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

В каком году появился первый паровой двигатель

В каком году появился первый паровой двигатель

Самые интересные паровые машины
всех времен

Фото с сайтов theoldmotor.com, content.cdlib.org, oac.cdlib.org, amadeus-project.com, machine-history.com, steamcar.net, pickmix.co.uk

Это сейчас мы спорим, есть ли будущее у электромобилей — а ведь всего лишь сто лет назад они считались самым перспективным транспортом . Но помимо «электричек» и машин с ДВС, человечество уже несколько веков знает паровые двигатели. «Мотор» вспоминает самые известные паровые автомобильные проекты.

Одну из первых паровых машин еще в I веке до нашей эры изобрел греческий инженер Герон Александрийский. Он сконструировал шар, который вращался вокруг своей оси под действием выходящего из него пара. Со временем проистекающие в паровых машинах процессы стали понятнее изобретателям. Серьезный прорыв в применении энергии пара в начале XVIII века совершил британец Томас Ньюкомен – он сконструировал машину с цилиндром и поршнем в нем, который двигался под паровым давлением. Сам пар создавался в отдельно стоящем котле. Однако у двигателя Ньюкомена были серьезные недостатки: внушительные размеры и большое потребление угля. Поэтому о его использовании на транспортных средствах не могло быть и речи: устройство применялось только для откачивания грунтовых вод.

Слева — паровая машина Ньюкомена, справа — усовершенствованная паровая машина Уатта.

Усовершенствованием машины Ньюкомена занялся шотландец Джеймс Уатт. В 1760-х годах он выяснил, что для сокращения потребления угля необходимо постоянно поддерживать в цилиндре высокую температуру, а также приладил к машине конденсатор, где собирался отработанный пар, который впоследствии превращался в воду и при помощи помпы вновь направлялся в котел.

Именно Уатт мог стать создателем первого в истории транспортного средства на паровой тяге, но шотландец посчитал это инженерное ноу-хау слишком опасным. Кроме того, он получил патент на свое изобретение, что фактически остановило в Великобритании развитие самой идеи передвижных паровых машин. Из-за оставшихся за конструктором авторских прав на свое изобретение другие инженеры не могли использовать его при разработке самоходных повозок на протяжении почти трех десятилетий. Однако изобретатели в других странах от мыслей по созданию паровых экипажей отказываться не собирались.

– Паровая телега Кюньо –

Создателем первого движущегося транспортного средства на паровой тяге считается французский военный инженер Николя-Жозеф Кюньо. В 1769 году изобретатель создал трехколесную повозку – «малую телегу Кюньо», которую также называли «Фардье». По задумке автора, чудаковатое транспортное средство должно было использоваться для перевозки артиллерийских снарядов и пушек.

При конструировании своей самодвижущейся телеги Кюньо, естественно, столкнулся с рядом трудностей. В частности, штоки поршней парового двигателя двигались параллельно плоскости поворота колеса, из-за чего весь паровой механизм было решено расположить прямо на ведущем колесе. Наличие столь тяжелого элемента – вес двигателя с топливом превышал тонну – привело к тому, что с паромобилем с трудом могли управляться два человека!

Еще одним недостатком малой телеги Кюньо оказался безумно низкий запас хода. Самоходная повозка могла проехать без дозаправки лишь около километра, что соответствовало четверти часа пути, после чего экипажу приходилось останавливаться для пополнения запасов воды и разведения под котлом костра для увеличения давления. Весь процесс занимал примерно столько же, сколько и поездка, а максимальная скорость паромобиля составляла всего-навсего 4-4,5 километра в час.

Несмотря на эти недостатки, высшим военным чинам Франции того времени телега понравилась. По всей видимости, из-за своей внушительной грузоподъемности: «Фардье» могла перевозить около двух тонн груза. В результате Кюньо получил премию в 20 тысяч франков и поддержку в разработке усовершенствованной модели.

В 1770 году изобретатель представил свою телегу «второго поколения». Она также была трехколесной, а котел и двигатель по-прежнему крепились на переднем колесе. Тем не менее, максимальную скорость своего детища Кюньо смог довести до 5-7 километров в час. Но главной инновацией стала собственная топка под котлом, благодаря которой машину не нужно было останавливать каждые 15 минут для разжигания на дороге костра.

Правда, во время презентации большой телеги Кюньо произошло ДТП: у паромобиля заклинило переднее колесо и он протаранил стену ближайшего дома. В результате краш-теста удалось выяснить, что конструкция повозки обладает приличным запасом прочности, так как из-за удара пострадал только котел.

Работы над машиной были прекращены, но по другой причине: покровительствующие Кюньо военные чиновники сами попали в немилость властей, из-за чего фавориты военачальников, естественно, лишились финансовой поддержки. К счастью, телега французского изобретателя сохранилась до наших дней. были электромобили . Крупнейшим игроком на этом рынке считалась фирма Detroit Electric.

Предсерийный прототип модели, оснащенной всеми ноу-хау Доблов, получил название Doble-Detroit и был представлен в 1917 году на автосалоне в Нью-Йорке. Естественно, машина с огромным запасом хода, которой для движения требовалось лишь немного керосина и 90 литров воды, не могла не вызвать фурор, и за три месяца после премьеры братья собрали почти пять с половиной тысяч предварительных заказов! Однако начало Первой мировой войны оставило Доблов без железа, из-за чего выпуск Doble-Detroit был отложен.

Помимо этого, между братьями Абнером и Джоном возник конфликт. Джон считал, что получает незаслуженно мало внимания, так как практически во всех публикациях в прессе гениальным конструктором их совместного паромобиля назывался Абнер, а о Джоне говорилось лишь вскользь. В результате братья поссорились, а в феврале 1921 года Джон скоропостижно скончался в возрасте 28 лет от рака лимфатических узлов.

После кончины Джона, Абнера в его начинаниях решили поддержать двое других братьев – Билл и Уорен. С их помощью была учреждена компания Doble Steam Motors, в недрах которой родился новый проект – автомобиль Model E. На этой модели использовался доработанный парогенератор и новый четырехцилиндровый мотор: два цилиндра высокого давления получали пар первыми, а два цилиндра низкого давления забирали из пара оставшуюся энергию и отправляли его в конденсатор.

Зимой 1924 Доблы привезли свое новое детище в Нью-Йорк и провели испытания модели на глазах специалистов. Всю ночь автомобиль простоял в холодном гараже, после чего провел еще около часа на морозном воздухе на улице. Но при активации зажигания двигатель сразу же завелся, а рабочее давление в бойлере было достигнуто всего за 23 секунды! Максимальная скорость Model E составляла 160 километров в час, а до 120 километров в час автомобиль разгонялся за невероятные 10 секунд!

К сожалению, сложные технические решения, лучшие компоненты (например электрика от Bosch) и роскошная отделка (кожа, дерево, слоновая кость) поднимали стоимость автомобиля до баснословных для того времени 18 тысяч долларов. Такие машины могли позволить себе только очень богатые люди, поэтому один из величайших паромобилей в истории человечества был выпущен тиражом всего в 50 экземпляров, после чего в 1931 году компания Doble Steam Motors закрылась.

– Скорость на пару –

Если братья Доблы сосредоточились на гражданских паровых автомобилях, то были и те, кто стремился к созданию рекордных машин на кипящей воде. Например, братья Стенли, которые начали строить паромобили задолго до Доблов.

Их болид под название Stanley Rocket был готов к скоростным заездам в 1906 году. Для пилотирования экстремальной техники был выбран гонщик Фред Марриотт, а для установления рекордного показателя – флоридский пляж Ормонд, расположенный недалеко от Дайтона-бич.

С первого же раза «Ракете» братьев Стенли с Марриоттом за рулем удалось разогнаться до 205,4 километра в час – на тот момент быстрее не ездил еще никто! Год спустя конструкторы и бесстрашный пилот решили преодолеть на паромобиле рубеж в 300 километров в час. Для этого давление пара, подаваемого из котла в двигатель, было увеличено с 70 до 90 бар. Развив более 240 километров в час, машина подскочила на кочке, перевернулась и развалилась на части. Фред получил серьезные травмы, но, тем не менее, пообещал продолжить гоняться. Однако братья Стэнли после этой неудачи отказались от экспериментов со скоростью из-за их опасности, а для Марриотта в гонках места больше не нашлось.

На самом деле, рекорд Марриотта был побит Бобом Барбером на автомобиле Barber-Nichols еще 19 августа 1985 года. Машину на соляном озере в Бонневиле удалось разогнать до 234,33 километра в час, но этот показатель остался без внимания FIA, поэтому достижение Stenley Rocket официально продержалось непревзойденным более века.

Читать еще:  Шевроле авео 2008 какое масло для двигателя

Развитие бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания позволило продержаться рекорду братьев Стэнли и Фрэда Марриота более ста лет. Следующий рекорд скорости был установлен относительно недавно – лишь 26 августа 2009 года на автомобиле Inspiration. Болид, похожий на истребитель, приводился в движение двумя турбинами, которые вращались благодаря пару, подаваемому под давлением в 40 бар из двенадцати высокоэффективных бойлеров.

Мощность силовой установки Inspiration на выходе составляла около 360 лошадиных сил – этого хватило автомобилю под управлением Чарльза Барнетта Третьего для того, чтобы развить скорость в 225,6 километра в час на американской авиабазе «Эдвардс» в Калифорнии.

Паровые автомобили, конечно, не могли пройти мимо России. Первой работающей на угле и воде отечественной моделью в 1830 году мог бы стать «Быстрокат» Казимира Янкевича. Никаких технических новшеств, как, например, у Хэнкока или Роупера, и уж тем более Доблов, в этой модели не было. Тем не менее, Янкевич серьезно задумывался о снижении центра масс своей разработки – для того, чтобы улучшить ее устойчивость. Для достижения поставленной задачи конструктор предполагал разместить заднюю ось не под корпусом транспортного средства, а пустить ее прямо через кузов. Известна также и расчетная «максималка» «Быстроката» – 30 верст в час (около 32 километров в час). Жаль только, что ни один ходовой прототип этой машины так и не был построен.

Паровые машины разрабатывались в России и для использования в сельском хозяйстве. В частности, крестьянин с очевидным инженерным даром – Федор Блинов – в 1879 году получил патент «на особого устройства вагон с бесконечными рельсами для перевозки грузов по шоссейным и проселочным дорогам». Позже эта разработка превратилась в гусеничный паровой трактор, который Блинов научил еще и поворачивать из-за разницы в крутящем моменте на каждой из гусениц. На родине изобретателя его детище не оценили – Блинов лишь получил небольшую денежную премию. Зато изобретением заинтересовались немцы, однако сам Блинов не захотел, чтобы его машина выпускалась иностранцами.

Первым в России серийное производство паромобилей запустил московский завод «Дукс», который также занимался выпуском велосипедов, омнибусов и прочего колесного транспорта. Паровые машины предприятия пользовались популярностью и были отмечены несколькими наградами. В частности, в 1902 году на конкурсе в Михайловском манеже в Санкт-Петербурге «Локомобиль» «Дукса» стал лучшим по удобству и изяществу и занял второе место по управляемости.

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

И все же бурное развитие традиционных ДВС заставило инженеров надолго забыть о паровых машинах. Лишь в суровые послевоенные годы инженеры Юрий Шебалин и Николай Коротоношко вынужденно вернулись к идее паровых двигателей. Ими были разработаны грузовики НАМИ-012 и НАМИ-018, у которых помимо угля для нагревания воды в котле могли использоваться дрова или даже торф.

Первый прототип – моноприводный тягач НАМИ-012 – появился в 1949 году. Автомобиль построили на базе грузовика ЯАЗ-200, который выпускался в Ярославле. В отличие от донора, паромобиль получил дополнительный отсек между кабиной и грузовой платформой, в котором расположились котел и 100-сильный паровой двигатель. Аналогичная конструкция была и у НАМИ-018, а его отличием от «двенадцатой» модели стало наличие полного привода.

Еще одной конструктивной особенностью грузовиков НАМИ стал механизм подачи дров в горелку. Они под тяжестью собственного веса самостоятельно опускались из хранилища на колосниковую решетку, под которую подавался воздух (автоматически или вручную), регулирующий интенсивность горения. Запаса хода при заправке их дровами с размером полена 50х10х10 сантиметров и влажностью до 35 процентов хватало максимум на 100 километров езды по обычным дорогам. Негусто, зато просто – такие машины можно было бы использовать, например, на лесозаготовках.

К сожалению, руководство страны решило свернуть проект НАМИ. Причем сами грузовики тоже были уничтожены – до наших дней дошли только лишь редкие фотографии и чертежи.

Появление универсального парового двигателя

Революция в промышленности началась в середине XVIII в. в Англии с возникновением и внедрением в промышленное производство технологических машин. Промышленный переворот представлял собой замену ручного, ремесленного и мануфактурного производства, машинным фабрично-заводским.

Рост спроса на машины, строившиеся уже не для каждого конкретного промышленного объекта, а на рынок и ставшие товаром, привел к возникновению машиностроения, новой отрасли промышленного производства. Зарождалось производство средств производства.

Широкое распространение технологических машин сделало совершенно неизбежной вторую фазу промышленного переворота -внедрение в производство универсального двигателя.

Если старые машины (песты, молоты и т.д), получавшие движение от водяных колес, были тихоходными и обладали неравномерным ходом, то новые, особенно прядильные и ткацкие, требовали вращательного движения с большой скоростью. Таким образом, требования к техническим характеристикам двигателя приобрели новые черты: универсальный двигатель должен отдавать работу в виде однонаправленного, непрерывного и равномерного вращательного движения.

В этих условиях появляются конструкции двигателей, пытающиеся удовлетворить назревшие требования производства. В Англии было выдано свыше десятка патентов на универсальные двигатели самых разнообразных систем и конструкций.

Однако первыми практически действующими универсальными паровыми машинами считаются машины, созданные русским изобретателем Иваном Ивановичем Ползуновым и англичанином Джеймсом Уаттом [1].

В машине Ползунова из котла по трубам пар с давлением, немного превышающим атмосферное, поступал поочередно в два цилиндра с поршнями. Для улучшения уплотнения поршни заливали водой. Посредством тяг с цепями движение поршней передавалось мехам трех медеплавильных печей.

Постройка машины Ползунова была закончена в августе 1765 года. Она имела высоту 11 метров, емкость котла 7 м , высоту цилиндров 2,8 метра, мощность 29 кВт.

Машина Ползунова создавала непрерывное усилие и была первой универсальной машиной, которую можно было применять для приведения в движение любых заводских механизмов.

Уатт начал свою работу в 1763 году почти одновременно с Ползуновым, но с иным подходом к проблеме двигателя и в другой обстановке. Ползунов начинал с общеэнергетической постановки задачи о полной замене зависящих от местных условий гидросиловых установок универсальным тепловым двигателем. Уатт начинал с частной задачи -повышения экономичности двигателя Ньюкомена в связи с порученной ему как механику университета в Глазго (Шотландия) работой по починке модели водоотливной паровой установки.

Окончательное промышленное завершение двигатель Уатта получил в 1784 году. В паровой машине Уатта два цилиндра были заменены одним закрытым. Пар поступал попеременно по обе стороны поршня, толкая его то в одну, то в другую сторону. В такой машине двойного действия отработавший пар конденсировался не в цилиндре, а в отдельном от него сосуде — конденсаторе. Постоянство числа оборотов маховика поддерживалось центробежным регулятором скорости.

Главным недостатком первых паровых машин был низкий, не превышавший 9%, КПД [1].

Специализация паросиловых установок и дальнейшее развитие

Паровых машин

Расширение сферы применения парового двигателя требовало все более широкой универсальности. Началась специализация тепловых силовых установок. Продолжали совершенствоваться водоподъемные и шахтные паровые установки. Развитие металлургического производства стимулировало совершенствование воздуходувных установок. Появились центробежные воздуходувки с быстроходными паровыми машинами. В металлургии начали применять прокатные паросиловые установки и паровые молоты. Новое решение было найдено в 1840 году Дж. Несмитом, объединившим паровой двигатель с молотом.

Самостоятельное направление составили локомобили — передвижные паросиловые установки, история которых начинается в 1765 году, когда английский строитель Дж. Смитон разработал передвижную установку [1]. Однако заметное распространение локомобили получили только с середины XIX века.

После 1800 года, когда кончился десятилетний срок привилегий фирмы «Уатт и Болтон», доставивший компаньонам громадные капиталы, другие изобретатели получили наконец свободу действий. Почти сразу были реализованы не применявшиеся Уаттом прогрессивные методы: высокое давление и двойное расширение. Отказ от балансира и использование многократного расширения пара в нескольких цилиндрах привели к созданию новых конструктивных форм паровых двигателей. Двигатели двухкратного расширения стали оформляться в виде двух цилиндров: высокого давления и низкого давления, либо как компаунд-машины с углом заклинивания между кривошипами 90°, либо как тандем-машины, в которых оба поршня насажены на общий шток и работают на один кривошип [2].

Читать еще:  Что необходимо для переборки двигателя

Большое значение для повышения КПД паровых двигателей имело использование с середины XIX века перегретого пара, на эффект которого указал французский ученый Г.А. Гирн. Переход к использованию перегретого пара в цилиндрах паровых машин потребовал длительной работы по конструированию цилиндрических золотников и клапанных распределительных механизмов, освоению технологии получения минеральных смазочных масел, способных выдерживать высокую температуру, и по конструированию новых типов уплотнений, в частности с металлической набивкой, чтобы постепенно перейти от насыщенного пара к перегретому с температурой 200 — 300 градусов Цельсия.

Последний крупный шаг в развитии паровых поршневых двигателей -изобретение прямоточной паровой машины, сделанное немецким профессором Штумпфом в 1908 году.

Во второй половине XIX века в основном сложились все конструктивные формы паровых поршневых двигателей.

Новое направление в развитии паровых машин возникло при их использовании в качестве двигателей электрогенераторов электрических станций с 80 — 90 годов XIX века.

К первичному двигателю электрического генератора предъявлялось требование большой скорости, высокой равномерности вращательного движения и непрерывно возрастающей мощности.

Технические возможности поршневого парового двигателя — паровой машины — являвшегося универсальным двигателем промышленности и транспорта в течение всего XIX века уже не соответствовали потребностям, возникшим в конце XIX века в связи со строительством электростанций. Они могли быть удовлетворены только после создания нового теплового двигателя — паровой турбины.

Паровой котел

В первых паровых котлах применялся пар атмосферного давления. Прототипами паровых котлов послужила конструкция пищеварительных котлов, откуда и возник сохранившийся до наших дней термин «котел».

Рост мощности паровых двигателей вызвал к жизни и поныне существующую тенденцию котлостроения: увеличение

паропроизводительности — количества пара, производимого котлом в час.

Для достижения этой цели устанавливали по два-три котла для питания одного цилиндра. В частности, в 1778 году по проекту английского машиностроителя Д. Смитона была сооружена трехкотельная установка для откачивания воды из Кронштадских морских доков [1].

Однако если рост единичной мощности паросиловых установок требовал повышения паропроизводительности котлоагрегатов, то для увеличения КПД требовалось повышение давления пара, для чего были нужны более прочные котлы. Так возникла вторая и поныне действующая тенденция котлостроения: увеличение давления. Уже к концу XIX века давление в котлах достигало 13-15 атмосфер [2].

Требование повышения давления противоречило стремлениям увеличить паропроизводительность котлоагрегатов. Шар — наилучшая геометрическая форма сосуда, выдерживающая большое внутреннее давление, дает минимальную поверхность при данном объеме, а для увеличения паропроизводительности нужна большая поверхность. Наиболее приемлемым оказалось использование цилиндра — следующей за шаром геометрической формы в отношении прочности. Цилиндр позволяет сколь угодно увеличивать его поверхность за счет увеличения длины. В 1801 году О. ЭЬанс в США построил цилиндрический котел с цилиндрической внутренней топкой с чрезвычайно высоким для того времени давлением порядка 10 атмосфер. В 1824 году СВ. Литвинов в Барнауле разработал проект оригинальной паросиловой установки с прямоточным котлоагрегатом, состоящим из оребренных труб.

Для увеличения котельного давления и паропроизводительности потребовалось уменьшение диаметра цилиндра (прочность) и увеличение его длины (производительность): котел превращался в трубу. Существовали два способа дробления котлоагрегатов : дробились газовый тракт котла или водяное пространство. Так определились два типа котлов: жаротрубные и водотрубные.

Во второй половине XIX века были разработаны достаточно надежные парогенераторы, позволяющие иметь паропроизводительность до сотен тонн пара в час. Паровой котел представлял собой комбинацию стальных тонкостенных труб небольшого диаметра. Эти трубы при толщине стенки в 3-4 мм позволяют выдерживать очень высокое давление [2]. Высокая производительность достигается за счет суммарной длины труб. К середине XIX века сложился конструктивный тип парового котла с пучком прямых, слегка наклоненных труб, ввальцованных в плоские стенки двух камер — так называемый водотрубный котел. К концу XIX века появился вертикальный водотрубный котел, имеющий вид двух цилиндрических барабанов, соединенных вертикальным пучком труб. Эти котлы с их барабанами выдерживали более высокие давления.

В 1896 году на Всероссийской ярмарке в Нижнем Новгороде демонстрировался котел В.Г.Шухова. Оригинальный разборный котел Шухова был транспортабелен, имел невысокую стоимость и малую металлоемкость. Шухов впервые предложил топочный экран, применяющийся в наше время. т£Л №№0№lfo 9-1* #5^^^

К концу XIX века водотрубные паровые котлы позволяли получить поверхность нагрева свыше 500 м и производительность свыше 20 тонн пара в час, которая в середине XX века возросла в 10 раз.

Создание универсального парового двигателя

В последней трети XVII в. в качестве движущей силы начинают использовать силу пороха и пара. В 1673г. Х.Гюйгенс представил в Парижскую академию наук проект порохового двигателя в форме цилиндра с поршнем: порох, взрываясь под поршнем, должен был толкать его вверх. После остывания пороховых газов поршень должен был под атмосферным давлением опуститься вниз. Существенных результатов проект не дал, хотя эксперименты продолжались два года (ведь это был прообраз двигателя внутреннего сгорания!).

Еще в 1666 г. Х. Гюйгенс предлагал использовать вместо пороха силу пара. Эту идею развил Дени Папен (1647–1712) – французский физик, который был помощником Гюйгенса при создании им порохового двигателя. В 1690 г. он предложил проект поршневой пароатмосферной машины. В цилиндр наливали воду, которую подогревали огнем и получали пар, поднимавший поршень до верхнего уровня. Затем упором фиксировался шток. Огонь убирался, и цилиндр охлаждался водой. В результате пар конденсировался и под поршнем создавался вакуум. Когда убирался упор, то поршень под давлением атмосферы опускался, что позволяло штоку через систему блоков поднимать груз на определенную высоту. В 1705–1706 гг. Дени Папен предложил более совершенную конструкцию своей машины, но все это не нашло широкого практического применения.

В 1698 г. Томас Севери (1650-1715) в Англии построил первую практически применимую паровую машину (“Друг рудокопов”), предназначенную для откачки грунтовой воды из шахт. В схеме парового насоса Т. Севери (рис.14) паровой котел был отделен от рабочего сосуда, однако работа пара (расширение) и его конденсация по-прежнему происходили в одном и том же объеме. Пар, поступая из котла в сосуд, вытеснял оттуда воду в нагнетающую трубу через нагнетательный клапан, затем закрывался паровой кран, а сосуд обливался холодной водой с помощью водяного крана, в результате чего пар конденсировался. Под давлением атмосферы (вакуума в сосуде) вода из шахты через всасывающий клапан поднималась в сосуд. И цикл повторялся. Длина всасывающей трубы не превышала 10 м; высота нагнетательной трубы была около 30 м; давление в рабочем сосуде не превосходило 3 атм; расход угля составлял 80 кг/1 л.с. в час. Ни цилиндра, ни поршня в этой машине не было. Машина предназначалась только для откачки воды, и пар непосредственно воздействовал на перекачиваемую воду. Такая машина была первой паровой машиной, приобретенной в России Петром I для обслуживания фонтана в Летнем саду С-Петербурга.

В 1711–1712 г. англичанин, кузнечный мастер Томас Ньюкомен (1663–1729) совместно с Джоном Коули построил первую паровую поршневую машину. Внутри вертикального рабочего цилиндра двигался поршень, связанный с одним концом балансира, другой конец балансира был соединен со штангами водоотливного насоса. В этой машине движение поршня вверх (холостой ход) совершалось под действием пара, поступавшего под поршень из парового котла. Движение вниз (рабочий ход) осуществлялось под действием атмосферного давления, после того как пар под поршнем охлаждался впрыском холодной воды. Цикл заканчивался после удаления конденсата из рабочей камеры через специальный сливной кран.

Машина Т. Ньюкомена совершенствовалась более полувека, в том числе И.И. Ползуновым (1763–1765) и Дж.Уаттом (1769–1774), но широкого применения, кроме откачки воды, не получила. Эти первые паровые машины не применялись для непосредственного приведения в движение каких-либо механизмов, хотя теоретически это допускалось.

Читать еще:  Характеристики двигателя постоянного тока упс 6

Иван Иванович Ползунов (1729–1766) изобрел и построил в 60-х годах XVIII в. в России первую универсальную паровую двухцилиндровую машину с автоматическим пароводяным распределительным устройством.

Рис.14. Схема парового насоса Томаса Севери

Паровой двигатель Джеймса Уатта

С именем английского теплотехника Джеймса Уатта (1736–1819) связан революционный скачок в создании паровой машины, над которой он начал работать с 1764 г. Основные особенности его универсального парового двигателя (рис.15) заключаются в следующем:

1. Наличие отдельного конденсатора обеспечивающего охлаждение пара вне рабочего цилиндра в специальной емкости.

2. Использование рабочего цилиндра двойного действия, в котором пар попеременно действует то на одну, то на другую стороны поршня.

3. Автоматическое золотниковое распределительное устройство – специальное приспособление для подачи пара в разные полости цилиндра, приводимое в движение с помощью рычажной системы от штока рабочего поршня.

4. Применение махового колеса для выравнивания скорости вращательного движения.

5. Механизмы и передачи для преобразования возвратно-поступательного движения штока рабочего цилиндра в другие виды механического движения (в частности, во вращательное движение главного вала паровой машины).

6. Механический центробежный регулятор оборотов, который обеспечивал постоянство скорости вращения главного вала машины, изменяя подачу пара в рабочий цилиндр.

Рис.15. Схема паровой машины Джеймса Уатта

В 1785 г. первый двигатель Д.Уатта был установлен на прядильной фабрике. Затем эти двигатели стали внедряться во все отрасли промышленности Англии, Франции, США, России. Первый в мире пароход «Клермонт» Роберта Фултона (1765-1815) был спущен на воду в США в 1807 г. Первый паровоз «Ракета» был построен в Англии в 1814г. Джорджем Стефенсоном (1781–1848) (хотя еще в 1803 г. самый первый паровоз сконструировал англичанин Р. Тревитик).

Первое описание машины Д.Уатта в России было дано в 1787 г., а в 90-е годы их уже стали изготавливать на заводах России.

В первых паровых двигателях Д. Уатта давление пара лишь немного превышало атмосферное. В конце XVIII в. стали повышать давление пара. Американец О. Эвенс в 1800 г. обосновал повышение давления до 8–10 атм, а в 1822 г. проводились опыты по созданию двигателей с давлением в 45–50 атм, что опередило запросы того времени. Золотниковое распределение заменили клапанным. Некоторые паросиловые установки имели в 1860 –1870 гг. мощность в 1000 л.с.

Вплоть до 1860–1870г. паровая машина двойного действия была основным двигателем любой силовой установки, и такие двигатели использовались в некоторых странах на пароходах и паровозах до 60-х годов ХХ века (т.е. почти 200 лет). При фабриках и заводах строились котельные и машинные отделения, откуда паровые двигатели передавали вращательное движение трансмиссионными валами в производственные цехи к станкам и технологическим механизмам. В 1830 году появляются локомобили – передвижные несамоходные паровые двигатели, используемые в сельском хозяйстве и в строительстве.

Именно распространение паросиловых установок и необходимость их расчетов и проектирования определило появление и дальнейшее развитие теории автоматических машин и теории автоматического регулирования и управления.

В 1860 г. французским изобретателем Этьеном Ленуаром был предложен двигатель внутреннего сгорания с электрическим зажиганием газа, однако КПД этого двигателя был очень низок. В 1862 г. французский инженер Бо-де-Роша получил патент на двигатель внутреннего сгорания четырехтактного цикла, который был реализован лишь в 1878 году, он же в 70-е годы 19-го столетия предложил для паровых машин передаточный механизм — дифференциал.

Еще в 1820–1830 гг. появились первые электродвигатели (П. Барроу, Дж. Генри, У. Риччилф). Источником тока для них служили гальванические элементы, поэтому практического использования эти электродвигатели не нашли. В 1834г. русский ученый Борис Семенович Якоби (1801–1874) построил первый практически применимый электромагнитный двигатель. В 1838–1839гг. он использовал его на водяном транспорте. Но время таких двигателей еще не пришло.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Как паровые автомобили обгоняли самолеты

Несмотря на архаичность конструкции, повозка развила приличную скорость, о чем свидетельствует конец первого в истории заезда: водитель не справился с управлением и врезался в стенку. Спустя сто лет паровые автомобили вовсю носились по городским улицам, развивая приличные даже по сегодняшним меркам скорости.

В январе 1906 года Фред Мариотт на паровичке с удивительно скромным названием «Ракета», построенном компанией «Братья Стенлей», впервые в мире преодолел 200-километровую отметку, развив скорость в 205,4 км/ч. «Ракета» обгоняла не только любой автомобиль того времени, но и даже самолет. В следующем году прославленный гонщик разбился — опять же на паровом автомобиле. Как показало расследование, на скорости 240 км/ч. Напомним, шел 1907 год. К началу XX века по дорогам колесили уже десятки тысяч паровых автомобилей, в основном грузовиков. От бензиновых собратьев они отличались чрезвычайной долговечностью и надежностью и могли работать на всем, что горит, — угле, дровах, соломе. У этих машин была небольшая скорость (до 50 км/ч), они брали на борт сотни литров воды и выпускали пар в атмосферу.

В Европе паровые автомобили продержались до начала Второй мировой войны и еще в 50-е годы серийно выпускались в Бразилии. Однако были у замечательных машин и серьезные недостатки: после твердого топлива остается много золы и шлака, в его дымесодержится копоть и сера, что абсолютно неприемлемо для городских улиц. Но даже не копоть поставила крест на таких автомобилях. Дело в том, что растопка котла на твердом топливе длилась около двух часов. Поэтому их старались не гасить вовсе — на ночь котел подключали к зданию, нуждавшемуся в тепле, а утром через 10−15 минут автомобиль был готов отправиться в путь. Аналогично использовались железнодорожные паровозы — для отопления небольших поселков.

Автомобиль на спирте

Альтернативой стал паровой автомобиль на жидком топливе: бензине, керосине и спирте. Казалось бы, зачем применять паровой котел, если жидкое топливо прекрасно горит и в двигателе внутреннего сгорания (ДВС)?

Но инженеры того времени рассуждали иначе. Многим из них казалось, что ДВС для транспорта не пригоден: его нельзя запустить, не размыкая трансмиссию, достаточно его притормозить, и он глохнет. ДВС не развивает достаточную тягу во всем диапазоне скоростей, и его приходится дополнять коробкой передач. А теперь посмотрите на паровую машину. Она обладает способностью автоматически приспосабливаться к дорожным условиям. Если сопротивление движению возрастает, она замедляет вращение и увеличивает крутящий момент. Если же сопротивление движению уменьшается, она вращается все быстрее и быстрее.

Вспомним паровоз. Поршень его паровой машины соединялся шатуном непосредственно с колесами. Сцепления и коробки передач не было и в помине. Простой подачей пара в цилиндр паровозы трогали с места тысячетонные составы, постепенно увеличивая их скорость, иной раз километров под двести. И все это делал без каких-либо промежуточных элементов простейший (если сравнивать с ДВС) двигатель.

Поэтому инженеры предпочитали изготовить легкий компактный парогенератор и обойтись лишь одной только паровой машиной, не прибегая к коробке передач и сцеплению.

Первые паровые автомобили на жидком топливе начинали движение уже через 23 минуты. Они выпускали пар в атмосферу, и им требовалось около 30 л бензина и более 70 л воды на 100 км пути. Именно такой двигатель стоял на чемпионской «Ракете».

Автомобиль для миллионеров

В 1935 году на Московском автозаводе им. Сталина (ныне ЗИЛ) появился легковой автомобиль высшего класса с кузовом из красного дерева на шасси «Паккард» из хромоникелевой стали. Этот автомобиль, сделанный американской фирмой «Беслер» по лицензии компании «Добль» в 1924 году, был паровым. Под его капотом размещались парогенератор и два (один за другим) радиатора. На заднем мосту стояла небольшая паровая машина, выполненная в едином блоке с дифференциалом. Сцепления, коробки передач и карданного вала на автомобиле не было. Управление двигателем осуществлялось педалью подачи пара. Изредка приходилось изменять отсечку — фазу прекращения впуска пара в цилиндр. Обычный поворот ключа зажигания — и через 45 секунд автомобиль трогается с места. Еще пара минут — и он готов начать разгон до скорости 150 км/ч с ускорением 2,7 м/с 2 .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector