Изобретение парового двигателя: Страница не найдена — ГБУ ДО ДДЮТ Выборгского района Санкт-Петербурга

ИЗОБРЕТЕНИЕ ПАРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. Паровая машина кто изобрел?

Автор Historian Просмотров 36 Опубликовано 19.10.2022

Тем не менее, в 1766 году ассистенты с успехом опробовали его. Машина была полностью автоматической и сразу же была введена в эксплуатацию. Разработка полностью окупилась и стала источником прибыли. Со временем, однако, котел пришлось отремонтировать. Руководство завода не потрудилось сделать это. В результате масштабный проект был заброшен и демонтирован.

Содержание

1. Движимые паром. История паровых машин
2. Читайте также
3. ИЗОБРЕТЕНИЕ КНИГОПЕЧАТАНИЯ
4. ИЗОБРЕТЕНИЕ РАДИО
5. Паровой двигатель создали три века назад — он изменил мир сильнее, чем смартфоны и интернет
6. ПАРОВА́Я МАШИ́НА

Движимые паром. История паровых машин

Век паровых машин была недолговечной. Но оказывается, древние греки умели «приручать» пар и даже использовать его в военных действиях. Наши недалекие предки потратили много времени и сил на освоение «пара», а в последнее время эта тема переживает второе возрождение.

Только к концу XVII века люди смогли поставить пар на службу человечеству. Но в начале нашей эры древнегреческий математик и инженер Герон Александрийский показал, что пар можно и нужно использовать. Наглядным доказательством этого была ветряная мельница Герона, первый паровая турбина — сфера, вращающаяся под действием силы струи пара.

К сожалению, многие из удивительных изобретений древних греков были забыты на века. Только в семнадцатом веке появляется описание чего-то подобного. на паровую машину. Француз Саломон де Каус, некогда мастер-строитель и инженер на службе Фридриха V Пфальцского, в своей работе 1615 года описывает железную полую сферу с двумя трубами: одна для приема, другая для извлечения жидкости. Если шар наполнить водой и нагреть, то вода поднимается вверх во второй трубке и, таким образом, подчиняется закону паров. В 1663 году англичанин Эдвард Сомерсет, маркиз из Вустера, написал памфлет, в котором описал о машине, которые могут перемещать воду вверх. В то же время компания Somerset получила патент («Патент») на описанный машину. Как видно, все мысли изобретателей Нового времени вращались вокруг транспортировки воды из шахт и рудников, что, заметьте, было вызвано насущной проблемой. Поэтому неудивительно, что следующие три изобретателя, о которых пойдет речь ниже, также в первую очередь занимались паровой машины перекачивание воды. В конце семнадцатого века в Европе два человека работали над созданием пара более эффективно, чем другие — Дени Папен и Томас Савери.

Савери, англичанин, получил патент 2 июля 1698 года. на машину для откачки воды из шахт. В патенте говорилось: «Томасу Сэвери предоставляется привилегия на испытание нового изобретения для получения воды и привода всех видов мельниц силой огня, что будет очень полезно для осушения шахт, снабжения городов водой и привода всех видов мельниц». Прототип, пожарная машина, был представлен Королевскому научному обществу в Лондоне в 1699 году. Двигатель Савери работал следующим образом: Герметичный резервуар заполнялся паром, затем внешняя поверхность резервуара охлаждалась холодной водой, в результате чего пар конденсировался и в резервуаре создавался частичный вакуум. Затем вода со дна ямы всасывалась в резервуар через входную трубу и после всасывания новой порции пара вытеснялась через выходную трубу. Стоит отметить, что изобретение Сейвери было аналогично изобретению на машину Сомерсет, и многие считают, что Сейвери является прямым потомком последнего. К сожалению, «огненное» поведение Сейвери. машины У «огня» Савери был ряд недостатков. Самым важным из них была невозможность добывать воду с глубины более 15 метров, хотя в то время существовали шахты глубиной более 100 метров. Кроме того, машина потребляли большое количество топлива, что не оправдывалось даже близостью большого количества угля к шахте. Француз Дени Папен, квалифицированный врач, переехал в Лондон в 1675 году. Папен сделал несколько открытий, которые навсегда вписали его имя в историю. Во-первых, Папен изобрел скороварку — «чайник Папена». Первый врач смог определить взаимосвязь между давлением и температурой кипения. Скороварка без давления с предохранительным клапаном доводила воду до кипения гораздо позже и поэтому могла готовить пищу гораздо быстрее благодаря более высокому давлению. В 1674 году Папен изобрел порох. двигательПорох: Порох воспламенялся в цилиндре путем приведения в движение поршня внутри цилиндра. Одна «порция» газа выпускалась из баллона через специальный клапан, другая охлаждалась. В цилиндре создавался вакуум (хотя и слабый), и атмосферное давление толкало поршень вниз.

Таким образом, ученый продемонстрировал преобразование тепловой энергии в механическую. Свои знания ученый черпал из книг, хранившихся в Великой Александрийской библиотеке. Но со временем его знания канули в Лету.

Читайте также

Изобретение иероглифов Как получается, что, читая иностранный рассказ, роман или историческое повествование, мы понимаем, что это не русское произведение? Поскольку иностранные имена литературных персонажей, иностранные названия мест или растений в

Тайны русского «парового Ледовый спортивный зал» в Берлине В конце октября 1914 года немецкая администрация осознала, что война затягивается. Убедившись, что русская армия слабее британской и французской, он постепенно начал перебрасывать войска на Восточный фронт,

ИЗОБРЕТЕНИЕ КНИГОПЕЧАТАНИЯ

Иоганн ГутенбергВажность этого изобретения невозможно переоценить. Широкое распространение знаний благодаря изобретению печатной книги значительно ускорило развитие человечества. Прогресс был достигнут во всех областях деятельности.

Так выглядел один из первых телефоновТелефон — это изобретение, которое изменило жизнь людей, их привычки и восприятие действительности. Это позволило по-другому взглянуть на расстояние и быстро распространить информацию.

ИЗОБРЕТЕНИЕ РАДИО

Радиоприемник Попова (1895 г.)Одним из самых известных примеров спора о научно-технических приоритетах является вековой спор между Россией и остальным миром об изобретении радио. Следует сказать, что радио было первым техническим средством, которое использовалось для

5.8 Изобретение колеса 7. Колесо и колесница были изобретены еще во времена индоевропейского единства, т.е. в первоначальной области ближневосточной цивилизации. Это следует из того очевидного факта, что колесо было известно уже в индоевропейский период.

Таким образом, ученый продемонстрировал преобразование тепловой энергии в механическую. Свои знания ученый черпал из книг, хранившихся в Великой Александрийской библиотеке. Но со временем его знания канули в Лету.

Паровой двигатель создали три века назад — он изменил мир сильнее, чем смартфоны и интернет

Ровно 322 года назад, 2 июля 1698 года, английский ученый Томас Севери запатентовал первый паровой двигатель.

В полном виде его труд читается как «новое изобретение для откачки воды для всех видов мельниц путем двигательносила огня». Впоследствии механизм получил название «Двигатель Севери» или «Огонь». двигателем». Патент был выдан на 14 лет, а затем продлен до 21 года.

Как паровые двигатели Это изменило лицо мира.

По словам ученого, изобретение появилось совершенно случайно. На самом деле, «двигатель Севери» — это простопаровой Насос. В нем не было цилиндров, поршней и других движущихся частей. Однако пар для работы насоса вырабатывался в отдельном котле. Это открытие впоследствии позволило другим ученым разработать механические устройства и применить к ним реальные паровые двигатели. «Швейная машина, с другой стороны, отличалась низкой эффективностью и прерывистой работой (воду нужно было качать в разном количестве).

Первый прототип паровоза (Поезд оборудован паровым двигателем) построенный в 1769 году военным инженером Николасом-Жозе Куньо. Это был паровой двигатель привело к взрывному росту промышленности в XVIII и XIX веках. Железные дороги, корабли, водяные насосы, станки на заводах и фермах, котельные, первые моторизованные сельскохозяйственные машины, плотники, первые легковые и грузовые автомобили — просто все. на паровых двигателях, Пока их не заменило электричество.двигатели и двигатели Двигатели внутреннего сгорания в конце 19-го и начале 20-го веков. Это было так двигателях, примитивным и проблематичным по современным стандартам, двигателях В сфере обработки материалов и логистики мир постепенно был готов к появлению высокотехнологичных цифровых продуктов, таких как интернет и смартфоны. Без «гонки вооружений» на транспортных и технологических заводах мир долгое время оставался бы в застое. И что я могу сказать — до изобретения парового двигателя путешествовать между городами было большой проблемой, и до появления поездов использовались железные дороги; лошади, которые были медленными и быстро уставали.

Кстати, вскоре после этого Севери первым использовал термин «лошадиная сила».

В 1698 году англичанин Томас Савери создал паровой безпоршневой насос, который был отделен от основного корпуса. машины. Насос быстро нашел применение в «огнетушителях».

ПАРОВА́Я МАШИ́НА

Устройство паровой машины Одностороннего действия: 1 — поршень; 2 — шток; 3 — шатун; 4 — шатун; 5 — кривошип; 6 — главный вал; 7 — маховик; 8 — центробежный регулятор; 9 — золотник.

Паровая машина, тепловой двигатель, в котором потенциальная энергия пара из парового котла преобразуется в механическую работу за счет возвратно-поступательного движения поршня. Рабочий процесс ПМ обусловлен периодическими изменениями давления пара в цилиндре (пар, поступающий в цилиндр, расширяется и перемещает поршень). Кривошипно-шатунный механизм используется для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала (рисунок). Пар подается через систему распределения пара с обеих сторон цилиндра, а отработанный пар сбрасывается в атмосферу или в виде конденсата с другой стороны. Для снижения теплопотерь цилиндр окружен паровой рубашкой (камера, поддерживающая приблизительно постоянную температуру на стенках цилиндра).

ИЗОБРЕТЕНИЕ ПАРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ. 500 знаменитых исторических событий

ИЗОБРЕТЕНИЕ ПАРОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

^{Схема паровой машины Джеймса Уатта (1775 г.)}

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

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

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

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

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

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

Уатт родился в шотландском городке Гринок в семье кораблестроителя. Работая учеником в мастерских в Глазго, за первые два года Джеймс приобрел квалификацию гравировщика, мастера по изготовлению математических, геодезических, оптических приборов, различных навигационных инструментов.

По совету дяди-профессора Джеймс поступил в местный университет на должность механика. Именно здесь Уатт начал работать над паровыми машинами.

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

В 1776 г.

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

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

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

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Изобретение иероглифов

Изобретение иероглифов Почему мы, читая какой-нибудь иностранный рассказ, роман или историческое повествование, понимаем, что это не русское произведение? Потому что об этом говорят иностранные имена литературных героев, иностранные названия местности или растений в

Тайны русского «парового катка» на Берлин

Тайны русского «парового катка» на Берлин К концу октября 1914 года германское командование осознало, что война приняла затяжной характер. Считая, что русская армия слабее английской и французской, оно постепенно начало перебрасывать силы на Восточный фронт,

ИЗОБРЕТЕНИЕ КНИГОПЕЧАТАНИЯ

ИЗОБРЕТЕНИЕ КНИГОПЕЧАТАНИЯ Иоганн ГутенбергЗначение этого изобретения трудно переоценить. Широкое распространение знаний, к которому вело изобретение печатной книги, неимоверно ускорило развитие человечества. Прогресс наступил во всех областях деятельности

ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕЛЕФОНА

ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕЛЕФОНА Так выглядел один из первых телефоновТелефон — это изобретение, которое изменило быт, привычки, восприятие действительности всего человечества. Аппарат позволил по-иному оценить расстояния, способствуя быстрому распространению информации.

ИЗОБРЕТЕНИЕ РАДИО

ИЗОБРЕТЕНИЕ РАДИО Радиоприемник Попова (1895 г.

)Один из самых известных примеров спора о научно-техническом приоритете является вековой спор между Россией и остальным миром по поводу изобретения радио. Надо сказать, что радио — первое техническое средство, пригодное для

5.8. Изобретение колеса

5.8. Изобретение колеса 7. Колесо и повозка были изобретены еще в эпоху индоевропейского единства, т. е. на первоначальной территории среднестоговской культуры. Это следует из того очевидного факта, что колесо было хорошо известно уже в период индоевропейского единства.

«Пятое изобретение» Поднебесной

«Пятое изобретение» Поднебесной Качество китайского фарфора проверяется каплей воды С Поднебесной принято связывать «четыре великих изобретения». Это компас, порох, бумага, книгопечатание. Но когда речь доходит до прикладного искусства, нельзя не вспомнить о пятом

Изобретение традиции

Изобретение традиции В своей влиятельной работе Эрик Хобсбаум и Теренс Рейнджер (Hobsbawm and Ranger 1983; см. также: Хобсбаум 1998) рассмотрели множество случаев «изобретения» национальных «традиций» элитами, занимавшимися государственным строительством. Например, новые

Изобретение карманных часов

Изобретение карманных часов Кто бы ни был изобретателем колесных часов с тормозом, изобретение это само по себе представляет собою громадный шаг вперед; ведь оно дало возможность изготовлять часы, во-первых, независящие от таких ненадежных факторов, как температура и

Изобретение маятника

Изобретение маятника Часто малозначащие события влекут за собой крупные последствия. Так и в часовом деле: незначительному событию суждено было дать толчок и способствовать значительному прогрессу в устройстве больших стенных часов.Итальянский астроном Галилей в один

Ричард Тревитик | Английский инженер

Ричард Тревитик

Смотреть все медиа

Дата рождения:

13 апреля 1771 г. Англия

Умер:

22 апреля 1833 г. (62 года) Дартфорд Англия

Просмотреть весь соответствующий контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

Ричард Тревитик (родился 13 апреля 1771, Иллоган, Корнуолл, Англия — умер 22 апреля 1833, Дартфорд, Кент), британский инженер-механик и изобретатель, который успешно использовал пар высокого давления и построил первую в мире паровую железную дорогу. паровоз (1803 г.). В 1805 году он приспособил свой двигатель высокого давления для привода железопрокатного стана и для приведения в движение баржи с помощью гребных колес.

Тревитик провел свою юность в Иллогане в районе добычи олова в Корнуолле и посещал деревенскую школу. Учитель описал его как «непослушного, медлительного и упрямого». Его отец, управляющий шахтой, считал его бездельником, и на протяжении всей своей карьеры Тревитик оставался малограмотным. Однако в раннем возрасте он проявил незаурядный инженерный талант. Благодаря своей интуитивной способности решать проблемы, которые ставили в тупик образованных инженеров, он получил свою первую работу инженером на нескольких рудниках Корнуолла в 179 г.0 в возрасте 19 лет. В 1797 году он женился на Джейн Харви из известной инженерной семьи. Она родила ему шестерых детей, один из которых, Фрэнсис, стал начальником локомотива Лондонской и Северо-Западной железной дороги, а позже написал биографию своего отца.

Викторина «Британника»

Изобретатели и изобретения

Наши первые человеческие предки изобрели колесо, но кто изобрел шарикоподшипник, уменьшающий трение при вращении? Пусть крутятся колеса в вашей голове, проверяя свои знания об изобретателях и их изобретениях в этой викторине.

Поскольку в Корнуолле нет угольных месторождений, высокая стоимость импорта вынуждала операторов рудников вести жесткую экономию в потреблении топлива для насосов и подъемников. Поэтому инженеры Корнуолла сочли необходимым повысить эффективность паровой машины. В то время использовался массивный двигатель низкого давления, изобретенный Джеймсом Уаттом. Изобретательный, но осторожный, Уатт считал, что «сильный пар» слишком опасен для использования; Тревитик думал иначе. Вскоре он понял, что, используя пар высокого давления и позволяя ему расширяться внутри цилиндра, можно построить гораздо меньший и легкий двигатель с меньшей мощностью, чем у двигателя низкого давления.

В 1797 году Тревитик сконструировал работающие под высоким давлением модели как стационарных, так и локомотивных двигателей, которые оказались настолько успешными, что он построил полномасштабный двигатель высокого давления для подъема руды. Всего он построил 30 таких двигателей; они были настолько компактны, что их можно было перевозить в обычном сельскохозяйственном фургоне на шахты Корнуолла, где они были известны как «причуды пуха», потому что выпускали свой пар в атмосферу.

Тревитик построил свой первый паровой вагон, на котором он поднялся на холм в Камборне, Корнуолл, в канун Рождества 1801 года. В марте следующего года вместе со своим двоюродным братом Эндрю Вивианом он получил свой исторический патент на двигатели высокого давления для стационарных и локомотивных двигателей. использовать. В 1803 году он построил второй вагон, на котором проехал по улицам Лондона, и сконструировал первый в мире паровой железнодорожный локомотив на заводе Samuel Homfray’s Penydaren Ironworks в Южном Уэльсе. 21 февраля 1804 года этот паровоз выиграл пари для Хомфрея, протащив груз из 10 тонн железа и 70 человек по трамвайному пути длиной 10 миль. Второй подобный локомотив был построен в Гейтсхеде в 1805 году, а в 1808 году Тревитик продемонстрировал третий, 9-й.0041 «Поймай-кто-может» на кольцевой трассе, проложенной возле Юстон-роуд в Лондоне. Затем он отказался от этих проектов, потому что чугунные рельсы оказались слишком хрупкими для веса его двигателей.

В 1805 году Тревитик приспособил свой двигатель высокого давления для привода железопрокатного стана и баржи с помощью гребных колес. Его двигатель также приводил в действие первые в мире паровые земснаряды (1806 г.) и приводил в движение молотилку на ферме (1812 г.). Такие двигатели не смогли бы добиться успеха без усовершенствований, внесенных Тревитиком в конструкцию и конструкцию котлов. Для своих небольших двигателей он построил котел и двигатель как единое целое, но он также сконструировал большой кованый котел с одним внутренним дымоходом, который стал известен во всем мире как корнуоллский тип. Он использовался в сочетании с не менее известным насосным двигателем Корнуолла, который Тревитик усовершенствовал с помощью местных инженеров. Последний был вдвое экономичнее, чем тип Watt, который он быстро заменил.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подписаться сейчас

Тревитик, вспыльчивый и импульсивный человек, был совершенно лишен деловой хватки. Ненадежный партнер стал причиной краха лондонского бизнеса, который он начал в 1808 году по производству железного резервуара, запатентованного Тревитиком; банкротство последовало в 1811 году. Три года спустя девять двигателей Тревитика были заказаны для перуанских серебряных рудников, и, мечтая о несметных богатствах полезных ископаемых в Андах, он в 1816 году отплыл в Южную Америку. После многих приключений он вернулся в Англию в 1827 г., без гроша в кармане, обнаружив, что в его отсутствие другие инженеры, особенно Джордж Стефенсон, извлекли выгоду из его изобретений. Он умер в нищете и был похоронен в безымянной могиле.

Л.Т.К. Rolt

Почему паровой двигатель не изобрели раньше? Часть I

Вы читаете Age of Invention , мой информационный бюллетень о причинах Британской промышленной революции и истории инноваций. Это издание было подписано более чем 8300 подписчиками. Если вы только что получили это письмо, вы можете зарегистрироваться здесь:

Как могли заметить постоянные читатели, прошло много времени с момента моего последнего информационного бюллетеня — намного, намного дольше, чем обычно. Хотя я не писал, однако, я усердно работал над исследованиями. Мне приходилось переводить множество первоисточников с французского, итальянского, голландского, немецкого и даже латыни шестнадцатого века, так что это уже могло вызвать задержку. Но потом, чем больше я углублялся в тему, тем больше мне приходилось откладывать ее написание. То, что, как мне казалось, я знал и в чем я был согласен со многими другими историками, оказалось еще более сомнительным. Возможно, даже неправильно. И поэтому мне приходилось копать еще глубже, чтобы добраться до истины и переформулировать то, что я знал.

Так что прошу прощения за задержку. Но я надеюсь, что этот пост будет стоить дополнительного ожидания. (Для платных подписчиков в конце также предусмотрен особый подарок — официальная перезагрузка викторины на изобретения — в награду за ваше терпение.)

Что я обнаружил такого, что меня так потрясло? Изучая свой последний пост об изобретателях, окружавших принца Генри в 1610-х годах, и поскольку я изучал историю энергетики по настоянию Апурва Синхи и других сотрудников Carbon Upcycling, я прочитал опубликованную работу одного из изобретатели Саломон де Каус.

Де Каус часто упоминается в историях о паровой машине, как человек, который в 1615 году написал и изобразил расширяющую силу пара — нагрейте воду в медном сосуде с узкой трубкой, выходящей сверху, и посмотрите, как вода или пар можно заставить подняться! Он даже некоторое время был известен как «настоящий» французский изобретатель паровой машины из-за розыгрыша девятнадцатого века1

Однако сегодняшним историкам науки и техники иллюстрация де Кауса ничем не примечательна. Обычно он просто получает краткую проверку имени, более или менее скопированную из более старых историй. Это потому, что расширяющая сила пара оказалась не столь уж важной в развитии паровой машины, как мы увидим, и потому, что она была древней.

Герой Александрийский, писавший где-то в первом веке, уже эксплуатировал тот факт, что при кипячении воды в металлическом сосуде с длинным сужающимся носиком пар выходит с довольно большой силой. Этот эолипил , как его иногда называли, был известен и использовался в средние века и вплоть до XVII века. Иногда он имел форму реторты алхимика и назывался «философским мехом». В других случаях он имел форму человеческого лица, из его рта выходил пар — как греческий бог Эол, дующий ветер.

Философские меха в действии.

Это была не просто игрушка, но нашла много практического применения. Носик философских мехов часто направляли на пламя лампы, создавая эффект паяльной лампы. Он использовался, например, для выполнения более тонких задач, таких как гибка стеклянных труб, или для тонкой работы с металлом — существует множество свидетельств этого на протяжении пятнадцатого, шестнадцатого и семнадцатого веков, а некоторые авторы даже говорят о его достоинствах по сравнению с другими инструментами. , предполагая использование в реальной жизни. Его тепло можно было бы, по-видимому, также использовать для разведения огня в сырую погоду или от влажных дров (при условии, что у вас под рукой было немного сухих дров, чтобы получить aeolipile сам собирается)2

Его также можно использовать для более сложных целей. Герой объяснил, как принцип теплового расширения — воды или воздуха — можно использовать для того, чтобы извергать пар или даже вино на огонь алтаря, чтобы он вспыхнул, чтобы вода вытекала из фонтана, чтобы миниатюрные танцоры вращались и подпрыгивали и вниз, и проталкивать воздух через автоматы в форме птиц, чтобы заставить их петь. В английской версии 1630-х годов утверждалось, что фигура дракона шипит.

Его можно использовать даже для выполнения легкой механической работы. Герой описал версию, которая может заставить вращаться полый шар за счет выхода пара из изогнутых сопел. Он даже описал версию, в которой вода могла быть нагнетена паром из одного контейнера в другой, который тянул бы вес, чтобы открыть некоторые двери. Взяв его идею и следуя ей, инженеры, по крайней мере, начиная с пятнадцатого века, писали о направлении узкого носика эолипила на миниатюрные турбины, чтобы вращать вертел над огнем, — это было предложено в Италии в записных книжках Леонардо да Винчи и в Османская рукопись 1551 года Таки ад-Дина — или для выполнения легких промышленных работ, таких как штамповка руд и минералов в порошки.

Вот предложение Джованни Бранка от 1629 года об использовании эолипила — обратите внимание на его лицо Эола — для измельчения порошков.

Принцип использования тепла для расширения воздуха или пара был опробован даже для более тяжелых задач. В 1605 году французский изобретатель Марин Буржуа разработал пневматическую пушку, известную как «ветровая пушка», в которой использовался воздух, который накачивался и сжимался в стволе. Всего через пару лет, узнав о демонстрации перед французским двором и посетив Буржуа, математик Давид Риво начал экспериментировать, как можно добиться того же эффекта, нагревая воду в пушке. В том же десятилетии испанский военный инженер Херонимо де Аянц-и-Бомонт также пытался использовать расширяющую силу пара, чтобы поднимать и выталкивать воду из шахт — по сути, промышленная версия того, что Герой сделал с фонтанами.

А еще была сила дымохода. Маленькие турбины уже применялись к дымоходам еще в пятнадцатом веке, благодаря чему поднимающийся воздух приводил в движение вертел для жарки. И, возможно, больше. Один английский писатель в конце 1640-х годов, сообщая об итальянской версии, о которой он читал почти сто лет назад, отметил, что то же самое устройство могло также использоваться «для звона колоколов или других музыкальных устройств», «для наматывания пряжи, качания колыбели и тому подобных домашних дел». Он полностью понял, как это работает, отметив, что даже когда в очаге не было настоящего огня, если воздух снаружи был холоднее, чем внутри комнаты, то теплый воздух поднимался через дымоход, приводя в действие механизм, «как показывает опыт». ». Еще раньше, в Риме 1620-х годов, Джованни Бранка изобразил продольно-резательный станок с дымоходом для прокатки горячих металлических прутков, работающий на дыме кузнечного горна:

Джованни Бранка, 1629 год, изображающий металлопрокатный двигатель с кузнечным приводом.

Идея использования тепла для механической работы — и даже промышленной работы — таким образом, имела непрерывную многовековую историю.

Но я был потрясен тем, что нашел в книге де Кауса, не поэтому. В конце концов, полая вращающаяся версия эолипила Героя , несмотря на то, что она является одним из наименее полезных или сложных теплоиспользующих устройств, которые даже он описывает, люди постоянно упоминают. Это регулярно упоминается в дебатах о том, почему в Римской империи не было промышленной революции, иногда изображаемой как глупая игрушка — огромная, неиспользованная возможность — для поддержки нарративов о том, что римляне по какой-то культурной причине или потому, что они в их распоряжении много рабского труда, не заинтересованного в промышленности или практическом применении.

Однако, как укажет любой достойный историк науки, технологический путь к паровому двигателю на самом деле не имел ничего общего с расширяющей силой пара. На самом деле, как раз наоборот. Двигатель Томаса Савери в 1690-х годах сначала всасывал воду вверх по трубе, и только затем нагревал ее, чтобы гнать дальше вверх. А двигатель Томаса Ньюкомена 1710-х годов — тот, который стал наиболее часто используемым и, следовательно, самым известным — вообще не использовал расширяющую силу пара. Пар вводился в цилиндр под поршнем, удерживаемым противовесом. Этого пара было тогда конденсируется струей холодной воды, образуя частичный вакуум под поршнем. Всю работу сделал внезапный огромный относительный вес атмосферы над этим частичным вакуумом. Вот почему двигатель Ньюкомена также называют атмосферным двигателем.

Чтобы перейти к этому этапу, стандартное историческое повествование — то, которое я даже сам несколько раз приводил — состоит в том, что Савери и Ньюкомен смогли сделать это только благодаря нескольким решающим научным открытиям в течение семнадцатого века. . Повествование обычно выглядит примерно так (сильно упрощенно):3

1. Евангелиста Торричелли, один из учеников Галилея, проводит эксперименты во Флоренции в начале 1640-х годов с использованием термометра и изобретает барометр (мы вернемся к этому позже). Он считает, что продемонстрировал, что вакуумов возможны , и что атмосфера имеет вес , написав другу в 1644 году, что «мы живем на дне океана элементарного воздуха».

2. Отто фон Герике, либо самостоятельно, либо услышав об эксперименте Торричелли, c.1650 создает вакуум с помощью механического воздушного насоса. К 1654 году он выкачивает воздух из-под поршня, и тем самым использует атмосферное давление для подъема невероятных тяжестей. — к 1672 году, когда он, наконец, публикует свои выводы, ему удалось поднять 1200 кг (2645 фунтов). Фон Герике даже использует свои открытия, чтобы перевернуть ветряную пушку, вместо этого сделав ее вакуумной.

3. На протяжении 1660-х и 70-х годов Роберт Бойль, Роберт Гук, Христиан Гюйгенс и Денис Папен работали над , более быстро создавая вакуум под поршнем . Они улучшают воздушный насос, а также пытаются взрывать порох под поршнем, при этом расширяющийся от взрыва воздух может выходить через клапаны. Когда давление падает после взрыва, поршень опускается под действием атмосферного давления. Но на очень много ходов он не может работать, из-за скопления под поршнем остатков пороха.

4. Потом становится немного мутно. Одна из самых убедительных теорий заключается в том, что Денис Папен, после того как он изобрел паровой варочный котел — по сути, скороварку — отмечает, что он может отключить его и создать частичный вакуум путем конденсации пара . Сначала он просто подождал, пока он остынет, а теперь усовершенствованный метод — погрузить нагретый цилиндр в холодную воду. Самому Папену не удалось полностью использовать это в своих собственных попытках создать атмосферный двигатель, но он опубликовал свои эксперименты с паровым варочным котлом в 1687 году. Не только в письмах или журнале, или на академической латыни, но и в виде отдельной книги на английском языке.

5. Томас Ньюкомен, вероятно, читает книгу Папена. К сожалению, мы мало что о нем знаем, но это довольно убедительная теория: один из его друзей позже даже описывает, как он использовал очень похожую по звучанию рубашку для холодной воды, но что припой горячего поршня расплавился. и холодная вода просочилась внутрь.4 Случайный результат прямого впрыска холодной воды? Скоростной вакуум. После еще одного десятилетия или около того дальнейших улучшений, чтобы сгладить все перегибы, у нас есть практичный атмосферный двигатель с конденсацией пара.

Даже если в конце есть небольшой скачок из-за того, как мало мы знаем о Ньюкомене, паровой двигатель является классическим примером изобретения, которое стало возможным только благодаря науке.

Но вот в чем дело. Хотя это вполне может быть цепочкой событий с точки зрения того, как каждый человек вдохновлял друг друга, теперь я больше не уверен, что это было действительно необходимо. Когда я читал работу Саломона де Кауса 1615 года, меня так потрясло то, что, в значительной степени незамеченный современными историками5, он очень подробно описывает паровую машину, работающую на солнечной энергии, а не только ту, которая использовала расширяющую силу пара, которая использовалась во многих других работах. имел с древних времен, но и в решающей степени , также используя атмосферное давление.

Де Каус — более 80 лет назад — уже изобрел что-то очень очень похожее на паровой двигатель Томаса Савери 1690-х годов, который, как вы заметите, я упустил из стандартного исторического повествования выше. Это потому, что Савери сидит в нем очень неловко, пропуская многие шаги, но, по-видимому, делая несколько собственных прыжков. (Вот, кстати, единственное точное видео, которое я смог найти о том, как это на самом деле работает.)

Двигатель Савери использовал атмосферное давление, поэтому, очевидно, использовал шаг 1. Но его двигатель использовал воду, которую он перекачивал, а не поршень для подъема каких-либо грузов, по существу игнорируя шаги 2 и 3. И Савери был на впереди из Папен, когда дело дошло до шага 4 — он не только использовал пар в качестве среды, но и конденсировал его, распыляя холодную воду на наполненные паром сосуды. Папен не смог использовать это в своих собственных попытках создать атмосферный двигатель, и ему пришлось консультироваться с Савери о том, как он заставил его работать. Что касается последнего шага, Ньюкомен якобы не знал об изобретении Савери (позже они объединились, чтобы продать их двигатели вместе, под абсурдно широким зонтиком патента Савери, охватывающего «поднятие воды и вызывающее движение… движущей силой огня»). Таким образом, Савери неловко сидит параллельно типичному научному повествованию, ведущему к Ньюкомену.

Кто-то может возразить, что двигатель Савери был чем-то вроде тупика, и почти сразу же его заменило более элегантное решение Ньюкомена. У двигателя Savery были вполне реальные ограничения, он не мог поднимать воду из глубоких шахт. Существовал теоретический предел того, как далеко он может использовать атмосферное давление для «всасывания» воды из шахт, на практике этот процесс ограничивался менее чем 9 метрами (~ 30 футов), а это означало, что котел и оборудование должны были быть размещены глубоко. внутри самой шахты. Его способность затем «подталкивать» воду еще выше, используя расширяющую силу пара, тогда также была ограничена видами давления, которое Савери мог достичь с помощью своего котла, и способностью его труб выдерживать их. Металлургии еще предстояло пройти долгий путь в 1690 с.

Но двигатель Savery был , а не тупиком. Хотя при откачивании воды из глубоких рудников она не удалась, у нее было множество других применений — по сути, везде, где нужно было поднять воду, но не слишком высоко. И это было значительно дешевле в изготовлении и установке.8 Он использовался для фонтанов, использовался для осушения болот, для подъема морской воды для солеварни в Италии, для подъема воды для привода водяных колес и для подъема воды для бытовых нужд в больших домах или домах. в городах. Двигатель Savery работал по крайней мере несколько лет, поднимая воду в York House, чтобы увеличить водоснабжение Лондона. И его продолжали совершенствовать. В конце 1710-х годов в Англии Теофил Дезагюлье и приехавший сюда голландский ученый Виллем Гравезанд значительно улучшили его эффективность9.В 1740-х годах в Португалии компания Bento de Moura полностью автоматизировала все свои замки и клапаны. А английский инженер Уильям Блейки устанавливал их по всей Европе в 1760–80-х годах10. Таким образом, двигатель Савери все еще использовался и разрабатывался, спустя почти сто лет после того, как Савери представил его.

Вот что делает двигатель де Кауса таким шокирующим. Изобретение Савери было важным, его часто применяли на практике. Мне также кажется вполне правдоподобным, что это могло быть единственным источником повторной адаптации, из которого кто-то мог бы в конечном итоге вывести изобретение, подобное Ньюкомену, — другими словами, практический атмосферный двигатель был бы изобретен, даже если бы традиционный шаги 1-4 никогда не выполнялись. И еще двигатель Савери вроде был , а не первое устройство, использующее водоподъемную способность конденсирующегося пара. Действительно, даже де Каус в 1615 году не был первым — несмотря на то, что он предшествовал Шагу 1 традиционного повествования, открытиям Торричелли, почти на три десятилетия.

Вот как выглядело изобретение де Ко (полную версию работы на французском языке можно прочитать здесь):

Паровая машина Саломона де Ко на солнечной энергии — базовая версия.

В этой базовой версии у де Кауса есть четыре медных сосуда с небольшим количеством воды в них, соединенных через дно трубой (P). Клапан (H) позволяет им забирать воду из цистерны внизу, при этом вода не падает обратно. И еще одна труба (F) входит в воду в каждом из сосудов, так что вода может быть вытолкнута через другой клапан в фонтан. Принцип его работы обманчиво прост. Когда жаркое полуденное солнце нагревает сосуды — де Каус упоминает, что это лучше всего работает в теплых странах, таких как Италия или Испания, — воздух и вода в сосудах нагреваются, заставляя воду подниматься вверх, чтобы заставить фонтан течь.

Затем, и это решающий момент, «после того, как пройдет дневная жара и наступит ночь, сосуды, чтобы избежать пустоты, будут притягивать воду из цистерны через трубу и клапан H и P для пополнения. сосуды, какими они были прежде». Он даже полностью понимал, что сгущение может быть достигнуто с помощью холода: «упомянутый сосуд снова наполнится водой, когда наступит ночь, из-за прохлады воздуха». Атмосферное давление в действии, даже без понятия атмосферы, имеющей вес. На самом деле, даже без понятия, что возможен вакуум. Де Каус думал о своем фонтане на солнечной энергии как об использовании самой невозможности — что ужас природы перед вакуумом настолько силен, что творит чудеса.

И де Каус развил его дальше. Чтобы усилить жар и увеличить силу фонтана, он изменил форму сосудов и добавил к их стенкам выпуклые стеклянные линзы, чтобы сфокусировать солнечные лучи на воде внутри. Он даже включил рецепт, как сделать специальный клей, прикрепляющий стекло к меди, который не плавился бы от жары — когда вы видите такую ​​нелепую деталь в книге такого рода, это очень сильный показатель того, что он действительно сделал это. хотя бы одну рабочую модель. Если это не помогло, он предложил альтернативный подход: использовать оправу из выпуклых очков, которые затем фокусировались бы на поверхности сосудов, а не интегрировались в сами сосуды. И предложил альтернативные приложения. Поскольку де Каус был одержим музыкой, он использовал те же принципы, чтобы статуя издавала звук, когда светило солнце. Он читал об этом с древних времен — в римском Египте статуя Мемнона должна была делать именно это.

Может показаться, что машины де Кауса были банальными развлечениями, работающими только в определенное время суток, как своего рода трюк для фонтанов и музыки. Истинный. Но в более общих чертах его, безусловно, интересовало промышленное применение машин — остальная часть книги включает в себя дренажные насосы, способ тушения пожаров, машины для сверления деревянных труб и удивительно сложный токарный станок. Конечно, для него это не было таким уж большим скачком, поскольку он уже начал думать о том, как применять тепло и охлаждение в более общем плане к таким устройствам, а не только с помощью солнца. Он даже намекает на то, что «с помощью этой машины можно сделать еще много замечательных изобретений, которые я рассмотрю в другой раз».

К сожалению, он не удосужился опубликовать надлежащее продолжение, но очевидно, что он знал, что наткнулся на что-то особенное. В посвящении книги он выделяет для комментариев только те машины, которые «могут приводиться в движение исключительно посредством температуры воздуха, который нагревается с помощью солнца или охлаждается из-за его отсутствия».