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

В какой стране изобрели паровой двигатель

Изобретение практически пригодного универсального теплового двигателя

Универсальный паровой двигатель, пригодный для практической эксплуатации, был изобретен английским теплотехником Джемсом Уаттом (1736-1819). Работу над паровыми машинами Уатт начал с 1764 г., когда ему поручили исправить модель пароатмосферной машины Ньюкомена. Он обратил внимание на большой непроизводительный расход пара, а следовательно, и топлива в машине.

Исследуя причину этого явления, Уатт пришел к выводу, что хорошая работа атмосферной машины зависит от выполнения двух условий: во-первых, для получения сильного разряжения под поршнем надо производить в цилиндре возможно более полную конденсацию пара, а для этого как можно сильнее охлаждать цилиндр; во-вторых, чтобы избежать непроизводительных потерь пара, надо его впускать для последующего хода поршня из котла в неохлажденный, горячий цилиндр. Выполнить эти два условия одновременно вначале представлялось технически невозможным.

Проведя целый ряд глубоких исследований и опытов, Уатт наконец разрешил эту сложную техническую задачу: он предложил производить конденсацию пара в отдельном резервуаре-конденсаторе, сообщающемся с цилиндром.

Изобретение конденсатора — важнейшее открытие Уатта первого периода его творчества. Патент на это изобретение Уатт получил в 1769 г. В заявке на патент он определил свое изобретение как «новый метод уменьшения расхода пара, а следовательно, и топлива в огненных машинах». Таким образом, была найдена правильная идея усовершенствования паровой машины. Но надо было перейти к практическому осуществлению этой идеи. На это Уатту пришлось потратить много лет упорного труда и тяжелой борьбы с бесконечным множеством препятствий и затруднений. Изготовление крупных машин стоило больших средств, а собственные средства Уатта были совершенно ничтожны. Приходилось прибегать к фабрикантам и промышленникам с унизительными просьбами о финансировании постройки новой машины.

В поисках средств для сооружения своего двигателя Уатт стал мечтать о выгодной работе за пределами Англии. В начале 70-х годов он заявил друзьям, что «ему надоело отечество», и серьезно повел разговоры о переезде в Россию. Русское правительство предложило английскому инженеру «занятие, сообразное с его вкусом и познаниями» и с ежегодным жалованьем в 1000 фунтов стерлингов.

Отъезду Уатта в Россию помешал контракт, который он заключил в 1772 г. с капиталистом Болтоном, владельцем машиностроительного предприятия в г. Сохо близ Бирмингема. Болтон давно знал об изобретении новой, «огненной», машины, но колебался субсидировать ее постройку, сомневаясь в практической ценности машины. Заключить договор с Уаттом он поторопился лишь тогда, когда возникла реальная угроза отъезда изобретателя в Россию.

Договор, связавший Уатта с Болтоном, оказался весьма действенным. Болтон показал себя умным и дальновидным человеком. Он не поскупился на расходы по сооружению машины. Болтон понял, что гений Уатта, освобожденный от мелочной, изнурительной заботы о куске хлеба, развернется в полную мощь и обогатит предприимчивого капиталиста. Кроме того, сам Болтон был крупным инженером-механиком. Технические идеи Уатта увлекли и его.

Завод в Сохо славился первоклассным по тем временам оборудованием, имел кв а л ифицир ов а иные рабочие кадры. Поэтому Уатт с восторгом принял предложение Болтона наладить на заводе производство паровых машин новой конструкции. С начала 70-х годов и до конца своей жизни Уатт оставался главным механиком завода. На заводе в Сохо в конце 1774 г. была построена первая машина двойного действия.

Уатт был неудовлетворен своей первой паровой машиной и сразу начал работать над ее усовершенствованием. В 1777 г. Уатт для дальнейшего повышения экономичности машины предложил применять отсечку и расширение пара.

Машина Уатта первоначальной конструкции значительно удешевила получение механической энергии преимущественно для нужд горной промышленности. Она очень быстро нашла себе применение в рудниках и шахтах, совершенно вытеснив машину Ныокомена. Введение новых паровых машин на три четверти сокращало расход угля. Особенно большой интерес к машинам Уатта был проявлен со стороны хозяев медных рудников в Корнваллисе. Завод в Сохо к 1780 г. изготовил 40 паровых машин, половина из которых предназначалась для копей в Корнваллисе.

Однако, как и ранее изобретенные пароатмосферные машины, паровая машина двойного действия не была пригодна для роли универсального двигателя, она была применима лишь для подъема воды из шахт. Машину можно было использовать на водокачках в городах, а также для приведения в движение воздуходувных машин, так как в этих случаях движение рабочих органов машины было прямолинейно-качательным.

Схема машины Д. Уатта, построенной в 1775 г.

Для ее использования; на промышленных предприятиях нужно было иметь вал с насаженным на него колесом, вращающимся непрерывно, от которого можно было бы передать работу машинам-орудиям посредством ременной передачи. Необходимость именно в двигателях универсального применения чувствовалась в английской промышленности все больше и больше. На завод в Сохо приходили письма от предпринимателей самых различных отраслей промышленности с просьбами изготовить паровые машины новой системы, предназначенные не только для откачки воды, но и для приведения в движение станков в мастерских.

Схема машины двойного действия Д. Уатта.

С 1778 г. Уатт начинает работать над изобретением машин с непрерывным вращательным движением. В результате была создана машина двойного действия, которая и явилась универсальным тепловым двигателем. Патент на эту машину он получил в 1784 г.

Принцип действия машины заключался в том, что пар из котла поступал через золотник в цилиндр. Золотник позволял подавать пар то с одной стороны поршня, то с другой, создавая тем самым необходимое давление на поршень.

Таким образом, основные элементы универсальной паровой машины складывались постепенно. Важнейшие нововведения, которые внес Уатт в машину двойного действия, сводятся к следующему:

В отличие от первой пароатмосферной машины 1769 г. в машине, запатентованной в 1784 г., был применен принцип двойного действия, т. е. пар попеременно действовал то на одну, то на другую сторону поршня.

Читать еще:  Двигатель атмосферник что это шкода

Для подачи пара в разные полости цилиндра он использовав специальное приспособление — золотник.

Для выравнивания вращательного движения Уатт применил маховое колесо.

Для преобразования в балансирной машине качательного движения поршня в непрерывное Уатт изобрел специальный механизм, обеспечивающий прямолинейность движения штока поршня, связанного с одним концом балансира (так называемый параллелограмм Уатта), а также несколько способов преобразования прямолинейного движения во вращательное движение.

Поскольку Уатт для получения вращательного движения не мог в своей машине применить шатунно-кривошипный механизм (на такую передачу был взят охранный патент французским изобретателем Пикаром), он в 1781 г. взял патент на пять способов преобразования качательного движения в непрерывновращательное. Вначале для этой цели он применял планетарное, или солнечное, колесо.

Одним из важных механизмов в паровой машине двойного действия был механический центробежный регулятор, который при помощи специальной дроссельной заслонки в паропроводящей трубе регулировал поступление пара в машину.

В середине 80-х годов XVIII в. конструкция паровой машины была окончательно разработана, и паровая машина двойного действия стала универсальным тепловым двигателем, нашедшим широкое применение почти во всех отраслях хозяйства многих стран.

Паровая машина Ивана Ползунова

Существует расхожее мнение, будто Иван Иванович Ползунов изобрёл паровой двигатель. На самом деле это не так. Изобретённый Ползуновым в 1763 году паровой двигатель был далеко не первым. И всё же это изобретение навсегда вписало имя Ползунова в историю. Почему?

Предшественники

Впервые механизм, который приводился в движение паром, был изобретён аж в I веке нашей эры. Его создал грек Герон Александрийский. Это был шар с соплами по бокам. Из сопел выходил пар, за счёт чего шар вращался.

Через полтора тысячелетия, в XVI веке подданный Османской империи Такиюддин аш-Шами в Египте создал первую паровую турбину, в которой поток пара вращал лопости.

В следующем столетии итальянец Джованни Бранка использовал похожую машину, чтобы привести в движение пестик в ступе. То есть уже появилось работающее на пару автоматическое приспособление, которым можно было растолочь что-нибудь твёрдое. Правда, было всё же проще и быстрее сделать это руками, чем с помощью машины Бранки.

Свои проекты представляли примерно в это же время Иеронимо Аянс до Бомонт, Томас Севери, Эдвард Сомерсет. Прорыв совершил Дени Папен — изобрёл паровой котёл, а его машина смогла поднимать грузы. Но все паровые машины этих изобретателей были абсолютно бесполезны.

И вот в 1712 году англичанин Томас Ньюкомен, взяв за основу паровую машину Севери, добавил в её конструкцию цилиндр с поршнем. За счёт этого двигатель стал настолько мощным, что мог уже решать реальные задачи на производстве. В итоге машина Ньюкомена широко применялась для откачки воды из затопленных шахт.

Тем временем в России…

Иван Иванович Ползунов родился на 17 лет позже изобретения машины Ньюкомена. Родился он в Екатеринбурге, поэтому с малых лет его окружали промышленные предприятия.

Семья Ползуновых была солдатской, и с деньгами было туговато. Поэтому маленький Ваня, едва выучившись арифметике, пошёл работать учеником на завод. Механика и горное дело увлекли его, и он стал с жадностью овладевать этим делом.

К 20 годам из него уже вырос специалист высочайшей квалификации. О его знаниях и навыках пошла слава, и Ползунову дали крайне ответственное задание. Его отправили работать на Алтай, где добывали золото и серебро. Перед Иваном Ивановичем стояла задача разведать в Алтайских горах новые месторождения и наметить места постройки новых заводов.

С этой задачей Ползунов справился блестяще и очень быстро. Но возвращаться с Алтая он не спешил. Его сильно заинтересовала работа местных заводов…

Рождение идеи

В то время на Алтае, на Колывано-Воскресенских заводах в качестве тягловой силы использовали лошадей и самих рабочих. Иван Иванович загорелся идеей заменить на производстве мускулы — машиной.

Сначала он пытался использовать ветер. Эта попытка не увенчалась успехом, так как ветер давал слишком мало энергии, чтобы хоть как-то освободить рабочие руки.

Тогда Ползунов изучил опыт российских коллег по использованию энергии рек. В результате ему удалось повторить успех коллеги-соотечественника Михаила Сердюкова и построить водную лесопилку. Но этого было мало, ведь заводы нужно строить не только на берегу реки!

Ползунов огромными кипами заказывал из Петербурга книги по механике и горному делу, без устали их изучал день и ночь и наконец — познакомился с чертежами Ньюкомена.

Чертёж

Паровой двигатель Ньюкомена очень понравился Ползунову, но машина англичанина была, мягко говоря, не совершенной. Машина Ньюкомена работала «рывками». Всё потому, что в ней был только один цилиндр с поршнем.

Ползунов доработал идею Ньюкомена. Машина Ползунова имела два цилиндра, которые функционировали по очереди, за счёт чего работа двигателя была плавной и непрерывной. Более того, по расчётам она должна была обладать мощностью в 32 лошадиные силы. Это был гигантский прорыв по меркам всей Европы.

Свой чертёж Иван Иванович отправил в Петербург. Там после сравнительно недолгих метаний по канцеляриям в 1763 году бумага попала в руки императрице Екатерине Великой с самыми хвалебными резолюциями. Императрица одобрила проект и наградила Ползунова премией в 400 рублей. После этого началось строительство.

Алтайский «монстр»

Первую машину по проекту Ползунова в 1766 году построили на заводе в Барнауле. Она была циклопических размеров. Высотой с трёхэтажный дом. Масса некоторых деталей превышала 2 тонны. Длинна цилиндров была 3 метра.

Жизнь этого «монстра» была недолгой. Очень скоро из-за перегрева появилась течь в паровом котле и в цилиндрах. Машину пытались ремонтировать, но безуспешно. Она не проработала даже 2 месяца, когда её остановили. Без дела машина простояла на месте 14 лет. Затем её разобрали. Было ли это провалом?

Читать еще:  Давление масла в двигателе мерседес 102 двигатель

Рассудит экономика. Постройка паровой машины по проекту Ползунова обошлась заводскому начальству в 7200 рублей. И за 43 дня её работы удалось не только отбить эти деньги, но и получить сверх этого прибыть примерно в 12 тысяч трублей.

Как понятно теперь, не стоило пытаться ремонтировать давшую течь машину. Нужно было дорабатывать проект, улучшать устойчивость к перегреву. Но, к сожалению, сделать было это уже некому. Иван Иванович Ползунов умер за 3 дня до начала испытаний его машины. Его имя носит Алтайский Государственный Технический университет.

Паровая машина Ивана Ползунова стала символом русской технической мысли и таланта, который рождает Россия.

1765 г. Первая модель паровой машины Уатта

Принципиальная схема паровой машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет, пока ее усовершенствованием не занялся механик Глазговского университета Джемс Уатт. В 1763-1764 гг. ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ньюкомена. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие. При этом он мог использовать некоторые приборы, принадлежавшие университету, и пользовался советами профессоров. Все это позволило ему взглянуть на проблему шире, чем смотрели на нее многие механики до него, и он смог создать гораздо более совершенную паровую машину.

Работая с моделью, Уатт обнаружил, что при запускании пара в охлажденный цилиндр, он в значительном количестве конденсировался на его стенках. Уатту сразу стало ясно, что для более экономичной работы двигателя целесообразнее держать цилиндр постоянно нагретым. Но как в этом случае конденсировать пар? Несколько недель он раздумывал, как разрешить эту задачу и наконец сообразил, что охлаждение пара должно происходить в отдельном цилиндре, соединенном с главным короткой трубкой. Сам Уатт вспоминал, что однажды во время вечерней прогулки он проходил мимо прачечной и тут при виде облаков пара, вырывавшихся из окошка, он догадался, что пар, будучи телом упругим, должен устремляться в разряженное пространство. Как раз тогда ему пришла мысль, что машину Ньюкомена надо дополнить отдельным сосудом для конденсации пара. Простой насос, приводимый в движение самой машиной, мог удалять из конденсатора воздух и воду, так что при каждом ходе машины там бы могло создаваться разряженное пространство.

Вслед затем Уатт внес еще несколько усовершенствований, в результате чего машина приняла следующий вид. К обеим сторонам цилиндра были подведены трубки: через нижнюю пар поступал внутрь из парового котла, через верхнюю – отводился в конденсатор. Конденсатор представлял собой две жестяные трубки, стоявшие вертикально и сообщавшиеся между собой вверху короткой горизонтальной трубкой с отверстием, перекрывавшимся краном. Дно этих трубок было соединено с третьей вертикальной трубкой, которая служила воздушным отводным насосом. Трубки, составлявшие холодильник и воздушный насос, были помещены в небольшой цилиндр с холодной водой. Паровая трубка была соединена с котлом, из которого пар выпускался в цилиндр. Когда пар заполнял цилиндр, паровой кран закрывали и поднимали поршень воздушного насоса конденсатора, в следствии чего в трубках конденсатора получалось сильное разряженное пространство. Пар устремлялся в трубки и конденсировался там, а поршень поднимался вверх, увлекая за собой груз (так измеряли полезную работу поршня). Затем выпускной кран закрывали.

В 1768 г. на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 г. 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 к.п.д. увеличилось.

Паровая машина Джеймса Уатта

Некогда для откачки воды в шахтах и на судоремонтных предприятиях успешно использовалась паровая машина Ньюкомена, что продолжалось более 50 лет. В то же время вся эта конструкция имела внушительные габариты и требовала постоянного пополнения запасов угля. Временами для снабжения паровой машины топливом приходилось задействовать до 50 лошадей. В общем, все указывало на то, что данный агрегат требует усовершенствования, весь вопрос состоял лишь в том, кому эта идея придет в голову первому.

Начало новой эры в механике

В середине 60-х годов 18 века талантливый механик Джеймс Уатт работал в университете Глазго. Однажды ему поступил заказ на ремонт паровой машины Ньюкомена, и, разобравшись в конструкции агрегата, Уатт решил попробовать ее немного усовершенствовать. Он предположил, что можно будет сократить расход недешевого топлива, если цилиндр паровой машины будет постоянно оставаться в нагретом состоянии. Ведь до этого поршень двигался вниз и совершал полезную работу благодаря тому, что емкость с паром охлаждалась при помощи впрыска воды. Но чтобы воплотить в жизнь данную идею, следовало разобраться с проблемой конденсации пара, которую Уатт решил достаточно элегантно.
Если верить историческим источникам, мысль о том, как можно сконденсировать пар, пришла Уатту в голову совершенно случайно, когда он увидел, как под давлением вырываются его струи из котлов прачечных. Джеймс сообразил, что пар – это обыкновенный газ, который из цилиндра можно легко направить в другую емкость, создав в ней меньшее давление. Для этих целей Уатт решил использовать откачивающий насос и систему металлических отводящих трубок, которые забирали из цилиндра пар.

Паровая машина Джеймса Уатта

Следующее усовершенствование было направлено на то, чтобы заставить поршень в цилиндре совершать полезную работу не за счет атмосферного давления, а с помощью давления пара. Основная сложность состояла в том, чтобы сделать всю конструкцию герметичной, ведь добиться этого в то время было непросто. Но Уатт и здесь продемонстрировал отличную работу мысли – в своей машине он использовал в качестве уплотнителя пеньковую веревку, пропитанную маслом. Она по специальным углублениям наматывалась вокруг поршня, что позволило в большей части решить эту проблему.

Читать еще:  Что характеризует плотность топлива для реактивных двигателей

Значение новой паровой машины для паровозостроения

Джеймс Уатт зарегистрировал патент на свое изобретение в 1769 году. При этом в документе значилось, что он изобрел не новую паровую машину, а паровой двигатель, температура которого всегда равнялась температуре пара. Вероятно, талантливый механик тогда и сам не знал, насколько значимым его усовершенствование станет в будущем для паровозов. Благодаря тому, что поршень в новом двигателе перемещался под воздействием пара, можно было многократно увеличить его мощность, просто создав большее давление. Таким образом, не нужно было вновь наращивать габариты – последнее слово оставалось за компактными паровыми машинами, которые совсем скоро стали использоваться во всех отраслях промышленности.

История паровых автомобилей в России.Часть I

Всем привет, с вами канал PRO Технику! Сегодня я подробно рассмотрю историю парового автомобилестроения в Российской империи! Приятного просмотра!

Первые идеи создания «самодвижущегося экипажа», не использующего тягловую силу лошадей и быков, возникли в далёком XVIII веке. Они быстро распространились по всему миру, взбудоражив сердца и умы сотен людей.

На бескрайних просторах Российской империи тоже нашлись люди, которые всерьёз заинтересовались этой темой. Нельзя точно сказать, кто из русских умельцев первым изобрёл прототип самодвижущегося экипажа, ведь с тех пор прошло очень много времени. Нам лишь известно, что в 1752 году в Санкт-Петербурге крестьянин механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков собрал и продемонстрировал перед широкой публикой «самобеглую коляску», которая очень понравилась императрице Елизавете Петровне. Самобеглая коляска Шамшуренкова управлялась двумя водителями, которые должны были вращать ворот, запускающий привод и приводящий в действие колёса. Коляска могла одновременно увезти двоих пассажиров, которые размещались в отдельно отгороженном отсеке. Экипаж двигался со скоростью 15 км/ч. К сожалению, гениальное устройство отдали придворным для развлечений.

В 1791 году знаменитый мастер-самоучка Иван Петрович Кулибин разработал собственный самодвижущийся экипаж. Это изобретение получило название «Самокатка Кулибина». Двигалась она посредством попеременного нажатия на педали человеком. В экипаж помещалось двое пассажиров, которые без труда могли комфортно разместиться в мягких креслах.

В «Самокатке Кулибина» использовались детали и узлы, присутствующие на современных автомобилях: коробка передач, сцепление, маховик, тормоза и подшипники качения. Человек, нажимающий на педали, мог отдыхать на ходу, ведь благодаря маховику и сцеплению, экипаж некоторое время мог ехать по инерции. Самодвижущаяся коляска могла разгоняться до 16 км/ч. Несмотря на такую высокую по тем временам скорость, коляска двигалась довольно плавно.

Изобретение парового двигателя.

В XIX веке с изобретением паровой машины возникли новые идеи четырёхколёсного транспорта для перевозки людей и грузов. И снова русские изобретатели не остались в стороне, поддержав новое направление своими разработками.

Так, в сентябре 1830 года был разработан проект первого российского парового автомобиля. Изобретателем этого транспортного средства стал талантливый столичный лафетных дел мастер Казимир Янкевич.

Сам конструктор планировал, что его изобретение поможет наладить регулярные пассажирские и грузовые перевозки между крупными городами империи.

На тот момент это являлось первостепенной задачей, в следствие ускоренного развития предпринимательства и усиления торговых и экономических связей между регионами огромной страны.

В 1863 году русский изобретатель Авксентий Врадий разработал паровой самоход повышенной проходимости, получивший название «Паровоз для езды по обыкновенным дорогам». Этот агрегат имел все четыре ведущих колеса и его можно назвать прототипом современных полноприводных автомобилей. Однако было ли налажено производство таких самоходов, к сожалению, неизвестно.

В 1873 году на Мальцевском заводе в Калужской губернии специалисты завода изучили конструкцию английского колёсного тягача фирмы «Эвелин-Портер» и создали свою более усовершенствованную модель машины. Мощность двигателя этого «русского англичанина» составляла 10 л.с., и приспособлен он был для топки дровами, а не углём. Всего было построено семь таких машин, которые были способны везти до десяти платформ с грузом 16 тонн. Скорость гружёного тягача составляла 6 км/ч, а пустого — 8 км/ч.

Переход на новые лошадки.

Изобретение паровой машины изменило ход истории человечества, открыв всему миру новые возможности. Отныне залог успеха и процветания государства зависел от того насколько современной и технически оснащённой являлась его промышленность. Процесс индустриализации в западноевропейских странах и США с каждым днём всё более набирал обороты. Значение паровой машины в это время невозможно переоценить. Паровой двигатель упростил производство товаров, добычу и переработку сырья, выработку электроэнергии. Паровой двигатель с лёгкостью мог бы стать двигателем и транспортного прогресса. К большому сожалению этого не произошло, ввиду того, что правящие круги, знать, сановники, предприниматели и банкиры XIX века не видели дальнейших перспектив развития паровых автомобилей, считая разработки Кюньо, Кулибина, Тревитика и многих других изобретателей бессмысленным, да к тому же ещё и весьма затратным занятием, ведь собрать даже один экземпляр стоило немалых денег. А про создание отдельной автоиндустрии вообще можно и не говорить. Богачи не хотели вкладывать деньги в развитие автомобилестроения − уж слишком размытым им казался конечный итог. Поэтому автомобили на паровой тяге собирались «в домашних условиях», на деньги самих конструкторов, нередко, на последние деньги. Общество не поддержало прогрессивные идеи своих талантливых современников, которые зачастую умирали в нищете, позабытые всеми.

Помимо всего прочего у паровых автомобилей появился сильный конкурент в лице бензиновых. Тяжелые и громоздкие паровые установки не давали возможности построить простую и компактную машину. Необходимо было создать мощный, быстроходный и легкий двигатель. Таким источником мощности стал двигатель внутреннего сгорания, или ДВС.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector