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

В каком веке изобрели паровой двигатель

Поршневой двигатель внутреннего сгорания: история создания

Поршневой двигатель — двигатель внутреннего сгорания (ДВС), использует один или несколько поршней, совершающих возвратно-поступательное движение, для преобразования давления во вращательное движение. На данный момент это самый распространенный тип двигателя, используемый в автомобилях. Да и не только в них. Поршневые моторы используются в авиации, судоходстве и промышленности.

Первый поршневой двигатель

К концу 18-го века в мире уже существовали паромобили. Экипажи с паровым двигателем конструировали в Англии и Франции. Однако эти машины были громоздкими и медлительными. Кроме того, создатель самых совершенных на тот момент паровых двигателей Джейм Уатт считал, что для создания быстрых паромобилей потребуется паровой двигатель с высоким давлением в котле, что попросту не безопасно.

Понимал это и французский инженер и по совместительству действующий артиллерийский офицер — Франсуа Исаак де Риваз. Хорошо знакомый с принципом работы пороховой пушки, он задумался, а почему бы для приведения в движение поршня, использовать энергию пороховых газов, а не пара. В 1804 году он построил первый экспериментальный стационарный двигатель. Он работал по следующему принципу: в цилиндр подавалась смесь водорода с воздухом и воспламенялась при помощи электрического разряда. Фактически Риваз создал первый поршневой двигатель внутреннего сгорания.

В 1807 году изобретатель собрал первый экипаж с мотором собственной конструкции. На четырехколесной базе находился однопоршневой ДВС, без механизма газораспределения, а подача топливной смеси контролировалась вручную. Такой вот примитивный автомобиль смог преодолеть лишь 100 метров. Через шесть лет Риваз собрал новый экипаж куда больших размеров. Он имел длину 6 м, диаметр колес 2 м и весил около тонны. На этот раз мотор работал на смеси из светильного газа и воздуха. Груженая камнями машина смогла преодолеть 26 метров со скоростью 3 км/ч. За один рабочий ход поршня, автомобиль передвигался на 4-6 метров. Конечно с такими характеристиками коммерческая эксплуатация такого ДВС была невозможна, но это было только начало.

Дальнейшее развитие

Несмотря на то, что в начале 19-го века паровые двигатели считались более перспективными, разработка поршневых ДВС не останавливалась. В 1860 году бельгийский инженер Этьен Ленуар создал первый двухтактный поршневой двигатель пригодный к серийному производству. Его новаторский мотор фактически повторял принцип работы паровой машины Уатта и некоторые его элементы конструкции, но работал на светильном газе. В зависимости от объема единственного цилиндра, двигатель Ленуара имел различную мощность от 2 до 20 л.с. Термический КПД восьмисильного мотора составлял всего 4,68%. Для сравнения современный ДВС имеет КПД 20-45%. Тем не менее мотор Ленуара был выгоден в коммерческой эксплуатации и работал на промышленных предприятиях, типографиях и судоходстве.

Столь малая эффективность двигателя была следствием несовершенства его конструкции. Однопоршневой мотор имел гигантский объем, поршень двойного действия, малоэффективный золотниковый механизм впуска/выпуска и при этом не имел цикла сжатия. Изучив двигатель Ленуара, в 1861 году немецкий инженер Николаус Отто построил его копию.

В 1863 году немец построил двухтактный поршневой двигатель собственной конструкции, КПД которого достиг 15%. Он имел единственный цилиндр, расположенный вертикально и работал на светильном газе. Первый собственный мотор Отто получил широкое признание публики и коммерческий успех.

Deutz AG

В 1864 году Николаус Отто и Ойген Ланге основали собственную фирму — N. A. Otto & Cie. Все началось маленького производственного цеха, где компаньоны собственноручно собирали первые двигатели. Позднее в компанию пришли такие небезызвестные для автомобильной индустрии люди как Вильгельм Майбах, Этторе Бугатти и Готлиб Даймлер. Последний с 1872 года занимал должность технического директора. В том же году компания меняет название на Gasmotoren-Fabrik Deutz AG.

В 1875 году случилось знаковое событие, которое навсегда перевернуло индустрию. Николаус Отто создал первый успешно работающий четырехтактный ДВС. В отличие от мотора Ленуара, новый двигатель работал намного эффективнее. Уже на первых порах его термический КПД превысил 15%. Кроме того он получился мощнее и экономичнее. Фактически новый мотор Отто послужил началом конца паровых машин.

Интересно посмотреть на характеристики этого двигателя. Одноцилиндровый мотор объемом в 6,1-литра развивал 3 л.с. при 180 об/мин. К примеру 18-литровый агрегат Ленуара развивал всего 2 л.с. Кроме того двигатель Отто был почти в 5 раз экономичнее. В результате новый, более эффективный мотор быстро вытеснил двигатель Ленуара с рынка.

Первый поршневой бензиновый двигатель

Между тем, Николаус Отто видел свой мотор только в качестве стационарного. Но его соратник Готлиб Даймлер, активно агитировал шефа применить ДВС на транспорте. Отто был против, поэтому в 1880 году прихватив с собой Майбаха, Даймлер покинул Deutz AG.

Два инженера сосредоточились на единственной задаче — создать легкий, достаточно мощный поршневой двигатель, пригодный для установки на колесное шасси. Проблема состояла в том, что двигатель конструкции Отто работал на газе и требовал газогенератор. Даймлер и Майбах решили разработать мотор на жидкостном топливе, дабы избавиться от массивного преобразователя. Дело это было не простое, так как на тот момент еще не существовало способа создать оптимальную топливно-воздушную смесь на которой бы двигатель работал устойчиво. Решением проблемы стал испарительный карбюратор разработанный Майбахом в 1885 году. Карбюратор позволил построить бензиновый ДВС(Standuhr) объемом 100 см3 и мощностью 1 л.с., который работал достаточно устойчиво и стабильно. В том же году, немного уменьшенный Standuhr мощностью в 0,5 л.с. разместили на деревянном велосипеде получив тем самым первый в мире мотоцикл. А спустя год и автомобиль.

С тех пор поршневой двигатель внутреннего сгорания прошел долгий путь. Однако его четырехтактный принцип работы остался неизменен. Сегодня в мире насчитывается более 1,2 млрд. автомобилей и большинство из них оснащены ДВС.

Паровая машина

Первую универсальную паровую машину запатентовал в 1784 г. английский изобретатель Дж. Уатт. С небольшими усовершенствованиями она более ста лет оставалась единственным промышленным двигателем: приводила в движение станки и паровозы, пароходы и даже первые автомобили. Познакомимся с ее устройством.

Основная часть машины — чугунный цилиндр, в котором ходит поршень. Рядом с цилиндром расположен парораспределительный механизм — золотниковая коробка, сообщающаяся с паровым котлом. Кроме котла коробка соединена еще с конденсатором (в первых паровых машинах и паровозах чаще всего просто через дымовую трубу — с атмосферой) и с цилиндром посредством двух окон. В коробке находится золотник — стержень с двумя клапанами, своеобразный переключатель, ведающий попеременной подачей пара то с одной, то с другой стороны поршня. Действует переключатель так. Когда поршень движется, например, направо, левая часть цилиндра посредством золотника через окно сообщается с паровым котлом, а правая — через другое окно — с атмосферой. Пар высокого давления подается в цилиндр слева, где он расширяется и совершает работу — толкает поршень. Отработанный пар из правой части уходит в атмосферу. Затем, когда поршень движется налево, пар высокого давления входит в правую часть цилиндра, а отработанный пар из левой части уходит в атмосферу. Таким образом создается разность давлений в правой и левой частях, которая и приводит поршень в движение.

Пар подается не в течение всего хода поршня, а только в начале его. После этого благодаря особой форме золотника пар отсекается (перестает подаваться в цилиндр), и механическая работа производится далее расширяющимся и охлаждающимся паром. Отсечка пара дает большую экономию энергии.

Выпускать отработанный пар в атмосферу невыгодно, ведь он содержит в себе много тепловой энергии. Для повышения КПД машины еще Дж. Уатт применил специальное устройство — конденсатор, охлаждаемый водой сосуд, в котором пар конденсировался, т. е. превращался в воду. При этом давление в конденсаторе падало ниже атмосферного, что значительно увеличивало разность давлений, действующих на поршень. Вода из конденсатора направлялась обратно в котел, а это позволяло создать замкнутую систему.

Благодаря различным усовершенствованиям к началу XX в. были построены паровые машины мощностью 15 МВт, развивавшие до 1000 об/мин. При этом КПД таких машин удалось поднять более чем в 60 раз по сравнению с машиной Уатта. Но все равно он не превысил 20%. Громоздкие, тяжелые и неэкономичные паровые машины в наше время полностью вытеснены паровыми турбинами и двигателями внутреннего сгорания.

Но, как сказано выше, будучи первым и до конца XIX в. единственным универсальным двигателем, паровая машина сыграла исключительную роль в прогрессе мировой промышленности и транспорта (см. Научно-технический прогресс).

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

uCrazy.ru

  • Войти через Соц.сети
  • Регистрация
  • Забыли пароль?

Навигация

  • 3D игры
  • Фотоприколы
  • Фотоподборки
  • Гифки
  • Демотиваторы
  • Видео
  • Знаменитости
  • Интересное
  • Фильмы и трейлеры
  • Анекдоты и истории
  • Хайтек
  • Авто / Мото
  • Спорт
  • Музыка
  • Флеш игры и ролики
  • Всячина
  • Животные
  • В хорошие руки
  • Жесть
  • Девушки
  • Конкурс
  • Новости сайта
  • On-Line Игры
  • Реклама на сайте
Читать еще:  Двигатель 3ст схема система охлаждения

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

  • Следите за руками
  • Немного слегка пошлых карт.
  • Бредзона
  • Всякое
  • Хроники Юленьки Г.
  • Весёлые
  • Чуток картинок
  • Гифки
  • Нестандартный юмор 🙂
  • Баянисто-небаянистый юмор
  • Гифки
  • Так себе картинки
  • Картинки и мемы для настро.
  • Гифки
  • Пора идти за кредитом: реа.
  • Картинки и мемы для настро.
  • Весёлые
  • Бредзона
  • Гифки
  • Всякое-разное (часть 1)
  • Есть еще лучше!

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

  • 29 пользователей

КАЛЕНДАРЬ

Сегодня день рождения

Рекомендуем

5 января 1769 года (243 лет назад) Джеймс Уатт получил патент на свою паровую машину.

Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она предназначалась для использования в заводском производстве, но позднее паровой двигатель стали устанавливать на самодвижущихся машинах — паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах.

Большая роль в его усовершенствовании принадлежит Джеймсу Уатту. Отец его был механик, строивший и починявший разнообразные инструменты и машины от музыкальных (органы) до кранов, служивших для подымания тяжестей. Уатт с детства был окружен инструментами, любил в них всматриваться, делал для себя игрушки, а потом различные модели. Родители его, принимая во внимание слабое здоровье маленького Джеймса, не принуждали его учиться и предоставляли ему много свободы в выборе занятий. Уатт в начальном училище не отличался успехами, но в гимназии шел лучше, хотя болезненный организм и там препятствовал непрерывности его занятий. Во всяком случае, математические занятия в школе и примеры отца не остались без влияния на развитие в юном Уатте склонности к механике. Вообще же он любил очень многое и, между прочим — занятие естественными науками и медициной, так что сам в юные годы не мог определить, в чем состояло его истинное призвание. Уатт нередко бывал в Глазго у дяди, университетского проф., и там свел знакомство со многими учеными и образованными людьми. Он никогда не проходил никаких специальных курсов, но много читал, размышлял и сам образовал себя и сделался многосторонне знающим человеком.

Джеймс Уатт был ключевой фигурой в Промышленной революции. На самом деле Джеймс Уатт не был первым человеком, который изобрел паровую машину. Подобное устройство было описано Героном Александрийским в первом веке. В 1698 году Томас Сейвери запатентовал паровую машину, которую использовали для откачки воды, и в 1712 году англичанин Томас Ньюкомен запатентовал ее улучшенную версию. Однако машина Ньюкомена обладала такой низкой производительностью, что ее использовали только для откачки воды из угольных шахт.

Уатт заинтересовался паровой машиной в 1764 году, когда он ремонтировал модель машины, изобретенной Ньюкоменом. Хотя Уатт только год учился на инструментальщика, он обладал большими изобретательскими способностями. Он сделал такие значительные усовершенствования в изобретении Ньюкомена, что правильней было бы считать Уатта изобретателем первой паровой машиной с практическим применением.
Первым таким значительным усовершенствованием, которое Уатт запатентовал в 1769 году, была изолированная камера для конденсации. Он также изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году он изобрел машину двойного действия. Вместе с другими, более мелкими усовершенствованиями это изобретение позволило увеличить производительность паровой машины в четыре или более раз. Практически в увеличении производительности и заключалось различие между уже существовавшей умной, но не очень полезной машиной и техническим устройством с огромным промышленным потенциалом.

Уатт также создал в 1781 году целый ряд приспособлений, преобразующих возвратно-поступательное движение во вращательное. Это устройство намного увеличило количество пользователей паровой машины. В дополнение к другим различным усовершенствованиям Уатт также изобрел (1788) центробежный регулятор, при помощи которого осуществлялся автоматический контроль за скоростью машины, манометр (1790), счетчик, указатель уровня, дроссельный клапан.

Сам Уатт не обладал хорошей деловой жилкой. Однако в 1775 году он вступил в деловое сотрудничество с Мэтью Баултоном, инженером и очень хорошим бизнесменом. На протяжении двадцати пяти лет фирма Уатта и Баултона произвела большое количество паровых машин, и оба партнера стали очень состоятельными людьми.

Трудно переоценить значение паровой машины. В действительности было много других изобретений, который сыграли роль в развитии Промышленной революции. Были изобретения в добывающей промышленности, металлургии, во многих областях, связанных с механизацией промышленного производства. Некоторые изобретения, такие как самолетный челнок (Джон Кей, 1733), прядильная машина «Дженни» (Джеймс Харгривс, 1764), даже предшествовали работе Уатта.

Большинство же других изобретений представляли собой весьма незначительные усовершенствования, и ни одно из них не оказало никакого влияния на Промышленную революцию. Совсем по другому дело обстояло с паровой машиной, которая сыграла решающую роль и без которой Промышленная революция имела бы совершенно другой характер. Первоначально, несмотря на то, что некоторое распространение получили ветряные и водяные мельницы, главным источником энергии всегда были человеческие мускулы. Этот фактор резко ограничивал производительную мощность промышленности. С изобретением паровой машины ограничение было снято. Производство получило большое количество энергии, что вызвало его бурный рост.

Однако паровая машина явилась не только источником энергии для заводов, она нашла много других применений. К 1783 году маркиз Жоффруа Д’Аббан с успехом использовал паровую машину для приведения в движение судов. В 1804 году Ричард Тревитик построил первый локомотив. Ни одна из этих ранних моделей не имела коммерческого успеха. Однако за несколько десятков лет пароходу и железной дороге предстояло коренным образом изменить всю систему наземного и водного транспорта.

Промышленная революция произошла в одну и ту же историческую эпоху с Американской и Французской революциями. Хотя это сразу не стало очевидным, сегодня мы можем понять, что Промышленной революции суждено было оказать значительно большее влияние на повседневную жизнь людей, чем любой из этих исторических политических революций. И поэтому Джеймса Уатта можно с полным основанием считать одной из самых значимых личностей в истории.

Доклад История и изобретения паровых машин 8 класс

Самый первый паровой двигатель описал греческий ученый Герон Александрийский. Модель описал как пневматику. Конструкция представляла собой котел из бронзы внутри с водой. Котел стоял на опорах, закрытый сверху крышкой. Над крышкой крепятся две трубки со сферой. Трубки сделаны так, чтобы сфера вращалась. При нагреве воды в котле, пар поднимается, создавая тем самым давление, заставляя вращаться сферу, такая модель была просто как развлечение.

Настоящий тепловой двигатель был изобретён в России, Ползунковым Иван Ивановичем. Он создал и разработал проект для » заводских нужд». Принцип работы заключался в том, что машина работала на двух цилиндрах и в две атмосферы, то есть пар попадая в первый цилиндр, заставлял поднимать поршень вверх. Чтобы конденсировать пар во втором цилиндре, выбрасывалась струя холодной воды, тем самым поршень опускался. Распределение пара в машине регулировалась непрерывной работой поршней передававшей на шкив. Шкив надет на вал, отчего и создавалось движение. Рабочий вал заставлял работать воздуходувной мех.

В послевоенные годы были проблемы с поставкой бензина в разные точки страны. Специалисты научного исследовательского автомобильного института задались вопросом о создании автомобиля на пару для различных работ. Задача состояла создать машину в 14,5 тонны, где должен быть груз в 6 тонн, расход дров 400 кг и столько же воды, максимальная скорость машины до 45 км/ч. Такой автомобиль создали, и дали название самосвал.

Работу над паровой машиной продолжил англичанин Джемс Уайт. Ему поручили усовершенствовать модель, путем меньшего расхода топлива пара в цилиндрах.Трудясь над многими проводимыми опытами пришел к выводу, что нужно создать конденсат пара в отдельном резервуаре, который бы сообщался с цилиндрами. Патент был принят как изобретение нового метода малого расхода топлива. В результате этого была создана паровая машина двойного действия. Принцип работы давления на поршень был с подачи пара золотником, то с одной стороны, то с другой. Золотник находился в цилиндре через него и поступал пар из котла. Машина двойного действия работает методом поочерёдного попадания пара в цилиндр с обеих сторон. С другой стороны цилиндра отработанный пар выбрасывается в атмосферу.Таким принципом машина повышает скорость. В первые в России издали такие двигатели на заводе для военных пароходов, после стали издавать паровозы.

Паровые машины разделяются по действию пара на машину с расширением и без него. Пар бывает с низким, средним и высоким давлением. По числу оборотов вала есть тихоходные и быстроходные машины. Цилиндры могут располагаться горизонтально, наклонно и вертикально. По числу цилиндров бывает один или несколько.

Применение паровых машин

Паровые машины отличаются большой надёжностью работать с большими грузами, долговечностью, невысоким расходом топлива и простота в обслуживании. К такой области относится паровозы и пароходы.

Конструкции таких двигателей с внутренним сгоранием позволила строить заводы и фабрики по выработке текстиля, сахара, спичек и других изделий.

История и изобретения паровых машин доклад

Первым изобретателем такого двигателя стал грек Герон Александрийский. Модель походила на движение воздуха внутри сосуда. Сосуд представлял собой котел, покрытый бронзой, с массой воды внутри, с креплением на нем внизу. Крепление также сделаны из металла. Конструкция имеет форму круга, закрытый сверху крышкой. В крышку входят две трубки с прикрепленным по середине шаром. Стойки сделаны так, чтобы шар вращался, а внутри трубки пустота. Чтобы заставить шар вращаться вокруг оси, нагревали до кипения воду в сосуде. При нагреве воды, пар поднимался, создавая тем самым давление, такая модель была просто как развлекающая игрушка.

Читать еще:  Влияние газа на работу клапанов на двигателе

Позже такую конструкцию рассмотрели в России. Работа машины заключалось на двух аппаратах, похожих на цилиндр, в которых есть горячий воздух. Горячий воздух, попадая в первый аппарат, заставлял подниматься поршень вверх. Чтобы охладить горячий воздух во втором цилиндре, нужно было создать деталь для опрыскивания. Тем самым охлажденный насос опускался и конструкция приходила в движение. Равномерная работа насоса, передавалась на колесо с ободом. Колесо одевалось на винт, заставлял работать систему вентиляции.

В шестидесятые годы были проблемы с поставкой бензина, в разные точки страны. Квалифицированные работники автомобильного института, задумались вопросом о машине, работающей на горячем воздухе. Задача состояла создать агрегат на колесах массой 15 тонн, где должен быть взят на абордаж груз в 7 тонн, в топку использовали дрова в 400 кг, и столько же воды в ёмкость бака. Предельная скорость машины до 45 км/ч. Такой агрегат создали, и дали название грузовой автомобиль.

Англичанин Джемс Уайт продолжил работу над совершенством модели, путем меньшего расхода горячего воздуха в полости. Трудясь над многими проводимыми опытами, пришел к выводу, что нужно создать продукт в виде пара в отдельном хранилище, который бы сообщался с полостью. Авторство было принято, как изобретение малого расхода топлива. В итоге этого была создана такая машина, работающая на горячем воздухе (пар) двойного действия. Индивидуальность работы состояла в том, что давление на основную деталь насоса, оказывал горячий воздух. Для подачи воздуха участвовал клапан. Клапан находится в насосе, через него и поступал горячий воздух из сосуда. Такая машина работает методом поочерёдного попадания горячего воздуха в насос с обеих сторон. С другой стороны насоса отработанный воздух выбрасывается наружу. Таким образом машина ускоряется. В первые в СССР издали такие двигатели на заводе для военных пароходов и паровозов.

Паровые машины разделяются по движению горячего воздуха на агрегат с расширением и без него. Горячий воздух бывает с низким, средним и высоким давлением. По числу оборотов винта есть тихоходные и быстроходные машины. Насосы могут располагаться горизонтально, наклонно и вертикально. По числу насосов бывает один или несколько.

Применение паровых машин в производстве

Паровые агрегаты отличаются индивидуальностью и надёжностью, могут работать с большими грузами в несколько тонн. Не требуют ремонта в несколько десятков лет. Расход топлива минимальный и прост в обслуживании. К таким машинам относят паровоз и теплоход.

Конструкции таких двигателей с внутренним сгоранием топлива внутри, позволила строить заводы и фабрики.

Вариант №3

Человек издревле являлся любителем облегчить свой труд. Стремясь нарастить объемы производства или же просто ускорить трудоемкие процессы, люди стали использовать ветряные или водяные мельницы или же труд крупного рогатого скота. Настоящая промышленная революция началась с применением паровых машин, можно сказать, что именно она явилась предвестником научно-технического прогресса.

Еще в 1 веке до н.э. были предприняты попытки создать преобразователь тепловой энергии в механическую. В Древней Греции некий Герон описывал шарообразное устройство, которое было заполнено водой и имело несколько форсунок. Сфера имела вертикальную ось и под ней размещали костер. Нагревая воду и повышая давление внутри, они способствовали вырыванию пара из этих форсунок, что благодаря третьему закону Ньютона приводило сферу в движение. Однако, коэффициент полезного действия данной машины оставлял желать лучшего. Но тем не менее, она работала. Даже не смотря на то, что не приносила практической пользы. Возможно именно по этой причине, развитие парового двигателя было забыто на следующие полторы тысячи лет.

Лишь в начале 18 века, начали появляться прототипы паровых машин с достаточно высоким коэффициентом полезного действия. Впервые цилиндрическая машина работающая на водяном пару была создана инженером испанского происхождения Джиронимо Аянс Де Бомонтом а первый патент на паровую машину зарегистрирован в 1698 году англичанином Сэйвери.

Именно его работа была взята за основу, при создании следующей паровой машины в 1712году. Но с одной необычной, для наших времен, особенностью. Клапана регулировались присутствующим работником, который открывал и закрывал их в определенные моменты. Лишь через 3 года система была усовершенствована молодым работником Поттером и доведена до «автоматизма». Все вышеперечисленные машины использовались лишь для подъема воды. Принцип работы был достаточно прост. В цилиндр попадал горячий пар и поднимал поршень вверх, после чего цилиндр охлаждался холодной водой, создавая тем самым разреженную «атмосферу» внутри цилиндра. Из-за разницы давлений поршень снова опускался вниз.

Настоящую научно-техническую революцию того времени совершил физику, инженеру и изобретателю Джеймсу Ватту. Он сумел создать паровую машину, которая употреблялась в более обширных областях. Именно его машины были первыми водружены на паровозы и пароходы. Выходец из Шотландии, преодолевая финансовые трудности, сумел достичь успеха. Ватт, пришел к мнению что можно использовать энергию пара вместо охлаждения цилиндра и разработал кривошипный шатунный механизм, который поднимал и опускал поршни под воздействием пара. Она была названа в честь своего изобретателя Джеймса Ватта «Универсальная паровая машина». Двигатели с такой системой имели не только колоссальную востребованность и успех, но и применяемая во многих отраслях.

Стоит отметить тот факт, что наши соотечественники также разрабатывали свои паровые машины. Всем известная машина Ползунова тоже работала на пару, ее строительство затянулось, и к началу работы изобретатель не дожил. Проработала данная машина всего около 40 дней после чего ее демонтировали.

Таким образом можно мы можем что паровые машины имели свое начало еще задолго до Джеймса Ватта, Ползунова или других изобретателей пытавшихся или создавших данное устройство, но вне зависимости от своих результатов все они внесли свой непосильный вклад в развитие не только машиностроительной промышленности но и науки в целом.

История и изобретения паровых машин

Популярные темы сообщений

  • Марко Поло

Марко Поло, первый великий путешественник, который, не боясь трудностей и болезней, предстоящих у него на пути, отправился на поиски торгового пути в Китай. Марко Поло был сыном венецианского купца, который вместе со своим братом торговал

Александр Македонский родился в 356 году до н.э. в городе Пелла – столице Древней Македонии. Отец Александра – царь Филипп II – был доблестным и храбрым воином. У него Александр учился военному ремеслу и искусству править.

Согласно официальным источникам, 26 апреля 570 года в племени Курайш, что в Мекке, появился на свет будущий пророк и проповедник основной религии мусульман, Мухаммед. Не зная отца и в ранние детские годы потеряв мать,

История развития паровых машин

Скачать:

ВложениеРазмер
istoriya_razvitiya_parovykh_turbin.docx162.95 КБ

Предварительный просмотр:

История развития паровых машин

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №3

г. Усмань Липецкой области

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таги-аль-Диноме. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 г. итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.

Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таги-аль-Дином. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 г. итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах.

Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-ых в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 г. создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре

Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Сейвери в 1698 году.

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты.

В 1769 году шотландский механик Джеймс Уатт (возможно, использовав идеи Гейнсборо) запатентовал первые существенные усовершенствования к вакуумному двигателю Ньюкомена, которые сделали его значительно более эффективным по расходу топлива. Повышение эффективности двигателя Уатта привело к использованию энергии пара в промышленности.

Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели».

Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк).

Схема работы паровой машины Ньюкомена.

– Пар показан лиловым цветом, вода — синим.

– Открытые клапаны показаны зелёным цветом, закрытые — красным

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

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

Основной сферой применения паровых турбин является выработка электроэнергии (около 86 % мирового производства электроэнергии производится паровыми турбинами), кроме того, они часто используются в качестве судовых двигателей (в том числе на атомных кораблях и подводных лодках). Было также построено некоторое количество паротурбовозов, но они не получили широкого распространения и были быстро вытеснены тепловозами и электровозами.

Значение паровых машин

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

Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.

Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от дров до урана.

Развитие парового двигателя

Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Только в конце 17-го столетия паровые двигатели были созданы как единичные курьёзы. Первая машина была создана испанским изобретателем Йеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т. Севери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 г. англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 г. он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-ом столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной. Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-ых в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 г. создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таги-аль-Дина и Севери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана.

Применение на производстве

Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения полезных задач. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в 1698 году получил патент. Это был поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как вследствие высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа».

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». 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 шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Именно двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии. Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем. Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 миль в час. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком.

Паровые машины // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907.

Паровые машины. История, описание и приложение их. 1838 г., СПб.: тип. Эдуарда Праца и Ко. — 234 с.

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

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector