1679
0,5
2014-12-10
Паровые машины… и как появились «лошадиные силы»
Здравствуйте.
Этой публикацией мне хочется начать цикл статей, посвящённых различным техническим достижениям минувших дней.
Ведь так или иначе, но без них у нас небыло бы высоких технологий. К примеру, современная АЭС является ничем иным, как атомной паровой машиной.
Так же в статьях будут упоминаться имена Великих людей, плечи которых, держат современную Науку.
Исторические справки будут представлены в виде ссылок/спойлеров и комментариев.
Постараюсь быть лаконичным, уделить большое внимание техническим аспектам, соблюдать хронологический порядок и достоверность.
А начать хотелось с паровых машин…
Горизонтальная стационарная двухцилиндровая паровая машина для привода заводских трансмиссий.
Конец XIX в. Экспонат Музея Индустриальной Культуры. Нюрнберг
Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала.
Первое известное устройство (Эолипил (или «шар Эола»), «баня Герона»), приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии.
Геро́н Александри́йский — Великий механник, программист, крутой шоумен и вообще занятный мужикГерона относят к величайшим инженерам за всю историю человечества. Он первым изобрёл автоматические двери, автоматический театр кукол, автомат для продаж, скорострельный самозаряжающийся арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор для измерения протяжённости дорог (древний одометр) и др. Первым начал создавать программируемые устройства (вал со штырьками с намотанной на него верёвкой).
В трактате «Пневматика» (Πνευματικά) Герон описал различные сифоны, хитроумно устроенные сосуды, автоматы, приводимые в движение сжатым воздухом или паром.
Годная киношка о том, как Герон, по заказу церковников «творил чудеса» (прихожане ликуют… и «сдают валюту») «Технологии др. цивилизаций. Герон Александрийский.»
Пар, из нижнего резервуара, поступал по боковым трубкам в полость шара и вырываясь из дюз, закреплённых на шаре, заставлял его вращаться.
Рисунки из книги «The Century of Inventions» (1655) Edward Somerset
Первая паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, турецким астрономом, физиком и инженером XVI векаТакиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти колеса.
О Такиюддине Мухаммаде ибн Маруф аш-Шами аль-АсадиВ 1574 году султан Османской империи Мурад III пригласил Такиюддина в Стамбул для постройки обсерватории[en]. Обладая огромными познаниями в ремесленном деле, Такиюддин разработал инструменты для астрономических наблюдений, такие как огромные армиллярные и механические часы, которые использовал для наблюдения за кометой в 1577 году. Он также использовал европейский глобус звёздного неба и глобус Земли, которые были доставлены ко двору султана в качестве подарков. Одной из наиболее значимых его работ за время работы в обсерватории была Древо высшего познания в Царстве вращающихся сфер: астрономические таблица Царя царей (Sidrat al-muntah al-afkar fi malkūt al-falak al-dawār- al-zij al-Shāhinshāhi). Данная работа являлась результатом астрономических наблюдений, которые были выполнены в Египте и Стамбуле для того, чтобы дополнить труд Улугбека «Зидж ас-Султани». Первые сорок страниц труда представляют собой вычисления, рассказ об астрономических часах и информацию о трёх затмениях, которые он наблюдал в Каире и Стамбуле. Согласно некоторым источникам той эпохи, метод Такиюддина для вычисления координат звёзд был, более точным, чем тот, что применялся Николаем Коперником и Браге Тихо.
Данная иллюстрация лишь описывает принцип
Саломон де Косс, в сочинении «Les Raisons des Forces Mouvantes avec Diverses Machines» (1615 год), описал машину основанную на упругости пара.
Вот, всё, что мне удалось найти в этом труде (равно как и в этом), относящееся к теме:
Шар, стоящий на костре, явно связан с давлением пара…
Саломон де Косс в окружении своих устройств...
В своих сочинениях, Саломон де Косс уделяет много внимания устроиствам работающим по принципу "водяных мельниц".
Вот тут можно почитать...
Итальянский инженер Джованни Бранка, в 1629 году предложил ипользовать пар для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах.
Джованни БранкаДжованни Бранка (Giovanni Branca, 22.04.1571 – 24.01.1645) – итальянский инженер и архитектор, более всего известный созданием одной из первых версий парового двигателя.
Джованни Бранка за свою жизнь сделал немало интересных изобретений; ряд своих творений он посвятил губернатору города Лорето (Loreto). Позже коллекция разработанных им схем и чертежей была издана отдельной книгой, 'Le Machine'; вошли в эту книгу 63 гравюры с описаниями на итальянском и латыни. Во многих отношения книга Бранки стала характерным примером популярного в то время жанра 'театр машин' (theater of machines), популярным в 15-м веке и прославленным благодаря книге Жака Бессона (Jacques Besson) 'Theatrum Instrumentorum'. Особо удачным образчиком жанра книгу Джованни назвать было трудно – если большинство книг в этой области традиционно очень и очень неплохо иллюстрировались, в книге Бранки было лишь несколько откровенно слабых гравюр. Следует также отметить, что Бранка честно признавался, что большинство описанных им приспособлений лично строить не пробовал и суть работы некоторых представляет лишь косвенно.
В 1629-м свет увидел еще один труд Джованни Бранки, 'Manuale d'Architettura'. Эта книга была посвящена различным практическим аспектам строительного дела; для своего времени руководство это было довольно полезным и информативным – некоторые источники утверждают, что трудом Бранки активно пользовались многие архитекторы того времени.
В книге«The Century of Inventions», упоминается об этом устройстве...
Большая часть пара рассеивалась в пустую...
(Следующий абзац без пруфа, в сети одна и та же копипаста
)
Примерно в это же время испанский инженер Йеронимо Аянс де Бомонт создал паровую машину с цилиндром — этот механизм оказал некоторое влияние на развитие событий в области усовершенствования паровых машин.
Инфы об этом человеке я не нашёл, если кто-то, что-то знает, прошу дать ссылку.
В 1655 годуЭдвард Сомерсет в своей книге «The Century of Inventions» описал основной принцип действия паровых машин и спектр их применения. В замке Раглан, он установил устройство для подъема воды на стену большой башни.
Замок
Еще в 19-м веке можно было увидеть углубления в стене, где располагалась машина…
Фердинанду Вербисту приписывают создание в 1670-е годы, первого в мире (вроде как игрушечного) паромобиля.
Не подтверждённая информация
Исаак Ньютон тоже не остался равнодушным, вот его взгляд на «реактивный» паромобиль:
Существует только это рисунок или эскиз, если угодно
Следующим этапом развития паровых машин, было создание Дени Папеном в 1680-1690 году (данные расходятся), «поршневого» парового двигателя, который совершал полезную работу за счёт нагревания и конденсации пара. Это был принципиально новый проект парового двигателя. Конструкцию паровой машины (цилиндр и поршень) Дени Папену подсказал Лейбниц.
Коротко о Дени ПапенеПапен родился во французском городе Блуа в 1647 году. В Университете Анже он изучал медицину и получил степень доктора. Но врачом Папен не стал. Во многом его судьбу предопределила встреча с голландским физиком Х. Гюйгенсом, под влиянием которого Папен начал изучать физику и механику. В 1688 году он опубликовал со своими конструктивными дополнениями описание представленного Гюйгенсом в Парижскую академию наук проекта порохового двигателя в форме цилиндра с поршнем.
Папен также предложил конструкцию центробежного насоса, сконструировал печь для плавки стекла, паровую повозку и подводную лодку, изобрёл скороварку и несколько машин для подъёма воды.
Вода в цилиндре при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство и атмосферное давление двигало поршень вниз.
Двигатель Папена плохо выполнял полезную работу, так как не мог осуществить непрерывное действие. Чтобы заставить машину работать, необходимо было манипулировать стержнем-клапаном и стопором, перемещать источник пламени и охлаждать цилиндр водой.
Дени Папена принято считать изобретателем парового котла, проложившего таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. (см. ниже)
2 июля 1698 года английский инженер Томас Севери, получил патент на изобретение «огневого двигателя», предназначенной для откачивания воды из рудников.
Машина Севери — это паровой насос, а не двигатель: в нем не было цилиндра с поршнем, который при своем перемещении приводил бы что-то в движение.
Самое важное в этом устройстве было то, что пар для работы насоса, образовывался в отдельном котле.
Происходило это так. В котле, который непрерывно топили, образовывался пар. Открывая кран на трубе, впускали пар в насосный резервуар. От него отходили две трубы: одна (всасывающая) опускалась в шахту, другая (нагнетательная) проходила в сточный желоб.
Когда в резервуар пускали пар, он начинал выталкивать имеющуюся в нем воду по нагнетательной трубе в сточный желоб. Затем подачу пара прекращали и по специальной трубке впускали в резервуар холодную воду. Пар конденсировался, превращаясь в воду, и занимал небольшой объем, то есть в резервуаре образовывался вакуум. Вода шахты вытеснялась атмосферным давлением, направлялась по всасывающей трубе в «пустой» резервуар.
Насос Севери был маломощным, потреблял много топлива и работал прерывисто. Тем не менее установка Севере помогла изобретателям понять, что в паровых машинах следует пользоваться паром из отдельного котла.
Небольшая справкаПредположительно, самый первый «огневой двигатель» Томас Сэвери установил на шахте Вил Вор (Wheal Vor) на южном побережье Корнуолла, недалеко от деревни Карлин (Carleen), расположенной примерно в 2 милях к северо-западу от Хэлстона (Helston).
В 1717-18 году «огневой двигатель» по указу царя Петра I был установлен в Санкт-Петербурге для снабжения водой около 50 фонтанов Летнего сада. Руководил изготовлением и установкой Жан Теофиль Дезагулье, француз по происхождению, ставший священником довольно высокого ранга в Англии и главой первой английской масонской ложи. Вот как об этом пишет сам Дезагулье:
«Начиная с 1717 или 1718 года, я построил семь усовершенствованных огневых двигателей. Первый — для покойного Царя Петра Первого, для его сада в Петербурге.»
Машина поднимала воду на высоту 3 м от поверхности земли. Производительность ее была 3 бочки в минуту.
При открытии крана 5 пар из котла 2 подавался в сосуд 1, выгоняя оттуда воду по трубке 6. Клапан 10 при этом открыт, а клапан 11 закрыт. В конце нагнетания кран 5 закрывался, и через кран 9 в сосуд 1 подавалась холодная вода. Пар в сосуде 1 охлаждался, конденсировался, и давление падало, засасывая туда воду по трубке 12. Клапан 11 при этом открывался, а клапан 10 закрывался.
Широкого распространения эти устройства не получили.
К началу XVIII века в Англии возникли условия, при которых создание индустриальной техники стало выгодным. В 1705 годуТомас Ньюкомен (совместив идеи Томаса Севери и Дени Папена) построил поршневой паровой насос, опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать.
Главной деталью его был поршень, уравновешенный грузом и двигавшийся в большом вертикальном цилиндре (2). Давление пара, подаваемого в цилиндр из котла (1), поднимало поршень. Впрыскивание холодной воды из резервуара (5) осаждало пар и создавало в цилиндре вакуум. Атмосферное давление опускало поршень вниз. Охлаждающая вода и сконденсированный пар выпускались из цилиндра по трубе (6), а излишний пар из котла — через предохранительный клапан (7). После этого двигатель вновь был готов к следующему впрыскиванию пара.
Основной недостаток машины состоял в том, что рабочий цилиндр в ней являлся в то же время и конденсатором. Из-за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр.
(Нефтяной станок-качалка работает так же)
Таким образом, машина Ньюкомена была скорее пароатмосферной, чем чисто паровой, так как рабочий ход у нее осуществлялся не давлением пара, а именно атмосферным давлением.
Насосы Ньюкомена нашли применение в Англии и других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт. К 1800 году было произведино 1454 машины Ньюкомена, многие из которых оставались в эксплуатации до начала XX века.
С некоторыми доработками, машины Ньюкомена на протяжении 50 лет оставались единственными механизмами, пригодными для промышленного использования.
В 1763 году русский изобретатель Иван Иванович Ползунов, работая механиком на алтайских горнорудных и металургических заводах, создал первую в России паровую машину и первый в мире двухцилиндровый паровой двигатель.
Ползунов модернизировал машину Ньюкомена (для обеспечения непрерывной работы он задействовал два цилиндра, вместо одного) и предложил использовать её для привидения в движение мехов плавильных печей.
Принцип работы аналогичен машине Ньюкомена.
Когда в один из цилиндров наполненных паром, впрыскивали воду, пар конденсировался, и в цилиндре создавалось разряжение. Под действием атмосферного давления поршень начинал опускаться вниз и в этот момент, в другой цилиндр, находившийся в нижнем положении, начинал поступать пар, и он начинал двигаться вверх.
Подача воды и пара в цилиндры была полностью автоматизирована. Штоки поршней паровой машины были связаны между собой цепью. Цепь проходила через верхний шкив и при движении паровых цилиндров, шкив тоже приходил в движение. Движение шкива в свою очередь, через цепи, приводило в движение специальные стержни, основное назначение которых было управлять движением серповидного маятника. Именно серповидный маятник управлял попеременной подачей воды и пара в паровые цилиндры.
(машина Ползунова, как и машина Ньюкомена была пароатмосферной)
Макет паровой машины И.И. Ползунова, сделанный по оригинальным чертежам в 1820-е годы. Краеведческий музей Барнаула.
Грустная справкаВ России того времени, паровые машины практически не использовались и всю информацию Ползунов получил из книги “Обстоятельное наставление рудному делу” (1760) за авторством Шлаттера И.А., в которой описывалась паровая машина Ньюкомена.
О проекте было доложено императрице Екатерине Второй. Она распорядилась произвести И.И.Ползунова в «механикусы с чином и званием инженерного капитан-поручика», наградить 400 рублями и, по возможности, направить на учебу в Петербург. К маю 1766 года строительство в основном было закончено. Но 27 мая, за пару месяцев до пуска машины, Ползунов умер. Машина начала работать уже без него и исправно трудилась в течении 43-х дней. Однако, возникавшие при испытаниях недочеты некому было исправлять, и машина, наконец-таки, встала из-за течи котла. Её забросили. В дальнейшем по предписанию управителей алтайских заводов ползуновская машина и фабрика, где работала машина были разломана. Оставшиеся развалины сохранили народное название «Ползуновское пепелище».
Cовершить же настоящую революцию в этой области, было суждено шотландскому инженеру и изобретателю Джеймсу Уатту.
В 1765 годуДжеймс Уатт изобрел паровую машину с конденсатором. Однако сама машина была создана только 10 лет спустя (по причине отсутствия финансирования).
В 1769 году он получил патент на это изобретение.
Как всё началосьЗимой 1763 года к Уатту обратился профессор физики университета Глазго Джон Андерсон с просьбой отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена.
Макет был оснащен 2-дюймовым цилиндром и имел рабочий ход поршня в 6 дюймов. Уатт провел ряд экспериментов, в частности, заменил металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды и макет, наконец, заработал. При этом Уатт убедился в неэффективности машины и внёс в конструкцию многочисленные усовершенствования. Уатт показал, что почти три четверти энергии горячего пара тратятся неэффективно:
При каждом новом цикле часть энергии пара постоянно тратилась на нагрев цилиндра, так как на следующем такте в цилиндр поступала холодная вода (чтоб сконденсировать пар).
Проведя ряд опытов над кипением воды, Уатт пришёл к выводу:
«…Для того, чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда так же горяч, как и входящий в него пар; но, с другой стороны, сгущение пара для образования пустоты должно происходить при температуре не выше 30 градусов Реомюра».
Источник: geektimes.ru/post/242526/
Этой публикацией мне хочется начать цикл статей, посвящённых различным техническим достижениям минувших дней.
Ведь так или иначе, но без них у нас небыло бы высоких технологий. К примеру, современная АЭС является ничем иным, как атомной паровой машиной.
Так же в статьях будут упоминаться имена Великих людей, плечи которых, держат современную Науку.
Исторические справки будут представлены в виде ссылок/спойлеров и комментариев.
Постараюсь быть лаконичным, уделить большое внимание техническим аспектам, соблюдать хронологический порядок и достоверность.
А начать хотелось с паровых машин…
Горизонтальная стационарная двухцилиндровая паровая машина для привода заводских трансмиссий.
Конец XIX в. Экспонат Музея Индустриальной Культуры. Нюрнберг
Паровая машина
Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала.
Первое известное устройство (Эолипил (или «шар Эола»), «баня Герона»), приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии.
Геро́н Александри́йский — Великий механник, программист, крутой шоумен и вообще занятный мужикГерона относят к величайшим инженерам за всю историю человечества. Он первым изобрёл автоматические двери, автоматический театр кукол, автомат для продаж, скорострельный самозаряжающийся арбалет, паровую турбину, автоматические декорации, прибор для измерения протяжённости дорог (древний одометр) и др. Первым начал создавать программируемые устройства (вал со штырьками с намотанной на него верёвкой).
В трактате «Пневматика» (Πνευματικά) Герон описал различные сифоны, хитроумно устроенные сосуды, автоматы, приводимые в движение сжатым воздухом или паром.
Годная киношка о том, как Герон, по заказу церковников «творил чудеса» (прихожане ликуют… и «сдают валюту») «Технологии др. цивилизаций. Герон Александрийский.»
Пар, из нижнего резервуара, поступал по боковым трубкам в полость шара и вырываясь из дюз, закреплённых на шаре, заставлял его вращаться.
Рисунки из книги «The Century of Inventions» (1655) Edward Somerset
Первая паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, турецким астрономом, физиком и инженером XVI векаТакиюддином аш-Шами. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти колеса.
О Такиюддине Мухаммаде ибн Маруф аш-Шами аль-АсадиВ 1574 году султан Османской империи Мурад III пригласил Такиюддина в Стамбул для постройки обсерватории[en]. Обладая огромными познаниями в ремесленном деле, Такиюддин разработал инструменты для астрономических наблюдений, такие как огромные армиллярные и механические часы, которые использовал для наблюдения за кометой в 1577 году. Он также использовал европейский глобус звёздного неба и глобус Земли, которые были доставлены ко двору султана в качестве подарков. Одной из наиболее значимых его работ за время работы в обсерватории была Древо высшего познания в Царстве вращающихся сфер: астрономические таблица Царя царей (Sidrat al-muntah al-afkar fi malkūt al-falak al-dawār- al-zij al-Shāhinshāhi). Данная работа являлась результатом астрономических наблюдений, которые были выполнены в Египте и Стамбуле для того, чтобы дополнить труд Улугбека «Зидж ас-Султани». Первые сорок страниц труда представляют собой вычисления, рассказ об астрономических часах и информацию о трёх затмениях, которые он наблюдал в Каире и Стамбуле. Согласно некоторым источникам той эпохи, метод Такиюддина для вычисления координат звёзд был, более точным, чем тот, что применялся Николаем Коперником и Браге Тихо.
Данная иллюстрация лишь описывает принцип
Саломон де Косс, в сочинении «Les Raisons des Forces Mouvantes avec Diverses Machines» (1615 год), описал машину основанную на упругости пара.
Вот, всё, что мне удалось найти в этом труде (равно как и в этом), относящееся к теме:
Шар, стоящий на костре, явно связан с давлением пара…
Саломон де Косс в окружении своих устройств...
В своих сочинениях, Саломон де Косс уделяет много внимания устроиствам работающим по принципу "водяных мельниц".
Вот тут можно почитать...
Итальянский инженер Джованни Бранка, в 1629 году предложил ипользовать пар для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах.
Джованни БранкаДжованни Бранка (Giovanni Branca, 22.04.1571 – 24.01.1645) – итальянский инженер и архитектор, более всего известный созданием одной из первых версий парового двигателя.
Джованни Бранка за свою жизнь сделал немало интересных изобретений; ряд своих творений он посвятил губернатору города Лорето (Loreto). Позже коллекция разработанных им схем и чертежей была издана отдельной книгой, 'Le Machine'; вошли в эту книгу 63 гравюры с описаниями на итальянском и латыни. Во многих отношения книга Бранки стала характерным примером популярного в то время жанра 'театр машин' (theater of machines), популярным в 15-м веке и прославленным благодаря книге Жака Бессона (Jacques Besson) 'Theatrum Instrumentorum'. Особо удачным образчиком жанра книгу Джованни назвать было трудно – если большинство книг в этой области традиционно очень и очень неплохо иллюстрировались, в книге Бранки было лишь несколько откровенно слабых гравюр. Следует также отметить, что Бранка честно признавался, что большинство описанных им приспособлений лично строить не пробовал и суть работы некоторых представляет лишь косвенно.
В 1629-м свет увидел еще один труд Джованни Бранки, 'Manuale d'Architettura'. Эта книга была посвящена различным практическим аспектам строительного дела; для своего времени руководство это было довольно полезным и информативным – некоторые источники утверждают, что трудом Бранки активно пользовались многие архитекторы того времени.
В книге«The Century of Inventions», упоминается об этом устройстве...
Большая часть пара рассеивалась в пустую...
(Следующий абзац без пруфа, в сети одна и та же копипаста
)
Примерно в это же время испанский инженер Йеронимо Аянс де Бомонт создал паровую машину с цилиндром — этот механизм оказал некоторое влияние на развитие событий в области усовершенствования паровых машин.
Инфы об этом человеке я не нашёл, если кто-то, что-то знает, прошу дать ссылку.
В 1655 годуЭдвард Сомерсет в своей книге «The Century of Inventions» описал основной принцип действия паровых машин и спектр их применения. В замке Раглан, он установил устройство для подъема воды на стену большой башни.
Замок
Еще в 19-м веке можно было увидеть углубления в стене, где располагалась машина…
Фердинанду Вербисту приписывают создание в 1670-е годы, первого в мире (вроде как игрушечного) паромобиля.
Не подтверждённая информация
Исаак Ньютон тоже не остался равнодушным, вот его взгляд на «реактивный» паромобиль:
Существует только это рисунок или эскиз, если угодно
Следующим этапом развития паровых машин, было создание Дени Папеном в 1680-1690 году (данные расходятся), «поршневого» парового двигателя, который совершал полезную работу за счёт нагревания и конденсации пара. Это был принципиально новый проект парового двигателя. Конструкцию паровой машины (цилиндр и поршень) Дени Папену подсказал Лейбниц.
Коротко о Дени ПапенеПапен родился во французском городе Блуа в 1647 году. В Университете Анже он изучал медицину и получил степень доктора. Но врачом Папен не стал. Во многом его судьбу предопределила встреча с голландским физиком Х. Гюйгенсом, под влиянием которого Папен начал изучать физику и механику. В 1688 году он опубликовал со своими конструктивными дополнениями описание представленного Гюйгенсом в Парижскую академию наук проекта порохового двигателя в форме цилиндра с поршнем.
Папен также предложил конструкцию центробежного насоса, сконструировал печь для плавки стекла, паровую повозку и подводную лодку, изобрёл скороварку и несколько машин для подъёма воды.
Вода в цилиндре при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство и атмосферное давление двигало поршень вниз.
Двигатель Папена плохо выполнял полезную работу, так как не мог осуществить непрерывное действие. Чтобы заставить машину работать, необходимо было манипулировать стержнем-клапаном и стопором, перемещать источник пламени и охлаждать цилиндр водой.
Дени Папена принято считать изобретателем парового котла, проложившего таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. (см. ниже)
2 июля 1698 года английский инженер Томас Севери, получил патент на изобретение «огневого двигателя», предназначенной для откачивания воды из рудников.
Машина Севери — это паровой насос, а не двигатель: в нем не было цилиндра с поршнем, который при своем перемещении приводил бы что-то в движение.
Самое важное в этом устройстве было то, что пар для работы насоса, образовывался в отдельном котле.
Происходило это так. В котле, который непрерывно топили, образовывался пар. Открывая кран на трубе, впускали пар в насосный резервуар. От него отходили две трубы: одна (всасывающая) опускалась в шахту, другая (нагнетательная) проходила в сточный желоб.
Когда в резервуар пускали пар, он начинал выталкивать имеющуюся в нем воду по нагнетательной трубе в сточный желоб. Затем подачу пара прекращали и по специальной трубке впускали в резервуар холодную воду. Пар конденсировался, превращаясь в воду, и занимал небольшой объем, то есть в резервуаре образовывался вакуум. Вода шахты вытеснялась атмосферным давлением, направлялась по всасывающей трубе в «пустой» резервуар.
Насос Севери был маломощным, потреблял много топлива и работал прерывисто. Тем не менее установка Севере помогла изобретателям понять, что в паровых машинах следует пользоваться паром из отдельного котла.
Небольшая справкаПредположительно, самый первый «огневой двигатель» Томас Сэвери установил на шахте Вил Вор (Wheal Vor) на южном побережье Корнуолла, недалеко от деревни Карлин (Carleen), расположенной примерно в 2 милях к северо-западу от Хэлстона (Helston).
В 1717-18 году «огневой двигатель» по указу царя Петра I был установлен в Санкт-Петербурге для снабжения водой около 50 фонтанов Летнего сада. Руководил изготовлением и установкой Жан Теофиль Дезагулье, француз по происхождению, ставший священником довольно высокого ранга в Англии и главой первой английской масонской ложи. Вот как об этом пишет сам Дезагулье:
«Начиная с 1717 или 1718 года, я построил семь усовершенствованных огневых двигателей. Первый — для покойного Царя Петра Первого, для его сада в Петербурге.»
Машина поднимала воду на высоту 3 м от поверхности земли. Производительность ее была 3 бочки в минуту.
При открытии крана 5 пар из котла 2 подавался в сосуд 1, выгоняя оттуда воду по трубке 6. Клапан 10 при этом открыт, а клапан 11 закрыт. В конце нагнетания кран 5 закрывался, и через кран 9 в сосуд 1 подавалась холодная вода. Пар в сосуде 1 охлаждался, конденсировался, и давление падало, засасывая туда воду по трубке 12. Клапан 11 при этом открывался, а клапан 10 закрывался.
Широкого распространения эти устройства не получили.
Переворот же в технику принесли поршневые паровые машины
К началу XVIII века в Англии возникли условия, при которых создание индустриальной техники стало выгодным. В 1705 годуТомас Ньюкомен (совместив идеи Томаса Севери и Дени Папена) построил поршневой паровой насос, опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать.
Главной деталью его был поршень, уравновешенный грузом и двигавшийся в большом вертикальном цилиндре (2). Давление пара, подаваемого в цилиндр из котла (1), поднимало поршень. Впрыскивание холодной воды из резервуара (5) осаждало пар и создавало в цилиндре вакуум. Атмосферное давление опускало поршень вниз. Охлаждающая вода и сконденсированный пар выпускались из цилиндра по трубе (6), а излишний пар из котла — через предохранительный клапан (7). После этого двигатель вновь был готов к следующему впрыскиванию пара.
Основной недостаток машины состоял в том, что рабочий цилиндр в ней являлся в то же время и конденсатором. Из-за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр.
(Нефтяной станок-качалка работает так же)
Таким образом, машина Ньюкомена была скорее пароатмосферной, чем чисто паровой, так как рабочий ход у нее осуществлялся не давлением пара, а именно атмосферным давлением.
Насосы Ньюкомена нашли применение в Англии и других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт. К 1800 году было произведино 1454 машины Ньюкомена, многие из которых оставались в эксплуатации до начала XX века.
С некоторыми доработками, машины Ньюкомена на протяжении 50 лет оставались единственными механизмами, пригодными для промышленного использования.
В 1763 году русский изобретатель Иван Иванович Ползунов, работая механиком на алтайских горнорудных и металургических заводах, создал первую в России паровую машину и первый в мире двухцилиндровый паровой двигатель.
Ползунов модернизировал машину Ньюкомена (для обеспечения непрерывной работы он задействовал два цилиндра, вместо одного) и предложил использовать её для привидения в движение мехов плавильных печей.
Принцип работы аналогичен машине Ньюкомена.
Когда в один из цилиндров наполненных паром, впрыскивали воду, пар конденсировался, и в цилиндре создавалось разряжение. Под действием атмосферного давления поршень начинал опускаться вниз и в этот момент, в другой цилиндр, находившийся в нижнем положении, начинал поступать пар, и он начинал двигаться вверх.
Подача воды и пара в цилиндры была полностью автоматизирована. Штоки поршней паровой машины были связаны между собой цепью. Цепь проходила через верхний шкив и при движении паровых цилиндров, шкив тоже приходил в движение. Движение шкива в свою очередь, через цепи, приводило в движение специальные стержни, основное назначение которых было управлять движением серповидного маятника. Именно серповидный маятник управлял попеременной подачей воды и пара в паровые цилиндры.
(машина Ползунова, как и машина Ньюкомена была пароатмосферной)
Макет паровой машины И.И. Ползунова, сделанный по оригинальным чертежам в 1820-е годы. Краеведческий музей Барнаула.
Грустная справкаВ России того времени, паровые машины практически не использовались и всю информацию Ползунов получил из книги “Обстоятельное наставление рудному делу” (1760) за авторством Шлаттера И.А., в которой описывалась паровая машина Ньюкомена.
О проекте было доложено императрице Екатерине Второй. Она распорядилась произвести И.И.Ползунова в «механикусы с чином и званием инженерного капитан-поручика», наградить 400 рублями и, по возможности, направить на учебу в Петербург. К маю 1766 года строительство в основном было закончено. Но 27 мая, за пару месяцев до пуска машины, Ползунов умер. Машина начала работать уже без него и исправно трудилась в течении 43-х дней. Однако, возникавшие при испытаниях недочеты некому было исправлять, и машина, наконец-таки, встала из-за течи котла. Её забросили. В дальнейшем по предписанию управителей алтайских заводов ползуновская машина и фабрика, где работала машина были разломана. Оставшиеся развалины сохранили народное название «Ползуновское пепелище».
Cовершить же настоящую революцию в этой области, было суждено шотландскому инженеру и изобретателю Джеймсу Уатту.
В 1765 годуДжеймс Уатт изобрел паровую машину с конденсатором. Однако сама машина была создана только 10 лет спустя (по причине отсутствия финансирования).
В 1769 году он получил патент на это изобретение.
Как всё началосьЗимой 1763 года к Уатту обратился профессор физики университета Глазго Джон Андерсон с просьбой отремонтировать действующий макет паровой машины Ньюкомена.
Макет был оснащен 2-дюймовым цилиндром и имел рабочий ход поршня в 6 дюймов. Уатт провел ряд экспериментов, в частности, заменил металлический цилиндр на деревянный, смазанный льняным маслом и высушенный в печи, уменьшил количество поднимаемой за один цикл воды и макет, наконец, заработал. При этом Уатт убедился в неэффективности машины и внёс в конструкцию многочисленные усовершенствования. Уатт показал, что почти три четверти энергии горячего пара тратятся неэффективно:
При каждом новом цикле часть энергии пара постоянно тратилась на нагрев цилиндра, так как на следующем такте в цилиндр поступала холодная вода (чтоб сконденсировать пар).
Проведя ряд опытов над кипением воды, Уатт пришёл к выводу:
«…Для того, чтобы сделать совершенную паровую машину, необходимо, чтобы цилиндр был всегда так же горяч, как и входящий в него пар; но, с другой стороны, сгущение пара для образования пустоты должно происходить при температуре не выше 30 градусов Реомюра».
Источник: geektimes.ru/post/242526/
