Паровая машина. Паровой двигатель Уатта.
Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу
Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном из Александрии в первом столетии — это так называемая «баня Герона», или «эолипил».
Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Сейвери в 1698 году.
Английским кузнец, Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Он представлял собой усовершенствованную модель парового двигателя Севери. Он получил свое применение в качестве откачки воды из шахт. Именно с появлением данного двигателя принято связывать начало английской промышленной революции.
Первая паровая машина Ньюкомена
Принцип работы машины Ньюкомена
А в 1769 году шотландский механик Джеймс Уатт запатентовал первые существенные усовершенствования к вакуумному двигателю Ньюкомена, которые сделали его значительно более эффективным по расходу топлива.
Слева – паровая машина Ньюкомена; справа – усовершенствованная модель Уатта
Джеймс Уатт
(James Watt, 1736-1819)
Выдающийся шотландский инженер и изобретатель, прославившийся прежде всего как создатель усовершенствованной паровой машины
Отлаживая университетскую модель пароатмосферной машины Т.Ньюкомена, Уатт убедился в низкой эффективности подобных машин. Он загорелся идеей улучшить параметры паровой машины. Ему было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. Каким же образом избежать этого? Ответ пришел к Уатту воскресным весенним днем 1765 г. Он понял, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. При этом перенос процесса конденсации пара за пределы цилиндра должен способствовать снижению расхода пара. Более того, цилиндр может оставаться горячим, а конденсор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом. Усовершенствования, которые внес Уатт в паровую машину (центробежный регулятор, отдельный конденсатор пара, уплотнители и др.), не только подняли коэффициент полезного действия машины, но и окончательно превратили пароатмосферную машину в паровую, а главное - машина стала легко управляемой.
В 1768 г. он подал прошение о патенте на свое изобретение. Патент он в 1769 г. получил, но построить паровую машину ему долго не удавалось. И только в 1776 г. при материальной поддержке доктора Ребека, основателя первого металлургического завода в Шотландии, паровая машина Уатта была, наконец, построена и успешно прошла испытание.
Среди новшеств, внесённых в неё и в последующие модели, были:
Принцип работы последних моделей паровых машин Джеймса Уатта.
Запатентованная Джеймсом Уаттом «ротативная паровая машина» сначала широко применялась для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и других промышленных предприятий. Это привело к резкому повышению производительности труда. Именно с этого момента англичане отсчитывают начало большой промышленной революции, которая вывела Англию на лидирующее положение в мире.
Применение Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом: Стационарные машины 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 машина на старой сахарной фабрике, Куба
Паровой молот
Транспортные машины
Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них:
• Пароход
Сухопутные транспортные средства:
• Паровой автомобиль
• Паровоз
• Локомобиль
• 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.
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.
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 и в Австрии новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Такие паровозы имеют на 60% меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию.
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.
Памятник Уатту скульптора Френсиса Легата Чантри.
Интересно, что в свое время в качестве единицы мощности Уатт предложил такую единицу, как «лошадиная сила». Эта единица измерения дожила и до наших дней. Но в Англии, где Уатта почитают как пионера промышленной революции, решили иначе. В1882 г. Британская ассоциация инженеров решила присвоить его имя единице мощности. Теперь имя Джеймса Уатта можно прочесть на любой электрической лампочке. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения. С этого случая и началась традиция присвоения собственных имен единицам измерения.
Использованные ресурсы:
multiurok.ru
РЕФЕРАТ
на тему: «Английский изобретатель Джеймс Уатт»
по дисциплине: История развития теплоэнергетики
| Выполнил: Иванов Н.С студент гр. 13221/1 | Проверил: / Попова Е. Ю./ |
Санкт-Петербург 2015
Содержание:
Введения………………………………………………………………….3стр.
Биография………………………………………………………………...4стр.
Паровая машина Джеймса Уатта……………………………………….6стр. Применение паровой машины ……………………………………..….10стр.
Другие изобретения и заслуги Джеймса Уатта………………………14стр.
Заключение……………………………………………………………..17стр.
Список используемой литературы……………………………………18стр.
Введение
Есть изобретения, которые стоят на рубеже двух эпох развития техники. И через десятилетия, а зачастую даже через столетия, ещё острее ощущается вся значимость этих изобретений.
Вплоть до второй половины XVIII века люди использовали для нужд производства в основном водяные двигатели. Так как передавать механическое движение от водяного колеса на большие расстояния невозможно, все фабрики приходилось строить на берегах рек, что не всегда было удобно. Кроме того, для эффективной работы такого двигателя часто требовались дорогостоящие подготовительные работы (устройство прудов, строительство плотин и тому подобное). Были у водяных колес и другие недостатки: они имели малую мощность, работа их зависела от времени года и с трудом поддавалась регулировке. Постепенно стала остро ощущаться нужда в принципиально новом двигателе: мощном, дешевом, автономном и легкоуправляемом. Именно таким двигателем на целое столетие стала для человека паровая машина. И в ее совершенствование внес огромный вклад внес изобретатель Джеймс Уатт.
Биография Джеймса Уатта
Выдающийся инженер и изобретатель Джеймс Уатт родился 19 января 1736 г. в Гриноке (Шотландия) в семье купца. Из-за слабого здоровья Уатт формально мало учился, но очень многое изучил самостоятельно. Уже подростком он увлекался астрономией, химическими опытами, научился все делать своими руками, даже заслужил звание "мастера на все руки". В 1755 г. Уатт уехал в Лондон, где освоил профессию мастера по математическим и астрономическим инструментам. По этой профессии он устроился на работу в университет Глазго, заодно открыл собственную мастерскую по ремонту механики. В 1763 г. к нему обратились с просьбой отремонтировать паровую машину.
Здесь нужно сделать небольшое отступление. Когда-то нас учили в школе, что паровую машину изобрел русский крепостной механик Иван Ползунов, а вовсе не Джеймс Уатт. На самом деле изобретателем паровой машины является английский инженер Гарри Ньюкомен, который разработал паровую машину в 1712 г. (за полстолетия до Уатта). Машину Ньюкомена использовали для откачки воды из многочисленных шахт в Великобритании. Это было первое крупносерийное изделие в истории техники(выпущено несколько тысяч штук).
Именно такая машина и попала в руки Джеймса Уатта. Работая с этой машиной, Уатт убедился в ее неэффективности. Он загорелся идеей улучшить параметры паровой машины. Трудно перечислить все усовершенствования, которые внес Уатт в паровую машину (центробежный регулятор, отдельный конденсатор пара, уплотнители и др.). Благодаря этим усовершенствованиям поднялся коэффициент полезного действия, а главное - паровая машина стала легко управляемой.
Благодаря этому паровую машину стали применять на заводах и фабриках в качестве привода, что привело к резкому повышению производительности труда. Именно с этого момента англичане отсчитывают начало большой промышленной революции, которая вывела Англию на лидирующее положение в мире. Более того, паровая машина пришла на транспорт(пароход Фултона, 1807 г., паровоз Стефенсона, 1815 г.).Благодаря преимуществу в средствах передвижения Англия стала крупнейшей державой мира. Изобретениями Уатта заинтересовался богатый промышленник Боултон. Возникла компания "Боултон и Уатт", которая монополизировала производство паровых машин. Так Джеймс Уатт стал обеспеченным человеком. Он прожил долгую жизнь и умер 19 августа 1819 г.
В качестве единицы мощности Уатт в свое время предложил такую единицу, как "лошадиная сила". Эта единица дожила и до наших дней. Но в Англии, где Уатта почитают как пионера промышленной революции, решили иначе. В1882 г. Британская ассоциация инженеров решила присвоить его имя единице мощности, теперь имя Джеймса Уатта можно прочесть на любой электрической лампочке. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения. С него и началась традиция присвоения собственных имен единицам измерения.
Паровая машина Джеймса Уатта
В 1763 году механик университета в Глазго Джемс Уатт занялся усовершенствованием принципиальной схемы машины Ньюкомена .В 1763—1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие. При этом он мог использовать некоторые приборы, принадлежавшие университету, и пользовался советами профессоров. Все это позволило ему взглянуть на проблему шире, чем смотрели на нее многие механики до него, и он смог создать гораздо более совершенную паровую машину.
Работая с моделью, Уатт обнаружил, что при запускании пара в охлажденный цилиндр он в значительном количестве конденсировался на его стенках. Уатту сразу стало ясно, что для более экономичной работы двигателя целесообразнее держать цилиндр постоянно нагретым. Но как в этом случае конденсировать пар? Несколько недель он раздумывал, как разрешить эту задачу, и наконец сообразил, что охлаждение пара должно происходить в отдельном цилиндре, соединенном с главным короткой трубкой. Сам Уатт вспоминал, что однажды во время вечерней прогулки он проходил мимо прачечной и тут при виде облаков пара, вырывавшихся из окошка, он догадался, что пар, будучи телом упругим, должен устремляться в разряженное пространство. Как раз тогда ему пришла мысль, что машину Ньюкомена надо дополнить отдельным сосудом для конденсации пара. Простой насос, приводимый в движение самой машиной, мог удалять из конденсатора воздух и воду, так что при каждом ходе машины там бы могло создаваться разряженное пространство.
Вслед за этим Уатт внес еще несколько усовершенствований, в результате чего машина приняла следующий вид. К обеим сторонам цилиндра были подведены трубки: через нижнюю пар поступал внутрь из парового котла, через верхнюю — отводился в конденсатор. Конденсатор
представлял собой две жестяные трубки, стоявшие вертикально и сообщавшиеся между собой вверху короткой горизонтальной трубкой с отверстием, перекрывавшимся краном.
Дно этих трубок было соединено с третьей вертикальной трубкой, которая служила воздушным отводным насосом. Трубки, составлявшие холодильник и воздушный насос, были помешены в небольшой цилиндр с холодной водой. Паровая трубка была соединена с котлом; из которого пар выпускался в цилиндр. Когда пар заполнял цилиндр, паровой кран закрывали и поднимали поршень воздушного насоса конденсатора, вследствие чего в трубках конденсатора получалось сильно разряженное пространство. Пар устремлялся в трубки и конденсировался там, а поршень поднимался вверх, увлекая за собой груз (так измеряли полезную работу поршня). Затем выпускной кран закрывали.
В 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. Самым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодаря чему не затрачивалась энергия на постоянный разогрев цилиндра. Машина стала более экономичной. Ее КПД увеличился. Несколько последующих лет Уатт упорно трудился над совершенствованием своего двигателя. При этом ему пришлось преодолеть множество затруднений как финансового, так и технического порядка. паровая машина уатт
Он вошел в компанию с владельцем металлообрабатывающего завода Болтоном, который обеспечил его деньгами. Были и другие проблемы; двигатель требовал герметичности и точнейшей подгонки деталей друг к другу. Поршень и цилиндр должны были идеально подходить по своим размерам, чтобы не допускать утечки пара. Такая точность была в новинку для машиностроения тех времен, не было даже необходимых точных станков. Выточка цилиндров большого диаметра представлялась почти неразрешимой проблемой. В результате первые машины Уатта работали
неудовлетворительно: из цилиндра вырывался пар, конденсаторы действовали плохо, пар свистел через отверстие, в котором двигался поршневой шток, просачивался между стенками поршня и цилиндра. Пришлось создавать специальные станки для расточки цилиндров. (Вообще, создание паровой машины положило начало настоящей революции в станкостроении — чтобы освоить производство паровых двигателей, машиностроению пришлось подняться на качественно более высокий уровень.) Наконец все трудности были преодолены, и с 1776 года началось фабричное производство паровых машин.
В машину 1776 года по сравнению с конструкцией 1765 года было внесено несколько принципиальных улучшений. Поршень помещался внутри цилиндра, окруженный паровым кожухом (рубашкой). Благодаря этому была до минимума сокращена потеря тепла. Кожух сверху был закрыт, тогда как цилиндр — открыт. Пар поступал в цилиндр из котла по боковой трубе. Цилиндр соединялся с конденсатором трубой, снабженной паровыпускным клапаном. Несколько выше этого клапана и ближе к цилиндру был размещен второй, уравновешивающий клапан. Когда оба клапана были открыты, пар, выпущенный из котла, наполнял все пространство над поршнем и под ним, вытесняя воздух по трубе в конденсатор.
Когда клапаны закрывали, вся система продолжала оставаться в равновесии. Затем открывали нижний выпускной клапан, отделяющий пространство под поршнем от конденсатора. Пар из этого пространства направлялся в конденсатор, охлаждался здесь и конденсировался. При этом под поршнем создавалось разряженное пространство, к давление падало. Сверху же продолжал оказывать давление пар, поступавший из котла. Под его действием поршень спускался вниз и совершал полезную работу, которая при помощи балансира передавалась штоку насоса. После того как поршень опускался до своего крайнего нижнего положения, открывался верхний, уравновешивающий, клапан.
Пар снова заполнял пространство над поршнем и под ним. Давление в цилиндре уравновешивалось. Под действием противовеса, расположенного на конце балансира, поршень свободно поднимался вверх (не выполняя при этом полезной работы). Затем весь процесс продолжался в той же последовательности. Хотя эта машина Уатта, так же как и двигатель Ньюкомена, оставалась односторонней, Она имела уже важное отличие — если у Ньюкомена работу совершало атмосферное давление, то у Уатта ее совершал пар. Увеличивая давление пара, можно было увеличить мощность двигателя и таким образом влиять на его работу. Впрочем, это не устраняло основного недостатка такого типа машин — они совершали только одно рабочее движение, работали рывками и потому могли использоваться только как насосы. (Рис.1)
В 1775—1785 годах было построено 66 таких паровых двигателей.
Рис.1Схема паровой машины двойного действия Дж.Уатта
megaobuchalka.ru
Всем привет! Мы продолжаем. Первая часть была тут.
Эльсницкий музей горного дела. Машина в рабочем состоянии, с её помощью опускают и поднимают клеть в шахте. Наш современник, испанский историк и инженер Nicolas Garcia Tapia,
Книгу можно купить на Амазоне. Ещё вот тут 
пишет о том, что испанский изобретатель Jerónimo de Ayanz y Beaumont (годы жизни 1553-1613) построил в 1606 году паровое устройство для подъёма воды на высоту.
Вот тут можно почитать...
Чуть-чуть иллюстраций
Подводная лодка… (в прямом смысле слова) 
Эскиз и рукопись, принадлежат перу Йеронимо де Аянса.
Наглядное изображение машины де Аянса. Пар из котла (D) поступал через открытый кран в ёмкость (2) и выдавливал воду наверх. В то же время, ёмкость (1) наполнялась водой из ёмкости (В).После чего, открытые краны закрывались, закрытые наоборот открывались и теперь уже пар выдавливал воду из ёмкости (1), а ёмкость (2) наполнялась новой порцией воды. В котёл, воду доливали по мере надобности. Благодаря двум ёмкостям, (а не одной) достигалась равномерная работа.
Таким образом получалось поднять воду на определённую высоту, например на верхние этажи замка. Или лить воду на водяное колесо, а от колеса приводить что-то в движение. В последствии, Томас Севери при постройке своей машины, использовал работы де Аянса.
Работая механиком университета Глазго, в 1765 году Джеймс Уатт, на основе модели машины Ньюкомена, собрал модель паровой машины с конденсатором.
В ~1768 году, на шахте горнозаводчика Джона Робака (Робак интересовался паровыми машинами и некоторое время финансировал Уатта ), была построена, большая модель машины Уатта, на которую он получил в 1769 году свой первый патент (в заявке на патент, Уатт определил свое изобретение как «новый метод уменьшения расхода пара, а следовательно, и топлива в огненных машинах»).
Как всё начиналось... Зимой 1763 года к Уатту обратился профессор физики Джон Андерсон с просьбой наладить модель паровой машины Ньюкомена.
Модель машины Ньюкомена, с которой экспериментировал Уатт Макет был оснащен цилиндром (диаметр 5 см) с рабочим ходом 15 см. Уатт провел ряд экспериментов, в частности, заменил металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды и макет, наконец, заработал. При этом Уатт убедился в неэффективности машины. В каждом новом цикле часть энергии пара постоянно тратилась на нагрев цилиндра, так как на следующем такте в цилиндр впрыскивалась холодная вода (чтоб сконденсировать пар).Проведя ряд опытов с кипящей водой, Уатт пришёл к выводу:«…Для того чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда горяч, как и входящий в него пар; но с другой стороны, конденсация пара для образования вакуума должна была происходить при температуре не выше 30 градусов Реомюра» (38 по Цельсию).
Все паровые машины того времени были атмосферного типа. Давлением пара поршень поднимался вверх (при этом сторона (S) балансира, опускалась под собственным весом), после этого пар в цилиндре охлаждался струёй воды, образовывался вакуум и поршень (под действием атмосферного давления) опускался вниз. Уатт сделал вывод, что мощность машин можно существенно увеличить, если использовать не атмосферное давление, а давление пара. Основная идея, отличающая машину Уатта от машины Ньюкомена, заключалась в изолированной камере для конденсации (охлаждения пара).
Благодоря тому, что в машине Уатта конденсатор(С) был отделён от рабочего цилиндра(Р) (теперь его не нужно было постоянно нагревать и охлаждать), удалось увеличить КПД.
Спустя некоторое время Джон Робак потерпел банкротство и новым компаньоном Уатта стал английский промышленник Мэттью Болтон. Приблизительно с 1775 года началась их совместная деятельность.
Болтон и Уатт обсуждают производство паровых машин на заводе в Сохо
Следующим шагом к усовершенствованию машины, была герметизация верхней части цилиндра и подача пара не только в нижнюю, но и в верхнюю часть
цилиндра. Сложность изготовления большого цилиндра с плотно пригнанным поршнем, была решена Джоном Уилкинсоном, который разрабатывал станки для изготовления пушечных стволов.Так Уаттом и Болтоном, была построена паровая машина «двойного действия». С ~1776 года, машина стала выпускаться серийно.
В машине по-прежнему использовался вакуум, но пар, теперь подавался попеременно в обе полости цилиндра. Стенки цилиндра были теплоизолированы от внешней среды.
Машина Уатта хоть и стала эффективнее машины Ньюкомена, но КПД, всё ещё был черезвычайно низок (1-2%). Работала машина рывками и потому могла использоваться только как насос.
Чтобы паровая машина могла приводить в действие другие устройства, необходимо было приспособить колесо (в качестве маховика) и добиться равномерного вращения. Такой двигатель был разработан Уаттом в ~1781 году.
В первую очередь нужно было жёстко связать поршень и балансир (до этого момента использовались цепь или верёвка). Уатт предполагал осуществлять передачу от поршня к балансиру с помощью зубчатой полосы, а на балансире поместить
Эта система оказалась ненадёжной и Уатт был вынужден от неё отказаться.Колесо же, планировалось приводить в движение средствами
От использования «кривошипного механизма совместно с маховиком» тоже пришлось отказаться, эта система уже была запатентована (в 1780 году) Джеимсом Пикардом, предложившим Уатту кросс-лицензирование, но Уатт отказался от этого предложения. Чтобы избежать юридических трудностей, он использовал в своей машине планетарную передачу.
Двигатель Уатта (1788)
При создании машины с непрерывным вращательным движением, Уатту пришлось решать ряд нетривиальных задач и в последующие годы, он сделал много улучшений и изменений:
Параллелограмм Уатта Механизм Уатта был изобретён для придания тяге поршня прямолинейного движения.Уатт очень гордился этим изобретением и упоминал об этом в своём письме сыну. Справедливости ради надо сказать, что этот механизм не создавал абсолютно прямолинейного движения.
Паровой двигатель построенный по патенту Джеймса Уатта в 1848 году в Фрайберге в Германии.Большое фото Это принцип и по сей день применяется на некоторых современных автомобилях для удерживания заднего моста.
Дроссельный клапан Дроссельный клапан применялся для управления мощностью двигателя, путём регулирования количества поступающего пара в цилиндр. Центробежный регулятор Принцип действия центробежного регулятора простой — чем быстрее крутится вал, тем выше расходятся грузы под действием центробежной силы и тем сильнее перекрывается паропровод. Грузы опускаются — паропровод открывается. Уатт адаптировал регулятор для паровой машины.
Золотник Для подачи пара в разные полости цилиндра, Уатт использовал автоматически действующий золотник. 
Коробчатый золотник представляет собой перевёрнутую коробку 1, попеременно перемещаемую золотниковой тягой 2 вправо и влево по золотниковому зеркалу 3 с прямоугольными окнами 4 и 5. В зависимости от положения золотника, окна сообщаются или с замкнутым пространством 6, окружающим золотник и заполненным рабочим телом, или с полостью 7, соединённой с атмосферой. После всех этих усовершенствований Уатт построил вот такую машину.
Кривошипный механизм был заменён планетарной передачей, а зубчатая рейка и зубчатый балансир «параллелограммом Уатта».Позже, когда истёк срок патента на кривошипный механизм, принадлежащий Джеимсу Пикарду, Уатт применил его на своей машине…
Основываясь на трудах своих предшественников и благодаря собственному таланту, Уатту удалось создать «универсальный паровой двигатель» с непрерывным вращательным движением, который в течение долгого времени оставался неизменным и подвергался лишь частичным доработкам.
… А дальше были...Паровые игрушки…Паровые велосипеды…Паровые автомобили…Паровые самолеты…Пароходы…Паровозы…Паровая турбина…
Лошадиная сила... Для измерения мощности паровых машин, Уатт ввел понятие "лошадиная сила", которая в качестве общепринятой единицы мощности используется и по настоящее время. Одну из машин Уатта купил пивовар, чтобы заменить ею лошадь, которая приводила в действие водяной насос. При выборе необходимой мощности паровой машины пивовар определил рабочую силу лошади как восьмичасовую безостановочную работу до полного изнеможения лошади. Расчет показал, что каждую секунду лошадь поднимала 75 кг воды на высоту 1 метр, что и было принято за единицу мощности в 1 лошадиную силу. Патенты Здесь написано, что патент на «использование кривошипного механизма совместно с маховиком» принадлежал Джеймсу Тибериусу Кирку Пикарду.А здесь, что изобретателем кривошипного механизма является Уильям Мердок. Непонятная ситуация и с «планетарной передачей», то ли Пикард её придумал/запатентовал, то ли Мердок, то ли ещё кто-то. Хотя на самом деле вот, а истина где-то рядом… Вообще с патентами у них там целая карусель, в которой принимал участие сын Уатта, Джеймс Уатт младший, утверждающий, что «всё на свете» придумал его отец. Разбираться в этом болоте несимметричных формул кто, кому должен, мне, уж извините, совершенно не интересно.» An Early Experiment in Industrial Organisation» JAMES WATT By Andrew Carnegie» ENCYCLOPEDIA BRITANNICA» Basalla, George (1988) The Evolution of Technology» Burstall, Aubrey F. (1963) A History of Mechanical Engineering» Много литературы
На этом, пожалуй, всё. Всем спасибо за внимание.
Автор: starikstd
Источник
www.pvsm.ru
В начале второй половины Х, ЧП в. была решена очень важная техническая задача — был создан универсальный тепловой двигатель для промышленности и транспорта. Первую паровую машину изобрел русский инженер И. И. Ползунов. Она была построена уже после его смерти, в 1766 г., т. е. почти за 20 лет до паровой машины Джемса Уатта. И. И. Ползунов не только создал первую в мире паровую машину, но и изобрел к ней распределительное устройство и впервые осуществил автоматическое питание парового котла. [c.9]
Задача 5.19. В переходном режиме ири пуске в ход главного судового двигателя шары центробежного регулятора Уатта (рис. а) расходятся так, что угол а изменяется согласно уравнению [c.337]В паровой машине Д. Уатта два цилиндра были заменены одним закрытым. Пар поступал попеременно по обе стороны поршня, толкая его то в одну, то в другую сторону. В такой машине двойного действия отработавший пар конденсировался не в цилиндре, а в отдельном от него сосуде — конденсаторе. Постоянство числа оборотов маховика поддерживалось центробежным регулятором. Разработка парового двигателя была завершена Д. Уаттом в 1784 г. [c.108]
Однако машины Уатта были все еще низкого давления, ненамного превышавшего атмосферное. Современные быстроходные паровые двигатели высокого давления начали строиться только в 1870 г. [c.95]
Мы не раз уже говорили о настоятельной потребности в универсальном двигателе, говорили и о том, что машины всех предшественников Уатта не были пригодны для использования в этом качестве. Не приспособлена для этой цели была и первая машина Уатта — для привода станков необходимо вращательное и непрерывное движение, которое она не могла обеспечить ведь у нее только один ход цилиндра — вниз под действием атмосферного давления — был рабочим, второй ход был холостым — поршень поднимался противовесом-балансиром. [c.83]В 1782 году Уатт получил патент на машину, в которой оба хода поршня были рабочими. Вот как описывал это изобретение сам Уатт Мое второе улучшение паровых, или огневых, машин состоит в использовании упругой силы пара для того, чтобы двигать поршень вверх, а также прижимать его вниз попеременно, создавая вакуум над или под поршнем и одновременно используя действие пара на поршень в том конце или части цилиндра, из которой не происходит выхлопа пара машина, сконструированная таким образом, может дать двойное количество работы или развить двойную мощность в одно и то же время... по сравнению с машиной, в которой активная сила пара действует на поршень только в одном направлении — либо вверх, либо вниз . Эта машина, которую назвали машиной двойного действия, была уже непрерывно действующим паровым двигателем. [c.83]
В это время Уаттом была создана эффективная паровая машина двойного действия. Казалось бы, в Англии вот-вот отправится в плавание судно с новым двигателем. Англичане, однако, не слишком торопились с решением этой проблемы, хотя с гордостью именовали себя нацией мореплавателей . [c.99]
Переезд из Глазго в Лондон занял двенадцать дней. И, конечно, Уатт и не подозревал, что именно ему предстоит создать двигатель, который позволит преодолевать этот путь меньше, чем за 12 часов. [c.25]
В рассматриваемый период произошли коренные изменения и в развитии водного транспорта. Они были связаны в первую очередь с увеличением технико-экономических показателей судов. Правда, двигатели парохода и паровоза середины XIX в. не отличались существенно от двигателя Уатта, конструкции гребных колес и винтов не изменились, суда строили в значительной мере по образу и подобию парусных судов, [c.236]
На новых двигателях, также как и на всех паровых, устанавливались автоматические регуляторы Уатта. [c.7]
В настоящее время двигатели внутреннего сгорания (дизели) широко используются для привода генераторов переменного тока, которые требуют повышенной точности поддержания заданной частоты при всех нагрузках. Удовлетворение этого требования определяется в первую очередь качеством работы системы автоматического регулирования дизеля. Известно, что наиболее высокие качественные показатели процесса регулирования дают изодромные автоматические регуляторы непрямого действия, конструкции которых доведены до определенного совершенства. Однако требование дальнейшего повышения качества процесса регулирования продолжает сохранять свою актуальность и в настоящее время. Трудно предположить, что дальнейшее существенное улучшение параметров регулирования можно осуществлять посредством автоматических регуляторов, работающих только на принципе Ползунова — Уатта, т. е. посредством регуляторов, реагирующих лишь на изменение скорости вращения вала двигателя. [c.25]
Выполнение конструкции двухимпульсных регуляторов работающих по принципу Ползунова — Уатта — Понселе, являются лишь опытными, экспериментальными. Однако испытания двигателей, снабженных регуляторами такого типа, показали перспективность выбранного направления. [c.25]
Двухимпульсные регуляторы, получающие применение на двигателях внутреннего сгорания в самое последнее время, относятся к новому типу автоматических регуляторов, сочетающих в себе эффект работы обычного скоростного регулятора, выполненного по принципу Ползунова — Уатта, с эффектом воздействия регулятора нагрузки, выполненного по принципу Понселе. Введение второго импульса по нагрузке повышает качество процесса регулирования уменьшает время регулирования и заброс числа оборотов при смене нагрузки. [c.215]
Настоящей революцией в технике было изобретение англичанином Джемсом Уаттом в 1768 г. первого двигателя — паровой машины. После этого машиностроение развивалось еще быстрее. Станки улучшались и совершенствовались Увеличивались мощность и к. п. д. паровой машины. [c.6]
Однако даже после ряда усовершенствований коэффициент полезного действия (к. п. д.) паровой машины оставался весьма низким, а сама машина стала очень громоздкой. Поэтому к середине XIX века промышленность все более настойчиво ставила задачу создания более совершенных двигателей, работающих с более высоким к. п. д. Такими двигателями и явились двигатели внутреннего сгорания и в первую очередь газовые. На них также устанавливались регуляторы Уатта. [c.7]
Создание термодинамики вызывалось требованиями развивающегося производства и его механизации. Дело в том, что паровые машины (являвшиеся в то время единственными тепловыми машинами), созданные для заводских целей в начале второй половины ХУШ в. (Ползунов и Уатт), быстро распространившись, являлись уже достаточно надежными двигателями, прочно завоевавшими свое место во всех отраслях промышленности, железнодорожном и водном транспорте. Применение паровых машин способствовало концентрации и увеличе- [c.19]
В 1766 г. гениальным русским изобретателем И. И. Ползуновым была построена первая паровая машина для заводских целей. Через несколько лет после этого была построена паровая машина Уаттом. Создание паровой. машины обеспечило возможность широкого использования во многих производственных процессах энергии пара и определило дальнейшее развитие производительных сил. Оно также завершило большой исторический путь исканий и попыток многих изобретателей создания парового двигателя. [c.380]
Карл Маркс, говоря о значении изобретения паровой машины, писал Только с изобретением второй машины Уатта, так называемой паровой машины двойного действия, был найден первичный двигатель, который, употребляя уголь и воду, сам производит двигательную силу и мощность которого находится всецело под контролем человека двигатель. .., который будучи городским, а не сельским, как водяное колесо, позволяет концентрировать производство в городах вместо того, чтобы рассеивать его в деревне двигатель универсальный по своему техническому применению и сравнительно мало зависящий в своем местопребывании от тех или иных локальных условий. Великий гений Уатта обнаруживается в том, что патент, взятый им в апреле 1784 г., давая описание паровой машины, изображает ее не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности [c.505]
Регулирование мощности двигателя в зависимости от нагрузки потребителя производится воздействием на кла-пан, подающий топливо (или горючую смесь) в цилиндр двигателя. Если последний должен делать постоянное число оборотов (например, при работе на электрический генератор), то регулирование производится автоматически. Для этого используется центробежный регулятор Уатта (см. 25). [c.192]
Устройство и действие регулирующих приборов так тесно связано с устройством двигателя, что мы не будем на них здесь останавливаться и повторять то, что уже было сказано о соответственных двигателях. Для расчета регулятора необходимо знать 1) рабочий ход регулирующего прибора, напр, положение муфты регулятора, при котором двигатель работает вхолостую, и положение муфты при наибольшей нагрузке 2) перестановочную силу регулирующего прибора W , т. е. ту силу для каждого из положений муфты, к-рая необходима для преодоления всех сопротивлений регулирующего прибора при его перемещении 3) приведенную массу регулирующего прибора т для учета сил инерции при его перемещении. Т. о. теория Р. ц. прямого действия сводится к теории тахометра и к исследованию процесса регулирования. Старейшим типом тахометра является ромбический грузовой тахометр, но ящий имя Уатта (1784 г.), известный однако в мельничном деле и описанный в литературе ранее применения его Уаттом к паровой машине. В настоящее время этот тип тахометра почти не встречается. Крупным этапом в построении тахометров было прибавление к регулятору Уатта тяжелой муфты, предложенное инж. Портером (1850 г.) и позволившее повысить число об/м. машин с 15—30 до 200. На фиг. 1 изображен совре- [c.137]
В результате слава создания первого универсального двигателя досталась Джемсу Уатту — лаборанту университета в Глазго. Ремонтируя ньюкоменовскую машину, он обнаружил в ней ряд недостатков и придумал способы их устранения создал вокруг цилиндра паровую рубашку, отделил конденсатор от цилиндра и сделал движущей силой вместо атмосферного давления упругость пара, подавая последний сверху поршня. Но это была все еще водоподъемная машина. [c.94]
В 1769 г. Уатт получил патент на нее и, вступив в соглашение с фабрикантом Болтоном, основал фирму Уатт и Болтон . Когда назрела потребность промышленности в универсальном двигателе, Уатт в 1782 г. вво- [c.94]
Так, ДВС, начиная с 1877 г., все более превосходят паровые машины и по компактности, и по экономично-сти. Поиски более эффективных конструкций паровых двигателей возвращают изобретателей и инженеров к турбинам. 100 лет назад Болтон, компаньон Уатта, высказал опасение, что турбина может вытеснить паровую машину, нанеся кампании ущерб. Уатт отвечал О каком ущербе может идти речь, если пока без помощи бога нельзя заставить рабочие части двигаться со скоростью 1000 футов в секунду . И действительно, недостаточная прочность материалов, малая точность обработки деталей и другие причины не позволяли приступить к разработке турбин до конца XIX в. [c.96]
Зимой 1763 года к Уатту обратился профессор физики Андерсон с просьбой починить модель машины Ньюкомена, которая понадобилась для чтения лекций. (В этом же году Ползунов представил свой проект парового двигателя— поистине золотой год для истории энергетики ) [c.80]
Но оказалось, что патенты на применение кривошипа в огневой машине были уже получены некими Васбру и Пикаром Уатту пришлось искать другие пути. Он создает так называемый планетарный механизм для соединения поршня с балансиром. Другой конец балансира он соединил с валом двигателя при помощи удивительного механизма — так называемого параллелограмма Уатта. Это был плоский шарнирный механизм, часть рычагов которого образовывала параллелограмм. Простое на вид устройство потребовало от изобретателя необыкновенной геометрической интуиции — ведь теоретическое решение задачи о движении звеньев параллелограмма было найдено только спустя семьдесят лет великим математиком П. Л. Чебышевым. [c.84]
Наиболее серьезные опыты постройки пароходов проводились тогда в Америке. Уже в 1784 году к президенту Вашингтону почти одновременно явились два изобретателя — Д. Фитч и Д. Рамси — и предложили свои проекты применения паровой машины Уатта к движению судов. Пароход Фитча приводился в движение гребными колесами, а Рамси придумал нечто вроде водометного двигателя — вода засасывалась насосом, установленным в передней части судна, и выбрасывалась под кормой. Оба опытных парохода двигались очень медленно, часто ломались. Изобретателям не удалось заинтересовать предпринимателей. Опыты приносили сплошные убытки. [c.99]
На протяжении всего XIX в. продолжалось усовершенствование паровой машины. С 1800 г., когда окончилось действие патентов Уатта, конструкторы различных стран особенно активно включились в работу по улучшению технических показателей паросиловых установок с поршневым паровым двигателем. Хотя основные конструктивные детали паровой машины и термодинамические основы ее работы оставались неизменными, произошло качественное изменение паровой техники, выразившееся в повышении показателей интенсивности возросли давление и перегрев пара, число оборотов, удельные тепловые и силовые нагрузки и т. д. Использование перегрева пара, начатое еще в 60-х годах, особенно широко распространилось в 90-х годах. Появление быстроходных технологических машин и двигателей транспортных средств потребовало увеличения КПД паровых машин. Большое внимание постоянно уделялось также системам парораспределения, благодаря чему появились технически совершенные устройства. Этому в значительной мере способствовали разработки американского инженера Джорджа Корлиса. Регулирование в его конструкциях сочеталось с небольшим расходом пара и дало основу для изготовления машин большой мощности. На Филадельфийской выставке 1876 г. экспонировалась балансирная машина Корлиса мощностью 2500 л. с. п скоростью вращения 36 об/мин. Однако парораспределительные краны в его машинах не могли работать при перегретом паре, а балансир — при большом числе оборотов и потому не могли следовать за основной тенденцией развития паротехники последней четверти XIX в. Дальнейшее развитие паровых поршневых двигателей пошло по пути создания многоцилиндровых конструкций с многократным расширением пара это привело к повышению КПД в результате использования высокого перепада давлений и уменьшения теплообмена между паром и стенками рабочих цилиндров. В 90-х годах появились машины с двух-, трех-и четырехкратным расширением пара. Благодаря многим техническим усовершенствованиям к концу XIX в. термический КПД паровых машин возрос в 5 раз [1, с. 13—14]. Паровая машина как универсальный двигатель крупной машинной индустрии, транспорта и в известной степени сельского хозяйства (локомобили) занимала все более прочные позиции вплоть до 70—80-х годов. [c.47]
Уровень техники в XVIII в. исключал возможность создания газового теплового двигателя поэтому Ползунов и Уатт использовали в качестве промежуточного рабочего тела водяной пар, давший полезный эффект в условиях низких температур и несовершенных поршневых машин. Спустя столетие технический прогресс привел к появлению поршневых двигателей внутреннего сгорания, где рабочим телом является уже не водяной пар, а газ. К настоящему времени эти двигатели практически полностью вытеснили поршневую паровую машину. [c.11]
Однако почва для создания универсального парового двигателя была подготовлена. К 80-м годам XVIII в. Дж. Уатту удалось вновь построить паровую машину и значительно ее усовершенствовать. В машине Уатта основной двигательной силой являлось давление пара, а не атмосферное давление. Далее Уатт перенес процесс конденсации пара из цилиндра в специально предназначенный для этого конденсатор. Уатт применил расширение пара, принцип двойного действия и приспособил машину при помощи кривошипного механизма для непрерывного вращения вала. [c.138]
Солнечная энергия, переставшая привлекать внимание после изобретения Уатта, сейчас вновь вызывает интерес. Разрабатывается новая технология производства солнечных элементов, однако эти элементы еще не вырабатывают энергии в таких масштабах, чтобы найти в настоящее время широкое практическое применение. Поскольку двигатель Стирлинга может использовать любой источник тепловой энергии, то, фокусируя солнечные лучи на головке цилиндра, можно получить устройство, преобразующее солнечную энергию в механическую. Прямое преобразование солнечной энергии в энергию на валу без устройств промежуточного преобразования энергии уменьшает как стоимость, так и сложность установки в целом. [c.183]
Во второй половине XIX в. были заложены также основы еще одного раздела технической механики, впоследствии развитого в отдельную науку,— теории регулирования. Возникновение этой теории связано с именем Д. Уатта. В 1784 г. он получил патент на изготовление паровой машины двойного действия, в котором впервые был упомянут механический центробежный регулятор, управляющий поступлением пара в цилиндр машины. С того времени и началась история автоматического регулирования. Оно применялось вначале к единственному универсальному двигателю, бывшему в распоряжении техников того времени,— паровой машине. Регуляторы Уатта с успехом использовались до появления в середине XIX в. более мощных и быстроходных паровых машин, характер регулирования которых стал принципиально иным. В старых машинах были большие мах61Вики и легкие регуляторы со значительным коэффициентом неравномерное , в новых размеры и вес маховиков уменьшались, а требования к точности регулирования повысились. Улучшение регулирования оказалось не простой задачей пробовали решать эту задачу путем уменьшения трения, но это влекло за собой нарушение условий устойчивости. Казалось, что задачу можно решить путем уменьшения коэффициента неравномерности, изменяя конструкцию регулятора так, чтобы приблизиться к астатическому регулятору с коэффициентом неравномерности, равным нулю. [c.203]
Продолжателем дела М. В. Ломоносова в области создания механических устройств был гениальный русский изобретатель И. П. Кулибин. Построенные им приборы, строительные, сельскохозяйственные и транспортные средства до сих пор изумляют людей. Современником Кулибина был знаменитый английский изобретатель Джеймс Уатт, создавший паровой двигатель. Паровая машина явилась стимулом для дальнейшего развития металлообрабатывающего оборудования. Наш великий соотечественник И. И. Ползунов на 20 лет опередил Д. Уатта, еще в 1765 году построив в Барнауле паровую машину. Вместе со своими учениками И. И. Ползунов изготовил инструмент и создал станки для токарной обработки паровых цилиндров длиной 3 м. [c.4]
Огромное значение для прогресса в технике имело изобретение паровой машины. Впервые такую машину построил русский теплотехник Иван Иванович Ползунов (1728—1766). Усовершенствованные в дальнейшем рабочие машины нуждались в новом паровом двигателе. Завершением процесса создания универсального парового двигателя явилось изобретение в начале 80-х годов XVIII в. второй паровой машины английского механика Джемса Уатта (1736— 1819). [c.6]
Начало развития практического направления в развитии теплоэнергетики было положено рз сским изобретателем И. И. Пол-зуновым, построившим в 1775 г. первую паровую машину, что ознаменовало собой переход к производству и применению тепловых двигателей. Аналогичную машину несколько позднее построил в Англии Джеймс Уатт. Дальнейшие работы привели к созданию поршневых двигателей внутреннего сгорания и паровых турбин. [c.4]
В Англии в 1784 г. Джемс Уатт сконструировал паровую машину, которая явилась универсальным двигателем. Паровая машина Уатта была двустороннего действия (пар поочередно оказывал воздействие на обе стороны поршня) конденсатор в этой машине был осуществлен вне цилиндра. Машина Уатта явилась, очень удобным двигателем для пр01Мышленности и транспорта. [c.217]
Паровая машина Д. Уатта оказалась настолько удобной в эксплуатации, что она длительное время служила основным промьТшлен-ным двигателем. [c.7]
Заслуги создания основ единого масштаба и, можно сказать, языка измерений история техники обычно приписывает группе французских ученых П. Лапласу, Ж. Лагранжу, Ж. Деламбру, Ж. Борда и другим. Однако в последние годы тщательное изучение творческого наследия создателя универсального парового двигателя Дж. Уатта привело к мнению, что именно Уатта следует считать инициатором метрической системы. [c.53]
ПАРОВЫЕ IVIAШИHЫe П. м. явилась первым тепловым двигателем, получившим практич. значение. Первые типы П. м. появились в 17 в. (Соломон де-Ко, маркиз Ворчестер, Папин, Сэвери), но настоящее осуществление П. м. получила в начале 18 в. (Ньюкомен, 1711 г.). Крупное значение в промышленности она приобрела только после изобретений Уатта в конце 18 в. В течение всего 19 в. П. м. является главным тепловым двигателем, в нее вводится целый ряд крупнейших усовершенствований, она находит широчайшее применение в ж.-д. и водном транспорте. В 20 в. П. м. вытесняется из [c.406]
mash-xxl.info
