0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое атмосферный паровой двигатель

Паровая машина Ньюкомена

Паровая машина Ньюкомена — пароатмосферная машина, которая использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Принцип работы
  • 3 Дальнейшее развитие
  • 4 Примечания

История [ править | править код ]

Паровой двигатель (эолипил) турбинного типа был изобретён Героном Александрийским в I веке н. э., но оставался забытой игрушкой, и лишь в конце XVII столетия паровые двигатели вновь привлекли внимание энтузиастов. Дени Папен изобрёл паровой котёл высокого давления с предохранительным клапаном и впервые высказал идею использования подвижного поршня в цилиндре. Но до практической реализации Папен не добрался.

В 1705 году кузнец по профессии Томас Ньюкомен совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой двигатель для водяного насоса (водоподъёмника), опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать (1712). При мощности 8 лошадиных сил машина поднимала воду с 80-метровой глубины [1] :184 . По-видимому, Ньюкомен использовал ранее полученные экспериментальные данные Папена, который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре и поначалу нагревание и охлаждение пара для возвращения поршня в исходное состояние производил вручную.

Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери, с которым Ньюкомен позднее сотрудничал, поскольку патент Севери получил по акту Парламента право действия до 1733 года. Устройством Ньюкомена был поршневой паровой двигатель с водоподъёмным насосом, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации: вследствие высокого давления пара двигатели 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» [2] [3] .

Водоподъёмные насосы Ньюкомена с поршневым паровым двигателем нашли применение в Англии и в других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. К 1733 г. их было куплено 110, из которых 14 — на экспорт. С некоторыми усовершенствованиями их до 1800 г. произвели 1454 штуки, и они оставались в употреблении до начала XX века [4] . В России первая машина Ньюкомена появилась в 1777 году в Кронштадте для осушения дока. Усовершенствованная машина Уатта не могла вытеснить машину Ньюкомена там, где был в избытке уголь низкого качества. В частности, на угольных разработках в Англии машины Ньюкомена использовались до 1934 года [1] :186 .

Принцип работы [ править | править код ]

Рабочий ход в вакуумном двигателе Ньюкомена совершается не высоким давлением пара, а низким давлением вакуума, образующегося после впрыска воды в цилиндр заполненный горячим паром. Низкое давление вакуума увеличивало безопасность двигателя, но сильно уменьшало мощность двигателя.

Под действием собственного веса поршень насоса (прикрепленный к левому плечу коромысла на анимации, на анимации сам поршень не показан) опускается вниз, а поршень паровой части машины (прикреплен к правому плечу коромысла на анимации) поднимается, и пар низкого давления впускается в вертикальный рабочий цилиндр, открытый сверху. Впускающий пар клапан закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. Изначально пар конденсировался в результате внешнего водяного охлаждения цилиндра с паром [1] :184 . Затем введено усовершенствование: для ускорения конденсации в цилиндр с паром после закрытия клапана впрыскивалась вода низкой температуры (из ёмкости непосредственно под правым плечом коромысла на анимации), а конденсат сбегал в сборник конденсата. При конденсации пара давление в цилиндре падает, и атмосферное давление с усилием двигает поршень паровой части машины вниз, совершая рабочий ход. При этом поршень насосной части машины поднимается вверх, увлекая за собою воду на более высокий уровень. Далее цикл повторяется [5] . Смазка и уплотнение поршня паровой части осуществляется небольшим количеством воды, налитой на него сверху.

Изначально распределение пара и охлаждающей воды было ручным, затем изобретено автоматическое распределение, т.н. «механизм Поттера».

Работа, производимая атмосферным давлением, тем больше, чем больше ход поршня и сила давления на него. Перепад давлений при этом зависит только от температуры, при которой пар конденсируется, и сила, равная произведению перепада давлений на площадь поршня, увеличивается при увеличении площади поршня, то есть, диаметра цилиндра и, следовательно, объема цилиндра. Совокупно получается, что мощность машины растёт с ростом объёма цилиндра.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, представляющего собой двуплечий рычаг. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла. При рабочем ходе поршня вниз насос выталкивает вверх порцию воды, а затем под собственным весом опускается вниз, а поршень поднимается, заполняя цилиндр паром.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с вдвое большей глубины [1] :185 , чем это было возможно при помощи лошадей. Отопление машин углем, добытым в той же шахте, которую машина обслуживала, оказалось выгодно, несмотря на чудовищную прожорливость установки: примерно 25 кг угля в час на одну лошадиную силу [1] :185 . Машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его машина стала предшественницей универсального двигателя Дж. Уатта.

Схожую технологию в наше время используют бетононасосы на стройках

Дальнейшее развитие [ править | править код ]

Рабочий ход поршня только в одну сторону (вниз), и постоянные потери тепла на нагревание остывшего цилиндра ограничивали эффективность машины (КПД менее 1%).

Первым усовершенствованием, введённым Уаттом, был отдельный конденсатор, позволивший держать цилиндр постоянно горячим.

В своём принципиально новом двигателе Уатт отказался от пароатмосферной схемы, создав коромысловую машину двойного действия, в которой рабочими были оба хода поршня. Цепь не могла более служить передаточным звеном к коромыслу во время хода поршня вверх, и возникла потребность в механизме, который передавал бы мощность от поршня к коромыслу в обоих направлениях. Этот механизм также был разработан Уаттом. Мощность увеличилась примерно в пять раз, что дало 75 % экономию в себестоимости угля. Тот факт, что на базе машины Уатта стало возможно преобразование поступательного движения поршня во вращательное, и стал толчком к промышленной революции. Тепловой двигатель теперь мог крутить колесо мельницы или фабричного станка, освободив производство от водяных колёс на реках. Уже к 1800 г. фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 таких механизмов, из которых только 164 использовались как насосы. Ещё 308 нашли применение на мельницах и фабриках, а 24 обслуживали доменные печи.

ПАРОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрийскому, жившему в 1 веке нашей эры и создавшему эолипил — «шар Эола».

Это был металлический шар, вращающийся под давлением пара. К сожалению движущая сила нагретого воздуха и водяного пара использовалась здесь только лишь для демонстрации забавной игрушки. Герон часто использовал энергию пара в своих изобретениях: для реализации раздвижных автоматических дверей в храмах, двигающих руками статуй богов и так далее. Он оставил много чертежей, по которым можно собрать реально действующие механизмы. Его изобретения, опередившие свое время, смогли по достоинству оценить лишь в средневековье.

Читать еще:  Волга 2410 схема двигателя

Интересно, что в середине XVIII столетия эолипил «переизобрел» венгерский ученый Янош Сегнер , от которого оно и получило свое имя «сегнерово колесо». Понятно, что такое колесо вращается под действием реактивной силы потока пара, выбрасываемого из загнутых трубок-сопел.

Средневековая Европа стала собирать и осваивать технические изобретения и новинки со всех стран: Индии, Китая, Византии. XVIII век считается веком покорения пара. Результаты опытов с атмосферным давлением Торричелли и Отто Герике натолкнули ученых на мысль, что силу атмосферного давления можно использовать для производства механической работы.

Паровая машина Дени Папена.

Дени Папен был ассистентом у Гюйгенса, а с 1688 г. профессором математики в Марбургском университете. У него возникла идея использовать для атмосферного двигателя форму полого цилиндра с движущимся в нем поршнем . Перед Папеном стояла задача заставить поршень совершать работу силой атмосферного давления. В 1690 г. был создан принципиально новый проект парового двигателя.

Вода в цилиндре при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх. Через специальный клапан пар выталкивал воздух, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство; наружное давление двигало поршень вниз. Опускаясь, поршень тянул за собой веревку с грузом.
Папен ставил цилиндр машины вертикально потому, что цилиндр-клапан не может в ином положении выполнять свою функцию. Двигатель Папена полезную работу выполнял плохо, так как не мог осуществить непрерывное действие. Чтобы заставить поршень поднимать груз, необходимо было манипулировать стержнем-клапаном и стопором, перемещать источник пламени и охлаждать цилиндр водой. Долгое время Папен продолжал трудиться над усовершенствованием своего изобретения..

Уже в 1707 г. он предложил новый, усложненный вариант парового двигателя.

Паровая машина Томаса Севери.

Совершенствование пароатмосферных машин продолжил Томас Севери. В 1698 году Томас Севери изобрел паровой насос для откачки воды из шахт. Его «друг рудокопов» работал без поршня. Всасывание воды происходило путем конденсации пара и создания разреженного пространства над уровнем воды в сосуде. Севери отделил котел от сосуда, где производилась конденсация. Эта паровая машина обладала низкой экономичностью, но все-таки нашла широкое применение.
Впервые паровая машина Севери начала работать в России. Она была заказана в Англии для Петра Первого. Машина поднимала воду на высоту 3 м от поверхности земли.Производительность ее была 3 бочки в минуту. Эта машина Севери качала воду из Фонтанки для фонтанов в Летнем саду в Санкт-Петербурге.

Паровая машина Т. Ньюкомена.

В 1705 году механик Томас Ньюкомен получил патент на изобретенную им тепловую машину.. Паровой насос Ньюкомена начали использовать в Англии для откачки воды из шахт.. Главной деталью его был поршень, уравновешенный грузом и двигавшийся в большом вертикальном цилиндре (2). Давление пара, подаваемого в цилиндр из котла (1), поднимало поршень. Впрыскивание холодной воды из резервуара (5) осаждало пар и создавало в цилиндре вакуум. Атмосферное давление опускало поршень вниз. Охлаждающая вода и сконденсированный пар выпускались из цилиндра по трубе (6), а излишний пар из котла — через предохранительный клапан (7).

После этого двигатель вновь был готов к следующему впрыскиванию пара. Основной недостаток машины Ньюкомена состоял в том, что рабочий цилиндр в ней являлся в то же время и конденсатором. Из-за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр, и расход топлива оказывался очень велик.

Последующие изобретатели внесли много усовершенствований в насос Ньюкомена. Но принципиальная схема машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет.

Паровой двигатель Джеймса Уатта.

В 1765 году английский механик Джеймс Уатт создает паровой двигатель. В 1763-1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ньюкомена. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие. Уатту сразу стало ясно, что для более экономичной работы двигателя целесообразнее держать цилиндр постоянно нагретым. В 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. Самым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодаря чему не затрачивалась энергия на постоянный разогрев цилиндра. Машина стала более экономичной . Ее КПД увеличился.

С 1776 года началось фабричное производство паровых машин. В машину 1776 года по сравнению с конструкцией 1765 года было внесено несколько принципиальных улучшений. Поршень помещался внутри цилиндра, окруженный паровым кожухом. Кожух сверху был закрыт, а цилиндр — открыт. Пар поступал в цилиндр из котла по боковой трубе. Цилиндр соединялся с конденсатором трубой, снабженной паровыпускным клапаном. Выше этого клапана был размещен еще один уравновешивающий клапан.

Однако машина совершала только одно рабочее движение, работала рывками и потому могла использоваться только как насос. Чтобы паровая машина могла приводить в действие другие машины, необходимо было, чтобы она создавала равномерное круговое движение. Такой двигатель двойного действия был разработан Уаттом в 1782 году. Огромных усилий потребовало от Уатта создание механизма передающего движение от поршня к валу, но Уатт добился и этого, создав особое передающее устройство, которое так и называется параллелограммом Уатта. Теперь новый двигатель Уатта годился для привода других рабочих машин. За 1785-1795 годы было выпущено 144 таких паровых двигателей, а к 1800 году в Англии работала уже 321 паровая машина Уатта.

Для измерения мощности паровых машинУатт ввел понятие «лошадиная сила», которая в качестве общепринятой единицы мощности используется и по настоящее время. Одну из машин Уатта купил пивовар, чтобы заменить ею лошадь, которая приводила в действие водяной насос. При выборе необходимой мощности паровой машины пивовар определил рабочую силу лошади как восьмичасовую безостановочную работу до полного изнеможения лошади. Расчет показал, что каждую секунду лошадь поднимала 75 кг воды на высоту 1 метр, что и было принято за единицу мощности в 1 лошадиную силу.

Паровые двигатели применяли во всех отраслях производства. Они широко использовались в промышленности, на транспорте и стали в свое время «двигателями технического прогресса».

Однако коэффициент полезного действия самых лучших паровых двигателей не превышал 5%! Из каждых 1000 кг топлива на полезную работу тратилось всего лишь 50 кг!

К концу 19 века схема паросиловой установки была значительно усовершенствована, и ее основные принципы сохранились до нашего времени.
___

Интересно, что в 1735 году в здании английского парламента был установлен первый в систории вентилятор, который приводился в движение паровым двигателем.
___

В 1800 году некий американец, владелец шахты по добыче каменного угля придумал первый паровой лифт. В 1835 году этот паровой лифт вошёл в обиход фабричного грузоподъемного дела в Англии, а потом получил распространение в США.
А в 1850-х годах «Компания паровых подъёмников Отиса» установила свой первый пассажирский лифт в пятиэтажном магазине на Бродвее. Лифт брал до пяти человек и вез их со скоростью 20 см в секунду.

Другие страницы по теме « Паровые двигатели »

Английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором. — презентация

Презентация была опубликована 5 лет назад пользователемВлад Ермаков

Похожие презентации

Презентация на тему: » Английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором.» — Транскрипт:

2 Английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В 1763 году русский инженер И. И. Ползунов представил проект парового двигателя для подачи воздуха в плавильные печи. Паровая машина Ползунова имела мощность 40 лошадиных сил (в России того времени паровые машины практически не использовались, и всю информацию Ползунов получил из книги Обстоятельное наставление рудокопному делу, изданную в 1760 г. В нем описывалась паровая машина Ньюкомена).

Читать еще:  Ваз 2114 искра есть двигатель троит

4 паровая машина И. И. Ползунова

5 Появление рельсового пути В XVI веке на шахтах Германии и соседних регионов использовались деревянные рельсовые пути и вагонетки, колёса которых были снабжены ребордами. В некоторых регионах Англии деревянные рельсовые дороги для вагонеток были известны во время правления королевы Елизаветы I(вторая половина XVI века), в XVII веке они получили широкое распространение в горнодобывающих районах Англии, а в XVIII веке их постепенно вытеснили железные рельсовые дороги.

6 Шахтный деревянный рельсовый путь и вагонетка, Германия, XVI век.

7 В 1788 году в Петрозаводске появляется «Чугунный колесо провод» первая в России железная дорога. Железная дорога была построена на Александровском заводе для нужд предприятия. (Ныне участки первой российской железной дороги хранятся в Петрозаводске около здания музея ОТЗ и в Губернаторском саду; кроме того, в Губернаторском саду сохранены колёса от вагонетки).

8 В последующие годы многие инженеры пытались создавать паровозы, но самым удачливым из них оказался Джордж Стефенсон, который в годах не только предложил несколько удачных конструкций паровозов, но и сумел убедить шахтовладельцев построить первую железную дорогу из Дарлингтона к Стоктону, способную выдержать паровоз. Позднее, паровоз Стефенсона «Ракета» выиграл специально устроенное соревнование и стал основным локомотивом первой общественной дороги Манчестер Ливерпуль.

10 Первой железной дорогой, на которой были организованы регулярные пассажирские перевозки, стала в 1807 году Железная дорога Суонси и Мамблза в Уэльсе. Так как работоспособных паровозов в то время ещё не было, в качестве тяговой силы использовались лошади. Первая железная дорога в Германии была открыта между баварскими городами Нюрнбергом и Фюртом в 1835 году.

12 Во второй половине 1880-х годов XIX века был достигнут наивысший уровень прироста мировой железнодорожной сети в истории. За десять лет, с 1880 по 1890 г., железнодорожная сеть выросла на 245 тыс. км., достигнув 617,3 тыс. км. Железнодорожные капиталовложения в мировую сеть за этот пятилетний период составили около 2 млрд фунтов стерлингов, достигнув общей суммы 7 млрд фунтов стерлингов. По темпам и абсолютному приросту железных дорог впереди шли США, где гигантский размах железнодорожного строительства стимулировал интенсивный рост промышленного производства средств производства.

13 Днём рождения электрической тяги принято считать 31 мая 1879 г., когда на промышленной выставке в Берлине демонстрировалась первая электрическая железная дорога длиной 300 м, построенная Вернером Сименсом. Электровоз, напоминавший современный электрокар, приводился в движение электродвигателем мощностью 9,6 к Вт (13 л. с.). Электрический ток напряжением 160 В передавался к двигателю по отдельному контактному рельсу, обратным проводом служили рельсы, по которым двигался поезд три миниатюрных вагончика со скоростью 7 км/ч, скамейки вмещали 18 пассажиров.

15 Современность В настоящее время общая протяженность электрических железных дорог во всем мире достигла 200 тыс. км, что составляет примерно 20 % общей их длины. Это, как правило, наиболее грузонапряженные линии, горные участки с крутыми подъемами и многочисленными кривыми участками пути, пригородные узлы больших городов с интенсивным движением электропоездов.

17 Техника электрических железных дорог за время их существования изменилась коренным образом, сохранился только принцип действия. Применяется привод осей локомотива от электрических тяговых двигателей, которые используют энергию электростанций. Эта энергия подводится от электростанций к железной дороге по высоковольтным линиям электропередачи, а к электроподвижному составу по контактной сети. Обратной цепью служат рельсы и земля.

Пар и история изобретений

Эолипил

Герон Александрийский
1 в. до н.э.

Рисунок 1. Эолипил

Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрий­скому, жившему в 1 веке нашей эры и создавшему эолипил — «шар Эола». Это был металлический шар, вращающийся под давлением пара.

Герон часто использовал энергию пара в своих изобретениях: для реализации раздвижных автоматических дверей в храмах, двигающих руками статуй богов и так далее. Однако его изобретения, опередившие свое время, не нашли применения и долгое время оставались лишь забавой. Прошло более полутора тысяч лет, прежде чем во времена нового расцвета науки и техники, наступившего после периода средневековья, об использовании внутренней энергии пара задумался Леонардо да Винчи.

Паровая турбина

Джиованни Бранка
1629 г.

Рисунок 2. Паровая турбина

«Турбина Бранка» была задумана для замены ветрового или водяного привода и приводила в движение два пестика, которые в то время обычно использовались для размельчения угля и серы на пороховых заводах. Поскольку даже теоретически возможная мощность такой турбины была явно недостаточной для выполнения какой либо полезной работы, каких либо сведений о реальном существовании такого механизма не найдено.

«Друг рудокопов»

Томас Севери
1698г.

Рисунок 3. Паровой насос Т. Севери

«Машина для подъема воды с помощью движущей силы огня» была ничем иным, как паровым насосом, применяемым для откачки воды из шахт. Это было первое изобретение в истории освоения пара, которое обрело достаточно широкое практическое применение.

Изобретатель называл свою машину «Друг рудокопов», но на самом деле машины Севери годились для различных целей: для водоснабжения городов и крупных зданий, для осушения болот и лугов. Их большим преимуществом была способность непрерывно работать, поэтому, даже несмотря на низкую экономичность (как выяснилось позднее, КПД машины не достигал и 1%), машины Севери имели большой промышленный успех.

Одна из машин Севери даже нашла применение в России: в Санкт-Петербурге с ее помощью вода из Фонтанки поступала к фонтанам в летнем саду.

Атмосферный двигатель

Пол Ньюкомен
1712г.

Рисунок 4. Паровой двигатель Ньюкомена

Томас Ньюкомен был торговцем скобяными изделиями. Поставляя свою продукцию на шахты, он хорошо знал о проблемах, связанных с затоплением шахт водой, и для их решения построил паровой насос.

В этой установке двигатель был соединён с насосом. Эта довольно эффективная для своего времени пароатмосферная машина использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке. Однако своё изобретение Ньюкомен не мог запатентовать, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери.

Машина Ньюкомена, как и все ее предшественницы, работала прерывисто — между двумя рабочими ходами поршня была пауза. Высотой она была с четырех-пятиэтажный дом и, следовательно, исключительно «прожорлива»: пятьдесят лошадей еле-еле успевали подвозить ей топливо. Обслуживающий персонал состоял из двух человек: кочегар непрерывно подбрасывал уголь в топку, а механик управ­лял кранами, впускающими пар и холодную воду в цилиндр.

Паровая машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное дви­жение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Заслуга Ньюкомена была в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его машина стала предшественницей универсального дви­гателя Дж. Уатта.

Читать еще:  Что такое лобовина двигателя приус

Последующие изобретатели внесли много усовершенствований в насос Ньюкомена. Но принципиальная схема машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет.

Универсальная паровая машина

Джеймс Уатт
1768 г.

Рисунок 5.Паровая машина Уатта

Джеймс Уатт, пожалуй, самый известный из «покорителей» пара: именно ему паровая машина в ее теперешнем виде обязана своим появлением на свет и введением в практику обыденной жизни.

Будучи мастером научных инструментов при университете Глазго,он получил поручение привести в порядок и исправить небольшую рабочую модель тогдашней огневой машины (Ньюкомена), в работе которой были частые сбои. Уатт провел серьезное научное исследование и нашел, что недостатки модели принадлежат не ей самой, а тому несовершенному принципу, на котором была основана вообще паровая (или огневая) машина Севери и Ньюкомена, и после двух лет труда открыл новый принцип современной паровой машины.

Уатт подробно изучил труды своих предшественников, а когда попытался разобраться в работе двигателя, обнаружил, что тот потребляет непомерно большое количество топлива.

Уатт пришел к выводу, что для уменьшения расхода пара необходимо вынести процесс конденсации за пределы цилиндра, и тем самым увеличил производительность модели. Конденсатор позволил уменьшить расход топлива почти в пять раз по сравнению с машиной Ньюкомена и поднять КПД до 2,5%. Но Уатт на этом не остановился. Он выяснил, что клапан можно закрывать до того, как цилиндр полностью заполнится паром, поскольку пар, расширяясь, все равно поднимет поршень. В результате такой дополнительной экономии КПД вырос до 4,5%.

Затем Уатт присоединил к своей конструкции вращательно-поступательный механизм, сделал двусторонний впуск пара, паровую рубашку вокруг цилиндра – то есть ввел фактически все элементы современных паровых двигателей, которыми люди пользовались почти 200 лет, пока в ХХ веке им на смену не пришли более производительные двигатели внутреннего сгорания.

Изобретение Джеймса Уатта поистине стало революционным, паровую машину стали применять на заводах и фабриках в качестве привода, что привело к резкому повышению производительности труда. Именно с этого момента англичане отсчитывают начало большой промышленной революции, которая вывела Англию на лидирующее положение в мире.

Паровая телега

Рисунок 6. Паровая телега

Первое действующее самоходное паровое транспортное средство в истории и человечества — прародитель автомобиля — было изобретено отставным капитаном артиллерийских войск Франции Н. Куньо.

С детства Куньо увлекался техникой и проявлял талант к изобретательству, однако, не имея достаточных средств для реализации значимых проектов, принял решение поступить на военную службу.

Выйдя в отставку, Кюньо занимался научной работой в области фортификации и преподавал в военной школе. Но самой главной страстью, постепенно захватившей отставного офицера, стала идея механической повозки, которую приводила бы в движение сила пара. Поскольку за время службы ему так и не удалось скопить достаточно средств, чтобы финансировать развитие этой идеи самостоятельно, проект реализовывался при поддержке военного ведомства и потому был ориентирован на военные нужды: официальное его предназначение состояло в том, чтобы буксировать артиллерийские орудия и подвозить к ним снаряды.

В роли двигателя выступила собственноручно построенная изобретателем паровая машина, располагавшаяся в передней части повозки. Сама повозка была трехколесной (переднее колесо поворачивалось вместе с паровым котлом усилиями двух человек) и маломощной, так как после 15 минут движения в котел нужно было заново налить воду и развести под ним огонь (прямо на брусчатке). И, тем не менее, телега Куньо двигалась сама, что поражало современников изобретателя, а ему самому обеспечило звание изобретателя автомобиля.

Интересно, что паровая телега Куньо чудом сохранилась до сих пор. И сегодня ее можно увидеть в Париже, в Музее искусств и ремесел.

Пароход «Клермонт»

Роберт Фултон
1807 г.

Рисунок 7. Пароход

У парохода Роберта Фултона были и предшественники, но именно он начал новую эру в истории судоходства, когда стал совершать регулярные рейсы и перевозить пассажиров от Нью-Йорка до Олбани и обратно со скоростью 5 узлов.

«Клермонт» был сравнительно небольшим судном. Он имел тоннаж 150т, длина корпуса составляла 43м, мощность двигателя — 20 л.с. На нем были установлены две мачты, и при первой возможности в помощь машинам поднимали паруса. Машинная часть состояла из котла в форме сундука длиной 6м при высоте и ширине несколько более 2м и вертикального парового цилиндра.

На пароходе было три большие каюты для пассажиров. Кроме того, на нем размещались кухня, буфет и кладовая. Поездка стоила 7 долларов, что по ценам того времени было немало, но от желающих не было отбоя. Пароход приносил своим владельцам большую прибыль, что позволило построить еще несколько паровых кораблей, начав тем самым новый этап в истории судоходства.

Корнуэльские двигатели

Ричард Тревитик
1811г.

Рисунок 8. Двигатель Тревитика

В промышленных однотактных двигателях Тревитика с целью повышения эффективности был впервые применен пар высокого давления.

Двигатели работали с давлением 50 фунтов на квадратный дюйм, или 345 кПа, и были чрезвычайно универсальны — именно они положили начало проникновению пара в сельское хозяйство и транспорт.

Печатная машина с паровым приводом

Фридрих Кёниг
1811г.

Рисунок 9. Печатная машина

Еще в начале XVII в. возникла идея применения печатного цилиндра для облегчения ручного труда печатника, однако практическое воплощение она получила лишь когда немецкий печатник и изобретатель Фридрих Кёниг изготовил первую механическую печатную машину с цилиндром, приводившимся в действие паром.

Тем самым он минимизировал затраты ручного труда на печатном производстве и положил начало процессу увеличения доступности газет для массовой аудитории и распространению грамотности.

Паровоз

Джордж Стефенсон
1814 г.

Рисунок 10. Паровоз

Создание паровоза и железной дороги — достижение целого поколения инженеров и механиков. Решающих успехов в создании практически применимых паровозов достиг английский изобретатель Джордж Стефенсон, предложивший несколько удачных конструкций. Его первый паровоз «Блюхер», названный в честь прусского полководца, одержавшего победу над войсками Наполеона при Ватерлоо, был построен в 1814 году. Локомотив предназначался для буксировки вагонеток с углём для рудничной рельсовой дороги и мог вести состав общим весом до 30 тонн.

Дирижабль Жиффара

Анри Жиффар
1852 г.

Рисунок 11. Дирижабль

Приводимый в действие энергией пара дирижабль появился в результате увлечения паровозного машиниста Анри Жиффара воздухоплаванием.

Воздушный шар всегда летел по воле ветра, и будущему изобретателю это не нравилось. Тогда он решил, что если на шар поставить мощную паровую машину с воздушным винтом, то можно будет лететь в любом направлении. Так и появился первый дирижабль, движением которого человек мог управлять.

Паровой пулемет

Чарльз Дикинсон
1861г.

Рисунок 12. Паровой пулемет

Созданный по проекту Дикинсона в Балтиморе пулемет вошел в историю как «пулемет Вайнанса» – по имени производителя. Пулемет стрелял стальной дробью и мог поворачиваться горизонтально. Активно сочувствовавший Конфедерации Вайнанс передал оружие в помощь армии Юга, однако вскоре пулемет был захвачен противниками.

В этот момент он и приобрел широкую известность: все газеты писали о странной и мощной паровой энергии оружия, что однако было сильным преувеличением: пули обладали убойной силой только при стрельбе в упор, что делало его малоэффективным оружием.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector