История паровых машин

Паровой двигатель

Рубрики Все статьи,Повседневные предметы,Физика, автор Админ — Янв 26, 2012

Паровые двигатели были первыми двигателями массового применения. Они были изобретены в 1705 году Томасом Ньюкоменом. В 1769 году паровой двигатель был значительно модернизирован Джеймсом Ваттом, тем самым ученым, именем которого названа единица мощности. Паровые двигатели были источником движущей силы для первых локомотивов и паровых кораблей, а также применялись на многочисленных фабриках и заводов, что было одним из толчков промышленной революции.

Рассмотрим принцип действия парового двигателя на примере паровоза. Сердцем парового двигателя является топка (1). Именно она генерирует пар для его работы. Обычна топка представляет собой толстостенный чугунный цилиндр или прямоугольник с отверстиями для добавления топлива, а также отведения дыма и удаления золы. Классическим топливом для парового двигателя служит уголь, реже используются дрова.

Главная задача топки заключается в нагреве воды (2) в котле. Как известно, разогретая вода превращается в пар. При этом ее объем увеличивается. Так как паровой котел герметичен, то давление в нем растет. С помощью специальных клапанов (3) разогретый пар под большим давлением подается в расширительную камеру за цилиндром (4). Создаваемая поступательная энергия передается с помощью системы рычагов и шарниров (5) на ведущие колеса локомотива. В результате вращения колес, паровоз приводится в движение (6). С помощью клапанов, под действием возвратного движения поршня, из-за инерции вращения колес, пар выпускается через вертикальную трубу (7). После этого цикл повторяется, и пар снова впускается в расширительную камеру за цилиндром.

Паровой двигатель также широко применялся на пароходах, где он вращал гребные винты. Также существовали четырехколесные трактора приводимые силой пара. Кроме транспортных средств, паровой двигатель применялся на мельницах для вращения жерновов, на водокачках в водяных насосах, на мануфактурах в ткацких станках и многих других производствах.

Главным недостатком парового двигателя является его очень низкий КПД – до 10%. Это происходит из-за того, что большая часть энергии топлива улетает в трубу в буквальном смысле в виде тепла. Кроме того, паровые двигатели очень громоздкие и требуют частого трудоемкого обслуживания. Поэтому в начале ХХ века паровые двигатели были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, работающие на дизельном топливе и бензине.

Теги: двигатель, движение, пар, паровой, топка, топливо, энергия

Янв1

Сокращая расходы на топливо

Решение,
предложенное Уаттом, заключалось в следующем: надо добавить второй
цилиндр, называемый теплообменником, и соединить его с первым.
Отработанный пар будет конденсироваться в теплообменнике, а первый
цилиндр будет все время оставаться горячим — это сэкономит количество
потребляемого топлива. На деле оказалось, что двигатель Уатта расходует
лишь четверть того количества топлива, которое требовалось раньше.

Джеймс
Уатт был ученым и изобретателем, а не бизнесменом. Если бы не Мэтью
Болтон, замыслы Уатта так бы и остались в чертежах. Появившийся на свет
при финансовой поддержке Болтона теплообменник был только первым
вкладом Уатта в конструкцию паровой машины, за которым последовали
другие. Промышленная революция свела вместе изобретателей, у которых
были интересные идеи, и деловых людей, у которых были капиталы, чтобы
воплотить эти идеи в конкретные дела, приносящие доход.

Его
идеи не сразу принесли ему славу и богатство. Подобно многим другим
изобретателям, Уатт не мог найти денег, чтобы воплотить свои замыслы в
жизнь. Прошло двенадцать лет, прежде чем был продан первый из его
двигателей. В 1776 году Уатт стал партнером бирмингемского
промышленника Мэтью Болтона (1728—1809), и Болтон помог ему наладить
производство паровых машин.

И это было только начало.
Уатт продолжал улучшать и совершенствовать механизм и наконец изобрел
способ преобразовывать поступательное движение поршня во вращательное.

ФАКТЫ И СОБЫТИЯ

• Первым
  паровым двигателем, использовавшимся в промышленности, был «Друг
  горняка». Он был запатентован в 1698 году Томасом Сэвери, горным
  инженером из Корнуолла.
• Когда Джеймс Уатт строил
  модель своего первого двигателя, он очень торопился. Не найдя
  необходимой детали, он взял у жены наперсток, чтобы закрыть им конец
  трубы.
• До своей встречи с Болтоном Уатт настолько
  потерял веру в успех, что отказался от идеи создания паровой машины и
  четыре года работал на строительстве каналов в Шотландии.
• Заслуги
  Уатта не ограничиваются тем, что он усовершенствовал паровую машину. Он
  изобрел способ копирования документов, основанный на химических
  процессах, который широко использовался на протяжении последующих ста
  пет.
• В 1784 году Уатт провел в свою контору трубы
  из котельной и пустил по ним горячий пар. Таким образом пар был впервые
  использован для центрального отопления.
• В 1789 году
  Уатт изобрел регулятор- устройство, позволяющее контролировать скорость
  работы паровой машины. Это позволило поддерживать постоянную скорость,
  не зависящую от температуры котла, и облегчило работу.
• В XIX веке в честь Джеймса Уатта была названа единица мощности — ватт.

Век пара

К
середине XIX столетия всю промышленность «двигал пар». Теперь все, от
тканей до пушек, производили с помощью паровых машин. Паровозы тянули
поезда; даже оборудование для строительства железных дорог оснащалось
паровыми двигателями. И на море парус постепенно сдавал свои позиции
паровой машине.

Однако промышленная революция заключалась
не только в изменении технологии производства, хотя это и было важно.
Строительство новых машин и фабрик требовало денег, которые надо было
заплатить задолго до того, как фабрики начнут приносить прибыль. Точно
так же, как Уатту для финансовой поддержки его замыслов был нужен
Болтон, для успеха промышленной революции нужны были богатые люди,
готовые вложить свои деньги в дело

Промышленная революция стала
также революцией капиталистической. Начали основываться компании, банки
поспешили вкладывать деньги в промышленность, появились деловые люди,
зарабатывающие на жизнь тем, что сводили вместе научные идеи и капиталы.

Французский
военный инженер Жозеф Кюньо построил повозку, приводимую в движение
паром, около 1771 года. Она могла ехать со скоростью 3,6 км/ч и при
этом везти четырех человек.

Победители и проигравшие

А
что же стало с простыми людьми, которые не были ни изобретателями, ни
банкирами, ни капиталистами? Паровой двигатель изменил жизнь многих из
них. В XVIII веке ткани, например, производились в небольших мастерских
на оборудовании, приводившемся в движение вручную. Очень часто в
мастерской работала одна семья. На новых фабриках ткани стали делать на
станках, работающих от парового двигателя. Работа была несложная и не
требовала большого умения, поэтому рабочих-мужчин заменили женщины и
даже дети.

Появилось много новых рабочих мест, но труд на
фабриках был изматывающим и монотонным. Люди начали стекаться в большие
промышленные города, где им приходилось жить в ужасной тесноте и дышать
отравленным воздухом, потому что фабричные трубы изрыгали тучи дыма и
копоти. В то же время промышленности требовалось все больше и больше
угля, шахтерам приходилось опускаться все глубже под землю, и их труд
становился все опаснее.

На смену пару

Эпоха
паровых машин закончилась в 50-х годах нашего века. Она длилась больше
150 лет. Сегодня промышленность работает на электричестве. Больше нет
пароходов, а топливом для машин и поездов служит нефть. Но огромные
изменения, происшедшие за последние два века, были начаты Джеймсом
Уаттом и его паровым двигателем.

Не все эти изменения
были к лучшему. Соперничество между промышленными державами привело в
XX веке к двум мировым войнам. До сих пор существует гигантская
пропасть между промышленно развитыми странами и остальным миром.
Миллионы людей, работающих на фабриках, хотели бы иметь возможность
зарабатывать себе на жизнь как-нибудь по-другому. Когда Джеймс Уатт
усовершенствовал двигатель Ньюкомена, он положил начало тем изменениям,
что неузнаваемо преобразили облик мира.

История изобретения паровой машины

Основной принцип действия любой паровой машины заключается в том, что энергия горячего пара преобразуется в механическую энергию, которая может быть:

• возвратно-поступательной;
• вращательной.

А полученная механическая энергия может уже использоваться для полезных целей. Принцип работы паровой машины был понятен ещё древним грекам, но в тёмные века люди о нём прочно забыли. Вновь интерес к этой проблеме возродился только в 17-м веке. Итальянец Джованни Бранка в 1629 году предложил модель собственной паровой турбины. Но из-за недопустимо больших потерь энергии эта первая паровая машина в мире практического применения не нашла.

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.

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.

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.

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

Что стало первым экспонатом Кунсткамеры в Петербурге

Кунсткамера основана в Петербурге по инициативе Петра Великого в 1714 году, а
открыта для посещения в 1719 году. Первоначально она объединила главным образом
личные коллекции Петра, приобретенные им во время путешествий по Западной
Европе. Первым экспонатом Кунсткамеры стал огромный так называемый Большой
Готторпский глобус (диаметром 3,11 метра), созданный в 1650-1664 годы в
Голштинии (Северная Германия). Внутри глобуса располагался планетарий. Кроме
того, с помощью гидравлического привода глобус мог в течение суток совершать
один полный оборот и, следовательно, мог служить также часами. В 1713 году Петр
узнал о диковинном глобусе и приказал командующему русскими войсками в Померании
А. Д. Меншикову его «выпросить».

Где проложен самый древний из ныне используемых акведуков

Акведуком называют водовод для подачи воды к населенным пунктам, оросительным
и гидроэнергетическим системам из расположенных выше их источников. Самый
древний (построен римлянами в I веке нашей эры) из ныне используемых акведуков
расположен в Испании. По нему подается вода реки Фрио к городу Сеговия (на
расстояние 16 километров).

Кто придумал термин «робот» и в чем состоят основные законы робототехники

Термин «робот» придуман чешским писателем Карелом Чапеком (1890-1938) и
впервые появился в написанной им в 1920 году пьесе «R.U.R.» («Универсальные
роботы Россела») о восстании роботов. Чтобы восстаний роботов не было и робот
никогда не мог причинить вреда человеку, американский писатель Айзек Азимов
(1920-1992) сформулировал три основных закона робототехники:

1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием
допустить, чтобы человеку был причинен вред.
2. Робот обязан выполнять приказы человека, если эти приказы не противоречат
первому закону.
3. Робот должен заботиться о собственной сохранности — но только до тех пор,
пока это не противоречит первому или второму закону.

Кто, когда и зачем изобрел колючую проволоку

Американский изобретатель Джозеф Ф. Глидден 24 ноября 1874 года получил
патент на колючую проволоку. С этим изобретением связано начало борьбы за
земельные наделы на американском Западе — dopinfo.ru. Владельцы скота требовали
соблюдения права свободного выпаса, что противоречило интересам земледельцев.
Ограждения из колючей проволоки помогли последним защитить свои земельные
участки от чужих стад. Споры вылились в кровавые столкновения. Колючая проволока
означала конец эры ковбоев.

Мастер сделал сам паровой двигатель

Вы видели когда-нибудь, как работает паровой двигатель не на видео? В наше время найти такую функционирующую модель не просто. Нефть и газ давно вытеснили пар, заняв господствующее положение в мире технических установок, приводящих механизмы в движение. Однако, ремесло это не утрачено, можно найти образцы успешно работающих двигателей, установленных умельцами на автомобилях и мотоциклах. Самодельные образцы чаще напоминают музейные экспонаты, чем изящные лаконичные аппараты, пригодные для эксплуатации, но они работают! И люди успешно ездят на паровых авто и приводят в движение разные агрегаты.

В этом выпуске канала “Techno Rebel” вы увидите паровую двухцилиндровую машину. Всё началось с двух поршней и такого же количества цилиндров. Убрав все лишнее, мастер увеличил ход поршня и рабочий объем. Что привело к увеличению крутящего момента. Самой сложной деталью проекта является коленвал. Состоит из трубы, которую расточили под 3 подшипника. 15 и 25 трубы. Труба спилена после сварки. Подготовил трубу под поршень. После обработки он станет цилиндром или золотником.

От кромки оставляется на трубе 1 сантиметр, чтобы, когда будет варится крышка, металл может повезти в сторону. Поршень может застрять. На видео показана доработка распределительного цилиндров. Одно из отверстий заглушена, сужено до трубки двадцатки. Здесь будет поступать пар. Отверстие для выхода пара.

Как работает аппарат. В отверстий подается пар. Он распределяется по трубе, попадает в 2 цилиндра. Когда поршень опускается вниз, пар проходит и под давлением опускается. Поршень поднимается. Перекрывает проход. Пар стравливается через отверстия. Далее с 5 минуты

Задавая вопросы

Джеймс
Уатт починил университетскую модель двигателя. Он в первый раз видел
двигатель Ньюкомена и изучил его с большим интересом. Почему он такой
неэффективный? Почему движение сопровождается такой тряской? Почему он
потребляет столько угля?

Двигатель
Ньюкомена был одноцилиндровым. Внутри цилиндра двигался поршень,
соединенный с балансиром, который приводил в движение насос. Пар из
котла попадал в цилиндр снизу и заставлял подниматься поршень, а тот, в
свою очередь,— балансир. Затем в цилиндр подавалась холодная вода — пар
конденсировался,давление, падало, и поршень опускался. Каждый раз,
когда внутрь поступает холодная вода, пар конденсируется, и топливо,
затраченное на то, чтобы произвести этот пар, пропадает напрасно. Для
очередного подъема поршня нужен новый пар — значит, нужно снова
нагревать котел, расходуя дополнительное топливо.

Пар завоевывает мир

Паровая машина Ньюкомена, впервые установленная в 1712 году.

Это
был настоящий прорыв. Вращательное движение могло найти гораздо более
широкий круг применений. От коленчатого вала можно при помощи приводных
ремней передать движение на ткацкие и другие станки. Теперь пар мог
заставить крутиться колеса самодвижущихся экипажей.

Первые
попытки использовать пар для создания новых средств передвижения были
предприняты в 70-х годах XVIII века. Эти машины передвигались по
дорогам, но пройдет немного времени, и люди найдут другое применение
паровому двигателю— железные дороги. Уатт дожил до 1819 года и мог
увидеть начало промышленной революции, которую подтолкнуло его
изобретение, но он не дожил шести лет до начала эры железных дорог.

Значение паровых машин

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

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