средств на эксплуатацию.
Сфера использования паровых турбин ‒ производство электроэнергии. Более 85 процентов электрической энергии вырабатывают именно паровые турбины. Также их используют как судовые двигатели, в частности на подводных лодках и атомоходах.
Теперь вы знаете, как устроен паровой двигатель, что паровая машина, изобретённая ещё в первом столетии нашей эры, вовсе не анахронизм, а современное высокотехнологичное устройство, благодаря которому жизнь многих людей стала комфортнее.
Перспективы применения паровых машин на автомобилях имеют пока туманные очертания, но творческая мысль изобретателя не имеет границ и я с полной уверенностью могу предположить, что скоро появятся двигатели с элементами парового носителя
Подписывайтесь на наш блог, чтобы узнать много нового и интересного. Поделитесь этой информацией с друзьями в социальных сетях ‒ пусть они повысят свой технический уровень, ну и вам будет приятно иметь умных друзей.
Кто изобрел паровой двигатель?
В мире, движимом двигателями внутреннего сгорания, газовыми турбинами и ядерными реакторами, паровой двигатель может показаться пережитком прошлого. Но без этого изобретения, меняющего правила игры, современный мир был бы совсем другим.
Паровая машина, возможно, наиболее важное развитие промышленной революции, способствовала значительным достижениям в области горнодобывающей промышленности, производства, сельского хозяйства и транспорта. И хотя несколько выдающихся деятелей XVIII и XIX веков приписывают разработку и совершенствование парового двигателя, история паровых машин на самом деле восходит к почти 2000 годам до промышленной революции.
Древние паровые турбины
В начале первого века нашей эры греческий изобретатель по имени Герой Александрийский сконструировал первую в мире эолипильную или примитивную паровую турбину. Эолипил Герона состоял из полой сферы, закрепленной на паре трубок. Нагретые снизу огнем трубы транспортируют пар к сфере, где он выпускается через другую серию труб, выступающих из экватора сферы. Это движение пара через устройство заставляло сферу вращаться, демонстрируя возможность использования пара в качестве двигателя.
Хотя эолипил Hero был создан как новинка, а не как средство ускорения производства, тем не менее, это первое известное устройство для преобразования пара во вращательное движение. Но только в 17 веке были предприняты попытки использовать силу эолипила Герона для практических целей.
В первом веке нашей эры герой Александрии изобрел эолипил или примитивную паровую турбину. (Изображение предоставлено: общественное достояние.)Steam: идеальное решение
Первые практические паровые машины были разработаны для решения очень конкретной проблемы: как удалить воду из затопленных шахт.Поскольку европейцы 17 века перешли с древесины на уголь в качестве основного источника топлива, шахты углублялись и, как следствие, часто затоплялись после проникновения в подземные источники воды.
Считается, что испанский горнодобывающий администратор по имени Херонимо де Аянц был первым, кто решил проблему затопленных шахт. В 1606 году де Аянц зарегистрировал первый патент на машину, которая использовала энергию пара для вытеснения воды из шахт. Испанский изобретатель, которому также приписывают изобретение одной из первых в мире систем кондиционирования воздуха, использовал свой паровой двигатель для удаления воды из серебряных рудников на Гуадалканале, Севилья.
Хотя испанец впервые запатентовал паровую машину для использования в горнодобывающей промышленности, англичанину обычно приписывают изобретение первого парового двигателя. В 1698 году Томас Савери, инженер и изобретатель, запатентовал машину, которая могла эффективно забирать воду из затопленных шахт с помощью давления пара. Savery использовал принципы, изложенные Дени Папеном, британским физиком французского происхождения, который изобрел скороварку. Идеи Папена, касающиеся цилиндро-поршневой паровой машины, ранее не использовались для создания работающего двигателя, но к 1705 году Савери превратил идеи Папена в полезное изобретение.
Используя два паровых котла, Savery разработал почти непрерывную систему откачки воды из шахт. Но, несмотря на ранний успех системы Савери, вскоре было обнаружено, что его двигатель способен забирать воду только с небольшой глубины, и эту проблему необходимо было преодолеть, если паровые двигатели должны были работать в глубоких шахтах.
К счастью для европейских владельцев шахт, в 1711 году другой англичанин, Томас Ньюкомен, разработал лучший способ откачки воды из шахт. Его система использовала модернизированный паровой двигатель, который устранил необходимость в накопленном давлении пара — недостаток в системе Савери, который приводил ко множеству неудачных взрывов.«Атмосферный» двигатель Ньюкомена, названный так потому, что уровень давления пара, который он использовал, приближался к атмосферному, был первой коммерчески успешной машиной, которая использовала пар для работы водяного насоса.
Несмотря на то, что это улучшение первоначального рендеринга парового двигателя Савери, атмосферный двигатель Ньюкомена также имел свои недостатки. Эта машина была крайне неэффективной, требуя постоянного потока холодной воды для охлаждения исключительно важного парового цилиндра (часть двигателя, где давление пара преобразуется в движение), а также постоянного источника энергии для повторного нагрева цилиндра.
Несмотря на этот серьезный недостаток, конструкция двигателя Ньюкомена не подвергалась сомнению в течение следующих 50 или около того лет и, помимо откачки шахт, также использовалась для осушения водно-болотных угодий, подачи воды в города и даже для электростанций и заводов путем откачки воды. снизу водяное колесо наверх для повторного использования.
В 1698 году Томас Савери запатентовал машину, которая могла эффективно забирать воду из затопленных шахт с помощью давления пара. (Изображение предоставлено: общественное достояние.)В основе промышленной революции
Но к 1765 году судьба двигателя Ньюкомена была решена.В том же году Джеймс Ватт, шотландский производитель приборов, работавший в Университете Глазго, начал ремонтировать небольшую модель двигателя Ньюкомена. Ватт был озадачен большим количеством пара, потребляемого машиной Ньюкомена, и понял, что для устранения этой неэффективности ему придется отказаться от постоянного охлаждения и повторного нагрева парового цилиндра.
Для этого Ватт разработал отдельный конденсатор, который позволил поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре и значительно улучшил функциональность двигателя Ньюкомена.
По финансовым причинам Ватт не смог сразу произвести свой новый улучшенный атмосферный двигатель. Но к 1776 году он заключил партнерство с Мэтью Бултоном, английским производителем и инженером, решительно настроенным на использование паровых двигателей не только для откачки воды из шахт.
При финансовой поддержке Бултона Ватт разработал роторный паровой двигатель одностороннего (а позже и двустороннего) действия, который, наряду с фирменным отдельным конденсатором Ватта, имел механизм параллельного движения, который удваивал мощность существующего парового цилиндра.Двигатель Boulton-Watt был также первым, который позволил оператору машины управлять частотой вращения двигателя с помощью устройства, называемого центробежным регулятором. В улучшенном двигателе использовалась новая зубчатая передача, разработанная сотрудником Бултона и Уоттса Уильямом Мердоком, известная как солнечная и планетарная передача, для преобразования возвратно-поступательного (линейного) движения во вращательное движение.
Усовершенствования Ватта в паровом двигателе в сочетании с видением Бултона страны, работающей на паре, способствовали быстрому внедрению паровых двигателей в Соединенном Королевстве и, в конечном итоге, в Соединенных Штатах.К 1800-м годам паровые машины приводили в действие фабрики, фабрики, пивоварни и множество других производственных предприятий. В 1852 году состоялся первый полет парового дирижабля. Будущие версии парового двигателя также стали определять путешествия, поскольку поезда, лодки и железные дороги переняли эту технологию, чтобы перемещать пассажиров в 20-й век. [См. Также: Как Steam Engine изменил мир]
Следите за Элизабет Палермо в Twitter @techEpalermo, Facebook или Google+. Следите за LiveScience @livescience.Мы также в Facebook и Google+.
Изобретение парового двигателя
Изобретение парового двигателяИзобретение парового двигателя
Общеизвестно, что современная цивилизация зародилась на фабриках промышленной революции. И сами эти фабрики приводились в движение паровой машиной.
Поэтому без преувеличения можно сказать, что паровые двигатели открыли современную эпоху.Но откуда взялся паровой двигатель? Кто был изобретателем этого «двигателя гор»?
Паровая машина была не столько изобретена, сколько разработана. Отдать должное какому-либо одному человеку означало бы украсть кредит у его многочисленных законных владельцев. Паровая машина разрабатывалась примерно за сто лет тремя британскими изобретателями.
Первая паровая машина была построена Томасом Савери из Англии в 1698 году. Савери построил свою машину, чтобы выкачивать воду из угольных шахт.Эта машина была настолько простой, что в ней не было движущихся частей. Он также использовал много-много угля только для того, чтобы перекачивать небольшое количество воды.
Сказать, что это был паровой двигатель, значило бы вывести мировой «двигатель» далеко за пределы его нынешнего значения. Однако было бы справедливо сказать, что Савери был первым, кто нашел практический способ использования пара для выполнения полезной работы.
Следующий этап в истории паровой машины стал результатом работы Томаса Ньюкомена, тоже из Англии.Ньюкомен знал, что должен быть способ улучшить неэффективный паровой насос Savery. Ньюкомен построил машину, в которой пар толкал подвижный поршень в одном направлении. Эта настоящая «паровая машина» также использовалась для откачки воды из угольных шахт. Ни Савери, ни Ньюкомен не ставили перед своими машинами какой-либо более грандиозной цели.
Все изменилось в 1763 году, когда Джеймс Ватт, шотландский инженер, решил улучшить конструкцию Ньюкомена. Ватт придумал, как толкать поршень в цилиндре вперед и назад.И что еще более важно, он нашел способ заставить это возвратно-поступательное движение вращать колесо. Используя «коленчатый вал», паровая машина могла совершать круговое движение. Ватт, возможно, не осознавал этого в то время, но он только что изобрел первый железнодорожный локомотив.
К сожалению, у Ватта не было денег на разработку своего улучшенного парового двигателя. Однако ему удалось убедить и английского производителя в том, что создание паровых двигателей может стать прибыльным делом.Вместе со своим деловым партнером Джеймс Ватт основал компанию по производству паровых двигателей. Конечно, он, должно быть, надеялся, что его улучшенная паровая машина найдет много применений на фабриках. Но тогда он мало понимал, что его машина навсегда изменит ход истории.
Фил Шапиро
Авторские права 1995
Все права защищены
Интернет: [email protected]]
Постскриптум — июль 2009 г., Крис Купер
Я только что прочитал ваше краткое изложение изобретения парового двигателя, и кажется, что оно перекликается с многим из того, что есть в сети, включая Википедию (кладезь всех истинных знаний 🙂
Мне кажется, что ни Ньюкомен, ни Ватт не изобрели (или развили, может быть, более близкое слово) паровой двигатель, поскольку пар НЕ был рабочим телом.Эти двое спроектировали и построили атмосферные двигатели, где пар был просто способом создания частичного вакуума в цилиндре; атмосферное давление сделало реальную работу. В самом деле, я не думаю, что поршень двигал входящий пар, это был противовес нагрузки на другом конце балки.
Я читал в нескольких местах, что Ватт считал «сильный пар», предложенный (и в конечном итоге использованный) Тревитиком, очень опасным, и отчитывал тех, кто его защищал.(Я думаю, что Голдсуорси Герни тоже был одним из пионеров сильного пара). Атмосферные двигатели никогда не стали бы достаточно маленькими (удельная мощность) для мобильных приложений.
Было бы лучше также отметить вклад Мердока.
Спасибо, что сделали вашу информацию доступной
С уважением
Крис Купер (НЕ полуизвестный актер, кстати)
chriscooper @ cox.net
Вернуться в меню детских рассказов.
Кто изобрел паровой двигатель? Урок промышленной истории
Изображение предоставлено: Eder / Shutterstock.com
История парового двигателя восходит к I веку нашей эры, когда «эолипил» был впервые описан героем Александрии. Более чем 1500 лет спустя примитивные формы турбин, приводимых в движение паром, были объяснены Таки ад-Дином в 1551 году, а также Джованни Бранка в 1629 году. Это были либо небольшие паровые домкраты, либо устройства спуска.Их использовали в основном изобретатели, чтобы продемонстрировать, что нельзя недооценивать паровую энергетику.
История парового двигателя — открытие энергии пара
В 1700-х годах горняки столкнулись с серьезной промышленной проблемой, связанной с добычей воды из глубоких шахт. В это время была продемонстрирована истинная сила пара, поскольку эта энергия использовалась для откачки воды из глубины шахты. Так была открыта потенциальная сила пара, что привело к изобретению полноценной паровой машины.
Паровые электростанции в современном мире появились позже. Основным принципом, по которому работали первые паровые машины, была «конденсация водяного пара для создания вакуума». Позже это стало зависеть от расширяющейся мощности пара для движения поршней в обоих направлениях.
Кто вообще изобрел паровой двигатель?
Томас Савери был первым человеком, который изобрел паровой насос для откачки воды в 1698 году. Он назвал его «вода в огне».«Запатентованный им паровой насос работал путем кипячения воды до тех пор, пока она полностью не превращалась в пар. Затем пар собирался в резервуар, извлекая весь пар из исходного резервуара, тем самым создавая вакуум в исходном резервуаре. Именно этот вакуум был использован для выработки достаточного количества энергии для откачки воды из шахт. Это оказалось временным решением, поскольку энергия могла забирать воду с глубины всего несколько метров. Еще одним недостатком этого насоса было то, что давление пара было используется для удаления воды, которая втягивалась в резервуар.Давление было слишком большим для котлов, и произошло несколько взрывов, так как котлы были недостаточно мощными.
- Томас Савери: биография Томаса Савери с информацией о его двигателе.
- Разработка парового двигателя: статья освещает разработку парового двигателя, включая вклад Savery и атмосферные двигатели.
Thomas Newcomen Steam Engine
В 1712 году Томас Ньюкомен изобрел эффективную и практичную паровую машину.Паровая машина, которую он сконструировал, состояла из поршня и цилиндра, соединенных с насосом посредством качающейся балки. Подобно конструкции Савери, атмосферный двигатель Ньюкомена использовал конденсирующийся пар в цилиндре для создания вакуума. В результате разность давлений между вакуумом и атмосферой была достаточной, чтобы толкнуть поршень в цилиндр и поднять насос. Тогда вес насоса втянет поршень обратно в цилиндр, и клапан откроется, выпуская пар из котла.Затем другой клапан будет вводить конденсирующуюся воду в цилиндр, и пар снова конденсируется в воду, повторяя цикл.
Балочный двигатель Ньюкомена использовался более 50 лет в качестве насосов для угольных шахт, которые в противном случае были бы затоплены и заброшены. Они оказались неэффективными, так как для эффективной работы двигателя требовалось много энергии. Цилиндр требовал нагрева и охлаждения в каждом цикле, расходуя большую часть энергии и вызывая большие потери.
Двигатели низкого давления
Высокий расход угля, который был обычным для парового двигателя Ньюкомена, был снижен за счет нововведений в конструкции двигателя Джеймса Ватта. Цилиндр двигателя низкого давления содержал теплоизоляцию, отдельный конденсатор и механизм откачки конденсированной воды. Таким образом, двигатель низкого давления смог снизить расход топлива более чем на 50%.
Иван Ползунов и первый двухцилиндровый паровоз
Иван Ползунов был русским изобретателем, который в 1766 году построил первый в своей стране паровой двигатель и первый в мире двухцилиндровый двигатель.Двухцилиндровый паровой двигатель Ползунова был мощнее английских атмосферных двигателей. Он имел номинальную мощность 32 л.с. Ползунов умер за три дня до того, как машина была закончена, но она была запущена, приводя в действие воздушный насос для сталелитейного завода. Он проработал три месяца, прежде чем был заменен на более традиционную технологию. Модель Ползунова двухцилиндрового паровоза сейчас экспонируется в Барнаульском музее.
- Иван Ползунов: В статье рассказывается, как русский ученый построил двухцилиндровую паровую машину.
Усовершенствованный паровой двигатель Джеймса Ватта
Наконец, именно Джеймс Ватт произвел революцию в паровой машине, применив отдельный конденсатор в первоначальной конструкции. Он придумал отдельный конденсатор в 1765 году. Его конструкция воплотилась в успешной паровой машине только 11 лет спустя. Конденсатор позволял цилиндру и поршню оставаться горячими, а не поочередно нагреваться и охлаждаться, как в двигателе Ньюкомена, что значительно увеличивало его эффективность.Была решена одна проблема — расточка требуемых цилиндров большого диаметра. Джон Уилкинсон сделал буровой инструмент, который опирался на оба конца, а не на консоль, что позволяло растачивать точные цилиндры диаметром до 50 дюймов. Это привело к лучшему прилеганию поршня к стенкам цилиндра. В технологии произошел большой прогресс. Ватт лицензировал свой двигатель в зависимости от количества сэкономленного топлива. Дальнейшие усовершенствования включали обшивку цилиндра и разработку параллельного рычага, который позволял поршню толкать и тянуть.Это приведет к вращательному движению и замене водяных колес в качестве источника промышленной энергии. Ватт считал пар высокого давления, но не принимал его во внимание, полагая, что современные котлы не способны выдерживать такое давление. Ватт также разработал метод измерения давления в зависимости от объема в цилиндре, что привело к хорошо известной диаграмме p-v , которая используется до сих пор.
Двигатели высокого давления
Но кто изобрел паровой двигатель высокого давления? В 1801 году Ричард Тревитик изобрел двигатель с паром, поддерживаемым высоким давлением.Он использовался для питания локомотива. Они оказались более мощными по сравнению со всеми двигателями, изобретенными ранее, но не получили немедленного признания. Сам Ватт выразил обеспокоенность опасностью пара высокого давления. В конечном итоге успехом стала конструкция двигателя, представленная Оливером Эвансом. Он использовал концепцию пара для приведения в действие двигателя, а не конденсации пара и создания вакуума. Эванс изобрел первую паровую машину высокого давления без конденсации в 1805 году.Двигатель был стационарным и мог производить 5 л.с., что примерно в 25 раз меньше ближайшего двигателя низкого давления, производившего 12 л.с. Этот двигатель впервые использовался для работы пилы по мрамору. Двигатель высокого давления снабжался котлом с медным кожухом, обшитым деревом и усиленным железными кольцами.
Со временем эти паровые машины использовались на моторных лодках и железных дорогах в 1802 и 1829 годах соответственно. Спустя почти полвека были изобретены первые паровые автомобили.Чарльз А. Парсонс изобрел первую паровую турбину в 1880 году. К 20 веку паровая машина широко использовалась на промышленных предприятиях, локомотивах и кораблях. Некоторые из них использовались для двигателей автомобилей, пока Генри Форд не изменил этот путь.
Паровоз Корнуолла
Ричард Тревитик попытался обновить насосный двигатель, сделанный Уоттом, и внес значительные изменения, чтобы обойти патент, в частности, использование пара более высокого давления. Он был модифицирован, чтобы приспособиться к котлам Корнуолла, разработанным Тревитиком.Впоследствии эффективность паровых двигателей Корнуолла была улучшена Уильямом Симсом, Артуром Вульфом и Сэмюэлем Гроузом. Обновленные паровые двигатели Корнуолла имели изолированные цилиндры, трубы и котлы для повышения эффективности. Вульф также понял, что пар можно лучше использовать путем компаундирования — пропуска его через несколько цилиндров увеличивающегося объема, идея, которая привела к созданию двигателей двойного и тройного расширения.
- Ричард Тревитик: Вот биография этого промышленного гения, полная интересных фактов о Ричарде Тревитике.
Эпоха Steam
Паровые двигатели будут обеспечивать стационарную и транспортную энергию более века, пока волна не повернулась к паровым турбинам и двигателям внутреннего сгорания. К 1890-м годам паровой двигатель тройного расширения стал основным двигателем на суше и на море. В течение пятидесяти лет эта конструкция постоянно улучшалась: давление увеличивалось до 250 фунтов на квадратный дюйм, был введен перегрев, тройное расширение превратилось в четырехкратное расширение и т.д. в цилиндр на горячих концах и выпускается в более холодном центре, уменьшая относительный нагрев и охлаждение стенок цилиндра.
Многие из классических форм машиностроения были разработаны в эпоху паровых машин, включая цилиндры, шатуны, коленчатые валы, маховики и регуляторы. Линия Ватта, в которой центральное звено движется по почти линейному пути, была описана изобретателем в его патентной заявке 1784 года. Звено позволяло поршням как толкать, так и тянуть, что было улучшением по сравнению с цепными соединениями более ранних атмосферных двигателей, которые могли только тянуть. Ссылка все еще используется в подвеске некоторых автомобилей.
Многие возразят, что паровая машина сделала больше для области термодинамики, чем термодинамика сделала для паровой машины. Развитие многих его принципов в девятнадцатом веке было направлено непосредственно на определение характеристик этих первых двигателей. Таблицы и диаграммы пара, в которых количественно определены зависимости температуры-энтропии, энтальпии-энтропии и давления-объема, во многом помогли понять тепловые характеристики электростанций. Французский инженер Сэди Карно осознал, что эффективность идеализированного двигателя не зависит от рабочей жидкости и зависит только от температуры, при которой тепло подводится к горячему источнику и сбрасывается в холодный сток.Это заложило основу для термодинамической теории, которая должна была быть разработана в середине века. Инженеры узнают его имя из цикла Карно. В начале двадцатого века безопасность котлов высокого давления была усилена принятием Кодекса по котлам и сосудам высокого давления.
К концу Второй мировой войны паровые машины, известные как «Up and Downers», все еще приводили в движение многие торговые суда, двигавшиеся со скоростью 10–12 узлов через океаны. Но растущий спрос на более быстрое транзитное время привел к появлению в мире паровых турбин мореплавателей, которые в конечном итоге будут вытеснены дизелями.Стационарные электростанции будут намного дольше полагаться на пар; сегодня более 80% электроэнергии, доступной в США, производится с помощью паровых турбин.
Сводка
В этой статье представлена краткая история паровых машин. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.
Другие популярные темы на ThomasNet.com включают в себя штамповку глубокой вытяжки, литье пластмасс, компании лазерной резки, цеха по изготовлению металлических фабрик, цеха прядения металла, цеха штамповки металла, резиновые детали пресс-форм и пластмассовые пресс-формы на заказ.
Прочие изделия для двигателей
Больше от Custom Manufacturing & Изготовления
Изобретая паровой двигатель
ок, наверху, на выступе второго этажа Лувра, среди статуй великих французских мыслителей — Декарта, Дидро, Вольтера. На одном изображен мужчина, опирающийся левой рукой на странное устройство. Мы должны прищуриться, чтобы увидеть, что это такое. Оказывается, это цилиндр, разрезанный, чтобы обнажить поршень внутри него. Кто этот механик в галерее интеллектуалов?
Это Денис Папен, родился в 1647 году, в том же году, когда фон Герике начал работать с газами.Папен изучал медицину, затем пошел работать на Кристиана Гюйгенса, который работал с воздушными насосами. Папен сделал вакуумный насос под руководством Гюйгенса. Он хотел использовать пылесосы, чтобы сохранить еду. Позже для медицинских исследований он изобрел устройство для переваривания костей под высоким давлением — прототип бытовой скороварки.
И Гюйгенс, и Папен сыграли свою роль в разработке паровых двигателей. И оба были французскими гугенотами. Гугеноты сосуществовали с французскими католиками с тех пор, как Нантский эдикт подтвердил их свободу вероисповедания.Но после быстрого роста антипротестантских настроений Людовик XIV отменил Указ в 1685 году.
Четыреста тысяч гугенотов были изгнаны из Франции. Им пришлось перебраться в Германию, Англию, Канаду и другие протестантские страны. Многие оказались в Массачусетсе. Среди их американских потомков были Александр Гамильтон и Пол Ревир.
Гюйгенс вернулся в свои родные Нидерланды и больше никогда не видел Франции. Папен провел остаток своей жизни в Англии и Германии.В Марбургском университете он пересмотрел идею, предложенную Гюйгенсом, — использовать порох для привода двигателя. Но вскоре Папен понял, что это непрактично. После каждого взрыва поршень оставался наполненным неконденсирующимся газом.
Эскиз Папина его первой паровой машины. |
Но если бы он использовал пар , он бы почти ничего не конденсировался. Тогда можно было завершить ход поршня.Вместо взрыва пороха для создания давления он мог конденсировать пар для создания вакуума. Давление воздуха могло привести к рабочему ходу. Оказалось, что именно так и будут работать первые настоящие паровые машины.
Папен опубликовал проект такого двигателя в 1690 году — того, который он держит сегодня в Лувре. Лужа воды в цилиндре попеременно кипела и конденсировалась. Кипячение наполнило цилиндр паром. Работа была выполнена, когда атмосферный воздух толкнул поршень вниз во время конденсации.
Сохранение той же воды в поршне привело бы к тому, что его двигатель очень замедлился. В практических двигателях пар вводится извне, а затем выпускается в виде отработанного пара или конденсированной воды. Папен сообщил, что только нагрев воды займет целую минуту. Ему повезло, что он делал целых тридцать рабочих гребков в час.
Позже он предложил более простой двигатель высокого давления. Но никто еще не умел обрабатывать большой, плотно прилегающий цилиндр и поршень.Кроме того, сейчас был 1707 год, и кузнец из Девоншира Томас Ньюкомен, наконец, создал пригодный для использования паровой двигатель, очень похожий на первый двигатель Папена.
И здесь снова возникает тема религиозного бунта. Ньюкомен был таким же несогласным, как Папен и Гюйгенс. Он был ярым членом одной из возникающих баптистских сект. Он жил, как жил Папен, по ту сторону благословения общества. Возможно, такая радикальная новинка, как паровая машина, должна была появиться на грани приемлемости.
Последний проект парового двигателя Папена. (Обратите внимание на клапаны сброса давления. Они были адаптированы из его более раннего устройства для переваривания костей.) |
В Великобритании те же люди, стряхнувшие религиозную ортодоксальность, также спровоцировали экономическую революцию на паровой тяге — вдали от лондонских очагов власти. Британская промышленная революция зародилась в основном в сельской местности Англии и была движима торговцами, чьи убеждения лежали далеко от англиканской церкви.Они добились свободы, не штурмовав крепостные валы, а построив новую промышленную базу Великобритании на своих задних дворах. Они занялись текстильным ткачеством и новыми видами производства чугуна. Они построили сеть каналов, децентрализовавших движение товаров. И сила была бы ключом. Паровые двигатели быстро заняли центральное место среди этих технологий.
Версия парового насоса Савери 1699 года, как показано Ларднером. |
Другой изобретатель из Девоншира проложил путь для Ньюкомена. Томас Савери работал во многих технологических сферах, когда в 1698 году он подал патент на:
. Новое изобретение для подъема воды и приведения в движение всех видов мельниц с помощью движущей силы огня, которое будет иметь большое значение и будет полезно для осушения шахт, обслуживания городов водой и для работы всех видов мельниц, где они не имеют ни пользы от Воды, ни от постоянного ветра.То, что на самом деле построил Савери, было высокой полой капсулой. Представьте себе, что верхняя часть сначала наполнена водой. Пар, подаваемый в капсулу под высоким давлением, вытесняет воду со дна и поднимается по трубе. Затем на стручок распыляется холодная вода для конденсации пара. Возникающий вакуум всасывает воду из нижнего отстойника, и цикл повторяется. Заявления компании Savery о патентах на приводные мельницы и другие машины никогда не могли быть выполнены с этим двигателем. У него не было ни поршневого штока, ни маховика, ни коромысла, ни каких-либо средств для привода механизмов.Это была пони с одним трюком; он мог только качать воду.
Позже 18-го века поршень типа Ньюкомена, примерно три фута в диаметре с широкой периферийной прорезью для наматывания троса в качестве уплотняющего уплотнения. (Лондонский музей науки, фото JHL) |
Пар должен был подаваться из расчета около ста фунтов на квадратный дюйм. Это подняло бы воду на пару сотен футов.Но пар конденсировался так быстро, когда попадал в холодную воду, что ему посчастливилось вытолкнуть воду на двадцать футов. Его двигатель никогда не смог бы пригодиться на настоящей шахте.
Тем не менее, Savery на самом деле построил рабочий двигатель. Он публично продемонстрировал, что пар может перекачивать воду. Он также сообщил о потенциале своего двигателя, назвав его The Miners Friend. Он не оставил ни у кого сомнений в том, что пар решит отчаянно важную проблему осушения шахт, даже если его собственный двигатель не подходит для этой работы.
Сразу за ним Ньюкомен и его партнер Джон Колли начали строить свой двигатель. К 1712 году он заработал. Это был огромный зверь. В первом использовался цилиндр диаметром почти два фута и высотой восемь футов для привода большого внешнего насоса. Он поднимал около 130 английских галлонов в минуту из шахты глубиной 150 футов. Он производил около пяти с половиной лошадиных сил.
Итак, паровая машина стала реальностью. Машины Ньюкомена появились по всей Англии, а затем и в Европе.Они получили такое широкое распространение, что стали частью преподавания натурфилософии. И здесь наконец-то появляется Джеймс Ватт.
Атмосферный двигатель Ньюкомена, показанный Ларднером. |
Изобретение и разработка парового двигателя
Паровые двигатели — это механизмы, которые используют тепло для создания пара, который, в свою очередь, выполняет механические процессы, обычно известные как работа . В то время как несколько изобретателей и новаторов работали над различными аспектами использования пара для выработки энергии, основная разработка первых паровых двигателей связана с тремя изобретателями и тремя основными конструкциями двигателей.
Томас Савери и первый паровой насос
Первый паровой двигатель, использовавшийся для работы, был запатентован англичанином Томасом Савери в 1698 году и использовался для откачки воды из шахтных стволов. В основном процессе использовался цилиндр, наполненный водой. Затем в цилиндр подавали пар, вытесняя воду, которая вытекала через односторонний клапан.После того, как вся вода была выброшена, цилиндр опрыскивали холодной водой, чтобы понизить температуру цилиндра и сконденсировать пар внутри. Это создало вакуум внутри цилиндра, который затем втянул дополнительную воду для наполнения цилиндра, завершая цикл насоса.
Поршневой насос Томаса Ньюкомена
Другой англичанин, Томас Ньюкомен, усовершенствовал насос Савери, разработав конструкцию, которую он разработал около 1712 года. Двигатель Ньюкомена имел поршень внутри цилиндра.Верх поршня был соединен с одним концом поворотной балки. К другому концу балки был подсоединен насосный механизм, так что вода поднималась всякий раз, когда балка наклонялась вверх на конце насоса. Для приведения в движение насоса в поршневой цилиндр подавался пар. В то же время противовес опускал балку на конце насоса, в результате чего поршень поднимался к верхней части парового цилиндра. Как только цилиндр наполнился паром, холодная вода распылялась внутри цилиндра, быстро конденсируя пар и создавая вакуум внутри цилиндра.Это привело к падению поршня, перемещая балку вниз на конце поршня и вверх на конце насоса. Затем цикл автоматически повторяется до тех пор, пока к цилиндру подводится пар.
Конструкция поршня Ньюкомена эффективно создавала разделение между откачиваемой водой и цилиндром, используемым для создания насосной мощности. Это значительно повысило эффективность оригинального дизайна Savery. Однако, поскольку Савери имел обширный патент на свой собственный паровой насос, Ньюкомену пришлось сотрудничать с Савери, чтобы запатентовать поршневой насос.
Улучшения Джеймса Ватта
Шотландец Джеймс Ватт значительно улучшил и разработал паровой двигатель во второй половине 18 века, сделав его действительно жизнеспособным механизмом, который помог начать промышленную революцию. Первым крупным нововведением Ватта было включение отдельного конденсатора, чтобы пар не нужно было охлаждать в том же цилиндре, что и поршень. Это означало, что поршневой цилиндр оставался при гораздо более постоянной температуре, что значительно увеличивало топливную экономичность двигателя.Ватт также разработал двигатель, который мог вращать вал, а не качать вверх и вниз, а также маховик, который позволял плавно передавать мощность между двигателем и рабочей нагрузкой. Благодаря этим и другим нововведениям паровой двигатель стал применяться в различных производственных процессах, а Ватт и его деловой партнер Мэтью Бултон построили несколько сотен двигателей для промышленного использования.
Более поздние паровые двигатели
В начале 19 века произошли крупные инновации в паровых двигателях высокого давления, которые были намного эффективнее, чем конструкции низкого давления, разработанные Ваттом и другими пионерами паровых двигателей.Это привело к разработке гораздо меньших по размеру и более мощных паровых двигателей, которые можно было использовать для привода поездов и лодок, а также для выполнения более широкого круга промышленных задач, таких как запуск пил на мельницах. Двумя важными изобретателями этих двигателей были американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик. Со временем паровые двигатели были заменены двигателями внутреннего сгорания для большинства видов передвижения и промышленных работ, но использование парогенераторов для выработки электричества остается важной частью производства электроэнергии сегодня.
История парового двигателя
История парового двигателя [Главная страница истории Steam] [Карта сайта истории Steam] [Домашняя страница вводного учебника по химической инженерии] [Дополнительные материалы к учебнику]Краткая история парового двигателя
Резюме Карла Лиры
Одной из самых значительных промышленных задач 1700-х годов было удаление воды из шахт. Пар использовался для откачки воды из шахт. Теперь это может показаться, что имеет очень мало общего с современной паровой электроэнергией растения.Однако один из основополагающих принципов, используемых при разработке паровая энергия — это принцип, по которому конденсация водяного пара может создавать вакуум. В этой краткой истории рассказывается, как конденсация использовалась для создания вакуума. для работы первых паровых насосов, и как Джеймс Ватт изобрел отдельный конденсатор. Хотя циклические процессы, представленные в этой истории, не используются в современных паровых турбинах с непрерывным потоком в современных системах используются отдельные конденсаторы. работает при давлении ниже атмосферного, применяя описанные здесь принципы.Кроме того, рассказы об изобретателях и их изобретениях позволяют лучше понять процесс технологических открытий.
Демонстрация вакуума
Один из важнейших принципов, применяемых при работе с паровой тягой. это создание вакуума путем конденсации. Эта ссылка представляет собой простую иллюстрацию используя бутылку безалкогольного напитка и кипяток. Демонстрация демонстрирует, как конденсация внутри резервуара создается вакуум. В насосе Savery, описанном ниже, используется метод очень похоже на продемонстрированный метод.Вакуум Демо.
Спасательный насос
Раньше одним из распространенных способов удаления воды было использование серии ковшей на шкивной системе, управляемой лошадьми. Это было медленно и дорого так как животные нуждались в корме, ветеринарии и жилье. Использование пар для перекачивания воды был запатентован Томасом Савери в 1698 году, и, по его словам, предоставили «двигатель для подъема воды с помощью огня». Насос Савери работал нагревая воду до ее испарения, заполняя резервуар паром, а затем создавая вакуум, изолировав резервуар от источника пара и конденсируя пар.Вакуум использовался для забора воды из шахт. Однако вакуум мог набирайте воду только с небольшой глубины. Еще одним недостатком помпы была использование давления пара для удаления воды, которая была втянута в резервуар. В принципе, давление можно использовать для выталкивания воды из бака вверх. 80 футов, но взрывы котлов были не редкостью, так как конструкция герметичного котлы были не очень продвинутыми. По этой ссылке вы найдете подробную информацию о работе Savery. Описание насоса..
Атмосферный двигатель Newcomen
Томас Ньюкомен (1663-1729), кузнец, 10 лет экспериментировал, чтобы разработать первый по-настоящему успешный паровой двигатель, приводящий в действие насос для удаления воды из мины. Его способность продавать двигатель была ограничена обширным патентом Савери. Он был вынужден основать фирму с Savery, несмотря на улучшение показателей. его двигателя, значительные механические отличия, устранение потребность в давлении пара и использование вакуума совсем другим способом.А Схема двигателя Ньюкомена показана на рисунке 1. Двигатель называется «атмосферный» двигатель, потому что максимальное давление пара составляет около атмосферное давление.
Рис. 1. Иллюстрация атмосферного двигателя Ньюкомена для перекачивания воды.
Принцип работы. Паровая машина состоит из паровой поршень / цилиндр, который перемещает большую деревянную балку для привода водяного насоса. Двигатель не использует давление пара для выталкивания парового поршня ! Скорее, система сконструирована таким образом, что балка тяжелее со стороны основного насоса, и сила тяжести тянет вниз основную насосную часть балки.Вес добавляется к со стороны основного насоса, если необходимо. Насосы на Рисунке 1 вытесняют воду по восходящей ход поршня насоса соответствует насосам, используемым в оборудовании в то время, и обсуждение следует за этой конструкцией. Чтобы нарисовать вода в основной насос в правой части диаграммы, рассмотрим цикл это начинается с того, что луч опускается вправо. Цилиндр под паром поршень сначала заполняется паром атмосферного давления, а затем распыляется вода в цилиндр для конденсации пара.Разница давлений между атмосферой и в результате вакуум выталкивает пар поршень вниз, потянув поршень основного насоса вверх, поднимая воду над поршнем основного насоса и заполняя нижнюю камеру основного насоса водой. В нижней части хода парового поршня открывается клапан для восстановления паровой цилиндр до атмосферного давления, и луч направо опускается вниз под действием силы тяжести, позволяя главному поршню упасть. Когда основной поршень падает, вода из-под поршня проходит в камеру над поршнем, как будет объяснено ниже.Пар атмосферного давления поступает в паровой цилиндр. во время этого шага, позволяя повторить процесс.
Двигатель Newcomen был лучшей технологией за 60 лет! Некоторые двигатели Newcomen использовались намного дольше, хотя и значительно уступали ваттным двигатели, которые последовали. Подробнее о работе и фото самого старого существующий механизм Ньюкомена, см. Ньюкомен Описание двигателя.
Ваттный атмосферный паровой двигатель
Рисунок 2.Иллюстрация атмосферного двигателя Ватта для перекачивания воды. Главный насос не показан. (По гравюре Стюарта, 1824 г., С. 114.). | Двигатели Newcomen были крайне неэффективны. Пользователи узнали, как требовалось много энергии. Паровой цилиндр многократно нагревали и охлаждали, что тратило энергию на повторный нагрев стали, а также вызывало большие тепловые потери. стрессы. Джеймс Ватт (1736-1819) совершил прорыв, используя отдельный конденсатор.Ватт открыл отдельный конденсатор в 1765 году. (См. Эксперимент Ватта.) Прошло 11 лет, прежде чем видел устройство на практике! Самое большое препятствие для реализации двигателя Ватта была технология изготовления большого поршня / цилиндра с достаточно узкими допусками, чтобы запечатать умеренный вакуум. Технология улучшилась примерно в то же время, когда Ватт обнаружил финансовую поддержка, в которой он нуждался, благодаря партнерству с Мэтью Бултоном. Принцип работы. Двигатель Ватта, как и двигатель Ньюкомена, работающий по принципу разницы давлений, создаваемой вакуумом с одной стороны поршня, чтобы протолкнуть паровой поршень вниз. Однако паровой цилиндр Ватта вообще оставался горячим. раз. Клапаны пропускали пар в отдельный конденсатор. а затем откачивали конденсат вместе с любыми газами с помощью воздушного насоса. (См. Рисунок 2.) Подробнее о работе и фото пары двигателей Watt используется для перекачивания воды, см. Ватт Описание двигателя. |
Поршень двустороннего действия и вращающийся двигатель
Рис. 3. Иллюстрация двигателя двойного действия Boulton-Watt. (Адаптировано с гравюры Стюарта, 1824 г., стр. 128). | Ватт и Бултон успешно применили свой двигатель для откачки воды из колодцы. Бултон был дальновидным промышленником и воспользовался возможности применить двигатель в других отраслях.Перемещение паровой двигатель в помещении, устройство стало полезным для работы мельниц и текстильные фабрики и др. Двигатель, изображенный слева, является примером двигателя позднего 1700-е гг. Обратите внимание на цепь, которая раньше соединяла поршень с балкой. двигатели заменены на механизм параллельного хода. Ватт сказал его сын, что он гордился этим изобретением даже больше, чем он был сам двигатель. Механизм позволял поршню действовать в идеально выровненное движение вверх / вниз, пока луч идет по дуге.Механизм Также появилась возможность переносить работу восходящим ходом! Steam — это наконец-то делаю работу толкая вверх! Используемые для этого котлы В устройстве также находятся котлы атмосферного давления. Цилиндровое пространство над поршень соединен с вакуумом конденсатора, чтобы позволить пар, чтобы подтолкнуть поршень. Двигатель слева также содержит еще одно необходимое улучшение. для управления механизмами с постоянной скоростью — подключен регулятор скорости к дроссельной заслонке. Для получения более подробной информации о двигателе двойного действия, механизме параллельного движения, регулятор скорости, а также солнечная и планетарная шестерни (без изображения на рисунке 3), включая фотографии, см. Двойное действие Описание двигателя. |
Биография Джеймса Ватта и история двигателя
История Джеймса Ватта и разработки двигателя чрезвычайно интересна. Воспользуйтесь этой ссылкой, чтобы найти биографию Ватта.История поможет вам понять, как двигатель стал больше, чем водяной насос и как Вышеупомянутые события относятся к человеку и времени.
важных дат в развитии Steam Двигатель
Краткая библиография книг и ресурсов для Изучение паровых двигателей и Джеймса Ватта
Карта сайта
Чтобы перейти в каталог сайта, щелкните здесь.
Спасибо за проявленный интерес!
Обновлено 21.05.13, Авторские права
2001-2013, Карл Т.Лира, [email protected]
Все права защищены.
Подготовлено как дополнение к вводному
Химическая инженерия Термодинамика.
Локомотивов — Трансконтинентальная железная дорога
На протяжении веков человек пытался использовать механическую силу тепла и воды. Еще в 200 г. до н.э. в своей книге Pneumatica Герой Александрийский описал устройство под названием Aeolipile, которое считается первым зарегистрированным паровым двигателем. Шар, содержащий воду, был установлен над котлом, и по мере его нагрева две выступающие изогнутые трубы выбрасывали струи пара, заставляя шар вращаться.Многие такие устройства были изобретены в последующие столетия, когда ученые изучали принципы гидравлики, пневматики и свойства газов, но эти устройства не выполняли реальной работы. Лишь в 18 -х годах века в Британии паровая машина начала менять не только облик промышленности, но и отношение человечества к работе и обществу.
Как работает двигатель НьюкоменаВода кипятится для создания пара, который толкает вверх поршень в цилиндре.Шток поршня прикреплен к поперечине, и когда поршень поднимается, вес штока насоса, подвешенного на противоположном конце балки, тянется вниз. Когда поршень достигает верхней части цилиндра, в поршневой цилиндр впрыскивается струя воды, в результате чего пар конденсируется, всасывая поршень обратно вниз. Охлаждающая вода сливается, и цикл повторяется бесконечно.
В 1712 году Томас Ньюкомен и его помощник Джон Калли представили первый коммерчески жизнеспособный паровой двигатель. Атмосферный двигатель Ньюкомена использовал пар для приведения в действие насоса.Хотя это было не очень эффективно, сотни таких двигателей использовались для откачки воды из британских угольных шахт и затопленных территорий.
В конце 18 -х годов века Джеймс Ватт, человек, которого впоследствии назовут отцом паровой машины, значительно повысил эффективность стационарного двигателя, запатентовав двигатель «двойного действия», который использовал пар высокого давления на обе стороны поршня, чтобы удвоить выход. Его патенты также включали такие вспомогательные устройства, как манометры, дроссельные клапаны и регуляторы пара.В сотрудничестве с производителем Мэтью Бултоном усовершенствования и изобретения Ватта привели к промышленной революции.
Вслед за усовершенствованиями Ватта многие изобретатели пытались адаптировать паровой двигатель к видам транспорта как по суше, так и по воде. Достижение движущей силы пара впервые в истории позволило бы человеку передвигаться по суше со скоростью, превышающей скорость домашней лошади.
Трамвайный локомотив Тревитика
В 1802 году Ричард Тревитик запатентовал «двигатель высокого давления» и создал первый паровоз на рельсах.Тревитик написал 21 февраля 1804 года, после испытания его трамвайного двигателя высокого давления, что он «перевез десять тонн железа, пять вагонов и 70 человек … на 9 миль … за 4 часа 5. Монетные дворы «. Хотя путешествие казалось громоздким, это был первый шаг к изобретению, которое полностью изменило отношение человека ко времени и пространству.
Джордж Стефенсон и его сын Роберт построили первый практичный паровоз. Стефенсон построил свой «путевой двигатель» в 1814 году, который использовался для перевозки угля на шахте Киллингворта.В 1829 году Стефенсоны построили знаменитый локомотив Rocket, , в котором использовался многотрубный котел, практика, которая продолжалась в последовательных поколениях паровых машин. Модель Rocket выиграла соревнование на Rainhill Trials, проводившееся для решения вопроса о том, лучше ли перемещать вагоны по рельсам с помощью стационарных паровых двигателей с использованием системы шкивов или с использованием паровых двигателей локомотивов. Rocket выиграл приз в 500 фунтов стерлингов за свою среднюю скорость 13 миль в час (без нагрузки, Rocket развивал скорость до 29 миль в час), обойдя Брейтуэйта и Эриксона Novelty и Тимоти Хакворта Sans Pareil .Стефенсоны включили в свои двигатели элементы, которые использовались в следующих поколениях паровых двигателей.
Патентованный локомотив Стивенсона
Хотя первым локомотивом, который работал на американской железной дороге, был Stourbridge Lion , построенный в 1828 году и импортированный из Англии Горацио Алленом из Нью-Йорка, британские локомотивы не стали доминировать на американских железных дорогах, потому что они были слишком тяжелыми для относительно легкие и часто неровные американские трассы.Фактически, Lion вскоре превратился в стационарный паровой двигатель.
американских изобретателей и инженеров прошли параллельный курс с британцами, и еще в 1812 году Джон Стивенс подал прошение в Конгресс с просьбой поддержать национальную железную дорогу. Он также построил первый американский паровоз в 1825 году. Многотрубный котельный двигатель, он работал на круговой демонстрационной трассе на его территории в Хобокене, штат Нью-Джерси. Хотя ему не удалось получить финансовую поддержку для национальной железной дороги или своего локомотива, Стивенс позже основал одну из первых железных дорог Америки — Camden & Amboy Railroad.
Модель Tom Thumb Питера Купера, построенная в 1830 году, была первым американским локомотивом, который тянул пассажирский вагон по железной дороге. Несмотря на небольшие размеры, он был достаточно мощным, чтобы убедить директоров железной дороги Балтимора и Огайо в практическом применении паровоза.
Лучший друг Чарльстона
Отличие в том, что он первым протащил состав вагонов по американской железной дороге на регулярной основе, получил Best Friend of Charleston в 1831 году.Модель Best Friend , спроектированная Э. Л. Миллером и построенная в Нью-Йорке, проработала почти шесть месяцев, пока ее котел не взорвался, когда рабочий, которого раздражал звук шипящего пара, ударил предохранительный клапан.
В 1831 году Матиас Болдуин также основал Baldwin Locomotive Works. Его вторая паровая машина, E.L. Miller создал прототип, на основе которого позже развились двигатели. К концу -х годов века компания Матиаса Болдуина стала крупнейшим производителем локомотивов в мире и доминировала на рынке более ста лет, выпустив около 59 000 локомотивов.
Первые локомотивы были построены с фиксированными колесами, которые хорошо работали на прямых путях, но не так хорошо работали в гористой местности Америки. Американский инженер-строитель Джон Джервис в 1832 году спроектировал локомотив Experiment , у которого была поворотная четырехколесная тележка с направляющими, также известная как «тележка», которая могла следовать по рельсам и позволяла локомотивам двигаться по железным дорогам с более жесткими кривые.
Локомотив Америка, построенный компанией Grant Locomotive Works, Патерсон, штат Нью-Йорк.J. для Парижской выставки 1867 года, стандартный американский локомотив 4-4-0 середины XIX века.
Пилот, или «ловец коров», был уникальным для американских локомотивов. Железнодорожные пути не были ограждены, и железнодорожные компании несли ответственность за любой ущерб, нанесенный в результате столкновения с животным, которое могло привести к сходу с рельсов локомотивом. John Bull, примерно в 1833 году, был одним из первых локомотивов в Америке, оснащенных таким устройством для устранения препятствий на пути. Вскоре летчики стали стандартным оборудованием для американских локомотивов.
Локомотивымогут быть сконфигурированы разными способами, в зависимости от расположения колес ведущего грузовика, ведущих колес и ведомого грузовика. Конфигурация 4-4-0 (то есть четыре колеса на ведущем грузовике и четыре ведущих колеса без ведомого грузовика) наиболее широко использовалась в США и стала известна как американский стандарт. Локомотивы, которые встретились на Саммите Мыса, Юпитере Центрального Тихого океана и Двигателе № 119 Union Pacific, были локомотивами 4-4-0.
Американские производители производили локомотивы, равные по мощности британским двигателям, но по более низкой цене. Хотя американские двигатели были тщательно украшены дорогой латунной работой, а затраты на рабочую силу были выше, чем в Великобритании, американские производители сократили затраты, используя для многих компонентов менее дорогой чугун, а не кованое железо. Железные дороги Америки начинались с использования локомотивов, импортированных из Великобритании, но к концу -х годов века Америка была крупным производителем локомотивов и экспортировала более 2 900 двигателей.