Создатель «пыхтящего дьявола»

Сын управляющего одной из шахт Ричард с детства любил наблюдать, как паровые машины качают воду из глубоких оловянных и медных рудников. И в девятнадцать лет он поступил на работу в шахту East Stray Park рабочим по обслуживанию этих машин.

Его дальнейшей карьере помогло то, что он женился на Джейн Харви из Хейла. Джон Харви, отец Джейн, построил местный литейный завод Harveys of Hayle, известный созданием огромных машин для перекачки воды из шахт на основе двигателей Ньюкомена и Ватта.

Гигант пара

В 1797 году Тревитик уже работал инженером на шахте Динг-Донг и здесь увлекся идеей усовершенствования паровой машины. Вместе с Эдвардом Буллом он впервые применил в разработанном им новом варианте парового двигателя пар высокого давления, что позволило уменьшить габариты паровых агрегатов при той же мощности. Молодой инженер не обращал внимания на страхи именитых коллег, в том числе самого создателя паровой машины Уатта, который считал весьма опасным работать с паровыми машинами при повышенном давлении. Как писал Уатт, «только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в семь-восемь атмосфер».

Уменьшение габаритов паровой машины, которого добился Тревитик, позволило ему заняться конструированием экипажей на паровом ходу, идею которых он почерпнул у Уильяма Мердока, соратника Уатта. Мердок жил в Редруте и был соседом Тревитика, который в то время занимался там установкой двигателей для откачки воды в местных шахтах. Еще в 1784 году Мердок построил трехколесный экипаж на паровой машине, который однажды поздно вечером испытал на дороге — к ужасу местного священника, решившего, что он увидел дьявола. Но дальше этой пробы у Мердока дело не пошло.

 «Только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в семь-восемь атмосфер»

Возможно, Мердок заимствовал эту идею у Джеймса Уатта, который тоже задумывался над тем, как использовать паровую машину для создания колесного транспортного средства, и даже сделал эскиз возможной конструкции, но отбросил эту идею: слишком велики тогда были размеры паровой машины.

А Ричард Тревитик, используя свои достижения по усовершенствованию паровой машины, уже в 1801 году построил самодвижущуюся повозку на паровом двигателе, которая произвела настоящий фурор на улицах небольшого городка Кэмборна, куда переселился изобретатель. Местные сразу окрестили изобретение «драконом Тревитика» и «фугасом капитана Дика». (Корнуэльских управляющих шахтами в знак уважения называли капитанами). Посмотреть на паровой экипаж ежедневно собиралась большая толпа зевак, некоторых Тревитик, бывало, брал с собой в поездку. Это была первая в истории публичная демонстрация транспорта, работающего на пару.

Но «дракон» недолго веселил публику: однажды Тревитик остановился перед пабом, чтобы перекусить, но забыл уменьшить огонь, подогревающий котел, в результате вода в нем выкипела, емкость раскалилась, и вся машина сгорела за несколько минут. Однако Тревитика, уже прославившегося своим оптимизмом, это происшествие ничуть не смутило, и он продолжил опыты с еще большим рвением. Тревитик спроектировал еще одну коляску, на которой сделал несколько пробегов в Лондоне, рассчитывая собрать средства на продолжение работ, но, к сожалению, это ему не удалось. Тем не менее он получил официальный патент на свою «машину высокого давления» и ее разнообразные применения, в том числе в транспорте.

В 1802 году английский конструктор Ричард Тревитик сделал паровой автомобиль. Экипаж двигался с грохотом и чадом, пугая пешеходов. Его скорость достигла 14 км/ч

Wikipedia

Поймай меня, если сможешь

Современники описывали Тревитика как человека, которого переполняли новые идеи. Поэтому он не остановился на создании своего «дракона», и в 1804 году, будучи инженером уже на Пенидарренском чугунолитейном заводе в Мертир-Тидвиле, создал первый в истории паровоз, который протащил пять фургонов, десять тонн железа и семьдесят человек на расстояние более девяти миль со средней скоростью около пяти миль в час.

В 1808 год Ричард Тревитик построил паровоз более совершенной конструкции, развивавший скорость до 30 км./ч; демонстрировал его в предместье Лондона. Паровоз получил название «Catch Me Who Can»

Wikipedia

Первый локомотив работал исправно, однако слабые чугунные рельсы часто ломались под его тяжестью. Владелец предприятия, на путях которого проводились испытания, вместо того чтобы усилить рельсы, распорядился прекратить поездки и использовать паровоз просто в качестве паровой машины.

 Ричард Тревитик, используя свои достижения по усовершенствованию паровой машины, уже в 1801 году построил самодвижущуюся повозку на паровом двигателе, которая произвела настоящий фурор на улицах небольшого городка Кэмборна

Через год, в 1805-м, Тревитик построил второй паровоз для рудников близ Ньюкасла, но рельсы и там оказались слабыми.

А в 1808 году на окраине Лондона Ричард выбрал площадку, которую огородили высоким забором и построили там кольцевую рельсовую дорогу, по которой Тревитик запустил новый паровоз под названием «Поймай меня, если сможешь». Все желающие могли посмотреть на диковинное изобретение или прокатиться на нем за определенную плату. Но вскоре рельсы сломались и здесь. Ричард надеялся, что его опытами заинтересуются владельцы различных фабрик и профинансируют продолжение работ, однако ошибся.

К слову, именно опыты Тревитика подтолкнули изготовителей рельсов заменить чугун на железо. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 году. К 1820-му производство железных рельсов в Англии было уже хорошо освоено.

В целях пропаганды паровоза Тревитик построил за свой счет кольцевую дорогу в парке, где «Поймай меня, кто сможет» соревновался в скорости с лошадьми и перевозил людей ради развлечения

Wikipedia

Много изобретений и мало денег

Потерпев неудачу с продвижением своего паровоза, Тревитик в 1812 году сконструировал компактную паровую молотилку. Она исправно работала в течение многих лет, после чего была выставлена в одном из лондонских музеев, где и хранится до сих пор.

По заказу морского ведомства Тревитик соорудил паровую землечерпалку для углубления дна Темзы, разработал проект парового судна и участвовал в неудавшейся прокладке тоннеля под Темзой.

Вся эта деятельность приносила мало доходов, и в поисках новых заказов он знакомится с владельцем серебряных рудников в Перу, прибывшим в 1813 году в Англию. Многие шахты этих рудников с увеличением глубины разработок заливала вода. Тревитик охотно согласился руководить постройкой паровых насосов для шахт и даже вложил в дело имевшийся у него небольшой капитал.

Через год требуемое число паровых машин было готово и отправлено в сопровождении английских механиков в Перу. Понадобилось почти два года, чтобы они прибыли на место. Только в 1816 году была успешно запущена одна из машин, но остальные из-за неопытности механиков пустить в работу не удавалось. Получив известие об этом, Тревитик отплывает в Южную Америку. По прибытии он быстро запускает все насосы, и добыча серебра резко возрастает.

Благодаря этому Тревитик завоевал настолько огромный авторитет у местных горнопромышленников, что губернатор провинции даже предложил отлить его статую из серебра. Однако у изобретателя не сложились отношения с руководством компании, он вынужден был покинуть рудники и некоторое время разъезжал по Перу, обучая местных горнопромышленников «европейским» приемам работы.

После смерти руководителя компании серебряных рудников он возвращается к прежней работе и становится главой предприятия. Дела компании шли хорошо, но в 1821 году в Перу, тогда испанской колонии, вспыхивает восстание против испанцев. Заодно повстанцы разгромили оборудование рудников, и Тревитик лишился всего состояния (и едва не лишился жизни).

 Именно опыты Тревитика подтолкнули изготовителей рельсов заменить чугун на железо. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 году. К 1820-му производство железных рельсов в Англии было уже хорошо освоено

Он покидает Перу и переезжает вначале в Чили на медные рудники, а затем в Коста-Рику. Здесь он изучает работу местных рудников и вместе с компаньоном проводит изыскания новых месторождений серебра и меди, которые он собрался разрабатывать. Для этого Тревитику был необходим капитал. Чтобы достать его, он после десятилетнего пребывания в Южной Америке решает вернуться в Англию. Но на родине Тревитика ждало разочарование: денег достать не удалось. И он снова начал заниматься изобретательской деятельностью.

Тревитик разработал проект боевого корабля с металлическим корпусом и паровым двигателем, плавучий паровой насос для осушения залитой местности (он намеревался использовать его в Голландии), проект устройства парового отопления жилых помещений. Но и эти, и другие его проекты по разным причинам так и не были реализованы.

Конец жизни Тревитик прожил в бедности. Он даже вынужден был обратиться в английский парламент с просьбой о финансовой помощи. Перечислив в своем прошении все свои важнейшие, по его мнению, изобретения, он завершил просьбу словами: «Проситель, однако, надеется, что его важные изобретения и усовершенствования не останутся не вознагражденными английской нацией, тем более что он до сих пор не получал ничего за убытки, которые он сам и его семья терпели благодаря тому, что он истратил свое состояние для общественного блага».

Крик о помощи не был услышан, и вскоре, 22 апреля 1833 года, создатель первого в мире паровоза умер. Похоронили Тревитика на кладбище для бедняков. Впоследствии место захоронения затерялось.

Но все же о достижениях великого изобретателя не забыли. В Кэмборне ему поставили памятник, в Дартфорде, где он умер, установили мемориальную доску, посвященную последним годам его жизни. А в Кардиффском университете библиотека названа его именем.

Последователи

Тревитик был первым, но не единственным, кто пытался поставить паровую машину на колеса. Джордж Стефенсон, работавший кочегаром на рудниках и в совершенстве изучивший имевшиеся там паровые машины, тоже решил создать собственный паровоз.

Работа над постройкой локомотива длилась десять месяцев. Первое испытание паровоза Стефенсона состоялось 25 июля 1814 года на путях рудника в Килингворте близ Ньюкасла. Паровоз в тот день провез состав из восьми груженых вагонов весом 30 тонн со скоростью около семи километров в час. После успешных испытаний паровоз начал регулярную перевозку грузов. В последующие годы Стефенсон построил еще несколько моделей паровоза, улучшая раз за разом его конструкцию.

 Тревитик разработал проект боевого корабля с металлическим корпусом и паровым двигателем, плавучий паровой насос для осушения залитой местности (он намеревался использовать его в Голландии), проект устройства парового отопления жилых помещений

Наряду с улучшением механической части паровоза Стефенсон занялся усовершенствованием рельсового пути, чтобы повысить его надежность и устранить тряску. В 1816 году он получил патент на усовершенствованный им рельсовый стык, что позволило значительно смягчить удары при проходе через него колес подвижного состава.

После этого Стефенсон занялся постройкой первой в мире железной дороги общественного пользования Стоктон — Дарлингтон. День ее открытия, 27 сентября 1825 года, считается днем основания железных дорог. Тогда при огромном стечении зрителей паровоз, ведомый Стефенсоном, повез состав из 38 вагонов, часть из которых была загружена углем и мукой. А 21 вагон был оборудован сиденьями для публики.

В России историю паровозостроения начали Ефим и Мирон Черепановы — создатели первого российского паровоза. Они начали работать над своей машиной в 1830 году. «Пароходный дилижанец» — именно так назвали свое творение Черепановы — был готов в 1834 году. Паровоз Черепановых был рассчитан на перевозку руды и развивал скорость до 15 километров в час. Но их машина оказалась не востребована. Паровозы для железных дорог, которые стали строить в России, приобретались за рубежом.

Паровой двигатель Томаса Севери

Дата публикации: 02 июля 2020. Категория: Новости.

Сегодня мы с вами познакомились с паровым двигателем Томаса Севери. А сейчас хотим предложить обзор паровых машин.
Помимо «электричек» и машин с ДВС, человечество уже несколько веков знает паровые двигатели.

1. Создателем первого движущегося транспортного средства на паровой тяге считается французский военный инженер Николя-Жозеф Кюньо. В 1769 году изобретатель создал трехколесную повозку – «малую телегу Кюньо», которую также называли «Фардье». По задумке автора, чудаковатое транспортное средство должно было использоваться для перевозки артиллерийских снарядов и пушек.

Недостатком малой телеги Кюньо были:

паровой механизм был расположен прямо на ведущем колесе. Наличие столь тяжелого элемента – вес двигателя с топливом превышал тонну –привело к тому, что с паромобилем с трудом могли управляться два человека!

Низкий запас хода, самоходная повозка могла проехать без дозаправки лишь около километра, что соответствовало четверти часа пути, после чего экипажу приходилось останавливаться для пополнения запасов воды и разведения под котлом костра для увеличения давления. Весь процесс занимал примерно столько же, сколько и поездка, а максимальная скорость паромобиля составляла всего-навсего 4-4,5 километра в час.

2. В 1867 году американский изобретатель Сильвестр Говард Роупер стал первым человеком, который догадался, что двигатели внешнего сгорания вполне пригодны для использования на двухколесных транспортных средствах. Так появился первый паровой велосипед Роупера.

Под сиденьем велосипеда Роупер разместил двухцилиндровый паровой двигатель, выход пара осуществлялся через трубу прямо за седлом, а вода в котел доставлялась из резервуара, который являлся частью сиденья. Управление ускорением осуществлялось при помощи ручки на руле: выкручивая ее от себя, водитель увеличивал скорость. При повороте механизма в обратном направлении активировались тормоза ложечного типа.

3. Машина-амфибия, она же Oruktor Amphibolos, была разработана американским изобретателем Оливером Эвансом в 1804. Первая самодвижущиеся повозка в США. Свой автомобиль Эванс оснастил 5-сильным паровым двигателем, который приводил в движение два из четырех колес, установленных в нижней части корпуса, выполненного в форме лодки, а также гребное колесо, смонтированное на корме. К сожалению, амфибия Эванса до наших дней не сохранилась. По описаниям изобретателя, длина полулодки-полуавтомобиля составляла исполинские девять с лишним метров, а масса – внимание! – достигала 15 тонн.

4. Ричард Тревитик представил в 1803 году повозку на 8 человек, которая приводилась в движение паровым двигателем с одним цилиндром. Пар для мотора создавался в паровом котле, расположенном между задними колесами. К сожалению, паромобиль Тревитика в то время оказался никому не нужен. Лишь через тридцать лет Вальтеру Хэнкоку удалось построить машину, которой нашлось реальное применение – его паровой омнибус под названием «Enterprise» начал курсировать по маршруту от Лондонской стены до района Пэддингтон. Омнибус был оснащен большим двухцилиндровым паровым двигателем, который раскручивался до ста оборотов в минуту. Пар в него подавался из бойлера под давлением в 6,1 бара. Максимальная скорость омнибуса составляла 32 километра в час. Запас хода детища Хэнкока составлял от 16 до 32 километров. Столь внушительных для того времени показателей удалось добиться благодаря дополнительным резервуарам с водой под пассажирскими креслами. Резервуары, кстати, вмещали до одной тонны жидкости.

5. Несмотря на то, что паромобили Абнера и Джона Доблов не стали самыми быстрыми, самыми первыми или самыми мощными, их автомобили можно действительно считать революционными – потому что они выглядели не как тележка с кастрюлей вместо багажника, а как обычные машины!
Сначала родилась модель под названием Model A, а спустя еще некоторое время и Model B, главным новшеством которой стал уникальный конденсатор для отработанного пара, выполненный в виде сотового радиатора. Благодаря этому запас хода на 90 литрах воды у Model B составлял от полутора до двух тысяч километров, тогда как прежде этого количества жидкости хватало лишь на 150 километров!

6. Если братья Доблы сосредоточились на гражданских паровых автомобилях, то были и те, кто стремился к созданию рекордных машин на кипящей воде. Например, братья Стенли, которые начали строить паромобили задолго до Доблов.

Их болид под название Stanley Rocket был готов к скоростным заездам в 1906 году. Для пилотирования экстремальной техники был выбран гонщик Фред Марриотт, а для установления рекордного показателя – флоридский пляж Ормонд, расположенный недалеко от Дайтона-бич. С первого же раза «Ракете» братьев Стенли с Марриоттом за рулем удалось разогнаться до 205,4 километра в час – на тот момент быстрее не ездил еще никто!

7.Паровые автомобили, конечно, не могли пройти мимо России. крестьянин с очевидным инженерным даром – Федор Блинов – в 1879 году получил патент «на особого устройства вагон с бесконечными рельсами для перевозки грузов по шоссейным и проселочным дорогам». Позже эта разработка превратилась в гусеничный паровой трактор, который Блинов научил еще и поворачивать из-за разницы в крутящем моменте на каждой из гусениц.

8. Первым в России серийное производство паромобилей запустил московский завод «Дукс», который также занимался выпуском велосипедов, омнибусов и прочего колесного транспорта. Паровые машины предприятия пользовались популярностью и были отмечены несколькими наградами. В частности, в 1902 году на конкурсе в Михайловском манеже в Санкт-Петербурге «Локомобиль» «Дукса» стал лучшим по удобству и изяществу и занял второе место по управляемости.

Как джеймс уатт создавал паровой двигатель

Содержание

1. Паровая машина Уатта
2. Вспомнить Герона
3. Модель Папена
4. «Друг рудокопа»
5. Двигатель Ньюкомена
6. Паровая революция
7. Машина широкого спроса
8. Двойной пар
9. Поршень крутит колесо
10. Полная автоматизация
11. Развитие идеи
12. Уатт и паровой двигатель
13. Однотактное чудо
14. Задавая вопросы
15. Сокращая расходы на топливо
16. Пар завоевывает мир
17. Век пара
18. Победители и проигравшие
19. На смену пару
20. vova_91
21. Всё самое интересное в одном журнале
22. Джеймс Уатт
23. Фото Все
24. Видео Все
25. Джеймс Уатт — биография
26. Детство
27. Образование
28. Изобретательство
29. Личная жизнь
30. Смерть
31. Ссылки
32. Видео

Паровая машина Уатта

Главным двигателем в разных отраслях производства веками оставалось водяное колесо. Но этот двигатель требовал располагать предприятия у рек и для запуска нуждался в дорогостоящих подготовительных работах. Мощность водяных колёс, зависевшую от силы реки, было трудно контролировать: ведь как в засуху, так и при наводнении — двигатель мог встать. Нужда в мощном, дешёвом, легкоуправляемом двигателе, который можно установить в любом месте, привела к созданию паровых машин.

Вспомнить Герона

«Праотцами» паровой машины можно считать два творения Герона Александрийского — поршневый насос и эолипил, в котором сила пара использована как источник энергии. Идею эолипила развил итальянский инженер Джованни Бранка, создав в 1629 г. первую паровую турбину, схожую с водяным колесом, но вращаемую не потоком воды, а давлением струи пара.

Двигатель Бранка был слишком слаб для промышленного использования — мощи паровой струи, поступающей из кипящего котла с водой, не хватало для раскручивания большого колеса. Поршневые насосы в XVI-XVIII вв. широко использовались для откачки грунтовых вод из глубоких шахт и приводились в движение водяным колесом (гидравлическим двигателем). Английский изобретатель Эдвард Сомерсет объединил идею поршня и использование пара в качестве рабочего тела (источника энергии) и в 1655 г. построил паровой насос для подъёма воды на стену замка. Но в те годы его идея не нашла поддержки.

Модель Папена

Серия научных открытий XVII- XVIII вв., познакомившая человечество с воздействием атмосферного давления, свойствами вакуума и расширением объёма тел при нагревании, дала пищу умам конструкторов, стремившихся создать новые типы двигателей. Опираясь на накопленные знания и конструкторский опыт предшественников, французский изобретатель Дени Папен в 1680 г. создал первую модель паровой машины. Рабочий поршень его машины, поднятый паром, образованным в рабочем цилиндре, опускаясь под давлением атмосферы, с помощью системы блоков поднимал груз. Так модель Папена показывала возможность практического применения силы пара.

«Друг рудокопа»

В 1698 г. английский инженер Томас Севери получил патент на «друга рудокопа» — паровой насос для откачки воды из шахт. Всю работу «друга» выполнял пар — там даже не было поршня. Севери, в отличие от Папена, стал производить пар в паровом котле, отделённом от рабочей части машины. Но для действия машины приходилось каждый раз охлаждать паровой котёл, и тепло, на создание которого тратился уголь в нагревательной печи, уходило в воздух.

Турбина — вращающийся (ротационный) двигатель, преобразующий энергию рабочего тела (воды, пара, газа) в механическую работу.Конденсация — переход вещества из газообразного состояния в жидкое. После конденсации пар становится водой.

Двигатель Ньюкомена

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

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

Паровая революция

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

Машина широкого спроса

В 1763 г. шотландскому инженеру Джеймсу Уатту пришлось чинить одну из машин Ньюкомена, и он обнаружил в ней много недочётов. Так, при запуске пара в охлаждённый водой цилиндр часть его тепла тратилась не на работу, а на повторный нагрев цилиндра. Но если держать цилиндр постоянно нагретым, как конденсировать пар? И тогда Уатт понял, что для создания вакуума в рабочем цилиндре можно просто откачать из него пар и отвести его охлаждаться в отдельный резервуар — в конденсатор, а оттуда вернуть воду обратно в котёл, замкнув цикл работы машины. В 1769 г. Уатт запатентовал свой пароатмосферный двигатель, который стал первой машиной, широко используемой в производстве.

Двойной пар

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

Поршень крутит колесо

Поршни машины Уатта 1765-1776 гг. совершали лишь одно рабочее движение (вниз) и работали рывками. В разработке системы передачи, переводящей прямолинейное движение поршня во вращательное движение рабочего колеса-маховика Уатта опередил некий Пикар, рабочий его завода. Он изобрёл удобный кривошипно-шатунный механизм, передающий движение от поршня к маховику. Теперь, вращая маховик, поршень совершал полезную работу при движении и вниз, и вверх — энергия двигателя стала использоваться полностью. Снабжённые колёсами машины Уатта нашли спрос как двигатели для мельниц, прядильных и ткацких станков, дисковых пил на лесопилках и пр.

Полная автоматизация

Работу первых двигателей Уатта приходилось контролировать. Надо было следить, чтобы машина работала равномерно, не развивая слишком большую мощность, для замедления вращения маховика или качания коромысла время от времени приходилось прикрывать клапан подачи пара. Также вручную открывались и закрывались клапаны подачи и отвода пара из главного цилиндра. В машине 1784 г. Уатт автоматизировал оба эти процесса: регулятор подачи пара он изобрёл сам, а в автоматизации парораспределения Уатту помог его сотрудник, механик Уильям Мердок, придумавший золотник — устройство, направляющее поток пара.

Развитие идеи

Успех первой пароатмосферной машины принёс Уатту и славу, и деньги на продолжение работы. Он поставил перед собой несколько задач по усовершенствованию своей машины: повысить мощность, использовать для выполнения полезной работы не только опускание поршня, но и его подъём, а также полностью автоматизировать управление машиной.

Источник

Уатт и паровой двигатель

«Мне нужен источник энергии получше, — горячился Мэтью Болтон. — Такой, чтоб не уставал, как лошади, и чтоб работал эффективно. » Его мечта сбылась после встречи с Джеймсом Уаттом. На свет появился паровой двигатель.
Пар привел в движение машины, совершившие промышленную революцию. Появились первые поезда и пароходы. С тех пор жизнь людей очень изменилась.

Однажды в 1764 году в шотландском городе Глазго в мастерскую принесли для починки модель парового двигателя. Это была миниатюрная модель двигателя Ньюкомена из коллекции научных экспонатов местного университета. Мастерская принадлежала Джеймсу Уатту — научному консультанту университета, которому в то время было 28 лет.

Однотактное чудо

Джеймс Уатт (1736-1819) произвел переворот в технике, сконструировав первый паровой двигатель с теплообменником

Двигатель Ньюкомена был изобретен примерно пятьюдесятью годами раньше и использовался для откачки воды в горнодобывающих шахтах. По сравнению с ранним паровым насосом этот двигатель был более совершенным, но он работал неэффективно. Он потреблял очень много топлива и сотрясал все вокруг.
Эти недостатки не очень важны, если использовать двигатель на угольной шахте: тут сколько угодно дешевого угля и никому не мешает тряска. Но у других возможных потребителей у кого не было дешевого топлива и кому требовалось, чтобы двигатель работал ровно, эта конструкция интереса не вызывала.

Задавая вопросы

Джеймс Уатт починил университетскую модель двигателя. Он в первый раз видел двигатель Ньюкомена и изучил его с большим интересом. Почему он такой неэффективный? Почему движение сопровождается такой тряской? Почему он потребляет столько угля?

Двигатель Ньюкомена был одноцилиндровым. Внутри цилиндра двигался поршень, соединенный с балансиром, который приводил в движение насос. Пар из котла попадал в цилиндр снизу и заставлял подниматься поршень, а тот, в свою очередь,— балансир. Затем в цилиндр подавалась холодная вода — пар конденсировался,давление, падало, и поршень опускался. Каждый раз, когда внутрь поступает холодная вода, пар конденсируется, и топливо, затраченное на то, чтобы произвести этот пар, пропадает напрасно. Для очередного подъема поршня нужен новый пар — значит, нужно снова нагревать котел, расходуя дополнительное топливо.

Сокращая расходы на топливо

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

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

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

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

Пар завоевывает мир

Паровая машина Ньюкомена, впервые установленная в 1712 году.

Это был настоящий прорыв. Вращательное движение могло найти гораздо более широкий круг применений. От коленчатого вала можно при помощи приводных ремней передать движение на ткацкие и другие станки. Теперь пар мог заставить крутиться колеса самодвижущихся экипажей.

Первые попытки использовать пар для создания новых средств передвижения были предприняты в 70-х годах XVIII века. Эти машины передвигались по дорогам, но пройдет немного времени, и люди найдут другое применение паровому двигателю— железные дороги. Уатт дожил до 1819 года и мог увидеть начало промышленной революции, которую подтолкнуло его изобретение, но он не дожил шести лет до начала эры железных дорог.

Век пара

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

Однако промышленная революция заключалась не только в изменении технологии производства, хотя это и было важно. Строительство новых машин и фабрик требовало денег, которые надо было заплатить задолго до того, как фабрики начнут приносить прибыль. Точно так же, как Уатту для финансовой поддержки его замыслов был нужен Болтон, для успеха промышленной революции нужны были богатые люди, готовые вложить свои деньги в дело.
Промышленная революция стала также революцией капиталистической. Начали основываться компании, банки поспешили вкладывать деньги в промышленность, появились деловые люди, зарабатывающие на жизнь тем, что сводили вместе научные идеи и капиталы.

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

Победители и проигравшие

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

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

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

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

Источник

vova_91

Всё самое интересное в одном журнале

Фото: Wikimedia Commons

Выдающийся шотландский инженер, изобретатель-механик Джеймс Уатт, труды которого положили начало промышленной революции сначала в Англии, а затем и во всем мире.

В полном смысле этого слова Джеймс Уатт не был первым человеком, который изобрел паровую машину. Подобное устройство было описано Героном Александрийским в I веке н.э. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским инженером XVI века, который предложил метод вращения вертела силой потока пара, направляемого на лопасти, закрепленные по ободу колеса. Джеймс Уатт изобрел универсальную паровую машину, усовершенствовав паровую машину Ньюкомена, которую во времена Уатта использовали для откачки воды из угольных шахт. Первым таким значительным новшеством стала изолированная камера для конденсации: Джеймс Уатт зарегистрировал патент на свое изобретение в 1769 году. При этом в документе значилось, что он изобрел не новую паровую машину, а паровой двигатель, температура которого всегда равнялась температуре пара. Следующее усовершенствование было направлено на то, чтобы заставить поршень в цилиндре совершать полезную работу не за счет атмосферного давления, а с помощью давления пара. Позднее он также изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году изобрел машину двойного действия, которая позволила увеличить производительность паровой машины в четыре раза, что дало 75% экономию в себестоимости угля. В дополнение к другим различным усовершенствованиям паровой машин Уатт также изобрел центробежный регулятор, при помощи которого осуществлялся автоматический контроль за скоростью машины, манометр и дроссельный клапан.

Мастерская Джеймса Уатта Фото: Frankie Roberto/Wikimedia Commons

В 1780 году Уатт изобрел и запатентовал портативный копировальный пресс, который состоял из коробки, в которой были отделения для карандашей, ручки, линейки и бумаги, а также специальный отсек для копировальной бумаги. В металлизированной коробке был запас краски и воды на 24 листа копирования. Для зажима листа оригинала использовалась металлическая крышка. До начала работы копировальные листы 12 часов выдерживались в специальном составе. Фактическое копирование производилось поворотом ручки аппарата, вращавшей два латунных валика, расположенных в нижней части корпуса. Оригинал документа помещался на копировальную пластину между подъемными крышками. Его прижимали к влажной копировальной бумаге для получения оттиска, и, таким образом, на копировальных листах получалась зеркальная копия документа, которая после 24 часов сушки была готова к использованию. Компания, основанная Уаттом, выпускала подобные машины до конца XIX века, ее использовали в своей работе такие известные люди, как Бенджамин Франклин, Джордж Вашингтон и Томас Джефферсон.
В преклонных годах изобретатель также трудился над машиной для копирования скульптурных произведений, эйдографом — механическим приспособлением, позволяющим с высокой точностью копировать барельефы, медальоны, статуи и прочие вещи самой сложной формы.

Механизм, изобретенный Уаттом в 1784 году для придания поршню паровой машины прямолинейного движения. Параллелограмм состоит из двух горизонтальных рычагов, шарнирно прикрепленных к концам вертикального рычага, который закреплен в центре балки моста и имеет возможность вращения. За счет поворота вертикального рычага компенсируется неравномерность движения в поворотах. В наши дни используется на задней оси в некоторых автомобильных подвесках.

Паровая машина Уатта. Фото: Eclipse.sx/Wikimedia Commons

В качестве измерения мощности Уатт предложил использовать понятие «лошадиная сила». Эта единица измерения использовалась при большинстве расчетов до 1882 года, пока Британская ассоциация инженеров решила назвать единицу мощности именем Уатта — Ватт. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения.

Источник

Джеймс Уатт

Фото Все

Видео Все

Джеймс Уатт и паровая машина.

Джеймс Уатт и его паровая машина

Технические изобретения Промышленного переворота (рус.) Новая история

Джеймс Уатт — биография

Джеймс Уатт — гениальный шотландский инженер, механик, изобретатель. Его работы дали толчок к промышленной революции. Его именем названа единица мощности СИ— Ватт, он ввёл понятие первой единицы мощности — лошадиной силы. Ему принадлежит изобретение паровой машины двойного действия.

Шотландский инженер, член Лондонского королевского общества, член Парижской академии наук и член Эдинбургского королевского общества. Эти регалии принадлежат великому изобретателю, учёному Джеймсу Уатт. Благодаря его открытиям кардинально изменило развитие промышленности, не только в Великобритании, но и во всём мире.

Мужчины рода Уатт прославляли свою фамилию задолго до рождения Джеймса. Его прадед был известный землевладелец из Абердиншира. Принял участие в войне 1644-1647 годов на стороне ковенантеров. Во время одного из сражений он погиб. Все его земли, имущество, дом было конфисковано. А сын Томас, дед Джеймса, был вынужден переехать к родственнику, проживающего около Гринока.

Благодаря настойчивости и трудолюбию, он достиг уважения в обществе. Преподавал математику и мореходство, позже занял должность окружного судьи, являлся председателем церковного совета. Трудолюбие и тягу к знанию унаследовал его сын Джеймс, отец будущего всемирно известного изобретателя. Джеймс –старший был очень разносторонним человеком. Его любимым занятием было что-то мастерить руками. И его пристрастие переросло в бизнес. Он строил корабли, чинил различные механизмы, занимался морской торговлей. Его жена Агнес Мюрхед принадлежала к богатому роду, и была образованна.

Детство

Портрет Джеймса Уатта в детстве

Особо счастливым детство юного Джеймса назвать трудно. Почти год он провёл в четырёх стенах своей комнаты где самостоятельно изучал различные науки сам. Гулять вместе с детьми он не мог, единственным увлечением вне дома это была рыбалка.

Как-то присутствующий в гостях у Уаттов знакомый заметил, что Джеймс младший рисует что-то мелом на очаге, и возмутился говоря, что ребёнок попросту тратит время. Но отец ответил, что в начале нужно разобраться, что это за рисунки. Какого же было удивление взрослых, когда они поняли, что Джеймс пытается найти решение задачи Эвклида.

Немного повзрослев юный математик, увлекается астрономией и его начинают интересовать химические опыты. К тому времени отец передал ему своё самое главное богатство — умение работать руками. Позже знакомые его называли «мастер на все руки». В подарок от отца он получил столярные инструменты. И стал с упорством присущим всем Уатт, изготовлять различные устройства и механизмы, придуманные его отцом. По достижению возраста, он поступает в гимназию. Учит латынь, совершенствует свои знания в области математике.

Образование

Устроится официально нет финансовых возможностей, и он договаривается об обучении у мастера Моргана. Средств хватило на оплату только одного года. Он начинает с упорством осваивать профессию, и скоро он от изготовления самых простых линеек и циркулей, переходит к изготовлению более сложных инструментов. Ему подвластно сделать квадрант и сектор, теодолит. Всё это время он почти не покидает дом, так как на это просто нет времени. Живёт впроголодь.

Джеймс Уатт в молодости

По истечении года он вернулся в Шотландию. Джеймс поселяется у своего дяди в Глазго, и решает открыть своё дело. Начинает ремонтировать телескопы, октанты, барометры. Но союз ремесленников заставляет его прекратить работу, так как по сути у него не было должного образования. Но ему подворачивается счастливый случай. Его приглашают в университет Глазго для ремонта и настройки астрономических инструментов будущей обсерватории. Позже его назначат мастером научных инструментов при университете. Наступает долгожданное время, когда он стал достаточно зарабатывать на жизнь.

Архитектор и бизнесмен Джон Крейг в 1759 году приглашает Джеймса стать его партнёром. Совместно они организовали производство по изготовлению разных устройств и механизмов. Их совместная работа принесла ему полное избавление от нужды. Появившиеся средства позволили ему нанять себе помощников. Вместе они проработали ещё шесть лет, до самой смерти предпринимателя.

Изобретательство

Джон Робинсон, давний приятель Джеймса Уатта, заинтриговав его как – то вопросом по использованию пара в качестве двигательной энергии. Созданная пятьдесят лет назад паровая машина Ньюкомена использовалась только для откачки воды из шахт. За всё время её существования никто не пытался её как-то усовершенствовать. И Джеймс начинает исследование пара с нуля. Первые попытки создания новой паровой машины потерпели неудачу.

Паравая машина Джеймса Уатта

Но в 1763 году по просьбе профессора из университета он ремонтирует действующую паровую машину Ньюкомена. Он вносит в конструкцию много усовершенствований. Первую свою идею он запатентовал в 1769 году. Это изолированная камера для конденсата. Но создать полноценную машину он не может. Нужны деньги. Ему оказывают помощь Джозеф Блэк и Джона Роубака.

А через год это изобретение стало работать на предприятиях, к примеру эта машина была востребована на пивоварнях. Именно там и появилось понятие «лошадиная сила», так до появления этого механизма воду накачивали с помощью лошадей. Для точности эксперимента на одном пивоваренном заводе, хозяин в течении рабочей смены использовал одну самую выносливую лошадь. Джеймс выяснил, что она за час перегнала 75 кг воды. Это и стало единицей измерения мощности— лошадиная сила равняется 75 килограмм-силам на метр в секунду.

Первые созданные машины были очень громоздкие, и для них строили отдельное помещение. Но позднее Уатт модернизировал не только внутренние механизма агрегата, но и внешний вид.

В конце XVIII века значения разработанного двигателя оказалось по истине неоценимым вкладом в развитие промышленности и прогресса. По аналогии он создал копировальный пресс, который он запатентовал в 1780 году.

Копировальный пресс Джеймса Уатта

В 1800 году Джеймс Уатт уходит на пенсию, к этому времени уже закончился срок его патента, но это не значит, что великий изобретатель прекратил свои изыскания. Он ещё создаст эйдограф — прибор для «клонирования» скульптур, медальонов, сосудов и прочих предметов искусства.

Личная жизнь

В 1763 году состоялась свадьба, Уатт взял себе в жёны свою кузину Маргарет (Пегги) Миллер. В браке родилось 5 детей. При последних родах в 1772 году его жена умерла. Второй брак состоялся в 1777 году. Его избранницей стала Энн МакГрегор. У пары родилось ещё двое детей.

Смерть

Жизнь великого учёного закончилась 25 августа 1819 года. Он умер на 83 году жизни. Джеймс Уатт захоронен на кладбище возле церкви Святой Марии в Хэндсворте. На сегодняшний день церковь расширили и его захоронение находится под его сводами.

Память Джеймса Уатта увековечена памятником в Вестминстерском аббатстве. Великий изобретатель высечен сидящем, с бумагой и пером в руках.

Ссылки

Источник

Видео

Джеймс Уатт и паровая машина.

Джеймс Уатт и его паровая машина

Джеймс Уатт и паровая машина

Джеймс Уатт — биография изобретателя паровой машины

Джеймс Уатт и его паровая машина

Из истории великих научных открытий Джеймс Уатт и паровая машина

Паровая машина Джеймса Уатта 18 век

История парового двигателя. «Бизнес-ангелы Джеймса Уатта». Олег Голубев

Джеймс Уатт. «Отец паровой машины»

Видео 1. Джеймс Уатт и его паровая машина

Кто создал в мире первый паровой двигатель

Главная » Raznoe » Кто создал в мире первый паровой двигатель

Кто же первый покорил энергию пара? / История эволюции парового двигателя

Многие думают что история пара началась в Британской империи в викторианскую эпоху. То есть в период с 1837 по 1901 год — время правления королевы Виктории, эра спокойствия, процветания, упрочения власти в колониях.

К концу 19 века Британия была мощнейшим государством в мире. Ее население составляло свыше 500 миллионов человек (примерно четверть всего человечества), площадь территорий — свыше 37 миллионов квадратных километров (около трети всей суши Земли).

Небывалое развитие науки, стремительная индустриализация, проведение первой Всемирной Торговой выставки (1851), массовая прокладка железных дорог, открытие лондонского метро (1863), электрическое уличное освещение (1882)… Людей буквально опьяняла вера в бесконечную силу рационального мышления. Иначе говоря, начиналась эпоха стимпанка — начиналась, но так и не началась.

Строго говоря, энергия пара была покорена не британцами, а греками. Еще в 1 веке нашей эры Герон Александрийский создал эолипил — вращающийся под давлением пара металлический шар. Герон построил его как игрушку, не собираясь применять на практике.

Совпадение это или нет, но за 700 лет до этого в той же Греции (на острове Коринф) был построен так называемый «диолкос» — вырубленные в известняке параллельные колеи для транспортировки судов по суше (прообраз современной железной дороги).

Данные изобретения никак не были связаны друг с другом, однако вполне можно утверждать, что греки имели теоретическую возможность разработать паровой железнодорожный транспорт почти на 2000 лет раньше, чем подобное произошло. Именно это обстоятельство делает правомерным существование «архаичных» разновидностей стимпанка.

Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина, попросту говоря паровоз, была спроектирована механиком Иваном Ползуновым в 1763 году. На испытаниях машины, которые состоялись в Барнауле всего через год, присутствовал Джеймс Ватт. Идея ему очень приглянулась… В апреле 1784 года в Лондоне ему удалось получить патент на паровую машину с универсальным двигателем. Член комиссии по приему изобретения Ползунова, Джеймс Ватт считается ее изобретателем. Пока мы запрягали

Кто создал паровой двигатель, решить сложно. В разное время над ним (с переменным успехом) работали Томас Сэйвери (1698), Томас Ньюкомен (1712) и Джеймс Ватт. Последний и вошел в историю как «изобретатель» паровой машины. Он запатентовал ее в 1769 году, однако на самом деле он просто усовершенствовал устройства, созданные до него. Отдельно следует упомянуть русского крепостного механика Ивана Ползунова — он создал паровую машину в 1764 году, причем, в отличие от Ватта, делал ее с нуля, не имея перед глазами действующих образцов.

Если определять стимпанк как период активного применения паровых машин, то его началом будет 1707 год, когда французский физик Дени Папин сконструировал первую лодку с паровым двигателем. О ней известно очень мало — речные паромщики быстро почуяли конкуренцию и сломали аппарат.

Крупномасштабное коммерческое использование паровых машин началось в 1807 году с рейсов пассажирского парохода «Клермонт», построенного американцем Робертом Флтоном. Предприятие оказалось неожиданно прибыльным, а пароходы — живучими. Уже через десять-пятнадцать лет они серьезно потеснили парусные суда.

Что касается «сухопутных» паровых машин, то пальму первенства здесь следует отдать Николя Жозефу Куньо (1725—1804). Именно он в 1769 году догадался поставить паровой котел на тележку, чтобы возить тяжелые пушки. Его «fardier a vapeur» (паровая телега) могла перевозить груз весом в четыре тонны и развивала скорость до 4 километров в час.

В 1771 году «паровая телега» Куньо случайно врезалась в стену. Это был первое в мире ДТП с участием «автомобиля».

Английский изобретатель Ричард Тревитик (1771—1833) продолжил дело Куньо и в 1801 году представил на суд публике «Пыхтящего Дьявола» — первый компактный паровой автомобиль, предназначенный для перевозки людей, а два года спустя — более удачный «Лондонский паровой экипаж».

В 1804 году Тревитик создает первый в мире паровоз, который работал всего несколько лет. Он быстро приводил рельсы в негодность, так как был слишком тяжел для путей, рассчитанных на небольшие вагоны с «лошадиным приводом».

Паровозы и пароходы не только «приблизили» друг к другу города и континенты

Их мощь в то время казалась невероятной. Всего за сотню лет наука сделала такой скачок вперед, что люди, в молодости ездившие на лошадях и даже не мечтавшие увидеть другие страны, теперь могли повторить путешествие Магеллана всего за несколько месяцев. Казалось, будто для человечества больше не осталось преград.

Абсолютный рекорд скорости для паровозов был поставлен локомотивом «Дикая утка» серии LNER Class A4. Своими обтекаемыми формами он больше напоминал современные японские супер-поезда. 3 июля 1938 года он развил 201 километров в час.

Но паровой двигатель царил на планете лишь чуть более 150 лет. К концу Второй мировой войны он безвозвратно уступил лидерство двигателям внутреннего сгорания. Стимпанк не состоялся, причем это было неизбежно. Почему? Причины здесь чисто практические.

Пообщавшись одиннадцатилетним мальчиком, узнал, что «оказывается», все открытия и изобретения были сделаны американцами и европейцами. Поразившись незнанию современной молодежью достижений великих русских ученых и изобретателей, решил вспомнить всех тех, кем мы должны по праву гордиться. Ты должен это знать

Да, у паровых двигателей есть свои преимущества. Они неразборчивы к источнику тепла и могут вырабатывать механическую энергию практически на любом топливе. Еще одно преимущество паровых двигателей — нечувствительность к перепадам давления. Это обнаружилось лишь тогда, когда паровозы на высокогорных рейсах сменились тепловозами. При подъеме на значительную высоту последние резко теряли мощность. Сегодня в горах Швейцарии и Австрии до сих пор ходят паровозы.

Однако у паровых двигателей есть один — самый главный — недостаток, перечеркивающий все достоинства. Их КПД (коэффициент полезного действия) равен всего 5%, в то время как двигатели внутреннего сгорания работают при 25% эффективности. Именно поэтому в начале 20 века паровые двигатели проиграли соревнование с дизельными — они не экономно расходовали тепло, были слишком тяжелы (непригодны для установки на летательных аппаратах) и не могли обеспечить высокую мощность при значительном уменьшении размеров.

Источник: steampunker.ru

news.rambler.ru

Ответы@Mail.Ru: сообщение по физике: ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ ПЕРВОЙ В МИРЕ ТЕПЛОВОЙ МАШИНЫ

История паровых машин Многие считают, что история паровых машин началась лишь в конце 17 века в Англии. Но это не совсем верно. Еще в первом веке до нашей эры, одним из великих ученых древней Греции, Героном Александрийским был написан трактат «Пневматика» . В нем описывались машины использовавшие энергию тепла. Наиболее интересными для нас, были две тепловые машины. Эолипил — шар «Эола» , вращался вокруг своей оси под действием выходящего из него пара. Фактически это был прообраз будущих паровых турбин. Еще одним замечательным устройством Герона Александрийского был привод дверей храма, открывающихся под действием огня зажженного на алтаре. При детальном разборе в этой сложной системе механизмов мы можем увидеть первый паровой насос. Все тепловые машины созданные Героном Александрийским использовались лишь в качестве игрушек. Они не были востребованы в свое время. Настоящая история паровых машин начинается лишь в 17 веке. Одним из первых, кто создал действующий прообраз паровой машины, был Дени Папен. Паровая машина Папена, была фактически лишь набросками, моделью. Он так и не сумел создать настоящую паровую машину, которая могла бы использоваться на производстве. Но его труды не были забыты на тысячелетия как труды Герона. Все его идеи нашли применение в следующем поколении паровых машин. Если точно установить, кто первым в истории техники создал паровую машину очень сложно, то вот кто первым запатентовал и применил на практике свою паровую машину известно достоверно. В 1698 году, Англичанин Томас Севери, зарегистрировал первый патент на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня…» . Как видите описание патента очень расплывчато. В действительности, им был создан первый паровой насос. Единственное что он мог делать, поднимать воду. При этом КПД насоса был крайне низким, потребление угля было просто огромно. Поэтому основное применение насос получил на угольных шахтах. Им откачивали грунтовые воды. В 1712 году, мир увидел паровую машину Томаса Ньюкомена. Паровая машина Ньюкомена вобрала в себя лучшие идеи из паровой машины Папена и парового насоса Севери. В ней для совершения движения применялся паровой цилиндр с поршнем как в паровой машине Папена. При этом пар получали отдельно, в паровом котле, как в паровом насосе Севери. Несмотря на серьезный прорыв в создании паровых машин, свое основное распространение машина Ньюкомена получила только как привод для водяных насосов. Главные недостатки, паровой машины Ньюкомена заключались в ее огромных размерах и большом потреблении угля. Попытки применить ее для привода пароходов не увенчались успехом. Более 50 лет паровая машина Ньюкомена оставалась неизменной. В 1763 году, Джеймсу Уатту, работавшему механиком в университете Глазго, предлагают починить паровую машину Ньюкомена. В процессе работы с машиной Ньюкомена, Уатт приходит к мысли, что неплохо бы ее усовершенствовать. Во-первых, Уатт решает, что паровой цилиндр надо держать постоянно горячим. Так можно будет сократить расход угля. Для этого он создает конденсатор для охлаждения пара. Следующее, что он делает, изменяет принцип работы парового цилиндра. Если в паровой машине Ньюкомена рабочий ход машина свершала под действием атмосферного давления, то в паровой машине Уатта, поршень свершал рабочий ход под действием давления пара. Благодаря этому можно было увеличить давление в цилиндре и уменьшить размер паровой машины. В 1773 году, Уатт, строит свою первую действующую паровую машину. А в 1774 году, совместно с промышленником Метью Болтоном, Уатт открывает компанию по производству паровых машин. Дела шли успешно и Болтон, просит Уатта создать паровую машину для своего нового листопрокатного завода. В 1884 году, Уатт создает первую универсальную паровую машину. Ее основное назначение – привод промышленных станков. С этого момента, паровая машина перестает быть привязана к угольным шахтам. Ее начинают применять на заводах, уста

touch.otvet.mail.ru

ИЗОБРЕТЕНИЕ ПАРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

ИЗОБРЕТЕНИЕ ПАРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Схема паровой машины Джеймса Уатта (1775 г.)

Процесс изобретения парового двигателя, как это часто бывает в технике, растянулся чуть ли не на столетие, поэтому выбор даты для этого события достаточно условен. Впрочем, никем не отрицается, что прорыв, приведший к технологической революции, был осуществлен шотландцем Джеймсом Уаттом.

Над использованием пара в качестве рабочего тела люди задумывались еще в глубокой древности. Однако лишь на рубеже XVII–XVIII вв. удалось найти способ производить полезную работу с помощью пара. Одна из первых попыток поставить пар на службу человеку была предпринята в Англии в 1698 г.: машина изобретателя Сэйвери предназначалась для осушения шахт и перекачивания воды. Правда, изобретение Сэйвери еще не было двигателем в полном смысле этого слова, поскольку, кроме нескольких клапанов, открывавшихся и закрывавшихся вручную, в нем не имелось подвижных частей. Машина Сэйвери работала следующим образом: сначала герметичный резервуар наполнялся паром, затем внешняя поверхность резервуара охлаждалась холодной водой, отчего пар конденсировался, и в резервуаре создавался частичный вакуум. После этого вода — например со дна шахты — засасывалась в резервуар через заборную трубу и после впуска очередной порции пара выбрасывалась наружу.

Первая паровая машина с поршнем была построена французом Дени Папеном в 1698 г. Вода нагревалась внутри вертикального цилиндра с поршнем, и образовавшийся пар толкал поршень вверх. Когда пар охлаждался и конденсировался, поршень опускался вниз под действием атмосферного давления. Посредством системы блоков паровая машина Папена могла приводить в действие различные механизмы, например насосы.

Более совершенную машину в 1712 г. построил английский кузнец Томас Ньюкомен. Как и в машине Папена, поршень перемещался в вертикальном цилиндре. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался, в цилиндре образовывался вакуум, и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. Этот обратный ход удалял воду из цилиндра и посредством цепи, соединенной с коромыслом, двигавшимся наподобие качелей, поднимал вверх шток насоса. Когда поршень находился в нижней точке своего хода, в цилиндр снова поступал пар, и с помощью противовеса, закрепленного на штоке насоса или на коромысле, поршень поднимался в исходное положение. После этого цикл повторялся.

Машина Ньюкомена широко использовалась в Европе более 50 лет. В 1740-х годах машина с цилиндром длиной 2,74 м и диаметром 76 см за один день выполняла работу, которую бригада из 25 человек и 10 лошадей, работая посменно, выполняла за неделю. И все-таки ее КПД был чрезвычайно низок.

Наиболее ярко промышленная революция проявилась в Англии, прежде всего в текстильной промышленности. Несоответствие предложения тканей и стремительно возрастающего спроса привлекло лучшие конструкторские умы к разработке прядильных и ткацких машин. В историю английской техники навсегда вошли имена Картрайта, Кея, Кромптона, Харгривса. Но созданные ими прядильные и ткацкие станки нуждались в качественно новом, универсальном двигателе, который бы непрерывно и равномерно (именно этого не могло обеспечить водяное колесо) приводил станки в однонаправленное вращательное движение. Вот здесь-то во всем своем блеске предстал талант знаменитого инженера, «волшебника из Гринока» Джеймса Уатта.

Уатт родился в шотландском городке Гринок в семье кораблестроителя. Работая учеником в мастерских в Глазго, за первые два года Джеймс приобрел квалификацию гравировщика, мастера по изготовлению математических, геодезических, оптических приборов, различных навигационных инструментов. По совету дяди-профессора Джеймс поступил в местный университет на должность механика. Именно здесь Уатт начал работать над паровыми машинами.

Джеймс Уатт пытался усовершенствовать пароатмосферную машину Ньюкомена, которая, в общем-то, годилась только для перекачивания воды. Ему было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. В 1765 г. Уатт пришел к мысли, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Кроме того, Уатт сделал еще несколько усовершенствований, окончательно превративших паро-атмосферную машину в паровую. Например, он изобрел шарнирный механизм — «параллелограмм Уатта» (называется так потому, что часть звеньев — рычагов, входящих в его состав, образует параллелограмм), который преобразовывал возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение главного вала. Теперь ткацкие станки могли работать непрерывно.

В 1776 г. машина Уатта прошла испытания. Ее КПД оказался вдвое больше, чем у машины Ньюкомена. В 1782 г. Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поэтому поршень совершал и рабочий, и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Поскольку в паровой машине двойного действия шток поршня совершал тянущее и толкающее действие, прежнюю приводную систему из цепей и коромысла, которая реагировала только на тягу, пришлось переделать. Уатт разработал систему связанных тяг и применил планетарный механизм[102] для преобразования возвратно-поступательного движения штока поршня во вращательное движение, использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара. Запатентованная Уаттом «ротативная паровая машина» сначала широко применялась на прядильных и ткацких фабриках, а позже и на других промышленных предприятиях. Двигатель Уатта годился для любой машины, и этим не замедлили воспользоваться изобретатели самодвижущихся механизмов.

Паровая машина Уатта поистине стала изобретением века, положившим начало промышленной революции. Но изобретатель на этом не ограничился. Соседи не раз с удивлением наблюдали за тем, как Уатт гоняет по лугу лошадей, тянущих специально подобранные тяжести. Так появилась единица мощности — лошадиная сила, получившая впоследствии всеобщее признание.

К сожалению, финансовые трудности вынудили Уатта уже в зрелом возрасте проводить геодезические изыскания, работать на строительстве каналов, сооружать порты и пристани, пойти, наконец, на экономически кабальный союз с предпринимателем Джоном Ребеком, потерпевшим вскоре полный финансовый крах.

Следующая глава

history.wikireading.ru

Кто создал первый паровой двигатель в мире? — Физика

Форма входа

Поиск по вопросам

Статистика

Онлайн всего: 32

Гостей: 32

Жителей: 0

Кто создал первый паровой двигатель в мире?

Кто создал первый паровой двигатель в мире?

Категория: Физика | Добавил: Ninaarc (10. 03.2018)

Просмотров: 138 | Ответы: 2 | Рейтинг: 5.0/1

ingvarr.net.ru

Смотрите также

• Кто написал серебряное копытце
• Кто написал всадника без головы
• Кто написал капитанскую дочку
• Путана кто написал
• Оптоволокно кто придумал
• Кто придумал халву
• Россия молодая кто написал
• В каком году и кто открыл америку
• Киберфизическая лаборатория создатель
• Кто изобрел ремни безопасности
• Кто придумал армию

Поровой двиготель.

История изобретения паровых машин

Начал свою экспансию еще в начале 19-го века. И уже в то время строились не только большие агрегаты для промышленных целей, но также и декоративные. В большинстве своем их покупателями были богатые вельможи, которые хотели позабавить себя и своих детишек. После того как паровые агрегаты плотно вошли в жизнь социума, декоративные двигатели начали применяться в университетах и школах в качестве образовательных образцов.

Паровые двигатели современности

В начале 20-го века актуальность паровых машин начала падать. Одной из немногих компаний, которые продолжили выпуск декоративных мини-двигателей, стала британская фирма Mamod, которая позволяет приобрести образец подобной техники даже сегодня. Но стоимость таких паровых двигателей легко переваливает за две сотни фунтов стерлингов, что не так и мало для безделушки на пару вечеров. Тем более для тех, кто любит собирать всяческие механизмы самостоятельно, гораздо интереснее создать простой паровой двигатель своими руками.

Очень простое. Огонь нагревает котел с водой. Под действием температуры вода превращается в пар, который толкает поршень. Пока в емкости есть вода, соединенный с поршнем маховик будет вращаться. Это стандартная схема строения парового двигателя. Но можно собрать модель и совершенно другой комплектации.

Что же, перейдем от теоретической части к более увлекательным вещам. Если вам интересно делать что-то своими руками, и вас удивляют столь экзотичные машины, то эта статья именно для вас, в ней мы с радостью расскажем о различных способах того, как собрать двигатель своими руками паровой. При этом сам процесс создания механизма дарит радость не меньшую, чем его запуск.

Метод 1: мини-паровой двигатель своими руками

Итак, начнем. Соберем самый простой паровой двигатель своими руками. Чертежи, сложные инструменты и особые знания при этом не нужны.

Для начала берем из-под любого напитка. Отрезаем от нее нижнюю треть. Так как в результате получим острые края, то их необходимо загнуть внутрь плоскогубцами. Делаем это осторожно, чтобы не порезаться. Так как большинство алюминиевых банок имеют вогнутое дно, то необходимо его выровнять. Достаточно плотно прижать его пальцем к какой-нибудь твердой поверхности.

На расстоянии 1,5 см от верхнего края полученного «стакана» необходимо сделать два отверстия друг напротив друга. Желательно для этого использовать дырокол, так как необходимо, чтобы они получились в диаметре не менее 3 мм. На дно банки кладем декоративную свечку. Теперь берем обычную столовую фольгу, мнем ее, после чего оборачиваем со всех сторон нашу мини-горелку.

Мини-сопла

Далее нужно взять кусок медной трубки длиной 15-20 см. Важно, чтобы внутри она была полой, так как это будет наш главный механизм приведения конструкции в движение. Центральную часть трубки оборачивают вокруг карандаша 2 или 3 раза, так, чтобы получилась небольшая спираль.

Теперь необходимо разместить этот элемент так, чтобы изогнутое место размещалось непосредственно над фитилем свечки. Для этого придаем трубке формы буквы «М». При этом выводим участки, которые опускаются вниз, через проделанные отверстия в банке. Таким образом, медная трубка жестко фиксируется над фитилем, а ее края являются своеобразными соплами. Для того чтобы конструкция могла вращаться, необходимо отогнуть противоположные концы «М-элемента» на 90 градусов в разные стороны. Конструкция парового двигателя готова.

Запуск двигателя

Банку размещают в емкости с водой. При этом необходимо, чтобы края трубки находились под ее поверхностью. Если сопла недостаточно длинные, то можно добавить на дно банки небольшой грузик. Но будьте осторожны — не потопите весь двигатель.

Теперь необходимо заполнить трубку водой. Для этого можно опустить один край в воду, а вторым втягивать воздух как через трубочку. Опускаем банку на воду. Поджигаем фитиль свечки. Через некоторое время вода в спирали превратится в пар, который под давлением будет вылетать из противоположных концов сопел. Банка начнет вращаться в емкости достаточно быстро. Вот такой у нас получился двигатель своими руками паровой. Как видите, все просто.

Модель парового двигателя для взрослых

Теперь усложним задачу. Соберем более серьезный двигатель своими руками паровой. Для начала необходимо взять банку из-под краски. При этом следует убедиться, что она абсолютно чистая. На стенке на 2-3 см от дна вырезаем прямоугольник с размерами 15 х 5 см. Длинная сторона размещается параллельно дну банки. Из металлической сетки вырезаем кусок площадью 12 х 24 см. С обоих концов длинной стороны отмеряем 6 см. Отгибаем эти участки под углом 90 градусов. У нас получается маленький «столик-платформа» площадью 12 х 12 см с ногами по 6 см. Устанавливаем полученную конструкцию на дно банки.

По периметру крышки необходимо сделать несколько отверстий и разместить их в форме полукруга вдоль одной половины крышки. Желательно, чтобы отверстия имели диаметр около 1 см. Это необходимо для того, чтобы обеспечить надлежащую вентиляцию внутреннего пространства. Паровой двигатель не сможет хорошо работать, если к источнику огня не будет попадать достаточное количество воздуха.

Основной элемент

Из медной трубки делаем спираль. Необходимо взять около 6 метров мягкой медной трубки диаметром 1/4-дюйма (0,64 см). От одного конца отмеряем 30 см. Начиная с этой точки, необходимо сделать пять витков спирали диаметром 12 см каждая. Остальную часть трубы изгибают в 15 колец диаметром по 8 см. Таким образом, на другом конце должно остаться 20 см свободной трубки.

Оба вывода пропускают через вентиляционные отверстия в крышке банки. Если окажется, что длины прямого участка недостаточно для этого, то можно разогнуть один виток спирали. На установленную заранее платформу кладут уголь. При этом спираль должна размещаться как раз над этой площадкой. Уголь аккуратно раскладывают между ее витками. Теперь банку можно закрыть. В итоге мы получили топку, которая приведет в действие двигатель. Своими руками паровой двигатель почти сделан. Осталось немного.

Емкость для воды

Теперь необходимо взять еще одну банку из-под краски, но уже меньшего размера. В центре ее крышки сверлят отверстие диаметром в 1 см. Сбоку банки проделывают еще два отверстия — одно почти у дна, второе — выше, у самой крышки.

Берут два корка, в центре которых проделывают отверстие с диаметров медной трубки. В один корок вставляют 25 см пластиковой трубы, в другой — 10 см, так, чтобы их край едва выглядывал из пробок. В нижнее отверстие малой банки вставляют корок с длинной трубкой, в верхнее — более короткую трубку. Меньшую банку размещаем на большой банке краски так, чтобы отверстие на дне было на противоположной стороне от вентиляционных проходов большой банки.

Результат

В итоге должна получиться следующая конструкция. В малую банку заливается вода, которая через отверстие в дне вытекает в медную трубку. Под спиралью разжигается огонь, который нагревает медную емкость. Горячий пар поднимается по трубке вверх.

Для того чтобы механизм получился завершенным, необходимо присоединить к верхнему концу медной трубки поршень и маховик. В итоге тепловая энергия горения будет преобразовываться в механические силы вращения колеса. Существует огромное количество различных схем для создания такого двигателя внешнего сгорания, но во всех них всегда задействованы два элемента — огонь и вода.

Кроме такой конструкции, можно собрать паровой но это материал для совершенно отдельной статьи.

Паровой машиной называется тепловой двигатель, в котором по­тенциальная энергия расширяющегося пара преобразуется в меха­ническую энергию, отдаваемую потребителю.

С принципом действия машины ознакомимся, воспользовавшись упрощенной схемой фиг. 1.

Внутри цилиндра 2 находится поршень 10, который может пере­мещаться вперед и назад под давлением пара; в цилиндре имеются четыре канала, которые могут открываться и закрываться. Два верх­них пароподводящих канала
1
и
3
соединены трубопроводом с паро­вым котлом, и через них в цилиндр может поступать свежий пар. Через два нижних капала 9 и 11 пар, уже совершивший работу, выпускается из цилиндра.

На схеме показан момент, когда каналы 1 и 9 открыты, каналы 3 и
11
закрыты. Поэтому свежий пар из котла по каналу
1
поступает в левую полость цилиндра и своим давлением перемещает поршень вправо; в это время отработавший пар по каналу 9 из правой полости цилиндра удаляется. При крайнем правом положении поршня каналы
1
и
9
закрыты, а 3 для впуска свежего пара и 11 для выпуска отработавшего пара открыты, вследствие чего поршень переместится влево. При крайнем левом положении поршня открываются каналы
1
и 9 и закрываются каналы 3 и 11 и процесс повторяется. Таким образом, создается прямолинейное возвратно-поступательное движе­ние поршня.

Для преобразования этого движения во вращательное приме­няется так называемый кривошипно-шатунный механизм. Он состоит из поршневого штока- 4, соединенного одним концом с поршнем, а другим шарнирно, посредством ползуна (крейцкопфа) 5, скользящего между направляющими параллелями, с шатуном 6, который передает движение, на коренной вал 7 через его колено или кривошип 8.

Величина вращающего момента на коренном валу не является постоянной. В самом деле, силу
Р
, направленную вдоль штока (фиг. 2), можно разложить на две составляющие:
К
, направленную вдоль шатуна, и
N
,
перпендикулярную к плоскости направляющих параллелей. Сила N не оказывает никакого влияния на движение, а только прижимает ползун к направляющим параллелям. Сила
К
передается вдоль шатуна и действует на кривошип. Здесь ее опять можно разложить на две составляющие: силу
Z
, направленную по радиусу кривошипа и прижимающую вал к подшипникам, и силу
Т
, перпендикулярную к кривошипу и вызывающую вращение вала. Величина силы Т определится из рассмотрения треугольника AKZ. Так как угол ZAK = ? + ?, то

Т = К
sin
(? + ?).

Но из треугольника ОКР сила

K=
P/
cos
?

поэтому

T=
Psin (
? + ?) /
cos
?
,

При работе машины за один оборот вала углы
?
и
?
и сила
Р
непрерывно меняются, а поэтому величина крутящей (тангенциаль­ной) силы
Т
также переменна. Чтобы создать равномерное вращение коренного вала в течение одного оборота, на него насаживают тяжелое колесо-маховик, за счет инерции которого поддерживается постоян­ная угловая скорость вращения вала. В те моменты, когда сила
Т
возрастает, она не может сразу же увеличить скорость вращения вала, пока не ускорится движение маховика, чего не происходит мгновенно, так как маховик обладает большой массой. В те моменты, когда работа, производимая крутящей силой
Т
, становится меньше работы сил сопротивления, создаваемых потребителем, маховик опять-таки в силу своей инерции не может сразу уменьшить свою ско­рость и, отдавая полученную при своем разгоне энергию, помогает поршню преодолевать нагрузку.

При крайних положениях поршня углы? + ? = 0, поэтому sin (? + ?) =0 и, следовательно, Т = 0. Так как вращающее уси­лие в этих положениях отсутствует, то, если машина была бы без маховика, сна должна была бы остановиться. Эти крайние положения поршня называются мертвыми положениями или мертвыми точками. Через них кривошип переходит также за счет инерции маховика.

При мертвых положениях поршень не доводится до соприкоснове­ния с крышками цилиндра, между поршнем и крышкой остается так называемое вредное пространство. В объем вредного прост­ранства включается также объем паровых каналов от органов парорас­пределения до цилиндра.

Ходом поршня
S
называется путь, проходимый поршнем при перемещении из одного крайнего положения в другое. Если расстояние от центра коренного вала до центра пальца кривошипа — радиус кривошипа — обозначить через R, то S = 2R.

Рабочим объемом цилиндра V
h
называется объем, описываемый поршнем.

Обычно паровые машины бывают двойного (двухстороннего) действия (см. фиг. 1). Иногда применяются машины односторон­него действия, в которых пар оказывает давление на поршень только со стороны крышки; другая сторона цилиндра в таких маши­нах остается открытой.

В зависимости от давления, с которым пар покидает цилиндр, машины разделяются на выхлопны е, если пар выходит в атмо­сферу, конденсационные, если пар выходит в конденсатор (холодильник, где поддерживается пониженное давление), и тепло фикационные, у которых отработавший в машине пар исполь­зуется для каких-либо целей (отопление, сушка и пр. )

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях , локомотивах , на паровых судах, тягачах , паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века. Позднее паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания , паровыми турбинами , электромоторами и атомными реакторами , КПД которых выше.

Паровая машина в действии

Изобретение и развитие

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном из Александрии в первом столетии — это так называемая «баня Герона», или «эолипил». Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Предполагается, что преобразование пара в механическое движение было известно в Египте в период римского владычества и использовалось в несложных приспособлениях.

Первые промышленные двигатели

Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения полезных задач. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Сейвери в 1698 году . На своё устройство Сейвери в 1698 году получил патент. Это был поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как вследствие высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа».

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель», который был первым паровым двигателем, на который мог быть коммерческий спрос. Это был усовершенствованный паровой двигатель Сейвери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Ньюкомен, возможно, базировался на описании экспериментов Папена, находящихся в Лондонском королевском обществе , к которым он мог иметь доступ через члена общества Роберта Гука , работавшего с Папеном.

Схема работы паровой машины Ньюкомена.
– Пар показан лиловым цветом, вода — синим.
– Открытые клапаны показаны зелёным цветом, закрытые — красным

Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Клапаны ранних двигателей Ньюкомена открывались и закрывались вручную. Первым усовершенствованием было автоматизация действия клапанов, которые приводились в движение самой машиной. Легенда рассказывает, что это усовершенствование было сделано в 1713 году мальчиком Хэмфри Поттером, который должен был открывать и закрывать клапаны; когда это ему надоедало, он связывал рукоятки клапанов верёвками и шёл играть с детьми. К 1715 году уже была создана рычажная система регулирования, приводимая от механизма самого двигателя.

Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах.

Хэмфри Гэйнсборо в 1760-ых годах построил модель паровой машины с конденсатором. В 1769 году шотландский механик Джеймс Уатт (возможно, использовав идеи Гейнсборо) запатентовал первые существенные усовершенствования к вакуумному двигателю Ньюкомена, которые сделали его значительно более эффективным по расходу топлива. Вклад Уатта заключался в отделении фазы конденсации вакуумного двигателя в отдельной камере, в то время как поршень и цилиндр имели температуру пара. Уатт добавил к двигателю Ньюкомена ещё несколько важных деталей: поместил внутрь цилиндра поршень для выталкивания пара и преобразовал возвратно-поступательное движения поршня во вращательное движение приводного колеса.

На основе этих патентов Уатт построил паровой двигатель в Бирмингеме . К 1782 году паровой двигатель Уатта оказался более чем в 3 раза производительнее машины Ньюкомена. Повышение эффективности двигателя Уатта привело к использованию энергии пара в промышленности. Кроме того, в отличие от двигателя Ньюкомена, двигатель Уатта позволил передать вращательное движение, в то время как в ранних моделях паровых машин поршень был связан с коромыслом, а не непосредственно с шатуном. Этот двигатель уже имел основные черты современных паровых машин.

Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Они работали с давлением 50 фунтов на квадратный дюйм , или 345 кПа (3,405 атмосферы). Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования.

Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем . Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход , построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7-8 миль в час . Пароход Дж. Фитча не был коммерчески успешным, поскольку с его маршрутом конкурировала хорошая сухопутная дорога. В 1802 году шотландский инженер Уильям Симингтон построил конкурентоспособный пароход, а в 1807 году американский инженер Роберт Фултон использовал паровой двигатель Уатта для привода первого коммерчески успешного парохода. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив , построенный Ричардом Тревитиком.

Паровые машины с возвратно-поступательным движением

Двигатели с возвратно-поступательным движением используют энергию пара для перемещения поршня в герметичной камере или цилиндре. Возвратно-поступательное действие поршня может быть механически преобразовано в линейное движение поршневых насосов или во вращательное движение для привода вращающихся частей станков или колёс транспортных средств.

Вакуумные машины

Ранние паровые машины назывались вначале «огневыми машинами», а также «атмосферными » или «конденсирующими» двигателями Уатта. Они работали на вакуумном принципе и поэтому известны также как «вакуумные двигатели». Такие машины работали для привода поршневых насосов , во всяком случае, нет никаких свидетельств о том, что они использовались в иных целях. При работе паровой машины вакуумного типа в начале такта пар низкого давления впускается в рабочую камеру или цилиндр. Впускной клапан после этого закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. Таким образом создаётся вакуум в цилиндре. Атмосферное давление в верхней части цилиндра давит на поршень, и вызывает его перемещение вниз, то есть рабочий ход.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно до их появления. В году появилась версия паровой машины, созданная Уаттом в сотрудничестве с Мэттью Боултоном, основным нововведением которой стало вынесение процесса конденсации в специальную отдельную камеру (конденсатор). Эта камера помещалась в ванну с холодной водой, и соединялась с цилиндром трубкой, перекрывающейся клапаном. К конденсационной камере была присоединена специальная небольшая вакуумная помпа (прообраз конденсатного насоса), приводимая в движение коромыслом и служащая для удаления конденсата из конденсатора. Образовавшаяся горячая вода подавалась специальным насосом (прообразом питательного насоса) обратно в котёл. Ещё одним радикальным нововведением стало закрытие верхнего конца рабочего цилиндра, в верхней части которого теперь находился пар низкого давления. Этот же пар присутствовал в двойной рубашке цилиндра, поддерживая его постоянную температуру. Во время движения поршня вверх этот пар по специальным трубкам передавался в нижнюю часть цилиндра, для того, чтобы подвергнуться конденсации во время следующего такта. Машина, по сути, перестала быть «атмосферной», и её мощность теперь зависела от разницы давлений между паром низкого давления и тем вакуумом, который удавалось получить. В паровой машине Ньюкомена смазка поршня осуществлялась небольшим количеством налитой на него сверху воды, в машине Уатта это стало невозможным, поскольку в верхней части цилиндра теперь находился пар, пришлось перейти на смазку смесью тавота и нефти. Такая же смазка использовалась в сальнике штока цилиндра.

Вакуумные паровые машины, несмотря на очевидные ограничение их эффективности, были относительно безопасны, использовали пар низкого давления, что вполне соответствовало общему невысокому уровню котельных технологий XVIII века . Мощность машины ограничивалась низким давлением пара, размерами цилиндра, скоростью сгорания топлива и испарения воды в котле, а также размерами конденсатора. Максимальный теоретический КПД был ограничен относительно малой разницей температур по обе стороны поршня; это делало вакуумные машины, предназначенные для промышленного использования, слишком большими и дорогими.

Сжатие

Выпускное окно цилиндра паровой машины перекрывается несколько раньше, чем поршень доходит до своего крайнего положения, что оставляет в цилиндре некоторое количество отработанного пара. Это означает, что в цикле работы присутствует фаза сжатия, формирующая так называемую «паровую подушку» , замедляющую движение поршня в его крайних положениях. Кроме того, это устраняет резкий перепад давления в самом начале фазы впуска, когда в цилиндр поступает свежий пар.

Опережение

Описанный эффект «паровой подушки» усиливается также тем, что впуск свежего пара в цилиндр начинается несколько раньше, чем поршень достигнет крайнего положения, то есть присутствует некоторое опережение впуска. Это опережение необходимо для того, чтобы перед тем, как поршень начнёт свой рабочий ход под действием свежего пара, пар успел бы заполнить то мёртвое пространство, которое возникло в результате предыдущей фазы, то есть каналы впуска-выпуска и неиспользуемый для движения поршня объем цилиндра.

Простое расширение

Простое расширение предполагает, что пар работает только при расширении его в цилиндре, а отработанный пар выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор. Остаточное тепло пара при этом может быть использовано, например, для обогрева помещения или транспортного средства, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котёл.

Компаунд

В процессе расширения в цилиндре машины высокого давления температура пара падает пропорционально его расширению. Поскольку теплового обмена при этом не происходит (адиабатический процесс), получается, что пар поступает в цилиндр с большей температурой, чем выходит из него. Подобные перепады температуры в цилиндре приводят к снижению эффективности процесса.

Один из методов борьбы с этим перепадом температур был предложен в 1804 году английским инженером Артуром Вульфом, который запатентовал Компаундную паровую машину высокого давления Вульфа
. В этой машине высокотемпературный пар из парового котла поступал в цилиндр высокого давления, а после этого отработанный в нем пар с более низкой температурой и давлением поступал в цилиндр (или цилиндры) низкого давления. Это уменьшало перепад температуры в каждом цилиндре, что в целом снижало температурные потери и улучшало общий коэффициент полезного действия паровой машины. Пар низкого давления имел больший объём, и поэтому требовал большего объёма цилиндра. Поэтому в компаудных машинах цилиндры низкого давления имели больший диаметр (а иногда и большую длину) чем цилиндры высокого давления.

Такая схема также известна под названием «двойное расширение», поскольку расширение пара происходит в две стадии. Иногда один цилиндр высокого давления был связан с двумя цилиндрами низкого давления, что давало три приблизительно одинаковых по размеру цилиндра. Такую схему было легче сбалансировать.

Двухцилиндровые компаундные машины могут быть классифицированы как:

• Перекрёстный компаунд
  — Цилиндры расположены рядом, их паропроводящие каналы перекрещены.
• Тандемный компаунд
  — Цилиндры располагаются последовательно, и используют один шток.
• Угловой компаунд
  — Цилиндры расположены под углом друг к другу, обычно 90 градусов, и работают на один кривошип.

После 1880-х годов компаундные паровые машины получили широкое распространение на производстве и транспорте и стали практически единственным типом, используемым на пароходах. Использование их на паровозах не получило такого широкого распространения, поскольку они оказались слишком сложными, частично из-за того, что сложными были условия работы паровых машин на железнодорожном транспорте . Несмотря на то, что компаундные паровозы так и не стали массовым явлением (особенно в Великобритании, где они были очень мало распространены и вообще не использовались после 1930-х годов), они получили определённую популярность в нескольких странах.

Множественное расширение

Упрощённая схема паровой машины с тройным расширением.
Пар высокого давления (красный цвет) от котла проходит через машину, выходя в конденсатор при низком давлении (голубой цвет).

Логичным развитием схемы компаунда стало добавление в неё дополнительных стадий расширения, что увеличивало эффективность работы. Результатом стала схема множественного расширения, известная как машины тройного или даже четверного расширения. Такие паровые машины использовали серии цилиндров двойного действия, объем которых увеличивался с каждой стадией. Иногда вместо увеличения объёма цилиндров низкого давления использовалось увеличение их количества, так же, как и на некоторых компаундных машинах.

Изображение справа показывает работу паровой машины с тройным расширением. Пар проходит через машину слева направо. Блок клапанов каждого цилиндра расположен слева от соответствующего цилиндра.

Появление этого типа паровых машин стало особенно актуальным для флота, поскольку требования к размеру и весу для судовых машин были не очень жёсткими, а главное, такая схема позволяла легко использовать конденсатор, возвращающий отработанный пар в виде пресной воды обратно в котёл (использовать солёную морскую воду для питания котлов было невозможно). Наземные паровые машины обычно не испытывали проблем с питанием водой и потому могли выбрасывать отработанный пар в атмосферу. Поэтому такая схема для них была менее актуальной, особенно с учётом её сложности, размера и веса. Доминирование паровых машин множественного расширения закончилось только с появлением и широким распространением паровых турбин. Однако в современных паровых турбинах используется тот же принцип разделения потока на цилиндры высокого, среднего и низкого давления.

Прямоточные паровые машины

Прямоточные паровые машины возникли в результате попытки преодолеть один недостаток, свойственный паровым машинам с традиционным парораспределением. Дело в том, что пар в обычной паровой машине постоянно меняет направление своего движения, поскольку и для впуска и для выпуска пара применяется одно и то же окно с каждой стороны цилиндра. Когда отработанный пар покидает цилиндр, он охлаждает его стенки и парораспределительные каналы. Свежий пар, соответственно, тратит определённую часть энергии на их нагревание, что приводит к падению эффективности. Прямоточные паровые машины имеют дополнительное окно, которое открывается поршнем в конце каждой фазы, и через которое пар покидает цилиндр. Это повышает эффективность машины, поскольку пар движется в одном направлении, и температурный градиент стенок цилиндра остается более или менее постоянным. Прямоточные машины одинарного расширения показывают примерно такую же эффективность, как компаундные машины с обычным парораспределением. Кроме того, они могут работать на более высоких оборотах, и потому до появления паровых турбин часто применялись для привода электрогенераторов, требующих высокой скорости вращения.

Прямоточные паровые машины бывают как одинарного, так и двойного действия.

Паровые турбины

Паровая турбина представляет собой серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, называемых ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подается на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора. Каждый диск ротора и соответствующий ему диск статора называются ступенью турбины. Количество и размер ступеней каждой турбины подбираются таким образом, чтобы максимально использовать полезную энергию пара той скорости и давления, который в нее подается. Выходящий из турбины отработанный пар поступает в конденсатор. Турбины вращаются с очень высокой скоростью, и поэтому при передаче вращения на другое оборудование обычно используются специальные понижающие трансмиссии . Кроме того, турбины не могут изменять направление своего вращения, и часто требуют дополнительных механизмов реверса (иногда используются дополнительные ступени обратного вращения).

Турбины превращают энергию пара непосредственно во вращение и не требуют дополнительных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращение. Кроме того, турбины компактнее возвратно-поступательных машин и имеют постоянное усилие на выходном валу. Поскольку турбины имеют более простую конструкцию, они, как правило, требуют меньшего обслуживания.

Другие типы паровых двигателей

Применение

Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом:

Стационарные машины

Паровой молот

Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба

Стационарные паровые машины могут быть разделены на два типа по режиму использования:

• Машины с переменным режимом, к которым относятся машины металлопрокатных станов , паровые лебёдки и подобные устройства, которые должны часто останавливаться и менять направление вращения.
• Силовые машины, которые редко останавливаются и не должны менять направление вращения. Они включают энергетические двигатели на электростанциях , а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на кабельных железных дорогах до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.

Паровая лебёдка в сущности является стационарным двигателем, но установлена на опорной раме, чтобы её можно было перемещать. Она может быть закреплена тросом за якорь и передвинута собственной тягой на новое место.

Транспортные машины

Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них:

• Сухопутные транспортные средства:
  • Паровой автомобиль
  • Паровой трактор
  • Паровой экскаватор, и даже
• Паровой самолёт.

В России первый действующий паровоз был построен Е. А. и М. Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.

Преимущества паровых машин

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового Океана на разных глубинах.

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

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

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

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

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя может быть определён как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты , содержащейся в топливе . Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла. КПД тепловой машины равен

,

Принцип действия парового двигателя

Содeржание

Аннотация

1. Теоретическая часть

1.1 Временная цепочка

1.2 Паровой двигатель

1.2.1 Паровой котёл

1.2.2 Паровые турбины

1.3 Паровые машины

1.3.1 Первые пароходы

1.3.2 Зарождение двухколесного транспорта

1.4 Применение паровых двигателей

1.4.1 Преимущество паровых машин

1.4.2 Коэффициент полезного действия

2. Практическая часть

2.1 Построение механизма

2. 2 Способы улучшения машины и ее КПД

2.3 Анкетирование

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

паровой двигатель
полезное действие

Данная научная работа состоит из 32листов.Она включает в себя теоретическую часть, практическую часть, приложение и заключение. В теоретической части вы узнаете о принципе работы паровых двигателей и механизмов, об их истории и о роли их применения в жизни. Практической части подробно рассказано о процессе конструирования и испытаниях парового механизма в домашних условиях. Данная научная работа может служить наглядным примером работы и использованияэнергиипара.

Введение

Мир покорных любым капризам природы, где машины приводятся в действие мускульной силой или силой водяных колёс и ветряных мельниц — таким был мир техники до создания парового двигателя.Еще в древние времена человек обратил внимание на то, что струя водяного пара, вырываясь из сосуда, поставленного на огонь, способна сместить препятствие (например, лист бумаги), оказавшееся на ее пути. Это заставило человека задуматься над тем, как можно использовать в качестве рабочего тела пар. В результате этого после множества опытов появился паровой двигатель.И представьте себе заводы с дымящимися трубами, паровые машины и турбины, паровозы и пароходы — весь сложный и могучий мир паротехники созданный человекомПаровая машина была практически единственным универсальным двигателем и сыграла огромную роль в развитии человечества.Изобретение паровой машины послужило толчком для дальнейшего развития средств передвижения. В течение ста лет она была единственным промышленным двигателем, универсальность которого позволяла использовать ее на предприятиях, железных дорогах и на флоте.Изобретение парового двигателя является огромным рывком, стоявшим на рубеже двух эпох. И через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этого изобретения.

Гипотеза:

Возможно, ли построить своими руками простейший механизм, работавший на пару.

Цель работы: сконструировать механизм способный двигаться на пару.

Задача исследования:

1. Изучить научную литературу.

2. Сконструировать и построить простейший механизм, работавший на пару.

3. Рассмотреть возможности увеличения КПД в дальнейшем.

Данная научная работа будет служить пособием на уроках физики для старших классов и для тех, кого интересует данная тема.

Паровой двигатель — тепловой поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала.

Пар является одним из распространенных теплоносителей в тепловых системах с нагреваемым жидким или газообразным рабочим телом наряду с водой и термомаслами. Водяной пар имеет ряд преимуществ, среди которых простота и и гибкость использования, низкая токсичность, возможность подведения к технологическому процессу значительного количества энергии. Он может использоваться в разнообразных системах, подразумевающих непосредственный контакт теплоносителя с различными элементами оборудования, эффективно способствуя снижению затрат на энергоресурсы, сокращению выбросов, быстрой окупаемости.

Закон сохранения энергии- фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую. С фундаментальной точки зрения, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии является следствием однородности времени и в этом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы.

3000 лет до н. э. — в Древнем Риме появились первые дороги.

2000 лет до н. э. — колесо приобрело более привычный для нас вид. У него появились ступица, обод и соединяющие их спицы.

1700 г. до н. э. — появились первые дороги, мощенные деревянными брусками.

312 г. до н. э. — в Древнем Риме построены первые дороги с каменным покрытием. Толщина каменной кладки достигала одного метра.

1405 г. — появились первые рессорные конные экипажи.

1510 г. — конный экипаж приобрел кузов со стенами и крышей. Пассажиры получили возможность защититься от непогоды во время поездки.

1526 г. — немецкий ученый и художник Альбрехт Дюрер разработал интересный проект «безлошадной повозки», приводимой в действие мышечной силой людей. Люди, идущие сбоку экипажа, вращали специальные рукоятки. Это вращение с помощью червячного механизма передавалось колесам экипажа. К сожалению, повозка не была изготовлена.

1600 г. — Симон Стевин построил яхту на колесах, двигающуюся под действием силы ветра. Она стала первой конструкцией безлошадной повозки.

1610 г. — кареты претерпели два существенных усовершенствования. Во-первых, ненадежные и слишком мягкие ремни, укачивающие пассажиров во время поездки, были заменены стальными рессорами. Во-вторых, была усовершенствована конная упряжь. Теперь лошадь тянула карету не шеей, а грудью.

1649 г. — прошли первые испытания по использованию в качестве движущей силы пружины, предварительно закрученной человеком. Карету с приводом от пружины построил Йоханн Хауч в Нюрнберге. Однако историки эти сведения ставят под сомнение, поскольку существует версия, что вместо большой пружины внутри кареты сидел человек, который и приводил механизм в движение.

1680 г. — в крупных городах появились первые образцы конного общественного транспорта.

1690 г. — Стефан Фарффлер из Нюрнберга создал трехколесную повозку, передвигающуюся с помощью двух ручек, вращаемых руками. Благодаря этому приводу конструктор повозки мог перемещаться с места на место без помощи ног.

1698 г. — англичанин Томас Севери построил первый паровой котел.

1741 г. — русский механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков послал в Нижегородскую губернскую канцелярию «доношенье» с описанием «самобеглой коляски».

1769 г. — французский изобретатель Кюньо построил первый в мире паровой автомобиль.

1784 г. — Джеймс Уатт создал первую паровую машину.

1791 г. — Иван Кулибин сконструировал трехколесную самоходную коляску, вмещавшую двух пассажиров. Привод осуществлялся с помощью педального механизма.

1794 г. — паровую машину Кюньо сдали в «хранилище машин, инструментов, моделей, рисунков и описаний по всем видам искусств и ремесел» в качестве очередной механической диковинки.

1800 г. — существует мнение, что именно в этом году в России был построен первый в мире велосипед. Его автором был крепостной Ефим Артамонов.

1808 г. — на улицах Парижа появился первый французский велосипед. Он был изготовлен из дерева и состоял из перекладины, соединяющей два колеса. В отличие от современного велосипеда, у него не было руля и педалей.

1810 г. — в Америке и странах Европы начала зарождаться каретная промышленность. В крупных городах появились целые улицы и даже кварталы, заселенные мастерами-каретниками.

1816 г. — немецкий изобретатель Карл Фридрих Драйз построил машину, напоминающую современный велосипед. Едва появившись на улицах города, она получила название «беговой машины», так как ее хозяин, отталкиваясь ногами, фактически бежал по земле.

1834 г. — в Париже проводились испытания парусного экипажа, сконструированного М. Хакуетом. Этот экипаж имел мачту высотой 12 м.

1868 г. — считается, что в этот год французом Эрне Мишо был создан прообраз современного мотоцикла.

1871 г. — французский изобретатель Луи Перро разработал паровую машину для велосипеда.

1874г. — в России построен паровой колесный тягач. В качестве прототипа был использован английский автомобиль «Эвелин Портер».

1875г. — в Париже прошла демонстрация первой паровой машины Амадея Бдлли.

1884 г. — американец Луис Копленд построил мотоцикл, на котором паровой мотор был установлен над передним колесом. Такая конструкция могла разогнаться до 18 км/ч.

1901г. — в России построен легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс».

1902г. — Леон Серполле на одном из своих паровых автомобилей установил мировой рекорд скорости — 120 км/ч.

Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч.

1905 г. — американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км

1.2 Паровой
двигатель

Двигатель, приводимый в действие силой пара. Пар, получаемый путем нагрева воды, используют для движения. В некоторых двигателях сила пара заставляет двигаться поршни, расположенные в цилиндрах. Таким образом создается возвратно-поступательное движение. Подсоединенный механизм обычно преобразует его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются Поршневые двигатели. В качестве двигателей используют также паровые турбины, которые дают непосредственно вращательное движение, вращая ряд колес с лопатками. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и винты кораблей. В любом паровом двигателе происходит превращение тепла, вырабатываемого при нагреве воды в паровом котле (бойлере) в энергию движения. Тепло может подаваться от сжигания топлива в печи или от атомного реактора. Самый первый в истории паровой двигателей представлял собой род насоса, при помощи которого откачивали воду, заливающую шахты. Его изобрел в 1689 г. Томас Сэйвери. В этой машине, совсем простой по конструкции, пар конденсировался, превращаясь в небольшое количество воды, и за счет этого создавался частичный вакуум, благодаря чему отсасывалась вода из шахтного ствола. В 1712 г. Томас Ньюкомен изобрел поршневой насос, приводимый в действие паром. В 1760-е гг. Джеймс Ватт улучшил конструкцию Ньюкомена и создал намного более эффективные паровые двигатели. Вскоре их стали использовать на фабриках для приведения в действие станков. В 1884 г. английский инженер Чарльз Пар-соне (1854-1931) изобрел первую применимую на практике паровую турбину. Его конструкции были настолько эффективны, что ими вскоре стали заменять паровые двигатели возвратно-поступательного действия на электростанциях. Наиболее удивительным достижением в области паровых двигателей было создание полностью замкнутого, работающего парового двигателя микроскопических размеров. Японские ученые создали его, используя методы, служащие для изготовления интегральных схем. Небольшой ток, проходящий по электронагревательному элементу, превращает каплю воды в пар, который движет поршень. Теперь ученым предстоит открыть, в каких областях это устройство может найти практическое применение.

Осмотр музейной экспозиции я пропущу и перейду сразу к машинному залу. Кому интересно, тот может найти полную версию поста у меня в жж. Машинный зал находится в этом здании:

29. Зайдя внутрь, у меня сперло дыхание от восторга — внутри зала была самая красивая паровая машина из всех, что мне доводилось видеть. Это был настоящий храм стимпанка — сакральное место для всех адептов эстетики паровой эры. Я был поражен увиденным и понял, что совершенно не зря заехал в этот городок и посетил этот музей.

30. Помимо огромной паровой машины, являющейся главным музейным объектом, тут также были представлены различные образцы паровых машин поменьше, а на многочисленных инфостендах рассказывалась история паровой техники. На этом снимке вы видите полностью функционирующую паровую машину, мощностью 12 л. с.

31. Рука для масштаба. Машина была создана в 1920 году.

32. Рядом с главным музейным экземпляром экспонируется компрессор 1940 года выпуска.

33. Этот компрессор в прошлом использовался в железнодорожных мастерских вокзала Вердау.

34. Ну а теперь рассмотрим детальней центральный экспонат музейной экспозиции — паровую 600-сильную машину 1899 года выпуска, которой и будет посвящена вторая половина этого поста.

35. Паровая машина является символом индустриальной революции, произошедшей в Европе в конце 18-го — начала 19-го века. Хотя первые образцы паровых машин создавались различными изобретателями еще в начале 18-го века, но все они были непригодны для промышленного использования так как обладали рядом недостатков. Массовое применение паровых машин в индустрии стало возможным лишь после того, как шотландский изобретатель Джеймс Уатт усовершенствовал механизм паровой машины, сделав ее легкой в управлении, безопасной и в пять раз мощней существовавших до этого образцов.

36. Джеймс Уатт запатентовал свое изобретение в 1775 году и уже в 1880-х годах его паровые машины начинают проникать на предприятия, став катализатором индустриальной революции. Произошло это прежде всего потому, что Джеймсу Уатту удалось создать механизм преобразования поступательного движения паровой машины во вращательное. Все существовавшие до этого паровые машины могли производить лишь поступательные движения и использоваться только лишь в качестве насосов. А изобретение Уатта уже могло вращать колесо мельницы или привод фабричных станков.

37. В 1800 году фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 паровых машин из которых лишь 164 использовались в качестве насосов. А уже в 1810 году в Англии насчитывалось 5 тысяч паровых машин, и это число в ближайшие 15 лет утроилось. В 1790 году между Филадельфией и Берлингтоном в США стала курсировать первая паровая лодка, перевозившая до тридцати пассажиров, а в 1804 году Ричард Тревинтик построил первый действующий паровой локомотив. Началась эра паровых машин, которая продлилась весь девятнадцатый век, а на железной дороге и первую половину двадцатого.

38. Это была краткая историческая справка, теперь вернемся к главному объекту музейной экспозиции. Паровая машина, которую вы видите на снимках, была произведена фирмой Zwikauer Maschinenfabrik AG в 1899 году и установлена в машинном зале прядильной фабрики «C.F.Schmelzer und Sohn». Паровая машина предназначалась для привода прядильных станков и в этой роли использовалась вплоть до 1941 года.

39. Шикарный шильдик. В то время индустриальная техника делалась с большим вниманием к эстетическому виду и стилю, была важна не только функциональность, но и красота, что отражено в каждой детали этой машины. В начале ХХ века некрасивую технику просто никто бы не купил.

40. Прядильная фабрика «C.F.Schmelzer und Sohn» была основана в 1820 году на месте теперешнего музея. Уже в 1841 году на фабрике была установлена первая паровая машина, мощностью 8 л. с. для привода прядильных машин, которая в 1899 году была заменена новой более мощной и современной.

41. Фабрика просуществовала до 1941 года, затем производство было остановлено в связи с началом войны. Все сорок два года машина использовалась по назначению, в качестве привода прядильных станков, а после окончания войны в 1945 — 1951 годы служила в качестве резервного источника электроэнергии, после чего была окончательно списана с баланса предприятия.

42. Как и многих ее собратьев, машину ждал бы распил, если бы не один фактор. Данная машина являлась первой паровой машиной Германии, которая получала пар по трубам от расположенной в отдалении котельной. Кроме того она обладала системой регулировки осей от фирмы PROELL. Благодаря этим факторам машина получила в 1959 году статус исторического памятника и стала музейной. К сожалению, все фабричные корпуса и корпус котельной были снесены в 1992 году. Этот машинный зал — единственное, что осталось от бывшей прядильной фабрики.

43. Волшебная эстетика паровой эры!

44. Шильдик на корпусе системы регулировки осей от фирмы PROELL. Система регулировала отсечку — количество пара, которое впускается в цилиндр. Больше отсечка — больше экономичность, но меньше мощность.

45. Приборы.

46. По своей конструкции данная машина является паровой машиной многократного расширения (или как их еще называют компаунд-машиной). В машинах этого типа пар последовательно расширяется в нескольких цилиндрах возрастающего объёма, переходя из цилиндра в цилиндр, что позволяет значительно повысить коэфициент полезного действия двигателя. Эта машина имеет три цилиндра: в центре кадра находится цилиндр высокого давления — именно в него подавался свежий пар из котельной, затем после цикла расширения, пар перепускался в цилиндр среднего давления, что расположен справа от цилиндра высокого давления.

47. Совершив работу, пар из цилиндра среднего давления перемещался в цилиндр низкого давления, который вы видите на этом снимке, после чего, совершив последнее расширение, выпускался наружу по отдельной трубе. Таким образом достигалось наиболее полное использование энергии пара.

48. Стационарная мощность этой установки составляла 400-450 л.с., максимальная 600 л.с.

49. Гаечный коюч для ремонта и обслуживания машины впечатляет размерами. Под ним канаты, при помощи которых вращательное движения передавалось с маховика машины на трансмиссию, соединенную с прядильными станками.

50. Безупречная эстетика Belle Époque в каждом винтике.

51. На этом снимке можно детально рассмотреть устройство машины. Расширяющийся в цилиндре пар передавал энергию на поршень, который в свою очередь осуществлял поступательное движение, передавая его на кривошипно-ползунный механизм, в котором оно трансформировалось во вращательное и передавалось на маховик и дальше на трансмиссию.

52. В прошлом с паровой машиной также был соединен генератор электрического тока, который тоже сохранился в прекрасном оригинальном состоянии.

53. В прошлом генератор находился на этом месте.

54. Механизм для передачи крутящего момента с маховика на генератор.

55. Сейчас на месте генератора установлен электродвигатель, при помощи которого несколько дней в году паровую машину приводят в движение на потеху публике. В музее каждый год проводятся «Дни пара» — мероприятие, объединяющее любителей и моделистов паровых машин. В эти дни паровая машина тоже приводится в движение.

56. Оригинальный генератор постоянного тока стоит теперь в сторонке. В прошлом он использовался для выработки электричества для освещения фабрики.

57. Произведен фирмой «Elektrotechnische & Maschinenfabrik Ernst Walther» в Вердау в 1899 году, если верить инфотабличке, но на оригинальном шильдике стоит год 1901.

58. Так как я был единственным посетителем музея в тот день, никто не мешал мне наслаждаться эстетикой этого места один-на-один c машиной. К тому же отсутствие людей способстовало получению хороших фотографий.

59. Теперь пару слов о трансмиссии. Как видно на этом снимке, поверхность маховика обладает 12 канавками для канатов, при помощи которых вращательное движение маховика передавалось дальше на элементы трансмиссии.

60. Трансмиссия, состоящая из колес различного диаметра, соединенных валами, распределяла вращательное движение на несколько этажей фабричного корпуса, на которых распологались прядильные станки, работающие от энергии, переданной при помощи трансмиссии от паровой машины.

61. Маховик с канавками для канатов крупным планом.

62. Тут хорошо видны элементы трансмиссии, при помощи которых крутящий момент передавался на вал, проходящий под землей и передающий вращательное движение в прилегающий к машинному залу корпус фабрики, в котором располагались станки.

63. К сожалению, фабричное здание не сохранилось и за дверью, что вела в соседний корпус, теперь лишь пустота.

64. Отдельно стоит отметить щит управления электрооборудованием, который сам по себе является произведением искусства.

65. Мраморная доска в красивой деревянной рамке с расположенной на ней рядами рычажков и предохранителей, роскошный фонарь, стильные приборы — Belle Époque во всей красе.

66. Два огромных предохранителя, расположенные между фонарем и приборами впечатляют.

67. Предохранители, рычажки, регуляторы — все оборудование эстетически привлекательно. Видно, что при создании этого щита о внешнем виде заботились далеко не в последнюю очередь.

68. Под каждым рычажком и предохранителем расположена «пуговка» с надписью, что этот рычажок включает/выключает.

69. Великолепие техники периода «прекрасной эпохи «.

70. В завершении рассказа вернемся к машине и насладимся восхитительной гармонией и эстетикой ее деталей.

71. Вентили управления отдельными узлами машины.

72. Капельные масленки, предназначенные для смазки движущихся узлов и агрегатов машины.

73. Этот прибор называется пресс-масленка. От движущейся части машины приводятся в движение червяки, перемещающие поршень масленки, а он нагнетает масло к трущимся поверхностям. После того, как поршень дойдет до мертвой точки, его вращением ручки поднимают назад и цикл повторяется.

74. До чего же красиво! Чистый восторг!

75. Цилиндры машины с колонками впускных клапанов.

76. Еще масленки.

77. Эстетика стимпанка в классическом виде.

78. Распределительный вал машины, регулирующий подачу пара в цилиндры.

79.

80.

81. Все это очень очень красиво! Я получил огромный заряд вдохновения и радостных эмоций во время посещения этого машинного зала.

82. Если вас вдруг судьба занесет в регион Цвикау, посетите обязательно этот музей, не пожалеете. Сайт музея и его координаты: 50°43″58″N 12°22″25″E

Все о паровой машине. Современный паровой двигатель. Список русской литературы

Главная / Об автомобилях

Изобретение паровых машин стало переломным моментом в истории человечества. Где-то на рубеже XVII-XVIII веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и на совершенно новые и уникальные механизмы — паровые двигатели. Именно благодаря им стали возможны техническая и промышленная революции, да и весь прогресс человечества.

Но кто изобрел паровую машину? Кому человечество этим обязано? И когда это было? На все эти вопросы и постараемся найти ответы.

Еще до нашей эры

История создания паровой машины начинается еще в первых столетиях до нашей эры. Герон Александрийский описал механизм, который начинал работать только тогда, когда на него воздействовал пар. Устройство представляло собой шар, на котором были закреплены сопла. Из сопел по касательной выходил пар, тем самым заставляя двигатель вращаться. Это было первое устройство, которое работало на пару.

Создатель паровой машины (а точнее, турбины) — Таги-аль-Диноме (арабский философ, инженер и астроном). Его изобретение стало широко известно в Египте в XVI веке. Механизм был устроен следующим образом: потоки пара направляли прямо на механизм с лопастями, и когда дым валил — лопасти вращались. Нечто подобное в 1629 году предлагал и итальянский инженер Джованни Бранка. Главным недостатком всех этих изобретений был слишком большой расход пара, что в свою очередь требовало огромных затрат энергии и не было целесообразно. Разработки были приостановлены, так как тогдашних научных и технических знаний человечества было недостаточно. Кроме того, надобность в таких изобретениях напрочь отсутствовала.

Разработки

До XVII века создание паровой машины было невозможно. Но как только планка уровня развития человечества взлетела, тут же появились и первые экземпляры и изобретения. Хотя серьезно их никто на тот момент не воспринял. Так, например, в 1663 году английский ученый опубликовал в прессе проект своего изобретения, которое он установил в замке Реглан. Его устройство служило для того, чтобы поднимать воду на стены башен. Однако, как и все новое и неизведанное, данный проект был принят с сомнением, и спонсоров для его дальнейших разработок не нашлось.

История создания паровой машины начинается с изобретения пароатмосферной машины. В 1681 году ученый из Франции изобрел устройство, которое откачивало воду из шахт. В качестве движущей силы в первое время применялся порох, а затем его заменили на водяной пар. Так появилась пароатмосферная машина. Огромный вклад в ее усовершенствование внесли ученые из Англии Томас Ньюкомен и Томас Северен. Неоценимую помощь также оказал русский изобретатель-самоучка Иван Ползунов.

Неудавшаяся попытка Папена

Пароатмосферная машина, далекая в то время от совершенства, привлекла особое внимание в судостроительной области. Д. Папен свои последние сбережения потратил на приобретение небольшого судна, на котором занялся установкой водоподъемной пароатмосферной машины собственного производства. Механизм действия заключался в том, чтобы, падая с высоты, вода начинала вращать колеса.

Свои испытания изобретатель проводил в 1707 году на реке Фульде. Много народу собралось, чтобы посмотреть на чудо: двигающееся по реке судно без парусов и весел. Однако во время испытаний произошла катастрофа: взорвался двигатель и погибли несколько человек. Власти разозлились на неудачливого изобретателя и запретили ему какие-либо работы и проекты. Судно конфисковали и разрушили, а через несколько лет скончался и сам Папен.

Ошибка

У парохода Папена был следующий принцип работы. На дно цилиндра необходимо было залить небольшое количество воды. Под самим цилиндром располагалась жаровня, которая служила для нагревания жидкости. Когда вода начинала кипеть, образующийся пар, расширяясь, поднимал поршень. Из пространства над поршнем через специально оборудованный клапан выталкивался воздух. После того как вода закипала и начинал валить пар, необходимо было убрать жаровню, закрыть клапан, чтобы удалить воздух, и при помощи прохладной воды охладить стенки цилиндра. Благодаря таким действиям пар, находившийся в цилиндре, конденсировался, под поршнем образовывалось разрежение, и благодаря силе атмосферного давления поршень вновь возвращался на свое первоначальное место. Во время его движения вниз и совершалась полезная работа. Однако КПД паровой машины Папена был отрицательным. Двигатель парохода был крайне неэкономичен. А главное, он был слишком сложным и неудобным в эксплуатации. Поэтому изобретение Папена не имело будущего уже с самого начала.

Последователи

Однако история создания паровой машины на этом не закончилась. Следующим, уже гораздо более удачливым, чем Папен, оказался английский ученый Томас Ньюкомен. Он долго изучал работы своих предшественников, делая упор на слабые места. И взяв самое лучшее из их работ, создал в 1712 году свой аппарат. Новая паровая машина (фото представлено) была сконструирована следующим образом: использовались цилиндр, находившийся в вертикальном положении, а также поршень. Это Ньюкомен взял из работ Папена. Однако пар образовывался уже в другом котле. Вокруг поршня закреплялась цельная кожа, что значительно повышало герметичность внутри парового цилиндра. Данная машина также была пароатмосферной (вода поднималась из шахты при помощи атмосферного давления). Главными минусами изобретения были его громоздкость и неэкономичность: машина «съедала» огромное количество угля. Однако пользы она приносила значительно больше, чем изобретение Папена. Поэтому ее почти пятьдесят лет применяли в подземельях и шахтах. Ее использовали для откачивания грунтовых вод, а также для осушки кораблей. пытался преобразовать свою машину так, чтобы была возможность применять ее для движения транспорта. Однако все его попытки не увенчались успехом.

Следующим ученым, заявившим о себе, стал Д. Хулл из Англии. В 1736 году он представил миру свое изобретение: пароатмосферную машину, у которой в качестве движителя были лопастные колеса. Его разработка оказал более удачной, чем у Папена. Сразу же было выпущено несколько таких суден. В основном они использовались для того, чтобы буксировать баржи, корабли и другие суда. Однако надежность пароатмосферной машины не вызывала доверия, и суда оборудовали парусами как основным движителем.

И хотя Хуллу повезло больше, чем Папену, его изобретения постепенно потеряли актуальность, и от них отказались. Все-таки у пароатмосферных машин того времени было множество специфических недостатков.

История создания паровой машины в России

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

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

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

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

Требования времени

Между тем жизнь на месте не стояла. И человечество постоянно задумывалось над тем, чтобы создать механизм, позволяющий не зависеть от капризной природы, а самим управлять судьбой. От паруса все хотели отказаться как можно быстрее. Поэтому вопрос о создании парового механизма постоянно висел в воздухе. В 1753 году в Париже был выдвинут конкурс среди мастеров, ученых и изобретателей. Академия наук объявила награду тому, кто сможет создать механизм, способный заменить силу ветра. Но несмотря на то что в конкурсе участвовали такие умы, как Л. Эйлер, Д. Бернулли, Кантон де Лакруа и другие, дельного предложения не вынес никто.

Годы шли. И промышленная революция накрывала все больше и больше стран. Первенство и лидерство среди других держав доставалось неизменно Англии. К концу восемнадцатого века именно Великобритания стала создательницей крупной промышленности, благодаря чему завоевала титул всемирной монополистки в данной отрасли. Вопрос о механическом двигателе с каждым днем становился все более актуальным. И такой двигатель был создан.

Первая паровая машина в мире

1784 год стал для Англии и для всего мира переломным моментом в промышленной революции. И человеком, ответственным за это, стал английский механик Джеймс Уатт. Паровая машина, которую он создал, стала самым громким открытием века.

На протяжении нескольких лет изучал чертежи, строение и принципы работы пароатмосферных машин. И на основании всего этого он сделал вывод, что для эффективности работы двигателя необходимо сравнять температуры воды в цилиндре и пара, который попадает в механизм. Главный минус пароатмосферных машин заключался в постоянной необходимости охлаждения цилиндра водой. Это было расходно и неудобно.

Новая паровая машина была сконструирована иным образом. Так, цилиндр заключался в специальную рубашку из пара. Таким образом Уатт добился его постоянного нагретого состояния. Изобретатель создал специальный сосуд, погруженный в холодную воду (конденсатор). К нему трубой присоединялся цилиндр. Когда пар отрабатывался в цилиндре, то через трубу попадал в конденсатор и там превращался обратно в воду. Работая над усовершенствованием своей машины, Уатт создал разрежение в конденсаторе. Таким образом, весь пар, попадавший из цилиндра, конденсировался в нем. Благодаря этому нововведению очень сильно увеличивался процесс расширения пара, что в свою очередь позволяло извлекать из того же количества пара намного больше энергии. Это был венец успеха.

Создатель паровой машины также изменил и принцип подачи воздуха. Теперь пар попадал сначала под поршень, тем самым поднимая его, а затем собирался над поршнем, опуская. Таким образом, оба хода поршня в механизме стали рабочими, что ранее даже не представлялось возможным. А расход угля на одну лошадиную силу был в четыре раза меньше, чем, соответственно, у пароатмосферных машин, чего и добивался Джеймс Уатт. Паровая машина очень быстро завоевала сначала Великобританию, ну а затем и целый мир.

«Шарлотта Дандас»

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

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

в мире

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

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

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

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

Принцип действия парового двигателя

Содeржание

Аннотация

1. Теоретическая часть

1.1 Временная цепочка

1.2 Паровой двигатель

1.2.1 Паровой котёл

1.2.2 Паровые турбины

1. 3 Паровые машины

1.3.1 Первые пароходы

1.3.2 Зарождение двухколесного транспорта

1.4 Применение паровых двигателей

1.4.1 Преимущество паровых машин

1.4.2 Коэффициент полезного действия

2. Практическая часть

2.1 Построение механизма

2.2 Способы улучшения машины и ее КПД

2.3 Анкетирование

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

паровой двигатель
полезное действие

Данная научная работа состоит из 32листов.Она включает в себя теоретическую часть, практическую часть, приложение и заключение. В теоретической части вы узнаете о принципе работы паровых двигателей и механизмов, об их истории и о роли их применения в жизни. Практической части подробно рассказано о процессе конструирования и испытаниях парового механизма в домашних условиях. Данная научная работа может служить наглядным примером работы и использованияэнергиипара.

Введение

Мир покорных любым капризам природы, где машины приводятся в действие мускульной силой или силой водяных колёс и ветряных мельниц — таким был мир техники до создания парового двигателя. Еще в древние времена человек обратил внимание на то, что струя водяного пара, вырываясь из сосуда, поставленного на огонь, способна сместить препятствие (например, лист бумаги), оказавшееся на ее пути.Это заставило человека задуматься над тем, как можно использовать в качестве рабочего тела пар. В результате этого после множества опытов появился паровой двигатель.И представьте себе заводы с дымящимися трубами, паровые машины и турбины, паровозы и пароходы — весь сложный и могучий мир паротехники созданный человекомПаровая машина была практически единственным универсальным двигателем и сыграла огромную роль в развитии человечества.Изобретение паровой машины послужило толчком для дальнейшего развития средств передвижения. В течение ста лет она была единственным промышленным двигателем, универсальность которого позволяла использовать ее на предприятиях, железных дорогах и на флоте.Изобретение парового двигателя является огромным рывком, стоявшим на рубеже двух эпох. И через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этого изобретения.

Гипотеза:

Возможно, ли построить своими руками простейший механизм, работавший на пару.

Цель работы: сконструировать механизм способный двигаться на пару.

Задача исследования:

1. Изучить научную литературу.

2. Сконструировать и построить простейший механизм, работавший на пару.

3. Рассмотреть возможности увеличения КПД в дальнейшем.

Данная научная работа будет служить пособием на уроках физики для старших классов и для тех, кого интересует данная тема.

Паровой двигатель — тепловой поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала.

Пар является одним из распространенных теплоносителей в тепловых системах с нагреваемым жидким или газообразным рабочим телом наряду с водой и термомаслами. Водяной пар имеет ряд преимуществ, среди которых простота и и гибкость использования, низкая токсичность, возможность подведения к технологическому процессу значительного количества энергии. Он может использоваться в разнообразных системах, подразумевающих непосредственный контакт теплоносителя с различными элементами оборудования, эффективно способствуя снижению затрат на энергоресурсы, сокращению выбросов, быстрой окупаемости.

Закон сохранения энергии- фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую. С фундаментальной точки зрения, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии является следствием однородности времени и в этом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы.

3000 лет до н. э. — в Древнем Риме появились первые дороги.

2000 лет до н. э. — колесо приобрело более привычный для нас вид. У него появились ступица, обод и соединяющие их спицы.

1700 г. до н. э. — появились первые дороги, мощенные деревянными брусками.

312 г. до н. э. — в Древнем Риме построены первые дороги с каменным покрытием. Толщина каменной кладки достигала одного метра.

1405 г. — появились первые рессорные конные экипажи.

1510 г. — конный экипаж приобрел кузов со стенами и крышей. Пассажиры получили возможность защититься от непогоды во время поездки.

1526 г. — немецкий ученый и художник Альбрехт Дюрер разработал интересный проект «безлошадной повозки», приводимой в действие мышечной силой людей. Люди, идущие сбоку экипажа, вращали специальные рукоятки. Это вращение с помощью червячного механизма передавалось колесам экипажа. К сожалению, повозка не была изготовлена.

1600 г. — Симон Стевин построил яхту на колесах, двигающуюся под действием силы ветра. Она стала первой конструкцией безлошадной повозки.

1610 г. — кареты претерпели два существенных усовершенствования. Во-первых, ненадежные и слишком мягкие ремни, укачивающие пассажиров во время поездки, были заменены стальными рессорами. Во-вторых, была усовершенствована конная упряжь. Теперь лошадь тянула карету не шеей, а грудью.

1649 г. — прошли первые испытания по использованию в качестве движущей силы пружины, предварительно закрученной человеком. Карету с приводом от пружины построил Йоханн Хауч в Нюрнберге. Однако историки эти сведения ставят под сомнение, поскольку существует версия, что вместо большой пружины внутри кареты сидел человек, который и приводил механизм в движение.

1680 г. — в крупных городах появились первые образцы конного общественного транспорта.

1690 г. — Стефан Фарффлер из Нюрнберга создал трехколесную повозку, передвигающуюся с помощью двух ручек, вращаемых руками. Благодаря этому приводу конструктор повозки мог перемещаться с места на место без помощи ног.

1698 г. — англичанин Томас Севери построил первый паровой котел.

1741 г. — русский механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков послал в Нижегородскую губернскую канцелярию «доношенье» с описанием «самобеглой коляски».

1769 г. — французский изобретатель Кюньо построил первый в мире паровой автомобиль.

1784 г. — Джеймс Уатт создал первую паровую машину.

1791 г. — Иван Кулибин сконструировал трехколесную самоходную коляску, вмещавшую двух пассажиров. Привод осуществлялся с помощью педального механизма.

1794 г. — паровую машину Кюньо сдали в «хранилище машин, инструментов, моделей, рисунков и описаний по всем видам искусств и ремесел» в качестве очередной механической диковинки.

1800 г. — существует мнение, что именно в этом году в России был построен первый в мире велосипед. Его автором был крепостной Ефим Артамонов.

1808 г. — на улицах Парижа появился первый французский велосипед. Он был изготовлен из дерева и состоял из перекладины, соединяющей два колеса. В отличие от современного велосипеда, у него не было руля и педалей.

1810 г. — в Америке и странах Европы начала зарождаться каретная промышленность. В крупных городах появились целые улицы и даже кварталы, заселенные мастерами-каретниками.

1816 г. — немецкий изобретатель Карл Фридрих Драйз построил машину, напоминающую современный велосипед. Едва появившись на улицах города, она получила название «беговой машины», так как ее хозяин, отталкиваясь ногами, фактически бежал по земле.

1834 г. — в Париже проводились испытания парусного экипажа, сконструированного М. Хакуетом. Этот экипаж имел мачту высотой 12 м.

1868 г. — считается, что в этот год французом Эрне Мишо был создан прообраз современного мотоцикла.

1871 г. — французский изобретатель Луи Перро разработал паровую машину для велосипеда.

1874г. — в России построен паровой колесный тягач. В качестве прототипа был использован английский автомобиль «Эвелин Портер».

1875г. — в Париже прошла демонстрация первой паровой машины Амадея Бдлли.

1884 г. — американец Луис Копленд построил мотоцикл, на котором паровой мотор был установлен над передним колесом. Такая конструкция могла разогнаться до 18 км/ч.

1901г. — в России построен легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс».

1902г. — Леон Серполле на одном из своих паровых автомобилей установил мировой рекорд скорости — 120 км/ч.

Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч.

1905 г. — американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км

1.2 Паровой
двигатель

Двигатель, приводимый в действие силой пара. Пар, получаемый путем нагрева воды, используют для движения. В некоторых двигателях сила пара заставляет двигаться поршни, расположенные в цилиндрах. Таким образом создается возвратно-поступательное движение. Подсоединенный механизм обычно преобразует его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются Поршневые двигатели. В качестве двигателей используют также паровые турбины, которые дают непосредственно вращательное движение, вращая ряд колес с лопатками. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и винты кораблей. В любом паровом двигателе происходит превращение тепла, вырабатываемого при нагреве воды в паровом котле (бойлере) в энергию движения. Тепло может подаваться от сжигания топлива в печи или от атомного реактора. Самый первый в истории паровой двигателей представлял собой род насоса, при помощи которого откачивали воду, заливающую шахты. Его изобрел в 1689 г. Томас Сэйвери. В этой машине, совсем простой по конструкции, пар конденсировался, превращаясь в небольшое количество воды, и за счет этого создавался частичный вакуум, благодаря чему отсасывалась вода из шахтного ствола. В 1712 г. Томас Ньюкомен изобрел поршневой насос, приводимый в действие паром. В 1760-е гг. Джеймс Ватт улучшил конструкцию Ньюкомена и создал намного более эффективные паровые двигатели. Вскоре их стали использовать на фабриках для приведения в действие станков. В 1884 г. английский инженер Чарльз Пар-соне (1854-1931) изобрел первую применимую на практике паровую турбину. Его конструкции были настолько эффективны, что ими вскоре стали заменять паровые двигатели возвратно-поступательного действия на электростанциях. Наиболее удивительным достижением в области паровых двигателей было создание полностью замкнутого, работающего парового двигателя микроскопических размеров. Японские ученые создали его, используя методы, служащие для изготовления интегральных схем. Небольшой ток, проходящий по электронагревательному элементу, превращает каплю воды в пар, который движет поршень. Теперь ученым предстоит открыть, в каких областях это устройство может найти практическое применение.

В представлении большинства людей века смартфонов автомобили на паровой тяге – это нечто архаическое, что вызывает улыбку. Паровые страницы истории автомобилестроения были очень яркими и без них трудно представить современный транспорт вообще. Как ни старались скептики от законотворчества, а также нефтяные лоббисты разных стран ограничить развитие автомобиля на пару, им это удавалось лишь на время. Ведь паровой автомобиль подобен Сфинксу. Идея автомобиля на пару (т. е. на двигателе наружного сгорания) актуальна и по сей день.

В представлении большинства людей века смартфонов автомобили на паровой тяге – это нечто архаическое, что вызывает улыбку.

Так в 1865 году в Англии ввели запрет на передвижение скоростных самоходных карет на паровом ходу. Им запрещалось передвигаться быстрее 3 км/ч по городу и не выпускать клубы пара, дабы не пугать лошадей, запряжённых в обычные экипажи. Самым серьёзным и ощутимым ударом по паровым грузовым автомобилям уже в 1933 году нанёс закон о налоге на тяжёлые транспортные средства. И только в 1934 году, когда были снижены пошлины на импорт нефтепродуктов, замаячила на горизонте победа бензиновых и дизельных двигателей над паровыми.

Так изысканно и хладнокровно издеваться над прогрессом могли себе позволить только в Англии. В США, Франции, Италии среда изобретателей-энтузиастов буквально бурлила идеями, а паровой автомобиль приобретал новые очертания и характеристики. Хотя английские изобретали внесли весомый вклад в развитие парового автотранспорта, законы и предубеждения властей не позволяли им полноценно участвовать в схватке с ДВС. Но давайте обо всём по порядку.

Доисторическая справка

История развития парового автомобиля неразрывно связана с историей возникновения и совершенствования паровой машины. Когда в I веке н. э. Герон из Александрии предложил свою идею заставить пар вращать металлический шар, к его идее отнеслись не более, чем к забаве. То ли другие идеи в большей степени волновали изобретателей, но первым, кто поставил паровой котёл на колёса был монах Фердинанд Вербст. В 1672 году. К его «игрушке» тоже отнеслись как к забаве. Но следующие сорок лет не прошли даром для истории парового двигателя.

Проект самодвижущегося экипажа Исаака Ньютона (1680), пожарный аппарат механика Томаса Севери (1698) и атмосферная установка Томаса Ньюкомена (1712) продемонстрировали огромный потенциал использования пара для совершения механической работы. Сначала паровые машины откачивали воду из шахт и поднимали грузы, но к середине 18 века на предприятиях Англии таких паровых установок уже было несколько сотен.

Что же собой представляет паровой двигатель? Как может пар двигать колёса? Принцип паровой машины прост. Вода нагревается в закрытом резервуаре до состояния пара. Пар отводится по трубкам в закрытый цилиндр и выдавливает поршень. Через промежуточный шатун это поступательное движение передаётся на вал маховика.

Эта принципиальная схема работы парового котла на практике имела существенные недостатки.

Первая порция пара клубами вырывалась наружу, а остывший поршень под собственным весом опускался вниз для следующего такта. Эта принципиальная схема работы парового котла на практике имела существенные недостатки. Отсутствие системы регулирования давлением пара нередко приводила к взрыву котла. Для доведения котла до рабочего состояния требовалось немало времени и топлива. Постоянная дозаправка и гигантские размеры паровой установки лишь увеличивали перечень её недостатков.

Новую машину в 1765 году предложил Джеймс Уатт. Он направил выдавливаемый поршнем пар в дополнительную камеру для конденсации и избавил от необходимости постоянно подливать воду в котёл. Наконец, в 1784 году он разрешил задачу, как перераспределить движение пара таким образом, чтобы он толкал поршень в обоих направлениях. Благодаря созданному им золотнику, паровая машина могла работать без перерывов между тактами. Этот принцип теплового двигателя двойного действия и лёг в основу большинства паровой техники.

Над созданием паровых машин трудились много умных людей. Ведь это простой и дешёвый способ получения энергии практически из ничего.

Небольшой экскурс в историю автомобилей на паровой тяге

Однако, как ни грандиозны были успехи англичан в области , первым, кто поставил паровую машина на колёса, был француз Николя Жозеф Кюньо.

Первый паровой автомобиль Кюньо

Его автомобиль появился на дорогах в 1765 году. Скорость передвижения коляски была рекордной — 9,5 км/ч. В нём изобретатель предусмотрел четыре места для пассажиров, которых можно было прокатить с ветерком на средней скорости 3,5 км/ч. Этого успеха изобретателю показалось недостаточно.

Необходимость остановки для заправки водой и разжигание нового костра через каждый километр пути не были существенным минусом, а лишь уровнем техники того времени.

Он решился на изобретение тягача для пушек. Так на свет появилась трёхколёсная повозка с массивным котлом впереди. Необходимость остановки для заправки водой и разжигание нового костра через каждый километр пути не были существенным минусом, а лишь уровнем техники того времени.

Следующая модель Кюньо образца 1770 года имела вес около полутора тонн. Новая телега могла транспортировать порядка двух тонн груза со скоростью 7 км/ч.

Маэстро Кюньо больше занимала идея создания парового двигателя высокого давления. Его даже не смущал тот факт, что котёл мог взорваться. Именно Кюньо придумал расположить топку под котлом и возить «костёр» с собой. Кроме того, его «телега» может по праву быть названа первым грузовиком. Отставка покровителя и череда революций не дали возможности мастеру развить модель до полноценной грузовой машины.

Самоучка Оливер Эванс и его амфибия

Идея создания паровых машин имела вселенские масштабы. В североамериканских штатах изобретатель Оливер Эванс создал около пятидесяти паровых установок на базе машины Уатта. Стараясь уменьшить габариты установки Джеймса Уатта, он конструировал паровые машины для мукомольных фабрик. Однако всемирную славу Оливер Эванс приобрёл за свой паровой автомобиль-амфибию. В 1789 году его первый автомобиль в США успешно прошёл сухопутное и водное испытания.

На свою амфибию, которую можно назвать прообразом вездеходов, Эванс установил машину с давлением пара в десять атмосфер!

Девятиметровый автомобиль-лодка имел вес около 15 тонн. Паровая машина приводила в движение задние колёса и гребной винт. Кстати говоря, Оливер Эванс тоже был сторонником создания парового двигателя высокого давления. На свою амфибию, которую можно назвать прообразом вездеходов, Эванс установил машину с давлением пара в десять атмосфер!

Если бы у изобретателей 18-19 веков были под рукой технологии 21 века, вы представляете, сколько техники они бы придумали!? И какой техники!

XX век и 204 км/ч на паровом автомобиле Стэнли

Да! 18 век дал мощный толчок к развитию парового транспорта. Многочисленные и разнообразные конструкции самоходных паровых повозок стали всё чаще разбавлять гужевой транспорт на дорогах Европы и Америки. К началу XX века автомобили на паровой тяге существенно распространились и стали привычным символом своего времени. Как и фотография.

18 век дал мощный толчок к развитию парового транспорта

Именно свою фотографическую компанию продали братья Стэнли, когда в 1897 году решили всерьёз заняться производством паровых авто в США. Они создавали хорошо продаваемые паромобили. Но этого им было недостаточно для удовлетворения своих амбициозных планов. Ведь они были всего лишь одни из многих таких же автопроизводителей. Так было до тех пор, пока они не сконструировали свою «ракету».

Именно свою фотографическую компанию продали братья Стэнли, когда в 1897 году решили всерьёз заняться производством паровых авто в США.

Конечно, автомобили Стэнли имели славу надёжного автомобиля. Паровой агрегат располагался сзади, а бойлер разогревался при помощи факелов бензина или керосина. Маховик парового двухцилиндрового мотора двойного действия вращение на заднюю ось посредством цепной передачи. Случаев взрывов котла у Стэнли Стимер не было. Но им нужен был фурор.

Конечно, автомобили Стэнли имели славу надёжного автомобиля.

Своей «ракетой» они произвели фурор на весь мир. 205,4 км/ч в 1906 году! Так быстро ещё не ездил никто! Авто с ДВС побил этот рекорд только 5 лет спустя. Фанерная паровая «Ракета» Стэнли определила форму гоночных авто на многие годы вперёд. Но после 1917 года Стенли Стимер всё тяжелее переживал конкуренцию дешёвого Форд Т и ушёл в отставку.

Уникальные паромобили братьев Добл

Этому знаменитому семейству удалось оказывать достойное сопротивление бензиновым моторам аж до начала 30-х годов XX века. Они не собирали машины для рекордов. Братья поистине любили свои паромобили. Иначе, чем ещё объяснить изобретённые ими сотовый радиатор и кнопку зажигания? Их модели не были похожи на малые паровозы.

Братья Абнер и Джон сделали революцию в паровом транспорте.

Братья Абнер и Джон сделали революцию в паровом транспорте. Чтобы сдвинуться с места, его машину не требовалось разогревать 10–20 минут. Кнопка зажигания нагнетала керосин из карбюратора в камеру сгорания. Он попадал туда после розжига запальной свечой. Вода нагревалась за считанные секунды, а через минуту-полторы пар создавал необходимое давление и можно было ехать.

Отработанный пар направлялся в радиатор для конденсации и подготовки к последующим циклам. Поэтому для плавного пробега на 2000 км автомобилям Доблов требовалось всего девяносто литров воды в системе и несколько литров керосина. Такой экономичности не мог предложить никто! Возможно, именно на автосалоне в Детройте в 1917 году Стэнли познакомились с моделью братьев Добл и начали сворачивать своё производство.

Модель Е стала самым роскошным автомобилем второй половины 20-х и самой последней версией паромобиля Доблов. Кожаный салон, полированные элементы из дерева и кости слона радовали состоятельных владельцев внутри автомобиля. В таком салоне можно было наслаждаться пробегом на скорости до 160 км/ч. Всего 25 секунд отделяли момент зажигание от момента старта. Ещё 10 секунд требовалось, чтобы автомобиль массой в 1,2 т разогнался до 120 км/ч!

Все эти скоростные качества были заложены в четырёхцилиндровом моторе. Два поршня выталкивались паром под высоким давлением в 140 атмосфер, а два других отправляли остывший пар низкого давления в сотовый конденсатор-радиатор. Но в первой половине 30-х годов и эти красавцы братьев Добл перестали выпускаться.

Паровые грузовые машины

Однако не стоит забывать, что паровая тяга бурно развивалась и на грузовом транспорте. Это в городах паровые автомобили вызывали аллергию у снобов. А ведь грузы должны доставляться в любую погоду и не только по городу. А междугородние автобусы и военная техника? Там легковыми малолитражками не отделаешься.

Грузовой транспорт имеет одно значительное преимущество перед легковым – это его габариты.

Грузовой транспорт имеет одно значительное преимущество перед легковым – это его габариты. Именно они позволяют разместить мощные силовые установки в любом месте автомобиля. Причём она только увеличит грузоподъёмность и проходимость. А как будет выглядеть грузовик – на это не всегда обращали внимание.

Среди паровых грузовых машин хочется выделить английский Сэнтинэл и советский НАМИ. Конечно, были и многие другие, например, Фоден, Фаулер, Йоркшир. Но именно Сэнтинэл и НАМИ оказались самыми живучими и выпускались до конца 50-х годов прошлого века. Они могли работать на любом твёрдом топливе – угле, дровах, торфе. «Всеядность» этих грузовиков на пару ставило их вне влияния цен на нефтепродукты, а также позволяло использовать их в труднодоступных местах.

Трудяга Сэнтинэл с английским акцентом

Эти два грузовика отличаются не только страной производителя. Принципы расположения парогенераторов тоже были разные. Для Сэнтинэлов характерны верхнее и нижнее расположение паровых машин относительно котла. При верхнем расположении парогенератор подавал горячий пар непосредственно в камеру двигателя, который был связан с мостами системой карданных валов. При нижнем расположении парового двигателя, т. е. на шасси, котёл разогревал воду и подавал пар в двигатель по трубкам, что гарантировало потери температуры.

Для Сэнтинэлов характерны верхнее и нижнее расположение паровых машин относительно котла.

Наличие цепной передачи от маховика паровой машины на карданы было типичным для обоих типах. Это позволило конструкторам унифицировать выпуск Сэнтинэлов в зависимости от заказчика. Для жарких стран, таких как Индия, выпускали паровые грузовики с нижним, разделённым расположением котла и двигателя. Для стран с холодными зимами – с верхним, совмещённым типом.

Для жарких стран, таких как Индия, выпускали паровые грузовики с нижним, разделённым расположением котла и двигателя.

На этих грузовиках применяли множество проверенных технологий. Золотники и клапаны распределения пара, двигатели простого и двойного действия, с высоким или низким давлением, с или без КПП. Однако, это не продлили жизнь английским паровым грузовикам. Хоть они и выпускались до конца 50-х годов XX века и даже состояли на воинской службе до и во время 2-й мировой войны, они всё же были громоздкими и чем-то напоминали паровозы. А так как в их кардинальной модернизации не было заинтересованных особ, то их участь была предрешена.

Хоть они и выпускались до конца 50-х годов XX века и даже состояли на воинской службе до и во время 2-й мировой войны, они всё же были громоздкими и чем-то напоминали паровозы.

Кому что, а нам – НАМИ

Чтобы поднять разрушенную войной экономику советского союза, нужно было найти способ не тратить ресурсы нефти, хотя бы в труднодоступных местах – на севере страны и в Сибири. Советским инженерам была предоставлена возможность изучить конструкцию Сэнтинэла с верхним расположением четырёхцилиндровой паровой машины прямого действия и разработать свой «ответ Чемберлену».

В 30-х годах российские институты и конструкторские бюро предпринимали неоднократные попытки создания альтернативного грузовика для лесной промышленности.

В 30-х годах российские институты и конструкторские бюро предпринимали неоднократные попытки создания альтернативного грузовика для лесной промышленности. Но каждый раз дело останавливалось на стадии испытаний. Используя собственный опыт и возможность изучения трофейных паромобилей, инженерам удалось убедить руководство страны в необходимости такого грузовика-паровика. Тем более что бензин стоил в 24 раза дороже угля. А со стоимостью дров в тайге вообще можно не упоминать.

Группа конструкторов под руководством Ю. Шебалина максимально упростили парового агрегата в целом. Они совместили четырёхцилиндровый двигатель и котёл в один агрегат и расположили его между кузовом и кабиной. Поставили эту установку на шасси серийного ЯАЗ (МАЗ)-200. Работа пара и его конденсация были совмещены в замкнутом цикле. Подача дровяных чушек из бункера осуществлялась автоматически.

Так появился на свет, вернее на лесном бездорожье, НАМИ-012. Очевидно, принцип бункерной подачи твёрдого топлива и расположение паровой машины на грузовом автомобиле был заимствован из практики газогенераторных установок.

Судьба хозяина лесов – НАМИ-012

Характеристики парового отечественного бортового грузовика и лесовоза НАМИ-012 были такие

• Грузоподъёмность – 6 тонн
• Скорость – 45 км/ч
• Дальность пробега без дозаправки топлива – 80 км, если была возможность обновить запас воды, то 150 км
• Крутящий момент на малых оборотах – 240 кгм, что превышало почти в 5 раз показатели базового ЯАЗ-200
• Котёл с естественной циркуляцией создавал давление в 25 атмосфер и доводил пар до температуры 420°С
• Пополнять запасы воды возможно было непосредственно из водоёма через эжекторы
• Цельнометаллическая кабина не имела капот и была выдвинута вперёд
• Скорость регулировалась объёмом пара в двигателе при помощи рычага подачи/отсечки. С его помощью цилиндры наполнялись на 25/40/75%.
• Одна задняя передача и три педаль управления.

Серьёзными недостатками парового грузовика были расход 400 кг дров на 100 км пути и необходимость в мороз избавляться от воды в котле.

Серьёзными недостатками парового грузовика были расход 400 кг дров на 100 км пути и необходимость в мороз избавляться от воды в котле. Но основным минусом, который присутствовал у первого образца, была плохая проходимость в незагруженном состоянии. Тогда получалось, что передняя ось была перегружена кабиной и паровым агрегатом, по сравнению с задней. С этой задачей справились, установив модернизированную паросильную установку на полноприводный ЯАЗ-214. Теперь и мощность лесовоза НАМИ-018 была доведена до 125 лошадиных сил.

Но, не успев распространиться по стране, парогенераторные грузовики были все утилизированы во второй половине 50-х годов прошлого века.

Но, не успев распространиться по стране, парогенераторные грузовики были все утилизированы во второй половине 50-х годов прошлого века. Впрочем, вместе с газогенераторными. Потому что стоимость переделки автомобилей, экономический эффект и удобство эксплуатации были трудоёмки и сомнительны, по сравнению с бензиновыми и дизельными грузовиками. Тем более что к этому времени в Советском Союзе уже налаживалась добыча нефти.

Скоростной и доступный современный паровой автомобиль

Не стоит думать, что идея автомобиля на паровой тяге забыта навсегда. Сейчас проявляется значительный рост интереса к двигателям, альтернативным ДВС на бензине и дизтопливе. Мировые запасы нефти не безграничны. Да, и стоимость нефтепродуктов постоянно увеличивается. Конструкторы так старались усовершенствовать ДВС, что их идеи почти достигли своего лимита.

Электромобили, авто на водороде, газогенераторные и паромобили вновь стали актуальными темами. Здравствуй, забытый 19 век!

Сейчас проявляется значительный рост интереса к двигателям, альтернативным ДВС на бензине и дизтопливе.

Британский инженер (опять Англия!) продемонстрировал новые возможности парового двигателя. Он создал свой Inspuration не только для демонстрации актуальности автомобилей паровой тяге. Его детище сделано для рекордов. 274 км/ч – такова скорость, которую разгоняют двенадцать котлов, установленных на 7,6 метровый болиде. Всего 40 литров воды достаточно, чтобы сжиженный газ буквально за миг довёл температуру пара до 400°С. Подумать только, истории понадобилось 103 года, чтобы побить рекорд скорости автомобиля на паровой тяге, установленный «Ракетой»!

В современном парогенераторе можно использовать уголь в виде порошка или другое дешёвое топливо, например, мазут, сжиженный газ. Именно поэтому паровые автомобили всегда были и будут популярны.

Но чтобы настало экологически чистое будущее, опять необходимо преодолевать сопротивление нефтяных лоббистов.

Ровно 212 лет назад, 24 декабря 1801 года, в небольшом английском городе Камборне механик Ричард Тревитик продемонстрировал общественности первый автомобиль с паровым двигателем Dog Carts. Сегодня это событие можно было бы смело отнести в разряд хоть и примечательных, но несущественных, тем более что паровой двигатель был известен и ранее, и даже применялся на транспортных средствах (хотя назвать их автомобилями было бы очень большой натяжкой)… Но вот что интересно: именно сейчас технический прогресс породил ситуацию, поразительно напоминающую эпоху великой «битвы» пара и бензина в начале XIX века. Только бороться предстоит аккумуляторам, водороду и биотопливу. Хотите узнать, чем все закончится и кто победит? Не буду подсказывать. Намекну: технологии ни при чем…

1. Увлечение паровыми двигателями прошло, и наступило время двигателей внутреннего сгорания.
Для пользы дела повторю: в 1801 году по улицам Камборна покатился четырёхколёсный экипаж, способный с относительным комфортом и небыстро перевозить восемь пассажиров. Автомобиль приводился в движение одноцилиндровым паровым двигателем, а топливом служил уголь. Созданием паровых транспортных средств занялись с энтузиазмом, и уже в 20-х годах XIX века пассажирские паровые омнибусы перевозили пассажиров со скоростью до 30 км/час, а средний межремонтный пробег достиг 2,5–3 тыс. км.

Теперь сопоставим эти сведения с другими. В том же 1801 году француз Филипп Лебон получил патент на конструкцию поршневого двигателя внутреннего сгорания, работавшего на светильном газе. Случилось так, что через три года Лебон погиб, и развивать предложенные им технические решения пришлось другим. Лишь в 1860 году бельгийский инженер Жан Этьен Ленуар собрал газовый двигатель с зажиганием от электрической искры и довёл его конструкцию до степени пригодности к установке на транспортное средство.

Итак, автомобильные паровой двигатель и двигатель внутреннего сгорания – практически ровесники. КПД паровой машины той конструкции и в те годы составлял около 10%. КПД двигателя Ленуара был всего 4%. Только через 22 года, к 1882-му, Август Отто усовершенствовал его настолько, что КПД теперь уже бензинового двигателя достиг… аж 15%.

2. Паровая тяга — всего лишь краткий миг в истории прогресса.
Начавшись в 1801 году, история парового транспорта активно продолжалась без малого 159 лет. В 1960-м (!) в США всё ещё строились автобусы и грузовики с паровыми двигателями. Паровые машины за это время усовершенствовались весьма значительно. В 1900 году в США 50% парка автомобилей были «на пару». Уже в те годы возникла конкуренция между паровыми, бензиновыми и — внимание! — электрическими экипажами. После рыночного успеха «Модели-Т» Форда и, казалось бы, поражения парового двигателя новый всплеск популярности паровых авто пришёлся на 20-е годы прошлого столетия: стоимость топлива для них (мазут, керосин) была значительно ниже стоимости бензина.

Фирма Stanley производила до 1927-го примерно 1 тыс. паровых автомобилей в год. В Англии паровые грузовики успешно конкурировали с бензиновыми до 1933 года и проиграли лишь по причине введения властями налога на тяжёлый грузовой транспорт и снижения тарифов на импорт жидких нефтепродуктов из США.

3. Паровая машина неэффективна и неэкономична.
Да, когда-то это было именно так. «Классический» паровой двигатель, который выпускал отработанный пар в атмосферу, имеет КПД не более 8%. Однако паровой двигатель с конденсатором и профилированной проточной частью имеет КПД до 25–30%. Паровая турбина обеспечивает 30–42%. Парогазовые установки, где используются «в связке» газовые и паровые турбины, имеют КПД до 55–65%. Последнее обстоятельство подвигло инженеров компании BMW начать проработки вариантов использования этой схемы в автомобилях. К слову сказать, КПД современных бензиновых двигателей составляет 34%.

Стоимость изготовления парового двигателя во все времена была ниже стоимости карбюраторного и дизельного моторов той же мощности. Расход жидкого топлива в новых паровых двигателях, работающих в замкнутом цикле на перегретом (сухом) пару и оснащённых современными системами смазки, качественными подшипниками и электронными системами регулирования рабочего цикла, составляет всего 40% от прежнего.

4. Паровой двигатель медленно запускается.
И это было когда-то… Даже серийные автомобили фирмы Stanley «разводили пары» от 10 до 20 минут. Усовершенствование конструкции котла и внедрение каскадного режима нагрева позволило сократить время готовности до 40–60 секунд.

5. Паровой автомобиль слишком нетороплив.
Это не так. Рекорд скорости 1906 года — 205,44 км/час – принадлежит паровому автомобилю. В те годы автомобили на бензиновых моторах так быстро ездить не умели. В 1985-м на паровом автомобиле разъезжали со скоростью 234,33 км/час. А в 2009 году группа британских инженеров сконструировала паротурбинный «болид» с паровым приводом мощностью 360 л. с., который был способен перемещаться с рекордной средней скоростью в заезде – 241,7 км/час.

6. Паровой автомобиль дымит, он неэстетичен.
Рассматривая старинные рисунки, на которых изображены первые паровые экипажи, выбрасывающие из своих труб густые клубы дыма и огня (что, кстати, свидетельствует о несовершенстве топок первых «паровиков»), понимаешь, откуда взялась стойкая ассоциация паровой машины и копоти.

Что касается внешнего вида машин, дело тут, конечно, зависит от уровня дизайнера. Вряд ли кто-то скажет, что паровые автомобили Абнера Добля (США) некрасивы. Напротив, они элегантны даже по теперешним представлениям. И ездили к тому же бесшумно, плавно и быстро — до 130 км/час.

Интересно, что современные изыскания в области водородного топлива для автомобильных моторов породили ряд «боковых ответвлений»: водород в качестве топлива для классических поршневых паровых двигателей и в особенности для паротурбинных машин обеспечивает абсолютную экологичность. «Дым» от такого мотора представляет собой… водяной пар.

7. Паровой двигатель капризен.
Это неправда. Он конструктивно значительно проще двигателя внутреннего сгорания, что само по себе означает большую надёжность и неприхотливость. Ресурс паровых моторов составляет многие десятки тысяч часов непрерывной работы, что не свойственно другим типам двигателей. Однако этим дело не ограничивается. В силу принципов работы паровой двигатель не теряет эффективности при понижении атмосферного давления. Именно по этой причине транспортные средства на паровой тяге исключительно хорошо подходят для использования в высокогорье, на тяжёлых горных перевалах.

Интересно отметить и ещё одно полезное свойство парового двигателя, которым он, кстати, схож с электромотором постоянного тока. Снижение частоты вращения вала (например, при возрастании нагрузки) вызывает рост крутящего момента. В силу этого свойства автомобилям с паровыми моторами принципиально не нужны коробки передач — сами по себе весьма сложные и порой капризные механизмы.

Интерес к водяному пару, как доступному источнику энергии, появился вместе с первыми научными познаниями древних. Приручить эту энергию люди пытались на протяжении трёх тысячелетий. Каковы основные этапы этого пути? Чьи размышления и проекты научили человечество извлекать из него максимальную пользу?

Предпосылки появления паровых двигателей

Потребность в механизмах, способных облегчить трудоёмкие процессы, существовала всегда. Примерно до середины XVIII века для этой цели использовались ветряные мельницы и водяные колеса. Возможность использования энергии ветра напрямую зависит от капризов погоды. А для использования водяных колёс фабрики приходилось строить по берегам рек, что не всегда удобно и целесообразно. Да и эффективность тех и других была чрезвычайно мала. Нужен был принципиально новый двигатель,
легко управляемый и лишённый этих недостатков.

История изобретения и совершенствования паровых двигателей

Создание парового двигателя — результат долгих размышлений, удач и крушений надежд множества учёных.

Начало пути

Первые, единичные проекты были лишь интересными диковинками. Например, Архимед
сконструировал паровую пушку, Герон Александрийский
использовал энергию пара для открывания дверей античных храмов. А заметки о практическом применении энергии пара для приведения в действие иных механизмов исследователи находят в трудах Леонардо да Винчи.

Рассмотрим наиболее значительные проекты по этой тематике.

В XVI веке арабский инженер Таги аль Дин разработал проект примитивной паровой турбины. Однако практического применения она не получила из-за сильного рассеяния струи пара, подаваемой на лопасти колеса турбины.

Перенесемся в средневековую Францию. Физик и талантливый изобретатель Дени Папен после многих неудачных проектов останавливается на следующей конструкции: вертикальный цилиндр заполняли водой, над которой устанавливали поршень.

Цилиндр нагревали, вода закипала и испарялась. Расширяющийся пар приподнимал поршень. Его закрепляли в верхней точке подъёма и ожидали остывания цилиндра и конденсации пара. После конденсации пара в цилиндре образовывался вакуум. Освобожденный от крепления поршень под действием атмосферного давления устремлялся в вакуум. Именно это падение поршня предполагалось использовать как рабочий ход.

Итак, полезный ход поршня был вызван образованием вакуума из-за конденсации пара и внешним (атмосферным) давлением.

Потому паровой двигатель Папена
как и большинство последующих проектов получили название пароатмосферных машин.

Эта конструкция обладала весьма существенным недостатком — не была предусмотрена повторяемость цикла.
Дени приходит к идее получать пар не в цилиндре, а отдельно в паровом котле.

В историю создания паровых двигателей Дени Папен вошел как изобретатель весьма важной детали — парового котла.

А поскольку пар стали получать вне цилиндра, сам двигатель перешел в разряд двигателей внешнего сгорания. Но из-за отсутствия распределительного механизма, обеспечивающего бесперебойную работу, эти проекты почти не нашли практического применения.

Новый этап в разработке паровых двигателей

Около 50 лет для откачки воды в угольных шахтах использовался паровой насос Томаса Ньюкомена.
Он во многом повторял предыдущие конструкции, но содержал весьма важные новинки — трубу для вывода сконденсированного пара и предохранительный клапан для выпуска излишнего пара.

Его существенным минусом было то, что цилиндр приходилось то нагревать перед впрыскиванием пара, то охлаждать перед его конденсацией. Но потребность в таких двигателях была столь высока, что, несмотря на их очевидную неэкономичность, последние экземпляры этих машин прослужили вплоть до 1930 года.

В 1765 году английский механик Джеймс Уатт,
занявшись усовершенствованием машины Ньюкомена, отделил конденсатор от парового цилиндра.

Появилась возможность цилиндр держать постоянно нагретым. КПД машины сразу вырос. В последующие годы Уатт значительно усовершенствует свою модель, оснастив её устройством для подачи пара то с одной, то с другой стороны.

Стало возможным использовать эту машину не только как насос, но и для приведения в действие различных станков. Уатт получил патент на свое изобретение — паровой двигатель непрерывного действия. Начинается массовый выпуск этих машин.

К началу XIX века в Англии работало более 320 паровых машин Уатта. Их стали закупать и другие европейские страны. Это способствовало значительному росту промышленного производства во многих отраслях как самой Англии, так соседних государств.

Двадцатью годами ранее Уатта, в России над проектом паровой машины работал алтайский механик Иван Иванович Ползунов.

Заводское начальство предложило ему построить агрегат, который приводил бы в действие воздуходувку плавильной печи.

Построенная им машина была двухцилиндровой и обеспечивала непрерывное действие подсоединённого к ней устройства.

Успешно проработав более полутора месяцев, котёл дал течь. Самого Ползунова к этому времени уже не было в живых. Ремонтировать машину не стали. И замечательное творение русского изобретателя-одиночки было забыто.

В силу отсталости России того времени мир узнал об изобретении И. И. Ползунова с большим опозданием….

Итак, для приведения в действие паровой машины необходимо, чтобы пар, вырабатываемый паровым котлом, расширяясь, давил на поршень или на лопасти турбины. А затем их движение передавалось другим механическим частям.

Применение паровых машин на транспорте

Несмотря на то, что КПД паровых двигателей того времени не превышал 5%, к концу XVIII века их стали активно использовать в сельском хозяйстве и на транспорте:

• во Франции появляется автомобиль с паровым двигателем;
• в США начинает курсировать пароход между городами Филадельфия и Берлингтон;
• в Англии продемонстрирован железнодорожный локомотив на паровой тяге;
• российский крестьянин из Саратовской губернии запатентовал построенный им гусеничный трактор мощностью 20 л. с.;
• неоднократно предпринимались попытки построить самолёт с паровым двигателем, но, к сожалению, малая мощность этих агрегатов при большом весе самолёта делала эти попытки неудачными.

Уже к концу XIX столетия паровые двигатели, сыграв свою роль в техническом прогрессе общества, уступают место и электродвигателям.

Паровые устройства в XXI веке

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

Широко используются эти турбины и на конденсационных тепловых электростанциях.

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

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

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

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

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

Распространение энергии пара

Паровые двигатели нашли широкое применение в самых разных отраслях, в первую очередь в горнодобывающей промышленности и на транспорте, но их популяризация повлияла почти на все аспекты индустриального общества, в том числе на то, где люди могли жить, работать и путешествовать; как товары были произведены, проданы и проданы; и какие технологические инновации последовали.

Цель обучения

Приведите примеры отраслей промышленности, работающих на паре

Ключевые моменты

• Паровой двигатель был одной из наиболее важных технологий промышленной революции, вдохновившей другие инновации и инициировавшей дальнейший технологический прогресс. В 1775 году Джеймс Уатт сформировал партнерство по двигателестроению и инженерии с производителем Мэтью Бултоном. Это служило своего рода творческим техническим центром для большей части британской экономики. Они поддерживали таланты и другие компании, создавая культуру, в которой фирмы часто делились информацией, которую они могли использовать для создания новых технологий или продуктов.
• От шахт до мельниц паровые двигатели нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Внедрение паровых двигателей повысило производительность и технологии и позволило создать двигатели меньшего размера и лучшего качества. Примерно в начале 19 века инженер из Корнуолла Ричард Тревитик и американец Оливер Эванс начали строить паровые двигатели без конденсации более высокого давления, выбрасывающие воздух в атмосферу. После разработки Тревитика стало возможным транспортное применение, и паровые двигатели нашли свое применение в лодках, железных дорогах, фермах и автомобильных транспортных средствах.
• Первоначально паровая машина была изобретена и усовершенствована для использования в шахтах. Внедрение парового насоса Савери в 1698 году и паровой машины Ньюкомена в 1712 году значительно облегчило удаление воды и позволило сделать шахты глубже, что позволило добывать больше угля. Внедрение усовершенствований Джона Смитона в двигатель Ньюкомена, за которым последовали более эффективные паровые двигатели Джеймса Уатта 1770-х годов, снизило затраты на топливо для двигателей, сделав шахты более прибыльными.
• Паровозы были изобретены после появления паровых двигателей высокого давления, когда в 1800 году истек срок действия патента Боултона и Ватта. Железные дороги общего пользования с паровой тягой начались со Стоктонской и Дарлингтонской железной дороги в 1825 году. Использование паровых двигателей на железных дорогах оказалось экстраординарным из-за большого количества товаров и сырья теперь можно было доставлять как в города, так и на фабрики за небольшую часть стоимости поездки на фургоне.
• После появления парохода в Соединенных Штатах наблюдался невероятный рост перевозок товаров и людей, что сыграло ключевую роль в экспансии на запад. Пароход резко сократил время, затрачиваемое на перевозку товаров, и позволил повысить специализацию. Пароход также имел решающее значение для облегчения внутренней работорговли. С появлением парохода возникла необходимость в улучшении речной системы и инфраструктуры вдоль рек.
• Паровые двигатели являются особенно показательным примером того, как изменения, вызванные индустриализацией, привели к еще большим изменениям в других областях. В то время как многие считают потенциал увеличения выработки электроэнергии доминирующим преимуществом, другие отдают предпочтение потенциалу агломерации. Паровые двигатели позволили легко работать, жить, производить, продавать, специализироваться и расширяться, не беспокоясь о менее обильном присутствии водных путей.

Основные термины

Бултон и Ватт

Первая британская инженерно-производственная фирма, занимавшаяся проектированием и производством морских и стационарных паровых двигателей. Основанная в английском Уэст-Мидлендсе близ Бирмингема в 1775 году в результате партнерства между английским промышленником Мэтью Бултоном и шотландским инженером Джеймсом Ваттом, фирма сыграла важную роль в промышленной революции и стала крупным производителем паровых двигателей в 19 веке. .

балочный двигатель

Тип паровой машины , в которой поворотная верхняя балка используется для приложения силы от вертикального поршня к вертикальному шатуну. Эта конфигурация с двигателем, непосредственно приводящим в действие насос, была впервые использована Томасом Ньюкоменом примерно в 1705 году для удаления воды из шахт в Корнуолле.

паровая машина

Тепловая машина, выполняющая механическую работу с использованием пара в качестве рабочего тела.

Паровой двигатель был одной из самых важных технологий промышленной революции, хотя пар не заменял гидроэнергию в Великобритании до окончания промышленной революции. От первого практического двигателя атмосферного давления англичанина Томаса Савери (1698) и атмосферный двигатель Томаса Ньюкомена (1712 г.) благодаря крупным разработкам шотландского изобретателя и инженера-механика Джеймса Уатта паровой двигатель стал использоваться во многих промышленных условиях. В 1775 году Уатт вместе с фабрикантом Мэтью Боултоном сформировал партнерство в области машиностроения и инженерии, которое стало одним из самых важных предприятий промышленной революции и послужило творческим техническим центром для большей части британской экономики. Партнеры решали технические проблемы и распространяли решения среди других компаний. Подобные фирмы делали то же самое в других отраслях промышленности и были особенно важны в станкостроении. Такое взаимодействие между компаниями сократило количество времени и затрат на исследования, которые каждый бизнес должен был тратить на работу со своими собственными ресурсами. Технологические достижения промышленной революции происходили быстрее, потому что фирмы часто делились информацией, которую они могли использовать для создания новых технологий или продуктов.

Роторный двигатель Ватта в музее Генри Форда В музее Генри Форда в Дирборне, штат Мичиган, хранится роторный двигатель Ватта, изготовленный в 1788 году Чарльзом Саммерфилдом. Это полноценный работающий двигатель Боултона-Ватта. Американский промышленник Генри Форд перевез двигатель в Дирборн примерно в 1930 году.

Паровые двигатели нашли широкое применение в самых разных отраслях: от шахт до мельниц. Внедрение паровых двигателей повысило производительность и технологии и позволило создать двигатели меньшего размера и лучшего качества. Примерно до 1800 года наиболее распространенным типом паровой машины была балочная машина, построенная как неотъемлемая часть каменного или кирпичного машинного отделения, но вскоре появились различные модели автономных вращающихся двигателей (легко снимаемых, но не на колесах). разработаны, например, табличный движок. Примерно в начале 1920 века корнуоллский инженер Ричард Тревитик и американец Оливер Эванс начали конструировать неконденсирующиеся паровые машины высокого давления, работающие против атмосферы. После разработки Тревитика стало возможным транспортное применение, и паровые двигатели нашли свое применение в лодках, железных дорогах, фермах и автомобильных транспортных средствах.

Паровая машина изначально была изобретена и усовершенствована для использования в шахтах. До появления паровой машины неглубокие колокольные ямы следовали за пластом угля вдоль поверхности и были заброшены по мере добычи угля. В других случаях, если геология была благоприятной, уголь добывали штреком, забитым в склон холма. На некоторых участках велась шахтная добыча, но сдерживающим фактором была проблема удаления воды. Это можно было сделать, таща ведра с водой вверх по шахте или в туннель, пробитый в холме. В любом случае воду нужно было сливать в ручей или канаву на таком уровне, чтобы она могла утекать под действием силы тяжести. Внедрение парового насоса Савери в 169 г.8 и паровая машина Ньюкомена в 1712 году значительно облегчили удаление воды и позволили сделать шахты глубже, что позволило добывать больше угля. Эти разработки начались до промышленной революции, но внедрение усовершенствований Джона Смитона в двигатель Ньюкомена, за которым последовали более эффективные паровые двигатели Джеймса Уатта 1770-х годов, снизило затраты на топливо для двигателей, сделав шахты более прибыльными.

В начале промышленной революции внутренний транспорт осуществлялся по судоходным рекам и дорогам, а каботажные суда использовались для перевозки тяжелых грузов по морю. Вагоны использовались для транспортировки угля в реки для дальнейшей отправки, но каналы еще не были широко построены. Животные обеспечивали всю движущую силу на суше, а паруса обеспечивали движущую силу на море. Первые конные железные дороги появились в конце 18 века, а паровозы появились в первые десятилетия 19 века.век. Паровозы были изобретены после появления паровых двигателей высокого давления, когда в 1800 году истек срок действия патента Боултона и Уатта. Двигатели высокого давления выбрасывали использованный пар в атмосферу, избавляясь от конденсатора и охлаждающей воды. Некоторые из этих первых локомотивов использовались в шахтах. Железные дороги общего пользования с паровой тягой начались со Стоктонской и Дарлингтонской железной дороги в 1825 году. Использование паровых двигателей на железных дорогах оказалось экстраординарным, поскольку теперь можно было доставлять большое количество товаров и сырья как в города, так и на фабрики. Поезда могли бы доставлять их в отдаленные места за небольшую часть стоимости поездки на фургоне.

В частности, в Соединенных Штатах появление и развитие парохода привело к огромным изменениям. До появления парохода реки обычно использовались только для перевозки товаров с востока на запад и с севера на юг, поскольку бороться с течением было очень сложно, а часто и невозможно. Лодки и плоты без двигателя собирались вверх по течению для перевозки грузов вниз по течению, и их часто разбирали в конце пути, а остатки использовали для строительства домов и коммерческих зданий. После появления парохода в США наблюдался невероятный рост перевозок товаров и людей, что сыграло ключевую роль в экспансии на запад. Пароход резко сократил время, затрачиваемое на перевозку товаров, и позволил повысить специализацию. Это также было важно для облегчения внутренней работорговли.

С появлением парохода возникла необходимость в улучшении речной системы. Естественная речная система создала такие препятствия, как пороги, песчаные отмели, мелководье и водопады. Для преодоления этих естественных препятствий была построена сеть каналов, шлюзов и дамб. Это увеличило спрос на рабочую силу вдоль рек, что привело к огромному росту рабочих мест. Популяризация пароходов также напрямую привела к росту угольной и страховой промышленности и спросу на ремонтные сооружения вдоль рек. Кроме того, спрос на товары в целом увеличился, поскольку пароход сделал перевозки в новые пункты назначения как широкими, так и эффективными.

1920 г. Пароход на реке Юкон возле Уайтхорса, Коллекция Фрэнка Г. Карпентера, Библиотека Конгресса США.

До появления парохода переход из Нового Орлеана в Луисвилл мог занять от трех до четырех месяцев, в среднем по двадцать миль в день. С пароходом это время резко сократилось, а количество рейсов составляло от двадцати пяти до тридцати пяти дней. Это было особенно выгодно фермерам, поскольку теперь их урожай можно было перевозить в другое место для продажи.

Паровые двигатели являются особенно ярким примером того, как изменения, вызванные индустриализацией, привели к еще большим изменениям в других областях. Энергия воды, предшествующий источник энергии в мире, продолжала оставаться важным источником даже в период пика популярности паровых двигателей. Однако паровая машина дала много новых преимуществ. В то время как многие считают потенциал увеличения выработки электроэнергии основным преимуществом (при средней мощности паровых мельниц, производящих в четыре раза больше мощности, чем водяные мельницы), другие отдают предпочтение потенциалу агломерации. Паровые двигатели позволили легко работать, жить, производить, продавать, специализироваться и расширяться, не беспокоясь о менее обильном присутствии водных путей. Города и поселки теперь строились вокруг заводов, где паровые машины служили основой для средств к существованию многих горожан. Благодаря содействию агломерации отдельных лиц были созданы успешные местные рынки. Города быстро росли, и качество жизни в конечном итоге повышалось по мере создания инфраструктуры. Можно было производить более качественные товары, поскольку приобретение материалов стало менее сложным и дорогим. Прямая местная конкуренция привела к более высокой степени специализации, а труд и капитал были в изобилии. Города с паровой тягой способствовали росту как на местном, так и на национальном уровне.

Атрибуция

• Распространение силы пара

  • «Паровая машина Уатта». https://en.wikipedia.org/wiki/Watt_steam_engine. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Балочный двигатель». https://en.wikipedia.org/wiki/Beam_engine. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Паровая энергия во время промышленной революции». https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_power_during_the_Industrial_Revolution. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Бултон и Ватт». https://en.wikipedia.org/wiki/Boulton_and_Watt. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Паровой двигатель». https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_engine. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «Промышленная революция». https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_Revolution. Википедия CC BY-SA 3.0.

  • «800px-1920_Steamboat_on_the_Yukon_River.jpg». https://en.wikipedia.org/wiki/Steam_power_during_the_Industrial_Revolution#/media/File:1920_Пароход_на_реке_Юкон. jpg. Википедия Общественное достояние.

  • «15_23_1056_ford_museum.jpg». https://commons.wikimedia.org/wiki/File:15_23_1056_ford_museum.jpg. Wikimedia Commons CC0 1.0 Универсальный.

Эволюция локомотива

Локомотивы прошли долгий путь с момента их создания. Посмотрите, как они превратились из ранних моделей (таких как этот американский тип 1868 года) в экологически чистые электростанции, которыми они являются сегодня.

21 февраля 1804 года британский горный инженер, изобретатель и исследователь Ричард Тревитик представил первый полноценный работающий железнодорожный паровоз в валлийском шахтерском городке Мертир-Тидвил. После этого дебюта локомотивы работали на множестве видов топлива, включая древесину, уголь и нефть. Затем, в 1913 октября дизельные локомотивы вышли на сцену в Швеции, а затем в США в 1939 году и продолжают доминировать сегодня.

Локомотивы претерпели значительные изменения с момента их создания, со временем становясь все более эффективными и экологичными. Давайте обратимся к истории использования локомотивов Union Pacific, чтобы увидеть, как они превратились в современные экологически чистые электростанции, которые могут перевезти одну тонну груза на 480 миль на одном галлоне топлива.

1868 — КП №60 и УП №119- American Type

Наиболее популярная колесная формула в Америке 19-го века, локомотивы American Type подходили для всех типов железнодорожных перевозок, включая как пассажирские, так и грузовые. Эти два локомотива — «Юпитер» компании Central Pacific (на фото вверху) и № 119 компании Union Pacific (на фото вверху страницы) — имеют решающее значение для истории железных дорог. Когда они встретились в Промонтори-Саммит, штат Юта, 10 мая 1869 года, мечта о трансконтинентальной железной дороге стала реальностью.

UP No. 119 — American Type
Length : 41′ 10”
Weight: 68,400 lbs
Fuel: Coal

CP No. 60 — American Type
Length : 41′ 02
Вес: 65 400 фунтов
Топливо: Древесина

1905 — SP № 4151 — Cab Forward — AC-7 мощность и эффективность на крутых горных перевалах в Сьерра-Неваде.

Эти локомотивы, также уникальные для южной части Тихого океана, продолжили инновационную конфигурацию «кабина вперед», благодаря которой машинная бригада опережала выхлоп пара через мили туннелей и снежных навесов.

Длина: 106 футов
Вес: 639 800 фунтов
Топливо: Бункер C Топливо

1941 — UP No. будут называться локомотивами класса Wasatch из-за их предполагаемой области эксплуатации на линиях Union Pacific через Вайоминг. Вместо этого культовые «Большие мальчики» были названы сотрудником Американской локомотивной компании (ALCO), который написал мелом «Большой мальчик» на передней части котла, и это имя прижилось. После длительного процесса восстановления Union Pacific Big Boy № 4014 вернулся в строй в мае 2019 года.в честь 150-летия завершения строительства Трансконтинентальной железной дороги.

Длина: 132 ‘9 7/8 ”
Вес: 1,189 500 фунтов
Топливо: угля, а затем, масло

1944 — Up 844 — Northern

Гвидился как нефть Pacioft‘ Living Lifend, Steam », Steam». локомотив № 844 был последним паровозом, построенным для Union Pacific. Высокоскоростной пассажирский паровоз тянул такие широко известные поезда, как Overland Limited, Los Angeles Limited, Portland Rose и Challenger.

Длина: 114 футов
Вес: 907 980 фунтов
Топливо: Уголь и позже, масло такие локомотивы, как УП № 951, тянули красивые поезда «Сити», предлагаемые Union Pacific во времена расцвета пассажирских перевозок. Максимальная скорость этих скорых поездов составляла 117 миль в час.

Длина: 70 футов 03 дюйма
Вес: 9 шт.0029 315 000 фунтов
Топливо: Дизель

1958 -UP X-1 — Super Turbine/»Big Blow» 65 миль в час.

Длина: 178 ’11 ”
Вес: 849,248
Топливо: Газ/Электрик

2016 — UP 3012 — SD70 -AH -16

Tier 4S — 200+ Ton Road. Контроль и способность обрабатывать миллиард точек данных в секунду, максимально повышая эффективность работы и расход топлива. Блоки могут похвастаться 15 миллионами строк компьютерного кода, что в пять раз больше, чем аналогичный локомотив был бы установлен пятью годами ранее. Эти локомотивы соответствуют самым последним стандартам выбросов и сокращают выбросы на 90 процентов по сравнению с локомотивами, выпущенными до 2000 года.

Длина: 76 футов 8 дюймов
Вес: 428 000 фунтов
Топливо: Дизель

Локомотив давно стал более экологичным 9000 они первыми попали на рельсы. Отчасти благодаря эффективной и экологически чистой работе сегодня железные дороги являются самым безопасным, экономичным и экологически безопасным видом наземных грузовых перевозок.

Например, сравните поезда с грузовиками. В среднем поезда в три-четыре раза экономичнее. Что это значит? В среднем грузовые железные дороги США могут перевозить одну тонну груза на расстояние более 480 миль на одном галлоне топлива, производя углеродный след на 75 процентов меньше, чем грузовики.

И вот забавный факт: по данным Ассоциации американских железных дорог, если хотя бы 10 процентов грузов, которые в настоящее время перевозятся грузовиками, вместо этого перевозятся по железной дороге, наша страна ежегодно экономила бы около 1,5 миллиарда галлонов топлива, а ежегодные выбросы парниковых газов сократились бы на 17 миллионов тонн. Это эквивалентно посадке около 400 миллионов деревьев или снятию с автомагистралей 3,2 миллиона автомобилей в год.

Поздравляем клиентов Union Pacific, которые в прошлом году сократили выбросы парниковых газов примерно на 31 миллион метрических тонн, выбрав для своих нужд железнодорожный транспорт, а не автомобильный. Хотите узнать, какое влияние вы могли бы оказать, если бы ваш груз перевозился по железной дороге? Проверьте этот Калькулятор выбросов углерода. Или обращайтесь.

Статьи по теме

• Железнодорожная отрасль экономит миллионы галлонов топлива в год — и для этого они используют «круиз-контроль».
• Представлены виды транспорта: всесторонний обзор
• Вы поклонник железной дороги?
• Железная дорога 101. Часто задаваемые вопросы
• Пять мифов о транспорте — разоблачены

Паровозы. Коллекция на Пальметто

Фрески в натуральную величину переносят зрителя в совершенно другое время.

Росписи Коллекции на Пальметто рассказывают историю полевых и заводских двигателей с помощью реалистичных изображений в натуральную величину. Зритель переносится во времена, не похожие на настоящее, когда пар позволил промышленным силам расширяться, а механизация сельскохозяйственного оборудования значительно улучшила сельское хозяйство нашей страны. Гэри Бэйли и Стейси Уитц работали над тем, чтобы воплотить в жизнь видение основателей посредством художественной интерпретации наших собственных двигателей; двигатели The Collection на Palmetto. Здесь двигатель Reid Oil Field Engine обеспечивает питание насосной станции. Природный газ был обильным источником топлива для операций на нефтяных месторождениях. Как использование ископаемого топлива изменило нашу экономику? Как это изменило наше общество? Как это изменило нашу землю?

Произведения Гэри и Стейси можно увидеть в окрестностях Пинелласа, в местных магазинах и частных домах.

ДВИГАТЕЛИ

Полноценные газовые и паровые двигатели Коллекции на Пальметто представляют различные типы двигателей и производителей, начиная с конца 1800-х годов. Эти двигатели обеспечивали питание промышленной и сельскохозяйственной техники, способствуя социально-экономическому росту в Америке.

Фотогалерея

ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Паровые двигатели используют энергию пара для выполнения механической работы. Давление пара толкает поршень в цилиндре вперед и назад. Толкающая сила преобразуется шатуном и маховиком во вращательную силу. Первое коммерчески успешное паровое устройство было построено Томасом Савери в 169 г.8. 

Узнайте больше о паре

Паровые двигатели

История парового двигателя

Паровая энергия восходит к Древней Греции, когда Герой Александрийский создал паровую турбину. Энергия пара сыграла чрезвычайно важную роль в индустриализации во всем мире, начиная с первой промышленной революции. Энергия пара ускорила экономику и привела к появлению других источников энергии во время второй промышленной революции (Институт развития предпринимательства). Электричество и двигатели внутреннего сгорания в значительной степени заменили паровые двигатели. Паровые двигатели можно увидеть по всему миру, и некоторые из них все еще используются сегодня. В Соединенных Штатах паровые двигатели обычно можно увидеть в музеях, на сельскохозяйственных выставках, ярмарках и в частных коллекциях.

Гениальные новаторы веками совершенствовали паровые двигатели. Джеймс Уатт сделал паровые двигатели меньше и эффективнее, поэтому они использовали меньше угля. Оливер Эванс разработал паровую машину высокого давления. Джордж Корлисс значительно усовершенствовал паровой двигатель своей системой клапанов, повысившей эффективность.

На изображении выше: президент США Улисс С. Гранд и император Бразилии Педро II запускают двигатель Corliss Centennial Engine на церемонии открытия выставки Centennial Exposition в Филадельфии, 1876 г. Неизвестный автор — wikipedia:pt, Public Domain, https:// commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=648161

Узнать больше

Паровые двигатели были разработаны столетия назад. Используемые на протяжении первой и второй промышленных революций, они позже были заменены другими источниками энергии.

Узнайте больше об истории пара

ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ: СИМВОЛЫ ПРОМЫШЛЕННОЙ РЕВОЛЮЦИИ

Переносные двигатели перевозили на рабочие площадки.

ССЫЛКИ

Паровой цикл

https://www.steamautomobile.com/wsa/tutorial/index_2.htm

Florida Flywheelers

 https://floridaflywheelers.org/

Big Red Corliss, London

https://www. youtube.com/watch?v=PIza2qnOgQY

How a Steam Engine Works

 https:// www.youtube.com/watch?reload=9&v=ESfSG2OlQYQ 

John Deere и Steam

https://www.farmcollector.com/steam-engines/john-deere-steam-zmlz18marzhur

Паровые двигатели для детей

https://www.ducksters.com/history/us_1800s/steam_engine_industrial_revolution.php

Как энергия пара изменила мир

https://www.livescience.com/2612-steam-engine-changed-world.html

Corliss at the Henry Ford

https://www. youtube.com/ watch?v=7scQ-13_1Go

Steamtown NHS: Специальное историческое исследование

Разработка парового двигателя

Подписаться
Apple | Гугл | Спотифай | Амазонка | Player.FM | TuneIn
Castbox | Сшиватель | Подкаст Республики | RSS | Patreon

Промышленная революция положила начало самым большим изменениям в истории человечества со времен зарождения сельского хозяйства.

Считается, что начало промышленной революции началось с изобретения парового двигателя. Устройство, способное преобразовывать теплоту в механическую работу.

Тем не менее, паровая машина не была разработана сразу. Это было изобретение, которое уходит своими корнями более чем на 2000 лет назад.

Узнайте больше о паровом двигателе и о том, как он был разработан, в этом выпуске Every Everywhere Daily.

Во многих моих эпизодах есть общая черта: вещи, которые мы считаем недавними изобретениями, возникли гораздо раньше, чем думает большинство людей.

Это определенно верно для паровой машины.

Концепция парового двигателя довольно проста. Вы кипятите воду, используя какой-то источник тепла, которым обычно были дрова или уголь в начале промышленной революции. Затем вода превращается в пар, который является горячим газом. Из-за своей высокой температуры этот газ создает давление, которое можно использовать для совершения работы. Затем это давление может вращать турбину или поднимать поршень, который, в свою очередь, можно использовать для вращения колеса или шестерни для выполнения механической работы.

Возможно, это грубое упрощение, но я думаю, что оно передает дух того, что делает простой паровой двигатель.

Первый задокументированный случай использования горячего пара для создания механического движения датируется 2000 годами до первого века.

Один из первых инженеров по имени Герой Александрийский, преподававший в Александрийском музее, построил устройство, названное эолипилом.

Эолипил — довольно простое устройство. Это сфера с загнутыми в разные стороны торчащими соплами, сфера прикреплена к оси, чтобы она могла вращаться.

При нагревании пар выбрасывался из сопел, заставляя все устройство быстро вращаться.

Хотя Героя часто называют изобретателем эолипила, он, вероятно, не создал его первым. Римский архитектор Витрувий упомянул эолипил несколькими десятилетиями ранее, и это, вероятно, было основано на работе, проделанной александрийским греком по имени Ктесибий еще за 200 лет до этого.

Итак, люди очень рано поняли, что с паром можно делать разные вещи.

Дело в том, что с эолипилом особо ничего не делали. Насколько мы можем судить, это был в основном партийный трюк.

Свидетельства существования эолипила задолго до появления паровой машины на протяжении веков заставляли людей задаваться вопросом, почему разработка паровой машины заняла так много времени и не могла ли промышленная революция произойти на столетия раньше.

Это может стать темой следующего эпизода, но об этом действительно интересно подумать. Представьте, если бы в Древнем Риме или Китае существовали паровые заводы и локомотивы.

Какой бы интересной ни была идея, факт в том, что этого не произошло. От эолипила Героя Александрийского до первой практической паровой машины прошло более 1500 лет.

В то время другие люди наверняка думали о том, на что способен пар. Леонардо да Винчи писал об идее паровой пушки. Османский ученый Таки ад-Дин придумал вращающееся колесо с паровым приводом, которое можно было бы использовать как водяное колесо.

То, что привело нас на путь к пару, это, прежде всего, скороварка. В 1679 г.Французский ученый Дени Папен создал то, что он назвал паровым варочным котлом, который мог извлекать жир из костей. Одним из новых нововведений, которые он добавил, был выпускной клапан, поскольку несколько ранних прототипов взорвались.

Опасность взрыва при работе с паром под давлением.

Папен также разработал цилиндр под давлением, который при охлаждении мог создавать вакуум и который можно было использовать для подъема тяжестей.

Паровой варочный котел не был двигателем, и другие идеи Папена так и не нашли практического применения, но идеи Папена послужили источником вдохновения для чего-то подобного.

Английский инженер Томас Савери разработал первое устройство, которое можно было назвать паровым двигателем, в 1698 году. 

Проблема, над которой он работал, была древней и веками мучила людей: затопление шахт.

Если вы пройдёте достаточно глубоко, большинство шахт рано или поздно заполнится водой. Ниже уровня грунтовых вод вода просачивается через трещины и в конечном итоге затапливает ствол шахты.

Ручные насосы до сих пор могли только поднимать воду. Если вы вышли за этот предел, вам не повезло.

Насос Савери на самом деле не использовал давление пара для выполнения работы. Как раз наоборот. Он наполнял контейнер горячим паром, а затем поливал его снаружи холодной водой, в результате чего пар конденсировался, создавая вакуум. Затем вакуум всасывал воду, заставляя ее подниматься и заполнять контейнер.

Насос Savery имел две камеры, когда одна заполнялась водой, другая нагревалась, и наоборот.

Насос Savery стал огромным прорывом в использовании пара, но он был не очень эффективен и не создавал движения. Он не мог двигать поршень или коленчатый вал, он просто двигал воду.

Следующее новшество также было разработано для откачки воды из шахт. В 1712 году английский кузнец по имени Томас Ньюкомен разработал так называемую атмосферную паровую машину.

Как и насос Савери, он наполнял цилиндр горячим паром, а затем на него распылялась холодная вода для конденсации пара и создания вакуума. В отличие от насоса Savery, этот вакуум затем заставит атмосферное давление толкать поршень вниз, чтобы заполнить цилиндр.

Затем пар снова наполняет цилиндр, выталкивая поршень, и затем цикл повторяется.

Двигатель Ньюкомена был лучше, чем насос Савери, но все равно был невероятно неэффективным. Во-первых, это позволяло выходить пару, что было огромной потерей энергии.

Следующий большой шаг сделал шотландский инженер по имени Джеймс Уатт. Уатт учился в Университете Глазго, где его познакомили с идеями использования пара.

В 1765 году его попросили отремонтировать двигатель Ньюкомена, когда он придумал двигатель, который был бы радикально более эффективным. Уатт подсчитал, что 80% энергии паровой машины Ньюкомена тратится впустую на повторный нагрев цилиндра.

Ватт разработал двигатель с отдельной камерой конденсатора, соединенной с горячим цилиндром. Различные клапаны открывались в зависимости от того, где поршень находился в цикле, позволяя пару выходить и конденсироваться в более холодном конденсаторе.

В отличие от Савери и Ньюкомена, которые создавали свои устройства для решения конкретной проблемы, Уатт создал полноценную стартап-компанию с венчурным капиталом для создания обычного парового двигателя…. хотя в то время они не использовали бы эти термины. Он и его деловой партнер Мэтью Бултон создали компанию Boulton and Watt.

В течение следующего десятилетия Ватт работал над множеством дополнительных улучшений, и многие из них необходимо было сделать. Например, создание идеально круглого цилиндра и поршня, который помещался бы в нем, было очень сложно, учитывая состояние металлургии того времени. Должно быть хорошее уплотнение для поршня, чтобы пар не выходил наружу.

Наконец, в 1776 году его двигатель поступил в продажу.

Двигатель Ватта стал настоящим хитом. Он может делать гораздо больше, чем просто качать воду. Его можно было использовать для самых разных целей, и двигатель Уатта покупали заводы и фабрики.

Однако двигатель Ватта по-прежнему использовал силу вакуума за счет конденсации пара и атмосферного давления для привода поршня.

При использовании пара высокого давления можно получить больше энергии.

Энергия пара высокого давления имела много преимуществ и один огромный недостаток.

Паровой двигатель высокого давления можно построить намного меньше и дешевле, чем атмосферный двигатель. Поскольку он был меньше, его можно было использовать для передвижения, открывая возможность парового транспорта. Он также мог работать на гораздо более высоких циклах, что было необходимо для работы многих машин.

Большим недостатком было то, что они могли взорваться.

Боултон и Ватт использовали свои патенты, чтобы блокировать разработку паровых двигателей высокого давления в течение многих лет, поскольку Ватт считал их слишком опасными.

Первая паровая машина высокого давления была разработана британским изобретателем Ричардом Тревитиком в 1800 году, и он использовал ее для демонстрации первого паровоза в 1804 году.  

Первые коммерческие паровые машины высокого давления были изготовлены американцем Оливером Эвансом. в 1811 году. Основным рынком сбыта его двигателей были речные суда на реке Миссисипи.

Должен отметить, что первый пароход, который был создан американским изобретателем Робертом Фултоном в 1807 году, действительно использовал атмосферный двигатель Ватта.

Разница между двигателем Эванса и двигателем Ватта заключается в том, что двигатель Ватта будет работать при максимальном давлении 7-9 фунтов на квадратный дюйм, что считается низким давлением. Двигатель Evans будет работать при давлении до 50 фунтов на квадратный дюйм.

Было еще много возможностей для улучшения. Американец Джордж Генри Корлисс разработал двигатель Корлисса в 1849 году.что предлагало улучшение на 30% по сравнению со всеми предыдущими паровыми двигателями. В нем использовались отдельные клапаны для выхлопа и пара, что означало уменьшение изменений температуры, а также значительно улучшенные клапаны.

На протяжении 19 века паровые машины продолжали работать при все более и более высоком давлении, что давало все большую и большую мощность. Опасность работы при таком высоком давлении никогда не исчезала.

Если вы помните мой эпизод о катастрофе парохода в Султане, в 1865 году 1800 человек погибли на пароходе, когда взорвался котел. Было много других подобных катастроф, которые происходили везде, где были котлы высокого давления.

Эти взрывы стали происходить чаще в начале 20-го века. В период с 1905 по 1911 год только в Соединенных Штатах в результате взрывов котлов погибло 1300 человек. К этому времени давление внутри котлов достигло уровня более 300 фунтов на квадратный дюйм.

В 1915 году Американское общество инженеров-механиков выпустило руководство по работе с высоким давлением, что привело к разработке усовершенствованных предохранительных клапанов, которые автоматически выпускали пар, если давление превышало критический уровень.

Энергия пара использовалась в 19 веке для транспорта и работы машин. Начиная с 1880-х годов для паровой энергии открылся совершенно новый путь. Производство электроэнергии.

В 1884 году американец Чарльз Парсонс создал паровую турбину, которая вращала электрическую динамо-машину.

Паровые турбины оказалось гораздо проще масштабировать, чем паровые двигатели.

Первая турбина Парсонса была реактивной. В реактивной турбине пар буквально вырывается через сопла, как в древнем эолипиле.

Позднее они были заменены так называемыми импульсными турбинами. В импульсной турбине горячий поток пара проходит через лопасти вентилятора, как в реактивном двигателе.

Он до сих пор используется на большинстве угольных, газовых, геотермальных, концентрированных солнечных или атомных электростанций, которые используют пар для выработки электроэнергии. Около 80% электроэнергии в мире сегодня вырабатывается паровыми турбинами.

В конце концов, прямое использование энергии пара было заменено двигателями внутреннего сгорания или турбоэлектрическими системами.

В турбоэлектрической системе вместо пара, непосредственно используемого для создания механической энергии, пар просто используется для выработки электричества с помощью турбины, а затем электричество используется с помощью электродвигателей для выполнения механической работы.

Хотя сегодня используется много паровых турбин, главным образом для выработки электроэнергии, паровых двигателей в эксплуатации очень мало.

В Нидерландах до сих пор используется один, но не так часто. Насосная станция Wouda во Фрисландии была построена для откачки лишней воды из низменного голландского региона. Он был открыт в 1920 и до сих пор работает. Фактически, он был назван объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО.

У них тоже есть современные насосы, но если уровень воды слишком высок, они запустят столетний паровой насос, чтобы помочь. Когда я посетил, они действительно включили его, и это был настоящий опыт. Это самый большой паровой насос, который до сих пор работает в мире.

Хотя паровых машин уже не так много, они сыграли ключевую роль в развитии современного мира. Механизированные заводы, локомотивы и все последующие технические новшества были бы невозможны, если бы не развитие паровых двигателей.

Every Everywhere Daily — это подкаст Airwave Media.

Исполнительный продюсер Дарси Адамс.

Ассоциированные продюсеры Тор Томсен и Питер Беннетт.

Сегодняшний обзор исходит от слушателя Duke of Duramax из Apple Podcasts в США. Пишут:

Потрясающее шоу.

Я не из тех, кто слушает подкасты, но я подумал, что теперь, когда я работаю на себя, я рискну. Я начал искать исторические и основанные на фактах. Я наткнулся на ваш подкаст. Я зацепился. Я прослушал все ваши выпуски на Пандоре. Мне нравится, как легко мне не отставать, когда у меня мало времени, так что это помогает держать меня в тонусе. Мне нравится, как ты делаешь все понемногу, что также помогает мне с моим умом, так что мне приходится думать о стольких разных типах фактов одновременно.

Я не думаю, что у меня есть любимый эпизод, потому что они все мои любимые. Надеюсь, вы продолжите снимать серии. Спасибо, что составил мне компанию в рабочие дни. От твоего друга из Миннесоты.

П.С. Надеюсь, вы сделаете серию о Рудольфе Дизеле.

Спасибо, герцог Дюрамакс! Я думаю, что эпизод о Рудольфе Дизеле и двигателе и топливе, названных в его честь, и его загадочной смерти, безусловно, то, что я мог бы сделать. Я добавил его в постоянно расширяющийся список идей шоу.

Помните, что если вы оставите отзыв или отправите мне бустаграмму, вы тоже сможете прочитать это шоу.

Паровой двигатель, промышленная революция и уголь — Уголь

908:35 Провинция разделена на тридцать два угледобывающих округа, поскольку промышленность широко расширяется.

Рудник Ньюкасл в горнодобывающем районе Драмхеллер после десяти лет расширения, 1921 год; Драмхеллер — один из тридцати двух округов, созданных для облегчения отслеживания событий быстро развивающейся отрасли, проверок и требований к инфраструктуре.
Источник: Провинциальный архив Альберты, A6081

.