История изобретения паровых машин краткое содержание: works.doklad.ru — Учебные материалы

Содержание

История создания паровых машин краткое содержание. История создания паровых машин

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Первая паровая машина построена в XVII в. Папеном в 1690 году и представляла цилиндр с поршнем, который поднимался действием пара, а опускался давлением атмосферы после сгущения отработавшего пара. На этом же принципе были построены в 1705 году паровые машины Севери и Ньюкомена для выкачивания воды из копей. Окончательные усовершенствования в паровой машине были сделаны Джеймсом Уаттом в 1769 году.

двигатель паровой уатт мануфактура

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии.

Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.

Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Первая машина была создана испанским изобретателем Иеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т.

Севери. Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 году англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 году он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-м столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной. Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-х в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 году создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив.

Система работала только как демонстрационная модель: для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таки ад-Дина и Севери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана.

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 Севери в 1698 году. На своё устройство Севери 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». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. 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. Именно насос Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение.

В 1781 году Джеймс Уатт запатентовал паровую машину, которая производила непрерывное вращательное движение вала (в отличие от парового насоса Ньюкомена). Двигатель Уатта, мощностью десять лошадиных сил, стало возможным, при наличии каменного угля и воды, установить и использовать в любом месте для любой цели. С двигателем Уатта принято связывать начало промышленной революции в Англии.

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.

Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). 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 Николя-Жозеф Кюньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier а 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 узлов. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в городе Мертир-Тидвил в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком.

Возможности в использовании энергии пара были известны в начале нашей эры. Это подтверждает прибор под названием Героновский эолипил, созданный древнегреческим механиком Героном Александрийским.

Древнее изобретение можно отнести к паровой турбине, шар которой вращался благодаря силе струй водяного пара.

Приспособить пар для работы двигателей стало возможным в XVII веке. Пользовались подобным изобретением недолго, однако оно внесло существенный вклад в развитие человечества. К тому же история изобретения паровых машин очень увлекательна.

Понятие

Паровая машина состоит из теплового двигателя внешнего сгорания, который из энергии водяного пара создает механическое движение поршня, а тот, в свою очередь, вращает вал. Мощность паровой машины принято измерять в ваттах.

История изобретения

История изобретения паровых машин связана со знаниями древнегреческой цивилизации. Долгое время трудами этой эпохи никто не пользовался. В XVI веке была предпринята попытка создать паровую турбину. Работал над этим в Египте турецкий физик и инженер Такиюддин аш-Шами.

Интерес к этой проблеме вновь появился в XVII веке. В 1629 году Джованни Бранка предложил свой вариант паровой турбины. Однако изобретения теряли большое количество энергии. Дальнейшие разработки требовали соответствующих экономических условий, которые появятся позднее.

Первым, кто изобрел паровую машину, считается Дени Папен. Изобретение представляло собой цилиндр с поршнем, поднимающимся за счет пара и опускающимся в результате его сгущения. Такой же принцип работы имели устройства Сэвери и Ньюкомена (1705). Оборудование применяли для выкачивания воды из выработок при добыче полезных ископаемых.

Окончательно усовершенствовать устройство удалось Уатту в 1769 году.

Изобретения Дени Папена

Дени Папен был по образованию медиком. Родившись во Франции, в 1675 году он переехал в Англию. Он известен многими своими изобретениями. Одним из них является скороварка, которую называли «Папенов котел».

Ему удалось выявить зависимость между двумя явлениями, а именно температурой кипения жидкости (воды) и появляющимся давлением. Благодаря этому он создал герметичный котел, внутри которого давление было повышено, из-за чего вода закипала позже обычного и повышалась температура обработки помещенных в него продуктов. Таким образом увеличивалась скорость приготовления пищи.

В 1674 году медик-изобретатель создал пороховой двигатель. Его работа заключалась в том, что при возгорании пороха в цилиндре перемещался поршень. В цилиндре образовывался слабый вакуум, и атмосферное давление возвращало поршень на место. Образующиеся при этом газообразные элементы выходили через клапан, а оставшиеся охлаждались.

К 1698 году Папену удалось создать по такому же принципу агрегат, работающий не на порохе, а на воде. Таким образом, первая паровая машина была создана. Несмотря на существенный прогресс, к которому могла привести идея, существенной выгоды она своему изобретателю не принесла. Связано это было с тем, что ранее другой механик, Сейвери, уже запатентовал паровой насос, а другого применения для подобных агрегатов к этому времени еще не придумали.

Дени Папен умер в Лондоне в 1714. Несмотря на то, что первая паровая машина была изобретена им, он покинул этот мир в нужде и одиночестве.

Изобретения Томаса Ньюкомена

Более удачливым в плане дивидендов оказался англичанин Ньюкомен. Когда Папен создал свою машину, Томасу было 35 лет. Он внимательно изучил работы Сэйвери и Папена и смог понять недостатки обеих конструкций. Из них он взял все лучшие идеи.

Уже к 1712 году в сотрудничестве с мастером по стеклам и водопроводам Джоном Калли он создал свою первую модель. Так продолжилась история изобретения паровых машин.

Кратко можно пояснить созданную модель так:

Конструкция совмещала в себе вертикальный цилиндр и поршень, как у Папена.
Создание пара происходило в отдельном котле, который работал по принципу машины Сэйвери.
Герметичность в паровом цилиндре достигалась за счет кожи, которой был обтянут поршень.

Агрегат Ньюкомена подымал воду из копей с помощью воздействия атмосферного давления. Машина отличалась солидными размерами и требовала для работы большого количества угля. Несмотря на эти недостатки, модель Ньюкомена использовали в шахтах полвека. Она даже позволила вновь открыть шахты, которые были заброшены из-за подтопления грунтовыми водами.

В 1722 году детище Ньюкомена доказало свою эффективность, откачав воду из корабля в Кронштадте всего за две недели. Система с ветряной мельницей смогла бы сделать это за год.

Из-за того, что машина была создана на основе ранних вариантов, английский механик не смог получить на нее патент. Конструкторы пытались применить изобретение для движения транспортного средства, но неудачно. На этом история изобретения паровых машин не прекратилась.

Изобретение Уатта

Первым изобрел оборудование компактных размеров, но достаточно мощное, Джеймс Уатт. Паровая машина была первой в своем роде. Механик из университета Глазго в 1763 году принялся чинить паровой агрегат Ньюкомена. В результате ремонта он понял, как сократить расход топлива. Для этого необходимо было держать цилиндр в постоянно нагретом состоянии. Однако паровая машина Уатта не могла быть готова, пока не решилась проблема конденсации пара.

Решение пришло, когда механик проходил мимо прачечных и заметил, что клубы пара выходят из-под крышек котлов. Он понял, что пар — это газ, и ему нужно перемещаться в цилиндре с пониженным давлением.

Добившись герметичности внутри парового цилиндра с помощью пеньковой веревки, пропитанной маслом, Уатт смог отказаться от атмосферного давления. Это стало большим шагом вперед.

В 1769 году механик получил патент, в котором прописывалось, что температура двигателя в паровой машине будет всегда равна температуре пара. Однако дела незадачливого изобретателя шли не так хорошо, как ожидалось. Он был вынужден заложить патент за долги.

В 1772 году он знакомится с Мэтью Болтоном, который был богатым промышленником. Тот выкупил и вернул Уатту его патенты. Изобретатель вернулся к работе, поддерживаемый Болтоном. В 1773 году паровая машина Уатта прошла испытание и показала, что потребляет угля значительно меньше своих аналогов. Через год в Англии начался выпуск его машин.

В 1781 году изобретателю удалось запатентовать свое следующее творение — паровую машину для приведения в движение промышленных станков. Спустя время все эти технологии позволят двигать при помощи пара поезда и пароходы. Это полностью перевернет жизнь человека.

Одним из людей, изменивших жизнь многих, стал Джеймс Уатт, паровая машина которого ускорила технический прогресс.

Изобретение Ползунова

Проект первой паровой машины, которая могла приводить в действие разнообразные рабочие механизмы, был создан в 1763 году. Разработал его русский механик И.Ползунов, работавший на горнорудных заводах Алтая.

Начальник заводов был ознакомлен с проектом и получил добро на создание устройства из Петербурга. Паровая машина Ползунова была признана, и работа по ее созданию была возложена на автора проекта. Последний хотел сперва собрать модель в миниатюре, чтобы выявить и устранить возможные недочеты, которые не видны на бумаге. Однако ему приказали начать строительство большой мощной машины.

Ползунову предоставили помощников, из которых двое были склонны к механике, а двое должны были выполнять подсобные работы. На создание паровой машины ушел один год и девять месяцев. Когда паровая машина Ползунова была почти готова, он заболел чахоткой. Умер создатель за несколько дней до проведения первых испытаний.

Все действия в машине проходили автоматически, она могла работать беспрерывно. Это было доказано в 1766 году, когда ученики Ползунова провели последние испытания. Спустя месяц оборудование было сдано в эксплуатацию.

Машина не просто окупила затраченные средства, но и дала прибыль своим владельцам. К осени котел дал течь, и работы остановились. Агрегат можно было починить, но это не заинтересовало заводское начальство. Машина была заброшена, а спустя десятилетие разобрана по ненадобности.

Принцип действия

Для работы всей системы необходим паровой котел. Образовавшийся пар расширяется и давит на поршень, в результате чего происходит движение механических частей.

Принцип действия лучше изучить с помощью иллюстрации, представленной ниже.

Если не расписывать детали, то работа паровой машины заключается в преобразовании энергии пара в механическое движение поршня.

Коэффициент полезного действия

КПД паровой машины определяется отношением полезной механической работы по отношению к затраченному количеству тепла, которое содержится в топливе. В расчет не берется энергия, которая выделяется в окружающую среду в качестве тепла.

КПД паровой машины измеряется в процентах. Практический КПД будет составлять 1-8%. При наличии конденсатора и расширении проточной части показатель может возрасти до 25%.

Преимущества

Главным преимуществом парового оборудования является то, что котел в качестве топлива может использовать любой источник тепла, как уголь, так и уран. Это существенно отличает его от двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от типа последнего требуется определенный вид топлива.

История изобретения паровых машин показала преимущества, которые заметны и сегодня, поскольку для парового аналога можно использовать ядерную энергию. Сам по себе ядерный реактор не может преобразовывать свою энергию в механическую работу, но он способен выделять большое количество тепла. Оно то и используется для образования пара, который приведет машину в движение. Таким же образом может применяться солнечная энергия.

Локомотивы, работающие на пару, хорошо показывают себя на большой высоте. Эффективность их работы не страдает от пониженного в горах атмосферного давления. Паровозы до сих пор применяют в горах Латинской Америки.

В Австрии и Швейцарии используют новые версии паровозов, работающих на сухом пару. Они показывают высокую эффективность благодаря многим усовершенствованиям. Они не требовательны в обслуживании и потребляют в качестве топлива легкие нефтяные фракции. По экономическим показателям они сравнимы с современными электровозами. При этом паровозы значительно легче своих дизельных и электрических собратьев. Это большое преимущество в условиях горной местности.

Недостатки

К недостаткам относится, прежде всего, низкий КПД. К этому стоит добавить громоздкость конструкции и тихоходность. Особенно это стало заметно после появления двигателя внутреннего сгорания.

Применение

Кто изобрел паровую машину, уже известно. Осталось узнать, где их применяли. До середины ХХ века паровые машины применяли в промышленности. Также их использовали для железнодорожного и парового транспорта.

Заводы, которые эксплуатировали паровые двигатели :

сахарные;
спичечные;
бумажные фабрики;
текстильные;
пищевые предприятия (в отдельных случаях).

Паровые турбины также относятся к данному оборудованию. С их помощью до сих пор работают генераторы электроэнергии. Около 80% мировой электроэнергии вырабатывается с применением паровых турбин.

В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.

Транспорт с паровым двигателем:

автомобиль;
трактор;
экскаватор;
самолет;
локомотив;
судно;
тягач.

Такова история изобретения паровых машин. Кратко можно рассмотреть удачный пример о гоночном автомобиле Серполле, созданном в 1902 году. На нем был установлен мировой рекорд по скорости, который составил 120 км в час на суше. Именно поэтому паровые авто были конкурентоспособными по отношению к электрическим и бензиновым аналогам.

Так, в США в 1900 году больше всего было выпущено паровых машин. Они встречались на дорогах до тридцатых годов ХХ века.

Большая часть подобного транспорта стала непопулярной после появления двигателя внутреннего сгорания, чей КПД значительно выше. Такие машины были более экономичными, при этом легкими и скоростными.

Стимпанк как веяние эпохи паровых машин

Говоря о паровых машинах, хочется упомянуть о популярном направлении — стимпанке. Термин состоит из двух английских слов — «пар» и «протест». Стимпанк — это вид научной фантастики, которая повествует о второй половине XIX века в викторианской Англии. Данный период в истории часто упоминается как Эпоха пара.

Все произведения имеют одну отличительную особенность — они повествуют о жизни второй половины XIX века, стиль повествования при этом напоминает роман Герберта Уэллса «Машина времени». В сюжетах описываются городские пейзажи, общественные строения, техника. Особое место уделяется дирижаблям, старинным машинам, причудливым изобретениям. Все металлические детали крепились при помощи клепок, поскольку сварку еще не применяли.

Термин «стимпанк» возник в 1987 году. Его популярность связана с появлением романа «Разностная машина». Написан он был в 1990 году Уильямом Гибсоном и Брюсом Стерлингом.

В начале XXI века в этом направлении было выпущено несколько известных кинофильмов:

«Машина времени»;
«Лига выдающихся джентльменов»;
«Ван Хельсинг».

К предтечам стимпанка можно отнести произведения Жюля Верна и Григория Адамова. Интерес к этому направлению время от времени проявляется во всех сферах жизни — от кинематографа до повседневной одежды.

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 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.

Ровно 245 лет назад – 5 января 1769 года – Джеймс Уатт получил патент на изобретённую им паровую машину. Чем не повод вспомнить историю создания паровой машины с самых древних времён?

Собственно сам патент и его обладатель –

История создания паровой машины начинается с того, что первое описание прибора, который приводился в движение при помощи пара, датируется первым веком и принадлежит Герону Александрийскому.

Пар, выходя по касательной из дюз, которые были закреплены на шаре, и заставляли его вращаться.

Настоящая паровая турбина была сконструирована уже в средневековом Египте, инженером 16-го века, астрономом и философом арабом Таки-ад-Дином Мухаммедом. История создания паровой машины продолжалась. Он изобрел методику вращения вертела при помощи пара. Он был направлен на лопасти, зафиксированные по ободу колеса.

Итальянский инженер Джованни Бранка предложил похожую машину в 1629 году. Она была предназначена для вращения цилиндрического анкерного приспособления в ступах, которое в свою очередь поднимало и опускало пару пестов в ступах. В таких паровых машинах паровой поток не был концентрированным, и это приводило к большим потерям энергии, ведь значительная часть энергии пара рассеивалась во всех направлениях.

Для дальнейшего развития истории создания паровой машины — парового приспособления — нужна была экономическая обстановка, при которой разработчики двигателя могли бы воспользоваться его результатом. Но в античной эпохе, как и в средневековье, и даже в Эпохе Возрождения таких условий не было. И только лишь к концу 17-го века были созданы паровые агрегаты, но пока как единичные курьезы. Первую машину создал испанский изобретатель Иеронимо Аянс де Бомонт. Его изобретения оказали немалое влияние на патент Т. Севери.

Англичанин Эдвард Сомерсет в 1655 году описал основной принцип действия паровых машин и спектр их применения. В 1663 году он напечатал проект, и в замке Реглан установил устройство для подъема воды на стену большой башни. Данное устройство приводилось в движение при помощи пара (еще в 19-м веке можно было увидеть углубления в стене, где располагался двигатель). Но желающих рискнуть деньгами ради этого изобретения не нашлось, и поэтому дальнейшая разработка паровой машины оказалась невозможна. Французский физик и изобретатель Дени Папен тоже внёс свой вклад в историю создания паровой машины – он работал над созданием вакуума, а закрытом цилиндре.

Сотрудничая с голландским физиком Гюйгенсом, он в 1670-х годах работал над агрегатом, который бы путем взрыва вытеснял воздух из цилиндра.

Папен видел неполноту вакуума получаемого при взрыве, поэтому после прибытия в Великобританию в 1680 году, разработал такой же цилиндр, но при помощи кипящей воды, которая образовывала конденсат в цилиндре, добился более полного вакуума.

Так данным агрегатом он сумел при помощи веревки переброшенной через шкив, поднять груз, прикрепленный к поршню. Но машина работала только для демонстрации ее возможностей, и для повторной работы надо было ее полностью разобрать, а затем собрать сначала. Тогда изобретатель понял, что для автоматизации цикла, надо производить пар в отдельном котле. Благодаря этому Папена считают изобретателем парового котла, и таким образом он открыл путь паровому двигателю Ньюкомена.

Но он не предложил полную конструкцию функционирующей паровой машины. Папен внёс огромный вклад в историю создания паровой машины тем, что работал над проектированием лодки, которая приводилась в движение при помощи колеса с реактивной силой в сочетании с изобретениями Севери и Таки ад-Дина. Так же ему приписывают изобретение еще ряда важных устройств, одно из них предохранительный клапан.

Из всех описанных приспособлений для решения нужных и полезных задач фактического применения не нашло ни одно. Первый паровой двигатель (за всю историю создания паровой машины), который принес реальную пользу, был разработан военным инженером из Англии Томасом Севери в 1698 году. Эта конструкция — «пожарная установка». В 1698 году Севери получил на нее патент. В целом это был поршневой насос, но довольно не эффективный, потому что во время охлаждения контейнера терялось тепло пара. Из-за высокого давления пара трубопроводы и емкости двигателя иногда взрывались, поэтому в эксплуатации он был крайне опасен. Этот агрегат применялся в других отраслях, на водяных мельницах для вращения колес, а в шахтах с его помощью откачивали воду. Поэтому изобретатель дал конструкции еще одно название «друг рудокопа».

В 1712 году английский кузнец представил свое изобретение – «атмосферный двигатель».

Это была усовершенствованная модель парового двигателя Севери, только Ньюкомен в нем значительно уменьшил рабочий напор пара. Впервые этот двигатель был применен для откачки жидкости из глубокой шахты. В данном насосе коромысло связано с тягой, спускающейся к камере насоса в шахту. Возвратно-поступательные движения тяги переходили к поршню насоса, подававшему наверх воду. Этот паровой двигатель Ньюкомена стал первым двигателем в истории создания паровой машины, который получил широкое применение на практике. Именно с изобретением этого двигателя связывают начало промышленной революции в Великобритании.

В 1763 году в России была разработана первая вакуумная двухцилиндровая паровая машина.

Спроектировал ее механик И. И. Ползунов, а уже в 1764 году она была построена.

Применили ее на Барнаульских Колывано – Воскресенских заводах для того, что бы привести в рабочее состояние воздуходувные меха.

Следующими кто повысил эффективность паровых машин и внёс огромный вклад в историю создания паровой машины, были англичанин Ричард Тревитик и американец Оливер Эванс. Тревитик построил однотактовые промышленные двигатели высокого давления.

Многим они известны как «корноуэльские двигатели». Их рабочее давление составляло 50 фунтов на дюйм квадратный, или же 345 кПа (3,405 атмосферы). Но увеличение давление вело к увеличению опасности взрывов в котлах и машинах, а это в свою очередь приводило к множественным авариям. Поэтому одной из главных деталей на паровых машинах считался предохранительный клапан. Его предназначение это выпуск лишнего давления. Безопасная и надежная работа этих агрегатов началась с накоплением опыта и после стандартизации операций сооружения, эксплуатации и обслуживания.

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.

Паровамя машимна — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движенияпоршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Идея парового двигателя была отчасти подсказана его изобретателям конструкцией поршневого водяного насоса, который был известен еще во времена античности.

Принцип его работы был очень прост: при подъеме поршня вверх вода засасывалась в цилиндр через клапан в его дне. Боковой клапан, соединявший цилиндр с водоподъемной трубой, в это время был закрыт, так как вода из этой трубы так же стремилась войти внутрь цилиндра и тем самым закрывала этот клапан. При опускании поршня он начинал давить на воду в цилиндре, благодаря чему закрывался нижний клапан и открывался боковой. В это время вода из цилиндра подавалась вверх по водоподъемной трубе. В поршневом насосе работа, получаемая извне, расходовалась на продвижение жидкости через цилиндр насоса. Изобретатели паровой машины старались использовать ту же конструкцию, но только в обратном направлении. Цилиндр с поршнем лежит в основе всех паровых поршневых двигателей. Первые паровые машины, впрочем, были не столько двигателями, сколько паровыми насосами, используемыми для откачки воды из глубоких шахт. Принцип их действия основывался на том, что после своего охлаждения и конденсации в воду пар занимал пространство в 170 раз меньше, чем в разогретом состоянии. Если вытеснить из сосуда воздух разогретым паром, закрыть его, а потом охладить пар, давление внутри сосуда будет значительно меньше, чем снаружи. Внешнее атмосферное давление будет сжимать такой сосуд, и если в него поместить поршень, он будет двигаться внутрь с тем большей силой, чем больше его площадь.

Впервые модель такой машины была предложена в 1690 году Папеном. Дени Папен был ассистентом у Гюйгенса, а с 1688 г. профессором математики в Марбургском университете. У него возникла идея использовать для атмосферного двигателя форму полого цилиндра с движущимся в нем поршнем. Перед Папеном стояла задача заставить поршень совершать работу силой атмосферного давления. В 1690 г. был создан принципиально новый проект парового двигателя. Вода в цилиндре при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх. Через специальный клапан пар выталкивал воздух, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство; наружное давление двигало поршень вниз. Опускаясь, поршень тянул за собой веревку с грузом. Папен ставил цилиндр машины вертикально потому, что цилиндр-клапан не может в ином положении выполнять свою функцию. Двигатель Папена полезную работу выполнял плохо, так как не мог осуществить непрерывное действие. Чтобы заставить поршень поднимать груз, необходимо было манипулировать стержнем-клапаном и стопором, перемещать источник пламени и охлаждать цилиндр водой.

Совершенствование пароатмосферных машин продолжил Томас Севери. В 1698 году Томас Севери изобрел паровой насос для откачки воды из шахт. Его «друг рудокопов» работал без поршня. Всасывание воды происходило путем конденсации пара и создания разреженного пространства над уровнем воды в сосуде. Севери отделил котел от сосуда, где производилась конденсация. Эта паровая машина обладала низкой экономичностью, но все-таки нашла широкое применение.

Но наиболее широко применялась в первой половине XVIII века паровая машина Ньюкомена, созданная в 1711 году. Паровой цилиндр помещался у Ньюкомена над паровым котлом. Поршневой шток (стержень, соединенный с поршнем) был соединен гибкой связью с концом балансира. С другим концом балансира был соединен шток насоса. Поршень поднимался в верхнее положение под действием противовеса, прикрепленного к противоположному концу балансира. Кроме того, движению поршня вверх помогал пар, запускаемый в это время в цилиндр. Когда поршень находился в крайнем верхнем положении, закрывали кран, впускавший пар из котла в цилиндр, и вбрызгивали в цилиндр воду. Под действием этой воды пар в цилиндре быстро охлаждался, конденсировался, и давление в цилиндре падало. Вследствие создавшейся разницы давлений внутри цилиндра и вне его, силой атмосферного давления поршень двигался вниз, совершая при этом полезную работу -приводил в движение балансир, который двигал шток насоса. Таким образом, полезная работа выполнялась только при движении поршня вниз. Затем снова запускали пар в цилиндр. Поршень опять поднимался вверх, и весь цилиндр наполнялся паром. Когда снова вбрызгивали воду, пар снова конденсировался, после чего поршень совершал новое полезное движение вниз, и так далее. Фактически в машине Ньюкомена работу совершало атмосферное давление, а пар служил только для создания разряженного пространства.

В свете дальнейшего развития парового двигателя становится ясным основной недостаток машины Ньюкомена рабочий цилиндр в ней являлся в то же время и конденсатором. Из-за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр и расход топлива оказывался очень велик. Бывали случаи, когда при машине находилось 50 лошадей, едва успевавших подвозить необходимое топливо. Коэффициент полезного действия (КПД) этой машины едва ли превышал 1%. Другими словами, 99% всей теплотворной энергии терялось бесплодно. Тем не менее эта машина получила в Англии распространение, особенно на шахтах, где уголь был дешевый. Последующие изобретатели внесли несколько усовершенствований в насос Ньюкомена. В частности, в 1718 году Бейтон придумал самодействующий распределительный механизм, который автоматически включал или отключал пар и впускал воду. Он же дополнил паровой котел предохранительным клапаном.

Но принципиальная схема машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет, пока ее усовершенствованием не занялся механик университета в Глазго Джемс Уатт. В 1763-1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ньюкомена. 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 тем 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 помещены 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.

Несколько последующих лет Уатт упорно трудился над совершенствованием своего двигателя. 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, и 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. В 1775-1785 годах было построено 66 таких паровых двигателей.

Ползунов начал свою работу почти одновременно с Уаттом, но с иным подходом к проблеме двигателя и в совершенно других экономических условиях. Ползунов начинал с общеэнергетической постановки задачи о полной замене зависящих от локальных условий гидросиловых установок универсальным тепловым двигателем, но не смог реализовать свои смелые планы в крепостной России.

В 1763 г. И.И. Ползунов разработал детальный проект парового двигателя мощностью в 1,8 л.с., а в 1764 г. вместе со своими учениками приступил к созданию «огнедействующей машины». Весной 1766 г. она была практически готова. Из-за скоротечной чахотки самому изобретателю не удалось увидеть свое детище в действии. Испытания паровой машины начались спустя неделю после смерти Ползунова.

Машина Ползунова отличалась от известных в то время паровых двигателей прежде всего тем, что она предназначалась не только для подъема воды, но и для приведения в действие заводских машин — воздуходувных мехов. Это была машина непрерывного действия, чего удалось достичь за счет применения двух цилиндров вместо одного: поршни цилиндров двигались навстречу друг другу и поочередно действовали на общий вал. В своем проекте Ползунов указал все материалы, из которых должна быть изготовлена машина, а также обозначил технологические процессы, которые потребуются при ее сооружении (пайку, литье, полировку). Специалисты утверждают, что докладная записка с изложением проекта отличалась чрезвычайной ясностью мысли и филигранной точностью проведенных расчетов.

По замыслу изобретателя, пар из котла машины подавался в один из двух цилиндров и поднимал поршень до крайнего верхнего положения. После этого в цилиндр из резервуара впрыскивалась охлажденная вода, что приводило к конденсации пара. Под давлением внешней атмосферы поршень опускался, в то время как в другом цилиндре в результате давления пара поршень поднимался. С помощью специального устройства осуществлялись две операции — автоматический впуск пара из котла в цилиндры и автоматическое поступление холодной воды. Система шкивов (специальных колес) передавала движение от поршней к насосам, нагнетавшим воду в резервуар, и воздуходувным мехам.

Параллельно основной машине изобретатель разработал множество новых деталей, приспособлений и устройств, значительно упрощавших процесс производства. В качестве примера можно привести сконструированный им регулятор прямого действия для поддержания постоянного уровня воды в котле. В процессе испытаний обнаружились серьезные дефекты двигателя: неточная обработка поверхностей используемых цилиндров, неплотность воздуходувных мехов, наличие в металлических деталях раковин и др. Эти огрехи объяснялись тем, что уровень машиностроительного производства на Барнаульском заводе был еще недостаточно высоким. А научные достижения того времени не позволяли точно рассчитать необходимое количество охлаждающей воды. Тем не менее все недостатки были решены, и в июне 1766 г. была успешно испытана установка с мехами, после чего началось строительство печей.

définition de %d0%9f%d0%b0%d1%82%d0%b5%d0%bd%d1%82 et synonymes de %d0%9f%d0%b0%d1%82%d0%b5%d0%bd%d1%82 (russe)

%d0%9f%d0%b0%d1%82%d0%b5%d0%bd%d1%82 : définition de %d0%9f%d0%b0%d1%82%d0%b5%d0%bd%d1%82 et synonymes de %d0%9f%d0%b0%d1%82%d0%b5%d0%bd%d1%82 (russe)

Contenu de sensagent

définitions
synonymes
antonymes
encyclopédie

определение
синоним

dictionnaire et traducteur pour sites web

Alexandria

Une fenêtre (pop-into) d’information (contenu principal de Sensagent) est invoquée un double-clic sur n’importe quel mot de votre page web. LA fenêtre fournit des explications et des traductions contextuelles, c’est-à-dire sans obliger votre visiteur à quitter votre page web !

Essayer ici, télécharger le code;

Solution commerce électronique

Augmenter le contenu de votre site

Ajouter de nouveaux contenus Add à votre site depuis Sensagent par XML.

Parcourir les produits et les annonces

Obtenir des informations en XML pour filtrer le meilleur contenu.

Indexer des images et définir des méta-données

Fixer la signification de chaque méta-donnée (multilingue).

Renseignements suite à un email de description de votre projet.

Lettris

Lettris est un jeu de lettres gravitationnelles proche de Tetris. Chaque lettre qui apparaît descend ; il faut placer les lettres de telle manière que des mots se forment (gauche, droit, haut et bas) et que de la place soit libérée.

boggle

Il s’agit en 3 minutes de trouver le plus grand nombre de mots possibles de trois lettres et plus dans une grille de 16 lettres. Il est aussi possible de jouer avec la grille de 25 cases. Les lettres doivent être adjacentes et les mots les plus longs sont les meilleurs. Participer au concours et enregistrer votre nom dans la liste de meilleurs joueurs ! Jouer

Dictionnaire de la langue française
Principales Références

La plupart des définitions du français sont proposées par SenseGates et comportent un approfondissement avec Littré et plusieurs auteurs techniques spécialisés.
Le dictionnaire des synonymes est surtout dérivé du dictionnaire intégral (TID).
L’encyclopédie française bénéficie de la licence Wikipedia (GNU).

Traduction

Changer la langue cible pour obtenir des traductions.
Astuce: parcourir les champs sémantiques du dictionnaire analogique en plusieurs langues pour mieux apprendre avec sensagent.

6764 visiteurs en ligne

calculé en 0,078s

allemand anglais arabe bulgare chinois coréen croate danois espagnol espéranto estonien finnois français grec hébreu hindi hongrois islandais indonésien italien japonais letton lituanien malgache néerlandais norvégien persan polonais portugais roumain russe serbe slovaque slovène suédois tchèque thai turc vietnamien

История создания паровых машин краткое содержание.

Первую паровую машину изобрел русский изобретатель по

Все мировые концерны готовятся начать массовое производство электромобилей, которые должны заменить вонючие авто с двигателями внутреннего сгорания.

Но кроме электро и бензо двигателя, человечество знает паровые двигатели и знает их уже несколько веков.

Об этих незаслуженно забытых помощниках человека мы сегодня и поговорим.

Первый паровой двигатель

19 век? А может в 18 веке был создан первый паровой двигатель? Не гадай, не угадаешь. В первом века до нашей эры, т.е. более 2 тысяч лет назад греческим инженером Героном Александрийским был создан первый в истории человечества паровой двигатель.

Двигатель представлял собой шар, который вращался вокруг своей оси под действием выходящего из него пара. Правда, древние греки с трудом понимали суть процесса, поэтому развитие этой технологии замерло на почти на 1500 лет…

Паровая игрушка императора

Фердинанд Вербст, член иезуитской общины в Китае, построил первый автомобиль на паровом ходу около 1672 года как игрушку для китайского императора. Автомобиль был небольшого размера и не мог везти водителя или пассажира, но, возможно, он был первым работающим паровым транспортом («автомобиль»). Но это был первый паромобиль в истории человечества, пускай и игрушечный.

Проект Ньютона

Известные ученые также рассматривали идею «оседлать» силу пара и создать самодвижущийся экипаж. Одним из известных таких проектов был проект экипажа Исаака Ньютона. Экипаж представлял из себя телегу, оснащённую паровым котлом с соплом, через которое с помощью клапана машинист мог стравливать пар, тем самым разгоняя телегу. Но великий ученый так и не реализовал свой проект, паромобиль Ньютона остался на бумаге.

Томас Ньюкмен и его машина по откачиванию грунтовых вод

Первым устройством, примененным на практике, стал двигатель Ньюкмена. Британец Томас Ньюкмен сконструировал паровой двигатель, который был похож на современные двигатели. Цилиндр и поршень, который двигался в нем под воздействием парового давления. Пар вырабатывался в котле огромного размера, что и не позволило использовать данную машину иным образом, как машину для откачивания грунтовых вод.

Джеймс Уатт

Шотландец Джеймс Уатт взялся усовершенствовать машину Ньюксмена. Он заметил, что для сокращения потребления угля необходимо постоянно поддерживать в цилиндре высокую температуру, а также приладил к машине конденсатор, где собирался отработанный пар, который впоследствии превращался в воду и при помощи помпы вновь направлялся в котел. Все это позволило бы поставить двигатель на раму и создать первый паромобиль, но Уатт считал опасным такой вид транспорта и не стал заниматься дальнейшей разработкой. Более того, конструктор получил патент на свою машину, что стало препятствием для других конструкторов в работе над первым паромобилем.

Еще не автомобиль, но уже телега

Создателем первого самодвижущегося транспортного средства стал француз Николя-Жозеф Кюньо. В 1769 году изобретатель создал трехколесную повозку – «малую телегу Кюньо», которую также называли «Фардье». По задумке автора, это странное транспортное средство должно было использоваться для перевозки пушек. Еще не автомобиль, но уже самоходная телега.

Только телега Кюньо обладала массой недостатков. Вес двигателя составлял около тонны, поэтому телегой с трудом управляли два человека. Еще одним недостатком малой телеги Кюньо оказался низкий запас хода — всего один километр. Дозаправка в виде воды в котле, разведение костра на дороге, куда переносился котел, были слишком долгой и сложной процедурой. Скорость тоже желала быть лучше, всего-навсего 4 км/час.

Но у телеги были и достоинства. Грузоподъёмность составила две тонны, что крайне понравилось генералам французского штаба, которые выделили Кюнью 20 тысяч франков для дальнейшей работы над телегой.

Полученные средства конструктор применил с пользой и вторая версия телеги уже передвигалась со скоростью до 5-7 километров в час, а установленная под котлом топка позволила поддерживать температуру на ходу, а не останавливаться каждый 15 минут для разжигания костра.

Этот зародыш будущего автомобиля совершил первое в истории ДТП. У телеги заклинило колесо и она протаранила стену дома.

Несмотря на успехи Кюньо, работы были приостановлены по банальной причине: закончились деньги. Но на радость нам телега французского конструктора сохранилась до сих пор и мы можем увидеть ее воочию.

Паровой велосипед Роупера

Изобретатели находились в состоянии постоянного поиска. Если Кюньо двигался по пути создания автомобиля, то американец Сильвестр Говард Роупер взялся создавать будущий мотоцикл. Правильнее было бы сказать паровой велосипед.

Роупер разместил паровой двигатель под сиденьем, выход пара осуществлялся прямо за седлом. Управление скоростью осуществлялось при помощи ручки на руле. Поворачивая ее от себя, водитель увеличивал скорость, поворачивая в обратном направлении, осуществлялось торможение.

Поездки Роупера на первом байке вызывали шок и возмущение окружающих, ну совсем как мы сейчас возмущаемся шумными мотоциклам. На Роупера даже пожаловались в полицию. Изобретателя спасло от тюрьмы и штрафа лишь отсутствие закона, который бы запрещал ездить на правом велосипеде.

И совсем, как современные байкеры, Роупер, гоняя на своем паровом байке, разбился.

Паровая амфибия

Oruktor Amphibolos, первая машина-амфибия была разработана в 1804 году американским изобретателем Оливером Эвансом. На корпусе в форме лодки были установлены 4 колеса и гребное колесо на корме. Это была машина-гигант: девять метров длина и вес в 15 тонн.

Омнибус Enterprise

Недостатком всех первых паровых машин было малая грузоподъемность и низкая скорость. Лошадиные повозки (омнибусы) были быстрее самой быстрой паровой машины. Инженеры вступили в борьбу с лошадиными силами.

Первую машину на восемь человек сконструировал Ричард Тревитик. Но машина Ричарда не заинтересовала инвесторов. Через тридцать лет Вальтер Хэнкок принял эстафету и создал первый паровой омнибус, получивший название Enterprise. Тонна воды, двухцилиндровый двигатель, скорость 32 километра в час и запас хода до 32 километров. Это даже позволило использовать Enterpriseкак коммерческий транспорт. И это уже был успех изобретателей — по улицам поехал первый автобус.

Первая машина

Первая паровая машина, которая была похожа не на тележку с кастрюлей, а на обычный автомобиль, была сконструирована братьями Абнером и Джоном Доблов. Машина Доблов имела уже многие знакомые нам узлы, но об позже.

Еще будучи студентов Абнер приступил в 1910 году к разработке паровых машин в собственной мастерской. Что удалось братьям, так это снизить объем воды. Как ты помнишь, в Enterprise использовалось тонна воды. Модель Доблов на 90 литрах имела запас хода до полутора тысяч километров. Свои машины братья-изобретатели оснастили автоматической системой зажигания. Это сегодня мы поворотом ключа высекаем искру в двигателе. Система зажигания Доблов впрыскивала керосин в карбюратор, где он воспламенялся и подавался в камеру под бойлером. Необходимое давление водяного пара создавалось за рекордные по тем временам 90 секунд. 1,5 минуты и можно трогаться. Ты скажешь долго, но паровые машины других конструкторов трогались через 10 и даже 30 минут.

Выставленный образец машины Долбов на выставке в Нью-Йорке вызвал фурор. Только в течение выставки братья собрали заказов на 5500 автомобилей. Но тут началась Первая мировая война, вызывавшая кризис и нехватку металла в стране, и о производстве пришлось на время забыть.

После войны Доблы представили на мнение публики новую усовершенствованную модель парового автомобиля. Необходимое давление в бойлере достигалось через 23 секунды, скорость 160 километров в час, а за 10 секунд автомобиль разгонялся до 120 километров в час. Единственным, наверное, недостатком автомобиля была его цена. Нереальные для тех времен 18 тысяч долларов. Величайший паромобиль в истории человечества был выпущен в количестве всего 50 экземпляров.

Быстрее пара

Опять братья-изобретатели, на это раз братья Стенли, взялись за создание болида на кипящей воде. Их гоночная машина была готова к заезду в 1906 году. На флоридском пляже машина разогналась до 205,4 километра в час. На тот момент это был абсолютный рекорд, даже для авто с бензиновым двигателем. Вот вам и кастрюля на колесах.

Братьев только остановила травма одного из них, полученная в результате аварии на пароболиде. Рекорд скорости машины братьев Стенли был непревзойденным более века.

Inspiration

Следующий рекорд скорости был установлен 26 августа 2009 года на автомобиле Inspiration. Болид, больше похожий на истребитель, приводился в движение двумя турбинами, которые вращались благодаря пару, подаваемому под давлением в 40 бар из двенадцати высокоэффективных бойлеров. Под капотом этого аппарата спрятано 360 лошадиных сил, что позволяло разгоняться до 225 километров час.

ПароРоссия

Паровые автомобили, конечно, не могли пройти мимо России. Первой работающей на угле и воде отечественной моделью в 1830 году мог бы стать «Быстрокат» Казимира Янкевича. По расчетам конструктора эта паромашина могла разгоняться до скорости 32 километров в час. Но машина так и осталась на бумаге.

Первую паромашину создал талантливый русский крестьянин Федор Блинов. В 1879 году он получил патент «на особого устройства вагон с бесконечными рельсами для перевозки грузов по шоссейным и проселочным дорогам». Позже этот вагон превратилсь в гусеничный паровой трактор, который Блинов научил еще и поворачивать из-за разницы в крутящем моменте на каждой из гусениц. Но детище изобретателя не оценили, лишь выдали небольшую премию.

Первый российские паромобили стали выпускать на московском заводу «Дукс». Те кто, коллекционирует ретро-модели знает эту изящную машину «Локомобиль».

«Автомобили совершенно не шумят, чего до сих пор нельзя сказать про бензиновые. Даже электромобили, приводимые в движение электричеством, этой силой будущего, шумят (скорее, жужжат) более, чем паромобили «Дукс». Весь его механизм настолько прост и компактен, что помещается под сиденьем и не требует для своего размещения никаких выступающих частей, как, например, нос у бензомобилей, не имеет перемены передач, электрических батарей, магнето, легко ломающихся свечей, одним словом, всего того, что бывает причиной большинства поломок и хлопот у бензиновых автомобилей», – писал в начале прошлого века журнал «Автомобиль».

Быстро развивающиеся двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине, поставили точку в развитии паромобилей. Изобретатели пытались возродить эту технологию, но их идеи не находили поддержки.

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.

15 ряд ли кто-то сомневается, что одной из главных движущих сил прогресса являются человеческая лень и стремление к комфорту. Это подтверждается бесчисленными сказками, где транспорт передвигается «по щучьему велению», а у счастливчиков имеются волшебные помощники, избавляющие хозяина от необходимости сделать хоть какое-то физическое усилие. Но поскольку в реальности «само» ничего не делается, на протяжении всей истории человечества лучшие умы корпели над изобретениями, которые помогли бы воплотить эти мечты в жизнь.

Если говорить на языке физики и техники, нужно было изобрести устройство, которое смогло бы преобразовать тот или иной вид энергии в полезную механическую работу. С древнейших времен главным и основным источником энергии была мускульная сила человека и животных, а все имеющиеся технические приспособления в лучшем случае помогали использовать ее более рационально и продуктивно. Позднее люди научились применять силу ветра и воды, текущей или падающей с высоты, заставив их работать в ветряных и водяных двигателях . Однако мощность таких двигателей была невелика, и надо было осваивать более перспективные виды энергии тепловую, химическую и электрическую.

Первое известное тепловое устройство, работавшее за счет силы пара, было построено греческим ученым Архимедом в III в. до н. э. Это была пушка, один конец которой нагревали, а затем заливали туда воду. Мгновенно нагреваясь, вода превращалась в пар, который, расширяясь, выталкивал из жерла ядро. Спустя два столетия другой греческий ученый Герон Александрийский создал и описал еще одну тепловую машину полый железный шар, способный вращаться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступал в шар, откуда выходил наружу через изогнутые сопла, при этом шар приходил во вращение.

Пароход «Мэйфлауэр» на реке Миссисипи. 1855 г.

Полтора тысячелетия «геронов шар» был всего лишь забавной игрушкой, и только в XVI в. ученые задумались о возможности практического применения тепловой энергии. Знаменитый изобретатель Леонардо да Винчи был первым, кто предположил, что пар может выполнять полезную работу. Об этом свидетельствуют рисунки в его рукописях, изображающие цилиндр и поршень. Да Винчи утверждал, что если под поршень в цилиндр поместить воду, а сам цилиндр нагреть, то образующийся водяной пар будет расширяться, что заставит его искать выход и перемещать поршень вверх. Параллельно арабский инженер Таги аль Дин разработал проект устройства, в котором пар, направляемый на закрепленные по ободу колеса лопасти, вращал вертел. В XVII в. похожую машину построил итальянский изобретатель Джованни Бранка. Приводимое в движение паром анкерное устройство поочередно поднимало и опускало пару пестов в ступах, в результате чего можно было дробить зерно. Однако в этих прообразах паровых турбин поток пара был слишком рассеянным, в результате чего происходила значительная потеря энергии.

До конца XVII в. создаваемые паровые машины были скорее единичными техническими диковинками, поскольку экономических предпосылок для их массового использования еще не было. В 1б70-х годах французский изобретатель Дени Папен и голландский физик Христиан Гюйгенс работали над машиной, в которой поршень поднимался за счет расширения газов при взрыве пороха. В 1680 г. Папен создал вариант двигателя, в котором вместо пороха использовалась вода. Ее наливали в цилиндр под поршень, а сам цилиндр разогревали снизу, при этом образующийся пар поднимал поршень. Затем цилиндр охлаждали, и находящийся в нем пар конденсировался, снова превращаясь в воду.

Паровой двигатель Д. Папена.

Поршень, как и в случае порохового двигателя, под действием своего веса и атмосферного давления опускался. Папен также считается изобретателем парового котла, поскольку именно он понял, что для автоматизации цикла пар должен подаваться в цилиндр извне (поэтому паровой двигатель считается двигателем внешнего сгорания: топливо, разогревающее воду сжигается вне рабочего цилиндра).

Первым паровым двигателем, который был не без успеха использован на производстве, стала сконструированная в 1698 г. английским военным инженером Томасом Севери «пожарная установка». Это устройство, самим изобретателем названное «друг рудокопа», представляло собой паровой насос, который использовался для вращения колес водяной мельницы и для откачки воды из шахт. Машина была не слишком эффективной из-за больших потерь тепла во время охлаждения контейнера и достаточно опасной в эксплуатации, поскольку из-за высокого давления пара трубопроводы и емкости двигателя нередко взрывались.

В 1712 г. английский кузнец Томас Ньюкомен продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором рабочее давление пара удалось значительно снизить, следовательно, двигатель стал более безопасным. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень.

Сколько лошадей?

Понятие лошадиной силы как единицы мощности паровой машины ввел Дж. Уатт. Но первым термин стал применять Т. Севери еще в 1698 г. При этом подход у них был разный. Севери оценивал мощность своего насоса, исходя из того, что для его работы в сутки потребуется 10 меняющихся по мере усталости лошадей. Уатт же учитывал только работающих на данный момент пару запряженных лошадей. В итоге получалось, что мощность почти одинаковых паровых машин Севери оценивал в 10 «лошадок», а Уатт только в две.

Откачка воды из угольной шахты при помощи паровой машины Т. Ньюкомена. Иллюстрация из The Universal Magazine. 1747 г.

К. Ф. фон Бреда. Потрет Джеймса Уатта. 1792 г.

При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался, образовывался вакуум, и под воздействием атмосферного давления поршень опускался. Этот обратный ход удалял воду из цилиндра и посредством цепи, соединенной с коромыслом, поднимал шток насоса. Именно машина Ньюкомена явилась первым паровым двигателем, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии. Она оказалась настолько удачной, что использовалась в Европе более 50 лет. Тем не менее в конструкцию вносились некоторые важные изменения. В частности, в 1718 г. англичанин Генри Бейтон изобрел распределительный механизм, который автоматически включал или отключал пар и впускал воду. Он же дополнил паровой котел предохранительным клапаном.

Проект первой в мире паровой машины, способной непосредственно приводить в действие любые рабочие механизмы, предложил в 1763 г. русский изобретатель Иван Иванович Ползунов, механик на Колывано-Воскресенских горнорудных заводах Алтая. Его машина представляла собой двухцилиндровый вакуумный агрегат с поршнями, соединенными цепью, перекинутой через шкив. Все действия в нем совершались автоматически. Вместо опытного образца заводское начальство потребовало сразу построить большую машину для мощной воздуходувки. Двигатель строили почти два года, и до запуска изобретатель не дожил. Машина успешно прошла испытания и была запущена в эксплуатацию. Уже через три месяца она не только оправдала затраты, но и дала прибыль. Однако через некоторое время котел дал течь, и по непонятным соображениям чинить машину не стали.

Примерно в это же время в Англии над созданием паровой машины работал шотландец Джеймс Уатт. Он занимался усовершенствованием двигателя Ньюкомена. Было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. Уатт предположил, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Более того, цилиндр может оставаться горячим, а конденсатор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом. В 1768 г. он получил на свое изобретение патент, но построить машину смог только в 1776 г. Она оказалась вдвое эффективнее машины Ньюкомена.

Паровая машина Ползунова.

И. И. Ползунов.

В 1782 г. появилась созданная Уаттом первая универсальная паровая машина двойного действия. Ее крышка была оснащена сальником, который обеспечивал поршню свободное движение штока и в то же время предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр с двух сторон поршня попеременно, таким образом, поршень совершал с помощью пара и рабочий, и обратный ход, чего не было в прежних машинах. Уатт получил на свою «ротативную паровую машину» патент, и она начала широко применяться для приведения в действие станков и машин сначала на прядильных и ткацких фабриках, а затем и на других промышленных предприятиях.

Паровоз «Пыхтящий Билли».

Макет паровой машины Дж. Уатта.

Помимо промышленности паровые машины прочно заняли место в сельском хозяйстве и на транспорте. Еще в 1850 г. английский изобретатель Уильям Говард использовал для пахоты локомобиль компактный передвижной паровой двигатель. В 1879 г. крестьянин Федор Блинов из Саратовской губернии построил и запатентовал первый в мире гусеничный трактор, приводимый в действие паровой машиной мощностью 20 л. с.

Первый образец автомобиля с паровым двигателем в 1769 г. испытал французский изобретатель Николя Жозе Кюньо, его творение получило известность как «малая паровая телега Кюньо». Год спустя публике представили уже «большую паровую телегу Кюньо». В 1788 г. в США было организовано пароходное сообщение по реке Делавер между городами Филадельфия и Берлингтон. Сконструированный Джоном Фитчем пароход мог принять на борт 30 пассажиров и везти их со скоростью 7-8 миль в час. А в 1804 г. Ричард Тревитик продемонстрировал первый самоходный железнодорожный локомотив на паровой тяге, построенный на металлургическом заводе Пенидаррен в Мер-тир-Тидвиле (Южный Уэльс).

Несмотря на все усилия инженеров, довольно низкий КПД паровых двигателей повысить так и не удалось, и уже к концу XIX в. с полной отдачей послужившие техническому прогрессу машины начали постепенно сдавать свои позиции. На автомобильном транспорте они уступили место двигателям внутреннего сгорания, на железной дороге и в промышленности электродвигателям. Однако в теплоэнергетике и на отдельных видах транспорта паровые машины (в особенности паровые турбины) по-прежнему используются достаточно широко.

Паровая турбина сталелитейного завода.

Собственно сам патент и его обладатель –

Пар, выходя по касательной из дюз, которые были закреплены на шаре, и заставляли его вращаться.

В 1712 году английский кузнец представил свое изобретение – «атмосферный двигатель».

В 1763 году в России была разработана первая вакуумная двухцилиндровая паровая машина.

Спроектировал ее механик И. И. Ползунов, а уже в 1764 году она была построена.

история разработки дамодарской шахты

История горного дела от древних выработок к

История горного дела от древних выработок к современным шахтам … но затем для разработки глубинных залежей стали обустраивать шахты, глубина которых достигала 120 м. … В л/боку ствола шахты Новая были пройдены спаренные стволы диаметром 7,5 метра в свету шахты Гвардейская. Над стволами сооружены 96-метровые бетонные копры башенного типа. Пусковые шахты ядерных ракет, Украина. Тщательно замаскированные подземные шахты глубиной в 10ти этажный дом, трехуровневый подземный командный пункт между ними. То, что раньше было закрыто от постороннего взгляда, и …

прочитайте больше

Гвардейская шахта Википедия

04, 2020 История горного дела на Урале прииски, шахты, штольни и карьеры. Заброшенные и действующие … 19, 2020 В период первой республики здесь находились две шахты Кивиыли на которой разработки сланца открытым способом начались в 1922 году, а подземные работы в 1931 году, и Кюттейыу, где с 1925 . .. 15, 2016 Демидовские заводы овеяны тайнами, имеют длинную историю служения интересам государства и личной выгоде. Демидовы — новаторы, промышленники, меценаты и чудаки. Статья расскажет, какое наследие оставил род, что …

прочитайте больше

Былая мощь СССР Шахты ядерных ракет

История зарождения города. Территория Свердловска и прилегающих к нему пос лков была заселена свыше 8 тысяч лет назад. Об этом свидетельствуют 3 стоянки эпохи мезолита, обнаруженные в … Шахта Центральная угледобывающее предприятие в г. Димитров (Донецкая область, Украина). Одно из старейших действующих предприятий угольной промышленности Донбасса. Первоначально … История развития горной промышленности в России первая половина ХХ века / Т. … //Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. … Кл. слова горные предприятия,проектирование …

прочитайте больше

История горного дела на

Шахта Красноармейская-Западная 1 — угледобывающее предприятие в г. Красноармейск, (пгт. Удачное) Донецкой области Украины. В 2010 году шахта переименована в ПАО (Публичное акционерное Общество) Шахтоуправление … 15, 2016 Демидовские заводы овеяны тайнами, имеют длинную историю служения интересам государства и личной выгоде. Демидовы — новаторы, промышленники, меценаты и чудаки. Статья расскажет, какое наследие оставил род, что … 13, 2017 История открытия и освоения каменноугольных месторождений. Горючий камень ископаемый каменный уголь был известен еще в древности. Его примитивная добыча велась в древнем Китае и …

прочитайте больше

Эстонский сланец история камня который горит

17, 2016 В начале сороковых в городе были открыто несколько ФЗО школ (фабрично заводского обучения) на поселках шахт 24 -26, на поселке шахты Ростовская, на поселке шахты Октябрьская … 18, 2015 История марки Руссо-Балт Статья опубликована 18.02.2015 18 34 Последняя правка произведена 18.02.2015 19 08 20, 2021 Уральский школьник получил малую Нобелевскую премию, но страна обсуждает Моргенштерна. 136. США подали страшный сигнал проамериканским силам в Сирии. 88 111. Поразительные аналогии …

прочитайте больше

Демидовские заводы описание история продукция и

25, 2016 Березовский рудник шахта Южная. Березовский рудник одно из старейший горнодобывающих предприятий Урала. Свою историю рудник ведет с 1745 года, когда Ерофей Марков открыл в окрестностях … История развития горного дела. Тема 3.1 История развития горного дела Горное дело берет свое начало еще в эпоху палеолита, когда древние люди обратили свой взор не на звезды, а себе под ноги и увидели, что земля может им … 26, 2014 История изобретения паровых машин начинает свой отсчет еще с первого столетия нашей эры. Герон описал устройство, приводимое в движение паром.

прочитайте больше

История Свердловска Персональный сайт

Фитопрепарат АЛЕКСИНИЯ растительный иммуномодулятор и БАД. Поможет укрепить организм при аутоиммунных заболеваниях, повысить иммунитет, оздоровить организм. Безопасен в От Энергия. История человечества, автор Ричард Роудс — интересная книжка. Но, несмотря на название, сфокусирована на индустриальной революции Англии. Хотя, может быть, отчасти это и верно, что технологический … История человечест … тать курс разработки рудных месторождений в 1920 г. в Ленинград … В Эстонии будет начато строительство сланцевой шахты Куре- мяэ. В Сибири намечено освоить …

прочитайте больше

Шахта Центральная Димитров

История шахты имени Челюскинцев. Шахта имени Челюскинцев расположена в Петровском районе города Донецка в 20 км от центра Донецка. Производство сдано в эксплуатацию в 1913 году. В 1976 году была … 27, 2019 История разработки ракеты Сармат После того как в самом конце 1991 года Советский Союз прекратил сво существование, его ядерный арсенал был передан в распоряжение Российской Федерации. Отчет ПАО ГМК Норильский никель за 2016 г. включает в себя результаты деятельности Группы Норильский никель. Отчетный период с 01.01.2016 по 31.12.2016

прочитайте больше

Горное дело История инженерного дела Библиотека

26, 2021 Собрались мы в Тимну достаточно давно, но не получалось — там долго шло образование Сирийско-Африканского разлома. С другой стороны приедь мы ранее, еще бы не вылезли скалы, да и минералы как-то медь, железо, марганец … История витражного искусства. Часть 2 . История витражного искусства. Часть 2. И называется витраж. Продолжение квартальной статьи. На данный момент существует деление … 12, 2007 Существующие горные выработки и инфраструктура шахты Абашевская расположены на значительном удалении от шахты Юбилейная с противоположной стороны Байдаевской брахисинклинали.

прочитайте больше

История и влияние парового двигателя | Когда был изобретен паровой двигатель? — Видео и стенограмма урока

История парового двигателя

История парового двигателя связана с историей промышленных инноваций, имевших место в Европе и Соединенных Штатах в 1700-х и 1800-х годах. Энергия пара сыграла важную роль в увеличении производства на фабриках и позволила перевозить товары быстрее и дальше с помощью новых транспортных средств, приводимых в движение паром. Со временем паровая машина будет заменена более эффективными средствами преобразования энергии, такими как двигатели внутреннего сгорания.

Когда был изобретен паровой двигатель?

Как и многие современные изобретения, инновации в области паровых технологий со временем развивались в разных странах благодаря вкладу многих изобретателей. Эксперименты во Франции и Англии в конце 17 века использовали пар в скороварках и водяных насосах для угольных шахт, и эти эксперименты выявили потенциальную мощь паровой технологии. В 1712 году, после десяти лет проведения опытов с паровыми насосами, английский изобретатель Томас Ньюкомен создал свою первую паровую машину.Двигатель Ньюкомена был частью насоса, используемого для очистки шахтных стволов от воды, и его конструкция отличалась использованием поршня. Таким образом, первые паровые машины были изобретены и использовались в Англии.

Пройдет более 50 лет, прежде чем произойдет следующий большой скачок в технологии паровых двигателей. В 1765 году шотландский изобретатель Джеймс Уатт усовершенствовал паровую машину, добавив конденсатор, в результате чего двигателю требовалось гораздо меньше топлива. Ватт продолжал улучшать свой двигатель, используя вращательное движение, а не просто движение вверх-вниз.Двигатель Уатта можно было использовать в самых разных областях, например, в фабричных машинах и хлопчатобумажных фабриках.

Следующим шагом вперед стало создание в начале 19 века паровых машин высокого давления. Американский изобретатель Оливер Эванс создал двигатели высокого давления, которые могли выполнять такие задачи, как приводные лесопилки и посев зерна. В 1803 году английский изобретатель Ричард Тревитик создал первый паровой локомотив, а два года спустя — баржу с паровым двигателем. Паровые двигатели продолжали становиться все более эффективными на протяжении 19 века, пока их в основном не заменили альтернативными технологиями.

Паровоз, основное применение парового двигателя.

Паровой двигатель и промышленная революция

Паровой двигатель сыграл важную роль во время промышленной революции , периода конца 18-го и начала 19-го веков, когда наблюдалось быстрое развитие производства и промышленных технологий. Во время этих разработок паровая машина оказалась полезной с точки зрения доступности и производительности.

Раньше промышленность полагалась на энергию воды, энергию ветра и ручной труд. Теперь введение паровых двигателей позволило механизировать множество новых задач. Паровая машина не зависела от погодных условий, в отличие от энергии ветра, и ее не нужно было размещать рядом с источником проточной воды, в отличие от гидроэнергетики. Эта доступность позволила использовать паровой двигатель чаще и в большем количестве мест, чем это позволяли предыдущие источники энергии.

Стационарная паровая мельница.Мельницы были одним из устройств, усиленных паровой машиной.

Промышленная революция также привела к значительным инновациям в сельском хозяйстве, металлургии, текстиле, химикатах и транспорте, и паровой двигатель был ключевой технологией во многих из этих инноваций. Эти преобразования в промышленных технологиях привели к нескольким изменениям в обществе, таким как концентрация фабричных рабочих мест в городах, увеличение выпуска произведенных товаров и возможность быстрой транспортировки товаров на большие расстояния.Паровые технологии, особенно паровые транспортные технологии, сыграли ключевую роль в экспансии Соединенных Штатов на запад в 19 веке.

Воздействие паровой машины

Хотя 18 и 19 века были периодом расцвета паровой техники, влияние паровой машины не ограничивалось этим периодом. Промышленные и экономические преобразования, начавшиеся с промышленной революции, заложили основу для механизированного, глобализированного и инновационного мира 20-го и 21-го веков.Со временем паровой двигатель в основном был заменен более продвинутыми изобретениями, такими как двигатель внутреннего сгорания, электроэнергия и ядерная энергия. Тем не менее, паровая энергия все еще используется в виде паровых турбин, которые до сих пор используются на угольных электростанциях.

Краткий обзор урока

Паровой двигатель представляет собой машину, которая преобразует тепловую энергию в механическую энергию с давлением пара путем сжигания топлива, такого как уголь . Первые паровые двигатели были изобретены и использовались в Англии, и их внедрение в промышленность и транспорт стало ключевым событием промышленной революции , периода в американской и европейской истории промышленных и механических инноваций.Первые паровые двигатели, такие как двигатель, изобретенный Томасом Ньюкоменом , использовались для откачки воды из угольных шахт. Более поздние двигатели, такие как двигатель Джеймса Уатта , созданный в 1765 году, повысили эффективность и удобство паровой машины. Паровые двигатели изменили промышленность, трансформировали транспорт и позволили производить товары быстрее и в больших количествах. В течение 20-го века паровые двигатели в основном были заменены новыми технологиями, такими как двигатели внутреннего сгорания и электроэнергия.Тем не менее, наследие паровой энергии очевидно в современном высокомеханизированном и технологическом мире.

История паровой машины

Паровые двигатели — это тепловые двигатели, в которых в качестве рабочего тела используется пар. Основной процесс выполняется в цикле, называемом циклом Ренкина. В цикле вода нагревается и испаряется в пар в котле под высоким давлением. Когда они расширяются с помощью поршней или турбин, совершается механическая работа. Затем пар пониженного давления конденсируется и закачивается обратно в котел.

Принудительное механическое движение с паром было сделано еще более 2000 лет назад, но они не были практичными. В 1698 году Томас Савери разработал паровой насос, использующий пар в прямом контакте с перекачиваемой водой. Паровой насос Савери, или пожарная машина, использовал конденсирующийся пар для создания вакуума и подачи воды в камеру, а затем подавал пар под давлением для дальнейшего нагнетания. Однако этот насос мог закачивать жидкость только в пределах 25 футов, что означает, что его нельзя было использовать в глубоких шахтах.

В 1699 году Томас Ньюкомен разработал атмосферный паровой двигатель с использованием поршня для коммерческого использования на оловянном руднике.Ньюкомен использовал базовую модель пожарной машины Савери и заменил конденсатор пара на поршневой цилиндр, соединенный с механическим подъемным насосом. Когда вакуум образуется в цилиндре за счет впрыска холодной воды, поршень опускается, и это заставляет насос с другой стороны подниматься.

Эта машина была мощнее пожарной машины, так как могла тянуть воду с глубины 150 футов (около 5 лошадиных сил). Двигатель Ньюкомена использовался без особых изменений около 75 лет и распространился по Европе. Этот двигатель был сложным, но не очень эффективным. Это произошло потому, что большая часть тепла теряется, когда холодный пар охлаждает стенку цилиндра. Поэтому новая конструкция паровой машины была разработана Джеймсом Уаттом в 1776 году.

В 1763 году Джеймс Уатт обнаружил, что двигатель Ньюкомена действительно неэффективен, и предложил использовать отдельную конденсационную камеру или конденсатор. Это разделение вызывало потерю тепла из цилиндра, и цилиндр все время оставался горячим.

В двигателе Уатта, когда поршень достигает верхней части цилиндра, паровой клапан закрывается и открывается проход в конденсатор.Затем пар в цилиндре конденсируется в конденсаторе, образуется вакуум и поршень движется. Теплый конденсат отбирался из конденсатора и перекачивался в горячий колодец, что способствует удалению пара из цилиндра. Этот двигатель был более мощным и экономичным (10 лошадиных сил), чем двигатель Ньюкомена.

Позже Уатт усовершенствовал двигатель, окружив цилиндр рубашкой, благодаря которой входящий пар проходил через рубашку, в результате чего цилиндр оставался теплым.

После двигателя Уатта в 1801 году Ричард Тревитик и Оливер Эванс разработали двигатели высокого давления. Затем были разработаны горизонтальные стационарные двигатели, морские двигатели, локомотивы и турбины.

На мой взгляд, паровые машины были главной движущей силой промышленной революции. Паровые двигатели были разработаны, а затем усовершенствованы, чтобы стать более эффективными и мощными. Более усовершенствованный паровой двигатель Ньюкомена и Ватта сделал возможным существование машин, фабрик и массивных транспортных средств и внес существенные изменения в историю человека (а также науку).Также паровая машина оказала положительное влияние на сельское хозяйство, резко увеличила производство продуктов питания. Их использование в сельском хозяйстве привело к увеличению земель, пригодных для возделывания. Это делает паровой двигатель одним из самых важных изобретений в истории человечества.

Ссылки

science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/steam. htm

en.m.wikipedia.org/wiki/Watt_steam_engine

http://www.egr.msu.edu/~lira/supp/steam/wattengine.htm

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

История паровой машины

Тур по машинному отделению

Краткая история паровых двигателей и их работы — К. Шпицнер — на этом сайте — прокрутите вниз или нажмите здесь

Ссылка для получения дополнительной информации. о паровых машинах старого образца: MaritimeTexas.net

Нажмите здесь, чтобы увидеть идентифицированные части парохода.

Нажмите здесь, чтобы начать тур

Видео на борту Delta Queen, рабочей лодки с паровым двигателем.

PADDLEWHEL WETTRACT I II
PADDLEWHEEL TRAINC II
PADDLEWHEL WETTRACT II
Дождь на реке и Paddlewheel

Внутри двигателя

Выпуская пар в блокировке

Растущий в замке
Delta Queen холостые в замке

Пит Бейкер прислал это видео и сказал: «Вот ссылка на Youtube для прототипа двигателя, над которым работают последователи Фултона. Дэвид проделал замечательную работу по созданию того, что вы видите.Окончательная версия будет передана в дар Историческому комплексу Клермонта в Джермантауне, штат Нью-Йорк, для использования в его Центре посетителей в качестве демонстрации». Нажмите здесь, чтобы перейти на Youtube.

Краткое изложение истории парового двигателя
Майкл Гленн

Многие люди участвовали в экспериментах с паровыми судами, среди них Сэмюэл Мори. У многих из этих людей есть свои сторонники, и им нравится рекламировать их как истинных изобретателей пароходов, несмотря на многие региональные предрассудки.

Большинство людей в США узнали, что Роберт Фултон изобрел пароход.

дата была 7 августа 1807 года. Представьте себе, как это должно было быть: шумно скрипели и плескались гребные колеса, грубая паровая машина сотрясала палубу, из трубы вырывался черный копоть, а кругом летели искры, люди на борту возбужденно стрекотали, судно медленно двигалось вверх по реке Гудзон против течения и без паруса. Пароход Фултона прошел из Нью-Йорка в Олбани, пройдя 150 миль за 32 часа со средней скоростью около 5 миль в час.

Ее звали КЛЕРМОНТ. Ее первое историческое путешествие было в 1807 году, когда Фултон рекламировал свою лодку публике как ПАРОход ПО СЕВЕРНОЙ РЕКЕ. 4 сентября 1807 года судно совершило свой первый рейс с коммерческими пассажирами вверх по СЕВЕРНОЙ РЕКЕ.

Весной 1808 года после короткого сезона плавания Фултонский пароход NORTH RIVER STEAMBOAT был полностью перестроен. Недостатки конструкции были устранены, и он снова был спущен на воду для всех практических целей, в новом, более прочном и большем судне.

К лету 1808 года лодка имела такой успех, что не могла вместить всех желающих пройти на ней. К марту 1809 года NORTH RIVER получила чистую прибыль в размере 16 000 долларов. 3 декабря 1787 года паровой водомет Джеймса Рамси успешно курсировал около двух часов по реке Потомак со средней скоростью около 3 миль в час. До этого, в 1776 году, француз маркиз де Жуффруа д’Адданс управлял пароходом по реке Сона в Лионе (Франция) — двигался своим ходом 15 минут, прежде чем его дно не выдержало.

В 1789 году маленькое паровое судно англичанина Уильяма Симингтона с боковым колесом на короткое время проплыло по каналу Форт-энд-Клайд со скоростью 5-7 миль в час. В 1792 году паровой гребец американца Элайджи Ормсби ненадолго выбежал из Виндзорской бухты в заливе Наррагсетт, разогнавшись до 3 миль в час.

Американец Сэмюэл Мори построил и управлял судном с кормовым приводом, курсировавшим из Хартфорда в Нью-Йорк со скоростью около 5 миль в час в 1793 году. Вернувшись в Англию, Уильям Симингтон управлял своим паровым буксиром с боковым колесом CHAROTTE DUNDAS на Форт и Клайд при буксировке двух барж по 70 тонн каждая.В марте 1803 года его судно прошло 19 1/2 миль за 6 часов без происшествий.

Год спустя американец Роберт Л. Стивенс провёл паровое судно с винтовым двигателем из Нью-Йорка в Хобокен. Правда в том, что ни одна из отдельных деталей изобретения Фултона не принадлежала ему — все они были заимствованы у других.

До Фултона было много изобретателей пароходов, которые действительно построили первый действующий пароход. были — Жоффруа в 1776 г. — Рамси в 1787 г. — Фитч в 1787 и 1790 гг. — Симингтон в 1789 и 1803 гг. — Ормсби в 1792 г. — Мори в 1793 г. и Стивенс в 1804 г.

Хотя эти корабли действительно работали, все они были «экспериментами». Даже чрезвычайно эффективная компания Fitch, проехавшая несколько тысяч миль по регулярному графику, потерпела неудачу менее чем через год эксплуатации — коммерческий провал. После достижения Fitch развитие пароходов практически остановилось более чем на 15 лет.

Англичане утверждали, что истинным изобретателем парохода был Уильям Саймингтон. После отказа от успешных экспериментов в 1789 году он получил финансовую поддержку от лорда Томаса Дандаса из Керса, чтобы построить паровой буксир для использования на его канале.В марте 1803 года катер с боковым колесом CHARLOTTE DUNDAS успешно представил паровую навигацию в Англии и во всем мире. Наверное, можно было бы, но не получилось, на этом усилия мистера Симингтона практически закончились.

Фултон внимательно изучил всех, кто ему предшествовал, объединил все их успехи и сделал пароход, который не только работал, но и имел коммерческий успех. Ни одна часть его ПАРОходА ПО СЕВЕРНОЙ РЕКЕ не была его собственным изобретением, хотя он запатентовал усовершенствования большей части оборудования.Это был, без сомнения, первый полезный пароход. Его сосуд был продуктом накопленных знаний, а не изолированным явлением, как те, что ему предшествовали.

он взял лучшее от каждого из других, комбинируя и улучшая все части, пока результатом этого синергизма не стал успех. Время было правильным. Прием был под рукой. Лодка работала. Люди могли ездить на нем и делали это. Нита окупилась — больше не эксперимент или демонстрация. После того, как СЕВЕРНЫЙ РЕЧНЫЙ ПАРОход начал курсировать, пароходы начали распространяться.

Успех размножения Успех — высший завет. Те, кто предстал перед Фултоном, какими бы выдающимися и достойными они ни были, были всего лишь мучениками, потому что время еще не было готово. По этим причинам Фултон заслуживает похвалы как изобретатель первого успешного парохода. Нет, он не был первым, кто заставил лодку двигаться под действием пара. Тем не менее, только после его первого успешного путешествия в 1807 году мы увидели плод его гения — его способность улучшать свои проекты и продолжать строить эффективные пароходы.

Принципы его успеха были настолько ясны и хорошо изложены, что другие смогли последовать его примеру и повторить его усилия. Пароходы тогда распространились повсюду. Он перестал быть философским экспериментом и превратился в практичный и надежный способ передвижения.

Фултон оказался нужным человеком в нужное время в нужное время. Фултон был истинным изобретателем парохода.

Примечание редактора: не все согласны с тем, что Фултон был истинным изобретателем парохода.Для получения дополнительной информации о других первых изобретателях парохода см.: Кто построил первый пароход? (на этом сайте).

На этом рисунке показано расположение котлов внутри парохода.

Краткая история паровых двигателей
К. Спитцнер, Джорджия

Бойлер с плоским цилиндром

Первый настоящий прорыв в конструкции котлов произошел с изобретением котла с простым цилиндром. Это был простой дизайн и легко построить.

Как следует из названия, простой цилиндрический котел представляет собой длинный металлический цилиндр с коническими (круглыми) концами, установленный горизонтально в кирпичной кладке. Некоторые из этих котлов были 40 футов в длину. Цилиндр был наполовину заполнен водой, и в печи с одного конца загорелся огонь.

Огонь и горячие газы сначала направляются из топки по дну цилиндра к противоположному концу котла. Этот канал называется «дымоход» и с трех сторон обложен кирпичом. Другая сторона дымохода – это металлическая стенка котла.Огонь и горячие газы касаются голого металла и нагревают воду внутри котла.

Когда горячие газы доходят до конца первого дымохода, они направляются обратно вдоль одной стороны цилиндра к передней части котла. Оттуда они снова направляются обратно по другой стороне цилиндра в дымоход. Это даст котлу длиной 40 футов 120 футов поверхности нагрева.

Скорость сжигания топлива регулировалась заслонкой возле дымохода. Поднятие или опускание заслонки контролировало тягу или количество воздуха, всасываемого в печь.Больше воздуха заставляло топливо гореть быстрее и горячее, производя больше пара. Меньше воздуха экономило топливо и производило меньше пара.

Хотя эта конструкция котла была гораздо более эффективной, чем предыдущие котлы, и использовалась более ста лет, у нее было два серьезных недостатка. Первой была грязь. Вода, особенно вода реки Миссисипи, содержала грязь, и эта грязь оставалась в котле после испарения воды. Через некоторое время эта грязь собиралась на дне цилиндра и действовала как изолятор, препятствуя попаданию тепла в воду.Это означает, что для получения такого же количества пара необходимо сжечь больше топлива. Это также означало, что котел приходилось очень часто чистить.

Второй изъян был опаснее. Когда горячие газы двигались по дымоходу длиной 120 футов, они несколько охлаждались. Немного, но достаточно, чтобы металл цилиндра нагревался до разных температур с каждой из трех сторон. Этот неравномерный нагрев металла вызывал большое напряжение внутри металла, что часто приводило к взрыву цилиндра.

Корнуоллский котел

Уильям Уичерли сказал: «Необходимость, мать изобретения». Изобретение работающего парового котла и двигателя сделало возможным массовый транспорт. Как бы опасно это ни было.

Экономика и необходимость доставить груз в пункт назначения в целости и сохранности стали движущей силой новых конструкций котлов. Пассажирам также понравилось прибывать целыми и невредимыми. Разработка Cornish Boiler стала шагом в этом направлении.

До этого времени проектировщики всегда размещали печь под водяным цилиндром.Попытки использовать тепло, идущее вверх по дымоходу, ограничивались простым обдувом котла горячими газами несколько раз. Какому-то гению пришла в голову мысль поместить огонь туда, где он принесет наибольшую пользу, — с водой. На самом деле не «В» воде, а буквально внутри цилиндра, содержащего воду.

Корнуоллский котел претерпел несколько изменений в дизайне. Во-первых, как я уже сказал, печь была помещена внутри металлической трубы диаметром три (3) фута и более (из стороны в сторону).И эту трубку поместили внутрь котла. Наличие всего этого горячего металла в воде значительно увеличило количество тепла, передаваемого воде.

Как и в обычном цилиндрическом котле, огонь и горячие газы по-прежнему направлялись через три дымохода, которые проходят по обеим сторонам и под цилиндром. Но в отличие от простого цилиндрического котла порядок движения газов был изменен. Выйдя из дымохода №1 (металлическая труба, проходящая через воду), горячие газы разделялись на заднем конце и двигались вперед по дымоходу №2, который проходит одновременно по обеим сторонам цилиндра.

В передней части котла горячие газы направлялись вниз в дымоход №3 и проходили в корму под котлом к дымовой трубе. Это помогло уменьшить количество шлама, скапливающегося на дне котла, и еще больше повысило эффективность котлов.

Плоские концы цилиндра являются еще одним очевидным изменением конструкции, необходимым для внутренней топки. Что не так очевидно на иллюстрации, так это размер котла. В отличие от простого цилиндрического котла, корнуоллский бойлер немного больше.Он вмещает меньше воды, чем простой цилиндрический котел, но передает тепло этой воде с гораздо большей скоростью, производя больше пара при более высоком давлении за более короткое время. Эффективность использования топлива была так же важна в 1800-х годах, как и сегодня.

Все эти усовершенствования обошлись дорого, так как конструкторы не учли влияние теплового расширения металлического дымохода. Внутренняя труба с ее топкой и лютым жаром постоянно меняла длину. При нагревании металлическая трубка расширялась на несколько дюймов, в результате чего концы котла выпирали наружу.

По мере того, как топка израсходовала топливо в топке, температура немного падала. Небольшое падение температуры, но достаточное, чтобы металлическая трубка сжалась. После того, как было добавлено больше топлива, труба снова нагрелась и вызвала еще одну выпуклость на концах котла. Это постоянное движение вперед и назад создавало большую нагрузку на оба конца котла. Результатом всего этого повторяющегося стресса стало нечто, называемое «коллапсом дымохода». Это просто еще один тип взрыва котла.Результаты такие же.

Если вы будете крутить проволочную вешалку туда-сюда много раз, вы увидите, что происходит с металлом, без большого взрыва.

Взрывы котлов были обычным явлением. Способ, распространенный в те первые дни пароходов. Но в конструкции котлов был достигнут прогресс как в эффективности, так и в безопасности.

Ланкаширский котел

Потребность в меньших по размеру, более мощных, не говоря уже о более безопасных паровых котлах, наконец, привела к созданию Ланкаширского котла.В основном такой же, как у корнуоллского котла с внутренней конструкцией топки. Но значительно улучшилась как эффективность, так и безопасность.

Первый прогресс был в количестве печей. Каждый котел имел две совершенно отдельные топки, расположенные рядом. И у каждой печи была отдельная система дымохода. Поначалу это может показаться глупым, но идея одновременного включения двух отдельных огней просто выдающаяся.

Все, что горит, особенно древесина и уголь, содержит некоторое количество воды, и эта вода должна испаряться, прежде чем топливо начнет эффективно гореть.За время, необходимое для нагревания топлива, топка несколько остывает, что, в свою очередь, уменьшает количество воздуха, всасываемого в топку. Чем меньше втягивается воздуха, тем меньше тепла выделяется в печи. И, как я сказал в статье о корнуоллском котле, это небольшое охлаждение позволило металлическому дымоходу сжаться, создав большую нагрузку на концы котла. Это также замедлило нагрев воды внутри котла, уменьшив количество доступного пара.

В ланкаширском котле каждая печь топится в разное время.Это означает, что одна печь всегда производит максимальное количество тепла, и это тепло создает мощную тягу в обеих печах, ускоряя процесс розжига. Что-то вроде дуновения костра. Он очень быстро нагревает вещи.

Это также означает, что в систему всасывается больше воздуха, что позволяет сжигать (сжигать) дым, создаваемый печью «низкого» горения. Это сгорание происходит в дымоходе №2, тем самым увеличивая количество нагрева стенок цилиндра.

Наличие одной печи, всегда работающей на полную мощность, также обеспечивало более равномерное натяжение торцевых пластин, так как один дымоход всегда был полностью расширен.

Как и котлы, которые мы уже видели, Ланкаширский котел имеет три дымохода. Во-первых, это металлическая трубка, которая проходит через воду в котле. Оттуда горячие газы двигались вниз под котлом по дымоходу №2, а затем снова вдоль борта котла по дымоходу №3 в дымовую трубу.

Но котел Lancashire разработан с двумя отдельными системами дымохода. Газы из правой топки остаются на правой стороне котла, а горячие газы из левой топки остаются на левой стороне.Они не объединяются, пока не достигнут основания соединения дымохода. Эта система обеспечивала очень мощную, равномерную и постоянную тягу в обеих печах.

Еще одним важным улучшением теплопередачи и эффективности использования топлива стало добавление «трубок Галлоуэя». Полые металлические трубы, пересекающие (соединяющие обе стороны) главный дымоход №1. Вода в котле текла по этим трубам, которые нагреваются самым горячим огнем и газами, которые проходят вокруг них.

Количество и расположение этих трубок зависит от производителя.Те, что показаны, являются типичными и используются, чтобы дать вам представление о том, как они работают.

Трубы Галлоуэя также служили «усилителями жесткости», значительно укрепляя главный дымоход (дымоход №1) от обрушения. Как я сказал выше, использование трубок Галлоуэя увеличило передачу тепла воде и, конечно же, произвело больше пара и сделало его более быстрым и при более высоких давлениях. Обычное рабочее давление пара составляло 175 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм). Это более высокое давление пара позволило использовать более эффективные двигатели меньшего размера и большую скорость. И это, конечно же, привело к гонкам на пароходах, а это совсем другая история.

Повышенная эффективность котлов ланкаширского типа также позволила уменьшить их размеры. Обычно всего семь футов в диаметре (из стороны в сторону) и двадцать семь футов в длину. Большая экономия места и веса.

Еще одним преимуществом ланкаширского котла было большое количество внутренних распорок, предназначенных для предотвращения разрыва цилиндра. Как видно на иллюстрации, помимо труб Галлоуэя, пересекающих главный дымоход, несколько металлических стержней проходили через цилиндр и были закреплены болтами на каждом конце.Более того, конструкторы разместили несколько «косынок» (треугольных металлических раскосов) на обоих концах котла. Они, стержни и косынки, предохраняли концы от вздутия и значительно увеличивали общую прочность котла.

Тем не менее, даже самый лучший котел не может выдержать огромное давление, возникающее, когда уровень воды внутри котла становится слишком низким. Если уровень воды упадет ниже верхней части внутренних дымоходов, сильный жар печи быстро прожжет металл. А это привело бы к очень неприятному состоянию, известному как взрыв котла. Мощный паровой взрыв, который мог и часто уничтожал весь пароход и тех, кто на нем находился.

Чтобы избежать такого рода несчастных случаев, кто-то изобрел автоматический «предохранительный клапан от низкого уровня воды», показанный на рисунке. Достаточно простое устройство, которое сбрасывало избыточное давление пара через трубу, когда уровень воды опускался до минимума. Шум, который издавал этот клапан при открытии, также очень, очень быстро привлекал внимание инженера.

Предохранительный клапан низкого уровня воды приводился в действие поплавком, который перемещался вверх и вниз в зависимости от уровня воды в котле. Когда уровень воды опускался ниже заданного уровня, клапан постепенно открывался и сбрасывал давление пара. Чем ниже опускался уровень воды, тем сильнее открывался клапан.

Но и это устройство не выдержало бы всего давления, которое возникло бы при сильной потере воды в котле. На рисунке спереди котла виден второй предохранительный клапан.Эти клапаны работали только от давления пара.

Каждый котел был оборудован по крайней мере одним из этих предохранительных клапанов, а чаще всего несколькими из них в зависимости от того, насколько велика площадь топки.

Когда давление в котле превышало заданную величину, эти клапаны внезапно «хлопали» настежь и оставались широко открытыми до тех пор, пока их не обнулили или не заменили. Что-то вроде рутинной работы, требующей, чтобы котел был выключен и достаточно охлажден, чтобы человек мог работать на нем.

Подробная информация об обоих типах предохранительных клапанов появится на этом веб-сайте, когда я закончу их иллюстрацию.Вы также можете подумать о том, как инженеры заливали воду в работающий паровой котел?

Вертикальные жаротрубные котлы

До сих пор в этой краткой истории парового котла мы рассмотрели, как развивался горизонтальный котел. Но здесь я должен отойти в сторону и кое-что пояснить по поводу работы вертикальных (вертикальных) котлов. Если я этого не сделаю, вы можете не понять, как работает следующий котел.

Термин «Дымогарка» точно описывает основу этого котла.Резервуар для воды или котел представляет собой вертикальный резервуар, а не горизонтальный цилиндр, как в других уже описанных котлах. Как и в котлах Корниш и Ланкашир, топка находится внутри водяного бака. На дне резервуара, где он окружен водой со всех сторон, кроме дна. Но обратите внимание, есть несколько латунных труб, которые проходят через котел к дымоходу. В зависимости от конкретного производителя, таких трубок может быть до 100 штук.

Эти трубы позволяют продуктам сгорания (пламя, горячие газы и дым) проходить непосредственно через котел, обеспечивая очень высокую скорость передачи тепла воде.Другими словами, огонь проходил по трубам, отсюда и название «огнетрубный котел».

Но чрезвычайно горячие газы проходят через котел только один раз, поэтому эта конструкция не так эффективна, как те, которые направляют тепло туда и обратно. Много тепла было потрачено впустую, уходя прямо в дымоход.

Большое значение имели их компактность (небольшие размеры) и скорость, с которой они развивали рабочее давление пара. В 1800-х годах их можно было найти повсюду. Относительно низкое давление, создаваемое этим типом котла, сделало его идеальным для многих работ.От отопления дома до питания небольших пароходов. У этой конструкции были и другие применения, которые вы, возможно, видели на старых фотографиях.

Вертикальные котлы были довольно распространены и обычно находились на небольших повозках, запряженных лошадьми, у костров. Вы можете узнать на картинке ниже одно из наиболее распространенных применений вертикального котла «Fire Tube».

The Scotch Boiler

Инженеры и проектировщики паровых котлов давно поняли взаимосвязь между количеством тепла, выделяемого в печи, и способностью воды поглощать это тепло.В принципе, чем больше поверхность воды подвергается воздействию тепла, тем больше тепла передается воде.

Подобно котлам Cornish и Lancashire, Scotch Boiler использует внутренние топки с первичным дымоходом, пересекающим нижнюю часть водяного цилиндра. Однако, в отличие от ланкаширского котла, в шотландском котле не используются трубы Галлоуэя для увеличения теплопередачи или усиления дымохода. Вместо этого конструкторы решили изготовить резервуар для воды из гофрированных листов. Торцевые пластины усилены тяжелыми «сквозными болтами».Эта комбинация сквозных болтов и гофрированных пластин обеспечила чрезвычайно прочный котел.

Как и вертикальный котел на предыдущей иллюстрации, шотландский котел представляет собой «огнетрубную» конструкцию. В этом случае несколько относительно небольших (диаметром 3 1/2 дюйма) металлических труб проходят горизонтально через водяной цилиндр и действуют как дымоходы. Котел диаметром 10 футов и длиной 20 футов обычно содержит 137 отдельных горизонтальных труб. Эти «огневые трубы» располагались над печами, но ниже поверхности воды.

Как и на предыдущих рисунках, огонь и горячие газы проходят из топки через основные дымоходы, окруженные водой. В задней части котла горячие газы поступали в камеру, или «сухую заднюю часть», которая позволяла нагревать концевую плиту, а также направляла газы в жаровые трубы. Оттуда горячие газы продвигались по многочисленным трубам к дымоходу.

Scotch Boiler был достаточно универсален. Были построены конструкции, обеспечивающие мощность от 6 до 300 л.с. (котельная мощность).Самые большие были 10 футов в диаметре, 20 футов в длину и содержали четыре печи. На иллюстрации ниже показан котел шотландского типа с двумя топками.

Один автор говорит о Scotch Boiler: «Их возможность быстрого приготовления пара и компактность делают их особенно пригодными для морского и промышленного использования…» Однако даже эта конструкция содержала некоторые довольно большие недостатки.

Циркуляция воды в котле была плохой, из-за чего более холодная вода осела на дне котла и осталась там.Эта нециркулирующая вода действовала как изолятор, снижая эффективность котла. Это также позволило грязи и накипи отложиться снаружи основных дымоходов.

Это накопление приводило к все более усиливающемуся изоляционному эффекту, который снижал передачу тепла воде. Но это также означало, что металлические трубы недостаточно охлаждались водой. В конце концов эффект изоляции позволит металлу нагреться до точки, где он «пластифицируется» (теряет свою прочность) и начинает изгибаться.

Инженеры должны были постоянно следить за состоянием своих котлов, чтобы не допустить обрушения дымохода или взрыва котла. Большинство сделали, многие нет, и результаты можно найти в книгах по истории.

Чтобы решить проблему плохой циркуляции воды, проектировщики добавили над котлом достаточно большой «пароводяной барабан». Модифицированный агрегат стал известен как Brady Scotch Boiler.

Еще одним недостатком конструкции Scotch по сравнению с западными пароходами является их размер.Но имейте в виду, что термин «морской» в том виде, в каком он употреблялся тогда и сейчас, относится не к пароходам, а к пароходам. Глубоководные, океанские суда, на которых достаточно места для таких вещей, как котлы. Тем не менее, некоторые западные пароходы использовали эту конструкцию. И выжил, чтобы рассказать об этом.

Автономная конструкция котла Scotch позволила значительно сократить количество кирпичей, используемых для поддержки и дымоходов. Меньше кирпичей, меньше вес и, следовательно, меньше осадка лодки. Или, если посмотреть на это с другой стороны, чем больше груза мог перевезти пароход, тем больше прибыли его владельцы.

Поддержание уровня воды

После того, как топка была зажжена, а паровой котел доведен до рабочего давления, задача инженеров состояла в том, чтобы поддерживать его в таком состоянии. Очевидно, это означало добавление топлива в печь для поддержания горячего огня и замену воды в котле, который использовался для питания двигателей.

Но откуда инженеры знали, когда добавлять воду и сколько? Если уровень воды упадет ниже безопасного уровня, это приведет к катастрофе, а добавление большого количества воды резко снизит эффективность котла. Это был щекотливый вопрос, и первоначально он был решен с типичной изобретательностью речного судна.

Как показано на рис. 1, каждый инженер просто слушал звуки, издаваемые кипящей водой. Прислушавшись, он услышал глухой металлический грохот, доносящийся из глубины котла. Что-то похожее на шум, который издает кастрюля с кипящей водой на плите. Чем выше тон или шум, тем ниже уровень воды. Это его решение, и только его, определяло, когда и в каком количестве следует добавлять воду.

Это был чрезвычайно грубый метод, сопряженный с трудностями. Сначала учтите, что каждый котел издавал немного разные звуки. Также проблему усугубляло количество грязи, которая накапливалась внутри каждого котла. Чем больше грязи, тем меньше звука передавалось наружу. А как быть с инженером, у которого насморк или болит ухо? Был ли нарушен его слух? Нужен был лучший метод, и нужен был быстро.

Решение, как показано на рис.2, было довольно просто. Конструкторы просто добавили три «обратных крана» (маленьких клапана) в задней части котла. Почему в задней части котла? Потому что все доступное пространство в передней части было занято печами и дымоходами. На фронте также очень активно работали мужчины, постоянно топившие печи и удалявшие золу из ящиков для золы.

Три крана были размещены один над другим на расстоянии нескольких дюймов друг от друга. Точное расстояние между кранами было определено проектировщиками, которые точно знали, где находятся индивидуальные уровни воды для каждого котла.И каждая конструкция котла в этом отношении отличалась от всех остальных.

Чтобы узнать, сколько воды в котле, инженеру достаточно было осторожно открыть кран и посмотреть, что выльется. Тем не менее, как и в случае с чем-то таким простым, как открытие небольшого клапана, существовал особый метод выполнения задачи.

Первым всегда открывался нижний кран, и инженер ожидал увидеть из него небольшую струю воды. Если он обнаруживал, что из крана идет пар, а не вода, он сразу понимал, что в его котле опасно мало воды. Если пошла вода, очень горячая вода, он знал, что из-за маловодья ему ничего не угрожает.

После закрытия первого, самого нижнего контрольного крана инженер приступил к вскрытию среднего крана. Он знал, что здесь он может найти либо воду, либо пар, либо их комбинацию. В пределах этого клапана находился нормальный рабочий уровень воды. Опять же, если из открытого крана шла вода, все было в порядке. Если вышел пар, пришло время добавить воды. Если вырвалась смесь воды и пара, то инженер должен был предпринять какие-либо действия или нет.И если бы текла только вода, инженер знал, что у него достаточно воды для безопасной работы котла.

Добавление питательной воды в большинстве случаев было достаточно просто, но требовало постоянного контроля. После кратковременного добавления воды в котел инженер снова открывал средний кран, чтобы определить, достаточно ли он добавил воды. Опять же, если выходил пар, он продолжал добавлять воду. Он продолжал этот процесс до тех пор, пока из среднего крана не появлялась вода.

Открытие верхнего запорного крана всегда, имейте в виду, всегда должно приводить к обнаружению пара.Если вода текла из этого контрольного крана, он знал, что в котле было слишком много воды и он не работал с максимальной эффективностью. Эту ситуацию можно исправить, открыв сливной кран и выпустив немного воды из котла.

А причина открытия трех кранов в правильном порядке? Простой. Нижний кран мгновенно уведомлял о чрезвычайно опасном маловодье. Ах, и это также вылило бы его содержимое на палубу ниже. Второй клапан сливал свое содержимое, горячую воду или острый пар на кран под ним.Излишне говорить, что держаться за эту ручку после 300-градусного пара будет довольно неудобно. Получить картину?

Теперь, хотя этот метод определения уровня воды был намного лучше, чем доверять безопасность лодки чьему-то слуху, это все еще оставалось делом догадок. Истинный уровень воды всегда был где-то между тремя запорными кранами, но где именно, оставалось только гадать. И сколько времени ждать между проверкой разных петухов, было чистой догадкой. Но это действительно делало жизнь интересной, если не чем-то вроде азартной игры. Должен быть лучший способ!

Вскоре после этого парни с карандашами разработали этот лучший метод. Простая прозрачная стеклянная трубка была установлена между двумя запорными клапанами, которые соединялись трубами с задней частью котла. Когда оба клапана открывались, трубка заполнялась водой и паром. Поверхность воды в трубе была бы точно на том же уровне, что и вода в котле.Больше никаких догадок, просто посмотрите на визир и сразу узнайте, сколько воды она держала.

Конечно, закон Мерфи гласит, что если что-то может пойти не так, то оно обязательно произойдет, а в случае со смотровыми приборами так часто и бывает. Некоторые инженеры оставляли клапаны постоянно открытыми. Другие держали их закрытыми, пока он не хотел проверить уровень воды. И должен ли один инженер забыть, что вентили были закрыты? Что ж, в таком случае каждый раз, когда он смотрел на манометр, он показывал или показывал одно и то же количество воды, даже несмотря на то, что котел постоянно терял воду.

Другой проблемой, связанной с этим методом, особенно на реке Миссисипи, была грязь, содержащаяся в воде. За короткое время внутри стеклянная трубка настолько заросла густым слоем грязи Миссисипи, что инженеры, как ни старались, не могли увидеть столб воды. Излишне говорить, что кто-то всегда был занят чисткой отдельных смотровых окошек.

Итак, теперь мы знаем, как инженеры прошлого знали, когда им нужно добавить питательную воду. Но бьюсь об заклад, вы до сих пор не знаете, как им удалось получить воду внутри котла.Это на следующей странице.

Уход и питание парового котла — Часть 1

Парогенераторы, также известные как бойлеры, — существа голодные, тем более в первые годы 1800-х годов. После запуска они потребляют тонны топлива и тысячи галлонов пресной воды каждый час. Каждый ход паровой машины выбрасывал воду и тепло из котла в атмосферу. Точно так же котлам требуется больше воды и больше тепла для поддержания достаточного давления пара.

В зависимости от размера судна пароходы могли использовать любой из нескольких способов добавления пресной воды в свои котлы. С точки зрения инженеров было легко приказать пожарным (тот, кто разжигает огонь в котле, и НЕ путать с пожарным) использовать маленькую руку или «насос». Это был небольшой ручной насос с ручным управлением, для работы которого требовалось два человека. Они вставляли длинные шесты в головку насоса и толкали вверх и вниз поршни, которые вытягивали воду из-под лодки и впрыскивали ее в котел.

Если учесть, что каждый котел вмещал несколько тысяч галлонов воды и что на большинстве пароходов было более одного котла, это быстро превратилось в очень медленную и трудоемкую работу. Учтите также, что работающие паровые котлы развивали давление от 60 до 300 фунтов на квадратный дюйм. Отсюда и название Force Pump, означающее, что вы буквально должны были нагнетать воду в котел, преодолевая созданное противодавление.

На более крупных судах использовался небольшой вертикальный котел с вертикальными жаротрубными трубами (иногда называемый котел-осел), подобный показанному на предыдущей странице. Один пожарный мог легко управлять этим устройством и через ряд труб и клапанов направлять его пар к большому насосу основной питательной воды (или доктора).

После запуска насос Доктора быстро заполнял все котлы на лодке. По мере того, как каждый котел заполнялся водой, другие пожарные начинали зажигать топки и занимались доведением котлов до рабочего давления. После того, как все котлы будут заполнены водой, пар из котла «Осел» будет перенаправлен из насоса «Доктор» в основные котлы, чтобы ускорить их ввод в эксплуатацию.Когда главные котлы набирали достаточное давление пара, огонь котлов Осла вытягивался (буквально вытягивая раскаленные угли из топки и гася их) и агрегат полностью останавливался. Затем пар для работы насоса «Доктор» подавался главными котлами.

Доктор или основной насос питательной воды был большим объемом воды под высоким давлением для котлов. Он состоял из небольшой паровой машины и водяного насоса с одним или двумя поршнями. Каждый ход поршня (поршней) вытягивал воду из-под лодки и направлял ее по трубам в котел всякий раз, когда инженеры открывали клапаны питательной воды. Таким образом инженеры могли одновременно поддерживать нужный уровень воды в каждом из котлов.

Вы можете себе представить, какие проблемы вызвала эта система, когда лодка попала в маловодье, и насос вместо воды всосал со дна реки тонны грязи и закачал ее в котлы. Много раз пароходы должны были останавливаться и швартоваться на день, пока инженеры и кочегары лихорадочно работали, чтобы очистить насос, трубы и котлы от грязи.

Какими бы полезными ни были насосы «Доктор», они также были сложными машинами с множеством движущихся частей, подверженных поломкам.К счастью, поршневые насосы, единственная конструкция насоса, известная в те ранние годы, не были единственным средством подачи питательной воды в котел.

Если бы простота и легкость в эксплуатации чего-то стоили, Инжектор был бы бесценен. Простое паровое устройство, которое всасывает воду из реки и буквально впрыскивает ее в работающий котел. Поскольку инжекторы имеют только одну движущуюся часть (шток управления), вероятность механической поломки у них мала. Какими бы надежными они ни были, их небольшой размер ограничивает количество воды, которую они могут направить в котел, и, тем не менее, такая же надежность сделала их идеальной резервной копией для основных насосов питательной воды в первые годы пароходства.

Базовая конструкция форсунок 1800-х годов состоит из набора из трех форсунок, каждая из которых подходит близко к другим форсункам, но фактически не соединяется с ними. Когда шток управления открыт, острый пар направляется через первый или паровой жиклер со скоростью 1700 футов в секунду или более. Эта высокоскоростная струя пара попадает во вторую или всасывающую форсунку и вызывает эффект эжектора, который всасывает воду из окружающей камеры и переносит ее во всасывающую форсунку. Приемный конец всасывающей форсунки немного больше, чем у паровой форсунки, чтобы обеспечить свободный проход воды во всасывающую форсунку.

Глядя на рисунок, вы заметите, что стенки всасывающей форсунки несколько скошены. Это сужение уменьшает пространство, доступное для воды, тем самым увеличивая скорость, с которой она движется. Этот дополнительный импульс в сочетании с все еще активной струей пара толкает их во вторую или комбинированную струю.

В комбинированной форсунке вода и пар полностью смешиваются. Охлажденный водой, пар теряет свое тепло и сжимается до размера, меньшего, чем в 1000 раз превышающего его первоначальную площадь.При смешивании пар передает некоторое количество тепла и большую часть своего импульса воде, поэтому с этого момента только вода движется через Объединяющую трубку и движется с огромной силой.

Двигаясь с такой большой скоростью, вода легко преодолевает давление воды в котле и без труда попадает в это пространство.

Вы также можете заметить пространство вокруг комбинированной трубки. Это перепускной клапан. Если количество воды, всасываемой в резервуар, будет слишком большим, она расширится в эту область и, когда создастся достаточное давление, откроет предохранительный клапан и сбросит излишки.

Инженеры обратили пристальное внимание на количество воды, которая время от времени вытекала из переливной трубы. Если из этой трубы начнет выливаться большое количество воды и пара, инженер узнает, что что-то неисправно внутри инжектора, возможно, какая-то грязь или мелкая галька блокируют комбинированную трубу. Какой бы ни была причина, он знал, что должен принять срочные меры, чтобы обеспечить поступление воды в бойлер и предотвратить взрыв.

Уход и питание парового котла — Часть 2

Помимо воды, для правильной работы паровых котлов требуется огромное количество горючих материалов.Ранние пароходы были предназначены для работы на дереве. Древесина, которая была в большом количестве вдоль восточных рек и легко собиралась.

Твердые породы, такие как ясень, дуб, бук и вяз, назывались древесиной «класса 1». Сосна, береза и тополь были включены в «класс 2», поскольку они являются более мягкой и менее плотной древесиной. В качестве топлива отдавалось предпочтение более тяжелым и плотным лиственным породам, однако часто использовалась древесина класса 2. Особенно в последующие годы, когда поставки лиственных пород стали более дефицитными.

В качестве топлива древесина имела две преимущества.Во-первых, он был легко доступен по берегам рек. Во-вторых, это было дешево. Оба чрезвычайно важных предмета для владельцев пароходов, которые должны были получать прибыль с каждого рейса парохода.

Помимо того, что древесина дешева и легкодоступна, она как топливо имеет ряд недостатков. Он был тяжелым, занимал много места на палубе для хранения и требовал большого количества людей для обслуживания, всем из которых нужно было платить.

Древесина не обеспечивала равномерное количество тепла в печах.Различные виды древесины дают больше или меньше тепла, чем другие. Дерево мокрое. Естественно мокрый. Почти 1/2 веса куска любой твердой древесины составляет влага. Даже после нескольких лет хранения в сухом месте древесина содержит около 20% влаги.

Если бросить дрова в печь, то они не сразу начнут гореть. На короткое время влага в дровах фактически поглощает тепло топки и выкипает. Затем, по мере высыхания дров, они начинают гореть и отдавать тепло котлу.

Первые пароходы перевозили большой запас дров, которые также занимали много места на палубе. Пространство, которое в противном случае могло бы использоваться для перевозки груза. Даже при полной загрузке дров пароходам приходилось делать частые остановки, чтобы «набрать дров» или набрать больше топлива. Древесина также образует большое количество золы и золы, которые приходилось постоянно удалять из зольника печи и выбрасывать за борт.

Использование дров в качестве топлива имело еще один недостаток. По мере того как все больше и больше деревьев вырубалось на дрова, все меньше и меньше деревьев оставалось для этого топлива.Лесорубам приходилось путешествовать все дальше и дальше, чтобы найти запас деревьев, что, в свою очередь, привело к росту цен. К счастью, уголь вскоре стал широко доступным и экономически практичным.

Уголь горит намного горячее, чем дрова, поэтому для получения такого же количества пара требуется меньше угля. Это, в свою очередь, означало более длительное время пропаривания и уменьшало количество остановок для заправки, которые должен был делать пароход. Уголь горит чище, чем древесина, образуя гораздо меньше золы и почти не образуя пепла. Следовательно, зольный ящик требовал меньше внимания пожарных.А это, с точки зрения владельцев, означало меньше зарплаты или больше прибыли.

Тем не менее, если по какой-то причине не было угля, капитан всегда мог загрузиться дровами и снова отправиться в путь.

Каким бы хорошим топливом ни был уголь, у него есть и свои недостатки. Уголь — грязный, пыльный материал, который легко воспламеняется. Даже крошечная искра может воспламенить сухую угольную пыль. Если бы искра или сигарета упали на угольную пыль, и эта пыль была близко к бункеру для хранения угля, это могло бы быстро стать крупным пожаром.

Порыв ветра, дующий по открытой палубе пароходной котельной, мог поднять облако угольной пыли. Такие облака чрезвычайно взрывоопасны после воспламенения, скажем, от искры или открытого огня в печи. Возникший взрыв вполне мог, в худшем случае, уничтожить лодку или, в лучшем случае, поджечь деревянное судно. Но это прогресс для вас.

Кажется, что прогресс никогда не останавливается, и, как и все остальное, уголь вскоре стал конкурентом в качестве топлива для пароходов, а также для любого другого типа судов.Мазут снова было легче хранить и обрабатывать, чем уголь. У него нет такой же взрывоопасной пыли, как у угля, и он горит сильнее на фунт, чем уголь. При всех своих характеристиках мазут казался идеальным топливом, поиски которого инженеры проводили десятилетиями.

Да, мазут оказался идеальным топливом для котлов всех марок, моделей, размеров и типов. Любой котел можно быстро перевести на использование мазута. В таких печах нет зольного ящика, для мазута не образуется ни золы, ни золы.Печь на мазуте, как правило, может управляться с помощью автоматического управления, что еще больше снижает потребность в пожарных. Масло дешевое, легкодоступное во всем мире, легкое в хранении и не требует, чтобы один человек перемещал его из контейнера в печь.

Однако прогресс все еще шел вперед, и когда-то знаменитому мазуту предстояло бросить вызов еще одному источнику тепла. Уран!

Да, атомная энергия уже несколько лет используется для питания кораблей и электростанций. И какими бы сложными они ни были, они по-прежнему представляют собой не что иное, как современные версии первых паровых двигателей.

Уход и питание парового котла – часть 3

Как и суда, которые они приводили в движение, паровые двигатели речных судов были разных размеров. У мотоцикла с боковым колесом Пола Джонса были двигатели с поршнями диаметром 21 дюйм и ходом 7 футов. В двигателях города Натчез использовались поршни диаметром 26 дюймов с ходом 10 футов. Многие из них были меньше, намного меньше, однако некоторые могли быть даже больше.

Если мы посчитаем немного, то сможем определить, сколько пара использовали эти массивные двигатели.Для тех, кто не знает или забыл, формула определения объема цилиндра: (Объем = 3,1416 x (R x R) x H). Для двигателя City of Natchez ответ составляет 63 711 кубических дюймов.

Шестьдесят три тысячи семьсот одиннадцать кубических дюймов пара использовалось при каждом десятифутовом ходе двигателя. Проделав еще немного математики, мы можем вычислить количество воды, которое потребовалось для производства такого количества пара.

Вода, как известно, кипит при 212 градусах (F).В кастрюле на плите то есть. Когда мы помещаем ту же воду в котел под давлением 200 фунтов, она кипит при 387 градусах (F). Когда вода превращается в пар, она расширяется в 1700 раз по сравнению с нормальным объемом. В основном это означает, что один кубический дюйм воды при преобразовании в пар будет занимать 1700 кубических дюймов пространства. Если мы разделим количество пара, используемого в двигателе, на 1700, мы получим 37,5 кубических дюймов воды. Или, другими словами, чуть больше 2 1/2 стакана воды.

Два с половиной стакана воды, конечно, не так уж и много.Но это только на один такт двигателя. Для одного полного оборота гребного колеса требуется два хода поршня или 75 кубических дюймов (пять чашек) воды за один оборот. И, конечно же, на каждом пароходе было по два двигателя, поэтому мы действительно использовали 150 кубических дюймов или примерно 10,3 стакана (2 1/2 кварты) пресной воды на каждый полный оборот гребного колеса.

Все еще не огромное количество воды, не так ли? Итак, теперь мы умножаем 2 1/2 кварты на количество оборотов, которые гребное колесо делает за одну минуту.Как правило, в хорошую погоду и на глубокой воде большинство пароходов шли так быстро, как только могли. Первостепенной задачей было быстро доставить пассажиров и грузы к месту назначения. Поэтому нередко можно было обнаружить, что большие гребные колеса вращаются каждые шесть секунд.

Это означает, что каждые шесть секунд используется 2 1/2 литра воды. Умножьте это на десять (10 X 2 1/2), и мы обнаружим, что используем 25 кварт или 6 1/4 галлонов воды каждую минуту. Это 375 галлонов в час только на то, чтобы гребное колесо вращалось, и не включает пар, используемый доктором или главным насосом питательной воды, трюмным насосом и свистком лодки.Все требовали и получали свою долю пара от этих трудолюбивых котлов.

Краткая история | Двигатель Бэббиджа

Эпоха машин

Середина 19 века была временем беспрецедентных инженерных амбиций. Машиностроение, транспорт, связь, архитектура, наука и производство находились в состоянии лихорадочных изменений.Изобретатели и инженеры использовали новые материалы и процессы, и казалось, что нет конца изобретениям и инновациям. Паровые двигатели постепенно заменили животных в качестве источника движущей силы. Железные корабли стали конкурировать с парусными, сеть железных дорог быстро расширилась, а электрический телеграф произвел революцию в средствах связи. Наука, инженерия и процветающие новые технологии сулили безграничные перспективы.

Инженеры, архитекторы, математики, астрономы, банкиры, актуарии, подмастерья, страховые брокеры, статистики, навигаторы — все, кто нуждался в расчетах, полагались на печатные числовые таблицы для чего-то большего, чем тривиальные расчеты.Печатные таблицы рассчитывались, копировались, проверялись и набирались вручную. Люди, как известно, подвержены ошибкам, и некоторые опасались, что необнаруженные ошибки станут ожидающими бедствиями.

Безотказные машины

В виньетке 1821 года Бэббидж и его друг, астроном Джон Гершель, проверяя таблицы, рассчитанные вручную, Бэббидж, находя ошибку за ошибкой, был вынужден воскликнуть: «Я хочу, чтобы эти вычисления были выполнены паром». Крайне утомительный труд по ручной проверке таблиц — это одно.Хуже была их ненадежность. Бэббидж предпринял амбициозное предприятие по разработке и созданию механических вычислительных машин — огромных машин беспрецедентного размера и сложности — чтобы исключить риск человеческой ошибки. Безошибочность машин устранила бы риск ошибки при подсчете и транскрипции (копировании результатов). Автоматический набор текста устранит риск ошибки при ручном наборе результатов нечетким шрифтом. Стереотипирование — процесс, который автоматически отпечатывает результаты на мягком материале для изготовления печатных форм — устранит ошибки при повторной печати.Специальные защитные устройства обеспечат целостность результатов. Результат был бы безупречен. Это было намерение, но то, что он не смог реализовать.

Разностный двигатель № 1 — Судьбоносный старт

Его первая машина, Разностная машина № 1, была разработана для автоматического вычисления и табулирования математических функций, называемых полиномами, которые имеют мощные общие приложения в математике и технике. Бэббидж тесно сотрудничал с Джозефом Клементом, мастером-инструментальщиком и чертежником, которому было поручено изготовить детали.Разностный двигатель № 1 требовал 25 000 деталей и весил бы около четырех тонн.

Строительство было внезапно остановлено в 1833 году, когда Клемент бросил инструменты и уволил своих рабочих после спора с Бэббиджем о компенсации за перемещение мастерской Клемента ближе к дому Бэббиджа. Двигатель так и не был построен. Около 12 000 неиспользованных прецизионных деталей позже были переплавлены на металлолом. Для британского правительства, которое профинансировало это предприятие, проект дорого обошелся. Когда были оплачены окончательные счета, казначейство потратило 17 500 фунтов стерлингов — стоимость двадцати двух новеньких паровозов с завода Роберта Стефенсона в 1831 году — огромная сумма.

Готовая часть незавершенного двигателя

Небольшая демонстрационная сборка была построена и доставлена Бэббиджу Клементом в 1832 году. Этот «прекрасный фрагмент», седьмая часть вычислительной части, был всем, что Бэббидж мог показать после десяти лет инвестиций. Бэббидж использовал эту работу для развития своих идей о вычислениях, а также для драматических демонстраций ученым, гостям, высокопоставленным лицам, ученым и друзьям. Устройство доказало надежность конструкции и подтвердило возможность создания полноценной машины.Это был первый успешный автоматический калькулятор и один из лучших образцов точной инженерии того времени. Он остается одним из самых знаменитых символов предыстории автоматических вычислений.

Аналитическая машина

В 1834 году, когда проект разностной машины застопорился, Бэббидж задумал новую, более амбициозную машину, позже названную аналитической машиной — универсальной программируемой вычислительной машиной. Аналитическая машина стала квантовым скачком в логической концепции и физических размерах, а ее конструкция считается одним из поразительных интеллектуальных достижений века.

Аналитическая машина включает в себя множество основных принципов, присущих современным цифровым компьютерам, и ее концепция знаменует собой переход от механизированной арифметики к полноценным вычислениям общего назначения. Если бы Двигатель был построен, он затмил бы даже огромную Разностную Машину, а запустить ее вручную было бы не под силу даже самому сильному оператору. «Расчет паром» был бы больше, чем фигура речи. Именно на аналитической машине в значительной степени держится положение Бэббиджа как «первого компьютерного пионера».

Ада Лавлейс

В 1833 году Бэббидж познакомился на вечеринке с Адой Лавлейс, дочерью печально известного британского поэта лорда Байрона. Лавлейс, которой было всего семнадцать, имела математическую подготовку, что было необычно для женщины того времени. Она была очарована небольшой рабочей частью машины и со временем стала активным сторонником работы Бэббиджа.

В 1843 году Лавлейс опубликовала статью итальянского инженера Луиджи Менабреа, которую она перевела с французского. К нему она добавила свои собственные обширные заметки, которые в три раза превышали размер основной статьи.Заметки включали описание шагов, которые движок предпримет при решении определенных математических задач — процедуры, которые мы теперь будем называть программами, — первые опубликованные описания такого рода.

Лавлейс предположил, что машина может выходить за рамки чисел и в более общем плане манипулировать символами в соответствии с правилами. Она увидела, что числа могут представлять объекты, отличные от количества, — буквы алфавита, музыкальные ноты — и что, манипулируя числами, вычислительные машины могут расширить свои возможности за пределы мира математики.В свете событий 20 ^-го-го века это представление является пророческим, и Бэббидж, похоже, не представлял себе его с какой-либо ясностью.

Двигатель второго отличия

Совершенствуя механизмы аналитической машины, Бэббидж увидел, как можно упростить конструкцию разностной машины. Между 1847 и 1849 годами он разработал новую машину, Разностную машину № 2. В новой конструкции использовались многие методы, разработанные для более требовательной аналитической машины.

Новый дизайн был элегантным и эффективным, и для большей вычислительной мощности требовалось в три раза меньше частей, чем у Разностной машины № 1. Двигатель, состоящий из 8000 деталей, будет весить пять тонн и иметь размеры одиннадцать футов в длину и семь футов в высоту. Бэббидж не пытался построить машину. Именно эта конструкция была окончательно построена и завершена в 2002 году и стала первой из полностью реализованных конструкций двигателя Бэббиджа.

Два вдохновленных шведа

Другие пытались построить разностные машины во времена Бэббиджа, но все безуспешно.Вдохновленные отчетом о первом двигателе Бэббиджа, опубликованным в 1834 году, шведская группа отца и сына, Георг и Эдвард Шойц, построили рабочий прототип, завершенный в 1843 году. Затем последовали две полностью спроектированные версии из металла, первая в 1853 году в Стокгольме. , второй в 1859 году в Лондоне для Главного регистрационного управления.

Ни то, ни другое не увенчались успехом. Ожидаемая экономия от автоматического подсчета данных с помощью машин не оправдалась. Что еще хуже, в машине, сделанной в Лондоне, не было защитных устройств Бэббиджа, она имела тенденцию выходить из строя и требовала постоянного ухода. И отец, и сын умерли банкротами. Отличие конструкции двигателей способствовало их разорению. Три паровоза сейчас находятся в музеях, прекрасное свидетельство несбывшихся надежд и финансового краха.

Почему Бэббидж потерпел неудачу

Бэббидж не смог построить полноценную машину, несмотря на независимое богатство, социальное положение, государственное финансирование, десятилетие проектирования и разработки и лучшее британское инженерное дело. Причины до сих пор обсуждаются, и коктейль соображений весьма богат. Бэббидж был вспыльчивым, очень принципиальным, легко обижаемым и склонным к яростной публичной критике тех, кого он считал своими врагами.Безудержные расходы, высокая точность, катастрофический спор с его инженером, неравномерное финансирование, политическая нестабильность, обвинения в личной вендетте, задержки, отсутствие доверия и культурный разрыв между чистой и прикладной наукой — все это факторы.

Бэббидж тоже был отвратительным публицистом. Он гнушался читать лекции о своей работе и не провозглашал и не продвигал математический потенциал своих двигателей. В результате о машинах судили в основном по их практической полезности для создания безошибочных таблиц, и эксперты того времени не соглашались с тем, что в новых таблицах действительно есть необходимость.Некоторые утверждали, что существующие таблицы уже были достаточно точными и что не было экономического оправдания больших капитальных затрат на создание его огромных машин. Другие задавались вопросом, оправданы ли двадцать, тридцать и пятьдесят цифр точности, на которых настаивал Бэббидж, когда измерения могут быть сделаны не более чем с точностью до нескольких знаков после запятой.

Ложный рассвет

Движение за автоматизацию вычислений в 19 ^-м-м веке потерпело неудачу, и это движение в значительной степени умерло вместе с Бэббиджем в 1871 году.Не существует непрерывной линии развития от Бэббиджа до наших дней, и многие принципы, воплощенные в его работах, были заново изобретены пионерами эпохи электроники, в основном в неведении о его работах. Хотя легенда о его работах никогда не была утеряна, только в 1970-х годах его проекты были подробно изучены, и масштаб его достижений стал более ясным.

Паровой двигатель: история и значение — 2121 слов

Введение

Энергия пара, а точнее паровой двигатель, был самым важным фактором, который в наибольшей степени способствовал изменениям Промышленной революции.Энергия пара, используемая с помощью пароходов, паровых железных дорог и паровых печей, оказалась рентабельным и эффективным средством получения энергии. Паровоз изменил мир, обеспечив дешевую и легкую перевозку людей и товаров.

Какой была жизнь до появления паровой машины

До появления паровой машины в Германии еще в 1550 году использовались рельсовые дороги, называемые Wagonways. Эти дороги состояли из деревянных рельсов, по которым двигались конные повозки или автомобили с большей легкостью, чем по неровной дороге.В 1776 году деревянные рельсы были заменены железными, а у повозок были железные колеса. Wagonways превратились в трамваи и стали популярными по всей Европе.

Паровые двигатели

Что такое паровой двигатель?

Паровой двигатель — это машина, работающая на энергии пара. Именно во время промышленной революции паровая энергия заменила силу воды и силу мышц в качестве основного источника энергии, используемого в промышленности. Впервые он был использован для откачки воды из шахт. Энергия пара использовалась не только в двигателях, но и в печах и других фабричных устройствах, которые было трудно внедрить до изобретения энергии пара.

Компоненты паровой машины

Компоненты паровой машины включают котел, в котором производится пар, устройство сгорания (с контролируемой средой, например, с поршнем в цилиндре или соплом в турбине), паровую рубашку, и отдельная камера конденсатора пара. Таким образом, паровые машины можно рассматривать как быстродействующие гидроцилиндры с автоматическим клапаном.

Как работает паровая машина

Поршень машины типа Ньюкомена приводился в действие путем введения пара под него, конденсации пара с холодной водой, а затем позволяя весу атмосферы толкать поршень вниз.Это был основной принцип работы паровой машины.

Усовершенствования паровых двигателей

Ключевое усовершенствование Уатта заключалось в создании отдельного конденсатора, который сохранял тепло и делал поршень «двойного действия» путем подачи пара попеременно с обеих сторон поршня. Дальнейшее усовершенствование Эванса заключалось в использовании силы самого пара (100–200 фунтов на квадратный дюйм) для непосредственного приведения в движение поршня, что позволяло ему выходить в атмосферу без конденсации.Мощность двигателя Уатта обычно можно было увеличить только за счет увеличения цилиндра. В колумбийском двигателе Эванса необходимо увеличить только давление пара. Последующие усилия по усовершенствованию шли по двум направлениям: к дальнейшим усовершенствованиям поршневого двигателя, особенно за счет улучшения работы клапанов, и, во-вторых, к роторному двигателю.

Типы паровых двигателей

Двигатель Томаса Ньюкомена

Первый безопасный и успешный паровой двигатель был представлен Томасом Ньюкоменом в 1712 году. Двигатель Ньюкомена был основан на экспериментах Папена, проведенных 30 лет назад, и использовал поршень и цилиндр, один конец которого был открыт в атмосферу над поршнем. Пар под давлением чуть выше атмосферного подавался в нижнюю половину цилиндра под поршнем во время движения вверх под действием силы тяжести; затем пар конденсировался струей холодной воды, впрыскиваемой в паровое пространство, для создания частичного вакуума; перепад давления между атмосферой и вакуумом по обе стороны от поршня перемещал его вниз в цилиндр, поднимая противоположный конец качающейся балки, к которой была прикреплена группа возвратно-поступательных силовых насосов с гравитационным приводом, размещенных в шахте.

Рабочий ход двигателя вниз поднимал насос, заполняя его и подготавливая ход насоса. Сначала фазы регулировались вручную, но в течение десяти лет был изобретен спусковой механизм, работающий с помощью вертикальной пробки, подвешенной к качающейся балке, что сделало двигатель самодействующим. Несколько двигателей Ньюкомена были успешно использованы в Великобритании для осушения до сих пор неработоспособных глубоких шахт.

Двигатель Джеймса Уатта

Джеймс Уатт в тесном сотрудничестве с Мэтью Бултоном в 1778 году усовершенствовал свою паровую машину, которая включала в себя ряд радикальных усовершенствований, в частности закрытие верхней части цилиндра, тем самым делая паровой привод низкого давления верх поршня вместо атмосферы, использование паровой рубашки и знаменитой отдельной камеры конденсатора пара.Все это означало, что в цилиндре можно было поддерживать более постоянную температуру и что эффективность двигателя больше не менялась в зависимости от атмосферных условий.

Эти усовершенствования повысили КПД двигателя примерно в пять раз, что позволило сэкономить 75% затрат на уголь. К 1783 году более экономичный паровой двигатель Уатта был полностью преобразован в роторный двигатель двойного действия, что означало, что его можно было использовать для непосредственного привода роторных машин фабрики или мельницы.

Использование силы пара на транспорте

Пароходы

Разработка пароходов

Джон Фитч (1743-1798) построил первый пароход 22 августа 1787 года.Позже он построил более крупное судно, которое перевозило пассажиров и грузы между Филадельфией и Берлингтоном, штат Нью-Джерси. Джон Фитч получил свой первый патент США на пароход 26 августа 1791 года. В период с 1785 по 1796 год Джон Фитч построил четыре разных парохода, которые успешно курсировали по рекам и озерам, используя пар для передвижения по воде.

В его моделях использовались различные комбинации движущей силы, в том числе ранжированные весла, гребные колеса и винтовые пропеллеры. Роберту Фултону приписывают коммерческий успех парохода.Вместе с Робертом Ливингстоном Фултон в 1811 году представил «Новый Орлеан» с пассажирским и грузовым маршрутом в нижнем течении реки Миссисипи, а к 1814 году они предлагали регулярные пароходы и грузовые перевозки между Новым Орлеаном, штат Луизиана, и Натчезом, штат Миссисипи. В 1816 году Генри Миллер Шрив спустил на воду свой пароход «Вашингтон», который был быстрее, чем предыдущие пароходы. К 1853 году поездка в Луисвилл заняла всего четыре с половиной дня.

Трудности, с которыми столкнулись изобретатели при разработке пароходов

Хотя его лодки были технически успешными, Fitch не уделяло должного внимания строительным и эксплуатационным затратам и не смогло обосновать экономические преимущества пароходства.Еще одна трудность, с которой столкнулись первые изобретатели, заключалась в скорости. Пароходы были очень медленными, и только позже, когда конструкция судов улучшилась, можно было увеличить скорость.

Первый коммерческий пароход

В 1802 году Роберт Фултон заключил контракт с Робертом Ливингстоном на постройку парохода для использования на реке Гудзон; В течение следующих четырех лет в Европе было построено несколько прототипов. Он вернулся в Нью-Йорк в 1806 году. 17 августа 1807 года «Клермон», первый американский пароход Роберта Фултона, отправился из Нью-Йорка в Олбани, открыв первое коммерческое пароходство в мире.

Железные дороги

Развитие паровой железной дороги

Железные дороги начали процветать только после того, как они приняли паровую технологию. Первоначально рельсовые дороги, называемые Wagonways, использовались в Германии еще в 1550 году. Эти примитивные рельсовые дороги состояли из деревянных рельсов, по которым с большой легкостью перемещались запряженные лошадьми фургоны или телеги. К 1776 году железо заменило дерево в рельсах и колесах телег. Вагоны превратились в трамваи и распространились по Европе. В 1789 году англичанин Уильям Джессап сконструировал первые вагоны с колесами с ребордами, что позволило колесам лучше сцепляться с рельсом.Позже эта конструкция была перенесена на локомотивы.

Изобретение парового двигателя имело решающее значение для изобретения современных железных дорог и поездов. Ричард Тревитик (1771-1833) построил первый трамвайный локомотив с паровым двигателем в 1801 году. В 1821 году англичанин Джулиус Гриффитс первым запатентовал пассажирский локомотив. В сентябре 1825 года компания Stockton & Darlington Railroad Company начала свою деятельность как первая железная дорога, которая перевозила как товары, так и пассажиров по регулярному расписанию с использованием локомотивов, разработанных английским изобретателем Джорджем Стефенсоном.Джордж Стефенсон считается изобретателем первого паровоза для железных дорог.

Использование железной дороги в то время

Первый трамвайный локомотив с паровым двигателем в 1804 году использовался для перевозки груза из 10 тонн железа, 70 человек и пяти дополнительных вагонов на расстояние 9 миль между металлургическими заводами в Пенсильвании. y-Darron в городе Мертир-Тидвил, Уэльс, на дно долины под названием Аберсиннон. Это заняло около двух часов. Обычно железные дороги использовались для перевозки как товаров, так и пассажиров по регулярному графику.

Другое применение паровых двигателей

Паровые машины в шахтах

Паровые машины использовались в шахтах для откачки воды. Многие шахты в то время были вырыты настолько глубоко, что постоянно затапливались, и чтобы продолжать их работу, операторам приходилось искать более эффективные средства для откачки воды. Ньюкомен изобрел паровую машину, которая могла управлять водяным насосом. Паровая машина Ньюкомена распространилась по горнодобывающим районам Англии и спасла многие шахты от банкротства.В 1755 году в американских колониях на медном руднике в Бельвилле, штат Нью-Джерси, заработала первая паровая машина. За этим двигателем, построенным британской фирмой Джозефа Хорнблауэра, последовал другой в Филадельфии, построенный в 1773 году Кристофером Коллесом. Три года спустя заработала третья машина, которая поднимала воду для водопроводных сооружений Нью-Йорка.

Как работали паровые машины в шахтах

Основной принцип работы двигателя Ньюкомена был прост. Пар впрыскивался в цилиндр, заставляя поршень двигаться наружу.Затем в поршень распылялась холодная вода, пар конденсировался и создавался частичный вакуум. Затем атмосферное давление вернуло поршень в исходное положение, так что процесс можно было повторить. В конце концов возвратно-поступательное движение поршня передавалось водяному насосу с помощью балки, которая качалась вокруг своего центра. Движение туда-сюда было каким-то образом преобразовано в более полезное вращательное движение.

Эффект парового двигателя

Влияние использования парового двигателя

Влияние на общество

Сила пара привела сначала Великобританию, а затем и весь мир к промышленной революции, и с тех пор все больше механизировалось все аспекты человеческой деятельности, и это включало войну.Пар повлиял на войну в трех отношениях: он обеспечивал движение на суше через паровые железные дороги; она обеспечивала движение по морю с помощью пароходов и, наконец, произвела революцию в промышленности и сделала возможным рост производства оружия, необходимого для оснащения современных массовых армий. Теперь железные дороги можно было использовать для стратегических перевозок вооруженных сил. На море введение пара расширило возможности военно-морского флота, поскольку они больше не зависели от погодных и ветровых условий.

Влияние на экономику

Что касается экономики, паровая энергия изменила мировую экономику.Между 1814 и 1834 годами количество прибывающих пароходов в Новый Орлеан увеличилось с 20 до 1200 в год. Лодки перевозили грузы хлопка, сахара и пассажиров. На востоке пароходы внесли большой вклад в экономику, перевозя сельскохозяйственные и промышленные грузы. К 1870-м годам железные дороги начали вытеснять пароходы в качестве основного средства перевозки как товаров, так и пассажиров. Паровая машина Ньюкомена распространилась по горнодобывающим районам Англии и спасла многие шахты от банкротства.

Паровой двигатель можно использовать во многих отраслях промышленности, а не только в горнодобывающей промышленности.Первые мельницы успешно работали на воде, но развитие паровой машины означало, что фабрика могла располагаться где угодно, а не только рядом с водой.

Благодаря своему паровому двигателю в 1775 году Уатт сформировал партнерство по двигателестроению и проектированию с производителем Мэтью Боултоном. Это партнерство стало одним из самых важных предприятий промышленной революции. Boulton & Watt служила своего рода творческим техническим центром для большей части британской экономики.Они решали технические проблемы и распространяли решения среди других компаний. Таким образом, технологические достижения промышленной революции происходили быстрее, потому что фирмы часто обменивались информацией, которую они затем могли использовать для создания новых технологий или продуктов, тем самым оказывая чрезвычайно положительное влияние на экономику.

Заключение

До появления паровой машины были деревянные железные дороги, по которым тянули телеги с колесами. Со временем железо заменило дерево, а пар заменил лошадиную силу.Многие люди работали над открытием идеальной паровой машины, главным из которых был Томас Ньюкомен, и только Джеймсу Уатту удалось изобрести современную паровую машину с отдельным конденсатором. Изобретение паровой машины привело к созданию парохода, а затем к созданию паровой железнодорожной машины. В те первые дни паровые машины также использовались для откачки воды из шахт.

Паровоз сильно повлиял на жизнь, сделав перевозку людей и товаров очень дешевой и легкой.Теперь люди могли путешествовать быстрее, легко делиться товарами, а также иметь большую военную мощь. Положительное влияние на экономику оказали легкодоступные средства транспортировки товаров.

Мнение

Верно и не будет преувеличением сказать, что сила пара была самым важным фактором, который изменил то, как люди путешествовали, исследовали и занимались бизнесом в мире.

Краткая история пароходов – Ранняя история | Парковый район

Краткая история пароходов: ранняя история
Бен Моррилл, менеджер центра посетителей

Пароходы имеют долгую и легендарную историю на реке Огайо, и многие места в регионе отдают дань уважения их богатой истории.Уникальная конструкция пароходов с плоским корпусом и двигательными установками, установленными над ватерлинией, сделала их идеальными для путешествий по мелководной реке Огайо, помогая революционизировать транспорт и превратить юго-запад Огайо из неспокойной границы в шумный торговый центр. На протяжении 1800-х годов и даже до начала 20 ^-го-го века пароходы господствовали на водных путях реки Огайо.

Реплика парохода Фултона, построенного в 1909 году к столетию исторического путешествия Клермона.

Роберт Фултон и Клермон

В августе 1807 года изобретатель Роберт Фултон вошел в историю, когда его паровая лодка Clermont совершила путешествие из Нью-Йорка в Олбани, штат Нью-Йорк, успешно преодолев 150 миль за 32 часа. Родившийся в Пенсильвании в 1765 году, Фултон первоначально зарекомендовал себя как художник в Филадельфии, прежде чем из-за плохого здоровья он отправился за границу по совету своего врача. Покинув Соединенные Штаты в 1786 году, Фултон посвятил себя науке и технике, находясь за границей, разработав несколько новых изобретений для европейских держав, включая Nautilus , ранний прототип подводной лодки.

Вернувшись в Нью-Йорк в 1806 году, Фултон и его деловой партнер Роберт Ливингстон, американский юрист, с которым он познакомился во Франции в 1803 году, приступили к строительству нового парохода, который произвел революцию в транспорте. Официально названный North River Steamboat of Clermont , катер широко известен просто как Clermont . Имея длину 142 фута и ширину 12 футов с гребными колесами диаметром 15 футов, установленными с обеих сторон, Clermont имел малую осадку 2 фута, в среднем около 5 миль в час.Успешное 32-часовое путешествие Clermont в Олбани летом 1807 года ознаменовало начало эпохи, которая изменила культуру и ландшафт ранней Америки.

Гравюра, изображающая революционное изобретение Fitch, в отличие от более поздних пароходов, которые использовали гребные колеса для приведения в движение, первый пароход Fitch использовал паровой двигатель для привода установленных сбоку весел для движения лодки.

Джон Фитч: отец современного парохода

Хотя Роберт Фултон, пожалуй, наиболее известен своей работой с пароходами, Clermont на самом деле не был первым пароходом в стране.Паровые двигатели впервые появились в середине 1700-х годов, часто по образцу успешного патента Джеймса Уатта 1769 года. Американский изобретатель Джон Фитч решил использовать это новое изобретение в качестве движителя для нового способа транспортировки. Начиная с 1785 года, Fitch приступило к строительству лодки с паровым двигателем, через два года завершило свой 45-футовый прототип и успешно продемонстрировало его перед членами Конгресса в 1787 году.

На основе своего первоначального прототипа Fitch построило еще один, более крупный пароход, предназначенный для перевозки пассажиров и грузов, совершавших регулярные рейсы между Филадельфией и Берлингтоном, штат Нью-Джерси.После продолжительной патентной битвы с конкурирующим изобретателем Джеймсом Рамси Fitch получило первый американский патент на пароход в 1791 году. Но успех Fitch оказался недолгим.

Второй пароход Fitch включал в себя заднюю силовую установку уровня воды, которая позже будет установлена на многих пароходах.

Плохая деловая хватка Fitch, а также то, что одна из его лодок затонула во время шторма, привели к потере финансовых инвесторов, которые финансировали его бизнес. Путешествие во Францию в 1793 году в попытке обеспечить дополнительное финансирование для своего нового изобретения, хаос Французской революции вынудил Фитча бежать в Лондон, хотя его поиски финансирования оказались безуспешными, и он вернулся в Соединенные Штаты в 1794 году с пустыми руками.Фитч умер четыре года спустя, в 1798 году, в возрасте 55 лет, все еще пытаясь найти новые способы финансирования своего изобретения.

Его революционное изобретение было забыто до тех пор, пока Роберт Фултон не продемонстрировал потенциал парового транспорта в 1807 году, что привело к тому, что Фултон получил признание как отец современных пароходов.

Оставайтесь с нами на следующей неделе, чтобы узнать о буме пароходов 1800-х годов.

КРАТКАЯ БИОГРАФИЯ ДЖЕЙМСА УАТТА

Тим Ламберт

Джеймс Уатт был великим шотландским инженером 18 века.На самом деле он не изобретал паровой двигатель. Вместо этого он значительно улучшил его. Человек по имени Томас Савери изобрел первую примитивную паровую машину в 1698 году. Человек по имени Ньюкомен начал делать паровые машины для откачки воды из шахт в 1712 году. Однако Уатт известен изобретением усовершенствованной версии в 1769 году.

Джеймс Уатт родился в Гриноке 19 января 1736 года. Его отец, которого также звали Джеймс, был кораблестроителем. Мальчиком Уатт ходил в местную гимназию, где изучал классику и математику.Однако Ватту также нравилось делать модели.

В конце концов, Джеймс решил стать производителем математических инструментов, таких как квадранты и компасы. В 1755 году он отправился в Лондон. Однако долго он там не задержался. В 1757 году Уатт переехал в Глазго. В 1764 году Уатт починил модель паровой машины Ньюкомена. В Newcomen пар двигателя поступает в цилиндр, а затем конденсируется обратно в воду.

В 1765 году Ватт понял, что более эффективно конденсировать пар в другой камере, отдельной от цилиндра.Однако только в 1769 году Уатт запатентовал свою новую идею — отдельный конденсатор.

Между тем, в 1764 году Джеймс Уатт женился на женщине по имени Маргарет Миллер. У пары было 6 детей, но Маргарет умерла через 9 лет.

В 1766 году Уатт устроился на работу землемером, размечающим землю для каналов. Затем в 1774 году Джеймс Уатт переехал в Бирмингем. В 1775 году он стал партнером Мэтью Бултона и начал делать паровые двигатели. Его паровые машины использовались для откачки воды из шахт, и постепенно он стал богатым человеком.

Затем, в 1776 году, Джеймс Уатт женился на Энн МакГрегор. У них было 2 детей.

К 1780 году промышленная революция начала изменять жизнь в Британии, и Уатт приспособил свой паровой двигатель для обеспечения вращательного движения, чтобы его можно было использовать для приведения в действие машин на новых фабриках. В 1781 году он сделал для этого солнечную и планетарную шестерни. В 1785 году паровые машины впервые были использованы для привода машин на хлопчатобумажных фабриках. Тем временем в 1782 году Уатт изобрел еще одно крупное усовершенствование — паровую машину двойного действия.В 1788 году Уатт изобрел шаровой регулятор для регулирования скорости паровых двигателей, а в 1790 году он изобрел манометр.