Кто изобрел первый паровой двигатель: Кто изобрел первую паровую машину

Моторы из прошлого – Автомобили – Коммерсантъ

Пар костей не ломит

Паровая машина – самый известный двигатель внешнего сгорания. Здесь рабочим телом служит вода, которая нагревается топливом за пределами двигателя. Первые проекты паровых автомобилей относятся еще к Исааку Ньютону, однако реально работающие прототипы были созданы только в 1698 году англичанином Томасом Севери. Сначала машину в действие приводила мощная струя пара, бившая из сопла. Но впоследствии Джеймс Уатт значительно усовершенствовал эту модель и в итоге подарил миру не только более эффективный паровой двигатель, но и промышленную революцию.

Фото: Автопилот

В 1769 году Николя-Жозеф Конью задался целью создать тягач для артиллерии, так появилась на свет огромная неуклюжая повозка с гигантским котлом спереди. Это самый известный из предков автомобиля – повозка Кюнью считается первым самодвижущимся экипажем в мире.

Она была довольно медленной и неповоротливой, и уже в первой испытательной поездке врезалась в здание Арсенала.

Паровые машины разрабатывались и в нашей стране. Так, небезызвестный Иван Кулибин, чье имя впоследствии станет нарицательным, именно в ходе работы над паровым двигателем изобрел маховик, коробку передач и тормоза.

Автомобили на паровом ходу активно использовались вплоть до середины XX века, более того, именно на паровом автомобиле в 1906 году была преодолена отметка в 200 км/ч.

Имена нарицательные

«Автомобиль на топливе» – вот так незамысловато в патенте было описано изобретение, которое официально признано первым автомобилем в мире. Патент был зарегистрирован Карлом Бенцем в 1886 году.

Бенц использовал двигатель внутреннего сгорания, который придумал и создал его соотечественник Николаус Август Отто. В 1946 году немецкий институт по стандартизации DIN сделал Отто нарицательным именем для бензиновых двигателей, как имя Дизеля было присвоено моторам с воспламенением от сжатия.

И сейчас в характеристиках немецких автомобилей вы можете увидеть Ottomotor.

Аткинсон, но не мистер Бин

Англичанин Джеймс Аткинсон пошел на ухищрения, чтобы производить ДВС, не попадая под патент Отто, и изменил поведение поршней во время рабочего хода, усложнив конструкцию.

Его технические решения нашли применение только много позже, в начале XXI века, когда компания Toyota начнет ставить двигатели с циклом Аткинсона на свои гибридные модели.

Вернуться на главную страницу проекта «Что нами движет»

Поровой двиготель. История изобретения паровых машин

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

Паровые двигатели современности

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

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

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

Метод 1: мини-паровой двигатель своими руками

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

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

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

Мини-сопла

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

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

Запуск двигателя

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

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

Модель парового двигателя для взрослых

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

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

Основной элемент

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

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

Емкость для воды

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

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

Результат

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

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

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

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

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

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

На схеме показан момент, когда каналы 1 и 9 открыты, каналы 3 и 11 закрыты. Поэтому свежий пар из котла по каналу 1 поступает в левую полость цилиндра и своим давлением перемещает поршень вправо; в это время отработавший пар по каналу 9 из правой полости цилиндра удаляется. При крайнем правом положении поршня каналы

1 и 9 закрыты, а 3 для впуска свежего пара и 11 для выпуска отработавшего пара открыты, вследствие чего поршень переместится влево. При крайнем левом положении поршня открываются каналы 1 и 9 и закрываются каналы 3 и 11 и процесс повторяется. Таким образом, создается прямолинейное возвратно-поступательное движе­ние поршня.

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

Величина вращающего момента на коренном валу не является постоянной. В самом деле, силу

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

Т = К sin (? + ?).

Но из треугольника ОКР сила

K= P/ cos ?

поэтому

T=

Psin ( ? + ?) / cos ? ,

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

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

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

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

Рабочим объемом цилиндра V h называется объем, описываемый поршнем.

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

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

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

Паровая машина в действии

Изобретение и развитие

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

Первые промышленные двигатели

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

Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа».

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

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

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

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

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

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

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

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

Паровые машины с возвратно-поступательным движением

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

Вакуумные машины

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

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

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

Сжатие

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

Опережение

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

Простое расширение

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

Компаунд

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

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

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

Двухцилиндровые компаундные машины могут быть классифицированы как:

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

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

Множественное расширение

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

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

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

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

Прямоточные паровые машины

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

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

Паровые турбины

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

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

Другие типы паровых двигателей

Применение

Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом:

Стационарные машины

Паровой молот

Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба

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

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

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

Транспортные машины

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

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

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

Преимущества паровых машин

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

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

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

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

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

Коэффициент полезного действия

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

,

Принцип действия парового двигателя

Содeржание

Аннотация

1. Теоретическая часть

1.1 Временная цепочка

1.2 Паровой двигатель

1. 2.1 Паровой котёл

1.2.2 Паровые турбины

1.3 Паровые машины

1.3.1 Первые пароходы

1.3.2 Зарождение двухколесного транспорта

1.4 Применение паровых двигателей

1.4.1 Преимущество паровых машин

1.4.2 Коэффициент полезного действия

2. Практическая часть

2.1 Построение механизма

2.2 Способы улучшения машины и ее КПД

2.3 Анкетирование

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

паровой двигатель полезное действие

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

Введение

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

Гипотеза:

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

Цель работы: сконструировать механизм способный двигаться на пару.

Задача исследования:

1. Изучить научную литературу.

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

3. Рассмотреть возможности увеличения КПД в дальнейшем.

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

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

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

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

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

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

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

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

1405 г. — появились первые рессорные конные экипажи.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1784 г. — Джеймс Уатт создал первую паровую машину.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.2 Паровой двигатель

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

43. Волшебная эстетика паровой эры!

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

45. Приборы.

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

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

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

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

50. Безупречная эстетика Belle Époque в каждом винтике.

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

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

53. В прошлом генератор находился на этом месте.

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

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

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

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

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

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

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

61. Маховик с канавками для канатов крупным планом.

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

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

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

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

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

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

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

69. Великолепие техники периода «прекрасной эпохи «.

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

71. Вентили управления отдельными узлами машины.

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

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

74. До чего же красиво! Чистый восторг!

75. Цилиндры машины с колонками впускных клапанов.

76. Еще масленки.

77. Эстетика стимпанка в классическом виде.

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

79.

80.

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

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

С чего же все начиналось…

Супер мощные моторы, сотни лошадиных сил под капотом, совершенство управления, кожаные салоны, чистый автозвук, тишина и комфорт в салоне… теперь это нормальные требования к нормальному автомобилю.
Но когда то были времена, когда люди хотели от автомобиля только одного — что бы он просто ехал. Желательно из пункта А в пункт Б. А там, как получиться ).
Предлагаю вспомнить о этих временах. Ведь не будь паромобилей, ездили бы мы сейчас на лошадях безо всякого комфорта, с низкой скоростью и с 1 л.с. )) (С)

Первые опыты с паром в качестве средства для привода проводились еще в XVII веке. Силовое действие давления воздуха открыл в 1643 году Эванджелиста Торричелли. Через 37 лет голландец Christian Huygens (Кристиан Гюйгенс) спроектировал первую силовую машину, которая базировалась на явлении расширения газов в цилиндре при взрыве пороха. Это был первый двигатель внутреннего сгорания. Тот же принцип, к слову сказать, использовался французским аббатом Отфеем для водозаборной машины. Сила взрыва вскоре была заменена французским физиком Denis Papin (Дени Папен) менее мощной силой пара. В 1690 году он построил конденсационную паровую машину, известную также как паровой котел.

Паровой автомобиль Фербиста (1672) (Бельгия)

Она состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался – так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.

Реактивный автомобиль Ньютона (1680) (Великобритания)

Позже два англичанина, Thomas Newcomen (Томас Ньюкомен) и Коули – один кузнец, другой стекольщик, – усовершенствовали систему путем разделения кипятильного котла и цилиндра и добавления бака с холодной водой. Эта система функционировала с помощью клапанов или кранов – одного для пара и одного для воды, которые поочередно открывались и закрывались. Затем англичанин Бэйтон перестроил клапанное управление в подлинно тактовое.
Машина Ньюкомен вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована разработанной James Watt (Джеймсом Уатт) в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина, наиболее значимый прогресс которой был достигнут в Англии, оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уаттa предложил свои изобретения и промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик. В качестве средства передвижения первым использовал паровую машину француз Николя Жозеф Куньо, инженер и военный стратег-любитель.

Автомобиль Куньо (1769) (Франция)

В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.
Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своим паровым автомобилем. Но еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который четырнадцатью годами позже изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началось усовершенствование паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию автомобиля будущего.
В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.

Паровая карета Гарни (1825) (Великобритания)

Паровая карета (1828) (Великобритания)

Паровая карета Хилла (1830) (Великобритания)

Паровая карета Хэнкока (1830) (Великобритания)

Паровой автомобиль Бордино (1854) (Италия)

Транспортное средство Болле-Манселя (1878) (Франция)

Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.

Паровой трехколесник Пекори (1891) (Италия)

Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года.

Статью и фото взял у p_i_f

Как устроен паровой двигатель. Современный паровой двигатель

Зачастую при упоминании «паровых двигателей» на ум приходят паровозы или автомобили Стэнли Стимер, но применение этих механизмов не ограничивается перевозками. Паровые двигатели, которые впервые были созданы в примитивном виде около двух тысячелетий назад, за последние три столетия стали крупнейшими источниками электропитания, а сегодня паровые турбины производят около 80 процентов мировой электроэнергии. Чтобы глубже понять природу физических сил, на основе которых работает такой механизм, мы рекомендуем вам сделать свой собственный паровой двигатель из обычных материалов, воспользовавшись одним из предложенных здесь способов! Для начала переходите к Шагу 1.

Шаги

Паровой двигатель из жестяной банки (для детей)

Отрежьте нижнюю часть алюминиевой банки на расстояние 6,35 см. При помощи ножниц по металлу ровно отрежьте нижнюю часть алюминиевой банки примерно на треть высоты.

Загните и прижмите ободок при помощи плоскогубцев. Чтобы не было острых краев, загните ободок банки внутрь. Выполняя это действие, следите за тем, чтобы не пораниться.

Надавите на дно банки изнутри, чтобы сделать его плоским. У большинства алюминиевых банок из-под напитков основание будет круглым и выгнутым вовнутрь. Выровняйте дно, надавив на него пальцем или воспользовавшись небольшим стаканом с плоским дном.

Выполните два отверстия в противоположных сторонах банки, отступив 1,3 см от верха. Для выполнения отверстий подойдет как бумажный дырокол, так и гвоздь с молотком. Вам потребуются отверстия диаметром чуть более трех миллиметров.

Разместите по центру банки маленькую греющую свечу. Скомкайте фольгу и положите ее под низ и вокруг свечки, чтобы она не двигалась. Такие свечки обычно идут в специальных подставках, поэтому воск не должен плавиться и вытекать в алюминиевую банку.

Обмотайте центральную часть медной трубки длиной 15-20 см вокруг карандаша на 2 или 3 витка, чтобы получился змеевик. Трубка диаметром 3 мм должна легко сгибаться вокруг карандаша. Вам потребуется достаточное количество изогнутой трубки, чтобы протянуть поперек банки через верх, плюс дополнительные прямые 5 см с каждой из сторон.

Проденьте концы трубок в отверстия в банке. Центр змеевика должен расположиться над фитилем свечи. Желательно, чтобы прямые участки трубки с обеих сторон банки были одинаковой длины.

Согните концы труб при помощи плоскогубцев, чтобы получился прямой угол. Согните прямые участки трубки таким образом, чтобы с разных сторон банки они смотрели в противоположные направления. Затем снова согните их, чтобы они опустились ниже основания банки. Когда все будет готово, должно получиться следующее: змеевидная часть трубки находится по центру банки над свечкой и переходит в два наклонных, смотрящих в противоположные стороны «сопла» с двух сторон банки.

Опустите банку в миску с водой, при этом концы трубки должны погрузиться. Ваша «лодка» должна надежно держаться на поверхности. Если концы трубки недостаточно погружены в воду, попытайтесь немного утяжелить банку, но ни в коем случае не утопите ее.

Заполните трубку водой. Самым простым способом будет опустить один конец в воду и потянуть с другого конца как через соломинку. Также можно пальцем перекрыть один выход из трубки, а второй подставить под струю воды из-под крана.

Зажгите свечу. Через время вода в трубке нагреется и закипит. По мере превращения в пар она будет выходить через «сопла», в результате чего вся банка начнет вращаться в миске.

Паровой двигатель из банки из-под краски (для взрослых)

1. Прорежьте прямоугольное отверстие возле основания четырехлитровой банки из-под краски. Сделайте горизонтальное прямоугольное отверстие размером 15 x 5 см сбоку банки возле основания.

   • Необходимо убедиться, что в этой банке (и в еще одной используемой) была только латексная краска, а также тщательно вымыть ее мыльной водой перед использованием.

2. Отрежьте полоску металлической сетки 12 x 24 см. По длине с каждого края отогните по 6 см под углом 90 o . У вас получиться квадратная «платформа» 12 x 12 см с двумя «ножками» по 6 см. Установите ее в банку «ножками» вниз, выровняв ее по краям прорезанного отверстия.

   Сделайте полукруг из отверстий по периметру крышки. Впоследствии вы будете сжигать в банке уголь, чтобы обеспечить паровой двигатель теплом. При нехватке кислорода уголь будет плохо гореть. Чтобы в банке была необходимая вентиляция, просверлите или пробейте в крышке несколько отверстий, которые образуют полукруг вдоль краев.

   • В идеале диаметр вентиляционных отверстий должен быть около 1 см.

3. Сделайте змеевик из медной трубки. Возьмите около 6 м трубки из мягкой меди диаметром 6 мм и отмерьте с одного конца 30 см. Начиная с этой точки, выполните пять витков диаметром 12 см. Оставшуюся длину трубы согните в 15 витков диаметром по 8 см. У вас должно остаться около 20 см.

   Пропустите оба конца змеевика в вентиляционные отверстия в крышке. Согните оба конца змеевика таким образом, чтобы они были направлены вверх и пропустите оба через одно из отверстий в крышке. Если длины трубы не хватает, то потребуется немного разогнуть один из витков.

   Поместите змеевик и древесный уголь в банку. Поместите змеевик на сетчатую платформу. Заполните пространство вокруг и внутри змеевика древесным углем. Плотно закройте крышку.

   Просверлите отверстия под трубку в банке меньшего размера. По центру крышки литровой банки просверлите отверстие диаметром 1 см. Сбоку банки просверлите два отверстия диаметром 1 см – одно возле основания банки, а второе над ним возле крышки.

   Вставьте закупоренную пластмассовую трубку в боковые отверстия меньшей банки. При помощи концов медной трубки проделайте отверстия в центре двух пробок. В одну пробку вставьте жесткую пластмассовую трубку длиной 25 см, а в другую пробку – такую же трубку длиной 10 см. Они должны плотно сидеть в пробках и немного выглядывать наружу. Вставьте пробку с более длинной трубкой в нижнее отверстие меньшей банки, а пробку с более короткой трубкой в верхнее отверстие. Закрепите трубки в каждой пробке при помощи хомутов.

   Соедините трубку большей банки с трубкой меньшей банки. Разместите меньшую банку над большей, при этом трубка с пробкой должна быть направлена в противоположную сторону от вентиляционных отверстий большей банки. При помощи металлической ленты закрепите трубку из нижней пробки с трубкой, выходящей из нижней части медного змеевика. Затем аналогичным образом закрепите трубку из верхней пробки с трубкой, выходящей из верхней части змеевика.

   Вставьте медную трубку в соединительную коробку. При помощи молотка и отвертки удалите центральную часть круглой металлической электрораспределительной коробки. Зафиксируйте хомут под электрический кабель стопорным кольцом. Вставьте 15 см медной трубки диаметром 1,3 см в хомут кабеля, чтобы трубка выходила на несколько сантиметров ниже отверстия в коробке. Затупите края этого конца вовнутрь при помощи молотка. Вставьте этот конец трубки в отверстие в крышке меньшей банки.

   Вставьте шпажку в дюбель. Возьмите обычную деревянную шпажку для барбекю и вставьте ее в один конец полого деревянного дюбеля длиной 1,5 см и диаметром 0,95 см. Вставьте дюбель со шпажкой в медную трубку внутри металлической соединительной коробки таким образом, чтобы шпажка была направлена вверх.

   • Во время работы нашего двигателя шпажка и дюбель будут действовать как «поршень». Чтобы движения поршня было лучше видно, можно прикрепить к нему небольшой бумажный «флажок».

4. Подготовьте двигатель к работе. Снимите соединительную коробку с меньшей верхней банки и заполните верхнюю банку водой, позволяя ей выливаться в медный змеевик, пока банка не будет заполнена водой на 2/3. Проверьте отсутствие утечек во всех местах соединений. Плотно закрепите крышки банок, застучав их молотком. Снова установите соединительную коробку на место над меньшей верхней банкой.

5. Запускайте двигатель! Скомкайте куски газеты и положите их в пространство под сеткой в нижней части двигателя. Когда древесный уголь разгорится, дайте ему прогореть около 20-30 минут. По мере нагревания воды в змеевике в верхней банке начнет накапливаться пар. Когда пар достигнет достаточного давления, он вытолкнет дюбель и шпажку наверх. После сброса давления поршень опустится вниз под действием силы тяжести. При необходимости, срежьте часть шпажки, чтобы снизить вес поршня – чем он легче, тем чаще будет «всплывать». Постарайтесь сделать шпажку такого веса, чтобы поршень «ходил» в постоянном темпе.

   • Можно ускорить процесс горения, усилив приток воздуха в вентиляционные отверстия феном.

6. Соблюдайте безопасность. Полагаем, само собой разумеется, что при работе и обращении с самодельным паровым двигателем необходимо соблюдать осторожность. Никогда не запускайте его в помещении. Никогда не запускайте его возле таких воспламеняющихся материалов, как сухие листья или нависающие ветви деревьев. Используйте двигатель только на прочной негорючей поверхности вроде бетона. Если вы работаете с детьми или подростками, то они не должны оставаться без присмотра. Детям и подросткам запрещается подходить к двигателю, когда в нем горит древесный уголь. Если вам не известна температура двигателя, то считайте, что он настолько горячий, что к нему нельзя прикасаться.

   • Удостоверьтесь, что пар может выходить из верхнего «котла». Если по какой-либо причине поршень застрянет, то внутри меньшей банки может накопиться давление. При самом худшем раскладе банка может взорваться, что очень опасно.

• Поместите паровой двигатель в пластмассовую лодку, опустив оба конца в воду, чтобы получилась паровая игрушка. Можно вырезать лодку простой формы из пластиковой бутылки из-под газировки или отбеливателя, чтобы ваша игрушка получилась более «экологичной».

Паровые двигатели были установлены и приводили в движение большую часть паровозов в период начала 1800 и вплоть до 1950 годов прошлого века. Хочется отметить, что принцип работы этих двигателей всегда оставался неизменным, несмотря на изменение их конструкции и габаритов.

На анимированной иллюстрации приведен принцип работы парового двигателя.

Для генерации подаваемого на двигатель пара использовались котлы, работающие как на дровах и угле, так и на жидком топливе.

Первый такт

Пар из котла поступает в паровую камеру, из которой через паровую задвижку-клапан (обозначена синим цветом) попадает в верхнюю (переднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром, толкает поршень вниз к НМТ. Во время движения поршня от ВМТ к НМТ колесо делает пол оборота.

Выпуск

В самом конце движения поршня к НМТ паровой клапан смещается, выпуская остатки пара через выпускное окно, расположенное ниже клапана. Остатки пара вырываются наружу, создавая характерный для работы паровых двигателей звук.

Второй такт

В то же самое время, смещение клапана на выпуск остатков пара открывает вход пара в нижнюю (заднюю) часть цилиндра. Созданное паром в цилиндре давление заставляет поршень двигаться к ВМТ. В это время колесо делает еще пол оборота.

Выпуск

В конце движения поршня к ВМТ остатки пара освобождаются через все то же выпускное окно.

Цикл повторяется заново.

Паровой двигатель имеет т.н. мертвую точку в конце каждого хода, когда клапан переходит от такта расширения к выпуску. По этой причине каждый паровой двигатель имеет два цилиндра, что позволяет запускать двигатель из любого положения.

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.

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.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Научно-практическая конференция по теме: «Паровой двигатель»

         Министерство образования и науки Российской Федерации

            Департамент образования администрации г. Братска

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «СОШ №24»

 

 

 

Научно – практическая работа «Паровой двигатель»

 

 

 

 

 

                                                              Работу выполнил:  ученик 9 «Б» класса

                                                                                           Смирнов Степан

                                                

 

 

                                                               Руководитель: Гончарова Ольга Леонидовна,

                                                                                                    учитель физики

 

 

 

 

 

 

 

                                                        г. Братск

                                                           2017г.

                                           ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………   .3

1. Теоретическая часть.  ………….………………………………….  4

          §1.1 Временная цепочка.

          §1.2 Паровой двигатель……………………………………….7

          §1.3 Паровые машины….……………………………………. .8

          §1.4 Преимущество паровых машин…………………………12

2. Практическая часть.  ………………………………………………13

          §2.1 Построение механизма.

Заключение…………………………………………………………    14

Список использованной литературы………………………………  15

Приложение…………………………………………………………   16

         

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

                                                               2

Введение

 

Мир покорных любым капризам природы, где машины приводятся в действие мускульной силой или силой водяных колёс и ветряных мельниц — таким был мир техники до создания парового двигателя.

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

Гипотеза:

 Можно, ли построить своими руками простейший механизм, работающий на пару.

Цель работы:

Изучить принцип  работы и строения паровых двигателей через исторический экскурс. Сконструировать механизм способный двигаться на пару.

 

Задачи  исследования:

1. Изучить научную литературу.

2. Показать преимущества двигателей перед другими похожими устройствами.

3. Сконструировать и построить простейший механизм, работающий на пару.

 

Данная тема в наше время актуальна тем, что человека в современном обществе вообще нельзя представить без тепловых двигателей. Я считаю, что совершенствование и развитие двигателей даст нам новые возможности во многих сферах деятельности. В наше время это очень актуально, так как экологическая ситуация в мире сильно ухудшилась. И нам  необходимо создание экологически чистых двигателей, которые не будут загрязнять окружающую среду.

Эта научная работа будет служить пособием на уроках физики для старших классов и для тех, кого интересует данная тема, например в машиностроении, тепловых установках типа ТЭЦ.

В своей работе я использовал следующие методы исследования:

— Анализ теоретических источников;

— Эксперимент                                                                                                  

                                                               3

                      Глава 1. Теоретическая часть.

 

§1.1 Временная цепочка.

4000 лет до н. э. — человек изобрел колесо.

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

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

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

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

 1405 г. — появились первые рессорные конные экипажи.

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

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

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

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

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

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

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

                                                            4

 

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

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

1764г. — действующая паровая машина была создана в России Иваном Ползуновым.

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

 1784 г. — Джеймс Уатт создал первую паровую машину.

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

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

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

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

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

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

1833 г.- Модель первого российского паровоза, построенного механиками отцом и сыном Черепановыми.

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

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

 

                                                        5

 

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

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

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

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

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

 1902 г. — Леон Серполле на одном из своих паровых автомобилей установил мировой рекорд скорости — 120 км/ч. Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                              6           

§1.2 Паровой двигатель.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           7

§1. 3 Паровые машины.

Теоретически задача постройки автомобиля, то есть повозки, которая бы ездила сама, была уже почти решена. Необходимо было лишь построить экипаж с механизмом управления, приводимый в движение находящимся в нем двигателем. В XVIII в  таким двигателем могла стать только паровая машина.

 Впервые эту идею высказали Дени Папен и Томас Сейвери — авторы единицы мощности «лошадиная сила», но, к сожалению, они не могли подтвердить свои мысли практически. Реализация оставшихся в теории английских проектов Сейвери и Уатта удалась французу Никола Жозефу Кюньо. Кюньо родился в 1725 г. в Лотарингии. Он был хорошо образован и с детства проявил исключительный интерес к технике. Инженер детально интересовался приспособлением паровой машины для привода «безлошадного экипажа», досконально знал конструкцию машины Папена и ряда паровых машин Уатта. К сожалению, слишком большие размеры этих конструкций не позволяли разместить их на повозке. Кюньо начал постройку собственной паровой машины небольших размеров. Но так как получавшиеся конструкции все равно были слишком велики, изобретатель вскоре был вынужден прекратить работы, на которые уже не хватало средств, а попытки добиться дополнительного финансирования от правительства не дали результата.

 Однако в 1764 г., когда изобретатель был готов полностью отказаться от исполнения своей мечты, ему улыбнулась удача. Подаваемая много раз просьба об аудиенции у министра обороны была удовлетворена. Естественно, министр не имел намерения интересоваться работой и проектами Кюньо, а поручил генералу де Грибьеву, знающему толк в механике, ознакомиться с изобретением. Генерал, исключительно интеллигентный и умный человек, сразу понял, какой переворот может совершить в армии «механический мул» в качестве артиллерийского тягача. Он поддержал идею построения опытного образца машины Кюньо. Однако первых пробных поездок пришлось ждать пять лет. Они с полным успехом прошли в Брюксе в присутствии небольшого числа зрителей. Результат этих испытаний позволил устроить демонстрацию машины в Париже, на которую был приглашен министр обороны Франции. Первый автомобиль, так называемая малая телега Кюньо, с собственным именем «Фардье», развивал на дороге скорость 4,5 км/ч, но только в течение 12 мин, поскольку на большее не хватало ни воды, ни пара. Необходимо было наполнить котел водой и вновь разжечь под ним костер, так как у первого автомобиля отсутствовала даже топка. Несмотря на свои недостатки, телега так понравилась министру, что он приказал тотчас же приступить к постройке улучшенного и увеличенного экземпляра, который можно было бы изготовлять в больших количествах для использования в войсках для транспортировки пушек.

 Известный французский изобретатель Никола Жозеф Кюньо одним из первых попытался использовать паровую машину для нужд транспорта. Построенный Кюньо в 1769 г. паровой экипаж в настоящее время хранится в Музее искусств и ремесел в Париже, а его изображение стало эмблемой французского общества автомобильных инженеров.

                                                           8

 

Получив в свое распоряжение 20 000 франков в качестве вознаграждения за первую конструкцию, Кюньо с энтузиазмом взялся за дело. В конце 1770 г. были проведены испытания нового, более мощного парового автомобиля Кюньо в присутствии официальных военных экспертов. Они дали похвальное заключение, когда тягач полностью выполнил поставленные перед ним задачи, хотя его скорость не превышала 4 км/ч вместо требуемых 15. Движение было непрерывным, поскольку котел имел собственную топку и не требовалось разжигать на земле костер. К тому же Кюньо уже придумал, как увеличить скорость хотя бы до скорости марша войсковых колонн, чтобы артиллерия не оставалась позади. Лишь в 20-х гг. XIX в., после значительного улучшения качества дорог, паровые повозки вновь стали появляться в Англии.Со временем к дилижансу присоединили повозку с запасами топлива и воды. Это позволило пятнадцатиместным паровым дилижансам совершить около 700 рейсов и преодолеть почти 7 тыс. км со скоростью 30 км/ч. Правительство ввело налоги на паровые автомобили. Сокрушительным ударом по владельцам любых механических повозок стал принятый парламентом «Закон о дорожных локомотивах», который уничтожил самое главное преимущество парового транспорта — скорость, ограничив ее до 15 км/ч. Паровоз — локомотив с самостоятельной паросиловой установкой (паровой котел и паровая машина), движущийся по проложенным рельсам. Первые паровозы были созданы в Великобритании в 1803 г. Р. Тревитиком и в 1814 г. — Дж.Стефенсоном. В России первый паровоз построен в 1833 г. отцом и сыном Черепановыми. В 1865 г., когда железные дороги покрыли своей сетью основную часть территории Англии, их владельцы совместно с владельцами конного транспорта нанесли окончательный удар по паровым каретам. Начиная с этого года паровые машины должны были на загородных участках дороги двигаться со скоростью 7 км/ч, в пределах города — до 4 км/ч. Кроме этого, перед паровой повозкой обязательно должен был бежать специальный человек с красным флажком, предупреждая всех о приближающейся опасности.Так, в Англии на несколько десятилетий был уничтожен такой вид транспорта, как паровые дилижансы. Однако паровозы, приводимые в движение тем же паровым двигателем, беспрепятственно и с выгодой для их владельцев продолжали катить по рельсам. Принятый закон был смягчен лишь в 1878 г. и полностью отменен в 1896 г., когда по дорогам Европы ездили десятки сотен автомобилей с бензиновыми двигателями. Первый паровой колесный тягач в России был построен в 1874 г. на Мальцевском заводе в Людиново. В качестве прототипа был взят английский автомобиль «Эвелин Портер», однако русский тягач получился мощнее и тяжелее. Кроме этого, он был приспособлен к работе на дровах, а не на угле. Всего было построено семь таких тягачей. Как и во Франции, большой интерес к паровым тягачам в России проявило военное ведомство. Как только в России появился первый рутьер, приобретенный бароном Буксгевденом для своего имения под Ригой, военные провели его испытания. Паровой тягач «системы Томсона» достойно выдержал испытания, и в 1876 г. после испытаний еще нескольких моделей рутьеров было принято решение об их закупке для нужд российской армии.

 

 

                                                           9

 Следующим паровым автомобилем после рутьеров Мальцевского завода был построенный в 1901 г. легковой паромобиль московского велосипедного завода «Дукс». На машине этой довольно удачной конструкции был совершен не только пробег в Крым и обратно, но и восхождение на Ай-Петри. Однако паровым автомобилям так и не удалось прижиться в России. Последней попыткой в этом направлении стала постройка в конце 1949 г. двух паровых грузовых автомобилей НАМИ-012. Испытания подтвердили работоспособность и долговечность машин, при этом их ходовые качества были не хуже, чем у дизельного грузовика. Максимальная скорость — 42 км/ч, запаса дров в бункерах хватало на 80 км пробега.

 Вернемся во Францию конца XIX в. Здесь в это время паровые автомобили пережили свое второе рождение. Двигатели оснастили керосиновыми горелками вместо угольных топок, теперь они не нуждались в запасе угля и долгом разогреве. Леон Серполле (1858—1907) в своей модели парового экипажа заменил водяной котел длинной многократно изогнутой трубой — змеевиком. Это была настоящая удача, поскольку такая замена позволила уменьшить объем используемой воды. Кроме этого, на повозке Серполле были установлены эластичные шины, повышающие комфорт поездки, и специальный механизм, соединяющий вал паровой машины и ведущие колеса — кардан. Он получил свое название от имени итальянского изобретателя Джероламо Кардано и позволял передать вращение от неподвижно закрепленной паровой машины к покачивающимся на рессорах колесам повозки.В1875 г. первая паровая машина Болли была продемонстрирована в Париже. Она представляла собой паровой дилижанс, рассчитанный на 12 мест, и получила название «Послушная». Имея общую массу 5 т, паровик расходовал на 1 км пути 2,5 кг угля и 14 л воды. По этим показателям Болли удалось опередить подобные паровые омнибусы англичан в 1,5—2 раза. Впереди сидел управляющий поездом (по терминологии тех лет — кондуктор), а сзади — кочегар (шофер), который обслуживал паровой котел. Четырехцилиндровая паровая машина (точнее, две двухцилиндровые) давала возможность на ровной горизонтальной дороге развивать скорость до 40 км/ч.Его новая модель, изготовленная в 80-х гг. XIX в. и получившая название «Новая», имела еще более высокие показатели. Масса омнибуса составляла 3,5 т, при этом на 1 км пути ей требовалось 1,5 кг угля и 7 л воды. По своим скоростным характеристикам машина Болли могла соревноваться даже с только что появившимися бензиновыми автомобилями. Кстати, если отбросить паровой двигатель, то по конструкции и внешнему виду повозка Болли больше была похожа на современный автомобиль, чем первые бензиновые «безлошадные экипажи», официально считающиеся автомобилями. В ее конструкции присутствовали даже такие элементы, как независимая подвеска колес и металлический кузов, получившие распространение на автомобилях лишь в середине 30-х гг. XX в.В дальнейшем часто использовали паровую машину в качестве двигателя легких трех- и четырехколесных повозок.

 

 

 

                                                           10

 Во Франции этим занимались Леон Серполле и фабрика «Де Дион-Бутон и Трепарду». Использование вертикального трубчатого котла намного меньшего размера, чем обычные, позволило уменьшить массу двигателя, упростить обслуживание и устранить опасность взрыва. Получившиеся в результате усовершенствования небольшие, похожие на брички четырехместные паровые экипажи были очень популярны в начале XX в. во Франции и особенно в США, где паровые автомобили выпускались до начала 30-х гг.Но несмотря на все усовершенствования, паровые автомобили второй половины XIX в. оставались весьма неудобными для эксплуатации. Водитель должен был владеть теми же знаниями и сноровкой, что и машинист на железной дороге.

 Это привело к тому, что паровая машина была практически недоступна массовому потребителю. Несмотря на это, именно она сыграла важную роль в развитии автомобильной техники. Благодаря этой машине была доказана реальная возможность механического передвижения экипажа, опробованы и усовершенствованы различные механизмы будущего автомобиля. Со времен паровых автомобилей нам осталось и слово «шофер» (его раньше писали через два «ф»), что в переводе с французского означает «кочегар». И хотя на автомобиле давно уже нет ни котла, ни топки, часто современного водителя называют шофером. К началу XX в. паровые двигатели могли достигать мощности 15 млн. Вт, а скорость вращения их вала составляла 1000 об/мин. На одной из своих поздних машин Серполле в 1902 г. установил мировой рекорд скорости автомобиля — 120 км/ч. Годом позже он установил еще один рекорд — 144 км/ч. А еще через два года, в 1905 г., американец Ф. Мариотт на паровом автомобиле превысил скорость 200 км/ч.В 80-х гг. XIX в. появились автомобили с бензиновыми двигателями. Их главное преимущество заключалось в малой массе и быстром запуске, хотя они были не лишены ряда недостатков, от которых уже «вылечились» паровые машины.

 Несмотря на все старания ученых и инженеров спасти паровики, они уже не соответствовали современным требованиям. Паровые двигатели были тяжелыми, громоздкими, требовали большого количества топлива и воды и не обещали дальнейшего повышения экономичности. На транспорте их все больше вытесняли появившиеся в конце XIX в. двигатели внутреннего сгорания.                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           11

§1.4 Преимущество паровых машин.

Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового Океана на разных глубинах. Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей. Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов. В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов, со множеством современных усовершенствований, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, и т. д. В результате такие паровозы имеют на 60% меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами.

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

 

 

 

 

 

 

 

                                                           12

Глава 2. Практическая часть.

 

§2.1 Построение механизма.

В практической части была сделана попытка сконструировать механизм, способный двигаться на пару. (Рис.1)

 Для работы я использовал различные материалы, которые частично были взяты дома и куплены в хозяйственном магазине.

 Были использованы такие материалы как:

 Деревянная платформа (Рис.2)

 Медная трубка (Рис.3)

 Различные металлические крепежи (Рис.4),

 Шатун, (Рис.5)

 Поршень со штоком  (Рис.6)

Маховик с осью (Рис.7)

Золотник (Рис.8)

 В первую очередь чтобы собрать механизм я приготовил основание, на чем будет стоять мой механизм, выбор пал на деревянную платформу размерами (19*8)см.

Прогулявшись по рынку, мне приглянулась медная трубка, внутренним диаметром 26 мм и толщиной стенки 1мм.

Разбив старый, не рабочий магнитофон “Нота-М”, я достал от туда будущий маховик – медное колесо диаметром 4,8 см .

 Поршень был сделан из эпоксидной смолы и накручен на шток

Шатун некогда был металлическим стержнем, концы которого я разогрел газовой горелкой и расплющил, чтобы сделать крейцкопф.

Из оргстекла  было сделано устройство золотника. После настройки двигатель заработал, но  к сожалению  не долго, т.к. пар выходил из всех щелей и давление очень быстро упало.

Я не прекращаю попытки усовершенствовать двигатель и использовать его в быту.

 

 

 

                                                           13

 

Заключение

 

После написания работы были сделаны выводы, что паровая техника до сих пор окружает нас и используется, и по сей день: паровозы сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами, насосными  станциями и множеством других мест. Проанализировав научную литературу, стало очевидно, что именно паровой двигатель изменил наш мир, и нашу жизнь, поскольку именно с его открытия настала эра развития технологий и разного вида транспорта.

 Изучив принцип работы паровых двигателей, я сконструировал и построил простейший механизм, работающий на пару.

В работе при создании механизма я столкнулся с рядом проблем, которые помешали добиться желаемого результата и что, в конечном счете, привело к малой мощности данного механизма. Что частично опровергает нашу гипотезу. Чрезмерное влияние внешних факторов и большая потеря тепла, энергии впустую, были причинами неудачи. Так же не достаточное быстрое и малое количество образования пара привело к тому, что не создавалось нужное давление и что впоследствии, привело к нехватке мощности.

Я продолжу реконструкцию механизма, учту все недостатки и добьюсь желаемого результата.

 По этой работе можно судить, что в мире паровых технологий и по сей день, есть куда стремиться и развиваться. И может  быть именно эта технология станет самой экономичной, экологической  и мощной в мире.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         14

 

 

 

Список использованной литературы.

 

1. Большая Советская Энциклопедия / Гл. ред. А.М. Прохоров.- 3-е изд.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 506 с. 
2. Лебедев В. И. Занимательная техника в прошлом / В. И. Лебедев.- Ленинград: »Время», 1933 — 198 с. 
3. Рыжков К.В. 100 великих изобретений / К.В. Рыжков.- М.: Вече, 2001.

4. Куприн Е., Рубец А. Российскому автомобильному транспорту — 100 лет // Автомобильный транспорт. 1996. № 10.

5. Гордиенко М.П., Смирнов Л.М. От повозки до автомобиля. Алма-Ата 1990

6. Мелещенко Ю. С. Техника и закономерности ее развития. Лениздат, 1970г.

7. Волков Г. Н. Истоки и горизонты прогресса. М.: Политиздат 1976 г.

8.Паровые машины. История, описание и приложение их. 1838 г., СПб.: тип. Эдуарда Праца и Ко.

9.Брандт А.  А. Очерк истории паровой машины  и применения паровых двигателей  в России, СПб., 1892.

10.Тонков Р.  Р. К истории паровых машин  в России. — «Горный журнал»,  № 6, 1902

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           15

 

Приложение

 

Рис. 1

Рис. 2

 

 

 

 

                                                           16

 

Рис. 3

 

Рис. 4

 

 

 

                                                           17

 

Рис. 5

Рис. 6

 

 

 

 

 

                                                           18

 Рис. 7

Рис. 8

 

 

 

 

 

                                                           19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           20

Дж. Уатт: изобретатель «универсального двигателя промышленности»

23 января 2014 14:13
Михаил Кечинов

19 января родился Джеймс Уатт (1736-1819) — шотландский инженер, изобретатель-механик.

Ф. Энгельс писал, что «паровая машина была первым действительно интернациональным изобретением…». В создании ее принимали участие француз Папин, немец Лейбниц, англичане Северн, Ньюкомен и Уатт. В России паровую машину изобрел И. И. Ползунов.

Машины Севери и Ньюкомена, работавшие с самого начала XVIII в., имели два существенных недостатка: они могли только откачивать воду и были очень неэкономичны. Топлива они потребляли в сотни раз больше, чем современные двигатели. Существенные улучшения в паровую машину внес Джемс Уатт.

В 1763 г. Д. Уатт, работавший механиком университета в Глазго (Шотландия), получил задание отремонтировать действующую учебную модель паровой насосной установки Ньюкомена. Исправленная Уаттом модель работала очень плохо, и Уатт более пяти лет упорно бился над ней, пока наконец не нашел замечательное решение, которое позволило более чем вдвое снизить расход топлива больших машин.

Уатт первый применил конденсатор: установку, в которой происходит конденсации — превращение пара в воду посредством охлаждения. Подобно тому, как в гидравлических установках работа зависит от разности уровней воды, в паровых установках она зависит от разности температур. Чем выше температура пара в начале его работы и чем ниже в конце, тем экономичнее работает паровой двигатель. Во времена Уатта котлы не могли дать пар с давлением больше 1,1 атм. и температурой выше 100С, поэтому хорошее охлаждение пара в конце работы имело большое значение. Пар тогда, как и сейчас, охлаждали водой, но делали это, вбрызгивая воду в цилиндр машины. Попеременный нагрев и последующее охлаждение цилиндра вызывали большой расход топлива. «Цилиндр должен быть всегда горячим!» — правильно решил Уатт, а пар можно охлаждать в отдельном сосуде — конденсаторе. Введение конденсатора более чем вдвое снизило расход топлива в паровых машинах.

Примерно в те же годы остро встала новая задача: придать валу паровой машины вращательное движение. Над этой проблемой работали многие изобретатели, но наиболее удачным было изобретение Уатта.

В 1784 г. он получил патент на паровой двигатель с вращающимся валом и с конденсатором. Экономичность машины Уатта совершенно затмила успехи его современников, построивших машины с вращающимся валом, и даже вызвала неверное представление о том, что Уатт один изобрел паровую машину.

Все хлопоты по постройке и распространению паровых машин Уатта принял на себя его компаньон Болтон, а Уатт все свои силы отдавал усовершенствованию паровой машины. Он изобрел прибор — индикатор, позволяющий следить за работой пара внутри цилиндра, исследовал работу пара и нашел выгодным впускать пар в цилиндр только на 1\4 хода поршня, предоставляя пару затем расширяться. Расширение пара вызвало значительную экономию, но несколько снизило мощность машины. Для увеличения мощности машины при тех же ее размерах Уатт использовал вторую полость цилиндра и таким образом впервые применил машину двойного действия. Эта машина способствовала получению более равномерного вращательного движения. Она была отмечена Марксом как «универсальный двигатель крупной промышленности».

Совершенствуя свою машину, Уатт ввел еще ряд серьезных улучшений. Он впервые применил так называемую «паровую рубашку» — пространство, окружающее цилиндр, через которое пар поступал в машину, постоянно держа стенки цилиндра горячими. Он изобрел и ввел в практику центробежный регулятор — чувствительный прибор, позволяющий автоматически, без участия человека, поддерживать число оборотов вала машины постоянным при любых уменьшениях или увеличениях ее нагрузки.

Машины Уатта быстро распространились и в течение четверти столетия были единственным двигателем в промышленности.

Основные его изобретения: конденсатор, цилиндр двойного действия, паровая рубашка, индикатор и центробежный регулятор применяются и поныне, а имя Уатта навсегда вошло в историю как имя одного из творцов новой техники.

 

Кто придумал первую машину

Самые первые автомобили в мире

Главная > Интересные факты

Известно, что первыми изобрели автомобили с паровыми двигателями, и только спустя сто лет их вытеснили машины с двигателями внутреннего сгорания. В конце девятнадцатого века такой автомобиль произвели в России. Появившись в девятнадцатом веке, машины с паровыми двигателями получили весьма широкое распространение. Первая такая машина была изобретена ещё в 1769-ом году французским изобретателем Кюньо и называлась «Малая телега Кюньо». Она могла на дороге развить скорость до четырёх с половиной километра в час, однако воды и пара в ней хватало всего на двенадцать минут движения. В 1802-ом году английский изобретатель Уатт представил свой вариант автомобиля, который развивал скорость на прямой дороге до пятнадцати километров в час. В 1790-ом году американец Натан Рид представил свою модель парового автомобиля. Другой американец Оливер Эванс создал спустя ещё четырнадцать лет автомобиль-амфибию.

В девятнадцатом веке, получив широкое распространение, машины с паровым двигателем использовались для перевозки людей. Управляющий ею человек назывался водителем, тот же, кто разжигал паровой котёл, именовался шофёром. Следует отметить, что автомобили множество раз усовершенствовались, но оставались для эксплуатации очень неудобными. Самыми известными автомобилями второй половины девятнадцатого века были «Реверанс» и «Мансель». Их скорость не превышала тридцати пяти километров. Эти машины называют предвестниками первых настоящих автомобилей.

Уже после появления двигателей внутреннего сгорания, энтузиасты и почитатели автомобилей с паровыми двигателями продолжили их использование, произведя ряд усовершенствований. Удалось уменьшить время запуска двигателя до шестидесяти секунд. Известно, что до сороковых годов двадцатого века Европа и США продолжала выпускать автобусы и грузовики с паровыми двигателями, которые отличались малошумностью и плавностью хода.

Какими были первые автомобили с двигателем внутреннего сгорания

Изобретателем двигателя внутреннего сгорания считается Э. Ленуар, который в 1860-ом году впервые создал двигатель, в котором топливо сжигалось внутри цилиндра двигателя. Это изобретение сыграло важнейшую роль в автомобилестроении. Впервые машина с таким двигателем появилась в 1886-ом году. Её создатель – Г. Даймлер. Спустя несколько месяцев мир познакомился с трёхколёсным автомобилем К. Бенца. Постепенно новые машины стали вытеснять более громоздкие авто с паровыми двигателями. Таким образом, 1886-ой год официально признан годом рождения автомобиля. Спустя девять лет после изобретения и оформления патента на первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, Г. Даймлер сумел запустить в серийное производство функциональную машину «Даймлер». Карл Бенц тоже же не отставал и начал промышленное производство своего «детища». Так началось массовое производство автомобилей. В 1892-ом году появилась машина, построенная Г. Фордом, но только через одиннадцать лет он приступил к её серийному производству. С 1894-го года начали проводиться автомобильные гонки, которые в свою очередь тоже повлияли на развитие автомобилестроения. Так, на первых устроенных гонках максимальная скорость авто достигала двадцати четырёх километров, спустя пять лет она достигла семидесяти километров, а ещё через пять лет – ста километров в час. Уже с 1900-го года начали выпускаться специальные гоночные машины.

Первый автомобиль в России

Первый российский автомобиль появился в Петербурге в 1896-ом году. Сам экипаж был построен фирмой «Фрезе и К°» и напоминал иностранную конструкцию с некоторыми усовершенствованиями, а именно – отличался наличием резиновых шин и прочной изящной отделкой. Двигатель к автомобилю построили на Санкт-Петербургском заводе керосиновых и газовых двигателей Е. Яковлева. Стоимость авто стремились сделать такой, чтобы российский автомобиль мог конкурировать по цене с аналогичными представителями Европы. Впервые этот двухместный экипаж с бензиновым двигателем (машину Яковлева и Фрезе) представили на выставке в Нижний Новгороде. Известно, что по ровной мостовой автомобиль мог развивать скорость до двадцати вёрст в час, при этом заправки хватало на десять часов движения. Идея создания первого российского автомобиля возникла ещё в 1893-ем году на Всемирной Колумбовой выставке, где были представлены двигатели Яковлева и экипажи Фрезе. Воплощение идеи создания автомобиля и было представлено спустя всего три года на Нижегородской выставке.

Самый первый автомобиль в мире

Никола Жозеф Кюньо считается человеком, который создал первый в мире автомобиль. Это произошло в 1769-ом году во Франции. Чтобы обеспечить машине движение, необходимо было наполнить котёл водой и разжечь под ним костёр, так как собственной топки в ней не было. Инженер выполнял заказ французских военных, а именно – военного министра Этьена Франсуа. Планировалось использовать изобретение Кюньо для транспортировки артиллерийских пушек. Автомобиль напоминал внешне телегу, но её движение осуществлялось посредством не лошадей, а парового двигателя. При максимальной скорости не более пяти километров в час, она обладала грузоподъёмностью до пяти тонн.

Во время проведения испытаний, произошло несколько несчастных случаев, и проект был закрыт. Минусы автомобиля – неэффективная тормозная система, необходимость в частых остановках для разжигания топки, быстрое падение давления в котле.

А современные автомобили поражают рекордами скорости. Например, некоторые спорт-кары разогнаться от нуля до сотни всего за 2,78 секунд. На сайте uznayvse.ru есть подробная статья о самых быстрых автомобилях. Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Как появились машины. История создания автомобиля

Миллионы автомобилей колесят по планете. Звук двигателя так же привычен, как солнце в небе. Но, с чего началась история авто? Сегодня в рамках спецпроекта «Рождение легенды» мы расскажем о том, как появились машины и кто их создал.

История первых автомобилей

Сегодня мы знаем, что первые машины появились в 1768 году. Именно тогда появились паросиловые автомобили, способные без помощи лошадей перевозить человека (а иногда и двух). Уже в 1806 году изобретатели обратили свое внимание на двигатели внутреннего сгорания. Однако первому бензиновому двигателю было суждено появиться только в 1885 году.

История первых машин, движимых электрическими двигателями, оказалась довольно извилистой и неоднозначной. Первые модели появились в самом начале двадцатого века. Сначала они произвели настоящий фурор, а уже через два года интерес общественности к ним иссяк – скорость маленькая, да и тяга в сравнении с другими двигателями, незначительная. Но, в начале двадцать первого века все снова заинтересовались электродвигателями, в расчете найти безопасный, малотоксичный и экологически чистый вид энергии для автомобиля.

Кто придумал машину: Первопроходцы

Что-то похожее на первый автомобиль изобрел простой крепостной Леонтий Шамшуренков, который жив в Нижнем Новгороде. 1 ноября 1752 года его изобретение было представлено в столице Российской Империи – Санкт-Петербурге. Самоходная четырехколесная коляска могла разгоняться до пятнадцати километров в час и везти двух человек. Изобретатель представил общественности и первый счетчик пройденного пути, так называемый верстометр.

[/ezcol_2third_end

В 1791 году Иван Кулибин, гениальный изобретатель, представил свое детище – трехколесный экипаж, который мог передвигаться самостоятельно. Он же сумел поставить первый рекорд скорости для самоходной машины – 16,2 км/ч. Кулибин очень любил свою машину и часто разъезжал на ней по улицам Санкт-Петербурга, вызывая в восхищение у прохожих.

В Европе изобретатели активно работали над бензиновыми двигателями. Главным автомобильным инженером Европы считается Карл Бенц, сумевший изобрести четырехтактный бензиновый двигатель внутреннего сгорания. Кроме Бенца над подобными двигателями работал Рудольф Дизель.

Другой немец, Шенбейн Кристиан Фридрих, в 1838 году представил водородный двигатель, а первые машины с электромотором считаются изобретением венгерского конструктора Аньоша Йедлика.

Как появились машины: Паровые автомобили

Забавно, но первая паровая машина была построена в качестве игрушки для китайского императора. Было это в далеком 1672 году. Изобретатель – Фердинанд Вербист, член иезуитского монашеского ордена на территории Китая. Нет достоверных фактов, что когда появилась эта машина, она могла реально кого-то перевозить, но все же, ученые считают именно конструкцию Вербиста первым паровым автомобилем.

История паровых машин в Европе началась с изобретения Николя-Жозефа в 1770 году. Это был не личный транспорт, а полноценный тяжелый тягач артиллерийских орудий. К сожалению, с 1865 года на большинстве территорий Европы вышел закон, согласно которому перед любым самоходным аппаратом на дороге должен был идти специальный человек с красным флагом и громкой дудкой. Это серьезно мешало обычным людям и вскоре идею паровой самоходки забросили, обратив свое внимание на развитие железнодорожного транспорта на пару.

В России проблем с красными тряпками и дудками не было. Как появились первые машины в России? Начал все Кулибин, в 1971 году предложивший собственный автомобиль на пару. Он имел подшипники, коробку передач, уникальный маховик и тормозную систему. У машины было всего три колеса. К сожалению, изобретение рассматривалось только в качестве развлечения и никто так и не решился вложить в него деньги.

В США машины появились с первым патентом на автомобиль. Его получил изобретатель Оливер Эванс в 1789 году. Самоходная машина Эванса была встречена публикой очень хорошо. Кроме прочего, его автомобиль умел передвигаться и по земле, и по воде.

Как появились машины: Электромобили

Самый первый электрический мотор были придуман Йедликом Аньошем – венгерским изобретателем, который сделал только одну маленькую модель электромобиля. Его исследования продолжил американец Томас Дэвенпорт в 1834 году.

Первая полноценная самоходная электрическая карета рассекала по дорогам Шотландии в 1839 году – изобрел ее Роберт Андерсон. Однако электрические двигатели были признаны современниками бесполезными и малоэффективными. Только в наше время им вновь уделяют внимание, как альтернативному источнику питания автомобилей нового поколения.

Как появились машины: Двигатели внутреннего сгорания

Несмотря на то, что попытки создать автомобиль с двигателем внутреннего сгорания были и раньше, первую реально работающую модель машины изобрел Карл Бенц в 1885 году. Патент на свое изобретение он получил в январе 1886 года. В этом же году началось первый в истории массовый выпуск автомобилей личного пользования. Этому способствовала серьезная рекламная кампания, в ходе которой Карл со своей женой Бертой даже совершал междугородние поездки на своем автомобиле.

Уже через три года, в 1889 году, свою первую машину выпустили Вильгельм Майбах и Шоттлиб Даймлер. Автомобиль задумывался изначально самоходной машиной и быстро стал популярен среди буржуазии и интеллигенции.

Именно с этого момента человечество вошло в эпоху тотального автомобилестроения. Вскоре машины заполнят улицы США, Европы и Российской империи, но они еще долго будут считаться скорее роскошью, чем средством передвижения — современники первых машин считали, что лучше путешествовать на поездах и кораблях.

А еще наступала эра авиастроения… Материал подготовлен специально для PF

Самые популярные статьи блога за неделю

Самый первый автомобиль в мире, Первый автомобиль с бензиновым двигателем, кто изобрёл автомобиль, история создания первого автомобиля, история первых автомобилей, кто изобрёл первый автомобиль, кто первый изобрёл автомобиль, имя изобретателя первого

. Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания (ДВС) был создан 1885 году Карлом Бенцом. Это был трёхколёсный двухместный экипаж на высоких колёсах со спицами.

Годом позже (1886) появился вариант Готлиба Даймлера, который считается первым в мире автомобилем, получившим практическое применение. Однако австрийцы полагают, что отцом-основателем автомобилестроения является соотечественник Бенца и Даймлера Зигфрид Маркус, который начал разрабатывать свой вариант бензинового автомобиля в 1875 году.

Первый автомобиль Бенца, оснащялся четырехтактным бензиновым мотором с водяным охлаждением мощностью 0,9 л.с. Цилиндр располагался горизонтально над осью огромных задних колес и приводил их в движение через одну ременную и две цепные передачи. Большой, горизонтально расположенный маховик находился под двигателем. Он соединялся с коленвалом конической передачей и использовался для создания равномерного вращения и для запуска мотора. Электрическое зажигание питалось от гальванической батареи — это было более совершенное решение, чем калильные трубки Готлиба Даймлера, работавшего параллельно и независимо от Бенца (фирмы объединилась только в 1926 году, образовав компанию «Даймлер-Бенц АГ»). В отличие от деревянной тележки Даймлера автомобиль Бенца имел раму, спаянную из металлических трубок. Машина развивала смехотворную по нашим меркам скорость — 16 км/ч, но по тем временам это была весьма прогрессивная конструкция. (Фото сайта: www.autohis.ru)

Дизайн первых автомобилей

В 1890 году появился прообраз концепта боле-менее напоминающего автомобили начала ХХ века. Именно этот тип кузова стал основой для большинства серийных автомобилей всех мировых автопроизводителей почти до середины ХХ века. В 1946 году Горьковский Автозавод выпустил модель ГАЗ-М20 «Победа», у которой шасси были «спрятаны» под кузов, а крылья составляли одно целое со всем автомобилем. Это был первый в мире серийный автомобиль бескрылой формы.. С этого момента началась новая эпоха в дизайне автомобилей.

Надо сказать, что на заре автомобилестроения (конец XIX — начало XX веков), русская дизайнерская школа была одним из законодателей моды внешнего вида автомобилей. Русские кароссери (так раньше назывались кузова для автомобилей) на инженерных выставках привлекали внимание своим необычным и смелым дизайном. Даже сам Готлиб Даймлер заказывал в России постройку кузовов для некоторых своих моделей. Подробнее о первых русских автомобилях

Читайте так-же: Когда появился первый полноприводный автомобиль

Кто изобрел автомобиль?

История автомобиля — это фактически история его двигателя. Основные черты самой конструкции четырехколесной повозки сформировались еще до нашей эры, однако заставить ее двигаться без внешней силы стало возможным лишь в Новое время, когда появились первые двигатели — сперва паровые, затем основанные на сжигании топлива. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания позволил заменить физическую силу лошадей условными лошадиными силами, в которых выражалась мощность моторов новых транспортных средств.

На всех парах

1672 год — именно тогда была построена первая самодвижущаяся повозка: иезуит Фердинанд Вербист создал ее для того, чтобы развлечь китайского императора, в гости к которому пожаловала его миссия. Фактически это была игрушка: размеры повозки не позволяли прокатиться на ней даже ребенку, однако паровой двигатель, которым она была оснащена, позволял ей катиться по прямой. Был тот двигатель и вовсе беспоршневым: вода, кипящая в котле, превращалась в струю пара, вертевшую специальный круг, который передавал импульс на колеса.

Однако до изобретения настоящей паровой машины такого рода «автомобили» на паровой тяге могли оставаться лишь забавными игрушками. Даже мускульная тяга была более перспективным направлением — так, в 1752 году русский крепостной крестьянин Леонтий Шамшуренков создал четырехколесную самобеглую коляску, которая приводилась в движение силой сидевших на ней кучеров и могла развивать скорость до 15 км/ч. А в 1791 году Иван Кулибин построил трехколесную «самокатку», в которой была задействована большая часть приспособлений, без которых невозможно представить современный автомобиль: коробка скоростей, тормоз, маховое колесо, подшипники качения.

Постройка настоящих паровых автомобилей стала возможна лишь с появлением полноценного парового двигателя. В 1770 году такой автомобиль был создан французом Николя-Жозефом Куньо, но оказался неуклюжим и не нашел дальнейшего применения на родине. Более совершенная вариация на ту же тему появилась в Великобритании, где шотландец Уильям Мёрдок построил действующую модель кареты с паровым двигателем. А с подачи английского изобретателя Ричарда Тревитика такие повозки впервые вышли на улицы городов: спроектированный инженером «Пыхтящий дьявол» катал шестерых пассажиров в канун Рождества 1801 года.

Паровая телега Николя-Жозефа Куньо. Фото: wikirobokomp.ru

За полвека с лишним подобные машины обросли массой усовершенствований, которые ассоциируются с современным автомобилем: руль, ручной тормоз, многоступенчатая трансмиссия. В 30-е годы XIX века паровые автобусы и фаэтоны забегали по улицам Лондона и других крупных городов Великобритании. Обыватели уже не воспринимали их как забавные аттракционы — более того, чем дальше, тем больше эти самодвижущиеся повозки их пугали: скорость этих повозок была высока, а их маневренность — до ужаса низка, и инциденты с их участием происходили чаще, чем когда прохожий попадал под лошадь. Закончилось тем, что в 1865 году в Великобритании был принят «Акт о локомотивах», который предписывал, чтобы перед каждой паровой машиной, следующей по общим дорогам, бежал человек, размахивающий красным флагом и дующий в сигнальную дудку. Требование было практически невыполнимо, и паровой дорожный транспорт сошел со сцены истории, не успев на ней толком утвердиться, — в отличие от паровозов, которые внесли решающий вклад в индустриальную революцию XIX столетия.

Впрочем, отдельные могучие попытки внедрения паровых автомобилей предпринимались и позже: так, построенный в 1873 году французом Амедеем-Эрнестом Боле 12-местный экипаж стал лучшим в истории паровым междугородным автобусом: он развивал скорость до 40 км/ч, регулярно курсируя между Парижем и Ле Маном. Два паровых двигателя по отдельности двигали двумя ведущими колесами. И все же этот мощный экипаж приехал прямиком в тупик — примерно в те же годы в Германии сразу несколько инженеров экспериментировали с бензиновыми двигателями, которые в скором времени не оставят пару никаких шансов.

Сколько у вас такта!

Путь к двигателю внутреннего сгорания, совершившему технологическую революцию, был непрост: то, что многие вещества, сгорая, могут образовывать газы, совершающие механическую работу, было ясно еще в начале XIX века, но как устроить двигатель, который мог бы стабильно работать, и какое именно вещество в нем использовать, изобретатели еще не знали. Любопытно, что самые первые из построенных двигателей внутреннего сгорания были экологически чистыми — таков был работавший на водородно-кислородной смеси двигатель, построенный швейцарским инженером Франсуа де Ривасом в 1806 году, и водородный двигатель англичанина Сэмюеля Брауна, разработанный в 1826 году. Прискорбно, что развитие технологий не пошло по этому пути, но приходится признать, что водородные двигатели, которые изобретатели строили на всем протяжении XIX века, не могли в то время быть экономичными — слишком дорог был сам процесс добывания водорода, не было дешевых и надежных технологий его сжатия, хранения и т. п.

Франсуа де Ривас в 1808 году изобрел первый двигатель внутреннего сгорания и заодно прикрепил к нему небольшую коляску. Фото: wikipedia.org

Первый бензиновый двигатель был создан в 1870 году в Вене: изобретатель Зигфрид Маркус автомобиль, правда, не построил — его двигатель размещался на простой тележке, даже без руля, и все же именно он вошел в историю как первое транспортное средство, работавшее на бензине. У Маркуса есть еще заслуги перед автомобилестроением — так, он запатентовал систему зажигания типа магнето. Во второй своей машине, построенной в 1888 году, он применил не только эту систему зажигания, но и довольно передовой для своего времени карбюратор с вращающимися щетками.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, без которого мы не представляем себе подлинный автомобиль, первым построил немецкий инженер Николаус Отто. Еще в 1863 году Отто построил двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания, который имел вертикальное расположение цилиндра и обладал КПД примерно 15%. Двигатель запускался с помощью горящего фитиля. А в 1876 году инженер создал хорошо знакомый каждому автомеханику четырехтактный двигатель. В нем был реализован цикл чередования фаз расширения и сжатия паров сжигаемого газа, который Отто вычислил буквально «на глазок», задолго до того, как были построены функции, описывающие этот термодинамический цикл. Этот двигатель противоречил принятому в прикладной физике того времени представлению о том, что двигатель должен совершать полезную работу в каждой фазе цикла (как это делал, например, паровой двигатель). Однако именно четырехтактный мотор Отто стал первым двигателем внутреннего сгорания, который обеспечивал стабильную работу. И хотя сам Отто к автомобилестроению не имел ни малейшего отношения, его изобретение сыграло ключевую роль именно в этой отрасли.

Первая блондинка за рулем

Проектирование бензиновых двигателей в это время было настоящей модой среди инженеров — становилось ясно, что у этого технического средства огромные перспективы. В 1878 году свой двухтактный бензиновый двигатель запатентовал немецкий изобретатель Карл Бенц, потративший на разработку более шести лет. Размышляя над постройкой оснащенного этим двигателем автомобиля, в несколько последующих лет он разработал систему зажигания с питанием от электрической батареи, свечи зажигания, акселератор, карбюратор, водяную систему охлаждения двигателя, сцепление и коробку передач. Наконец, Бенцу удалось построить автомобиль — хотя современный водитель едва ли признал бы в нем таковой: творение Бенца под названием Motorwagen было трехколесным экипажем на велосипедных колесах. Поворот осуществлялся при помощи рулевого механизма, связанного с передним колесом. Под сиденьем размещался четырехтактный бензиновый двигатель в одну лошадиную силу, крутящий момент от которого передавался на ось с помощью велосипедной цепи.

Карл Бенц на своем автомобиле. Фото: badnerland.de

Бенцу долго не удавалось продать свою машину, хотя в 1887 году он даже демонстрировал свое детище на Всемирной выставке в Париже. Судьбу его изобретения решила «рекламная акция», которую провела жена Карла — Берта: 5 августа 1888 года она, не спросясь мужа, усадила в машину двух старших сыновей и поехала из Мангейма, где жили Бенцы, в Пфорцгейм, в гости к своим родителям. Путешествие было полно приключений и тревог: сперва стерлись кожаные колодки тормозов, которые отважной женщине пришлось чинить в придорожной мастерской шорника. Затем разорвалась цепь, связанная с осью: ее исправил сельский кузнец. Загрязнившейся бензопровод Берте пришлось прочищать дамской заколкой, а вместо пробитого изолятора системы зажигания использовать подвязку для своих чулок. Бензин, кстати, она покупала в придорожных аптеках, где его продавали в качестве чистящего средства для одежды. Несмотря на все тяготы пути, Берте с сыновьями удалось добраться до родного города в течение дня: она преодолела 106 км пути и, кроме того, стала первой блондинкой за рулем в истории. Рекламная акция удалась: за семь последующих лет Бенц сумел продать 25 автомобилей первой модели. В 1893 году он начал производство второй модели — четырехколесной Victoria с двигателем в три лошадиные силы.

Век бензина

Лавры первопроходца, которыми увенчал себя Бенц, в сущности, достаточно условны — в те же самые годы, когда он работал над своим Motorwagen, бывшие сотрудники основанной Николаусом Отто фирмы Deutz-AG Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах, покинувшие изобретателя четырехтактного двигателя из-за личных разногласий, придумали собственный автомобиль, который на тот момент был совершеннее детища Бенца. Созданное ими предприятие сперва запатентовало свой первый двигатель, затем собственную модель карбюратора, потом первый в истории мотоцикл Reitwagen (трудно поверить, но он был в основном деревянным), а в 1886 году Даймлер и Майбах оснастили двигателем мощностью в полторы лошадиные силы и ременной передачей карету, ставшую первым четырехколесным самодвижущимся экипажем с бензиновым двигателем.

Форм-фактор кареты явно привлекал Даймлера и Майбаха — на карету без лошади были похожи и их последующие разработки. Основав в 1890 году компанию Daimler Motoren Gesellschaft (DMG), Даймлер выпускал и продавал моторы, а вот свой первый автомобиль сумел продать лишь в 1892 году. Коммерчески его автомобили были гораздо менее успешны, чем продукция Карла Бенца, превосходившая их надежностью: Бенц от модели к модели заметно совершенствовал технические качества автомобилей. Обе компании быстро создали привычный для нас набор различных видов городского транспорта — до конца XIX века Бенц выпустил первый автобус с двигателем внутреннего сгорания, а Даймлер построил первые такси и грузовик.

Освещение дальнейшего развития автомобиля потребовало бы отдельной статьи — первая четверть ХХ века стала временем решительных экспериментов как с внешним обликом автомобиля, так и с принципом его работы. Неожиданно вернулся интерес к пару: в 1900 году каждый второй автомобиль в США приводился в действие паровым двигателем. Активно шли опыты и с электрическим двигателем — в первое десятилетие ХХ века в мире работало несколько сотен тысяч электромобилей. И лишь дальнейшие успехи немецких компаний и революция в производстве автомобилей, совершенная предприятием Генри Форда, окончательно утвердили главную дорогу за автомобилями с бензиновыми двигателями. Впрочем, хочется надеяться, что ненадолго: ведь бензин, без которого ХХ век, да и наше время были бы немыслимы, продолжает наносить ощутимый вред здоровью людей и окружающей среде.



Ричард Тревитик — ASME

Противоречивая и несколько трагическая фигура, Ричард Тревитик (1771 – 1833) приписывают изобретение первой паровой машины высокого давления и первого действующего паровоза на рубеже 19-го века.

Тревитик родился в горнодобывающем районе Корнуолла, Англия, в 1771 году. Самый младший из шести детей, Тревитик проявлял очень мало интереса к школе, и его школьный учитель охарактеризовал его как «непослушного, медлительного и упрямого».Он пошел работать на шахту Wheal Treasury, где его отец был менеджером по добыче полезных ископаемых. У него развились способности к математике и технике, и в возрасте 19 лет он работал инженером-консультантом. К тому времени он вырос до 6 футов 2 дюйма. высотой и стал известен как «Корнуоллский великан».

Работая в шахтах, он узнал о важности паровой машины для выкачивания и подъема руды из шахты. Поскольку в Корнуолле не было угольных месторождений, импортировать уголь, необходимый для паровой машины, было дорого, и было важно, чтобы двигатель работал эффективно.Тревитик сосредоточился на повышении эффективности чрезвычайно большой паровой машины низкого давления, изобретенной Джеймсом Уаттом. Тревитик считал, что использование пара под высоким давлением позволит сделать двигатели намного компактнее и эффективнее. Уатт считал, что использование пара высокого давления слишком опасно для практического применения.

Тревитик был назначен инженером шахты Дин Донг в Пензансе. В 1797 году он разработал успешный двигатель высокого давления, который вскоре стал пользоваться большим спросом в Корнуолле и Южном Уэльсе для подъема руды и отходов из шахт.Его компактные двигатели можно было перевозить в обычном фермерском фургоне на шахты Корнуолла, где они стали известны как «причуды пуха», потому что выбрасывали свой пар в атмосферу.

Интересы Тревитика вскоре переключились на разработку паровых двигателей высокого давления для локомотивов. В канун Рождества 1801 года он представил свой первый паровоз высокого давления и взял с собой в небольшое путешествие семерых друзей. Локомотив, известный как «Пыхтящий дьявол», мог поддерживать давление пара во время коротких поездок.Три года спустя Тревитик изготовил первый в мире паровой двигатель, успешно работающий на рельсах, который, по его мнению, будет более эффективным, чем конные фургоны, перевозящие тяжелые грузы угля и железа в шахты и обратно. Локомотив был способен перевозить десять тонн железа, 70 пассажиров и пять вагонов от металлургического завода в Пенидаррене до канала Мертир-Кардифф. Локомотив развил скорость почти пять миль в час на девятимильном пути, который был пройден за 4 часа 5 минут.Локомотив Penydarren был спроектирован таким образом, что выхлопной пар направлялся в дымоход, что создавало тягу, которая более мощно вытягивала горячие газы от огня через котел — новый технический принцип, жизненно важный для успеха двигателя высокого давления.

Тревитик вернулся в Корнуолл и разработал новый локомотив, который он назвал «Поймай меня, кто сможет». Летом 1808 года он построил кольцевую железную дорогу на Юстон-сквер и взимал плату в один шиллинг за поездку. К несчастью для Тревитика, его изобретения немного опередили свое время, поскольку чугунные рельсы были недостаточно прочными, чтобы выдержать вес его локомотивов, и постоянно ломались.Прошло несколько лет, прежде чем паровое движение стало коммерчески жизнеспособным.

Отказавшись от каких-либо будущих разработок локомотивов, он приспособил свой двигатель высокого давления для привода железопрокатного стана и баржи с помощью гребных колес. Его двигатель также использовался для приведения в действие первой в мире паровой земснарядной машины. Он продолжал экспериментировать, но ему было трудно найти финансовую поддержку и заработать на своих изобретениях. В 1816 году он принял предложение работать инженером на серебряном руднике в Перу.Он провел десять лет, путешествуя и работая в Южной Америке, но вернулся в Англию без гроша в кармане в 1827 году. В феврале 1828 года Палата общин отклонила петицию, предполагавшую, что он должен получать государственную пенсию. Тревитик умер в крайней нищете в Дартфорде, Англия, 22 апреля 1833 года.

В записке своему коллеге-инженеру Дэвису Гилберту Тревитик писал: «Я был заклеймен глупостью и безумием за то, что пытался сделать то, что мир называет невозможным, и даже от великого инженера, покойного мистера Гилберта.Джеймс Уатт, который сказал еще живому выдающемуся ученому, что я заслуживаю повешения за то, что ввел в действие двигатель высокого давления. Это до сих пор было моей наградой от публики; но если это все, я буду удовлетворен великим тайным удовольствием и похвальной гордостью, которые я испытываю в своей собственной душе от того, что я был инструментом выдвижения и созревания новых принципов и новых устройств безграничной ценности для моей страны. Как бы я ни был стеснен в денежных обстоятельствах, у меня никогда не может быть отнята великая честь быть полезным подданным, которая для меня намного превосходит богатство. »

Том Риччи — владелец Ricci Communications.

Ричарду Тревитику приписывают изобретение первого парового двигателя высокого давления и первого действующего паровоза на рубеже 19-го века.

Пароход | Национальное географическое общество

Любое морское судно, получающее энергию от парового двигателя, можно назвать пароходом. Тем не менее, этот термин чаще всего описывает вид судов, приводимых в движение гребными колесами с паровым приводом, которые часто встречались на реках Соединенных Штатов в 19 900 31 900 32 веках.В этих лодках использовался паровой двигатель, изобретенный англичанином Томасом Ньюкоменом в начале 18 века, а затем усовершенствованный Джеймсом Уаттом из Шотландии. Несколько американцев предприняли попытки применить эту технологию для морских путешествий. В то время Соединенные Штаты расширялись вглубь страны от атлантического побережья. Возникла потребность в более эффективном речном транспорте, поскольку требовалось много мускульной силы, чтобы двигать судно против течения.

В 1787 году Джон Фитч продемонстрировал действующую модель концепции парохода на реке Делавэр.Первая по-настоящему удачная конструкция появилась два десятилетия спустя. Он был построен Робертом Фултоном при содействии Роберта Р. Ливингстона, бывшего министра США во Франции. Корабль Фултона, Clermont , совершил свой первый рейс в августе 1807 года, пройдя вверх по реке Гудзон из Нью-Йорка в Олбани, штат Нью-Йорк, на впечатляющей скорости восемь километров (пять миль) в час. Затем Фултон начал регулярно совершать поездки туда и обратно для платных клиентов.

После этого введения движение пароходов неуклонно росло вдоль реки Миссисипи и других речных систем во внутренних районах Соединенных Штатов.Было множество видов пароходов, которые выполняли разные функции. Самым распространенным типом на южных реках был пакетбот. Пакетботы перевозили пассажиров, а также коммерческие грузы, такие как тюки хлопка с южных плантаций. По сравнению с другими типами судов, использовавшимися в то время, такими как плоскодонки, килевые лодки и баржи, пароходы значительно сокращали время и расходы на доставку товаров на отдаленные рынки. По этой причине они сыграли огромную роль в росте и укреплении У.С. экономики накануне Гражданской войны.

Пароходы были довольно опасным видом транспорта из-за их конструкции и характера работы. Котлы, используемые для производства пара, часто взрывались, когда создавали слишком большое давление. Иногда обломки и препятствия — бревна или валуны — в реке приводили к тому, что лодки тонули. Это означало, что у пароходов был короткий срок службы, в среднем всего четыре-пять лет, что делало их менее рентабельными, чем другие виды транспорта.

В последние годы 19 ^го века для пересечения Атлантического океана обычно использовались более крупные пароходы. Great Western , один из первых океанских пароходов, был достаточно большим, чтобы вместить более 200 пассажиров. Пароходы стали преобладающими транспортными средствами для трансатлантических грузовых перевозок, а также для пассажирских перевозок. Миллионы европейцев иммигрировали в США на пароходах.

К 1900 году железные дороги давно превзошли пароходы как доминирующий вид коммерческого транспорта в Соединенных Штатах. Большинство пароходов в конечном итоге были выведены из эксплуатации, за исключением нескольких элегантных «шоуботов», которые сегодня служат туристическими достопримечательностями.

Кто изобрел паровой двигатель и в каком году?

Обзор

Вопрос «Кто изобрел первый паровой двигатель и в каком году?» интересен, потому что ответ очень нечеткий. Герона (также называемого Героем) иногда называют изобретателем парового двигателя примерно в 100 году нашей эры, потому что он построил устройство, которое вращалось за счет реактивной мощности от выхлопного пара. Другой кандидат, Томас Савери , запатентовал способ откачки воды из угольных шахт с помощью пара в 1698 году.Примерно в 1712 году Томас Ньюкомен , работая с Томасом Савери, изобрел атмосферную паровую машину как усовершенствованное устройство для откачки воды из угольных шахт. Примерно в последней четверти 18 века Джеймс Ватт изобрел несколько усовершенствований парового двигателя, которые превратили его в устройство, которое можно было использовать для получения энергии на фабриках. Каждый из этих кандидатов на признание изобретателем паровой машины будет рассмотрен в следующих разделах этой статьи, после чего будет определен лучший кандидат.

Герон Александрийский и его эолипил

Человек, которому приписывают изобретение эолипила, идентифицированный как «Герой» или «Герон», был греком, который жил в Александрии, Египет, примерно с 10 по 70 г. н.э. эолипил, построенный Героем, показан слева. В этом устройстве пар генерировался огнем под закрытым горшком с водой. Пар поступал в шар через вертикальные трубки, соединяющие шар с нагретым котлом. Пар выходил из шара через трубки, изогнутые под углом 90°, так что струйное действие выходящего пара приводило шар во вращение.

Вращательное движение могло быть продуктивно использовано для приведения в движение машин, но нет никаких доказательств того, что оно использовалось для этого. Кажется, что это была в основном игрушка или демонстрация, которая использовалась в храмах.

Томас Савери использует пар для удаления воды из шахт

Другой возможный ответ на вопрос «Кто изобрел первую паровую машину и в каком году?» — это Томас Савери в 1698 году. 1650 — 1715), английский военный инженер, запатентовал устройство для удаления воды из угольных шахт с помощью пара.Версия «пожарной машины» Савери 1702 года, как он ее называл, показана на иллюстрации справа. Этот аппарат мог извлекать воду из шахты, поочередно направляя пар из котла в сосуд с водой, тем самым вытесняя воду и охлаждая пар для его конденсации, создавая всасывание для втягивания воды в сосуд из шахты. Говорят, что он мог поднять воду на целых 24 фута. Поскольку в устройстве Савери не было движущихся частей, его часто не считают паровым «двигателем». признание «изобретателем паровой машины».Он построил первую атмосферную паровую машину как усовершенствование устройства Савери для удаления воды из угольных шахт. Паровая машина Ньюкомена показана на иллюстрации слева. Это был первый «паровой двигатель» с движущимися частями и механизмами, поэтому некоторые считают его первым настоящим паровым двигателем. В его паровой машине поршень насоса и цилиндр были погружены в воду в шахте. Плунжер насоса перемещался вверх и вниз, чтобы перекачивать воду с помощью поршня и цилиндра над топкой и парогенератором.Цилиндр попеременно наполнялся паром, чтобы поршень перемещался вверх, а затем обрызгивался холодной водой для конденсации пара, так что атмосферное давление толкало поршень вниз. Положение поршня вниз позволяет пару снова поступать в цилиндр, и процесс повторяется.

Томас Уатт и основные усовершенствования паровой машины

Четвертый ответ на вопрос «Кто изобрел первую паровую машину и в каком году?» дает Джеймс Уатт в середине и конце 18 века. .Уатт (1736 — 1819) — это изобретатель, получивший наибольшее признание среди рассматриваемых здесь изобретателей. Одной из причин признания его имени является использование ватта (названного в его честь) в качестве единицы мощности. Уатта иногда называют изобретателем паровой машины, потому что он значительно усовершенствовал паровую машину Ньюкомена, превратив ее в полезный источник энергии для машин на фабриках, тем самым помогая «запустить» промышленную революцию. Одними из наиболее важных нововведений, которые Уатт добавил к паровой машине, были: 1) отдельный конденсатор, который увеличил эффективность преобразования тепла в механическую энергию примерно в четыре раза, 2) коленчатый вал и маховик для преобразования движения «вверх и вниз» в вращающийся вал и iii) регулятор, чтобы скорость двигателя не вышла из-под контроля. Изображение справа представляет собой изображение паровой машины Уатта примерно 1769 года.

Резюме

Итак, кто изобрел первую паровую машину и в каком году? Есть еще как минимум четыре возможных ответа.Если вы считаете эолипил, построенный Героем в первом веке нашей эры, паровой машиной, потому что она заставляла шар вращаться с помощью силы пара, хотя и не выполняла никакой полезной работы, то Герой — это тот, кто изобрел паровую машину.

Если считать необходимым, чтобы паровая машина выполняла полезную работу, то первой паровой машиной можно считать запатентованную в 1698 году «пожарную машину» Томаса Савери для подъема воды из угольных шахт. Если «паровая машина» должна иметь движущиеся части и выполнять полезную работу, то изобретателем паровой машины можно считать Томаса Ньюкомена, построившего более совершенную «пожарную машину», которая работала на энергии пара для подъема воды из шахт.

Наконец, Томас Уатт, который во второй четверти восемнадцатого века разработал паровую машину таким образом, чтобы она могла обеспечивать питание машин на фабриках, некоторыми считается изобретателем паровой машины.

Мой голос за Томаса Ньюкомена как изобретателя паровой машины примерно в 1712 году, потому что его «паровая машина» была первой с движущимися частями, которые выполняли полезную работу.

Для получения дополнительной информации о современных паровых двигателях ознакомьтесь со статьями Bright Hub на такие темы, как экологичные паровые двигатели и использование пара на кораблях.

Ссылки

1. Терстон, Роберт Х., История развития парового двигателя, Д. Эпплтон и компания, 1878 г. , https://www.history.rochester.edu/steam/thurston/1878

2. Справочник по современной истории в Интернете, https://www.fordham.edu/halsall/mod/modsbook14.html

Паровоз | HowStuffWorks

Изобретатели работали над проектами паровых автомобилей , даже когда первые паровые насосы были отлажены в конце 1600-х годов.В то время как некоторые считают, что Фердинанд Вербист создал действующий паровой автомобиль в 1672 году, другие данные свидетельствуют о том, что французский изобретатель Николя-Жозеф Кюньо создал первое паровое транспортное средство в 1769 году. был наиболее успешным в виде рельсового паровоза .

Человек, стоящий за Cornish Engine, Ричард Тревитик, также был ключевой фигурой в разработке паровоза. Важно отметить, что железнодорожные пути уже существовали в 1770-х годах в различных промышленных районах Англии.Укрепленные железом деревянные рельсы, называемые трамваями , были построены для лошадей, которые тянули телеги с углем. В 1804 году Тревитик представил паровую машину, способную перевозить 10 тонн железа на 10 миль. В 1808 году Переносной паровой двигатель Тревитика был выставлен на кольцевой трассе в центре Лондона.

Другой британский инженер, Джордж Стефенсон, два десятилетия спустя продолжил то, на чем остановился Тревитик. Работа Стивенсона по разработке все более эффективных паровых двигателей для перевозки угля привела к решению создать железнодорожное сообщение между угольными месторождениями Дарема и морским портом в Стоктоне.Стивенсон предположил, что план также позволяет двигателям перевозить пассажиров. В 1825 году Стефенсон провел Locomotion No. 1 в его первое путешествие с грузом и примерно 600 пассажирами.

В то время как разработка паровых автомобилей оставалась просто научной диковинкой в ​​течение следующих 100 лет, паровой локомотив стал популярным. Двигатель работал на системе колес, вращаемых паровым поршнем. Инженеры постоянно работали над улучшением системы, увеличивая давление пара, применяя компаунд и добавляя дополнительные колеса.

Железная дорога оказалась жизненно важной частью промышленной революции, изменив способ перевозки грузов по суше и объединив отдаленные народы. Железные дороги приводились в движение паром, пока в 20 веке на передний план не вышли дизельные двигатели и электроэнергия.

В следующем разделе мы рассмотрим, как паровые технологии изменили моря.

Энергия пара и промышленная революция: 1760-1840

Промышленная революция началась в Англии, затем распространилась по всей Европе, а затем в Северной Америке в конце 18 и начале 19 веков, когда жизнь простых людей была резко и навсегда изменилось благодаря ряду инженерных изобретений и промышленных достижений, позволивших промышленности развиваться так быстро, что общество едва успевало за ними.

Конечная цель промышленной революции состояла в том, чтобы меньше полагаться на человеческий труд в производственных процессах и изменить промышленные этапы, которые раньше приводились в действие человеком, в другую форму, приводимую в действие машинами, что было идеей, которая занимала умы инженеров и промышленников на много лет раньше. Эта мечта сбылась в это время благодаря ряду инженерных изобретений и открытий. Вдобавок к этим открытиям было открытие силы пара, а также изобретение и развитие парового двигателя.

Энергия пара первоначально развивалась медленно в течение нескольких сотен лет, проходя через дорогие и довольно ограниченные устройства в начале 17 ^го века, пока не достигла реального практического применения в начале промышленной революции. Паровой двигатель был одной из важнейших технологий промышленной революции. Это было простое устройство, в котором кипящая вода создавала механическое движение для полезной работы.

Паровой двигатель использовался во многих промышленных условиях, особенно в горнодобывающей промышленности, где первые двигатели откачивали воду из глубоких выработок. Первые мельницы успешно работали на воде, но с помощью паровой машины фабрика могла располагаться где угодно, а не только у воды. Сила воды менялась в зависимости от сезона и иногда была недоступна из-за заморозков, наводнений и засушливых периодов.

В 1775 году Джеймс Уатт вместе с производителем Мэтью Бултоном заключил партнерство по двигателестроению и проектированию.Партнерство Бултона и Ватта стало одним из самых важных предприятий промышленной революции и послужило своего рода творческим техническим центром для большей части британской экономики. Партнеры решали технические проблемы и распространяли решения среди других компаний. Подобные фирмы делали то же самое в других отраслях промышленности и особенно важны в станкостроении.

Эти взаимодействия между компаниями были важны, потому что они сокращали время исследований и расходы, которые каждый бизнес должен был тратить на работу со своими собственными ресурсами.Технологические достижения промышленной революции происходили быстрее, потому что фирмы часто обменивались информацией, которую они затем могли использовать для создания новых технологий или продуктов.

От шахт до мельниц паровые двигатели нашли широкое применение в самых разных отраслях промышленности. Внедрение паровых двигателей повысило производительность и технологии и позволило создать двигатели меньшего размера и лучшего качества. После того, как Ричард Тревитик разработал двигатель высокого давления, стало возможным применение на транспорте, и паровые двигатели нашли свое применение на лодках, железных дорогах, фермах и автотранспорте.Паровые двигатели являются примером того, как изменения, вызванные индустриализацией, привели к еще большим изменениям в других областях.

Первый паровоз, Европа начала 19 века и музыка того времени — Music In Time

215 лет назад Ричард Тревитик изобрел то, что изменило мир – паровой двигатель.

Тревитик работал на оловянных рудниках в графстве Корнуэлл. В детстве он был плохим учеником, которого учителя описывали как «непослушного, медлительного, упрямого, избалованного мальчика, часто отсутствующего и очень невнимательного».Он был одним из шести детей, единственным мальчиком, был очень высоким и больше интересовался спортом, чем учебой. Во время работы в шахтах он смотрел на паровые машины, перекачивающие воду и материалы вверх и вниз по шахтам, и думал, что «должен быть лучший способ…»

Примерно с конца 1780-х годов, трейлеры продукты и товары перевозились по путям лошадьми. Хотя это было эффективно, это было медленно и также зависело от выносливости и силы животного. Итак, Тревитик хотел разработать двигатель, который заменит лошадей и позволит горнякам перевозить большие тележки.

В 1784 году шотландский инженер Уильям Мердок разработал и продемонстрировал модель паровой повозки, а в 1794 году продемонстрировал ее Тревитику по его просьбе. Это легло в основу понимания Тревитиком парового двигателя.

21 февраля 1804 года двигатель Тревитика был закончен, и он отправился в свой первый рейс. Он перевозил 10 тонн железа и 70 человек, проехав 10 миль со скоростью 5 миль в час. Это был огромный успех, и он побудил других инженеров, таких как Мэтью Мюррей, Уильям Хедли и Джордж Стефенсон, использовать конструкции Тревитика и создать свои собственные версии паровой машины. Catch Me Who Can , Salamanca и Puffing Billy были другими первыми успешными паровыми двигателями.

Локомотив № 1 (построен Стефенсоном в 1829 г.) был первым в мире пассажирским поездом, и успех этого поезда привел к тому, что Стефенсон и его сыновья основали бизнес, который впоследствии построит первые пассажирские поезда по всему миру. Великобритания, Европа и США.

Пропустить видео с YouTube

пользователей FireFox NVDA — чтобы получить доступ к следующему содержимому, нажмите «M», чтобы войти в iFrame.

Поезда вскоре стали бесценным видом транспорта для перевозки товаров и пассажиров, и общественность вскоре преодолела свои первоначальные опасения… Вначале люди думали, что при такой скорости пассажиры не смогут дышать, или что вибрация колес на следы отправили бы людей без сознания!

Но к 1850-м годам поезда двигались с немыслимой ранее скоростью 50 миль в час (80 км/ч).

Представьте, что они думают о скоростях современных сверхскоростных поездов – максимальная скорость японских сверхскоростных поездов составляет 320 км/ч! Также учтите, что японский поезд Maglev (магнитная левитация), который планируется запустить в 2027 году, будет двигаться со скоростью 500 км/ч!

Еще в начале 19 века в Европе Наполеон только что объявил себя императором Франции, из-за чего Бетховен разорвал титульный лист своей третьей симфонии и переименовал ее в «Героическую», прошли поминальные службы по Гайдну и Иоанну Филд изобретал Ноктюрн. Вернитесь в эпоху промышленной революции и послушайте музыку, которая сочинялась, когда строились первые паровозы!

Паровоз Факты для детей

Паровоз — паровой железнодорожный локомотив. Он много использовался примерно между 1830 и 1970 годами. После этого чаще использовались дизельные и электрические локомотивы. Первый паровоз был сделан Ричардом Тревитиком для железной дороги, которая использовалась для перевозки железа на металлургическом заводе в Уэльсе.Паровоз работает, сжигая топливо, такое как уголь, в специальном пространстве, называемом топкой. При этом образуются горячие газы, которые поднимаются и проходят по трубам в котле — большом пространстве с водой. Это нагревает воду, производя пар. Затем пар проходит через другую трубку в цилиндр. Затем пар толкает поршень, который, в свою очередь, толкает металлический стержень, соединенный с колесами, заставляя локомотив двигаться. Затем пар выходит через дымоход.

Паровозы до сих пор используются во многих развивающихся странах, где железные дороги еще не электрифицированы.

История

Великобритания

Первые железные дороги использовали лошадей для перевозки тележек по железнодорожным путям. В 1784 году шотландский изобретатель Уильям Мердок построил в Бирмингеме небольшой прототип паровоза. Полномасштабный железнодорожный паровоз был предложен Уильямом Рейнольдсом примерно в 1787 году. Ранняя рабочая модель паровоза была спроектирована и построена пионером пароходства Джоном Фитчем в США в 1794 году. В его паровозе использовались внутренние лопастные колеса, направляемые по рельсам или треки.Модель до сих пор хранится в Музее исторического общества Огайо в Колумбусе. Подлинность и дата создания этого локомотива оспариваются некоторыми экспертами, и работоспособному паровозу придется ждать изобретения парового двигателя высокого давления Ричардом Тревитиком, который первым применил паровозы.

Коулбрукдейлский локомотив Тревитика 1802 г.

Первым полномасштабным действующим железнодорожным паровозом был Coalbrookdale Locomotive шириной 914 мм, построенный Тревитиком в 1802 году. Он был построен для металлургического завода Coalbrookdale в Шропшире в Соединенном Королевстве, хотя никаких записей о его работе там не сохранилось. 21 февраля 1804 года состоялось первое зарегистрированное путешествие по железной дороге с паровой тягой, когда другой локомотив Тревитика тащил поезд по трамваю . в Аберсинон в Южном Уэльсе. В сопровождении Эндрю Вивиана он прошел с переменным успехом. В конструкцию был внесен ряд важных нововведений, в том числе использование пара высокого давления, что позволило снизить вес двигателя и повысить его эффективность.

Тревитик посетил район Ньюкасла в 1804 году и имел готовую аудиторию владельцев шахт (угольных шахт) и инженеров. Визит был настолько успешным, что угольные железные дороги на северо-востоке Англии стали ведущим центром экспериментов и разработок паровозов. Тревитик продолжил свои собственные эксперименты с паровым двигателем на другом трио локомотивов, завершив их выпуском Catch Me Who Can в 1808 году.

Locomotion в Дарлингтонском железнодорожном центре и музее

В 1812 году успешный двухцилиндровый реечный локомотив Саламанка Мэтью Мюррея впервые проехал по реечной железной дороге Миддлтон с реечными рельсами. Еще одним известным ранним локомотивом был Puffing Billy , построенный в 1813–1814 годах инженером Уильямом Хедли. Он предназначался для работы на шахте Wylam Colliery недалеко от Ньюкасл-апон-Тайн. Этот локомотив является старейшим из сохранившихся и находится в статической экспозиции в Музее науки в Лондоне.

Джордж Стивенсон

Джордж Стефенсон, бывший горняк, работавший мотористом на угольной шахте Киллингворта, разработал до шестнадцати локомотивов Киллингворта, включая Блюхера в 1814 году, еще один в 1815 году и (недавно идентифицированный) Killingworth Billy в 1816 году.Он также построил The Duke в 1817 году для железной дороги Килмарнок и Трун, который был первым паровозом, работавшим в Шотландии.

В 1825 году Джордж Стефенсон построил Locomotion No. 1 для Стоктон-энд-Дарлингтонской железной дороги на северо-востоке Англии, которая была первой общественной паровой железной дорогой в мире. В 1829 году его сын Роберт построил в Ньюкасле ракету , которая участвовала в испытаниях Рейнхилла и выиграла их. Этот успех привел к тому, что компания стала ведущим производителем паровозов, используемых на железных дорогах Великобритании, США и большей части Европы.Через год открылась Ливерпульско-Манчестерская железная дорога, в которой для пассажирских и товарных поездов использовалась исключительно паровая энергия.

США

Многие из первых локомотивов для американских железных дорог были импортированы из Великобритании, в том числе сначала Stourbridge Lion , а затем John Bull (все еще самый старый действующий двигатель с двигателем в Соединенных Штатах любого типа, по состоянию на 1981 г.) однако быстро была создана отечественная промышленность по производству локомотивов. Tom Thumb железной дороги Балтимора и Огайо в 1830 году, спроектированный и построенный Питером Купером, был первым построенным в США локомотивом, который работал в Америке, хотя он был задуман как демонстрация потенциала паровой тяги, а не как доход. — заработок локомотива. Модель DeWitt Clinton также была построена в 1830-х годах.

Континентальная Европа

Первое железнодорожное сообщение за пределами Соединенного Королевства и Северной Америки было открыто в 1829 году во Франции между Сент-Этьеном и Лионом.Затем, 5 мая 1835 года, первая линия в Бельгии соединила Мехелен и Брюссель. Локомотив получил название Слон .

Фотография Adler , сделанная в начале 1850-х гг.

В Германии первым работающим паровозом был двигатель с реечной передачей, похожий на Salamanca , разработанный пионером британского локомотива Джоном Бленкинсопом. Построенный в июне 1816 года Иоганном Фридрихом Кригаром на Королевском чугунолитейном заводе в Берлине ( Königliche Eisengießerei zu Berlin), локомотив двигался по кольцевому пути во дворе завода.Это был первый локомотив, построенный на материковой части Европы, и первый пассажирский паровоз; любопытные зрители могли ездить в пристроенных вагонах за определенную плату. Он изображен на новогоднем значке Королевского литейного завода, датированном 1816 годом. Другой локомотив был построен с использованием той же системы в 1817 году. ни один из них не мог быть возвращен в рабочее состояние после демонтажа, перемещения и повторной сборки.7 декабря 1835 года Adler впервые проехал между Нюрнбергом и Фюртом по Баварской железной дороге Людвига. Это был 118-й двигатель локомотивного завода Роберта Стефенсона, и он находился под патентной защитой.

Austria , первый локомотив в Австрии.

В 1837 году в Австрии была запущена первая паровая железная дорога на Северной железной дороге Императора Фердинанда между Веной-Флоридсдорф и Дойч-Ваграм. В Австрии также работает самая старая в мире непрерывно работающая паровая машина: GKB 671, построенная в 1860 году, никогда не выводилась из эксплуатации и до сих пор используется для специальных экскурсий.

В 1838 году третий паровоз, построенный в Германии, Saxonia , был изготовлен на заводе Maschinenbaufirma Übigau недалеко от Дрездена, построенном профессором Иоганном Андреасом Шубертом. Первым локомотивом независимой конструкции в Германии был Beuth , построенный Августом Борзигом в 1841 году. Первый локомотив, произведенный Henschel-Werke в Касселе, Drache , был поставлен в 1848 году.

Первыми паровозами, работавшими в Италии, были Bayard и Vesuvio , работавшие на линии Неаполь-Портичи в Королевстве Обеих Сицилий.

Первой железнодорожной линией над территорией Швейцарии была линия Страсбург-Базель, открытая в 1844 году. Три года спустя, в 1847 году, была открыта первая полностью швейцарская железнодорожная линия Spanisch Brötli Bahn из Цюриха в Баден.

Картинки для детей

• 41 018 Deutsche Reichsbahn, восхождение на знаменитую Schiefe Ebene в Германии, 2016 г.

• 4-8-8-4 Union Pacific Big Boys были самыми большими паровозами, когда-либо построенными

• Основные узлы паровоза

• Паровоз с открытым котлом и топкой (топка слева)

• Тепловое изображение локомотива.

• Очистка ходовой части локомотива класса «Н», Чикаго и Северо-Западная железная дорога, 1943 г.

• Ходовая часть паровоза

• «Вода является важным элементом в работе паровоза». Здесь паровоз «набирает воду» — баки наполняются с помощью водяного крана.

• Предохранительные клапаны котла подъемные 60163 Торнадо Создающие ложный дымовой шлейф

• Манометры на Blackmore Vale .Правый показывает давление в котле, левый — давление в паровой камере

  .

• Полив паровоза

• Южноафриканский конденсационный локомотив класса 25.

• Поршневой лубрикатор марки

  «Wakefield», установленный на задней плите котла локомотива. Через правое смотровое стекло видна капля масла (движущаяся вверх по воде).

• Шатунный подшипник (с шатуном и соединительной тягой) компании Blackmoor Vale с пробитыми пробковыми пробками к масляным резервуарам

• Сохранившийся локомотив Great Western Railway Bradley Manor с двумя масляными лампами, обозначающими экспресс-обслуживание пассажиров, и высокоинтенсивной электрической лампой между ними, добавленными для соответствия современным стандартам безопасности при работе на магистральных линиях.

• Это типичный индикатор подсолнечника AWS . Индикатор подсолнуха может показывать черный диск или желто-черный «взрывающийся» диск.

• Локомотив Ленина У-127, составной локомотив De Glehn, работающий на мазуте 4-6-0, в Музее Московской железной дороги на Павелецком вокзале

• Паротурбовоз Ljungström с подогревателем воздуха (около 1925 г.) (Шведский национальный музей науки и техники).

• Локомотив Heilmann № 8001, Chemins de Fer de l’Ouest

• 200-й паровоз, построенный Clyde Engineering (TF 1164) из коллекции Powerhouse Museum

• Западная железная дорога Калифорнии № 45 (строительный № 58045), построенная Болдуином в 1924 году, номер 45 — локомотив 2-8-2 «Микадо». Он до сих пор используется в Skunk Train

  .

• Прав.Stanford , локомотив 4-4-0 (в обозначениях Уайта), типичный для американской практики XIX века

  .

• Локомотив Northwestern Steel and Wire № 80, июль 1964 г.

• Британский промышленный пар в 1970-е годы: маневровые угольные вагоны Robert Stephenson & Hawthorn 0-4-0ST на электростанции Agecroft, Пендлбери, к северу от Манчестера, 1976 год

• Китайские железные дороги QJ (前进, «Qianjìn») тяжелый грузовой паровоз, хранится в Китайском промышленном музее

• Промышленный паровоз China Railways SY, хранящийся перед Даляньским современным музеем

• ВЭБ Локомотивбау Карл Маркс Бабельсберг (ЛКМ) построил этот паровоз No.991777-4. Сегодня он тянет локомотив «Железная дорога Наследия» на железной дороге Радебойль-Радебург, также известной как Lößnitzgrundbahn (Железная дорога Лёссницгрунд). Железная дорога Радебойль-Радебург проходит между Восточной станцией Радебойль и небольшими городами Морицбург и Радебург к северу от Дрездена.

• Паровоз узкоколейной железной дороги Кимзее-Бан на юге Баварии

• Первый локомотив в Канаде со стальным котлом, февраль 1892 года.