Кто на самом деле автор мировой промышленной революции?

Фамилия этого изобретателя известна каждому, как электрические лампы. Их мощность указана в ваттах. Эта единица измерения носит имя шотландца Джеймса Уатта. Не всем ведомо, однако, что именно он изобрел первую универсальную паровую машину, благодаря которой свершилась промышленная революция.

Джеймс Экфорд Лаудер. Джеймс Уатт и паровой двигатель. 1855

Произошло это не на пустом месте. Задолго до Уатта, еще в Древней Греции энергию пара использовал Герон Александрийский — изобретатель «шара Эола»: его заполняли водой, нагревали, а выходящий из специальных форсунок пар заставлял шар вертеться. Это была лишь игрушка, но позже появились и механизмы на том же принципе. В 1615 году во Франции Соломоном де Ко было создано устройство, поднимающее воду с помощью пара. А через несколько лет итальянец Джованни Бранка тем же способом заставил вращаться колесо. Наконец, англичанин Томас Ньюкомен спустя век изобрел машину с цилиндром — достаточно совершенный паровой насос, хотя управление им велось вручную. Вот эту машину и суждено было усовершенствовать шотландскому инженеру Джеймсу Уатту.

Гравюра Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель Ньюкомена

К тому моменту Уатт обустроил в Глазго свою мастерскую инструментов — профессию он получил в юности, зарабатывая на жизнь изготовлением линеек, циркулей и геодолитов. Мастеру поступил заказ от местного университета — отремонтировать макет машины Ньюкомена. Во время работы Уатт усовершенствовал конструкцию, поняв, что не надо охлаждать цилиндр, создавая вакуум, а гораздо эффективнее использовать силу давления пара. На свое изобретение он и получил патент в 1769 году.

Оно и стало основой его знаменитой паровой машины, окончательный вид которой сложился лишь спустя 15 лет. В ней появился удобный кривошипно-шатунный механизм, делавший машину универсальной. Вскоре она появилась на заводах, а позже двигатели Уатта поставили на первые паровозы и пароходы.

Паровая машина Джеймса Уатта

Что последовало затем, общеизвестно — паровые машины совершили промышленную революцию в Англии. Значимость изобретения Уатта состояла в том, что в двигателе поршень перемещался под действием пара, благодаря чему можно было многократно увеличивать мощность, создавая большее давление. Единицу мощности позже, в 1882 году, по инициативе Британской ассоциации инженеров, назвали ваттом, в честь изобретателя. Сам он свое детище окрестил причудливо: «планетное движение», как значится в патенте.

Машина огненная и паровая машина. Иван Ползунов и Джеймс Уатт

Был ли Уатт первооткрывателем? Это вопрос, поскольку до него, еще с 1763 по 1766 гг. действующую паровую машину создал в России Иван Ползунов. Его двигатели демонстрировали хорошие показатели, и в 1764 году было начато строительство большой паровой машины для металлургического завода. Пуск состоялся уже после смерти Ползунова, в 1766 году. Увы, машина проработала лишь 42 дня. После поломки перестала использоваться и была демонтирована. В то время, как изобретение Уатта завоевало промышленность, да что там промышленность — планету, став, действительно, самым настоящим «планетным движением», как назвал свой механизм ее создатель.

Паровая повозка Николя-Жозеф Кюньо. Образец. 1769 год

Есть другие примеры, когда первенство в изобретении не гарантирует его автору мировой приоритет, поскольку важно не только открыть, но и суметь официально зафиксировать и широко распространить. Кто считается изобретателем радио? Россиянин Попов или итальянец Маркони? Тот, кто первым показал передачу сигнала на расстоянии, но не запатентовал его вовремя, или тот, кто воспользовался идеей, получил патент и сумел разрекламировать свое ноу-хау и внедрить в обиход? Вопросы, на которые трудно дать однозначный ответ.

кто изобрел, история изобретения, устройство и принцип работы, ТОП-5 фактов о создателе

Василий

Эксперт в области водоподготовки, водоснабжения, а также отлично разбирается в любых видах техники

18 век стал прорывным для технического прогресса. Толчком в развитии стало изобретение универсальной паровой машины.

В статье рассказывается об истории создания машины, приведен принцип работы парового двигателя универсального типа и дана информация о самом изобретателе.

Содержание

  • Что это значит?
  • Устройство и принцип работы
  • Кто изобрел?
  • ТОП-5 фактов о создателе
  • История изобретения
  • Видео по теме статьи
  • Заключение

Что это значит?

Универсальной паровой машиной называется устройство, которое может использоваться в качестве привода для механизмов, различных по своему типу и назначению.

Первые машины, работающие на пару, создавались для конкретного устройства. Они работали приводами для шахтных насосов и не могли применяться для другого оборудования. Также проблемой этих устройств был маленький КПД и ненадежность конструкции.

Попытки установки первых паровых двигателей на транспорт не увенчались успехом из-за их малой производительности и мощности.

Универсальная машина требовала только одной доработки – на нее нужно было подобрать ведущий вал, шестерню или роликовое маховое колесо, либо установить это устройство в требуемое оборудование. Высокий КПД и регулятор оборотов позволял использовать машину во многих сферах промышленности.

Устройство и принцип работы

Универсальная паровая машина была создана на основе двигателя Ньюкомена, но имела ряд существенных доработок. Она состояла из:

  1. Котла- парообразователя. Котел располагался отдельно от машины.

    Представлял собой металлическую емкость высокой прочности с топкой, емкостью для воды и системой отвода пара.

  2. Поршня — распределителя пара. Он выполнял роль распределителя и конденсатора.
  3. Основного рабочего поршня. Распределительный и основной поршни отличались диаметром. Основной был больше, так как в него нагнетался пар высокого давления.
  4. Двух поршневых штоков. Каждый крепился к задним стенкам поршней.
  5. Двух гильз разного диаметра.
  6. Центральной тяги. Она скрепляла два штока.
  7. Основная тяга. Соединяла шток основного поршня с маховым колесом. Соединение выполнялось через кривошип.
  8. Маховое колесо с набором шестерен. Колесо было с планетарным механизмом для балансировки вращения.
  9. Регулятор оборотов и давления. Посредством троса регулятор соединялся с основным каналом впрыска пара. Регулировка производилась смещением золотникового поршня.
  10. Система трубок для впрыска и отвода пара.

Работала машина следующим образом:

  • в герметичном котле образовывался пар;
  • через главный впускной трубопровод пар поступал в гильзу распределителя;
  • высокое давление пара сдвигало поршень, при этом открывался канал подачи пара в основной цилиндр;
  • пар сдвигал основной поршень, при этом центральная тяга смещала поршень-распределитель в верхнее положение;
  • смещенный поршень открывал канал впрыска пара в основную гильзу для смещения поршня из нижнего, в верхнее положение.

Таким образом осуществлялась работа двигателя. Впрыск в основной цилиндр выполнялся поочередно в верхнюю и нижнюю часть. Так создавалось обратно-поступательное движение. Образование вращательного движения выполнялось посредством смещения ведомой тяги, соединенной через кривошип с маховым колесом.

Немаловажную роль в процессе работы выполнял регулятор давления. При помощи него проводилась установка рабочих оборотов и предварительный нагрев цилиндров.

В машине использовался принцип повторного использования пара. Большая его часть отводилась в конденсатор, и лишь малая доля выводилась в атмосферу.

Кто изобрел?

Изобретателем первой универсальной паровой машины считается шотландский инженер Джеймс Уатт. Именно он получил в 1769 году патент на изобретенный двигатель со сбалансированной температурой пара и самого двигателя.

Первый же работающий образец машины появился уже в 1776 году. Изобретатель потратил 7 лет на модернизацию, доработку и создание совершенно новых для того времени деталей.

ТОП-5 фактов о создателе

Джеймс Уатт (1736-1819) был одним из ведущих изобретателей того времени. Научный мир помнит этого человека благодаря нескольким весомым изобретениям и открытиям:

  1. Создал первый копировальный пресс.
  2. Стал создателем нескольких измерительных приборов: манометр давления, стеклянный индикатор уровня воды в котлах, вакуумный манометр.
  3. Изобрел и применил планетарный принцип передачи вращательных движений механизмов.
  4. Ввел в использование метод расчета механической мощности и единицу измерения Ватт.
  5. Самостоятельно разработал методику выплавки и состав сплава поршней и гильз для паровых машин.

Джеймс Уатт внес в историю промышленного развития большой вклад. Многие его изобретения и открытия используются до сих пор.

История изобретения

История создания универсального парового двигателя началась с машины Ньюкомена. Именно эта машина была единственной на тот момент действующей моделью и использовалась в качестве шахтного насоса.

В 1763 году инженеру-изобретателю Уатту поступил заказ на ремонт машины Ньюкомена. В ходе ремонта, изобретатель обратил внимание на ряд недоработок и всерьез занялся модернизацией.

На момент производства собственного прототипа, инженер внес множество собственных доработок:

  1. Установил зависимость температуры цилиндра от общей потребляемой энергии на разогрев и окончательный КПД двигателя.
  2. В 1769 году самостоятельно разработал и ввел в действие отдельный конденсатор для отработанного пара.
  3. Совместно с владельцем сталелитейного завода разработал принцип литья поршней и гильз с сохранением геометрической точности и размерных параметров.
  4. В 1782 году изобрел первый прототип машины двойного действия. Она также использовалась в качестве привода насоса.

Дальнейшими изысканиями стала область превращения поступательного движения во вращательное, но по принципу универсальности для любого оборудования того времени. В 1779 году изобретатель разработал кривошип, элемент, позволяющий сбалансировать поступательное движение поршней и использовать его для преобразования во вращение.

Последней существенной доработкой машины стала планетарная передача. Это усовершенствование помогло сделать машину максимально эффективной, управляемой, универсальной.

Промышленное производство паровых машин Уатта началось в 1774 году. Производство двигателей было налажено на литейном заводе Мэтью Болтона. Для осуществления производительного процесса, пришлось оснастить прокатные станки своими паровыми машинами. Это был первый, на тот момент, завод с моторизированным оборудованием.

При чем паровые машины для станков были специально разработаны для эффективной работы прокатного оборудования. Завод Болтона проработал 25 лет, все это время функционируя на машинах нового типа. Так Уатт закрепил эффективность и надежность своего изобретения.

Видео по теме статьи

Об универсальной паровой машине Дж.Уатта расскажет видео:

Заключение

Универсальная машина Уатта внесла огромный вклад в развитие промышленности 18 века. Изобретатель смог внедрить в двигатель совершенно новые, но эффективные доработки. Наиболее ценным стало повышение рабочего КПД двигателя, снижение затрат на горючее и возможность широкого применения.

Наука и пар

В предыдущем посте я затронул вопрос о связи научной и промышленной революций. Я посмотрел, насколько некоторые из ранних изобретений промышленной революции, в частности паровой двигатель, находились под влиянием или зависели от научного понимания.

Паровая машина была изобретена до термодинамики и не зависела от нее. Термодинамика нужна для оптимизации двигателя, но не для изобрести это. Однако для его изобретения зависело, по крайней мере, от некоторого научного понимания атмосферного давления, которое было продемонстрировано еще в 1600-х годах, в частности Дени Папеном.

Далее я отметил, что

изобретатели того времени переписывались с учеными в рамках «Республики писем». В частности, изобретатель первой паровой машины Томас Ньюкомен переписывался с великим физиком Робертом Гуком. В частности, они обсуждали двигатель, и Гук специально посоветовал Ньюкомену в 1703 году приводить поршень в движение исключительно с помощью вакуума.

Сейчас я читаю прекрасную книгу под названием « Энергия: история человечества », в которой приводится еще несколько примеров.

Во-первых, это влияние доктора Джозефа Блэка и его теории скрытой теплоты на изобретателя Джеймса Уатта. Во время своих экспериментов

Ватт измеряет, сколько пара требуется, чтобы нагреть объем холодной воды до кипения. К своему удивлению, он обнаружил, что «вода, превращенная в пар, может нагреть примерно в шесть раз больше собственного веса колодезной воды до 212°… Пораженный этим замечательным фактом и не понимая его причины, я рассказал об этом моему другу доктору Блэку, который затем объяснил мне свое учение о скрытой теплоте».

… Ватт взял из теории нужную ему информацию: вода поглощала много тепла, превращаясь в пар, и теряла много тепла, превращаясь обратно в воду. Если он хотел создать более эффективную паровую машину, рассуждал он, такую, которая потребляла бы меньше угля и, следовательно, обходилась дешевле, то «необходимо, чтобы цилиндр всегда был таким же горячим, как пар, который в него входит, и чтобы пар быть охлажденным до температуры ниже 100° (по Фаренгейту) [при введении холодной воды для ее конденсации с образованием вакуума] для проявления полной мощности».

Это понимание привело непосредственно к большому прорыву Ватта, к созданию отдельного конденсатора.

Второй пример относится к паровым двигателям высокого давления. Двигатель Уатта, как и двигатель Ньюкомена, опирался на атмосферное давление, противодействующее вакууму. Однако атмосферные двигатели относительно большие, тяжелые и неэффективные. Они были стационарными и использовались для привода промышленных машин, таких как насосы, молотки и дрели. Чтобы сделать двигатели с такой удельной мощностью, которая позволяла бы двигаться, нужно увеличить давление пара.

Ричард Тревитик был одним из первых инженеров, экспериментировавших с паром высокого давления. Он тоже консультировался по своим проектам с научным экспертом, который применял принципы физики к своим инженерным проблемам:

Используя пар высокого давления напрямую, Тревитику больше не нужно было отводить пар в отдельный конденсатор. Его можно было выпустить в воздух. Но ему нужно было знать, что потеряет его двигатель и что он может выиграть, если это произойдет. Кто мог сказать ему?

… В Лондоне он встретил и подружился с двадцатидевятилетним Дэвисом Гидди, математиком и бывшим верховным шерифом Корнуолла и другом отца Тревитика…. Гидди вспоминает: «Однажды Тревитик подошел ко мне и с большим рвением осведомился о том, что, по моему мнению, могло бы быть потерей мощности при работе двигателя силой пара, поднятого до давления в несколько атмосфер, но вместо конденсации [пар], чтобы выпустить пар. Я, конечно, сразу ответил, что потеря мощности составит одну атмосферу». То есть, каким бы ни было давление пара в двигателе Тревитика, единственной потерей его конструкции по сравнению с атмосферным двигателем будет потеря вакуума: его двигатель должен будет работать не против вакуума, а против атмосферного давления, 14,7 фунта в час. квадратный дюйм. И, добавил Гидди, такая потеря будет частично компенсирована более простой конструкцией Тревитика с прямым паром за счет устранения некоторых других недостатков атмосферного двигателя — без воздушного насоса с его трением, без трения или работы, поднимающей конденсирующуюся воду из его резервуара. «Я никогда не видел человека более счастливого», — заключает Гидди.

Тревитик продолжал строить паровые двигатели высокого давления и экспериментировать с их использованием для передвижения, включая паровую повозку, которая была чем-то вроде странного, далекого предка автомобиля. (У Тревитика был рабочий прототип в начале 1800-х годов, до появления железных дорог, но по непонятным мне причинам ни один инвестор не захотел финансировать дальнейшее развитие, и проект ни к чему не привел.) в паровых машинах имели прямую переписку с физиком или математиком, которые непосредственно помогали им в их изобретении.

Энергия: История человечества

Смелая смесь новостей и идей

Мельничный двигатель. / Фото Криса Аллена, Stott Park Bobbin Mill, Камбрия, Англия, Wikimedia Commons

Первым зарегистрированным рудиментарным паровым «двигателем» был древний эолипил, описанный Героем Александрийским.

Куратор/рецензент Мэтью А. Макинтош
Общественный историк
Brewminate

Введение

Паровой двигатель — это тепловой двигатель, выполняющий механическую работу с использованием пара в качестве рабочего тела. Паровой двигатель использует силу, создаваемую давлением пара, чтобы толкать поршень вперед и назад внутри цилиндра. Эта толкающая сила может быть преобразована с помощью шатуна и кривошипа во вращательную силу для работы. Термин «паровой двигатель» обычно применяется только к только что описанным поршневым двигателям, а не к паровой турбине. Паровые двигатели – это двигатели внешнего сгорания, [1]  , в которых рабочее тело отделено от продуктов сгорания. Идеальный термодинамический цикл, используемый для анализа этого процесса, называется циклом Ренкина. В общем случае термин паровой двигатель  может относиться либо к полным паровым установкам (включая котлы и т. д.), таким как железнодорожные паровозы и переносные двигатели, либо может относиться только к поршневым или турбинным машинам, как в случае с балочным двигателем и стационарным паровым двигателем.

Хотя устройства с паровым приводом были известны еще во времена эолипила в первом веке нашей эры, а в 16 веке было зарегистрировано несколько других применений, в 1606 году Херонимо де Аянц-и-Бомон запатентовал свое изобретение первого водяного насоса с паровым приводом для осушение шахт. [2] Томас Савери считается изобретателем первого коммерческого парового устройства, парового насоса, в котором давление пара воздействовало непосредственно на воду. Первый коммерчески успешный двигатель, который мог непрерывно передавать мощность машине, был разработан в 1712 году Томасом Ньюкоменом. Джеймс Уатт внес важное усовершенствование в 1764 году, переместив отработанный пар в отдельный сосуд для конденсации, что значительно увеличило количество работы, получаемой на единицу потребляемого топлива. К 19го века стационарные паровые двигатели приводили в действие фабрики промышленной революции. Паровые машины заменили паруса для кораблей на колесных пароходах, а на железных дорогах работали паровозы.

Паровые двигатели поршневого типа были доминирующим источником энергии до начала 20-го века, когда достижения в конструкции электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания привели к постепенной замене паровых двигателей в коммерческом использовании. Паровые турбины заменили поршневые двигатели в производстве электроэнергии из-за более низкой стоимости, более высокой рабочей скорости и более высокой эффективности. [3]

Ранние эксперименты

Современная копия эолипила Героя. / Фото Кэти Крисалли, Wikimedia Commons

Первым зарегистрированным рудиментарным паровым «двигателем» был эолипил, описанный Героем Александрийским, греческим математиком и инженером в римском Египте в первом веке нашей эры. [4]  В последующие века немногие известные паровые «двигатели», такие как эолипил, [5]  по сути, были экспериментальными устройствами, используемыми изобретателями для демонстрации свойств пара.

Элементарное устройство паровой турбины было описано Таки ад-Дином [6] в Османском Египте в 1551 году и Джованни Бранка [7] в Италии в 1629 году. [8]  Испанцы изобретатель Херонимо де Аянц и В 1606 году Бомонт получил патенты на 50 изобретений, связанных с паровой тягой, включая водяной насос для осушения затопленных шахт. [9] Дени Папен, гугенот, в 1679 году проделал некоторую полезную работу над паровым варочным котлом и впервые применил поршень для подъема грузов в 1690 году. [10]

Насосные двигатели

Первым коммерческим паровым устройством был водяной насос, разработанный в 1698 году Томасом Савери. [11]  Он использовал конденсирующийся пар для создания вакуума, который поднимал воду снизу, а затем использовал давление пара, чтобы поднимать ее выше. Маленькие двигатели были эффективны, хотя более крупные модели были проблематичными. Они имели очень ограниченную высоту подъема и были склонны к взрывам котлов. Двигатель Савери использовался в шахтах, на насосных станциях и для подачи воды к водяным колесам, приводящим в действие текстильное оборудование. [12]  

Двигатель Савери был недорогим. Bento de Moura Portugal ввела усовершенствование конструкции Savery, «чтобы сделать его способным работать самостоятельно», как описано Джоном Смитоном в «Философских трудах», опубликованных в 1751 году. [13]  Он продолжал производиться до конца 18 века. [14]  В 1820 году по крайней мере один двигатель все еще работал.0054

Первым коммерчески успешным двигателем, который мог передавать непрерывную мощность машине, был атмосферный двигатель, изобретенный Томасом Ньюкоменом около 1712 года. Двигатель Ньюкомена был относительно неэффективным и в основном использовался для перекачки воды. Он работал путем создания частичного вакуума путем конденсации пара под поршнем внутри цилиндра. Он использовался для осушения горных выработок на глубинах, изначально непрактичных с использованием традиционных средств, и для обеспечения повторного использования воды для привода водяных колес на заводах, расположенных вдали от подходящей «головы». Вода, прошедшая через колесо, откачивалась в резервуар для хранения над колесом. [18][19]  В 1780 году Джеймс Пикард запатентовал использование маховика и коленчатого вала для обеспечения вращательного движения усовершенствованного двигателя Ньюкомена. [20]

В 1720 году Джейкоб Леупольд описал двухцилиндровую паровую машину высокого давления. [21]  Изобретение было опубликовано в его основной работе «Theatri Machinarum Hydraulicarum». [22]  В двигателе использовались два тяжелых поршня, которые приводили в движение водяной насос. Каждый поршень поднимался давлением пара и возвращался в исходное положение под действием силы тяжести. Два поршня имели общий четырехходовой поворотный клапан, соединенный непосредственно с паровым котлом.

Насосный двигатель Early Watt. / Фото с Wikimedia Commons

Следующий важный шаг был сделан, когда Джеймс Уатт разработал (1763–1775) улучшенную версию двигателя Ньюкомена с отдельным конденсатором. Ранние двигатели Боултона и Ватта использовали вдвое меньше угля, чем улучшенная версия двигателя Ньюкомена, разработанная Джоном Смитоном. [23]  Ранние двигатели Ньюкомена и Ватта были «атмосферными». Они приводились в действие давлением воздуха, толкающим поршень в парциальный вакуум, создаваемый конденсирующимся паром, а не давлением расширяющегося пара. Цилиндры двигателя должны были быть большими, потому что единственной полезной силой, действующей на них, было атмосферное давление. [18][24]

Ватт усовершенствовал свой двигатель, изменив его, чтобы обеспечить вращательное движение, подходящее для привода машин. Это позволило разместить фабрики вдали от рек и ускорило темпы промышленной революции. [24][18][25]

Двигатели высокого давления

Значение высокого давления вместе с фактическим значением выше окружающего зависит от эпохи, в которой использовался этот термин. Для раннего использования термина Van Reimsdijk [26]  относится к пару, находящейся под достаточно высоким давлением, чтобы его можно было выпустить в атмосферу, не полагаясь на вакуум, чтобы он мог выполнять полезную работу. Юинг 1894, с. 22 говорится, что в то время конденсационные двигатели Уатта были известны как двигатели низкого давления по сравнению с неконденсирующими двигателями высокого давления того же периода.

1816 Портрет Ричарда Тревитика работы Джона Линнелла. / Фото предоставлено Музеем науки (Лондон), Wikimedia Commons

Патент Уотта не позволил другим производителям создавать двигатели высокого давления и компаунды. Вскоре после истечения срока действия патента Ватта в 1800 году Ричард Тревитик и отдельно Оливер Эванс в 1801 году [25][27] представили двигатели, использующие пар высокого давления. Тревитик получил патент на двигатель высокого давления в 1802 г.0071 [28]  и Эванс до этого сделали несколько рабочих моделей. [29]  Они были намного мощнее для данного размера цилиндра, чем предыдущие двигатели, и их можно было сделать достаточно маленькими для транспортных применений. После этого технологические разработки и усовершенствования производственных технологий (частично вызванные использованием парового двигателя в качестве источника энергии) привели к разработке более эффективных двигателей, которые могли быть меньше, быстрее или мощнее, в зависимости от предполагаемого применения. [18]

 Корнуоллский двигатель был разработан Тревитиком и другими в 1810-х годах. [30]  Это был двигатель смешанного цикла, в котором активно использовался пар высокого давления, а затем конденсировался пар низкого давления, что делало его относительно эффективным. Корнуоллский двигатель имел неравномерное движение и крутящий момент в цикле, что ограничивало его в основном насосом. Корнуоллские двигатели использовались в шахтах и ​​для водоснабжения до конца 19 века. [31]

Горизонтальный стационарный двигатель

Первые строители стационарных паровых двигателей считали, что горизонтальные цилиндры будут подвергаться чрезмерному износу. Поэтому их двигатели были расположены с осью поршня в вертикальном положении. Со временем горизонтальное расположение стало более популярным, что позволило разместить компактные, но мощные двигатели в небольших помещениях.

Вершиной горизонтального двигателя стала паровая машина Corliss, запатентованная в 1849 году, которая представляла собой четырехклапанный противоточный двигатель с отдельными клапанами впуска и выпуска пара и автоматическим переменным отсечением пара. Когда Корлисс был награжден медалью Румфорда, комитет заявил, что «ни одно изобретение со времен Уатта не повышало эффективность паровой машины так сильно». [32]  Помимо того, что на 30 % меньше пара, он обеспечивает более равномерную скорость благодаря переменному отсечке пара, что делает его хорошо подходящим для производства, особенно для прядения хлопка. [18][25]

Дорожные транспортные средства

Паровой локомотив из Англии. / Photo by Emslichter, Wikimedia Commons

Первые экспериментальные дорожные паровые транспортные средства были построены в конце 18 века, но только после того, как Ричард Тревитик разработал использование пара высокого давления, примерно в 1800 году, мобильные паровые двигатели стали практическим предложением. Первая половина 19В 20-м веке в конструкции паровых транспортных средств произошел значительный прогресс, и к 1850-м годам стало возможным производить их на коммерческой основе. Этот прогресс был остановлен законодательством, которое ограничивало или запрещало использование паровых транспортных средств на дорогах. Совершенствование автомобильных технологий продолжалось с 1860-х по 1920-е годы. Паровые дорожные транспортные средства использовались для многих целей.

В 20 веке быстрое развитие технологии двигателей внутреннего сгорания привело к упадку паровых двигателей как источника движения транспортных средств на коммерческой основе, и относительно немногие из них использовались после Второй мировой войны. Многие из этих автомобилей были приобретены энтузиастами для консервации, и многие экземпляры существуют до сих пор. В 19В 60-х годах проблемы загрязнения воздуха в Калифорнии вызвали непродолжительный период интереса к разработке и изучению транспортных средств с паровой тягой как возможного средства уменьшения загрязнения. Помимо интереса энтузиастов пара, случайных копий транспортных средств и экспериментальных технологий, в настоящее время паровые автомобили не производятся.

Судовые двигатели

Судовая паровая машина тройного расширения на океанском буксире «Геркулес» 1907 года. / Фото Centpacrr, Wikimedia Commons

Ближе к концу XIX в.ХХ века широкое распространение получили составные двигатели. Составные двигатели выбрасывали пар в последовательно увеличивающиеся цилиндры, чтобы вмещать большие объемы при пониженном давлении, что повышало эффективность. Эти ступени назывались расширениями, при этом двигатели двойного и тройного расширения были обычным явлением, особенно в судоходстве, где эффективность была важна для уменьшения веса перевозимого угля. [18]  

Паровые двигатели оставались доминирующим источником энергии до начала 20-го века, когда достижения в конструкции паровой турбины, электродвигателей и двигателей внутреннего сгорания постепенно привели к замене поршневых паровых двигателей. при этом торговое судоходство все больше полагается на дизельные двигатели, а военные корабли – на паровые турбины. [18][3]

Паровозы

По мере развития паровых двигателей в 18 веке предпринимались различные попытки применить их для автомобильного и железнодорожного транспорта. [33]  В 1784 году шотландский изобретатель Уильям Мердок построил модель паровоза. [34]  Ранняя рабочая модель паровоза была спроектирована и построена пионером пароходов Джоном Фитчем в Соединенных Штатах, вероятно, в 1780-х или 1790-х годах. [35]  В его паровозе использовались колеса с внутренними лопастями , направляемые по рельсам или гусеницам.

Union Pacific 844 Паровоз типа «ДЭФ-3» 4-8-4 «Северный». / Фото Дрю Джексича, Wikimedia Commons

Первый полномасштабный рабочий железнодорожный паровоз был построен Ричардом Тревитиком в Соединенном Королевстве, а 21 февраля 1804 года состоялось первое в мире путешествие по железной дороге, когда безымянный паровоз Тревитика тащил поезд. вдоль трамвайного пути от металлургического завода Пен-и-Даррен, недалеко от Мертир-Тидвила, до Аберсинона в Южном Уэльсе. [33][36][37]  В конструкции реализован ряд важных инноваций, в том числе использование пара высокого давления, что позволило снизить вес двигателя и повысить его эффективность. Позже в 1804 году Тревитик посетил район Ньюкасла, и шахтные железные дороги на северо-востоке Англии стали ведущим центром экспериментов и разработки паровозов. [38]

Тревитик продолжил свои собственные эксперименты с использованием трех локомотивов, завершив их созданием «Поймай меня, кто сможет» в 1808 году. Всего четыре года спустя успешный двухцилиндровый локомотив Salamanca  Мэттью Мюррея использовался реечной железной дорогой Миддлтон с реечной передачей. [39]  В 1825 году Джордж Стефенсон построил Locomotion для Стоктонско-Дарлингтонской железной дороги. Это была первая общественная паровая железная дорога в мире, а затем, в 1829 году, он построил The Rocket , которая участвовала в испытаниях Rainhill и выиграла их. [40]  Ливерпульско-Манчестерская железная дорога была открыта в 1830 году и использовала исключительно паровую энергию как для пассажирских, так и для грузовых поездов.

Производство паровозов продолжалось до конца двадцатого века в таких странах, как Китай и бывшая Восточная Германия (где производился DR Class 52. 80). [41]

Паровые турбины

Последней крупной эволюцией конструкции парового двигателя стало использование паровых турбин, начиная с конца 19 века. Паровые турбины, как правило, более эффективны, чем паровые двигатели поршневого типа с возвратно-поступательным движением (для мощности выше нескольких сотен лошадиных сил), имеют меньше движущихся частей и обеспечивают вращательную мощность напрямую, а не через систему шатунов или аналогичные средства. [42]  Паровые турбины практически заменили поршневые двигатели на электростанциях в начале 20-го века, где их эффективность, более высокая скорость, соответствующая работе генератора, и плавность вращения были преимуществами. Сегодня большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами. В США таким образом производится 90% электроэнергии с использованием различных источников тепла. [3]  Паровые турбины широко применялись для приведения в движение больших кораблей на протяжении большей части 20-го века.

Приложение

Примечания

  1. Словарь английского языка American Heritage Dictionary  (4-е изд.). Компания Хоутон Миффлин. 2000.
  2. «Кто изобрел паровой двигатель?». Живая наука . 19 марта 2014.
  3. Уизер, Венделл Х. (2000). Энергетические ресурсы: возникновение, производство, преобразование, использование . Биркхойзер. п. 190.
  4. «турбина». Британская энциклопедия онлайн . 18 июля 2007 г.
  5. «De Architectura» : Глава VI (параграф 2)
    из «Десяти книг по архитектуре» Витрувия (1 век до н.э.), опубликованных 17 июня 08 [1], по состоянию на 07 июля 2009 г.
  6. Ахмад И Хассан (1976 г.). Таки ад-Дин и арабское машиностроение , стр. 34–35. Институт истории арабской науки Университета Алеппо.
  7. «Университет Рочестера, Нью-Йорк, Развитие парового двигателя онлайн-исторический ресурс, глава первая». History.rochester. edu.
  8. Наг 2002, с. 432–.
  9. Гарсия, Николас (2007). Мас-алла-де-ла-Лейенда-Негра . Валенсия: Университет Валенсии. стр. 443–54.
  10. Hills 1989, стр. 15, 16, 33.
  11. Лира, Карл Т. (21 мая 2013 г.). «Савери насос». Введение в химическую инженерию Термодинамика . Университет штата Мичиган. Проверено 11 апреля 2014 г.

    12. .

  12. Hills 1989, стр. 16–20
  13. «LXXII. Двигатель для подъема воды огнем; на усовершенствовании защитной конструкции, чтобы сделать ее способной работать самостоятельно, изобретенной г-ном Де Мура из Португалии, FRS. Описанной г-ном Дж. Смитоном ». Философские труды Лондонского королевского общества . 47 : 436–438. 1752.
  14. Ланды 1969.
  15. Дженкинс, Рыхс (1971) [Впервые опубликовано в 1936 году]. Ссылки по истории техники и технологий из Tudor Times . Кембридж: Общество Ньюкомена в издательстве Кембриджского университета. Сборник статей Риса Дженкинса, бывшего старшего эксперта Британского патентного ведомства.
  16. Landes 1969, с. 101.
  17. Браун, 2002 г., стр. 60-.
  18. Охотник 1985.
  19. Нуволари, А; Верспаген, Барт; Тунзельманн, Николас (2003). «Распространение паровой машины в Британии восемнадцатого века. Прикладная эволюционная экономика и экономика, основанная на знаниях». Эйндховен, Нидерланды: Эйндховенский центр инновационных исследований (ECIS): 3. (Доклад будет представлен на 50-м ежегодном североамериканском собрании Международной региональной научной ассоциации 20–22 ноября 2003 г.)
  20. Nuvolari, Verspagen & Tunzelmann 2003, с. 4.
  21. Галлоуэй, Эладжа (1828 г.). История паровой машины . Лондон: Б. Стейл, Патерностер-Роу. стр. 23–24.
  22. Леупольд, Якоб (1725 г.). Театр Машинум Гидравликарум . Лейпциг: Кристоф Цункель.
  23. Hunter & Bryant 1991 Duty Сравнение было основано на тщательно проведенном испытании в 1778 году.
  24. Розен, Уильям (2012). Самая мощная идея в мире: история пара, промышленности и изобретений . Издательство Чикагского университета. п. 185.
  25. Томсон, Росс (2009). Структуры изменений в эпоху механики: технологические изобретения в США, 1790–1865 гг. . Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 34.
  26. «Живописная история паровой энергетики» Дж.Т. Ван Реймсдайк и Кеннет Браун, Octopus Books Limited, 1989, с. 30
  27. Коуэн, Рут Шварц (1997), Социальная история американских технологий , Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, с. 74
  28. Дикинсон, Генри В.; Титли, Артур (1934). «Хронология». Ричард Тревитик, инженер и мужчина . Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета. п. xvi.
  29. Американский автомобиль с 1775 года, паб. Л. Скотт. Бейли, 1971, с. 18
  30. Хантер 1985, стр. 601–628.
  31. Хантер 1985, с. 601.
  32. Ван Слик, JD (1879 г.). Производители и мануфактуры Новой Англии . Производители и мануфактуры Новой Англии. том 1. Ван Слик. п. 198.
  33. Пэйтон 2004.
  34. Гордон, У. Дж. (1910). Наши домашние железные дороги, том первый . Лондон: Фредерик Уорн и Ко, стр. 7–9.
  35. «Статья о паровозе Службы национальных парков с фотографией модели Fitch Steam и датами постройки 1780–1790». Nps.gov. 14 февраля 2002 г. Проверено 3 ноября 2009 г.

    36. .

  36. «Паровоз Ричарда Тревитика | Рагор». Museumwales.ac.uk.
  37. «Начинается юбилей паровоза». Би-би-си. 21 февраля 2004 г. Проверено 13 июня 2009 г. В городе Южного Уэльса начались месяцы празднования 200-летия изобретения паровоза. Мертир-Тидвил был местом, где 21 февраля 1804 года Ричард Тревитик перенес мир в эпоху железных дорог, когда он установил один из своих паровых двигателей высокого давления на трамвайные рельсы местного мастера по производству железа 9.0370
  38. Гарнетт, А.Ф. (2005). Стальные колеса . Каннвуд Пресс. стр. 18–19.
  39. Янг, Роберт (2000). Тимоти Хакворт и локомотив  (перепечатка издания 1923 года). Льюис, Великобритания: The Book Guild Ltd.
  40. Гамильтон Эллис (1968). Иллюстрированная энциклопедия железных дорог . Издательская группа Хэмлин. стр. 24–30.
  41. Михаэль Реймер, Дирк Эндиш: Baureihe 52.80 – Die rekonstruierte Kriegslokomotive , GeraMond

Библиография

  • Браун, Ричард (2002). Общество и экономика в современной Британии 1700-1850 гг. . Тейлор и Фрэнсис.
  • Шапелон, Андре (2000) [1938]. La locomotive à vapeur  [ Паровоз ] (на французском языке). Перевод Карпентера, миниатюрные паровые службы Джорджа Камдена.
  • Юинг, сэр Джеймс Альфред (1894 г.). Паровые машины и прочие тепловые машины . Кембридж: Университетское издательство.
  • Hills, Ричард Л. (1989). Сила пара: История стационарной паровой машины . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.
  • Хантер, Луи С. (1985). История промышленной мощи в Соединенных Штатах, 1730–1930 гг.
Posted inПопулярное