Изобретатель первой паровой машины в мире – Паровую машину изобрел англичанин. Движимые паром. История паровых машин.

История паровых машин

Статья опубликована 19.05.2014 05:36
Последняя правка произведена 19.05.2014 05:58

История паровых машин

Паровая машина

О истории развития парового двигателя, достаточно подробно описано в этой статье. Тут же — наиболее известные решения и изобретения времен 1672-1891 года.

Первые наработки.

Начнем с того, что еще в семнадцатом веке пар стали рассматривать как средство для привода, проводили с ним всяческие опыты, и лишь только в 1643 году Эванджелистом Торричелли было открыто силовое действие давления пара. Кристиан Гюйгенс через 47 лет спроектировал первую силовую машину, приводившуюся в действие взрывом пороха в цилиндре. Это был первый прототип двигателя внутреннего сгорания. На аналогичном принципе устроена водозаборная машина аббата Отфея. Вскоре Дени Папен решил заменить силу взрыва на менее мощную силу пара. В 1690 году им была построена первая паровая машина, известная также как паровой котел.

Она состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался – так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.

Автомобиль Куньо

Автомобиль Куньо

Реактивный автомобиль Ньютона

Реактивный автомобиль Ньютона

Паровая машина Фербиста

Паровая машина Фербиста

Превью — увеличение по клику.

Позже два англичанина, Томас Ньюкомен и Коули – один кузнец, другой стекольщик, – усовершенствовали систему путем разделения кипятильного котла и цилиндра и добавления бака с холодной водой. Эта система функционировала с помощью клапанов или кранов – одного для пара и одного для воды, которые поочередно открывались и закрывались. Затем англичанин Бэйтон перестроил клапанное управление в подлинно тактовое.

Применение паровых машин на практике.

Машина Ньюкомена вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована, разработанной Джеймсом Уаттом в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уатт предложил свои изобретения и в промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик.

Первая паровая машина, используемая в качестве средства передвижения, был изобретена французом Николя Жозефом Куньо, инженером и военным стратегпм-любителем. В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.

Паровая Карета Гарни

Паровая Карета Гарни

Карета Хилла

Карета Хилла

Паровая карета

Паровая карета

Превью — увеличение по клику.

Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своей моделью парового автомобиля. Однако еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который спустя четырнадцать лет изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началась работа над изобретением и усовершенствованием паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию будущих автомобилей.

В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Несмотря на большую скорость кпд паровой машины был очень маленький. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.

транспортное средство Болле-Марселя

транспортное средство Болле-Марселя

Машина Бордино

Машина Бордино

Превью — увеличение по клику.

Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.

Машина Хенкока

Машина Хенкока

Трехколесник Пекори

Трехколесник Пекори

Превью — увеличение по клику.

Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года. На этом самом моменте и прекратилось производство и изобретение паровых машин

Уатт, Джеймс — Википедия

В Википедии есть статьи о других людях с фамилией Ватт.

Джеймс Уатт (англ. James Watt; 19 (30) января 1736 — 19 августа 1819) — шотландский инженер, изобретатель-механик. Член Эдинбургского королевского общества (1784), Лондонского королевского общества (1785), Парижской академии наук (1814)[1]. Ввёл первую единицу мощности – лошадиную силу.[2] Его именем названа единица мощности — ватт.

Усовершенствовал паровую машину Ньюкомена. Изобрел универсальную паровую машину двойного действия. Работы Уатта положили начало промышленной революции вначале в Англии, а затем и во всем мире.

« Большую часть своей жизни я тяжело работал на пользу общества и, надеюсь, не напрасно.Джеймс Уатт. »

Прадед Уатта был родом из Абердиншира, занимался сельским хозяйством. Во время гражданской войны 1644—1647 годов он погиб, сражаясь на стороне ковенантёров. Его земля, имущество и дом были конфискованы, и его сына Томаса, деда Уатта, приютили родственники, жившие близ Гринока, на берегу залива Ферт-оф-Клайд. Томас Уатт достиг уважаемого положения в обществе, занимался преподаванием математики и мореходства, занимал должности главного окружного судьи, председателя церковного совета. Его сын, Джеймс, отец будущего изобретателя, был весьма разносторонним человеком: строил корабли, держал склад корабельных принадлежностей, вёл морскую торговлю, сам создавал и чинил различные приборы и механизмы. Для Гринокской пристани им был построен первый кран. Мать изобретателя, Агнес Мюрхед, происходила из богатого рода, получила очень хорошее образование. Оба родителя были пресвитерианцами.

Детство[править | править код]

Джеймс Уатт-младший родился 19 января 1736 года в Гриноке. Имел от рождения хрупкое здоровье. Поначалу получил домашнее образование: мать научила его читать, а письму и арифметике его научил отец. Хотя он начал было учиться в средней школе Гринока, слабое его здоровье, и постоянные недомогания положили этому конец. Родители не настаивали на обязательном обучении в школе, считая, что сын сам может научиться всему, что пожелает. Уатт не имел возможности проводить время в играх со сверстниками, единственным его занятием вне дома была рыбалка. Большую часть года он был ограничен стенами своей комнаты, где учился самостоятельно. Друг его отца увидев однажды, что мальчик рисует на очаге мелом какие-то линии и углы, спросил: «Зачем Вы разрешаете ребёнку тратить впустую время; почему бы не послать его в школу?» Джеймс Уатт-старший ответил: «Не судите его слишком быстро; прежде разберитесь, чем он занят». Оказалось, что он искал решение задачи Эвклида.

Будучи подростком, он увлекался астрономией, химическими опытами, научился всё делать своими руками, за что получил от окружающих звание «мастера на все руки». Отец подарил ему набор столярных инструментов, и Джеймс изготовлял модели механизмов и устройств, создаваемых отцом.

По достижении возраста окончания начальной школы Уатт поступил в гимназию. Там он изучает среди прочего латынь, продолжает совершенствовать знания в математике, где показывает большие успехи. Он много читает, и яркой особенностью его характера было то, что почти всё из прочитанного он пытался проверить на практике.

Образование[править | править код]

Когда Уатту исполнилось восемнадцать лет, у него умирает мать. Дела отца, как и его здоровье, пошатнулись, и Уатт был вынужден попытаться заботиться о себе сам. Было решено, что Джеймс займётся ремеслом, связанным с измерительными приборами. Поскольку в Шотландии обучиться такому занятию было проблематично, Уатт на год отправляется в Лондон. С большим трудом ему удаётся устроиться к некому Моргану, финансовые возможности позволяли ему оплатить лишь год обучения. Таким образом, он оказался в Лондоне на нелегальном положении, так как официально в ученики его не зачислили (настоящее ученичество требовало семи лет обучения). Уатт, не жалея себя, погружается в работу, отдавая ей все силы. Начав с изготовления обычных линеек и циркулей, он быстро переходит всё к более сложным инструментам. Скоро он в силах изготовить квадрант (англ. Quadrant), сектор (англ. Sector), теодолит. Он живёт впроголодь и почти не выходит из дому: для этого не было времени, так как он весь день работал на хозяина, а по вечерам и утрам ему приходилось делать работу на заказ, чтобы как-то иметь средства и на себя. Кроме того, поскольку он не имел официального статуса «ученика», он мог быть насильно завербован в военный флот или во флот Ост-Индской компании.

После окончания обучения, с ослабленным здоровьем, он возвращается в Шотландию, в Глазго, с намерением основать собственное дело. Он поселяется у своего дяди, Мюрхеда, и начинает заниматься созданием и починкой октантов, параллельных линеек (англ. Parallel rulers), барометров, частей для телескопов и прочих инструментов. Однако союз ремесленников Глазго запрещает Уатту заниматься его работой, так как он, по сути, не получил соответствующего обучения (англ. Apprenticeship) согласно цеховым порядкам, и это несмотря на то, что он был единственным мастером такой квалификации в Шотландии. Из безвыходного положения Уатта спасает случай. В университет Глазго поступает партия астрономических инструментов. Основа будущей обсерватории Макфарлейна (англ. Macfarlane Observatory), эти инструменты требовали чистки, установки, настройки. Через своего дядю, профессора восточных языков и латыни, Уатт был знаком с доктором Дикком, профессором естественных наук. Пользуясь его покровительством, Уатт получает работу по приведению инструментов в порядок. Для этого он создаёт при университете маленькую мастерскую. Его назначают мастером научных инструментов при университете, и с этого момента он, наконец, получает возможность трудиться без оглядок на средневековые законы, царившие в ремесленной сфере. В университете Уатт познакомился с химиком Джозефом Блэком. Эта встреча способствовала разработке ряда новых химических приборов, необходимых в дальнейших исследованиях Блэка.

« Когда я увидел в первый раз Джеймса Уатта, я обратился к нему, ожидая встретить не больше как техника, и, к удивлению своему, нашёл учёного, хотя такого же молодого, как и я сам… Я имел претензию считать себя специалистом в механике, но скоро вполне разочаровался в этом, убедившись, что Уатт далеко опередил меня… В его руках всё становилось началом научной работы, всё превращалось в науку… При его общепризнанном умственном превосходстве над сверстниками, в характере Уатта была какая-то удивительная наивная простота и открытость.Воспоминания профессора Робисона, бывшего студентом во времена работы Уатта в университете. »

В 1759 году Уатт вступает в партнёрство с архитектором и бизнесменом Джоном Крейгом. Вместе они организовывают производство различных инструментов, включая музыкальные и различные игрушки. Дело быстро набрало обороты, и Уатт впервые избавился от нужды. Большой спрос давал хороший доход, такой, что даже появилась возможность нанимать себе помощников. Парнёрство длилось шесть лет до смерти Крейга.

В 1763 году Уатт женится на кузине Маргарет (Пегги) Миллер. С ней он прожил до её смерти при родах в 1772. У них было пять детей, лишь двое из которых дожили до взрослых лет: Джеймс-младший (1769—1848) и Маргарет (1767—1796). Во второй раз он женился в 1777 году на Энн МакГрегор, с которой у него было двое детей: Грегори (1777—1804), который стал геологом и минерологом и Джэнет (1779—1794). Энн пережила своего мужа, она скончалась в 1832 году.

Изобретательство[править | править код]

» Машина Ньюкомена. » Машина Ньюкомена с конденсатором Уатта.

Ещё в 1759 году приятель Уатта Джон Робисон заинтересовал его вопросом использования пара как источника двигательной энергии. Паровая машина Ньюкомена существовала уже пятьдесят лет, находя применения большей частью для откачки воды из шахт, однако за всё это время она ни разу не была усовершенствована, и мало кто разбирался в принципе её работы. Уатт начинает исследования по применению пара с нуля, так как до этого ни разу не сталкивался с этим вопросом. Однако попытки создать рабочую модель аппарата ничем не заканчиваются. Ему удаётся соорудить лишь что-то вроде модели паровой машины Севери, используя котёл Папена. Однако модель обладала такими большими недостатками, что Уатт бросает разработки.

Зимой 1763 года к нему 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 цикле пар должен нагревать цилиндр, так как перед этим в цилиндр поступала холодная вода, чтобы сконденсировать часть пара для уменьшения давления. Таким образом, энергия пара тратилась на постоянный разогрев цилиндра, вместо того, чтобы быть преобразованной в механическую энергию.

»

Уатт проводит ряд опытов над кипением воды, изучает упругость водяных паров при различных температурах. Теоретические и опытные изыскания приводят его к пониманию важности скрытой теплоты. Опытным путём он устанавливает, что вода, превращённая в пар, может нагреть до кипения в шесть раз большее количество воды. Уатт приходит 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 (37.5 °C)». Уатту остаётся сделать один шаг до того, чтобы отделить «сгущение пара» от цилиндра и осуществлять его в отдельном сосуде. Однако на этот шаг у него уходит очень много времени. В 1765 году ему, наконец, приходит на ум догадка и начинаются попытки воплотить её в жизнь.

Первым значительным усовершенствованием, которое Уатт запатентовал в 1769 году, была изолированная камера для конденсации. В этот же год ему удаётся построить действующую модель, работающую по этому принципу. Однако создать полноразмерную машину не получалось. Уатту требовались капиталовложения. Некоторую помощь ему оказал Джозеф Блэк, а основная поддержка пришла от Джона Роубака (англ. John Roebuck), основателя легендарной Carron Company (англ. Carron Iron Works). Во время работы над усовершенствованием машины Уатт жил в поместье Роубака, в Киннейл Хаусе (англ. Kinneil House), в Бонессе (англ. Bo’ness). Основная сложность заключалась в том, чтобы заставить работать поршень и цилиндр. Металлопроизводство того времени было не способно обеспечить нужную точность изготовления.

Роубак терпит банкротство, и новым спонсором Уатта становится Мэттью Болтон, владелец литейного завода (англ. Soho Foundry) в Бирмингеме, где работали высокопрофессиональные литейщики. Проблема изготовления цилиндра большого диаметра и соответствующего поршня с необходимой точностью была решена Джоном Уилкинсоном, который разработал соответствующую технологию на заводе, выпускающем пушечные ядра (англ. Bersham Ironworks) в Рексеме, Северный Уэльс (англ. North Wales).

Попытки Уатта поставить свои изобретения на коммерческую основу не имели успеха до тех пор, пока он не вступил в деловые отношения с предпринимателем Мэттью Болтоном. Совместная компания «Boulton and Watt» (англ. Boulton and Watt) успешно действовала на протяжении двадцати пяти лет, в результате чего Уатт стал весьма состоятельным человеком.

Уатт изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году изобрёл машину двойного действия. Машина Ньюкомена была прежде всего машиной водоподъемной и применялась главным образом в горном деле. Между тем и для других отраслей быстроразвивающейся промышленности требовался механический двигатель. Уатт и поставил перед собой задачу: сделать паровую машину универсальным двигателем.

Для этой цели прежде всего было необходимо преобразовать качательное движение балансира в непрерывное вращение вала. Вот что он пишет по этому поводу в своем дневнике от 5 сентября 1779 года :

«Я мог бы устранить в огневой машине вращательное движение посредством кривошипов и они могли бы двигаться вперед и назад по желанию; не имеют колес, цепей, насадок; они дали бы лучшее использование пара, пропорционально требуемой силе…»

Уатт соорудил даже модель, работающую с помощью нового механизма — кривошипа.

Но он не торопился закрепить свое изобретение, и в следующем, 1780 году, патент на применение кривошипа к «огневой машине» взял инженер Пикар. Уатту пришлось придумывать новые способы решений той же задачи, чтобы обойти патент Пикара. В 1781 году Уатт поручил Болтону взять патент на целых пять «новых методов».

Все они были испытаны Болтоном. Первые четыре оказались мало пригодными. Практическое значение получил только пятый. Он пришел Уатту в голову уже после того, как первые четыре были посланы Болтону для взятия патента. Этот «пятый метод» носит название планетного движения.[3]

Вместе с более мелкими усовершенствованиями это изобретение позволило увеличить производительность паровой машины в четыре и более раз[4]. Кроме того, сама машина стала легко управляемой.

Судебные разбирательства по патентам[править | править код]

После того, как стали ясны все преимущества новой машины, появилось множество подделок зачастую весьма плохого качества. Доход от продаж мог быть весьма большим, и поэтому всякий, кто имел хоть какое-то представление, даже весьма малое, о машине Уатта, пытался сделать её самостоятельно в попытке заработать. Уатт и Болтон были вынуждены начать борьбу с подделками, так как это портило репутацию их фирме и, вдобавок, часть поддельных машин была просто опасна в эксплуатации. Судебные разбирательства отнимали много времени, издержки исчислялись тысячами, однако все их Уатту и Болтону удалось выиграть и отстоять свои права.

Старость[править | править код]

»
» Патент 1769 года.

Уатт был разносторонне одарён, легко изучал языки, много читал. Вальтер Скотт в предисловии к одному из своих романов выражает удивление разнородности познаний Уатта, которого он знал в последние годы его жизни.

На склоне лет Уатт много занимался придуманной им машиной для копирования скульптурных произведений. Сам изобретатель называл её эйдографом. Это механическое приспособление позволяло копировать барельефы, медальоны, статуи, бюсты, сосуды и прочие вещи самой сложной формы с высокой точностью. Работу над этой машиной Уатт начал ещё в конце XVIII века, но усовершенствовать её получилось у него лишь к концу жизни.

Скончался в возрасте 83 лет и был похоронен в приходской церкви (англ. St Mary’s Church) в Хэндсворте (англ. Handsworth). Вскорости в Вестминстерском аббатстве был воздвигнут величественный памятник Уатту, выполненный талантливым скульптором Френсисом Легатом Чантри. Впоследствии памятник был перемещён в Собор Святого Павла.

Имя Уатта носит колледж в Гриноке и мемориальная библиотека, основанию которой он способствовал.

В 1784 году Уатт был избран членом Королевского общества Эдинбурга. В 1787 году избирается членом философского общества (англ. Batavian Society) в Роттердаме. В 1806 году стал почётным доктором права университета Глазго. В 1814 году Французская академия избирает его членом-корреспондентом.

За несколько лет до смерти английское правительство решило отличить Уатта за заслуги перед родиной баронским титулом, однако он отклонил это предложение. Являлся членом Лунного общества — неофициального учёного общества видных деятелей британского Просвещения, включавшее промышленников, натурфилософов и интеллигенцию, заседания которого проводились между 1765 и 1813 в Бирмингеме.

В 1935 г. Международный астрономический союз присвоил имя Уатта кратеру на видимой стороне Луны.

29 мая 2009 года Банк Англии объявил, что будет выпущена банкнота в 50 £ с изображением Уатта и Болтона. На данный момент банкнота выпущена и находится в обращении.

В качестве единицы мощности Уатт в своё время предложил такую единицу, как «лошадиная сила». В 1882 году Британская ассоциация инженеров решила присвоить его фамилию единице мощности. Это был первый в истории техники случай присвоения имени собственного единице измерения.

Паровую машину изобрел англичанин. Движимые паром. История паровых машин.

Изобретение паровых машин стало переломным моментом в истории человечества. Где-то на рубеже XVII-XVIII веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и на совершенно новые и уникальные механизмы — паровые двигатели. Именно благодаря им стали возможны техническая и промышленная революции, да и весь прогресс человечества.

Но кто изобрел паровую машину? Кому человечество этим обязано? И когда это было? На все эти вопросы и постараемся найти ответы.

Еще до нашей эры

История создания паровой машины начинается еще в первых столетиях Герон Александрийский описал механизм, который начинал работать только тогда, когда на него воздействовал пар. Устройство представляло собой шар, на котором были закреплены сопла. Из сопел по касательной выходил пар, тем самым заставляя двигатель вращаться. Это было первое устройство, которое работало на пару.

Создатель паровой машины (а точнее, турбины) — Таги-аль-Диноме (арабский философ, инженер и астроном). Его изобретение стало широко известно в Египте в XVI веке. Механизм был устроен следующим образом: потоки пара направляли прямо на механизм с лопастями, и когда дым валил — лопасти вращались. Нечто подобное в 1629 году предлагал и итальянский инженер Джованни Бранка. Главным недостатком всех этих изобретений был слишком большой расход пара, что в свою очередь требовало огромных затрат энергии и не было целесообразно. Разработки были приостановлены, так как тогдашних научных и технических знаний человечества было недостаточно. Кроме того, надобность в таких изобретениях напрочь отсутствовала.

Разработки

До XVII века создание паровой машины было невозможно. Но как только планка уровня развития человечества взлетела, тут же появились и первые экземпляры и изобретения. Хотя серьезно их никто на тот момент не воспринял. Так, например, в 1663 году английский ученый опубликовал в прессе проект своего изобретения, которое он установил в замке Реглан. Его устройство служило для того, чтобы поднимать воду на стены башен. Однако, как и все новое и неизведанное, данный проект был принят с сомнением, и спонсоров для его дальнейших разработок не нашлось.

История создания паровой машины начинается с изобретения пароатмосферной машины. В 1681 году ученый из Франции изобрел устройство, которое откачивало воду из шахт. В качестве движущей силы в первое время применялся порох, а затем его заменили на водяной пар. Так появилась пароатмосферная машина. Огромный вклад в ее усовершенствование внесли ученые из Англии Томас Ньюкомен и Томас Северен. Неоценимую помощь также оказал русский изобретатель-самоучка Иван Ползунов.

Неудавшаяся попытка Папена

Пароатмосферная машина, далекая в то время от совершенства, привлекла особое внимание в судостроительной области. Д. Папен свои последние сбережения потратил на приобретение небольшого судна, на котором занялся установкой водоподъемной пароатмосферной машины собственного производства. Механизм действия заключался в том, чтобы, падая с высоты, вода начинала вращать колеса.

Свои испытания изобретатель проводил в 1707 году на реке Фульде. Много народу собралось, чтобы посмотреть на чудо: двигающееся по реке судно без парусов и весел. Однако во время испытаний произошла катастрофа: взорвался двигатель и погибли несколько человек. Власти разозлились на неудачливого изобретателя и запретили ему какие-либо работы и проекты. Судно конфисковали и разрушили, а через несколько лет скончался и сам Папен.

Ошибка

У парохода Папена был следующий принцип работы. На дно цилиндра необходимо было залить небольшое количество воды. Под самим цилиндром располагалась жаровня, которая служила для нагревания жидкости. Когда вода начинала кипеть, образующийся пар, расширяясь, поднимал поршень. Из пространства над поршнем через специально оборудованный клапан выталкивался воздух. После того как вода закипала и начинал валить пар, необходимо было убрать жаровню, закрыть клапан, чтобы удалить воздух, и при помощи прохладной воды охладить стенки цилиндра. Благодаря таким действиям пар, находившийся в цилиндре, конденсировался, под поршнем образовывалось разрежение, и благодаря силе атмосферного давления поршень вновь возвращался на свое первоначальное место. Во время его движения вниз и совершалась полезная работа. Однако КПД паровой машины Папена был отрицательным. Двигатель парохода был крайне неэкономичен. А главное, он был слишком сложным и неудобным в эксплуатации. Поэтому изобретение Папена не имело будущего уже с самого начала.

Последователи

Однако история создания паровой машины на этом не закончилась. Следующим, уже гораздо более удачливым, чем Папен, оказался английский ученый Томас Ньюкомен. Он долго изучал работы своих предшественников, делая упор на слабые места. И взяв самое лучшее из их работ, создал в 1712 году свой аппарат. Новая паровая машина (фото представлено) была сконструирована следующим образом: использовались цилиндр, находившийся в вертикальном положении, а также поршень. Это Ньюкомен взял из работ Папена. Однако пар образовывался уже в другом котле. Вокруг поршня закреплялась цельная кожа, что значительно повышало герметичность внутри парового цилиндра. Данная машина также была пароатмосферной (вода поднималась из шахты при помощи атмосферного давления). Главными минусами изобретения были его громоздкость и неэкономичность: машина «съедала» огромное количество угля. Однако пользы она приносила значительно больше, чем изобретение Папена. Поэтому ее почти пятьдесят лет применяли в подземельях и шахтах. Ее использовали для откачивания грунтовых вод, а также для осушки кораблей. Томас Ньюкомен пытался преобразовать свою машину так, чтобы была возможность применять ее для движения транспорта. Однако все его попытки не увенчались успехом.

Следующим ученым, заявившим о себе, стал Д. Хулл из Англии. В 1736 году он представил миру свое изобретение: пароатмосферную машину, у которой в качестве движителя были лопастные колеса. Его разработка оказал более удачной, чем у Папена. Сразу же было выпущено несколько таких суден. В основном они использовались для того, чтобы буксировать баржи, корабли и другие суда. Однако надежность пароатмосферной машины не вызывала доверия, и суда оборудовали парусами как основным движителем.

И хотя Хуллу повезло больше, чем Папену, его изобретения постепенно потеряли актуальность, и от них отказались. Все-таки у пароатмосферных маш

История паровых машин, часть первая / Техника / stD

Helene & Marie

Цикл статей о великолепных и могучих машинах, когда-то разогнавших локомотив прогресса.

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 приводимое в движение паром, описал Герон Александрийский в своём трактате «Pneumatica».

Геро́н Александри́йский — Великий механик, программист, шоумен и просто крутой мужикГерона относят к величайшим инженерам за всю историю человечества. Он первым изобрёл автоматические двери, автоматический театр кукол, автомат для продаж, скорострельный самозаряжающийся арбалет, 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.

Док. фильм «Технологии др. цивилизаций. Герон Александрийский»

Эолипил (шар Эола)

Пар поступающий по боковым трубкам из нижнего резервуара в полость шара, вырывался из дюз и заставлял его вращаться. «Pneumatica»

Рисунки из книги Эдварда Сомерсета (см. ниже) «The Century of Inventions» (1655).


Первая паровая турбина была изобретена в средневековом Египте турецким астрономом, физиком и инженером XVI века Такиюддином аль-Асади. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара направляемого на лопасти колеса.

Такиюддин Мухаммад ибн Маруф аш-Шами аль-АсадиВ 1574 году султан Османской империи Мурад III пригласил Такиюддина в Стамбул для постройки обсерватории. 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 «Древо высшего познания в Царстве вращающихся сфер»: астрономические таблица Царя царей [Мурад III] (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».
Согласно некоторым источникам той эпохи, метод Такиюддина для вычисления координат звёзд был более точным чем тот, что применялся Николаем Коперником и Браге Тихо.

Подробнее о Такиюддине аль-Асади

 Данная иллюстрация лишь описывает принцип.


Наш современник, историк и инженер Nicolas Garcia Tapia, в своей книге ‘JERONIMO DE AYANZ Y BEAUMONT’ пишет о том, что испанский изобретатель Йеронимо де Аянс в 1606 году построил паровое устройство для подъёма воды на высоту.

О де АянсеЙеронимо де Аянс был военным, художником, космографом, музыкантом и прежде всего изобретателем. (обладатель «привилегий на изобретения» (патент — по нынешнему) на 48 устройств, подписанный Филиппом III).
Занимался разработкой научных приборов, металлических роликов для ветряных мельниц, металлургических печей, водолазного колокола и гидрокостюма (2 августа 1602 года, он погружался в этом гидрокостюме в реку Писуэрга и пробыл под водой в течение часа), подводной лодки, а также арочных плотин, точных весов (в документах говорится о том, что он мог взвесить муху), дистиллятора, поршневых насосов и т.д.

Вот тут можно почитать…

Немного иллюстраций:

Водолаз.

Подводная лодка (в прямом смысле слова).

Рукопись принадлежат перу Йеронимо де Аянса.

Наглядное изображение машины де Аянса. Пар из котла (D) поступал через открытый кран в ёмкость (2) и выдавливал воду наверх. В то же время, ёмкость (1) наполнялась водой из ёмкости (В).После чего, открытые краны закрывались, закрытые наоборот открывались и теперь уже пар выдавливал воду из ёмкости (1), а ёмкость (2) наполнялась новой порцией воды. В котёл, воду доливали по мере надобности. Благодаря двум ёмкостям, (а не одной) достигалась равномерная работа.


В 1615 году Саломон де Косс в своём сочинении «Les Raisons des Forces Mouvantes avec Diverses Machines» описал машину основанную на упругости пара.

Саломон де КоссРаботал строителем при курфюрсте Фридрихе V в Хайдельберге. Построил часть Хайдельбергского замка и создал окружающие его парки «Hortus Palatinus». Кроме того, он разбил несколько садов в Англии, например, в Гринвич-парке (ныне разрушенном музее кораблестроениия), Уилтон-хаузе, дом Хатфильда и в Соммерсет-хаусе (последний также уничтожен), также некоторые сохранившиеся работы в Ричмонд-парке.
Работал инженером-гидротехником и архитектором у Людовика XIII. Он также спланировал сады в Сомерсет-хаус.

На некоторое время, де Косс был помёщён в приют Bicetre (для больных и сумасшедших) за то, что приставал к кардиналу со своими открытиями в области использвания силы пара.

В своих сочинениях, Саломон де Косс уделяет много внимания устроиствам работающим по принципу «водяных мельниц».

Вот тут можно почитать…

 де Косс в окружении своих устройств…

Из книги «Les Raisons des Forces Mouvantes avec Diverses Machines».

Шар стоящий на костре хорошо иллюстрирует идеи де Косса.

В книге «History and progress of the steam engine» говорится:

«Первые записи о паровых устройствах были сделаны Героном Александрийским в трактате „Pneumatica“. Следующие свидетельства использования паровой силы, появились лишь спустя много лет, в книге „Whirling Oelopile“ (Вращающийся Эолипил), напечатанной в Лейпциге, в 1597 году. До этого времени, невозможно точно сказать, кому принадлежат те или иные изобретения в области „паростроения“, так-как они носили скорее философско-развлекательный характер, нежели имели практическую пользу. Исходя из этого, читатели не должны удивлятся неясностям возникающим во время изучения истории паровых машин. Далее речь пойдёт о первых попытках предпринятых Саломоном де Коссом поставить паровой двигатель на службу человеку.»


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. Коллекция разработанных им схем и чертежей была издана отдельной книгой, ‘Le Machine’. В эту книгу вошли гравюры с описаниями на итальянском и латыни. Следует 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.

Иллюстрация из книги Джованни Бранка ‘Le Machine’.

Большая часть пара в таких устройствах рассеивалась в пустую.

Из книги «History and progress of the steam engine»:

Джованни Бранка применил кривошип для организации возвратно-поступательных движений.


В 1655 году, Эдвард Сомерсет собрал в своей книге «The Century of Inventions» описания более чем ста различных изобретений, в том числе и устройство для подъёма воды на определённую высоту.

В замке «Ragland» он сконструировал машину, которую назвал «Water-commanding engine». С её помощью вода под давлением пара поднималась на верхние этажи замка.

Ragland

До наших дней не сохранилось, ни каких-либо следов, ни рисунков этой машины. Однако проффесор Миллингтон, будучи редактором «The Century of Inventions» (книга переиздавалась много раз), предложил свой дизаин машины Сомерсета для объяснения приципа её работы.

На рисунке показана топка (f) с котлом (k), вмонтированным в кирпичную кладку.

В нижней части расположены ёмкости для воды погружённые в бассеин.

Когда ёмкости (t,r) пусты, то вода начинает проникать в них приподнимая клапана (u). Как только ёмкости (t,r) заполнятся, клапана (u) опускаются под собственным весом и закрывают ёмкости.

Когда вода в котле (k) закипит, открывают кран (z) и давление пара выталкивает воду из ёмкости (t) в сосуд (y) по трубе (x). Когда давление падает, кран (z) закрывают и вода вновь заполняет ёмкость (t). Клапан (а) не даёт воде полностью вытечь из трубы (х).

Пока вода заполняет ёмкость (t), все те же операции проделавают с краном (b) и ёмкостью ®.

Остаётся непонятным как заполняли водой котёл, но видимо просто доливали вручную.

Автор книги «History and progress of the steam engine» предлагает свой эскиз машины Сомерсета:

Здесь описан тот же принцип, что и на рисунке выше. Отличие заключается в способе подачи воды в ёмкости (c,b). И вода, и пар подавались в ёмкость с помощью одного крана.

И опять же, остаётся непонятным способ заполнения котла водой.

В 1663 году Сомерсет получил патент на «Water-commanding engine», сроком на 99 лет.

Существует предположение, что Сомерсет взаимствовал идею парового двигателя у Саломона де Косса, с которым познакомился во время посещения больницы «Bicetre».

Эдварда Сомерсета можно по праву считать одной из ключевых фигур в истории паровых машин.

Позже его идеи легли в основу изобретений Томаса Севери и Томаса Ньюкомена (см.ниже).

Конец первой части…

Часть вторая…

Паровозы…
Паровые автомобили…
Паровые подводные лодки…


Ранее эта статья публиковалась мной на geektimes.

Все права защищены © 2015 istarik.ru
Любое использование материалов допускается только с указанием активной ссылки на источник

Ответы@Mail.Ru: кто создатель паровой машины?

Настоящая история паровых машин начинается лишь в 17 веке. Одним из первых, кто создал действующий прообраз паровой машины, был Дени Папен. Паровая машина Папена, была фактически лишь набросками, моделью. Он так и не сумел создать настоящую паровую машину, которая могла бы использоваться на производстве. Но его труды не были забыты на тысячелетия как труды Герона. Все его идеи нашли применение в следующем поколении паровых машин.

Если точно установить, кто первым в истории техники создал паровую машину очень сложно, то вот кто первым запатентовал и применил на практике свою паровую машину известно достоверно. В 1698 году, Англичанин Томас Севери, зарегистрировал первый патент на устройство «для подъема воды и для получения движения всех видов производства при помощи движущей силы огня…» . Как видите описание патента очень расплывчато. В действительности, им был создан первый паровой насос. Единственное что он мог делать, поднимать воду. При этом КПД насоса был крайне низким, потребление угля было просто огромно. Поэтому основное применение насос получил на угольных шахтах. Им откачивали грунтовые воды.

В 1712 году, мир увидел паровую машину Томаса Ньюкомена. Паровая машина Ньюкомена вобрала в себя лучшие идеи из паровой машины Папена и парового насоса Севери. В ней для совершения движения применялся паровой цилиндр с поршнем как в паровой машине Папена. При этом пар получали отдельно, в паровом котле, как в паровом насосе Севери.

Несмотря на серьезный прорыв в создании паровых машин, свое основное распространение машина Ньюкомена получила только как привод для водяных насосов. Главные недостатки, паровой машины Ньюкомена заключались в ее огромных размерах и большом потреблении угля. Попытки применить ее для привода пароходов не увенчались успехом.

Более 50 лет паровая машина Ньюкомена оставалась неизменной. В 1763 году, Джеймсу Уатту, работавшему механиком в университете Глазго, предлагают починить паровую машину Ньюкомена. В процессе работы с машиной Ньюкомена, Уатт приходит к мысли, что неплохо бы ее усовершенствовать.

Во-первых, Уатт решает, что паровой цилиндр надо держать постоянно горячим. Так можно будет сократить расход угля. Для этого он создает конденсатор для охлаждения пара. Следующее, что он делает, изменяет принцип работы парового цилиндра. Если в паровой машине Ньюкомена рабочий ход машина свершала под действием атмосферного давления, то в паровой машине Уатта, поршень свершал рабочий ход под действием давления пара. Благодаря этому можно было увеличить давление в цилиндре и уменьшить размер паровой машины.

В 1773 году, Уатт, строит свою первую действующую паровую машину. А в 1774 году, совместно с промышленником Метью Болтоном, Уатт открывает компанию по производству паровых машин. Дела шли успешно и Болтон, просит Уатта создать паровую машину для своего нового листопрокатного завода.

В 1884 году, Уатт создает первую универсальную паровую машину. Ее основное назначение – привод промышленных станков. С этого момента, паровая машина перестает быть привязана к угольным шахтам. Ее начинают применять на заводах, устанавливать на пароходы, создавать поезда.

Именно паровая машина Уатта совершила технологический прорыв в технике. Она открыла новую эпоху в истории техники – эпоху паровых машин.

Ползунов И. И. (1728—1766) — изобретатель, создатель первой в России паровой машины и первого в мире двухцилиндрового парового двигателя.

Паровой автомобиль — это… Что такое Паровой автомобиль?

Паровой автомобиль (паромобиль) — автомобиль, использующий паровой двигатель (тепловой двигатель внешнего сгорания) вместо стандартного в наше время двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Такие автомобили существовали сравнительно долгое время, но из-за низкой эффективности парового двигателя большого распространения не получили и несмотря на усовершенствование двигателя в конце XIX-го начале XX-х веков были вытеснены автомобилями с ДВС в начале XX-го века.

История

Фердинанд Вербст (англ.)русск., член иезуитской общины в Китае (англ.)русск., построил первый автомобиль на паровом ходу около 1672 года как игрушку для китайского императора.

Паровой автомобиль Вербста

Автомобиль был небольшого размера и не мог везти водителя или пассажира, но, возможно, он был первым работающим паровым транспортом («автомобиль»). В 1680 Исаак Ньютон в одном из своих трудов по механике описал экипаж, который должен был двигаться за счет реактивной силы пара. Экипаж представлял из себя телегу, оснащённую паровым котлом с соплом, через которое с помощью клапана машинист мог стравливать пар, тем самым разгоняя телегу. Разумеется, это был лишь проект, и неизвестно, был ли он когда-либо реализован. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Севери в 1698 году. 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. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Паровые машины Ньюкомена получили широкое распространение: к 1735 году только в Англии их было более сотни. На русском языке описание насоса Севери появилось в 1738 году в книге академика Георга Вольфганга Крафта (1701—54) «Краткое руководство к познанию простых и сложных машин», а в 1760 году в книге Ивана Андреевича Шлаттера (1708—68) «Обстоятельное наставление рудному делу…» появилось и первое описание пароатмосферной машины Ньюкомена. Это описание судя по всему было основано на материале из сочинений Лейпольда (Jacob Leupold, 1674—1727), либо же Белидора (Bernard Forest de Bélidor, 1698—1761), где была описана машина, установленная в 1721—24 годах англичанином Поттером на рудниках в Восточной Пруссии.

Джеймс Уатт усовершенствовал паровую машину Ньюкомена. Первым значительным усовершенствованием, которое Уатт запатентовал в 1769 году, была изолированная камера для конденсации. Он изолировал паровой цилиндр, а в 1782 году он изобрёл машину двойного действия. Вместе с более мелкими усовершенствованиями это изобретение позволило увеличить производительность паровой машины более чем в четыре раза[1]. Кроме того, машина стала значительно проще в управлении.

Карл Маркс в своём труде «Капитал» так описал значимость этого изобретения:

« Только с изобретением второй машины Уатта, так называемой паровой машины двойного действия, был найден первичный двигатель … который подвижен и сам является средством передвижения, … универсальный по своему техническому применению … Великий гений Уатта обнаруживается в том, что в патенте, который он получил в апреле 1784 г., его паровая машина представлена не как изобретение лишь для особых целей, но как универсальный двигатель крупной промышленности. »

XVIII век

В 1769 году французский изобретатель Кюньо испытал первый образец полноразмерной машины с паровым двигателем[2] (усовершенствованная машина Ньюкомена), известный как «малая телега Кюньо», а в 1770 году — «большую телегу Кюньо». Сам изобретатель назвал её «Огненная телега» — она предназначалась для буксировки артиллерийских орудий. «Тележку Кюньо» считают предшественницей не только автомобиля, но и паровоза, поскольку она приводилась в движение силой пара. Паровая телега Кюньо (fardier à vapeur de Cugnot) имела привод на единственное переднее колесо. Однако, судя по всему, управляемость её была неважной, что и послужило причиной первой в мире автомобильной аварии: на испытаниях изобретатель не справился с управлением, и чудо техники XVIII века снесло стену Арсенала. Правда, некоторые авторы[3] ставят факт аварии под сомнение

Oliver Evans - Steam carriage.jpg

Oliver Evans - Steam carriage.jpg

Первый автомобиль изобретателя Никола-Жозефа Кюньо (Fardier de Cugnot)

К 1784 году в Редруте (англ.)русск. Уильям Мэрдок (англ.)русск. построил работающую модель паровой кареты, а в 1801 году Ричард Тревитик ездил на полноразмерной машине по дорогам Камборна (англ.)русск.. Такие машины какое-то время были в моде и на протяжении следующих десятилетий были разработаны такие новшества как ручной тормоз, многоступенчатая трансмиссия и улучшенное рулевое управление. Некоторые были коммерчески успешны в обеспечении общественного транспорта, пока общественное сопротивление против этих слишком быстрых машин не повлекло принятие в 1865 году закона «англ. Locomotive Act», требующего, чтобы на общественных дорогах Великобритании перед самоходными машинами шёл человек, размахивающий красным флагом и дующий в сигнальную дудку. Это решительно подавило развитие дорожного автотранспорта практически на всю оставшуюся часть XIX века. В итоге усилия инженеров и изобретателей были брошены на железнодорожные локомотивы. Закон не отменялся вплоть до 1896 года, хотя необходимость в красном флаге была устранена в 1878 году.

В 1791 году русским изобретателем Иваном Кулибиным была изготовлена «самокатная повозка». Иван Кулибин начал работу над каретой с паровым двигателем и педалями в 1780-х . В числе его особенностей маховик, тормоз, коробка передач и подшипник, из которых состоит любой современный автомобиль. Его конструкция имела три колеса. К сожалению, как и со многими другими его изобретениями, государство не видело потенциала этих разработок и они не получили дальнейшего развития.

Первый патент на автомобиль в Соединённых штатах был предоставлен Оливеру Эвансу (англ.)русск. в 1789 году. Эванс демонстрировал его первую успешную самоходную машину, которая была не только первым автомобилем в США, но также и первой машиной-амфибией, так как была способна путешествовать на колёсах по земле и посредством лопастей на воде.

Oliver Evans - Steam carriage.jpg

1831 satire on steam coaches

XIX век

Oliver Evans - Steam carriage.jpg

В 1802 году английский конструктор Ричард Тревитик сделал паровой автомобиль. Экипаж двигался с грохотом и чадом, пугая пешеходов. Его скорость достигла 10 км/ч. Чтобы получить такую скорость движения, Тревитик сделал огромные ведущие колёса, которые были хорошим подспорьем на плохих дорогах.

В XIX веке дилижансы на паровой тяге и рутьеры (паровые тягачи, то есть безрельсовые паровозы) для обычных дорог строились в Англии, Франции и применялись в ряде европейских стран, включая Россию, однако они были тяжёлыми, прожорливыми и неудобными, поэтому широкого распространения не получили. Среди других работ паровая машина на жидком топливе, собранная в 1815 году профессором Пражского политехникума Йозеф Божеком (англ.)русск. и четырёхместный паровой фаэтон, сделанный в 1813 году Уолтером Хэнкок (англ.)русск., разработчиком и оператором паровых автобусов Лондона.

В конце XIX века ЭСБЕ так описала ситуацию с паровыми автомобилями:

« Идея самодвижущейся повозки появилась одновременно с идеей паровой машины. Первое и неудачное осуществление этой идеи принадлежит французскому артиллеристу Кюньо (1769 г., см. соотв. статью). В 1781 г. Мурдок (Murdock), один из мастеров на заводе Уатта и Больтона, сделал вполне удачную модель самодвижущейся дорожной паровой машины. Вслед за этим в Англии стали появляться один за другим многие, более или менее удачные дорожные паровозы. В 1802 г. Тревитик первый получил патент на такую машину, которая много раз ездила, со скоростью до 10 миль в час, пока не наехала на палисад, вследствие чего дальнейшая езда была запрещена (см. соотв. статью). После него сделаны были значительные усовершенствования; однако, в то же время как паровозы на железных дорогах получали все большее и большее распространение, дорожные паровозы сочувствия не вызвали; к 1831 г. на них наложили большие стеснения и пошлины за пользование общественными дорогами, так что предприятия этого рода стали безвыгодными и не могли больше прогрессировать. С этого времени почти до конца XIX стол. английские конструкторы оставили легкие, быстроходные дорожные паровозы и занялись преимущественно усовершенствованием тихоходных самодвижущихся сельскохозяйственных локомобилей, способных перевозить и тяжести по обыкновенным дорогам, даже с довольно большою скоростью. Тем временем были сделаны два изобретения, оказавшие впоследствии весьма важное влияние на развитие легких дорожных самодвижущихся повозок-автомобилей: в 1845 г. W. R. Thomson взял патент на каучуковые шины, а в 1860 г. Ленуар устроил первый газовый двигатель. Затем появились двигатели бензиновые, керосиновые и электрические, приводимые в действие аккумуляторами. Все эти двигатели легче обыкновенных паровых при той же силе и поэтому особенно пригодны для самодвижущихся повозок, так же как и паровые с трубчатыми котлами Серполе. Все это заставило изобретателей и конструкторов снова обратить свое внимание на самодвижущиеся повозки, получившие теперь общее название «автомобили», но на этот раз центрами производства оказались Франция и Германия. »
  • Tractors de vapor.jpg

  • Tractors de vapor.jpg

    Трицикл изобретателя Серполле (Serpollet)

  • Tractors de vapor.jpg

    Мотор изобретателя Серполле

По мере увеличения количество парового транспорта на дорогах английское правительство стало издавать очень строгие правила для паровых дилижансов. Первое правило: Впереди каждого парового дилижанса, на расстоянии пятидесяти пяти метров, должен идти человек с красным флагом. При встрече с каретами или всадниками он должен предупреждать путников о том, что за ним следует паровик.

Tractors de vapor.jpg

Amédée Bollée 1875. Паровой дилижанс развивал скорость до 60км/час.

Второе правило:

Машинистам строго воспрещается пугать лошадей свистками. Выпускать пар из машин разрешается только в случае отсутствия на дороге лошадей.

Tractors de vapor.jpg

Stanley steam

Третье правило:

Скорость движения паровика не должна превышать в деревне шести километров в час, а в городе — трех километров.

[4]в 1850 году английский изобретатель Уильям Говард использовал для пахоты локомобиль. Во второй половине XIX века на полях Великобритании работало уже около двух тысяч таких машин.

Были отдельные случаи построения легковых автомобилей как предметов роскоши. Так, в историю вошёл La Marquise (официальное название — De Dion-Bouton et Trepardoux), построенный в 1884 году и работавший на паровой тяге.

Появление лёгкого, компактного и достаточно мощного двигателя внутреннего сгорания открыло широкие возможности для развития автомобиля. В 1885 году немецкий изобретатель Г. Даймлер, а в 1886 году его соотечественник К. Бенц изготовили и запатентовали первые самодвижущиеся экипажи с бензиновыми двигателями. Однако Несмотря на устаревание парового двигателя конструкторы ранних автомобилей все таки продолжали работать в направлении на продолжении ещё нескольких десятелетий

Tractors de vapor.jpg

La Marquise 1884

XX век

В первой четверти XX века автомобили с паровой машиной и электромобили получили широкое распространение. В 1900 году примерно половина автомобилей в США была на паровом ходу. Паровые, электрические и бензиновые автомобили конкурировали десятилетия, пока в 1910-х бензиновые двигатели внутреннего сгорания не стали доминирующими. (особенно, когда Форд наладил массовое производство знаменитой «модели Т», выпускавшейся с 1908-го года). Однако в 1920-е годы популярность паровых машин поднялась из за роста цен на бензин по сравнению с керосином и мазутом, на которые тогда был небольшой спрос, и, поскольку безин стоил в несколько раз дороже вышеупомянутых видов топлива, многие коммерческие операторы грузовых машим предпочитали использовать паровые машины, работающие на жидком топливе, тем более, что это упрощало их эксплуатацию.

Tractors de vapor.jpg

1911. Радиатор играет роль парового конденсатора, что позволяет машине работать с ограниченным запасом воды, используя лишь несколько литров воды на 100 км пробега

Братья Стэнли производили около 1000 автомобилей на паровом ходу в год. В 1909 году братья открыли первую в Колорадо гостиницу люкс-класса, от железнодорожной станции до гостиницы гостей возил паровой автобус, что стало фактическим началом автомобильного туризма. Фирма Stanley выпускала автомобили на паровом ходу до 1927 года. Несмотря на ряд достоинств (хорошая тяга, многотопливность) паровые автомобили сошли со сцены к 1930-м из-за своей неэкономичности и сложностей при эксплуатации. Дольше всего промышленность выпускала паровые грузовики — до 1960—х гг. Весьма активно паровики использовались фермерами США и Великобритании: насчитывается 6 типов сельскохозяйственной паровой техники, работавших на фермах до 1950-х гг[5].

В Великобритании паровые грузовики были особенно популярны до 1933 года, когда законодатели ввели налог на грузовой транспорт, основанный на массе машины, что поставило тяжёлые паровые грузовики в невыгодное положение по сравнению с карбюраторными машинами и, с другой стороны, в 1934 уменьшили тарифы на импортные нефтепродукты (в то время когда паровые грузовики «Сентинел» работали на недорогом местном угле). Энтузиасты паровых автомобилей склонны объяснять это как результат политического давления со стороны США, которые в то время являлись главным экспортёром нефтепродуктов. Однако несмотря на это паровые грузовики использовались там до 1950-х годов и многие из них продолжают работать и по сей день в качестве туристских автобусов и музейных экспонатов на ходу.

Советские проекты

в 1948 году был построен опытный НАМИ-012 на шасси семитонного ЯАЗ-200 (позже МАЗ-200). Характеристики трехцилиндровой паровой машины были вполне привычными: мощность — 100 л.с., обороты — до 1250 в минуту. А габариты и масса получились даже меньше, чем у дизеля с коробкой передач. Правда, эту экономию сводил на нет тяжеленный (около тонны) «котлоагрегат».

Рекорды скорости

Tractors de vapor.jpg

A Stanley Steamer in 1903 setting a record mile at the Daytona Beach Road Course

В 1906 году паровой автомобиль фирмы Stanley установил рекорд скорости — 203 км/ч. Модель 1907 года проезжала на одной заправке водой 50 миль. Необходимое для движения давление пара достигалось за 10-15 минут от запуска машины. Это были любимые машины полицейских и пожарных Новой Англии. 14 мая 1913 года в гонках по Санкт-Петербургу, на Волхонском шоссе, преодолена скорость 202,1 км/ч. Русская автогонщица Римская-Корсакова разогнала автомобиль до 110 км/ч.[6]

Самая высокая скорость для паровых автомобилей была достигнута в августе 2009 года болидом, разработанным группой британских инженеров. Средняя максимальная скорость нового болида в двух заездах составила 139,843 мили в час, или 223,748 километра в час. В первом заезде болид развил скорость 136,103 мили в час (217,7 километра в час), а во втором — 151,085 мили в час (241,7 километра в час). Паровой автомобиль оснащен 12 котлами, в которых вода нагревается за счет сгорания природного газа. Из котлов пар под давлением, со скоростью в два раза превышающей скорость звука, подается в турбину. В минуту в котлах испаряется около 40 литров воды. Общая мощность силовой установки составляет 360 лошадиных сил.[7]

Преимущества паровых автомобилей

Tractors de vapor.jpg

Упрощённая схема паровой машины с тройным расширением.
Пар высокого давления (красный цвет) от котла проходит через машину, выходя в конденсатор при низком давлении (голубой цвет).

Tractors de vapor.jpg

  • «Всеядность» двигателя — Как и для локомотивов, основным преимуществом паровых автомобилей является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива. Подобными свойствами также обладают другие типы двигателей внешнего сгорания, такие как двигатель Стирлинга, которые могут обеспечить весьма высокую эффективность, но имеют существенно большие вес и размеры, чем современные типы паровых двигателей. Как все двигатели внешнего сгорания (вернее — внешнего подвода тепла), двигатель может работать от почти любого перепада температур, угольной или дровяной печи и т. д.
  • Простота конструкции — конструкция двигателя очень проста, он не требует дополнительных систем, таких как газораспределительный механизм. Он запускается самостоятельно и не нуждается в стартере. Его характеристики позволяют избавиться от коробки передач.
  • Увеличенный ресурс — простота конструкции, отсутствие многих «нежных» агрегатов позволяет обеспечить небывалый для других двигателей ресурс в десятки и сотни тысяч часов непрерывной работы.
  • Экономичность — Современные тепловые машины на пару иногда дают больший КПД, чем даже карбюраторные машины (до 34 %),
  • Бесшумность двигателя — тепловые машины на пару не имеют выхлопа, а значит машина не шумит.
  • Экологичность — сам по себе двигатель не имеет каких-то частей или процессов, которые могут способствовать загрязнению окружающей среды. Он не расходует рабочее тело. Экологичность двигателя обусловлена прежде всего экологичностью источника тепла. Стоит также отметить, что обеспечить полноту сгорания топлива в двигателе внешнего сгорания проще, чем в двигателе внутреннего сгорания.
  • Одним из главных преимуществ широкого использования двигателей внешнего сгорания является ослабление зависимости экономики стран импортеров нефтепродуктов от непредсказуемости действий иностранных поставщиков жидкого топлива.

В США военной Совещательной комиссией Центра консультативного анализа Морского Флота было определено, что

«Наша зависимость от иностранной нефти сокращает наше международное влияние, приводит к военному вмешательству в опасных регионах мира, финансирует те страны и лиц, которые хотят причинить нам вред, и ослабляет нашу экономику, наша зависимость и неэффективное использования нефтепродуктов также подвергает опасности наши войска»

[8]

Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.

В Швейцарии (Brienz Rothhorn) и в Австрии (Schafberg Bahn) новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Этот тип паровоза был разработан на основе моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) 1930-х годов со множеством современных усовершенствований: использования роликовых подшипников, современной теплоизоляции, сжигания в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенных паропроводов, и т. д. В результате такие паровозы имеют на 60 % меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию. Экономические качества таких паровозов сравнимы с современными дизельными и электрическими локомотивами. Паровой двигатель, выпускающий пар в атмосферу, будет иметь практический КПД (включая котёл) от 1 до 8 %, однако двигатель с конденсатором и расширением проточной части может улучшить КПД до 25 % и даже более. Тепловая электростанция с пароперегревателем и регенеративным водоподогревом может достичь КПД 30 — 42 %. Парогазовые установки с комбинированным циклом, в которых энергия топлива вначале используется для привода газовой турбины, а затем для паровой турбины, могут достигать коэффициента полезного действия 50 — 60 %. Несмотря на то, что на данный момент парогазовый цикл используется на крупных энергетических объектах, в компании BMW сделали предположение о возможности использования его в автомобилях. Предполагается использовать выхлопные газы автомобиля для работы небольшой паровой турбины.[9]. Одной из наиболее современных разработок в этом направлении является британский радиальный паровой двигатель «Циклон Марк 5» (Cyclone Mark V Steam Engine) использованный для установления мирового рекорда скорости в 2009 году — при весе в 152 кг он развивает 100 л.с. и имеет КПД в 34 %. Разработчики указывают на такие преимущества как надежность, чистота выхлопа из-за плавности горения топлива, простота и дешевизна производства по сравнению с дизельным двигателем той же мощности.[10]

Во многих отраслях промышленности (Угольная, торфодобывающая, сельскохозяйственная) существует ситуация когда дешевое, низкокачественное, твердое топливо используется для различных хозяственных нужд, таких как отопление, сушка сырья и тому подобное. Только в США количество биомассы которую потенциально можно использовать в качестве автомобильного топлива достигает миллиарда тонн в год, однако в настояший момент правительственные программы по большей части направленны на разработку технологии производства жидкого синтетического топлива из биомассы (а именно этанола и биодизеля), что по большей части приводит к расходу средств на государственные субсидии и подорожанию продовольствия, в то время когда использования синтетического твердого топлива (опилочных гранул) ограниченно по большей части лишь отоплением. В Индии ежегодно выращивается около 80 миллионов тонн бамбука. Правительство Индии учредило Национальную Миссию Бамбуковых Приложений (NMBA). С 1996 по 2006 годы в Индии была построена 101 электростанция, работающая на биомассе, суммарной мощностью 750 МВт. Всего в Индии ежегодно выращивается более 540 миллионов тонн различных растений, большая часть которых в настоящее время не утилизируется. Багасса сахарного тростника используется в Бразилии в качестве топлива на электростанциях. В 2000 году в Бразилии было производено около 50 миллионов тонн багассы. В 2001 году в Бразилии на багассе работали электростанции суммарной мощностью 1350 МВт.

В условиях резкого повышения цен на нефтепродукты и возникшей ножнице цен между жидким и твердым топливом эти отрасли могут быть заинтересованны в разработке современных экономичных паровых машин[11][12], как для производства электроэнергии для своих нужд, так и для использования их в качестве двигателей, возможно в гибридных двигателях[13]. Однако в настоящее время культура эскплуатации паровых двигателей по большей части уже давно утерянна и производители паровых машин давно перешли на производство ДВС. Так что скорого возникновения на рынке современных компактных паровых машин ожидать не приходится.

Tractors de vapor.jpg

Цены на нефть с 1861 по 2007 годы, в долларах 2007 года

Паровой автомобиль в искусстве

Иллюстрация 1880 г. к роману «Паровой дом»

Хотя паровые автомобили давно уже существовали ко времени написания романа Жюля Верна «Паровой дом»[14] в 1880 году, механические слоны, использовавшие для передвижения энергию пара были первыми шагоходами в литературе и послужили прототипом знаменитым имперским ходячим боевым машинам из миров «звездных войн» (шагающие боевые роботы AT-AT).

Галерея

  • Tractors de vapor.jpg

    Паровой тягач в 1913 году

  • 5-ти тонный автомобиль английской фирмы Сентинел (Sentinel 1924-1935). Топка установленна перед шофером, который также является кочегаром

  • Tractors de vapor.jpg

    Паровой грузовик Сентинел модели VBT 1933 года был технически более совершенен и имел автоматическую топку тем самым не отвлекая шофера от управления машиной.

  • Компаундный двухцилиндровый двигатель «Stanley Steam» двойного расширения не нуждался в трансмисии и был подключен напрямую к оси машины. Мощность 6 л.с.

  • Tractors de vapor.jpg

    Stanley Steamer Серии 740 в 1924.

  • Tractors de vapor.jpg

    White touring car (1909). Имел паровой двигатель совершенной конструкции использовавший перегретый пар

  • Tractors de vapor.jpg

См. также

Литература

Видео

Примечания

История изобретения парового двигателя

Способность пара производить механическую работу давно известна человеку. Начиная с глубокой древности, появляется целый ряд механизмов, основанных на использовании силы пара. Известно, что еще Леонардо да Винчи оставил описание паровой машины, которая, по его словам, была изобретена Архимедом.

Большое значение имело творчество французского физика Дени Папена, изобретателя парового котла и предохранительного клапана. Он первым в 1690 г. правильно описал пароатмосферный цикл, в котором использовалось атмосферное давление.

Сущность пароатмосферного цикла заключалась в следующем. В цилиндр наливалась вода, до уровня которой опускался поршень. Подогревая воду, получали пар, поднимавший поршень до верхнего положения. Затем упоркой заклинивался шток, огонь убирался, и цилиндр поливался водой. В результате создавались конденсация пара и безвоздушное пространство. Когда убиралась упорка, то поршень под давлением атмосферы опускался, что и позволяло поднимать груз на определенную высоту.

Первый универсальный тепловой двигатель был изобретен в России в 60‑х годах XVIII в. выдающимся русским теплотехником Иваном Ивановичем Ползуновым.

В результате своих исследований И. И. Ползунов в 1763 г. разработал проект создания «огнедействующей машины для заводских нужд». Он предполагал построить двухцилиндровую пароатмосферную машину. По проекту Ползунова пар из котла подавался в один цилиндр, где поднимал поршень до крайнего верхнего положения. Затем из резервуара в цилиндр впрыскивалась струя холодной воды, что приводило к конденсации пара. В результате давления атмосферы на поршень он опускался, в то время как во втором цилиндре в результате давления пара поршень поднимался. Водо– и парораспределение в машине Ползунова осуществлялось специальным автоматическим устройством. Непрерывное рабочее усилие от поршней машины передавалось на шкив, насаженный на вал, с которого движение передавалось водо‑парораспределительному устройству, питательному насосу, а также рабочему валу, от которого приводились в движение воздуходувные меха.

И. И. Ползунов уже в первом проекте паровой машины, созданном в 1763 г., четко сформулировал задачу создания именно универсального теплового двигателя.

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

Проведя целый ряд глубоких исследований и опытов, Уатт наконец разрешил эту сложную техническую задачу: он предложил производить конденсацию пара в отдельном резервуаре‑конденсаторе, сообщающемся с цилиндром. Изобретение конденсатора – важнейшее изобретение Уатта на первом этапе работы над паровой машиной.

Патент на него Уатт получил в 1769 г. В заявке на патент он определил свое изобретение как «новый метод уменьшения расхода пара, а следовательно, и топлива в огненных машинах».

Первая машина Уатта значительно удешевила получение механической энергии преимущественно для нужд горной промышленности.

С 1778 г. Уатт начинает разрабатывать машину с непрерывным вращательным движением. В результате была создана машина двойного действия, которая и стала универсальным тепловым двигателем. Патент на эту машину он получил в 1784 году.

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

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

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *