Паровые машины

Паровая машина - это... Что такое Паровая машина?

Парова́я маши́на — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Горизонтальная стационарная двухцилиндровая паровая машина для привода заводских трансмиссий. Конец XIX в. Экспонат Музея Индустриальной Культуры. Нюрнберг

Значение паровых машин

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

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

Принцип действия

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

Изобретение и развитие

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

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

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

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Именно двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии.

Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах.

Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели». Они работали с давлением 50 фунтов на квадратный дюйм, или 345 кПа (3,405 атмосферы). Однако с увеличением давления возникала и большая опасность взрывов в машинах и котлах, что приводило вначале к многочисленным авариям. С этой точки зрения наиболее важным элементом машины высокого давления был предохранительный клапан, который выпускал лишнее давление. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем. Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 узлов. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком.

Паровые машины с возвратно-поступательным движением

Двигатели с возвратно-поступательным движением используют энергию пара для перемещения поршня в герметичной камере или цилиндре. Возвратно-поступательное действие поршня может быть механически преобразовано в линейное движение поршневых насосов или во вращательное движение для привода вращающихся частей станков или колёс транспортных средств.

Вакуумные машины

Гравюра двигателя Ньюкомена. Это изображение скопировано с рисунка в работе Дезаглирса «курс экспериментальной философии», 1744, которая является изменённой копией гравюры Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель [хой]Ньюкомена, установленный приблизительно в 1714 в угольной шахте Гриф в Уоркшире.

Ранние паровые машины назывались вначале «огневыми машинами», а также «атмосферными» или «конденсирующими» двигателями Уатта. Они работали на вакуумном принципе и поэтому известны также как «вакуумные двигатели». Такие машины работали для привода поршневых насосов, во всяком случае, нет никаких свидетельств о том, что они использовались в иных целях. При работе паровой машины вакуумного типа в начале такта пар низкого давления впускается в рабочую камеру или цилиндр. Впускной клапан после этого закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. Таким образом создаётся вакуум в цилиндре. Атмосферное давление в верхней части цилиндра давит на поршень, и вызывает его перемещение вниз, то есть рабочий ход.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, вращающегося вокруг своей середины. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла, которое под действием насоса возвращает поршень к верхней части цилиндра силой гравитации. Так происходит обратный ход. Давление пара низкое и не может противодействовать движению поршня.^[1]

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно до их появления. В 1774 году появилась версия паровой машины, созданная Уаттом в сотрудничестве с Мэттью Боултоном, основным нововведением которой стало вынесение процесса конденсации в специальную отдельную камеру (конденсатор). Эта камера помещалась в ванну с холодной водой, и соединялась с цилиндром трубкой, перекрывающейся клапаном. К конденсационной камере была присоединена специальная небольшая вакуумная помпа (прообраз конденсатного насоса), приводимая в движение коромыслом и служащая для удаления конденсата из конденсатора. Образовавшаяся горячая вода подавалась специальным насосом (прообразом питательного насоса) обратно в котёл. Ещё одним радикальным нововведением стало закрытие верхнего конца рабочего цилиндра, в верхней части которого теперь находился пар низкого давления. Этот же пар присутствовал в двойной рубашке цилиндра, поддерживая его постоянную температуру. Во время движения поршня вверх этот пар по специальным трубкам передавался в нижнюю часть цилиндра, для того, чтобы подвергнуться конденсации во время следующего такта. Машина, по сути, перестала быть «атмосферной», и её мощность теперь зависела от разницы давлений между паром низкого давления и тем вакуумом, который удавалось получить.

версия паровой машины, созданная Уаттом

В паровой машине Ньюкомена смазка поршня осуществлялась небольшим количеством налитой на него сверху воды, в машине Уатта это стало невозможным, поскольку в верхней части цилиндра теперь находился пар, пришлось перейти на смазку смесью тавота и нефти. Такая же смазка использовалась в сальнике штока цилиндра.[1]

Вакуумные паровые машины, несмотря на очевидные ограничение их эффективности, были относительно безопасны, использовали пар низкого давления, что вполне соответствовало общему невысокому уровню котельных технологий XVIII века. Мощность машины ограничивалась низким давлением пара, размерами цилиндра, скоростью сгорания топлива и испарения воды в котле, а также размерами конденсатора. Максимальный теоретический КПД был ограничен относительно малой разницей температур по обе стороны поршня; это делало вакуумные машины, предназначенные для промышленного использования, слишком большими и дорогими.

Приблизительно в 1811 году Ричарду Тревитнику потребовалось усовершенствовать машину Уатта, для того чтобы приспособить её к новым котлам Корниша. Давление пара над поршнем достигло 275 кПа (2,8 атмосферы), и именно оно давало основную мощность для совершения рабочего хода; кроме того, был существенно усовершенствован конденсатор. Такие машины получили название машин Корниша, и строились вплоть до 1890-х годов. Множество старых машин Уатта было реконструировано до этого уровня. Некоторые машины Корниша имели весьма большой размер.

Паровые машины высокого давления

В паровых машинах пар поступает из котла в рабочую камеру цилиндра, где расширяется, оказывая давление на поршень и совершая полезную работу. После этого расширенный пар может выпускаться в атмосферу или поступать в конденсатор. Важное отличие машин высокого давления от вакуумных состоит в том, что давление отработанного пара превышает атмосферное или равно ему, то есть вакуум не создаётся. Отработанный пар обычно имел давление выше атмосферного и часто выбрасывался в дымовую трубу, что позволяло увеличить тягу котла.

Важность увеличения давления пара состоит в том, что при этом он приобретает более высокую температуру. Таким образом, паровая машина высокого давления работает при большей разнице температур чем та, которую можно достичь в вакуумных машинах. После того, как машины высокого давления заменили вакуумные, они стали основой для дальнейшего развития и совершенствования всех возвратно-поступательных паровых машин. Однако то давление, которое считалось в 1800 году высоким (275—345 кПа), сейчас рассматривается как очень низкое — давление в современных паровых котлах в десятки раз выше.

Дополнительное преимущество машин высокого давления состоит в том, что они намного меньше при заданном уровне мощности, и соответственно, существенно менее дорогие. Кроме того, такая паровая машина может быть достаточно лёгкой и компактной, чтобы использоваться на транспортных средствах. Возникший в результате паровой транспорт (паровозы, пароходы) революционизировал коммерческие и пассажирские перевозки, военную стратегию, и вообще затронул практически каждый аспект общественной жизни.

Паровые машины двойного действия

Следующим важным шагом в развитии паровых машин высокого давления стало появление машин двойного действия. В машинах одиночного действия поршень перемещался в одну сторону силой расширяющегося пара, но обратно он возвращался или под действием гравитации, или за счёт момента инерции вращающегося маховика, соединённого с паровой машиной.

В паровых машинах двойного действия свежий пар поочередно подается в обе стороны рабочего цилиндра, в то время как отработанный пар с другой стороны цилиндра выходит в атмосферу или в конденсатор. Это потребовало создания достаточно сложного механизма парораспределения. Принцип двойного действия повышает скорость работы машины и улучшает плавность хода.

Поршень такой паровой машины соединён со скользящим штоком, выходящим из цилиндра. К этому штоку крепится качающийся шатун, приводящий в движение кривошип маховика. Система парораспределения приводится в действие другим кривошипным механизмом. Механизм парораспределения может иметь функцию реверса для того, чтобы можно было менять направление вращения маховика машины.

Паровая машина двойного действия примерно вдвое мощнее обычной паровой машины, и кроме того, может работать с намного более лёгким маховиком. Это уменьшает вес и стоимость машин.

Большинство возвратно-поступательных паровых машин использует именно этот принцип работы, что хорошо видно на примере паровозов. Когда такая машина имеет два или более цилиндров, кривошипы устанавливаются со сдвигом в 90 градусов для того, чтобы гарантировать возможность запуска машины при любом положении поршней в цилиндрах. Некоторые колёсные пароходы имели одноцилиндровую паровую машину двойного действия, и на них приходилось следить, чтобы колесо не останавливалось в мёртвой точке, то есть в таком положении, при котором запуск машины невозможен.

В 1832 году впервые в России на заводе была построена паровая машина с кривошипно-шатунным механизмом для военного парохода «Геркулес». Это была первая в мире удачная для пароходов паровая машина без балансира в 240 сил.^[2] Англичане дважды, в 1822 и 1826 годах, делали попытку изготовить такие машины для своих пароходов, но они оказались неудачными и их пришлось заменить обычными балансирнами машинами. Лишь на пароходе "Горгон" ("Gorgon"), спущенном на воду в 1837 году, они смогли установить машину прямого действия (без балансира), которая стала работать нормально.^[3]

Парораспределение

Индикаторная диаграмма, показывающая четырёхфазный цикл поршневой паровой машины двойного действия

В большинстве возвратно-поступательных паровых машин пар изменяет направление движения в каждом такте рабочего цикла, поступая в цилиндр и выходя из него через один и тот же коллектор. Полный цикл двигателя занимает один полный оборот кривошипа и состоит из четырёх фаз — впуска, расширения (рабочая фаза), выпуска и сжатия. Эти фазы контролируются клапанами в «паровой коробке», смежной с цилиндром. Клапаны управляют потоком пара, последовательно соединяя коллекторы каждой стороны рабочего цилиндра с впускным и выпускным коллектором паровой машины. Клапаны приводятся в движение клапанным механизмом какого-либо типа. Простейший клапанный механизм даёт фиксированную продолжительность рабочих фаз и обычно не имеет возможности изменять направление вращения вала машины. Большинство клапанных механизмов более совершенны, имеют механизм реверса, а также позволяют регулировать мощность и крутящий момент машины путём изменения «отсечки пара», то есть изменяя соотношение фаз впуска и расширения. Так как обычно один и тот же скользящий клапан управляет и входным и выходным потоком пара, изменение этих фаз также симметрично влияет на соотношения фаз выпуска и сжатия. И здесь существует проблема, поскольку соотношение этих фаз в идеале не должно меняться: если фаза выпуска станет слишком короткой, то большая часть отработанного пара не успеет покинуть цилиндр, и создаст существенное противодавление на фазе сжатия. В 1840-х и 1850-х годах было совершено множество попыток обойти это ограничение, в основном путём создания схем с дополнительным клапаном отсечки, установленном на основном распределительном клапане, но такие механизмы не показывали удовлетворительной работы, к тому же получались слишком дорогими и сложными. С тех пор обычным компромиссным решением стало удлинение скользящих поверхностей золотниковых клапанов с тем, чтобы впускное окно было перекрыто дольше, чем выпускное. Позже были разработаны схемы с отдельными впускными и выпускными клапанами, которые могли обеспечить практически идеальный цикл работы, но эти схемы редко применялись на практике, особенно на транспорте, из-за своей сложности и возникающих эксплуатационных проблем.^[4][5]

Сжатие

Выпускное окно цилиндра паровой машины перекрывается несколько раньше, чем поршень доходит до своего крайнего положения, что оставляет в цилиндре некоторое количество отработанного пара. Это означает, что в цикле работы присутствует фаза сжатия, формирующая так называемую «паровую подушку», замедляющую движение поршня в его крайних положениях. Кроме того, это устраняет резкий перепад давления в самом начале фазы впуска, когда в цилиндр поступает свежий пар.

Опережение

Описанный эффект «паровой подушки» усиливается также тем, что впуск свежего пара в цилиндр начинается несколько раньше, чем поршень достигнет крайнего положения, то есть присутствует некоторое опережение впуска. Это опережение необходимо для того, чтобы перед тем, как поршень начнёт свой рабочий ход под действием свежего пара, пар успел бы заполнить то мёртвоё пространство, которое возникло в результате предыдущей фазы, то есть каналы впуска-выпуска и неиспользуемый для движения поршня объём цилиндра.^[6]

Простое расширение

Простое расширение предполагает, что пар работает только при расширении его в цилиндре, а отработанный пар выпускается напрямую в атмосферу или поступает в специальный конденсатор. Остаточное тепло пара при этом может быть использовано, например, для обогрева помещения или транспортного средства, а также для предварительного подогрева воды, поступающей в котёл.

Компаунд

В процессе расширения в цилиндре машины высокого давления температура пара падает пропорционально его расширению. Поскольку теплового обмена при этом не происходит (адиабатический процесс), получается, что пар поступает в цилиндр с большей температурой, чем выходит из него. Подобные перепады температуры в цилиндре приводят к снижению эффективности процесса.

Один из методов борьбы с этим перепадом температур был предложен в 1804 году английским инженером Артуром Вульфом, который запатентовал Компаундную паровую машину высокого давления Вульфа. В этой машине высокотемпературный пар из парового котла поступал в цилиндр высокого давления, а после этого отработанный в нём пар с более низкой температурой и давлением поступал в цилиндр (или цилиндры) низкого давления. Это уменьшало перепад температуры в каждом цилиндре, что в целом снижало температурные потери и улучшало общий коэффициент полезного действия паровой машины. Пар низкого давления имел больший объём, и поэтому требовал большего объёма цилиндра. Поэтому в компаудных машинах цилиндры низкого давления имели больший диаметр (а иногда и большую длину) чем цилиндры высокого давления.

Такая схема также известна под названием «двойное расширение», поскольку расширение пара происходит в две стадии. Иногда один цилиндр высокого давления был связан с двумя цилиндрами низкого давления, что давало три приблизительно одинаковых по размеру цилиндра. Такую схему было легче сбалансировать.

Двухцилиндровые компаундные машины могут быть классифицированы как:

• Перекрёстный компаунд — Цилиндры расположены рядом, их паропроводящие каналы перекрещены.
• Тандемный компаунд — Цилиндры располагаются последовательно, и используют один шток.
• Угловой компаунд — Цилиндры расположены под углом друг к другу, обычно 90 градусов, и работают на один кривошип.

После 1880-х годов компаундные паровые машины получили широкое распространение на производстве и транспорте и стали практически единственным типом, используемым на пароходах. Использование их на паровозах не получило такого широкого распространения, поскольку они оказались слишком сложными, частично из-за того, что сложными были условия работы паровых машин на железнодорожном транспорте. Несмотря на то, что компаундные паровозы так и не стали массовым явлением (особенно в Великобритании, где они были очень мало распространены и вообще не использовались после 1930-х годов), они получили определённую популярность в нескольких странах.^[7]

1907

Множественное расширение

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). 1890-е

Логичным развитием схемы компаунда стало добавление в неё дополнительных стадий расширения, что увеличивало эффективность работы. Результатом стала схема множественного расширения, известная как машины тройного или даже четырёхкратного расширения. Такие паровые машины использовали серии цилиндров двойного действия, объём которых увеличивался с каждой стадией. Иногда вместо увеличения объёма цилиндров низкого давления использовалось увеличение их количества, так же, как и на некоторых компаундных машинах.

Изображение справа показывает работу паровой машины с тройным расширением. Пар проходит через машину слева направо. Блок клапанов каждого цилиндра расположен слева от соответствующего цилиндра.

Появление этого типа паровых машин стало особенно актуальным для флота, поскольку требования к размеру и весу для судовых машин были не очень жёсткими, а главное, такая схема позволяла легко использовать конденсатор, возвращающий отработанный пар в виде пресной воды обратно в котёл (использовать солёную морскую воду для питания котлов было невозможно). Наземные паровые машины обычно не испытывали проблем с питанием водой и потому могли выбрасывать отработанный пар в атмосферу. Поэтому такая схема для них была менее актуальной, особенно с учётом её сложности, размера и веса. Доминирование паровых машин множественного расширения закончилось только с появлением и широким распространением паровых турбин. Однако в современных паровых турбинах используется тот же принцип разделения потока на секции высокого, среднего и низкого давления.

Прямоточные паровые машины

Прямоточная паровая машина

Прямоточные паровые машины возникли в результате попытки преодолеть один недостаток, свойственный паровым машинам с традиционным парораспределением. Дело в том, что пар в обычной паровой машине постоянно меняет направление своего движения, поскольку и для впуска и для выпуска пара применяется одно и то же окно с каждой стороны цилиндра. Когда отработанный пар покидает цилиндр, он охлаждает его стенки и парораспределительные каналы. Свежий пар, соответственно, тратит определённую часть энергии на их нагревание, что приводит к падению эффективности. Прямоточные паровые машины имеют дополнительное окно, которое открывается поршнем в конце каждой фазы, и через которое пар покидает цилиндр. Это повышает эффективность машины, поскольку пар движется в одном направлении, и температурный градиент стенок цилиндра остаётся более или менее постоянным. Прямоточные машины одиночного расширения показывают примерно такую же эффективность, как компаундные машины с обычным парораспределением. Кроме того, они могут работать на более высоких оборотах, и потому до появления паровых турбин часто применялись для привода электрогенераторов, требующих высокой скорости вращения.

Прямоточные паровые машины бывают как одиночного, так и двойного действия.

Паровые турбины

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

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

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

Другие типы паровых двигателей

Кроме поршневых паровых машин, в 19-м веке активно использовались роторные паровые машины. В России, во второй половине 19-го века они назывались «коловратные машины» (то есть «вращающие колесо» от слова «коло» — «колесо»). Их было несколько типов, но наиболее успешной и эффективной была «коловратная машина» петербургского инженера-механика Н. Н. Тверского. Паровой двигатель Н. Н. Тверского . Машина представляла собой цилиндрический корпус, в котором вращался ротор-крыльчатка, а запирали камеры расширения особые запорные барабанчики. «Коловратная машина» Н. Н. Тверского не имела ни одной детали, которая бы совершала возвратно-поступательные движения и была идеально уравновешена. Двигатель Тверского создавался и эксплуатировался преимущественно на энтузиазме его автора, однако он использовался во многих экземплярах на малых судах, на фабриках и для привода динамо-машин. Один из двигателей даже установили на императорской яхте «Штандарт», а в качестве расширительной машины — с приводом от баллона со сжатым газом аммиаком, этот двигатель приводил в движение в подводном положении одну из первых экспериментальных подводных лодок — «подводную миноноску», которая испытывалась Н. Н. Тверским в 80-х годах 19-го столетия в водах Финского залива. Однако со временем, когда паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания и электромоторами, «коловратная машина» Н. Н. Тверского была практически забыта. Однако эти «коловратные машины» можно считать прообразами сегодняшних роторных двигателей внутреннего сгорания.

Применение

Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом:

Стационарные машины

Паровой молот Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба

Стационарные паровые машины могут быть разделены на два типа по режиму использования:

• Машины с переменным режимом, к которым относятся машины металлопрокатных станов, паровые лебёдки и подобные устройства, которые должны часто останавливаться и менять направление вращения.
• Силовые машины, которые редко останавливаются и не должны менять направление вращения. Они включают энергетические двигатели на электростанциях, а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на кабельных железных дорогах до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.

Паровая лебёдка в сущности является стационарным двигателем, но установлена на опорной раме, чтобы её можно было перемещать. Она может быть закреплена тросом за якорь и передвинута собственной тягой на новое место.

Транспортные машины

Паровоз

Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них:

• Пароход
• Сухопутные транспортные средства:
• Паровой самолёт.

В России первый действующий паровоз был построен Е. А. и М. Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.

Преимущества паровых машин

Основным преимуществом паровых машин 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. Наиболее заметно это преимущество при использовании ядерной энергии, поскольку ядерный реактор не в состоянии генерировать механическую энергию, а производит только тепло, которое используется для выработки пара, приводящего в движение паровые машины (обычно паровые турбины). Кроме того, есть и другие источники тепла, которые не могут быть использованы в двигателях внутреннего сгорания, например, солнечная энергия. Интересным направлением является использование энергии разности температур Мирового Океана на разных глубинах.

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.

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, таких, как использование роликовых подшипников, современная теплоизоляция, сжигание в качестве топлива лёгких нефтяных фракций, улучшенные паропроводы, 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.

Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса. При этом паровая машина паровоза продолжает развивать тяговое усилие даже в случае остановки колёс (упор в стену), чем отличается от всех других видов двигателей, используемых на транспорте.

Коэффициент полезного действия

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя может быть определён как отношение полезной механической работы к затрачиваемому количеству теплоты, содержащейся в топливе. Остальная часть энергии выделяется в окружающую среду в виде тепла. КПД тепловой машины равен

,

где

W_out — механическая работа, Дж;

Q_in — затраченное количество теплоты, Дж.

Тепловой двигатель не может иметь КПД больший, чем у цикла Карно, в котором количество теплоты передается от нагревателя с высокой температурой к холодильнику с низкой температурой. КПД идеальной тепловой машины Карно зависит исключительно от разности температур, причём в расчётах используется абсолютная термодинамическая температура. Следовательно, для паровых двигателей необходимы максимально высокая температура T₁ в начале цикла (достигаемая, например, с помощью пароперегрева) и как можно более низкая температура T₂ в конце цикла (например, с помощью конденсатора):

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 %. На ТЭЦ эффективность повышается за счёт использования частично отработавшего пара для отопления и производственных нужд. При этом используется до 90 % энергии топлива и только 10 % рассеивается бесполезно в атмосфере.

Такие различия в эффективности происходят из-за особенностей термодинамического цикла паровых машин. Например, наибольшая отопительная нагрузка приходится на зимний период, поэтому КПД ТЭЦ зимой повышается.

Одна из причин снижения КПД в том, что средняя температура пара в конденсаторе несколько выше, чем температура окружающей среды (образуется т. н. температурный напор). Средний температурный напор может быть уменьшен за счёт применения многоходовых конденсаторов. Повышает КПД также применение экономайзеров, регенеративных воздухоподогревателей и других средств оптимизации парового цикла.

У паровых машин очень важным свойством является то, что изотермическое расширение и сжатие происходят при постоянном давлении. Поэтому теплообменник может иметь любой размер, а перепад температур между рабочим телом и охладителем или нагревателем составляют чуть ли не 1 градус. В результате тепловые потери могут быть сведены к минимуму. Для сравнения, перепады температур между нагревателем или охладителем и рабочим телом в стирлингах может достигать 100 °C.

Нетрадиционные машины

На 4-м канале Британского телевидения с 1998 года проводится реалити-шоу «Scrapheap Challenge» («Вызов со свалки»), в котором друг против друга выступают две команды из трёх постоянных участников и одного специалиста. Командам даётся 10 часов для постройки заданной машины из частей, которые они находят на свалке металлолома, а затем устраиваются гонки. В 2007 году команды британских и американских инженеров строили колёсный пароход в духе Брюнеля. При этом британская команда использовала для управления паровой машиной электрическую систему с микровыключателями и соленоидными клапанами. Их пароход набрал скорость, близкую к дизельной лодке американской команды.

См. также

История паровых машин

Россия

Великобритания

Примечания

1. ↑ Hulse David K (1999): «The early development of the steam engine»; TEE Publishing, Leamington Spa, UK, ISBN, 85761 107 1 (англ.)
2. ↑ Н. А. Залесский «„Одесса“ выходит в море / возникновение парового мореплавания на Чёрном море 1827—1855», Ленинград, «Судостроение», 1987 год, страница 8.
3. ↑ Н. А. Залесский «„Одесса“ выходит в море / возникновение парового мореплавания на Чёрном море 1827—1855», Ленинград, «Судостроение», 1987 год, страницы 8 и 9.
4. ↑ Riemsdijk, John van: (1994) Compound Locomotives, pp. 2-3; Atlantic Publishers Penrhyn, England. ISBN 0-906899-61-3 (англ.)
5. ↑ Carpenter, George W. & contributors (2000): La locomotive à vapeur: pp. 56-72; 120 et seq; Camden Miniature Steam Services, UK. ISBN 0-9536523-0-0 (фр.)
6. ↑ Bell A.M. Locomotives. — London: Virtue and Company. — P. pp61-63. (англ.)
7. ↑ Riemsdijk, John van: (1994) Compound Locomotives, Atlantic Publishers Penrhyn, England. ISBN 0-906899-61-3  (англ.)

Литература

• Паровые машины // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• Паровые машины. История, описание и приложение их. 1838 г., СПб.: тип. Эдуарда Праца и Ко. — 234 с.
• Брандт А. А. Очерк истории паровой машины и применения паровых двигателей в России, СПб., 1892.
• Тонков Р. Р. К истории паровых машин в России. — «Горный журнал», № 6, 1902 г.
• Лебедев В. И. Занимательная техника в прошлом. Ленинград: «Время», 1933 г. — 198 с.
• Люди русской науки: Очерки о выдающихся деятелях естествознания и техники / Под ред. С. И. Вавилова. — М., Л.: Гос. изд-во техн.-теоретической лит-ры, 1948 г.
• Конфедератов И. Я. Иван Иванович Ползунов. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1954 г. — 296 с.

Ссылки

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ - это... Что такое ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ?

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ, ДВИГАТЕЛЬ, приводимый в действие силой пара. Пар, получаемый путем нагрева воды, используют для движения. В некоторых двигателях сила пара заставляет двигаться поршни, расположенные в цилиндрах. Таким образом создается возвратно-поступательное движение. Подсоединенный механизм обычно преобразует его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. В качестве двигателей используют также ПАРОВЫЕ ТУРБИНЫ, которые дают непосредственно вращательное движение, вращая ряд колес с лопатками. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и винты кораблей. В любом паровом двигателе происходит превращение тепла, вырабатываемого при нагреве воды в паровом котле (бойлере) в энергию движения. Тепло может подаваться от сжигания топлива в печи или от атомного реактора. Самый первый в истории паровой двигателей представлял собой род насоса, при помощи которого откачивали воду, заливающую шахты. Его изобрел в 1689 г. Томас СЭЙВЕРИ. В этой машине, совсем простой по конструкции, пар конденсировался, превращаясь в небольшое количество воды, и за счет этого создавался частичный вакуум, благодаря чему отсасывалась вода из шахтного ствола. В 1712 г. Томас НЬЮКОМЕН изобрел поршневой насос, приводимый в действие паром. В 1760-е гг. Джеймс ВАТТ улучшил конструкцию Ньюкомена и создал намного более эффективные паровые двигатели. Вскоре их стали использовать на фабриках для приведения в действие станков. В 1884 г. английский инженер Чарльз Пар-соне (1854-1931) изобрел первую применимую на практике паровую турбину. Его конструкции были настолько эффективны, что ими вскоре стали заменять паровые двигатели возвратно-поступательного действия на электростанциях. Наиболее удивительным достижением в области паровых двигателей было создание полностью замкнутого, работающего парового двигателя микроскопических размеров. Японские ученые создали его, используя методы, служащие для изготовления ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ. Небольшой ток, проходящий по электронагревательному элементу, превращает каплю воды в пар, который движет поршень. Теперь ученым предстоит открыть, в каких областях это устройство может найти практическое применение.

Паровые двигатели, такие как раньше использовались в локомотивах, работают на производимом при нагревании воды паре. Угольная или дровяная топка (1) нагревает котел, напол-ненный водой (2), который производит пар. Пар поднимается и через сухопарник(3) выталкивается через трубы в цилиндр (4), где он вызывает обратное движение поршня (5). Связанный с поршнем рычаг (6) это золотниковый клапан (7), который сначала позволяет пару попасть в цилиндр (как показано), закрывая выпускное окно (8). Это создает давление, которое двигает поршень вперед и приводит к тому, что золотниковый клапан становится в такое положение, когда выпускное окно открывается и пар выходит наружу. Движение колес заставляет поршень двигаться назад, и все начинается снова.

Научно-технический энциклопедический словарь.

• ПАРОВАЯ ТУРБИНА
• ПАРОВОЙ ТРАКТОР

Полезное

Смотреть что такое "ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ" в других словарях:

• ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ — (Steam motor) машина, преобразующая энергию пара в механическую работу. К паровым двигателям относятся паровые машины и паровые турбины, Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

• Паровой двигатель — Паровая машина  тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина любой… …   Википедия

• паровой двигатель — garo variklis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. steam engine; steam power engine vok. Dampfkraftmaschine, f; Dampfmaschine, f rus. паровой двигатель, m pranc. moteur à vapeur, m …   Fizikos terminų žodynas

• Паровой автомобиль — …   Википедия

• ПАРОВОЙ — 1. ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. 1. прил. к пар1. Паровое отопление. || Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. 2. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно. Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию… …   Толковый словарь Ушакова

• ПАРОВОЙ — 1. ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. 1. прил. к пар1. Паровое отопление. || Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. 2. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно. Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию… …   Толковый словарь Ушакова

• ПАРОВОЙ — 1. ПАРОВОЙ1, паровая, паровое. 1. прил. к пар1. Паровое отопление. || Служащий для получения, скопления пара. Паровой котел. 2. Движимый, приводимый в действие силой пара (тех.). Паровое судно. Паровой двигатель (двигатель, преобразующий энергию… …   Толковый словарь Ушакова

• ДВИГАТЕЛЬ — • ДВИГАТЕЛЬ (мотор), механизм, преобразующий энергию (такую как тепло или электричество) в полезную работу. Термин «мотор» иногда применяется к ДВИГАТЕЛЮ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (который преобразует тепло, вырабатываемое горящими газами, в возвратно …   Научно-технический энциклопедический словарь

• ПАРОВОЙ ТРАКТОР — ПАРОВОЙ ТРАКТОР, большая, тяжелая самоходная машина, приводимая в действие паром. Когда то применялся для передвижения фермерских повозок и других тяжелых грузов; теперь устарел. Подобные машины применялись также на ярмарках и в цирках для… …   Научно-технический энциклопедический словарь

• Двигатель — У этого термина существуют и другие значения, см. Двигатель (значения). Двигатель, мотор (от лат. motor приводящий в движение)  устройство, преобразующее какой либо вид энергии в механическую. Этот термин используется с конца XIX века… …   Википедия

Паровые машины

В Англии над созданием паровой машины работал шотландец Джеймс Уатт (James Watt: 19.01.1736 - 19.08.1819). Начиная с 1763 года он занимался усовершенствованием малоэффективной пароатмосферной машины Ньюкомена, которая, в общем-то, годилась только для перекачивания воды. Ему было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. Каким же образом избежать этого? Ответ на этот вопрос Уатт нашел воскресным весенним днем 1765 года. Он понял, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Более того, цилиндр может оставаться горячим, а конденсор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом. Помимо этого Уатт сделал ряд усовершенствований, окончательно превративших пароатмосферную машину в паровую. В 1768 году он подал прошение о патенте на свое изобретение - патент он получил, но построить паровую машину ему долго не удавалось, и только в 1776 году паровая машина Уатта наконец-то была построена и успешно прошла все испытания, оказавшись вдвое эффективнее машины Ньюкмена.

Справочно. Пароатмосферная машина Ньюкомена использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке. Главной проблемой двигателя была крайне низкая эффективность (КПД менее 1%). Поэтому машина по большей части использовалась в угольной промышленности, где уголь был доступен за значительно меньшую цену, чем в других регионах куда уголь надо было доставить на гужевом транспорте.

Машина Ньюкомена.

В 1782 году Уатт создал первую универсальную паровую машину двойного действия, крышку цилиндра он оснастил, изобретенным незадолго до того сальником, который обеспечивал свободное движение штока поршня, но предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр попеременно то с одной стороны поршня, то с другой. Поэтому поршень совершал и рабочий и обратный ход с помощью пара, чего не было в прежних машинах. Поскольку в паровой машине двойного действия шток поршня совершал тянущее и толкающее действие, прежнюю приводную систему из цепей и коромысла, которая реагировала только на тягу, пришлось переделать.

Уатт разработал систему связанных тяг и применил планетарный механизм для преобразования возвратно поступательного движения штока поршня во вращательное движение, использовал тяжелый маховик, центробежный регулятор скорости, дисковый клапан и манометр для измерения давления пара. Запатентованная Уаттом "ротативная паровая машина" сначала широко применялась для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и других промышленных предприятий. Таким образом, паровая машина Уатта стала изобретением века, положившим начало промышленной революции. В 1785 году одна из первых машин Уатта была установлена в Лондоне на пивоваренном заводе Сэмюэла Уитбреда для размалывания солода. Машина выполняла работу вместо 24 лошадей. Диаметр ее цилиндра равнялся 63 см, рабочий ход поршня составлял 1,83 м, а диаметр маховика достигал 4,27 м. Машина сохранилась до наших дней, и сегодня ее можно увидеть в действии в сиднейском музее " Пауэрхауз".

Дж. Уатт с моделью своей паровой машины.

Первым механическим двигателем, нашедшим практическое применение, была паровая машина. Вначале она предназначалась для использования в заводском производстве, но позднее паровой двигатель стали устанавливать на самодвижущихся машинах - паровозах, пароходах, автомобилях и тракторах. Над использованием пара в качестве рабочего тела люди задумывались еще в глубокой древности, однако лишь на рубеже 17-18 веков удалось найти способ производить полезную работу с помощью пара. Пар приводил в действие насос, качавший воду в резервуар. Вытекая из резервуара и падая на водяное колесо, вода заставляла его вращаться. Водяное колесо, в свою очередь, приводило в движение заводские механизмы и машины. Таким образом, и после изобретения парового насоса непосредственным двигателем рабочих машин оставалось водяное колесо.

Схема паровой машины двойного действия Дж. Уатта .

Прошло еще немало времени, прежде чем пытливый человеческий ум создал надежный двигатель, способный непосредственно приводить в действие разнообразные машины и механизмы. Прошло более чем два столетия, прежде чем появился двигатель, ставший одной из предпосылок появления нового вида боевых машин - танков. Первая попытка поставить пар на службу человеку была предпринята в Англии в 1698 году: машина Сэйвери предназначалась для осушения шахт и перекачивания воды. Сам изобретатель назвал ее "огневой машиной" и широко разрекламировал, как "друга шахтеров". Для получения пара, приводившего машину в действие, требовался огонь, но изобретение Сэйвери еще не было двигателем в полном смысле этого слова, поскольку кроме нескольких клапанов, открывавшихся и закрывавшихся вручную, в нем не имелось подвижных частей. Машина Сэйвери работала следующим образом: сначала герметичный резервуар наполнялся паром, затем внешняя поверхность резервуара охлаждалась холодной водой, отчего пар конденсировался, и в резервуаре создавался частичный вакуум. После этого вода, например, со дна шахты засасывалась в резервуар через заборную трубу и после впуска очередной порции пара выбрасывалась наружу через выпускную. Затем цикл повторялся, но воду можно было поднимать только с глубины менее 10,36 м, поскольку в действительности ее выталкивало атмосферное давление.

Первая удачная паровая машина с поршнем была построена французом Дени Папеном, чье имя чаще ассоциируется с изобретением автоклава, который имеется сегодня практически в каждом доме в виде кастрюли-скороварки. В 1674 году Папен построил пороховой двигатель, принцип действия которого основывался на воспламенении в цилиндре пороха и перемещении поршня внутри цилиндра под воздействием пороховых газов. Когда избыток газов выходил из цилиндра через специальный клапан, а оставшийся газ охлаждался, в цилиндре создавался частичный вакуум, и поршень возвращался в исходное положение под действием атмосферного давления. Машина была не очень удачной, но она навела Папена на мысль заменить порох водой. И в 1698 году он построил паровую машину (в том же году свою "огненную машину" построил и англичанин Сэйвери). Вода нагревалась внутри вертикального цилиндра с поршнем внутри, и образовавшийся пар толкал поршень вверх. Когда пар охлаждался и конденсировался, поршень опускался вниз под действием атмосферного давления. Таким образом, посредством системы блоков паровая машина Папена могла приводить в действие различные механизмы, например насосы.

Паровая машина Дэни Папена.

Услышав о паровой машине Папена, Томас Ньюкомен, который часто бывал на шахтах в Вест Кантри, где он работал кузнецом, и лучше чем кто-нибудь другой понимал, как нужны хорошие насосы для предотвращения затопления шахт, объединил усилия с водопроводчиком и стекольщиком Джоном Калли в попытке построить более совершенную модель. Их первая паровая машина была установлена на угольной шахте в Стаффордшире в 1712 году. Как и в машине Папена, поршень перемещался в вертикальном цилиндре, но в целом машина Ньюкомена была значительно более совершенной. Чтобы ликвидировать зазор между цилиндром и поршнем, Ньюкомен закрепил на торце последнего гибкий кожаный диск и налил на него немного воды. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень вверх. Но при впрыскивании в цилиндр холодной воды, пар конденсировался, в цилиндре образовывался вакуум, и под воздействием атмосферного давления поршень опускался вниз. Этот обратный ход удалял воду из цилиндра и посредством цепи, соединенной с коромыслом, двигавшимся наподобие качелей, поднимал вверх шток насоса. Когда поршень находился в нижней точке своего хода, в цилиндр снова поступал пар, и с помощью противовеса, закрепленного на штоке насоса или на коромысле, поршень поднимался в исходное положение - после этого цикл повторялся. Машина Ньюкомена оказалась на редкость удачной и использовалась по всей Европе более 50 лет.

Паровой двигатель Ньюкомена:

1 - котел; 2 - цилиндр; з - поршень; 4 - кран; 5 - резервуар; 6 - кран; 7 - труба; 8 - балансир; 9 - предохранительный клапан; 10 - добавочный груз; 11 - водоотливный насос.

В 1740 году машина с цилиндром длиной 2,74 м и диаметром 76 см за один день выполняла работу, которую бригады из 25 человек и 10 лошадей, работая посменно, раньше выполняли за неделю. В 1775 году еще большая машина, построенная Джоном Смитоном (создателем Эддистоунского маяка), за две недели осушила сухой док в Кронштадте (Россия). Ранее с использованием высоких ветряков на это требовался целый год. И тем не менее, машина Ньюкомена была далека до совершенства. Она преобразовывала в механическую энергию всего лишь около 1 % тепловой энергии и, как следствие, пожирала огромное количество топлива, что, впрочем, не имело особого значения, когда машина работала на угольных шахтах. В целом машины Ньюкомена сыграли огромную роль в сохранении угольной промышленности: с их помощью удалось возобновить добычу угля во многих затопленных шахтах. Проект первой в мире паровой машины, способной непосредственно приводить в действие любые рабочие механизмы, предложил 25 апреля 1763 года русский изобретатель И. И. Ползунов, механик на Колывано-Воскресенских горнорудных заводах Алтая. Проект попал на стол к начальнику заводов, который одобрил его и отослал в Петербург, откуда вскоре пришел ответ: "...Сей его вымысл за новое изобретение почесть должно".

Паровая машина Ползунова, схема

Паровая машина Ползунова получила признание. Ползунов предлагал построить вначале небольшую машину, на которой можно было бы выявить и устранить все недостатки, неизбежные в новом изобретении. Заводское начальство с этим не согласилось и решило строить сразу огромную машину для мощной воздуходувки. Постройку машины поручили Ползунову, в помощь которому были выделены "не знающие, но только одну склонность к тому имеющие из здешних мастеровых двое" да еще несколько подсобных рабочих. С этим штатом Ползунов приступил к постройке своей машины. Строилась она год и девять месяцев. Когда машина уже прошла первое испытание, изобретатель заболел скоротечной чахоткой и за несколько дней до завершающих испытаний умер. 23 мая 1766 года ученики Ползунова Левзин и Черницын одни приступили к последним испытаниям паровой машины.

Демонстрация поезда, построенного Ричардом Тревитиком, на кольцевой узкоколейке, проложенной специально для этого в Лондоне неподалеку от Юстон-сквера, 1808 год.

Применение паровой машины

Паровая машина в качестве движителя начала применяться на транспорте, сначала на водном (пароход), затем на железнодорожном (паровоз). В 1783 году маркиз Жоффруа д'Аббан построил и успешно испытал на реке Саоне (Франция) свой пароход "Пироскаф" водоизмещением 182 тонны. Кроме паровой машины, приводившей в действие гребные колеса, судно было оснащено вспомогательным парусным вооружением. В 1807 году Роберт Фултон, артист и изобретатель, спустил на воду пароход "Клермон", который выполнял пассажирские рейсы по Гудзону между Нью-Йорком и Албани (США). Спустя 12 лет, в 1819 году, парусно-паровое судно "Саванна" за 27 суток и 12 часов пересекло Атлантику, но справедливости ради следует заметить, что 87 % пути "Саванна" прошла под парусами. Пароходы с дополнительной парусной оснасткой строились вплоть до 1860 года, а колесные пароходы - до 20-х годов 20 века, но использовались они уже в основном для развлечений.

Первые паровые локомотивы были построены Ричардом Тревитиком в 1800-1801 годах и применялись на шахтах, где заменили вагонетки, которые, начиная с 1550 года, катали по деревянным рельсам лошади, женщины и дети. Самый известный паровой локомотив Тревитика в 1804 году возил железную руду на заводе Пен-и-Даррен в Южном Уэльсе. Он проходил маршрут протяженностью 14,5 км с максимальной скоростью 8 км/ч и доказал, что машина с гладкими колесами может вполне нормально передвигаться по столь же гладким металлическим рельсам. Локомотивы для работы на шахтах строили также Джон Бленкинсоп, Уильям Хедли и Джордж Стефенсон. Первая пассажирская железная дорога, соединившая Стоктон и Дарлингтон на севере Англии, была открыта 27 сентября 1825 года. Состав из 38 вагонов, среди которых были пассажирские и товарные, нагруженные углем, тянул новый локомотив, разработанный Джорджем Стефенсоном и названный им "Локомоушн".

Спустя четыре года изобретатель вместе со своим сыном Робертом построил локомотив "Ракета", который 15 сентября 1830 года привел первый "междугородный" поезд из Ливерпуля в Манчестер Успехи в использовании паровых машин на средствах водного и железнодорожного транспорта были вполне очевидны, и это заставляло изобретателей искать пути дальнейшего усовершенствования и применения паровых машин. Поэтому естественным было стремление изобретателей использовать их также для безрельсового транспорта, где все еще господствовала конная тяга. Самая ранняя самодвижущаяся паровая повозка была изобретена в 1769 году французским военным инженером Николя Кюньо. Она приводилась в движение паровой машиной и предназначалась для буксировки артиллерийских орудий, однако реально могла перевозить четырех человек со скоростью немногим более 3,2 км/ч. Чуть позже, в 1803 году, Ричард Тревитик продемонстрировал в Лондоне одну из своих первых паровых машин, но она не произвела большого эффекта на публику, и изобретатель занялся строительством локомотивов.

Телега Николя Кюньо.

Однако в 1820-1830 годах было построено некоторое количество паровых экипажей, которые выполняли ограниченные пассажирские перевозки в Лондоне, Париже и ряде других крупных городов. Но развитию нового вида транспорта мешали владельцы дилижансов, позже к ним присоединились и железно-дорожные компании, которые делали все возможное, чтобы оградить себя от конкуренции. Это было не так уж сложно, принимая во внимание то, что первые паровые экипажи были громоздкими, неудобными и шумными; они поминутно окутывались дымом и клубами горячего пара, и публика в целом относилась к ним с большим недоверием, считая их небезопасными для людей. Аналогичные работы велись и в России, с тем лишь отличием, что энтузиазм русских изобретателей наталкивался на непробиваемую стену холодного и безразличного равнодушия со стороны царских чиновников. Так, в 1830 году русский лафетный мастер К. Янкевич представил проект безрельсового парового "быстроката". В объяснении к проекту Янкевич, заглядывая далеко вперед, писал: "Введение и употребление сухопутного летнего и зимнего парового экипажа без сомнения принести может государству немаловажную пользу поспешнейшим доставлением всех сведений и необходимых потребностей во все места, а равно и сообщением со всеми городами".

Однако прошло более тридцати лет прежде, чем мысль Янкевича была осуществлена на практике. На Урале, к северо-востоку от Нижнего Тагила, между Верхней и Нижней Салдой пролегает дорога, по которой более ста двадцати лет тому назад совершал регулярные рейсы паровой автомобиль, построенный русским изобретателем Аммосом Черепановым. Примерно в то же время созданы паровые колесные тракторы и начинается их производство в заводских условиях. В 1876-1877 годы Брянский завод выпустил первые два трактора. В 1903 году Коломенский завод построил тракторы, успешно применявшиеся на строительстве Амурской железной дороги. В Европе изобретатели стремились усовершенствовать паровую машину и сделать ее более компактной.

Источники:

• Г.Л. Холявский "Полная энциклопедия танков мира 1915 - 2000 гг";
• Hulse, David H: The Early Development of the Steam Engine; TEE Publishing, Leamington Spa, U.K.;
• Петрушевский Ф. Ф. Ватт, Джеймс. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона;
• Паровые машины. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона;
• Храмов Ю. А. Уатт Джеймс (Watt James). Физики: Биографический справочник, Под ред. А. И. Ахиезера;
• Каменский А.В. Джеймс Уатт. Его жизнь и научно-практическая деятельность.

< Назад		Вперед >

Паровые машины мощность - Энциклопедия по машиностроению XXL

В 1952 г. торговый флот СССР пополнился серией паровых сухогрузных судов типа Коломна , построенных в ГДР по советским проектам. По сравнению с пароходами довоенной постройки силовые установки этих судов имели существенные усовершенствования. Водотрубные котлы были оборудованы системой механизации подачи твердого топлива в топки, коэффициент полезного действия клапанных паровых машин мощностью 2500 и. л. с. с турбиной отработанного пара был несколько выше, чем у машин с золотниковым распределением, расход топлива на все судовые нужды составлял 0,75 кг на 1 и. л. с. в час.  [c.295]
Б83 Подшипники турбин, мощных компрессоров, быстроходных дизелей, судовых и стационарных паровых машин мощностью более 1200 л. с., мощных генераторов  [c.54]

Этому предложению не придал значения и известный английский изобретатель X. Максим, который осуществил очередную попытку построить самолет. Его машина имела гигантские размеры взлетный вес около 3,6 т, общая площадь крыльев 400 м , двигательная установка — две паровые машины мощностью по 180 л. с., экипаж 3 человека. Максим впервые в реальной конструкции применил схему биплана. Для разбега была сооружена рельсовая дорожка длиной 550 м. Испытания, проведенные в июле 1894 г., окончились аварией [18, с. 29].  [c.270]

Для заливки шатунных и коренных подшипников двигателей внутр. сгорания (автомобильных, тракторных и др.), верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, судовых и стационарных паровых машин мощностью до 1200 л. с., гидротурбин, электроприводов, электродвигателей мощностью 250—750 кет, компрессоров и генераторов мощностью до 500 кет, центробежных насосов мощностью до 2000 л. с. и др.  [c.161]

Для заливки верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, судовых и стационарных паровых машин мощностью до 1200 л. с., лесопильных рам, гидротурбин, электроприводов, электродвигателей, генераторов, компрессоров, центробежных насосов, вакуум-насосов, редукторов и шестеренных клетей прокатных станов, подъемных мащин мощностью до 18 00 л. с., дробилок  [c.161]

Пример 1. Определить вязкость масла для коренных подшипников паровой машины мощностью 1200 л. с.  [c.112]

Гнезда трения движущего и наружного парораспределительного механизмов на стационарных паровых машинах мощностью до 250 л.с., работающих перегретым или насыщенным паром опорные подшипники главных валов и все прочие гнезда трения, которые не имеют непосредственного контакта с паром.  [c.758]

Гнезда трения, указанные в п. 9, на паровых машинах мощностью 250—500 л.с., работающих перегретым или насыщенным паром.  [c.758]

На фабриках и заводах значительная часть энергии, которую доставляет двигатель (паровой или водяной), тратится на трение. Очень поучительно подумать о такой трате и подсчитать ее. Например, крупная бумагопрядильня требует для своего движения паровую машину мощностью в тысячу и более лошадиных сил. Следовательно, она расходует громадное количество энергии. Но во что превращается эта энергия Что мы получаем взамен Результат работы бумагопрядильни заключается в том, что хлопчатая бумага, вата, превращается в пряжу, в нитки, т. е. получается новое расположение частиц хлопка одних относительно других. Этому новому расположению отвечает увеличение потенциальной энергии, но оно так незначительно по сравнению с истраченной энергией, что эту потенциальную энергию почти не стоит принимать в расчет. Почти вся работа громадного двигателя прядильни тратится на трение приводов и машин, т. е. преобразовывается в теплоту. Количество выделяющейся при этом теплоты настолько велико, что бумагопрядильню не нужно отапливать даже при таких сильных морозах, которые бывают в Ленинграде и Москве. Летом теплота, выделяющаяся от трения, производит в бумагопрядильне трудно выносимую духоту, против которой борются усиленной вентиляцией.  [c.286]

Для заливки подшипников, несущих спокойную нагрузку при pv 5.9 NIH/M- м/сек (60 кгс/см- м/сек), нерабочих вкладышей опорных подшипников турбомашин, судовых и стационарных паровых машин мощностью до 8S0 кет, локомобилей, лесопильных рам, гидротурбин, электродвигателей мощностью 250—750 кет, электрогенераторов мощностью до 500 кет. компрессоров мощностью до 370 кет, центробежных насосов мощностью до 1470 кет, вакуум-насосов, зубчатых редукторов и шестеренных клетей прокатных станов, подъемных машин мощностью до 1325 кет, дробилок, паровозов  [c.176]

Для заливки шатунных, коренных подшипников двигателей внутреннего сгорания, а также шатунных и коренных подшипников тракторных и автомобильных двигателей, верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, паровых машин мощностью более 1200 л. с., локомобилей, лесопильных рам, гидротурбин, электровозов, электродвигателей мощностью 250—270 пет, генераторов мощностью до 1200 л. с., генераторов мощностью по 500 кет, компрессоров мощностью до 500 л. с., центробежных насосов мощностью до 2000 л. с., вакуум-насосов  [c.113]

То же, но перегретого пара (до / = 350° С) Коренные и шатунные подишпники паровых машин мощностью до 500 л. с.  [c.20]

Для заливки подшипников и вкладышей подшипников паровых турбин, турбокомпрессоров. турбонасосов, компрессоров мощностью бояее 500 л. с., дизелей, быстроходных паровых машин морских судов дальнего плавания, судовых и стационарных паровых машин мощностью более 1200 л. с., электродвигателей мощностью более 750 кет, генераторов мощностью более 500 кет  [c.390]

Индустриальное ИС-45, 8675—62 38-52 200 -10 Станки, ковочные и гибочные машины роликовые ножницы правйльные станки прессы фрикционные, эксцентриковые и кривошипные подшипники и движущиеся части паровых машин мощностью до 500 л. с. дизельных двигателей до 100 л. с. на цилиндр с частотой вращения до 500 об/мин  [c.46]

Первый, кто научил паровоз ездить, был в начале своей карьеры — погонщик лошадей, в конце — всемирно известный изобретатель Дисордж Стефенсон. Построенный им паровоз — он назвал его Ракета — с паровой машиной мощностью в 12 лошадиных сил — на пробных испытаниях между Манчестером и Ливерпулем в 1829 году развил скорость в 22 километра в час. Летел, как ветер , — писали английские газеты.  [c.111]

Баз Подшипники мощных авиа-и автомоторов, паровых турбин, турбокомпрессоров, турбонасосов, компрессоров мощностью более 560л. с. дизелей, паровых двигателей судов дальнего плавания, стационарных паровых машин мощностью более 1200 л. i., электромоторов мощностью более 750 кет, генераторов мощностью больше 500 кет. БТ Коренные и шатунные подшипники тракторных и автомобильных моторов.  [c.207]

В 1890 г. построил и испытывал свой первый самолет французский инженер К. Адер. После пробега по специальной дорожке самолет под названием Эол с внешними формами летучей дшши (идея Леонардо да Винчи) и с двигателем мощностью 20 л. с. совершил полет на расстояние около 50 м [17]. По появившимся в 1906 г. сведениям [7, с. 243], Адер в 1897 г. пытался взлететь на новом самолете Авион-3 примерно той же конфигурации, но с двумя паровыми машинами мощностью по 20 л. с. и двумя тянущими винтами. Самолет весом около 400 кг оторвался от земли, пролетел практически неуправляемым (мотор был сразу же выключен) около 300 м и упал.  [c.270]

Примером упрочнения обкатыванием подступичных частей большого размера может служить обработка шеек составного коленчатого вала реверсивной паровой машины мощностью 7360 кет (10 000 . с.). Коленчатые валы такого типа несколько раз выходили из строя на одном уральском металлургическом заводе после сравнительно непродолжительного периода работы (от 1,5 до 5 лет). Авария начиналась с ослабления посадок сопряжений коренных и мотылевых шеек со щеками. Затем разрушались стопорные штифты и шейки проворачивались в отверстиях щек. Кроме того, образовывались трещины усталостного характера в местах посадок и в галтелях.  [c.159]

Рис. 91. Коленчатый вал паровой машины мощностью 7360 мт (а), крепление коренных и мотылевых шеек в щеках вала (б)

В 1836 г. механиком Отисом (США) была изобретена одна из важнейших строительных машин — паровой экскаватор (рис. 14). Он имел ковш емкостью 1,14 м , вертикальную паровую машину мощностью  [c.31]

Шестидесятые годы ХУП1 столетия ознаменовались важным событием в развитии паровой техники. В России на алтайских заводах в 1766 г. была сконструирована и построена талантливым изобретателем П. И. Ползуновым (1728—1766) паровая машина мощностью около 40 л. с. оригинальной конструкции, существенно отличавшаяся от атмосферных машин того времени. Машина Ползунова являлась первой машиной, предназначавшейся не для откачки воды, а для заводских целей. Машина, имея два попеременно действовавших цилиндра, представляла собой соединение двух одноцилиндровых машин. Поршни машины посредством сконструированной Ползуновым особой механической передачи были соединены с мехами, вдувавшими воздух в металлургические печи. Машина имела автоматическое парораспределение и автоматическое распределение подачи воды. В мае 1766 г. машина Ползунова была испытана. После нескольких месяцев работы машина была остановлена и больше в работу не включалась. Пуск машины состоялся после смерти И. И. Ползунова.  [c.504]

Баббит БН применяется для валивки шатунных, коренных и головных подшипников двигателей внутреннего сгорания, шатунных и коренных подшипников тракторных и автомобильных моторов, 01П0рных подшипников паровых турбин, паровых машин мощностью до 1200 л. с., гидротурбин, компрессоров мощностью до 500 л. с., центробежных насосов и т. д. Аналогичное назначение имеет и баббит 516.  [c.405]

Для заливки подшипников и вкладышей подшипников паровых турбин, турбокомпрессоров. турбонасосов, компрессоров мощностью более 370 кет, дизелей быстроходных, паровых машин морских судов дальнего плавания сз- доных и стационарных паровых машин мощностью более 880 кет, электродвигателей мощностью более 750 кет. генераторов мощностью более 500 кет. Этим же баббитом заливаются под[нипники маховиков, приводов и зубчатых редукторов прокатных станов модностью свыше 440 кет, центробежных насосов с л 2 5U об/сек (3000 об/мин)  [c.176]

Для заливки шатунных, коренных и головных подшипников двигателей внутреннего сгорания, а также шатунных и коренных подшипников тракторных и автомобильных двигателей, верхних частей опорных подшипников паровых турбин, судовых и стащюнарных паровых машин мощностью до 880 квт, локомобилей, лесопильных рам, гидротурбин, электродвигателей мощностью 250—750 квт, ген аторов мощностью до 50Э квт, компрессоров мощностью до 370 квт, центробежных насосов мощностью до 1470 квт, вакуум-насосов, редукторов и шестеренных клетей прокатных станов, подъемных машин мощностью до 1330 квт, дробилок  [c.177]

Для заливки вкладышей подшипников трубокомпрессоров, паровых турбин, компрессоров мощностью более 500 л. с., быстроходных дизелей, паровых машин мощностью более 1200 л. с., электродвигателей мощностью более 750 кет, генераторов мощностью более 500 кет  [c.113]

Пример 1. Определить вязкость масла для коренных подшигшиков паровой машины мощностью 1200 л. с. при следующих данных диаметр шейки вала d = 25 см, длина подшипника I = 50 см, число оборотов вала = 72 об/мин.  [c.110]

---

Паровые двигатели и их применение :: Класс!ная физика

Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрийскому, жившему в 1 веке нашей эры и создавшему эолипил - "шар Эола".

Это был металлический шар, вращающийся под давлением пара. К сожалению движущая сила нагретого воздуха и водяного пара использовалась здесь только лишь для демонстрации забавной игрушки. Герон часто использовал энергию пара в своих изобретениях: для реализации раздвижных автоматических дверей в храмах, двигающих руками статуй богов и так далее. Он оставил много чертежей, по которым можно собрать реально действующие механизмы. Его изобретения, опередившие свое время, смогли по достоинству оценить лишь в средневековье.

Интересно, что  в середине XVIII столетия эолипил «переизобрел» венгерский ученый Янош Сегнер, от которого оно и получило свое имя "сегнерово колесо". Понятно, что такое колесо вращается под действием реактивной силы потока пара, выбрасываемого из загнутых трубок-сопел.

Средневековая Европа стала собирать и осваивать технические изобретения и новинки со всех стран: Индии, Китая, Византии. XVIII век считается веком покорения пара. Результаты опытов с атмосферным давлением Торричелли и Отто Герике натолкнули ученых на мысль, что силу атмосферного давления можно использовать для производства механической работы.

Паровая машина Дени Папена.

Дени Папен был ассистентом у Гюйгенса, а с 1688 г. профессором математики в Марбургском университете. У него возникла идея использовать для атмосферного двигателя форму полого цилиндра с движущимся в нем поршнем . Перед Папеном стояла задача заставить поршень совершать работу силой атмосферного давления. В 1690 г. был создан принципиально новый проект парового двигателя.

Вода в цилиндре при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх. Через специальный клапан пар выталкивал воздух, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство; наружное давление двигало поршень вниз. Опускаясь, поршень тянул за собой веревку с грузом.
Папен ставил цилиндр машины вертикально потому, что цилиндр-клапан не может в ином положении выполнять свою функцию. Двигатель Папена полезную работу выполнял плохо, так как не мог осуществить непрерывное действие. Чтобы заставить поршень поднимать груз, необходимо было манипулировать стержнем-клапаном и стопором, перемещать источник пламени и охлаждать цилиндр водой. Долгое время Папен продолжал трудиться над усовершенствованием своего изобретения..

Уже в 1707 г. он предложил новый, усложненный вариант парового двигателя.

Паровая машина Томаса Севери.

Совершенствование пароатмосферных машин продолжил Томас Севери. В 1698 году Томас Севери изобрел паровой насос для откачки воды из шахт. Его «друг рудокопов» работал без поршня. Всасывание воды происходило путем конденсации пара и создания разреженного пространства над уровнем воды в сосуде. Севери отделил котел от сосуда, где производилась конденсация. Эта паровая машина обладала низкой экономичностью, но все-таки нашла широкое применение.
Впервые паровая машина Севери начала работать в России. Она была заказана в Англии для Петра Первого. Машина поднимала воду на высоту 3 м от поверхности земли.Производительность ее была 3 бочки в минуту. Эта машина Севери качала воду из Фонтанки для фонтанов в Летнем саду в Санкт-Петербурге.

Паровая машина Т. Ньюкомена.

В 1705 году механик Томас Ньюкомен получил патент на изобретенную им тепловую машину.. Паровой насос Ньюкомена начали использовать в Англии для откачки воды из шахт.. 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 Ньюкомена 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, и расход топлива оказывался очень велик.

Последующие изобретатели внесли много усовершенствований в насос Ньюкомена. Но принципиальная схема машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет.

Паровой двигатель Джеймса Уатта.

В 1765 году английский механик Джеймс Уатт создает паровой двигатель. В 1763-1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ньюкомена. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие. Уатту сразу стало ясно, что для более экономичной работы двигателя целесообразнее держать цилиндр постоянно нагретым. В 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. Самым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодаря чему не затрачивалась энергия на постоянный разогрев цилиндра. Машина стала более экономичной. Ее КПД увеличился.

С 1776 года началось фабричное производство паровых машин. В машину 1776 года по сравнению с конструкцией 1765 года было внесено несколько принципиальных улучшений. Поршень помещался внутри цилиндра, окруженный паровым кожухом. Кожух сверху был закрыт, а цилиндр - открыт. Пар поступал в цилиндр из котла по боковой трубе. Цилиндр соединялся с конденсатором трубой, снабженной паровыпускным клапаном. Выше этого клапана был размещен еще один уравновешивающий клапан.

Однако машина совершала только одно рабочее движение, работала рывками и потому могла использоваться только как насос. Чтобы паровая машина могла приводить в действие другие машины, необходимо было, чтобы она создавала равномерное круговое движение. Такой двигатель двойного действия был разработан Уаттом в 1782 году. Огромных усилий потребовало от Уатта создание механизма передающего движение от поршня к валу, но Уатт добился и этого, создав особое передающее устройство, которое так и называется параллелограммом Уатта. Теперь новый двигатель Уатта годился для привода других рабочих машин. За 1785-1795 годы было выпущено 144 таких паровых двигателей, а к 1800 году в Англии работала уже 321 паровая машина Уатта.

Для измерения мощности паровых машинУатт ввел понятие "лошадиная сила", которая в качестве общепринятой единицы мощности используется и по настоящее время. Одну из машин Уатта купил пивовар, чтобы заменить ею лошадь, которая приводила в действие водяной насос. При выборе необходимой мощности паровой машины пивовар определил рабочую силу лошади как восьмичасовую безостановочную работу до полного изнеможения лошади. Расчет показал, что каждую секунду лошадь поднимала 75 кг воды на высоту 1 метр, что и было принято за единицу мощности в 1 лошадиную силу.

Паровые двигатели применяли во всех отраслях производства. Они широко использовались в промышленности, на транспорте и стали в свое время "двигателями технического прогресса".

Однако коэффициент полезного действия самых лучших паровых двигателей не превышал 5%! Из каждых 1000 кг топлива на полезную работу тратилось всего лишь 50 кг!

К концу 19 века схема паросиловой установки была значительно усовершенствована, и ее основные принципы сохранились до нашего времени.
___

Интересно, что в 1735 году в здании английского парламента был установлен первый в систории вентилятор, который приводился в движение паровым двигателем.
___

В 1800 году некий американец, владелец шахты по добыче каменного угля придумал первый паровой лифт. В 1835 году этот паровой лифт вошёл в обиход фабричного грузоподъемного дела в Англии, а потом получил распространение в США.
А в 1850-х годах "Компания паровых подъёмников Отиса" установила свой первый пассажирский лифт в пятиэтажном магазине на Бродвее. Лифт брал до пяти человек и вез их со скоростью 20 см в секунду.

Другие страницы по теме « Паровые двигатели »

Паровые двигатели
Паровой двигатель И. Ползунова
Паровые автомобили
Паровые самолеты
Пароходы
Паровозы
Боевая паровая техника
Паровая турбина
Паровые велосипеды
Паровые роботы
Мастер паропанка
Паровые игрушки
Паровоз Черепановых

Первые паровые машины . Иван Кулибин. Иван Ползунов. Ефим и Мирон Черепановы

В мае 1826 г. Черепановы приступили к созданию на Выйской «фабрике» парового двигателя собственной конструкции. Он предназначался для откачки воды с Анатольевской шахты. Это была не первая паровая машина конструкции Черепанова. Прежде он сделал небольшую машину, которая «заменяла силу четырех лошадей». Одновременно Ефим Черепанов поставил вопрос о возможности постройки еще одной паровой машины. Он хотел строить их одну за другой. Демидов же осторожничал, он ответил, что о двух паровых машинах говорить еще рано – не был уверен, что этот механизм окажется достаточно выгодным. Тем временем работа над машиной, предназначенной для шахты, кипела. По рисункам и деревянным моделям Черепанова изготовлялись чугунные и железные детали. Черепанов-младший принимал участие в работе. Его выдающиеся способности были замечены заводовладельцем, который известил Ефима Черепанова, что собирается отправить Мирона в Петербург, а после и за границу. В столице Мирон пробыл с января по март 1827 г. Петербургская контора докладывала Демидову, что он приобрел дополнительные познания в различных областях техники. Однако вскоре Мирон был вынужден покинуть столицу (не смог поехать и за границу). Причиной стало ухудшающееся здоровье отца, который уже не мог один, без надежного и умелого помощника, справляться с монтажом паровой машины в специально построенном для нее каменном корпусе, а также с другими заданиями, которые продолжали давать ему и сам Демидов, и заводская администрация.

К осени 1827 г. сооружение паровой машины завершалось, она, вероятно, могла бы быть построена значительно быстрее, если бы Черепанова не отвлекали другими поручениями, мешавшими ему сосредоточиться на главной задаче. Тем не менее успехи Ефима и Мирона Черепановых, похоже, начали убеждать Н. Н. Демидова в необходимости продолжать оснащение уральских заводов паровыми машинами. Впрочем, не только уральских. Он послал Ефиму Черепанову письмо, в котором спрашивал, сможет ли Мирон самостоятельно создать такую же машину на суконной фабрике в Завадовке, расположенной в окрестностях Одессы. Черепанов ответил, что сын может это сделать, однако выполняет столь значительную часть работы по сооружению паровых машин на нижнетагильских заводах, что, если уедет, Ефиму будет весьма затруднительно справляться одному. Черепанов предложил хозяину создать такую машину в Нижнем Тагиле и уже готовую отправить в Одессу. Он также справлялся, для каких именно работ Демидов предполагает использовать эту машину. Может, ему сгодилась бы и та, самая первая, заменявшая «силу четырех лошадей»? Демидов долго не отвечал, а потом, скорее всего по наущениям управляющих, отказался от мысли использовать паровой двигатель в суконном производстве, о чем и уведомил Черепанова.

Испытания паровой машины Черепановых состоялось в декабре 1827 г. Они прошли успешно. К февралю 1828 г. машину соединили с насосной установкой шахты, и она вступила в эксплуатацию. Постройка Анатольевской машины стала выдающейся победой мастеров-самоучек, в совершенстве овладевших той самой наукой практической механики, которую, по убеждению Демидова и его приказчиков, они совершенно не знали. К сожалению, в архивах не удалось обнаружить изображения Анатольевской паровой машины, так же как и ее предшественниц – небольших черепановских машин 1820 и 1824 гг. Однако, судя по устным описаниям, она принципиально не отличалась от одной из последующих черепановских машин, чертеж которой сохранился в Государственном архиве Свердловской области (ГАСО). В архивных документах разных лет мощность Анатольевской машины оценивается по-разному – в 20 и 30 лошадиных сил. В любом случае это уже был довольно мощный агрегат, особенно если учесть, что самые первые паровые машины «заменяли 4 лошадей». Черепановские недоброжелатели, правда, и тут нашлись – они попытались убедить начальство в том, что машина Черепанова «съедает» слишком много дров. Однако их коварный замысел разбился вдребезги, потому что на самом деле потребление топлива было очень умеренным. Зная недоверчивость своего хозяина, Черепанов решил сослаться на авторитеты. В письме от 13 апреля 1828 г. Е. А. Черепанов, отметив, что Анатольевская машина «действовала в продолжении 7 недель безостановочно и без малейшей поправки», сообщал: «Во время ее действия находился в заводах ваших начальник Богословских заводов, любопытствуя видеть оную и ее действие, изволил осматривать и нашел сию машину очень полезною для рудников». Сослался Черепанов также на положительный отзыв о машине «начальника Екатеринбургских горных заводов», который, узнав об Анатольевской машине, прислал своих специалистов для осмотра черепановского детища, и те остались довольны увиденным. Опираясь на эти мнения, Ефим Черепанов пишет Демидову: «Из сего изволите усмотреть, что полезные устройства, облегчая силы трудящихся, вместе обращают внимание на себя соседственных заводчиков и увеличивают славу заводов». Т. е. Черепанову приходилось постоянно убеждать заводовладельца в полезности своих изобретений – тот взял за правило вечно и совершенно безосновательно в ней сомневаться.

Не только «соседственные заводчики» наведывались поглазеть на черепановскую машину, в Нижний Тагил наезжали и ученые мужи. Так, в 1828 г. на Урале побывал А. Я. Купфер, член Петербургской академии наук и профессор Института путей сообщения. Пять лет спустя Купфер выпустил в Париже книгу «Путешествие по Уралу». Описывая нижнетагильские заводы, он отмечал, что там начинается применение паровых машин. При этом никаких упоминаний о Черепанове в книге нет. Купфер назвал его «одним сибирским механиком». Что, впрочем, неудивительно – сведения о машине Купферу предоставили заводоуправления, те самые «правящие господа», которые всегда терпеть не могли Черепанова и завидовали ему. Также с профессором общался новый заводовладелец Павел Николаевич Демидов, который, по-видимому, тоже не счел нужным упомянуть имя строителя паровой машины.

Машина огненная и паровая машина (Иван Ползунов и Джеймс Уатт)

Историко-культурные реконструкции — работа сложная, проводимая на границах разных наук. Тем драгоценнее для нас возможность прямых сравнений судеб изобретений или открытий, состоявшихся в одну историческую эпоху, но принадлежащих разным культурам. Именно историческая определенность типа культуры, осуществляющая по собственной внутренней логике и чувству «расклад» идей, открытий, изобретений, настроений и т.п., лепит саму судьбу людей, создает исторический тип изобретателя. Наука, как известно, — дитя западной культуры, однако, прививаясь на других культурных почвах, она с необходимостью подчинялась сложившейся культурной парадигме.

Существует как бы некий маятник высказываний, качающийся от признания отечественной «научно-технической отсталости» до поисков и утверждения «приоритетов». Однако, кажется, речь должна идти о чем-то более важном — о возможности усвоения изобретений и открытий определенным типом культуры. Это позволит понять, почему, несмотря на действительно бывшие у нас первенства в открытиях и изобретениях, Россия оставалась технически отсталой, нехотя развивала собственную научно-техническую мысль, игнорировала ее, зато охотно заимствовала западные результаты.

Перед нами биографии двух изобретателей паровой машины, судьба их открытий, которым и тот и другой посвятили свою жизнь. Опираясь на факты, мы ставим задачу: сопоставить принципы подхода — европейского и российского — к научно-технической проблематике, коренящиеся в культурном контексте.

* * *

«Огненная машина» была построена в Барнаульском заводе на Алтае Иваном Ивановичем Ползуновым и четырьмя его учениками к весне 1766 года. В августе машина начала работать, но Ползунов не увидел результатов своего труда: он умер от скоротечной чахотки в мае. Машина же, проработав до ноября, была остановлена. Давший течь котел пытались чинить, а также укрепить ходы поршня, однако сделать это не удалось. Больше машина не работала, а через четырнадцать лет ее сломали вовсе, люди же в заводе, помня место, где она стояла, называли его «ползуновским пепелищем». Считая «отцом» паровой машины Джеймса Уатта, стоит помнить, что первое изобретение отдельного конденсатора было им запатентовано в 1769 году, а первая паровая машина универсального действия построена и готова к работе в 1776 году. Иными словами, приоритет Ползунова в проектировании и строительстве двухцилиндровой паровой машины универсального действия очевиден. Однако изобретение Уатта получило поддержку в промышленных кругах Англии, и уже к 1780 году Мэтью Болтон на своем заводе в Сохо совместно с Уаттом выпустил 40 паровых машин. На протяжении всей долгой жизни Уатт работал над усовершенствованием машины и был свидетелем мощного развития паровой техники как в своей стране, так и в других странах. Он умер в 1819 году в почете и славе.

Итак, перед нами две судьбы одного открытия, и дело, безусловно, не в характере каждого изобретателя, хотя стоит заметить, что И.И. Ползунов был способным организатором и хорошим управленцем, а Дж. Уатт склонен к меланхолии и депрессиям; не в степени гениальности: оба щедро наделены способностями к точным наукам, прирожденные механики и гениальные изобретатели. И тот и другой — тип изобретателя новой промышленной культурной эпохи, личность творческая, самостоятельная, ориентирующаяся на промышленные нужды и общественную пользу. Так почему же, спросим себя, в одном случае открытие состоялось, а в другом — нет? Почему английский «дух капитализма» усвоил и сумел развить открытие Уатта, сделать его фактом европейской культуры, российская же культура эту возможность потеряла?

* * *

Начала биографий изобретателей современников — Ив. Ив. Ползунова (р. в 1729 году) и Дж. Уатта (р. в 1736 году [1]) — удивительно пересекаются. Оба родились вдали от столиц: один — под Екатеринбургом, другой — под Глазго в маленьком селенье Гринок. Оба — выходцы из простонародья: отец Ползунова — солдат, однако не столько военной выправки, сколько государственных строительных работ, отец Уатта — плотник и мелкий торговец. Оба получили начальное образование, окончив школу, оба затем попали в ученичество к мастерам.

В доме отца, где Уатт жил до восемнадцати лет, была возможность читать достаточно серьезную научную литературу. К своим пятнадцати годам Джеймс дважды прочел труд сэра Гравезанда «Элементы натуральной философии», в котором популяризировались ньютоновские идеи [2]. В мастерской отца он с увлечением разбирался в устройствах различных инструментов, морских квадрантов, компасов, что питало его интерес к астрономии. По рекомендации профессора натуральной философии из колледжа в Глазго доктора Роберта Дика Уатт стал учеником Джона Моргана, мастера инструментов.

Отец Ползунова был неграмотным человеком и вряд ли держал в доме книги, однако сына в школу словесную определил. С сентября 1738 года Ползунов обучался в арифметической школе, открытой еще в 1721 году В.Н. Татищевым в Уктусе, а затем переведенной в Екатерининский завод. Тринадцатилетним мальчиком Ползунов попадает в ученики к мастеру Никите Бахореву. Механик П. Бахорев — интересная фигура первой волны петровских реформ. Он учился в Петербургской морской академии, изучал машинное дело в Швеции, затем на Красносельском медном заводе. С 1729 года — надзиратель Екатерининского завода, а с 1734 года — в должности машинного мастера, так как «в больших машинах… ему в практике лутчее иметь» [3]. Ползунов проходит полный цикл ученических работ: механику, расчеты, чертежи, знакомство с работой заводских машин и металлургическим производством. В конце 1747 года он получает назначение на Барнаульский медеплавильный завод на должность гиттеншрейбера — ведущего записи расходов исходных материалов и количества полученных продуктов в процессе переработки металлов из руды. Первоначально эти заводы были построены Демидовым, затем Татищев их отобрал в казну, когда там обнаружилось серебро, затем в царствование Анны Иоановны их за взятку вернул себе Демидов, Елизавета же потребовала снова заводы в собственность царской фамилии, что и было сделано в 1747 году. Вот на эти казенные заводы и отправлялся Иван Ползунов в должность.

Пожалуй, на этом внешнее сходство в биографиях Ползунова и Уатта заканчивается.

* * *

В 1757 году, двадцати одного года, Дж. Уатт поселился в Глазго, одном из главных городов Шотландии, насчитывавшем еще в начале столетия 11 тыс. населения и всего две улицы, но к середине века ставшем индустриально развитым, богатым городом, торговавшим с американскими колониями табаком, а с Индией — сахаром и ромом.

Молодой Уатт в Глазго пытается открыть свое дело — мастерскую точных измерительных приборов, однако это ему удается не сразу. Цеховая организация ремесленников города не дает на это право по двум причинам: во-первых, Уатт не был гражданином Глазго, и во-вторых, он не имел семилетнего ученического стажа. Заметим, что в разгар промышленного переворота цеховые законы еще сильны и с ними приходится считаться.

Помощь пришла из колледжа. Все тот же профессор Дик предложил Уатту воспроизвести несколько астрономических инструментов. За успешное выполнение этой работы он получил разрешение на комнату под мастерскую в здании колледжа, а здесь городская Гильдия не имела прав распоряжения и вынуждена была согласиться на официальное открытие мастерской «Математические инструменты для Университета».

Таким образом, Уатт попадает в университетскую атмосферу, где профессура, лишенная снобизма и демократически настроенная, принимает его в свою среду. В мастерской Уатт учится, читает книги, которые приносят ему студенты, общается с профессорами, студентами, членами глазговского клуба. Одним из первых его друзей стал доктор Андерсон, профессор натурфилософии в колледже, сын пастора. Дикинсон и Воулз, исследователи и биографы Уатта, отмечают одну любопытную черту университета того времени — необычайную молодость его профессуры. Двадцатидвухлетний мастер математических инструментов общался с молодыми же профессорами: Джозефом Блэком, получившему профессора химии в 1756 году, было 28 лет; Джон Андерсон в том же году утвержден в должности профессора в возрасте 30 лет; известный политэконом, автор труда «Богатство народов» Адам Смит получил профессора логики в 1751 году двадцативосьмилетним молодым человеком. Общение с молодыми профессорами и их студентами стало для Уатта ступенью к дальнейшему образованию. Согласимся с биографами: «Научное знание (выделено мной. — М.К.), полученное Уаттом таким путем, имело кардинальное значение позднее, когда он взялся за решение проблем, связанных с совершенствованием паровой машины» [4].

* * *

Известны две противоположные точки зрения, рассматривающие связь науки и технических изобретений эпохи промышленного переворота. Одни ученые полагают, что наука собственно и возникла благодаря потребностям производства, как необходимая составляющая машинной техники. Другие, напротив, считают, что ни о каком прямом соединении науки с производством говорить в это время не приходится. Технические изобретения, по их мнению, делались «изобретателями-практиками, экспериментаторами, которые не были учеными и не получили традиционного научного образования» [5]. Действительно, создатели первых текстильных машин Дж. Уайатт — плотник и механик; Дж. Харгривс и С. Кромптон — ткачи, плотники, кузнецы, механики; изобретатели паро-атмосферных машин Д. Папен и Т. Ньюкомен — механики-самоучки; Т. Сэвери — капитан саперных войск. Все они не получили университетского образования. Однако связь науки и изобретений в эпоху промышленного переворота в Англии имела глубокие социокультурные корни.

Во-первых, существенный поворот науки к инструментальной технике был сделан во 2-й половине XVII века лондонским Королевским обществом, в котором устраивались еженедельные обязательные эксперименты, для чего и нужны были разнообразные приборы. Научные инструменты и распространение мастерских точных приборов создало необходимую почву для связи науки и ремесленного мастерства. Дени Папен, механик, создатель первого проекта паро-атмосферной машины, ассистировал сначала X. Гюйгенсу, а затем Р. Бойлю, непосредственно участвуя в открытиях и поисках науки своего времени. Д. Папен и Т. Сэвери были приняты в члены Королевского общества, а проект последнего был опубликован в журнале общества с сообщением о демонстрации модели. Тот же интерес наблюдался к изобретению Т. Ньюкомена. Уже после распространения этой машины по всей Европе Генри Байтон (1686–1754) впервые изучил ее работу и способствовал публикации описаний машины с расчетами у Дезагюлье в его «Экспериментальной философии» в 1744 году [6].

Во-вторых, известно, что университетская наука в Оксфорде и Кембридже, старейших центрах учености, на протяжении почти всего XVIII века приходила в упадок [7]. Возрождение английской университетской науки происходит, как мы видели, в Глазго, а также Эдинбурге, Манчестере и Бирмингеме. Это центры капиталистической промышленности, и, наверное, трудно ответить на вопрос, что чему нужнее: наука фабрике или фабрика науке. Пока они объединены лишь одним пространством новых городских центров и новыми социальными связями. Главное же — общество нуждалось в действующем человеке, самоопределяющемся в происходящих промышленных и общественных преобразованиях. Старые университеты остались островами старой культуры. Новая культура создает новые университеты, новых людей, по-новому развивающуюся науку, прямая заинтересованность в которой промышленности — дело будущего столетия.

В-третьих, в XVIII веке возникают новые социальные институты — свободные общества разнообразной ориентации: политической, научной, деловой. Это гаранты рождающихся общественных связей мира бизнесменов, предпринимателей, фабрикантов и политиков. Лондонское Королевское общество, еще недавно — центр науки, так же как и университеты в 1-й половине XVIII века, переживает период спада своей активности, однако его авторитет в Англии остается громадным. Повторяя своих предшественников, Дж. Уатт, так же как и М. Боултон, был принят в его члены. Во 2-й половине XVIII века создаются новые общества. В 1757 году Уатт в Глазго становится членом «Эндестон-клуба», в который входили профессор Миллар, доктор Роберт Симнсон, математик, доктор Адам Смит, доктор Блэк и доктор Каллен. Уатт, описывая деятельность клуба, замечал: «Наши беседы там, кроме обычных предметов, интересующих молодых людей, принципиально ориентировались на литературные темы, религию и беллетристику; благодаря этим беседам ум мой впервые склонился к такого рода предметам, ибо я никогда не оканчивал колледжа и никем, кроме механика, не был» [8]. В 1753 году в Англии создается Общество ремесел, в Эдинбурге вокруг Д. Юма складывается философское общество, куда входит цвет шотландской профессуры.

Наконец, самым любопытным для нашей темы является так называемое «Лунное общество», сложившееся в 50-х годах XVIII века в Средней Англии. Центром его был город Бирмингем, а вдохновителем и организатором, энтузиастом и автором романтической идеи собраний в полнолуние (откуда и название общества) был Мэтью Боултон, который объединил в небольшую группу многие «золотые» головы тогдашней Англии, известнейших ученых, удачливых и смелых предпринимателей: Эразма Дарвина (деда Чарльза), Джеймса Кайе, Джозефа Пристли, Уильяма Смолла, Джеймса Уатта, Джойсай Веджвуда, Джона Уайтхурста, Уильяма Уайзерлинга и др.

Р. Шофилд, автор капитальной монографии о деятельности «Лунного общества», справедливо пишет, что «все вместе эти люди составляли своего рода расчетную палату идей, которые трансформировали их родину материально, социально и культурно в течение жизни одного поколения» [9]. Скажем, помимо успеха в создании и внедрении паровой машины, который разделили не только Уатт и Боултон, но и другие члены «Лунного общества», можно назвать существенный вклад его членов в строительство каналов (предприятие Веджвуда), развитие рудного дела (Боултон), производства стекла (Дж. Кайе), создание и исследование измерительных приборов (барометра, термометра, гигрометра — Дж. Уайтхурст, Боултон), а также образование Бирмингемского пробирного общества (Assay Office), где проводились эксперименты с металлами. В деятельность «Лунного общества» втягивались друзья и знакомые его членов, существенно расширялся диапазон их контактов и влияния, способствуя развитию не только предпринимательства и науки, но и культурных возможностей города. Так была построена Общественная больница в Бирмингеме, финансировали строительство многие друзья Боултона по «Лунному обществу», таким же образом возник и театр в Бирмингеме. Энтузиазм, с которым члены «Лунного общества» брались за решение различных научных проблем, реализовывался затем в предпринимательской деятельности или социально значимых мероприятиях. Общественная полезность научной деятельности становилась очевидной.

И, наконец, последнее соображение. В английской культуре того времени, как и вообще в Европе, была широко распространена переписка частных лиц, которая составляла необходимую часть научного и делового общения. Большая часть материалов, по которым мы знаем сегодня о деятельности, идеях и открытиях «Лунного общества», — это переписка его членов. Например, из письма Уатта доктору Смоллу от 17 августа 1773 года выясняется интересная деталь, позволяющая увидеть, насколько далеко зашел Уатт-механик по пути научных исследований и экспериментов. Уатт пишет Смоллу: «Недавно прочитав Де Люка, я сделал попытку любопытного эксперимента, чтобы определить теплоту, при которой вода закипает на каждом дюйме ртути, переходящей из вакуума в воздух. Результаты Люка и мои совпадают, но его правило — ложно. У меня появляются мысли написать книгу “Элементы теории паровых машин”, в которой, однако, я бы дал только возвещение о совершенной машине…» [10]

Приведенные факты и соображения позволяют думать о довольно тесных контактах, складывавшихся пока еще не между социальными институтами, но между людьми науки, бизнеса и изобретателями. Нельзя, конечно, сказать, что изобретатель, став членом Королевского общества, делался ученым, но нельзя также сказать, что изобретения мастеров-механиков не входили в науку или что эти люди, включаясь в научную среду, оставались невеждами и их изобретения были лишь делом пусть гениальной, но ремесленной смекалки, и только.

В Европе, как видим, культурный сдвиг, переживаемый капитализирующимся обществом, укреплял доверие к знанию как таковому и к науке в частности. Но даже когда культура в целом — так было в России — к этим изменениям не была готова, изобретатели, механики, включенные в производственный процесс на мануфактуре, испытывали глубокую потребность в знаниях. Правда, тогда возникали совсем другие коллизии.

* * *

Российская культура не имела в тот момент укоренившегося представления о ценности знания. Петровские реформы в деле образования и просвещения были восприняты лишь как государственная, а не общественная задача. Поэтому «для России, — по справедливому замечанию В.И. Вернадского, — чрезвычайно характерно, что вся научная творческая работа в течение всего XVIII и почти вся в XIX в. была связана прямо или косвенно с государственной организацией: она или вызывалась сознательно государственными потребностями, или находила себе место, неожиданно для правительства и нередко вопреки его желанию, в создаваемых им или поддерживаемых им для других целей предприятиях, организациях, профессиях» [11]. К несчастью, и православие — духовная основа культуры того времени — было далеко, как полагал Вернадский, от интересов естественной науки, в отличие «от духовенства католического ли и протестантского, среди которого никогда не иссякала естественно-научная творческая мысль…» [12] Насаждение науки шло усилиями правительства, что хотя бы как-то решало ближайшие нужды, но, как и всякое казенное дело, оставляло общество равнодушным к потребностям научно-исследовательской работы. Вся эта ситуация кристально ясно выявляется в судьбе русского изобретателя.

Мы оставили Ползунова на Алтае в 1748 году только что заступившим в должность гиттеншрейбера. Заводское начальство поручало ему, помимо основной работы, различные организационные заботы завода, хозяйственные хлопоты по отправке и принятию судов с рудой, их ремонту перед навигацией. Хорошо зарекомендовавшего себя на службе Ползунова в апреле 1750 года произвели в чин унтер-шихтмейстера, в связи с чем Канцелярия приняла решение об обучении Ползунова пробирному, плавильному и другим горным делам. Руководителем этих наук предполагалось назначить Иоанна Самюэля Христиани. Однако выполнение собственного указа Канцелярия отодвинула на три года и вспомнила о том лишь после того, как Ползунов подал прошение 5 марта 1753 года. Все эти три года Ползунов посылался в командировки по рудникам и пристаням Колыванских заводов по многочисленным хозяйственным нуждам. В прошении же своем он выразил желание «наукам обучатца», чтобы «в знании оных наук против своей братии не мог понесть обиды», ибо «молодость моих лет без науки втуне пропадает» [13]. Но и после рассмотрения прошения Ползунов не был отправлен в пробирные мастерские, а учебой можно было бы назвать лишь год, проведенный на Змеиногорском руднике, где Ползунов мог наблюдать работу рудничных механизмов.

Следующая возможность получения знаний была связана с производством Ползунова в офицерский чин шихтмейстера, который назначен ему лишь в 1759 году после выполнения важнейшего государственного поручения — сопровождения обоза с золотом и серебром, полученного за 1757 год в Колыванских заводах, в Петербург. Офицерским чинам предписывалось обучаться «горным и заводским ремеслам, т.е. в строении горных работ и машин, в знании положения руд, сыскания, добывания и разбору руд <…> также пробирование, плавление руд, очищение металлов…» [14] Для выполнения этой реляции на Барнаульском заводе было предписано организовать занятия под руководством гиттенфервальтера Гана, немца по происхождению, который среди прочих отличил усердие Ползунова и оставил о нем следующий отзыв: «Шихтмейстер Иван Ползунов малое время, и то как свободно ему от порученного дела бывало, у меня, а более в доме своем книгу о рудокопном деле читал. И прочел до половины; и рассуждал, и к тому понятен. А из другой книги о минералогии выписал экстракт, а что из оного вытвердил, мне неизвестно. Однако видно, что он к тому прилежности охоту имеет» [15].

Очевидно, что возможности Ползунова в хорошем образовании, контакте с людьми науки, чтении книг были крайне ограничены. Не говоря о том, что от Алтая до ближайшего Московского университета, только что, кстати, открывшегося, была не одна тысяча верст пути, в России того времени отсутствовали научные и другие интеллектуальные сообщества внесословного характера. Сошлемся опять на Вернадского: «Долгие годы отсутствовала у нас в этой области та сила, которая в лице буржуазии оказала на Западе <…> могучее влияние на рост и развитие естествознания. Долгие годы буржуазия в лице русского купечества была далека от интересов научного знания» [16].

Источником образования для Ползунова остаются книги. Исследователь прошлого века П.О. Чупин сообщал, что в Барнауле того времени существовала небольшая библиотека, в которой можно было найти «Курс математики» Белидора 1739 года, «Леопольдову механику с чертежами» в восьми томах. Трудность заключалась в том, что эти книги не были переведены на русский язык. Можно, однако, согласиться с Данилевским, который предположил, что, даже не зная иностранных языков, Ползунов «как первоклассный техник мог легко разобраться в гравюрах Леопольда и Белидора» [17]. Кроме того, тот же Ган мог помочь в переводе. Лишь в 1760 году в Петербурге выходит книга И. Шлаттера «Обстоятельные наставления по рудному делу», отпечатанная по-русски с чертежами многих паровых машин, в том числе машины тина ньюкоменовской.

В это время, очевидно, у Ползунова появляются идеи о совершенствовании труда на рудных промыслах с помощью машин, действующих не силой воды, но огнем. К 1761 году Канцелярия определяет Ползунова на Колыванско-Вознесенский завод, однако лишь полгода проработал мастер в непосредственной связи с производством, и его снова посылают в Барнаул, а затем и по глухим местам заводов заниматься организацией лесных и куренных промыслов. И лишь урывками от хлопотной работы находит изобретатель время проводить свои расчеты, строить чертежи, постигать сложности наук и механики, создавая проект собственной огненной машины. Как шла работа, какие открытия делал Ползунов, какие трудности испытывал, мы, скорее всего, никогда не узнаем, так как письменных документов частного характера не сохранилось. В переписке Ползунов состоял лишь с Колыванско-Воскресенской канцелярией.

Именно сюда в апреле 1763 года посылает Ползунов проект своего изобретения с описанием огнедействующей машины — результат долгого труда. Замечательно обращение шихтмейстера Ползунова к начальнику генерал-майору А.И. Порошину: «…усердно желаю, да благоволит Ваше Превосходительство в важных сего дела начинаниях, во дни наши под своим предводительством, к этому первую заступить смелость дабы сей славы, если силы допустят, отечеству достигнуть и чтобы то во все народную пользу по причине (необходимости) большого познания об употреблении вещей, поныне не весьма знакомых, по примеру наук прочих, в обычай ввести и тем самым, облегчая труд по нас грядущим (поколениям) славу и благодарность имени Вашего дойтить, так что я должен все возможные труды и силы на то устремить: каким образом огонь слугою к машинам склонить?» [18] Иван Иванович находит слова, подобающие человеку государственному, заботящемуся о пользе Отечества и облегчении труда рабочих, однако как не услышать в тоне этого письма речь человека, под начальством стоящего и от его распоряжений зависящего?

Да и что ему оставалось делать, как не «обращаться по начальству»! Только от правительственных чиновников мог он рассчитывать получить хоть какую-то помощь. «Наша мануфактура и фабрика, — писал П.Н. Милюков, — не развилась органически, из домашнего производства, под влиянием роста внутренних потребностей населения; она создана была поздно правительством, руководившимся при этом как своими практическими нуждами (напр., в сукнах для армии), так и теоретическими соображениями о необходимости развития национальной промышленности… В стране без капиталов, без рабочих, без предпринимателей и без покупателей эта форма могла держаться только искусственными средствами» [19].

В условиях государственной капитализации России в охране авторского права не нуждались. Высочайшее дозволение или недозволение определяло судьбу изобретения. Авторское право и патент вводятся только при Александре I, в отличие от Англии, где первый патент был выдан в 1624 году. Что же касается проекта Ползунова, то возможность его претворения в жизнь складывалась по тем временам удачно. Несмотря на то что канцелярия «с крайним сожалением» пришла «в сумнительство», что изобретенную машину в действие привнести можно, причем по трезвой причине отсутствия механика, знающего математику, а также специалистов по ремеслу, проект был послан в Петербург в Кабинет Ее Величества с просьбой о поощрении: награды чином механикуса и деньгами свыше годового жалованья до 200 р. Ответом было распоряжение о посылке механикуса Ползунова для дальнейшей учебы в Петербург в Академию наук на два-три года, оставшееся невыполненным, деньги же (400 р.) выплачены были также не сразу, а после многих прошений.

Удачей было, что бумаги Ползунова попали не к традиционному российскому чиновнику, а к европейски образованному специалисту. Период петровских и екатерининских реформ — это «первенствующая роль иноземцев» [20] в российской науке: простейший способ ее укоренения на русской почве. Такова была государственная попытка создания практической науки — ставить чиновниками людей, имевших привитый Западом интерес к открытиям и изобретениям, т.е. тех людей, которые «были наиболее важны в культурном перерождении нашего общества, в создании новой России» [21]. Таким образом, произошло самое главное для Ползунова: Канцелярия получила высокую оценку его изобретения от Действительного статского советника и президента Берг-Коллегии Шлаттера, подписанное 9 сентября 1763 года: «Сей его вымысел за новое изобретение почесть должно, — и вместо того, что все в свете находящиеся такие машины одинаки и из одного цилиндра состоят, то он оную на две разделил и из двух цилиндров делать предлагает» [22]. После получения письма от Шлаттера Канцелярия распорядилась: «…велеть такую машину, какую он (Ползунов. — М.К.) проектировал, построить и в действие произвести, дабы он практикою теорию свою подтверждал» [23].

Для выполнения работ, по подсчетам Ползунова, необходимо было 76 человек, в том числе 19 высококвалифицированных мастеров, которых он хотел пригласить с Уральских заводов. Однако Канцелярия распорядилась по-своему: Ползунову разрешено было взять всего троих учеников. Новизна дела, отсутствие опыта, материалов для деталей машины, необходимость доставать строительный материал, а заодно и выполнять обязанности по обучению своих помощников, нужда в попутных поправках в расчетах, так как отсутствовала рабочая модель, — все эти проблемы отодвигали сроки завершения работы. Из Петербурга шли запросы. Канцелярия торопила Ползунова. Мастер, изобретая, занимаясь одновременно и хозяйственными, и строительными, и конструкторскими вопросами, писал «изъяснения… о медлении в приведении оной (машины. — М.К.) в действие» [24], давая понять разницу в работе водяного колеса и огненной машины. Собираясь окончить строительство к октябрю 1765 года, Ползунов считал, что сразу использовать ее будет невозможно, ибо потребуются силы, чтобы «навыкнуть» к ее действию. 7 декабря 1765 года были проведены испытания — пробный пуск, который показал недостатки машины, однако она работала. Об этом и сообщил Ползунов в рапорте от 16 декабря 1765 года Ползунов был очень строг к себе, оценивая свои возможности, а потому писал в рапорте, что он как «неученый в высшей математике» механик не может рассчитать «градус огня, о котором действовать должна машина», и «крепость тел, из коих она составлена», и поэтому будет полагаться лишь на «практическое признание».

И все же нельзя не отметить высокий уровень овладения знаниями изобретателя. Об этом говорит «Описание огнедействующей машины», представленное А.И. Порошину еще с первым проектом машины, которое в своих разделах носит характер общенаучного труда по механике со ссылками на различные отрасли научных знаний, а также различные точки зрения современных Ползунову ученых. Столь же важны изобретателю разъяснения, приведенные в разделе «О теплоте», о механизмах в разделе «О составах», расчеты в разделе «О вычитании силы» и технология построения в разделе «О сложении машины». Там, где Ползунову не достает теоретических знаний, он надеется на эксперимент, практическую проверку.

Завершая работу по подготовке машины к пуску в январе 1766 года, Ползунов получает заказ из Петербурга на создание модели машины. С воодушевлением принимаясь за эту работу, он надеется еще раз проверить правильность расчетов и работу механизмов. Однако подорванное здоровье не позволяет ему завершить как строительство машины, так и работу над моделью. Скоротечная чахотка прогрессировала весной, и свое последнее прошение в Канцелярию Ползунов диктует 21 апреля 1766 года с просьбой для семьи выплатить наконец задержанную награду и уволить его от постройки машины. Через месяц Ползунов скончался.

Пожалуй, саму высокую оценку своего труда Ползунов получил не от соотечественников, но от приезжего иностранного путешественника-ученого, работавшего в области ботаники, зоологии, минералогии, химии, занимавшегося распространением метеорологических приборов в Сибири, — Эрика Лаксмана. Он в письме от 11 февраля 1765 года своему другу профессору Бекману сообщил о Ползунове следующее: «Другой, с кем я наибольшее имею знакомство, есть горный механик Иван Ползунов, муж, делающий истинную честь своему отечеству. Он строит теперь огненную машину, совсем отличную от Венгерской и Английской. Машина сия будет приводить в действие меха, или цилиндры в плавильнях, посредством огня: какая же от того последует выгода! Со временем в России, если потребует надобность, можно будет строить заводы на высоких горах и в самых даже шахтах» [25].

Однако ошибался Лаксман. Нерченские заводы, использовавшие живую силу на рудниках, обратились еще при жизни Ползунова к Колыванскому начальству с просьбой прислать чертежи «огненной машины». Но, как ни уговаривал Канцелярию изобретатель, в просьбе было отказано.

* * *

Примерно в те же годы, занимаясь ремонтом ньюкоменовской атмосферной машины, долго экспериментируя, проводя различные опыты, затратив на это не один год, Уатт, наконец, предложил гениальное решение — проводить конденсацию пара в отдельном сосуде, соединенном с цилиндром. Проверяя свои идеи, Уатт создаст модель машины, которая и поныне экспонируется в Музее науки в Южном Кенсингтоне. Однако до создания промышленного образца было еще далеко. Необходимость новых экспериментов отнимала много времени. Уатт запустил свои дела в мастерской, от чего пострадали его доходы. Нужда заставляла зарабатывать на жизнь, и он открывает в Глазго контору по обслуживанию каналов и строительству дамб, где работает как топограф, снимая планы местностей. Практически весь 1766 год он занят этой работой, что отодвигает на второй план занятия машиной.

Обратим внимание на то, что так же, как и его далекий коллега Ив. Ив. Ползунов, Дж. Уатт занимался разработкой машины лишь в свободное от основной работы время. Однако разница в ситуациях существенна.

Ползунов — энтузиаст-одиночка, положивший свою жизнь на строительство машины, — сам себе и организатор работ, и чертежник, и конструктор, и учитель своим подмастерьям, и доставальщик нужных материалов, и строитель, и механик, и теоретик. Един во всех лицах. Канцелярия — не заинтересованный помощник, а вышестоящая инстанция, постоянно осуществляющая не столько созидательную, сколько контролирующую функцию. А потому ко всем заботам Ивана Ивановича прибавлялась еще одна — писание объяснительных записок.

В русском языке есть очень емкое слово — самородок, имеющее, на наш взгляд, и культурологический специфический российский смысл. Это человек, вдруг сам собой состоявшийся, — без поддержки общества, среды, культуры, скорее даже вопреки своему окружению. Чаще всего такой человек уходит из жизни без последователей, воспринятый современниками как полусумасшедший или в лучшем случае чудак, его труды и изобретения гибнут и пропадают. Появление самородков показывает, с одной стороны, одаренность народа, его потенциальные возможности, но с другой, — неразвитость культуры, неразработанность механизмов, способствующих усвоению новаций. Ползунов и был таким чистейшим русским самородком.

Иные возможности складывались в жизни Уатта. Прежде всего, он окружен друзьями, единомышленниками, заинтересованными в его открытии лицами. Причем они не только приходят на помощь в качестве научных консультантов, но оказывают финансовую поддержку. Так, доктор Блэк дал взаймы небольшую сумму денег для проведения опытов, кроме того, познакомил Уатта с доктором Джоном Рэбуком, известным физиком, химиком-экспериментатором и предпринимателем, который высоко оценил изобретение Уатта. Необходимость же откачки воды из принадлежащих ему рудных шахт побудила Рэбука к практическим действиям. Он предоставил Уатту возможность работать над постройкой машины и проводить необходимые эксперименты во флигеле своего дома, а кроме того, снабдил его рабочими. Ему же принадлежало настойчивое предложение взять патент на сделанное Уаттом изобретение, при этом все расходы (долги доктору Блэку, стоимость необходимых для этого экспериментов, патентный взнос) он брал на себя. Патент на изобретенный им конденсатор Уатт получил 9 января 1769 года.

Доктору Рэбуку Уатт обязан также знакомством с членами бирмингемского «Лунного общества». Возвращаясь из Лондона по делам строительства каналов (1767), Уатт заехал с поручением к партнеру Рэбука Габетту, богатому бирмингемскому купцу, который его познакомил с Эразмом Дарвиным, доктором Смоллом, а затем и с Мэтью Болтоном. Вплоть до своего переезда в Бирмингем в мае 1774 года Уатт вел с ним активную деловую переписку.

Трудно, согласитесь, сравнивать Барнаул с Бирмингемом, а начальника Канцелярии Колывано-Воскресенских заводов А.И. Порошина — с Мэтью Болтоном. Удачливый представитель преуспевающей буржуазии в третьем поколении, М. Болтон — сын мелкого фабриканта, сделавшего бизнес на производстве пуговиц, пряжек, часовых цепей и прочих мелких товаров. Именно на этом металлическом фабричном деле расцвел город Бирмингем, превратившись в течение жизни одного поколения в крупный промышленный центр с прибыльными доходами новых буржуа, завоевавших достаточно стремительно достойное место в обществе.

Французский геолог Б. Фоджас де Сант-Фонд, впоследствии ставший профессором геологии в Музее естественной истории в Париже, посетив Бирмингем в 1784 году, оставил о нем свое впечатление как о «наиболее серьезном из всех городов Англии» по части мануфактур и коммерции, с 40-тысячным населением, «которое живет в комфорте, наслаждаясь всеми удобствами жизни» [26].

Уатт попадает в Бирмингем в 1767 году, посещает дом и завод Болтона, знакомится с организацией труда на мануфактуре и понимает, что успех его машины здесь был бы вернее, чем где бы то ни было в другом месте. Вернувшись в Шотландию, Уатт предлагает взять Болтона в долю на патент, однако Рэбук, предвидя большой коммерческий успех, соглашается лишь на предоставление лицензии. Болтон такое предложение не принял и написал Уатту письмо, по которому можно представить его отношение к новациям, а также прекрасное чутье предпринимателя: «Я был взволнован двумя обстоятельствами, предлагая Вам свою помощь: любовью к Вам и любовью к приносящим деньги изобретательным проектам» [27]. Далее Болтон предлагает свою идею: поставить мануфактуру около его собственной, где он позаботился обо всем необходимом для завершения машины, а затем развернуть широкое производство машин разных размеров для промышленного рынка всего мира. Благодаря ассистированию Уатта он предлагает обучить тонкому мастерству рабочих и, снабдив их прекрасными инструментами, сделать из них высококлассных мастеров, тщательность работы которых должна лежать между уменьем кузнеца и мастера математических инструментов. Тем самым Болтон предполагал удешевить внедрение машины на 20%. Однако заключение соглашения растянулось на долгих шесть лет между всеми заинтересованными лицами: Уаттом, Рэбуком, Болтоном и Смоллом.

За эти же шесть лет подходил к концу срок использования патента, работа же по строительству машины на фабрике в Сохо требовала дополнительного времени. Как и предполагал Болтон, для создания уаттовской машины нужны были обширные связи. Уатт направляет петицию в парламент для продления его особых привилегий на использование собственного изобретения, которую, по просьбе Болтона, в Палате Общин представляет лорд Гернси. Болтон же адресует письмо от 22 февраля 1775 года графу Дортмусу, президенту министерства торговли, лично интересовавшемуся новинками в науке и технике, и просит его оказать внимание и содействие скорейшему и успешному разрешению вопроса. В письме, излагая причины, по которым Уатт не уложился в отведенные ему шесть лет, Болтон не забывает дать рекламу возможностям применения паровой машины: «Мне не следует указывать Вашей светлости на великую пользу пара и огненных машин на угольных копях, в добыче свинца, олова, на медных рудниках и в других больших работах, где необходимо много энергии, но я прошу принять во внимание, что открытие м-ра Уатта, если оно войдет в практику, очень широко распространится в огненных машинах, делая их на четверть дешевле обыкновенного и возможными для применения с различными целями и в различных мануфактурах, в которых современные машины не могут быть использованы» [28]. В то время, когда писалось это письмо, на фабрике в Сохо завершалась работа над двумя первыми машинами.

Петиция была удовлетворена, пройдя все необходимые ступени в Палате Законов, королевской санкцией от 22 мая 1775 года. Уже в начале 1776 года первая машина, построенная в Сохо, была куплена Джоном Уилкинсоном, давним другом «Лунного общества», известным и преуспевающим железозаводчиком, для раздувания горна на его заводе в Бросли (Шропшир).

Партнерство с Болтоном принесло Уатту постоянный годовой доход в 300 фунтов плюс прибыль от продажи машин. Была четко определена его деятельность на фабрике: делать чертежи, определять направления производства и проводить инспекцию. Успех машины велик, и корреспонденция от заинтересованных клиентов-предпринимателей растет. На ближайшие десять лет основным местом поставок машины стали рудники в Корнуэлле. Уатт был окрылен успехом своей машины и писал Болтону: «Я понял, что все предприниматели западных земель будут здесь, чтобы увидеть это чудо» [29].

Разумная и расчетливая финансовая политика партнеров принесла им хороший доход. Они поощряли предпринимателей установлением «премий» за покупку машины, и через десять лет лишь одна-две ньюкоменовские машины старого образца остались в Корнуэлле, а еще в 1777 году их было свыше 70 [30]. Однако для Уатта получение денег не было целью, он продолжает работу по совершенствованию машины.

Уже известный нам французский геолог де Сант-Фонд характеризует мистера Уатта как «одного из наиболее ученых людей Англии в области механики, кроме того, владеющего большими знаниями в области химии и физики» [31]. В свой приезд в Бирмингем в 1784 году он посещает Уатта так часто, как это было для него возможно. Восхищаясь его обширными познаниями, ученый не оставляет без внимания «моральные качества» изобретателя: «Его привлекательная манера излагать свои мысли усилила мое уважение и расположение к нему. Он располагает к себе открытыми манерами шотландца, искренностью и дружелюбием сердечного человека» [32]. Наблюдая Уатта в кругу семьи, путешественник отмечает, что у него прекрасные дети, наделенные талантами и получающие замечательное образование.

Время, описанное путешественником, — зенит славы Уатта. Коммерческий успех от новых изобретений был огромен. Уатт и Болтон пережили его вместе, принимая поздравления и благодарность промышленников в день 25-летнего юбилея основания своей компании. Уатту тогда было 64, а его партнеру и другу — 72 года. К этому времени фабрика в Сохо поставила только для текстильной промышленности 84 машины [33], всего же на рудниках, металлургических заводах, текстильных фабриках и пивоварнях работало 496 машин [34].

В начале нового столетия Болтон начал получать заказы из других стран, строительство паровых машин продолжалось во Франции, Германии, Голландии, Америке.

* * *

Вернемся теперь к поставленному в самом начале статьи вопросу: отчего в одном случае открытие, состоявшись, не состоялось, а в другом — благодаря открытию началась промышленная революция и автор изобретения получил всемирное признание еще при жизни.

Во-первых, это бросающееся в глаза различие в положении изобретателя, да и вообще человека, реализации его личных возможностей и гарантий со стороны государства в Англии и России.

Россия — государство, не привыкшее ни считаться с людьми, ни считать людей, дорожить их жизнью, умом и способностями. В расчет брались, прежде всего, интересы двора, министерских кабинетов, канцелярий и их чиновников. Ценность человека определялась его исполнительностью и послушанием государству, представителем которого был все тот же чиновник. Промышленное развитие, как и все другие структуры общества, осуществлялось за казенный счет. Российские предприниматели того времени создавали капиталы, утаивая их по возможности от двора. Когда же это становилось невозможным, отдавали свои заводы в казну, строя теперь свой капитал за счет взяток. Главный же производитель оставался крепостным: бывший крестьянин, крепкий отныне государственному заводу, или солдат в вечной своей солдатской службе. И тот и другой никак не были заинтересованы в своем труде. Внеэкономическое принуждение и чиновничье-бюрократический интерес — вот те неестественные условия, в которых поднималась российская промышленность. Личность изобретателя ей была скорее помехой, нежели подспорьем.

Англия XVIII века пережила уже эпоху первоначального накопления капитала, буржуазной революции и создавала систему государственной власти, которая законным (пусть не всегда гуманным и справедливым: например, законы о детском и женском труде, о нищих и т.п.) путем искала способы регулирования взаимоотношений между предпринимателями как частными лицами, а также между предпринимателями и государством. Кроме того, через парламентские дебаты, акты, указы и королевские санкции государство регулировало уже сложившийся внутренний и внешний рынок. Личность предпринимателя — независимого индивида, защищаемого государственными законами и ограниченного ими же в собственном произволе как в производстве, так и в торговле, — вот что составляло главную заботу английского общества XVIII века. Изобретатель в этих условиях становился личностью, нужной обществу, получающей видимые доходы и успех.

Во-вторых, степень развития промышленности России и Англии создала для Ползунова и Уатта разные стартовые условия для реализации их изобретений, как, впрочем, и для проведения экспериментов. В России на заводах применялись лишь водяные приводы, использовавшие силу воды, и машина Ползунова была здесь первым и доселе невиданным делом. Ньюкоменовская машина, по чертежам которой он работал, был куплена уже после его смерти.

Не то в Англии. Поколения изобретателей предшествовали работе Уатта, промышленность была готова, более того, требовала именно универсальной огненной машины. «Друг рудокопов» Сэвери была известна с 1702 года, Ньюкомен поставил первую машину для практического пользования в Дэдли Кастл в Стаффордшире в 1712 году, а начиная с 1722 года его машины появляются по всей Европе. В одно время с Уаттом ее усовершенствовал инженер Джон Сметон. Иными словами, за спиной Уатта были изобретения, не только изложенные в чертежах, но и реально работавшие и приносившие немалый доход. Сформировалась традиция технических новаций, чего в России еще не было. Тем большего восхищения достоин Ползунов, своим собственным усилием попытавшийся повернуть российскую промышленность от «водяного руководства», как он говорил, к универсальному использованию силы пара. Однако усилиями одного, даже гениального, человека невозможно было перебороть сложившуюся к тому моменту традицию неприятия новшеств, рожденных усилиями самобытного ума, а не по приказу начальства. Отсюда и идут причины российского отставания, несмотря на постоянное появление самородков.

В-третьих, как показал наш анализ, столь сложное техническое изобретение возможно было сделать, имея определенный уровень научных знаний. И здесь культурная ситуация была не в пользу Ползунова. Его стремление к знаниям, постоянные просьбы к начальству о продолжении образования, чтение книг, грамотно составленные описания машины говорят о блестящих способностях и успехах в самообразовании, а также точной самооценки собственной учености. Но образование, наука требуют определенной культурной среды, как мы видели на примере судьбы Джеймса Уатта. Этого-то и был абсолютно лишен русский механик.

И последнее. Английская культура XVIII столетия переживала период становления гражданского общества. Это были многочисленные протестантские общины, городские советы, комиссии по благоустройству городов, разнообразные профессиональные организации и сообщества по интересам. Цеховые корпорации, диктовавшие до недавнего времени законы своим членам и всему городу, постепенно сменялись свободными сообществами граждан королевства. «Лунное общество», в котором состояли и Уатт, и Болтон, и Дарвин, и Смолл, и многие другие ученые и предприниматели Бирмингема и прилегающих к нему земель, — тому пример. Бурно шло создание среднего класса. При всех социальных контрастах и противоречиях: непомерной эксплуатации рабочих, тяжелом детском и женском труде на фабриках, высокой детской смертности, жестком законодательстве о нищих и прочих язвах эпохи промышленной революции — Англия двигалась к новым общественным структурам. Уатт, безусловно, был в этом отношении типичным представителем среднего класса.

А что же в России? После Указа Екатерины II лишь дворянство получило полную свободу и независимость от всех обязательных государственных служб, да и не это сословие способствовало развитию буржуазных отношений в России. Третье сословие — купечество, мещанство, разночинный люд — формировалось медленно, крепостное право сдерживало этот процесс. Лишь очень малое количество людей из народа смогло использовать табель о рангах, данную еще петровскими реформами, чтобы выбиться в люди через институт образования. Что же касается гражданских общественных структур, и в частности научных сообществ, то они также стали появляться в России, но лишь в следующем столетии. Традиционная Россия с очень большой неохотой меняла собственные привычки измерять ценность человека его должностью, а не способностями и талантами, определяющими общественную пользу его деятельности.

Наверное, этим и можно объяснить, почему с такой признательностью отнеслись англичане к своему великому соотечественнику Джеймсу Уатту, а также его партнеру Мэтью Болтону: и сегодня каждый может поклониться их праху, придя в церковь Хэндсуорса. Мы же не знаем, да вряд ли когда и узнаем, где место вечного покоя нашего гениального соотечественника Ивана Ивановича Ползунова.

 

Примечания

1. См.: Козлов А.Г. Подлинные документы об Иване Ивановиче Ползунове // Труды ИИЕТа. М., 1955. Т. 3. С. 184.

2. Dickinson H.W. & Vowels H.P. James Watt and the Industrial Revolution. L.; N.Y.; Toronto, 1943. P. 25.

3. Козлов А.Г. Ук. соч. С. 187.

4. Dickinson H.W. & Vowels H.P. Op. cit. P. 30–31.

5. Мотрошилова Н.В. Наука и ученые в условиях современного капитализма. М., 1976. С. 18.

6. A History of Technology. Oxford, 1979. V. VI. P. 176.

7. См.: Тревельян Дж.М. Социальная история Англии. М., 1959. С. 380.

8. Цит. по: Shofield R.E. The Lunar Society of Birmingham. Oxford: The Clarendon Press, 1963. P. 62.

9. Shofield R.E. The Lunar Society… Р. 3.

10. Ibid. P. 70.

11. Вернадский В.И. Труды по истории науки в России. М., 1988. С. 66. Вот характерный пример отношения православных священников к ученым. В 1771 году в Тобольск прибыл Шапп, физик и астроном, занимавшийся наблюдениями за прохождением Венеры через диск Солнца. Митрополит Тобольский не верил в движение Земли вокруг Солнца, и все старания Шаппа убедить его в этом были напрасны. «Все тоболяки, вся чернь и заодно с нею военный генерал смотрели на Шаппа с его астрономическими инструментами как на волшебника, думая, что его прибытие в Сибирь является причиной сильного разлива Иртыша и что река войдет в свои берега после отъезда ученого из города» (Цит. по: Южаков М.И. Шихтмейстер Ив. Ив. Ползунов и его паровая машина // Известия Томского технологического института. 1907. Т. 4. Ч. 1. С. 19).

12. Там же.

13. Цит. по: Данилевский В.В. И.И. Ползунов. Труды и жизнь первого русского теплотехника. М.-Л., 1940. С. 75.

14. Там же. С. 128.

15. Там же. С. 163.

16. Вернадский В.И. Ук. соч. С. 69.

17. Данилевский В.В. Ук. соч. С. 164.

18. Цит. по приложениям к статье: Южаков М.И. Шихтмейстер Ив. Ив. Ползунов и его паровая машина // Известия Томского технологического института. 1907. Т. 4. Ч. 1. С. 36.

19. Милюков П. Очерки по истории русской культуры. Часть первая. СПб., 1898. С. 80, 81.

20. Вернадский В.И. Ук. соч. С. 175.

21. Там же. С. 182.

22. Цит. по приложениям к статье: Южаков М.И. Ук. соч. С. 54.

23. Там же. С. 55.

24. Там же. С. 64.

25. Цит. по: Данилевский В.В. Ук. соч. С. 252.

26. English Historical Documents / Ed. by P.C. Douglas. 1969. V. X. P. 473–474.

27. Цит. по: Dickinson Y.W. & Vowles H.W. Op. cit. P. 38.

28. English Historical Documents. P. 475.

29. Цит. по: Dickinson H.W. & Vowles H.P. Op. cit. P. 47.

30. Лилли С. Люди, машины, история. М., 1970. С. 130.

31. English Historical Documents. V. X. P. 473.

32. Ibid. P. 474.

33. Dickinson H.W. & Vowles H.P. Op. cit. P. 52.

34. A History of Technology. V. IV. P. 163.

☑️ Паровая машина: принцип работы, устройство, схема

В наши дни паровые машины ассоциируются с пережитком прошлого. Они были тяжелыми, крайне неэкономичными и загрязняли окружающую среду. Тем не менее их производство позволило быстро развить промышленность и транспорт. Изобретение паровой машины — огромный технологический скачок в истории человечества. Как устроен паровой двигатель и используется ли он до сих пор?

Кто изобрел паровой двигатель?

Греческий изобретатель Хернон Александрийский считается инициатором создания первой паровой машины.Это было простое устройство, состоящее из двух элементов. Первый представлял собой водогрейный котел и шар, закрепленный на оси. Интересно, что это был не обычный шар, а с установленными с двух сторон насадками. Горячий пар направлялся к подвесному шару и выходил через соответствующие сопла. Из-за силы отдачи он начал вращаться вокруг своей оси. К сожалению, это устройство не имело никакого практического применения.

Паровой двигатель — изобретение

Паровой двигатель считается фактическим паровым двигателем, разработанным в 1710 Томасом Ньюкоменом в Англии.Конструкция этой машины уже напоминала современные паровые машины. За подвод энергии отвечал поршень, перемещающийся внутри цилиндра за счет подаваемого горячего пара. Двигатель Томаса Ньюкомена, вопреки историческому изобретению Хернона, уже нашел подходящее применение. Он использовался в шахтах и ​​использовался для откачки воды.

Джеймс Уатт в эпоху промышленной революции

У паровой машины, разработанной Томасом Ньюкоменом, был серьезный недостаток. Он действовал очень медленно.К счастью, в 1782 году, и Джеймс Уатт модернизировали эту идею. Кульминацией его творчества стала двухсторонняя паровая машина, получившая, наконец, вариант с центробежным регулятором вращения. Благодаря этому промышленная революция смогла двигаться «полным ходом». В качестве любопытства следует добавить, что было выпущено 250 штук этой машины.

Как работает паровой двигатель?

Конструкция классической паровой машины на основе решения Джеймса Уатта относительно проста.Вода в чайнике доводится до кипения путем ее нагревания. Для этой цели чаще всего использовали уголь или дрова. Образовавшийся водяной пар поступает в цилиндр и перемещает внутри него поршень. Работа всей системы довольно интересна, потому что горячий пар подается попеременно в переднюю и заднюю часть цилиндра.

Работу паровой машины можно описать четырьмя пунктами:

1. Водяной пар поступает в цилиндр через открытый впускной канал.
2. Из-за преобладающего давления поршень смещается.
3. При достижении уставки клапан закрывается.
4. Поршень начинает возвращаться в исходное положение, выпуская при этом скопившийся пар.

На начальных этапах развития паровых двигателей для движения использовался насыщенный пар. Это было самое простое решение, но неэффективное. Этот пар конденсировался на стенках цилиндров, что, как следствие, вызывало тепловые потери и снижало эффективность всей системы.Гораздо более эффективным решением оказалось использование ненасыщенного пара (с температурой выше точки кипения воды). Он под высоким давлением подавался в цилиндр высокого давления, а затем подавался в цилиндр низкого давления. Двойное расширение гарантировало большую эффективность двигателя.

Преимущества паровой машины

Одним из несомненных достоинств паровых машин является их простая конструкция. Это напрямую влияет на высокую механическую долговечность.Конечно, при условии, что все движущиеся части правильно смазываются и обслуживаются.

Преимуществом также является простота получения топлива и схема работы данного типа двигателя. Благодаря этому можно легко и быстро диагностировать и устранить дефект.

К преимуществам и недостаткам паровой машины относятся также так называемые многотопливная емкость . Сжигать можно не только уголь, но и другие виды твердого топлива, например дрова. Как насчет производительности? Здесь мощность пара может сильно удивить, потому что эти двигатели генерируют очень высокий крутящий момент и, что лучше всего, на стартовой скорости.

. Недостатки паровой машины

Самым большим недостатком паровых двигателей является выброс огромного количества побочных продуктов сгорания угля. Кроме того, чтобы привести в движение паровоз на участке железной дороги средней протяженности, нужно взять на борт десяток или несколько десятков тонн угля. Не будем забывать и о том, что это сырье недешевое.

Добавим к.п.д. паровой машины, который обычно не превышает 10%, и окажется, что несмотря на огромное количество топлива, количество получаемой от него энергии тревожно мало.Еще одним недостатком является огромный вес паровых двигателей, которые, несомненно, намного массивнее более популярных двигателей внутреннего сгорания.

Наконец, есть еще один существенный недостаток, это длительное время подготовки двигателя к работе, т.е. пуска. Чтобы паровая машина заработала, потребуется несколько десятков минут. Это время должно быть включено, среди прочего проверка и смазка движущихся частей, очистка печи, подготовка и зажигание топлива и, наконец, нагрев воды (только запуск паровой машины требует огромного количества топлива).В связи с этим даже крупногабаритные дизели, установленные на локомотивах, гораздо раньше выходят на рабочую температуру.

Паровой двигатель в автомобиле

Паровые двигатели

, несмотря на столь многие преимущества, успешно вытесняются гораздо более эффективными и экономичными дизельными двигателями. Другая проблема — чисто экологическое существо. Не обманывая себя, сжигание огромного количества угля не остается нейтральным по отношению к окружающей среде. К счастью, эти величественные двигатели не полностью забыты и в 2001 году был создан прототип современной паровой машины.

Это ZEE или двигатель с нулевым уровнем выбросов. Эта трехцилиндровая система объемом 992 куб. см, ³ , вырабатывала 50 кВт мощности. Как работал такой двигатель? На каждый цилиндр приходилась горелка, нагревающая воду в замкнутой системе. Полученный таким образом водяной пар достигал давления 50 бар.

Двигатель ZEE отличался высоким КПД, достигавшим даже 23%. Это означает, что он был более чем в 2 раза эффективнее двигателей, устанавливаемых на паровозы. К сожалению, этого еще недостаточно, чтобы конкурировать с тогдашними бензиновыми или дизельными агрегатами.

Резюме

Паровые двигатели, несомненно, способствовали развитию отрасли. Использование пара для привода машин на транспорте и в промышленности казалось вечным решением, и так оно и было на самом деле. Прошло более 300 лет с тех пор, как Томас Ньюкомен построил паровую машину в 1710 году. Паровые двигатели долгое время были важной частью экономики во всем мире. Можем ли мы рассчитывать на их возвращение?

Все указывает на то, что интенсивное развитие технологий в конце 20 века успешно заменило традиционные паровые двигатели.Хотя на самом деле они очень надежны и обладают относительно высокой производительностью, самой большой проблемой является тип используемого в них топлива. Все упирается в подогрев воды, который к тому же должен быть дешевым, легким и высокомобильным решением. К сожалению, современные двигатели внутреннего сгорания в этом отношении гораздо полезнее, и нет никаких признаков большой отдачи от паровых двигателей.

Тем не менее, следует признать, что, несмотря на долгую историю этого типа машин, большое количество людей испытывает к ним огромную любовь.В особенности это относится к энтузиастам железной дороги, для которых паровозы — настоящая редкость, вызывающая большой ажиотаж.

Самые большие паровые двигатели когда-то использовались на таких кораблях, как RMS Lusitania.

Главный редактор Joblife.pl

Уже 11 лет он занимается созданием специализированного консультативного контента.Его знания получены из многоязычных информационных каналов и научных энциклопедий. Лично я любитель горных путешествий и энтузиаст маркетинга.

.

Паровоз - почему это так важно?

Двигатель

— это устройство, которое превращает форму энергии в движение: ветряная турбина использует поток воздуха, а паровая машина — тепло, нагревающее пар.По сути, это изобретение представляет собой большой котел (бойлер), внутри которого вода кипит до тех пор, пока не станет паром. Вместо того, чтобы бесплодно исчезнуть, он давит на стенки сосуда, создавая давление для перемещения поршней. Это металлические детали, которые идеально сидят внутри цилиндра. Сила пара толкает их вверх: именно это движение может привести в движение машину: будь то водяной насос или мощный локомотив.

Конечно, это сильное упрощение.Если мы хотим узнать , как работает паровая машина , мы можем увидеть такое изобретение в музее техники. Опустим вопрос снижения давления (включая регулятор Ватта), предохранительных клапанов и сливов, без которых котел может взорваться. Чтобы паровая машина была эффективной, она должна иметь несколько поршней, соединенных шатуном с маховиком.

Более поздние изобретения усовершенствовали такую ​​машину.Чтобы не тратить тепло и энергию, паровая машина должна быть реверсивной. Это означает, что поршень, выталкиваемый силой пара, должен вернуться на свое место, чтобы иметь возможность снова двигаться. Чаще всего это достигается благодаря двум цилиндрам, работающим попеременно. Позже были разработаны более сложные машины для более эффективного использования топлива. Сегодня паровые двигатели исчезли с транспортных средств, хотя на атомных лодках и кораблях все еще есть паровые турбины, в которых вода нагревается за счет ядерных реакций.

Кто изобрел паровой двигатель?

Сила воды известна уже сотни лет.Еще в древности греческий ученый Герон изобрел так называемую «баню» — вращающийся вокруг своей оси шар, приводимый в движение силой пара, выходящего из форсунок. Считается первой паровой турбиной. В эпоху Возрождения разные ученые разрабатывали простые (пороховые) двигатели. Прорывом стал насос Ньюкомена, осушающий затопленные шахты.

Если кто-то спросит нас, , кто изобрел паровую машину , то самый простой ответ, что это был шотландец Джеймс Уатт, создатель двусторонней паровой машины с центробежным регулятором вращения - характерные сферы, которые закручивались тем быстрее, чем больше пар давит на стенки котла.Это устройство обеспечивало безопасность, регулируя давление внутри машины. Слишком высокая заставляла его вращаться слишком быстро, тогда устройство прижималось к клапану, чтобы в котел подавалось меньше пара.

Изобретателем первого парового транспортного средства считается француз Николя Кюньо, изобретатель трехколесного транспортного средства, предназначенного для перемещения больших орудий.Сегодня мы называем такую ​​машину артиллерийским тягачом. Американец Оливье Эванс и Ричард Тревитик создали ранние паровые машины , паровую машину , а вот пароход построил маркиз Клод де Жоффруа. Джордж Стефенсон из Великобритании прославился как конструктор первого современного паровоза.

Можете ли вы построить паровой двигатель? Как сделать его модель в домашних условиях?

Технологии девятнадцатого века были очень прозрачными.Любой может построить паровую машину, если понимает, как она работает. Следующий раздел является лишь общим советом: нам нужно рассчитать давление, усилие и знать, как использовать инструменты, чтобы создать работающую паровую машину . Как сделать потом маленький простой мотор в домашних условиях?

Когда мы знаем, как работает паровая машина , и у нас есть инструменты, мы можем без проблем начать строительство.Нам нужно довольно много деталей. Самое главное – это котел, т.е. сосуд, в котором будет нагреваться вода. Это может быть промытая банка из-под краски, главное запаяйте ее наглухо, оставив выход клапана и медную трубку, ведущую к цилиндру, в котором находится поршень. Затем этот элемент необходимо соединить шатуном с маховиком.

Разожгите небольшой огонь под котлом: давление в конце концов вытолкнет поршень, который двигает колесо.Предохранительный клапан должен снижать мощность пара: регулятор можно купить готовый или сделать самому: например, из корпуса, пружины и тяжелого шарика из подшипника, закрывающего клапан. Если он работает правильно, давление упадет, и поршень снова поднимется, приводя в движение паровую машину.

Паровой двигатель может показаться устаревшим по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.Конечно, это. Это очень неэффективно и требует гораздо больше топлива. Все указывает на то, что время бензиновых автомобилей скоро закончится. Сегодня их все чаще заменяют электромобили — будем надеяться, что они питаются от солнечных электростанций или ядерных паровых турбин, а не угольных турбин.

.

Изобретение паровой машины | Энциклопедия инноваций

Паровой двигатель — это двигатель, использующий расширение и конденсацию пара для выполнения механической работы. Энергия пара использовалась во многих областях, включая производство и транспорт. В конце концов сила пара была преодолена двигателем внутреннего сгорания и электричеством.

Паровые двигатели используют для передвижения расширение и конденсацию водяного пара. Энергия пара использовалась во многих областях на протяжении всей истории.

Самая старая зарегистрированная конструкция парового двигателя принадлежит Герою Александрийскому. Он разработал устройство, которое вращалось при нагревании. Хотя он был разработан как новинка, он показал, что вы можете использовать пар, чтобы что-то делать. Впервые для откачки воды из шахты был использован пар. Томас Савери построил первый коммерческий образец, который он запатентовал в 1698 году. Несколько лет спустя Томас Ньюкомен создал еще один более эффективный водяной насос. В 1712 году он создал первую в мире атмосферную паровую машину, которую установил в угольной шахте в Англии.На момент смерти Ньюкомена было установлено 100 его двигателей.

Шотландский инженер Джеймс Уатт усовершенствовал ранние модели Newcomen, добавив отдельный конденсатор. Уатт создал двигатель, в котором использовалось меньше углерода, чем в предыдущих двигателях. Двигатель Уатта все еще был атмосферным двигателем, что ограничивало его мощность. Следующим крупным усовершенствованием стали двигатели высокого давления Ричарда Тревитика. В отличие от атмосферных двигателей Уатта и Ньюкомена, двигатели Тревитика использовали пар для привода двигателя, а не только для создания вакуума.Эти двигатели были более эффективными и имели гораздо больше применений.

До этого момента большинство заводов полагалось на энергию водяных колес, а это означало, что они должны были находиться близко к реке. Паровые машины позволяли строить заводы вдали от рек. Паровые двигатели можно использовать для запуска фабричных машин с гораздо большей скоростью. Паровые машины также использовались для транспорта. Первый локомотив был построен Тревитиком для металлургического завода Coalbrookdale в Великобритании.Пароходы и паровозы позволили людям путешествовать дальше и быстрее, чем когда-либо прежде.

Паровая технология была заменена двигателями внутреннего сгорания и бензиновыми двигателями, поскольку они более эффективны и могут работать дольше. Паровые турбины до сих пор используются во многих странах для производства электроэнергии.

Как им пользоваться?

Иллюстрированные обучающие раскадровки содержат легко усваиваемую визуальную информацию, которая стимулирует понимание и поведение.Storyboard That увлечены студенческим агентством, и мы хотим, чтобы все были рассказчиками. Раскадровки являются отличным средством для представления того, что учащиеся узнали, и для обучения других.

Используйте эти иллюстрированные руководства в качестве трамплина для индивидуальных и групповых проектов!

• Назначьте термин/человека/событие каждому учащемуся для создания собственной раскадровки
• Создайте собственное иллюстрированное учебное пособие
• Создать иллюстрированное руководство для 90 024 человек в классе или школе
• Публикация раскадровок в социальных сетях в классах и школах
• Скопируйте и отредактируйте эти раскадровки и используйте их в качестве ссылок или визуализаций

https://www.storyboardthat.com/pl/innovations/silnik-parowy
© 2022 - ООО "Умные прототипы" - Все права защищены.

.

Может ли паровой двигатель работать?

Интенсивное технологическое развитие сделало некогда широко использовавшиеся паровые двигатели популярным и надежным источником энергии для многих машин, в том числе сельскохозяйственных. Что сделало их сегодня пережитком прошлого?

Пар - чистый источник движения?

У пара много применений. В течение многих десятилетий он использовался в качестве источника энергии во многих промышленных машинах, особенно в паровозах.Хорошо известная как в прошлом, так и сегодня паровая машина славилась огромным весом, надежностью и простой конструкцией.

Казалось бы, пар обладает чудодейственным действием и не производит выхлопных газов, в отличие от более современных бензиновых или дизельных двигателей. С этим нужно согласиться, но не совсем. Сам по себе водяной пар является полностью естественным, но процесс его производства, т.е. нагревания воды в котле, с экологической точки зрения намного хуже.

В паровых двигателях уголь использовался главным образом для нагрева воды, что приводило к образованию огромного количества черного дыма.В наши дни это было вполне нормально, и так же, как и сегодня, паровозы вызывали большое восхищение и восторг. К счастью, сегодня больше внимания уделяется проэкологической деятельности. В результате старые и загрязняющие окружающую среду паровые двигатели были заменены современными дизельными двигателями.

Были ли у паровых машин преимущества?

Несмотря на огромное загрязнение и большой вес, паровые машины имели свои большие преимущества. Во-первых, их конструкция была очень простой.В результате они редко выходили из строя, а если и выходили, то их ремонт был несложным. Низкая частота отказов также является результатом способа получения энергии. Здесь вы должны перейти к следующему преимуществу, т.е. многотопливная мощность. Паровые двигатели могли работать на любом твердом топливе, таком как уголь (где была важна теплотворная способность угля) или древесина. Все, что имело значение, это достичь высокой температуры, чтобы нагреть воду в котле.

К сожалению, несмотря на столь ценные преимущества, у паровых машин было гораздо больше недостатков.Некоторые из них уже заменены. К ним нужно добавить в числе прочих сложная работа машины. Неграмотное распределение пара по всей системе могло даже привести к взрыву котла. Другой проблемой является низкий КПД паровой машины, обычно достигавший нескольких процентов.

Для получения дополнительной информации о том, как работают различные типы двигателей и машин, посетите веб-сайт Joblife.pl.

Можно ли вернуть паровозы?

В своем классическом виде паровые машины нигде не встречаются по ряду причин.Самая большая из них — это, как несложно догадаться, защита окружающей среды. С другой стороны, более экологичные решения, такие как горелки для сжиженного нефтяного газа, могут использоваться для нагрева воды, но это также упускает суть с технической и экономической точек зрения. Другой вопрос, что в настоящее время отказываются от тяжелых конструкций (особенно легковых автомобилей), а паровые машины, как известно, не легкие. Эти и другие аспекты фактически лишают паровые двигатели возможности вернуться к общему использованию.

.

Паровой двигатель - Технологии - Цивилопедия

При нагревании до точки кипения вода превращается в пар. Это знали даже варвары. Однако способ овладеть скрытой силой нашел только Таки ад-Дин Мухаммед ибн Маруф, который в 1551 г. описал ее как гипотетическую паровую турбину, предназначенную для вращения косы. Первый конкретный шаг к функциональной паровой машине был сделан год спустя, когда Эдвард Сомерсет показал коллекцию своих изобретений, в том числе действующую модель парового насоса, который он построил в замке Раглан.Однако Сомерсет умер до того, как предполагалось, что устройство будет использоваться в майнинге. В 1680 году Гюйгенс опубликовал заметки, описывающие двигатель, приводящий в движение поршень, а 18 лет спустя человек по имени Томас Савери фактически создал копию машины Сомерсета… и запатентовал ее вместе с почти каждым применением паровой технологии.

Это, однако, не помешало Томасу Ньюкомену соединить паровой котел с поршнем в цилиндре в 1705 году. Несколько лет спустя, работая с уже владеющим Савери, он установил свою первую коммерческую паровую машину для откачки воды из шахты. туннели.Он немедленно мобилизовал всех изобретателей, чтобы использовать «силу пара» для питания любой машины, которую они могли придумать, хотя иногда они взрывались вместе со своими котлами. В 1769 году Джеймс Уатт изобрел отдельный конденсатор, установив второй цилиндр с впрыском воды, что сделало паровой двигатель более практичным и гораздо более безопасным в использовании.

"Промышленная революция" пришла на волне пара. До 1802 г. на лодках уже устанавливались паровые машины, а в 1825 г.действовала паровая железная дорога. Этот метод кормления произвел революцию в промышленности и транспорте во всем мире. Не прошло и ста лет, как земной шар был покрыт сетью железнодорожных путей и пароходных путей. Паровые фабричные машины выбрасывали десятки миллионов тонн товарных и потребительских товаров. Промышленно развитые страны добились гигантского роста производительности, богатства и загрязнения. Планету охватила спешка по добыче основного топлива, используемого в паровых машинах, — угля.

Наконец, паровая машина уступила место выхлопным полям, которые предлагали большую эффективность в сочетании с меньшим загрязнением.А ведь до нефтяного правления трон занимала супружеская пара, и наш цивилизованный мир мог бы никогда не существовать, если бы не их власть.

.

Паровая машина

Паровой двигатель — это двигатель, использующий для движения пар из кипящей воды. Пар давит на детали двигателя, заставляя их двигаться. Паровые двигатели могут приводить в действие многие виды машин, включая автомобили и электрические генераторы.

Паровые двигатели использовались в шахтных насосах с начала 18 века и были значительно усовершенствованы Джеймсом Уаттом в 1970-х годах. ХХ века. Они были очень важны во время промышленной революции, когда заменили лошадей, ветряные и водяные мельницы для работы машин.

Первые паровые машины были поршневыми. Давление пара давило на поршень, что заставляло его двигаться вдоль цилиндра, поэтому он совершал возвратно-поступательное (обратное) движение. Они могли перемещать насос напрямую или управлять рукояткой, чтобы вращать колесо и управлять машиной. Они работали при низком давлении и должны были быть очень большими, чтобы получить большую мощность.

Паровые двигатели использовались на фабриках для приведения в действие машин и в шахтах для приведения в движение насосов. Позже были построены двигатели меньшего размера, которые могли двигать железнодорожные локомотивы и пароходы.

Пар для питания паровой машины производится в водогрейном котле для производства пара. В большинстве мест огонь нагревает котел. Топливом для костра могут быть дрова, уголь или нефть. Вместо огня можно использовать атомную или солнечную энергию. Пар, выходящий из котла, действует на поршень. Клапан направляет пар к одному концу поршня, а затем к другому, чтобы перемещать его вперед и назад. Подвижный поршень толкает и тянет поршневой шток, траверсу и шатун, чтобы вращать колеса или приводить в действие другие машины.Сильно вращающийся маховик сглаживает мощность поршня. Регулятор регулирует скорость двигателя.

Многие паровые машины все еще работают. В 20 веке поршни были заменены турбинами, которые вращаются, как ветряная мельница, приводимая в движение струями пара. Эти турбины работают быстрее с большей энергоэффективностью, чем оригинальные типы поршневых паровых двигателей. Они используются на электростанциях для работы генераторов, вырабатывающих электроэнергию. Некоторые корабли также оснащены паровыми турбинами.Паротурбинные котлы могут обогреваться многими видами топлива, даже ядерным реактором на некоторых электростанциях и военных кораблях.

Полноразмерная рабочая копия двигателя Томаса Ньюкомена 1712 года для откачки воды из шахт в поместье лорда Дадли. Живой музей Блэк-Кантри

Самый старый из сохранившихся локомотивов: Пыхтящий Билли в Музее науки

В этом огромном здании размещались четыре самых больших балочных двигателя в Британии. Они использовались для перемещения сточных вод в Кросснессе, Бексли.Двигатель использовался для подъема воды. Непрерывная подача воды была необходима, потому что водяное колесо использовалось для привода машин на мануфактуре Бултона в Сохо в Бирмингеме.

Губернатор: Боултон и Ватт - важное изобретение.

Автор

Alegsaonline.com - Паровоз - Леандро Алегса - 17/12/2020 - url: https://en.alegsaonline.com/art/93610

.

История паровой машины и ее применения. Паровозы

Принцип работы паровой машины

Аннотация

1. Теоретическая часть

1.1 Временная часть

1.2 Steam Engine

1.2 1 паровой двигатель

1.2.1 Паровые турбины

1.2.2 The Steam Turbines

1.3

Первые паровые машины Паровые лодки

1.3.2 Рождение двухколесных транспортных средств

1.4 Использование паровых двигателей

1.4.1 Преимущество паровых двигателей

1.4.2 производительность

2. Практическая часть

2.1 Структура механизма

2.2. 2.2 способа улучшения машины и его производительности

2.3 Анкета

Приложение

Библиография

Приложение

Паровая машина Полезное действие

Настоящая исследовательская работа состоит из 32 листов и включает теоретическую часть, практическую часть, приложение и заключение.В теоретической части вы узнаете принцип действия паровых машин и механизмов, их историю и роль их применения в жизни. В практической части подробно описан процесс проектирования и испытаний паровой машины в домашних условиях. Эта исследовательская работа может служить наглядным примером работы и использования энергии пара.

Введение

Мир повинуется всем капризам природы, где машины приводятся в движение силой мускулов или силой водяных колес и ветряных мельниц - таким был мир технологий до создания паровой машины.например, лист бумаги) на своем пути. В результате после долгих экспериментов появилась паровая машина.И представьте себе заводы с трубами, паровыми машинами и турбинами, паровозы и пароходы - целый сложный и могучий мир рукотворной паровой техники. единственный универсальный двигатель и сыграл огромную роль в развитии человечества. паровая машина послужила толчком к дальнейшему развитию транспортных средств. В течение ста лет это был единственный промышленный двигатель, универсальность которого позволяла использовать его на заводах, железных дорогах и на флоте.Изобретение паровой машины – огромный скачок, стоявший на рубеже двух эпох. И с веками весь смысл этого изобретения чувствуется еще больше.

Гипотеза:

Сможете ли вы построить простейший механизм, работающий на пару, своими руками?

Цель работы: сконструировать механизм, который движется в паре.

Цель исследования:

1. Изучить научную литературу.

2. Спроектировать и построить простейший паровой механизм.

3. Рассмотрите возможность повышения производительности в будущем.

Настоящая исследовательская работа послужит учебным пособием на уроках физики для старшеклассников и всех, кто интересуется этим предметом.

Паровая машина представляет собой тепловую поршневую машину, в которой потенциальная энергия водяного пара от парового котла преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращения вала.

Пар является одним из наиболее распространенных теплоносителей в тепловых системах с подогревом жидкого или газообразного рабочего тела, помимо воды и термальных масел.Водяной пар имеет ряд преимуществ, в т.ч. простота и гибкость использования, низкая токсичность, возможность обеспечить значительное количество энергии в технологическом процессе. Его можно использовать в различных системах, в которых хладагент находится в прямом контакте с различным оборудованием, что эффективно способствует снижению затрат на энергию, сокращению выбросов и быстрой окупаемости.

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, установленный опытным путем, согласно которому энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется во времени.Другими словами, энергия не может появиться из ничего и никуда не исчезнуть, она может только переходить из одной формы в другую. Принципиально, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии есть следствие однородности времени, и в этом смысле он универсален, т. е. присущ системам самой разной физической природы.

3000 г. до н.э. - первые дороги появились в Древнем Риме.

2000 г. до н.э. - круг принял более привычный для нас вид.Теперь у него есть ступица, обод и соединяющие их спицы.

1700 г. до н.э. НС. - появились первые дороги, обшитые деревянными балками.

312 до н.э. - Первые каменные дороги были построены в Древнем Риме. Стена была толщиной в метр.

1405 - появились первые весенние конные экипажи.

1510 - гужевая повозка получила кузов со стенками и крышей. Во время путешествия у пассажиров была возможность защититься от непогоды.

1526 - Немецкий ученый и художник Альбрехт Дюрер разработал интересный проект «безлошадной повозки», приводимой в движение силой мускулов людей.Люди, идущие по бокам вагона, крутили специальные ручки. Это вращение через червячную передачу передавалось на колеса экипажа. К сожалению, вагон не был изготовлен.

16:00 - Саймон Стевин строит яхту на колесах, приводимую в движение ветром. Он стал первой конструкцией безлошадной повозки.

1610 - вагоны подверглись двум существенным улучшениям. Во-первых, ненадежные и слишком мягкие ремни, раскачивающие пассажиров в пути, заменили на стальные пружины. Во-вторых, была улучшена конская упряжь.Теперь лошадь тащила повозку не за шею, а за грудь.

1649 - Прошли первые испытания по использованию в качестве движущей силы ранее созданной человеком пружины кручения. Повозка с пружинным приводом была построена Иоганном Хоухом в Нюрнберге. Однако историки оспаривают эту информацию, так как есть версия, что вместо большой пружины в повозке сидел человек, который приводил механизм в движение.

1680 - первые образцы верховой езды в крупных городах, общественный транспорт.

1690 - Штефан Фарффлер из Нюрнберга изобретает трехколесную тележку, которая движется с помощью двух ручек, вращающихся вручную. Благодаря этому приводу конструктор автомобиля смог передвигаться с места на место без помощи ног.

1698 - Англичанин Томас Севери построил первый паровой котел.

1741 - Русский механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков направил в канцелярию Нижегородской губернии "рапорт" с описанием "самостоятельного инвалидного кресла".

1769 Французский изобретатель Кюньо строит первую в мире паровую машину.

1784 Джеймс Уатт строит первую паровую машину.

1791 - Иван Кулибин сконструировал трехколесную самоходную повозку, вмещавшую двух пассажиров. Привод осуществлялся через педальный механизм.

1794 - Паровая машина Cugno была передана в дар «свалке машин, инструментов, моделей, чертежей и описаний всех видов декоративно-прикладного искусства» как очередная механическая диковинка.

1800 - бытует мнение, что в этом году в России построили первый в мире велосипед.Его автором был крепостной Ефим Артамонов.

1808 - На улицах Парижа появился первый французский велосипед. Он был сделан из дерева и состоял из перекладины, соединяющей два колеса. В отличие от современного велосипеда, у него не было ни руля, ни педалей.

1810 - Судоходство начало зарождаться в Америке и Европе. В крупных городах появились целые улицы и даже кварталы, населенные ямщиками-чемпионами.

1816 - Немецкий изобретатель Карл Фридрих Дрейс строит машину, напоминающую современный велосипед.Как только он появился на улицах города, ему дали название «беговая машина», потому что его владелец фактически бегал по земле, отталкиваясь ногами.

1834 - Парусный экипаж конструкции М. Акуэ прошел испытания в Париже. Этот экипаж имел мачту высотой 12 метров.

1868 — Считается, что в этом году прототип современного мотоцикла создал француз Эрн Мишо.

1871 - Французский изобретатель Луи Перро разрабатывает паровой двигатель для велосипеда.

1874 год - в России построена паровая электростанция колесный трактор... Был использован английский прототип автомобиля Эвелин Портер.

1875 - В Париже состоялась демонстрация первой паровой машины Amadeus Bdley.

1884 - Американец Луи Коупленд строит мотоцикл с паровым двигателем, установленным над передним колесом. Эта конструкция могла разгоняться до 18 км/ч.

1901 - в России построен пассажирский паром Московского велосипедного завода "Дукс".

1902 - Леон Серполле установил мировой рекорд скорости 120 км/ч на одном из своих паровозов.

Через год он установил еще один рекорд — 144 км/ч.

1905 - Американец Ф. Марриотт превысил скорость 200 км на паровой машине

1.2 Пара двигатель

Паровой двигатель. Пар, образующийся при нагревании воды, используется для движения. В некоторых двигателях пар заставляет двигаться поршни в цилиндрах. Это создает возвратно-поступательное движение. Прикрепленный механизм обычно приводит его во вращательное движение. В паровозах (локомотивах) используются поршневые двигатели.Паровые турбины также используются в качестве двигателей, которые непосредственно сообщают вращение, вращая серию лопастных колес. Паровые турбины приводят в действие генераторы электростанций и морские гребные винты. В любой паровой машине теплота, образующаяся при нагреве воды в паровом котле (бойлере), преобразуется в энергию движения. Тепло может быть получено от сжигания топлива в печи или от ядерного реактора. Первым в истории паровозов был тип насоса, с помощью которого откачивали воду, затоплявшую шахты.Он был изобретен в 1689 году Томасом Савери. В этой очень простой по конструкции машине пар конденсируется в небольшое количество воды, в результате чего создается частичное разрежение, благодаря которому вода отсасывается из вала. В 1712 году Томас Ньюкомен изобрел паровой поршневой насос. В 1860-х гг. Джеймс Уатт усовершенствовал конструкцию Ньюкомена и создал гораздо более эффективные паровые машины. Вскоре их стали использовать на заводах для привода станков. В 1884 г.Английский инженер Чарльз Парсоне (1854-1931) изобрел первую практическую паровую турбину. Его конструкции были настолько эффективны, что вскоре он начал заменять поршневые паровые двигатели на электростанциях. Самым поразительным достижением в области паровых двигателей стало создание микроскопического, полностью закрытого работающего парового двигателя. Японские ученые создали его, используя методы, используемые для создания интегральных схем. Небольшой ток через электрический нагревательный элемент превращает каплю воды в пар, приводящий в движение поршень.Теперь ученым предстоит выяснить, в каких областях это устройство может найти практическое применение.

В сознании большинства людей в эпоху смартфонов паровые машины — это нечто архаичное, вызывающее улыбку. Насыщенные страницы автомобильной истории были очень яркими и без них вообще сложно представить современный транспорт. Как ни скептически относились к закону, а также нефтяные лоббисты из разных стран пытались ограничить разработку автомобиля для пары, сделать это им удалось лишь на время.Ведь паровая машина похожа на сфинкса. Идея автомобиля на пару (т.е. с двигателем внутреннего сгорания) актуальна и сегодня.

В сознании большинства людей в эпоху смартфонов паровые машины — это нечто архаичное, вызывающее улыбку.

Так, в 1865 году в Англии было запрещено передвигаться на скоростных самоходных машинах на пару. Им запрещалось передвигаться по городу со скоростью более 3 км/ч и не выпускать пар, чтобы не пугать лошадей, запряженных в обычные экипажи.Самый серьезный и ощутимый удар по паровозам нанес уже в 1933 г. закон о налоге на большегрузные автомобили... И только в 1934 г., когда были снижены пошлины на ввоз нефтепродуктов, и победа бензиновых и дизельных двигателей над паровыми .

Только в Англии могли позволить себе так изящно и хладнокровно издеваться над прогрессом. В США, Франции и Италии среда энтузиастов-изобретателей буквально разрывалась от идей, а паровая машина приобретала новые очертания и черты. Хотя изобретение англичан и внесло значительный вклад в развитие паровых транспортных средств, законы и предубеждения властей не позволяли им в полной мере участвовать в борьбе с двигателем внутреннего сгорания.Но давайте говорить о том, что все в порядке.

Доисторическая ссылка

История развития паровой машины неразрывно связана с историей создания и усовершенствования паровой машины. Когда в I веке нашей эры Н.С. Цапля Александрийская предложила паре свою идею вращать металлический шар, и его идея была сочтена не более чем забавой. Были ли изобретатели больше озабочены другими идеями, но первым, кто поставил паровой котел на колеса, был монах Фердинанд Вербст.В 1672 году к его «игрушке» тоже относились как к игре. Но следующие сорок лет не прошли даром для истории паровой машины.

проект самоходного экипажа Исаака Ньютона (1680 г.), пожарный аппарат механика Томаса Севери (1698 г.) и атмосферная среда Томаса Ньюкомена (1712 г.) продемонстрировали огромные возможности использования пара для выполнения Механической работы.. Первоначально паровые машины откачивали воду из шахт и поднимали грузы, но к середине 18 века таких паровых установок в английских компаниях было уже несколько сотен.

Что такое паровой двигатель? Как пара может двигать колеса? Принцип работы паровой машины прост. Вода нагревается в закрытом паровом баке. Пар подается в закрытый цилиндр и выталкивает поршень. Это поступательное движение передается на вал маховика через промежуточный шатун.

Эта принципиальная схема Эксплуатация парового котла на практике имела значительные недостатки.

Первый выстрел пара вылился в палки, а остывший поршень упал под собственным весом к следующему удару.На практике эта принципиальная схема парового котла имела существенные недостатки. Отсутствие системы регулирования давления пара часто приводило к взрыву котла. Приведение котла в техническое состояние потребовало много времени и топлива. Постоянные дозаправки и гигантские размеры паровой установки только дополняли список ее недостатков.

Новая машина была предложена Джеймсом Уаттом в 1765 году. Выдавливаемый поршнем пар направлялся в дополнительную конденсационную камеру и избавлял от необходимости постоянно доливать воду в котел.Наконец, в 1784 году он решил проблему перераспределения движения пара, толкая поршень в обоих направлениях. Благодаря созданной им катушке паровоз смог работать без пауз между циклами. Этот принцип тепловой машины двойного действия лег в основу большинства паровых технологий.

Многие умные люди работали над созданием паровых двигателей. Ведь это простой и дешевый способ черпать энергию практически из ничего.

Небольшой экскурс в историю паровых машин

Однако, как бы велики ни были успехи британцев на этом поприще, француз Николя Жозеф Куньо был первым паровым двигателем, поставленным на колеса.

Первый паровой автомобиль Kyunho

Его автомобиль появился на дорогах в 1765 году. Скорость коляски составила рекордные 9,5 км/ч. В нем изобретатель предусмотрел четыре пассажирских сиденья, которые можно было катить по ветру со средней скоростью 3,5 км/ч. Этого успеха изобретателю было мало.

Необходимость останавливаться для дозаправки и разжигания нового костра через каждый километр дороги была не существенным недостатком, а только современным состоянием техники того времени.

Он решил изобрести пушечный тягач. Так родилась трехколесная телега с массивным котлом впереди. Необходимость останавливаться для дозаправки и разжигания нового костра на каждом километре дороги не была существенным недостатком, а лишь была в то время современным состоянием техники.

Еще одна модель Cugno 1770 года весила около полутора тонн. Новый грузовик мог перевозить около двух тонн груза со скоростью 7 км/ч.

Маэстро Куньо больше интересовала идея создания паровой машины высокого давления.Его даже не смущал тот факт, что котел может взорваться. Именно Куюнхо придумал разместить очаг под котлом и взять с собой «огонь». Кроме того, его «автомобиль» по праву можно назвать первым грузовиком. Отставка патрона и череда революций помешали мастеру развить модель в полноценный грузовик.

Самоучка Оливер Эванс и его амфибия

Идея создания паровых машин имела универсальный масштаб. В штатах Северной Америки изобретатель Оливер Эванс создал около полусотни паровых установок на базе машины Уатта.Стремясь уменьшить размер завода Джеймса Уатта, он разработал паровые двигатели для мукомольных заводов. Однако всемирную известность Оливер Эванс получил благодаря своей паровой амфибии. В 1789 году его первая машина в США успешно прошла как наземные, так и водные испытания.

На свой автомобиль-амфибию, который можно назвать прообразом вездеходов, Эванс установил паровую машину на давление в десять атмосфер!

Девятиметровый корпус фургона весил примерно 15 тонн.Приведенный в движение паровой двигатель, задние колеса и пропеллер. Между прочим, Оливер Эванс также был сторонником паровой машины высокого давления. На свой автомобиль-амфибию, который можно назвать прообразом вездеходов, Эванс установил машину с давлением пара в десять атмосфер!

Если бы у изобретателей 18-19 века были на руках технологии 21 века, представляете, сколько бы технологий они изобрели!? Какая техника!

20 век и 204 км/ч на паровой машине Stanley

Да! XVIII век дал мощный толчок развитию парового транспорта.Многочисленные и разнообразные конструкции самоходных паровых машин стали все больше и больше ослаблять конный транспорт на дорогах Европы и Америки. В начале 20 века автомобили с паровым двигателем получили значительное распространение и стали известным символом своего времени. Так же как и фотография.

XVIII век дал мощный толчок развитию парового транспорта

Именно свою фотокомпанию продали братья Стэнли, когда в 1897 году решили всерьез заняться производством паровых автомобилей в США.Они построили хорошо продаваемые паромные вагоны. Но этого оказалось недостаточно для реализации амбициозных планов. В конце концов, они были лишь одним из многих производителей одних и тех же автомобилей. Так было до тех пор, пока не сконструировали свою "ракету".

Именно свою фотокомпанию продали братья Стэнли, когда решили серьезно заняться производством паровых автомобилей в США в 1897 году.

Наверняка автомобили Стэнли имели славу надежных автомобилей...Паровой блок располагался сзади и котел отапливался бензиновыми или керосиновыми горелками. Маховик двухцилиндровой паровой машины двойного действия, вращающийся на задней оси посредством цепной передачи. У Stanley Steamer не было случаев взрыва котла. Но им нужен был всплеск.

Очевидно, автомобили Stanley имели репутацию надежных автомобилей.

Они произвели фурор на весь мир своей "ракетой". 205,4 км/ч в 1906 году! Так быстро еще никто не ездил! Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания побил этот рекорд лишь спустя 5 лет.Паровая фанера Stanley в форме гоночных автомобилей «Ракета» на протяжении многих лет. Но после 1917 года Stanley Steamer испытывал все большую конкуренцию со стороны дешевого Ford T и ушел.

Уникальные паромы Doble Brothers

Это знаменитое семейство сумело оказать достойное сопротивление бензиновым двигателям до начала 1930-х годов. Они не строили рекордные автомобили. Братья очень любили свои паромы. Иначе как еще объяснить изобретенный ими кулер камеры и кнопку зажигания? Их модели не были похожи на маленькие паровозы.

Братья Эбнер и Джон произвели революцию в паровом транспорте.

Братья Эбнер и Джон произвели революцию в паровых перевозках. Его машине не нужно было прогреваться 10-20 минут для движения. Кнопка зажигания перекачивала керосин из карбюратора в камеру сгорания. Туда он попал после зажигания от свечи зажигания. Вода нагревалась за секунды, а через полторы минуты пар набирал необходимое давление, и можно было идти.

Отработавший пар направлялся в охладитель для конденсации и подготовки к последующим циклам.Поэтому для спокойного пробега в 2000 км автомобилям «Доблов» требовалось всего девяносто литров воды в системе и несколько литров керосина. Такую экономию не мог предложить никто! Возможно, именно на автосалоне в Детройте в 1917 году Стэнли познакомился с моделью братьев Добл и начал ограничивать их производство.

Модель

E стала самым роскошным автомобилем второй половины 1920-х годов и последней версией паромного вагона Доблова. Кожаный салон, полированное дерево и кости слона радуют состоятельных владельцев внутри автомобиля.В такой кабине можно было наслаждаться бегом со скоростью до 160 км/ч. С момента зажигания до момента запуска прошло всего 25 секунд. Еще 10 секунд понадобилось 1,2-тонному автомобилю, чтобы разогнаться до 120 км/ч!

Все эти скоростные характеристики заложены в четырехцилиндровом двигателе. Два поршня выталкивались паром высокого давления в 140 атмосфер, а два других направляли охлажденный пар низкого давления в сотовый радиатор. Но в первой половине 1930-х гг.эти красавцы братья Добл больше не производились.

Паровозы

Не следует, однако, забывать, что паровая тяга быстро развила грузовой транспорт... Паровозы в городах аллергичны для снобов. Но товар должен быть доставлен в любую погоду и не только по городу. А междугородние автобусы и военная техника? На маленьких машинах туда не сойдешь.

Грузовой транспорт имеет одно существенное преимущество перед пассажирским транспортом - его габариты.

Грузовой транспорт имеет одно существенное преимущество перед пассажирским транспортом - его габариты. Именно они позволяют размещать мощные силовые установки в любом месте автомобиля. Более того, это только повысит грузоподъемность и проходимость. На то, как будет выглядеть грузовик, не всегда обращают внимание.

Среди пары грузовиков хотелось бы выделить английский Sentinel и советский НАМИ. Конечно, было и много других, таких как Фоден, Фаулер, Йоркшир. Но именно Sentinel и НАМИ оказались самыми стойкими и выпускались до конца 1950-х годов.прошлый век. Они могли работать на любом твердом топливе – угле, дровах, торфе. «Всеядность» этих грузовиков ставила их попарно вне зависимости от цены нефтепродуктов, позволяла использовать их в труднодоступных местах.

Трудоголик-страж с английским акцентом

Два грузовика отличаются не только страной производства. Отличались и правила размещения парогенераторов. Сантинели характеризуются верхним и нижним расположением паровых машин по отношению к котлу.В верхнем положении парогенератор подавал горячий пар непосредственно в моторный отсек, который соединялся системой с мостами через карданные валы... Благодаря нижнему расположению паровой машины, т.е. на шасси, котел нагревал воду и подавали пар к двигателю по трубам, что гарантировало температурные потери.

Сантинеле характеризуются верхним и нижним расположением паровых машин по отношению к котлу.

Характерным для обоих типов было наличие цепной передачи от маховика паровой машины к карданным шарнирам.Это позволило дизайнерам стандартизировать производство Сантинели в соответствии с требованиями заказчика. Для жарких стран, таких как Индия, выпускались паровые машины с нижним, раздельным расположением котла и двигателя. Для стран с холодными зимами - с верхним, комбинированным типом.

Для жарких стран, таких как Индия, выпускались паровые машины с нижним, раздельным расположением котла и двигателя.

В этих грузовиках используются многие проверенные технологии.Золотники и клапаны распределения пара, двигатели одинарного и двойного действия, высокого или низкого давления, с редуктором или без него. Однако это не продлило жизнь английским паровозам. Хотя они выпускались до конца 1950-х годов и даже служили в армии до и во время Второй мировой войны, они все же были громоздкими и чем-то напоминали паровозы. А так как не нашлось заинтересованных в их радикальной модернизации лиц, их судьба была обречена.

Хотя выпускались до конца 1950-х гг.Они были даже громоздкими и чем-то напоминали паровозы 1980-х годов и даже служили в армии до и во время Второй мировой войны.

Кому что, кроме нас - США

Для того, чтобы поднять истерзанную войной экономику Советского Союза, нужно было найти способ не тратить ресурсы нефти, хотя бы в труднодоступных местах - на севере страны и в Сибири. Советским инженерам была предоставлена ​​возможность изучить разработанную Сантинелем конструкцию четырехцилиндровой паровой машины прямого действия и разработать собственный «ответ Чемберлену».

В 1930-х годах российские институты и конструкторские бюро неоднократно пытались создать альтернативный грузовик для лесной промышленности.

В 1930-е годы российские институты и конструкторские бюро неоднократно пытались создать альтернативный грузовик для лесной промышленности. Но каждый раз останавливался на этапе тестирования. Используя собственный опыт и возможность изучения перехваченных паромных машин, инженерам удалось убедить руководство страны в необходимости такой паровой машины.Кроме того, бензин был в 24 раза дороже угля. А уж о стоимости дров в тайге и говорить нельзя.

Группа конструкторов под руководством Ю.Шебалина максимально упростила паровую установку. Они объединили четырехцилиндровый двигатель и котел в один блок и разместили его между кузовом и кабиной. Ставим данную установку на шасси ЯАЗ(МАЗ)-200 серии. Работа пара и его конденсация совмещены в замкнутом контуре. Выдача слитков из бункера была автоматической.

Так родился НАМИ-012, фактически в лесной местности. Разумеется, принцип питания бункера твердым топливом и положение паровой машины на тележке были заимствованы из практики газовых электростанций.

Судьба хозяина леса - НАМИ-012

Характеристики парового бытового бортового автомобиля и лесовоза НАМИ-012 были следующие

• Грузоподъемность - 6 тонн
• Скорость - 45 км/ч
• Запас хода без дозаправки 80 км, при возобновлении подачи воды 150 км
• Крутящий момент на малых скоростях - 240 кгм, что почти в 5 раз превышает показатели базового ЯАЗ-200
• Котел с естественной циркуляцией создавал давление 25 атмосфер и доводил пар до температуры 420°С
• Можно было пополнять запас воды прямо из бака через эжекторы
• Цельнометаллическая кабина не имела капота и на
выдвигалась вперед.
• Скорость регулировалась количеством пара в двигателе рычагом подачи/отсечки.С его помощью баллоны наполнялись на 25/40/75%.
• Одна передача заднего хода и три педали управления.

Серьезными недостатками паровой машины были расход 400 кг дров на 100 км пути и необходимость утилизировать воду в котле в условиях мороза.

Серьезными недостатками тепловоза были расход 400 кг дров на 100 км пути и необходимость избавления от воды в котле в условиях мороза. Но главный недостаток, который присутствовал у первого образца, — плохая проходимость без нагрузки.Потом выяснилось, что передний мост перегружен кабиной и паровым агрегатом, по сравнению с задним мостом. С этой задачей справились, установив на полноприводный ЯАЗ-214 модернизированную паровую силовую установку. Теперь мощность лесовоза НАМИ-018 увеличена до 125 лошадиных сил.

Однако, не успев распространиться по стране, все парогенераторы были выброшены во второй половине 1950-х годов.прошлый век.

Однако, не успев распространиться по стране, все парогенераторы были выброшены во второй половине 1950-х годов. Впрочем, вместе с газогенераторами. Что касается стоимости переоборудования автомобиля, экономические выгоды и простота использования отнимали много времени и вызывали сомнения по сравнению с бензиновыми и дизельными грузовиками. Тем более, что к тому времени в Советском Союзе уже зарождалась добыча нефти.

Быстрый и недорогой современный паровоз

Не думайте, что идея паровой машины забыта навсегда.В настоящее время наблюдается значительный рост интереса к двигателям, альтернативным двигателям внутреннего сгорания на бензине и дизельном топливе. Мировые запасы нефти не безграничны. Да и стоимость нефтепродуктов продолжает расти. Конструкторы так старались усовершенствовать двигатель внутреннего сгорания, что их идеи почти достигли предела.

Электромобили, водородные автомобили, газогенераторы и паровые машины снова стали горячими темами. Здравствуй, забытый 19 век!

В настоящее время наблюдается значительный рост интереса к двигателям, альтернативным двигателям внутреннего сгорания на бензине и дизельном топливе.

Британский инженер (опять же Англия!) продемонстрировал новые возможности паровой машины. Он создал свой Inspuration не только для того, чтобы продемонстрировать важность паровых автомобилей. Его идея сделана для рекордов. 274 км/ч – это скорость, с которой разгоняются двенадцать котлов, установленных на 7,6-метровом автомобиле. Всего 40 литров воды достаточно, чтобы сжиженный газ буквально за мгновение поднял температуру пара до 400°С. Только представьте, что потребовалось 103 года истории, чтобы побить рекорд скорости для паровой машины, установленный Rocket!

В современном парогенераторе можно использовать угольную пыль или другое дешевое топливо, напр.мазут, сжиженный газ. Именно поэтому паровые машины всегда были и будут популярны.

Но для экологически безопасного будущего необходимо вновь преодолеть сопротивление нефтяных лоббистов.

Паровые двигатели устанавливались и приводились в действие большинством паровозов с начала 19 века до 1950-х годов. Хочется отметить, что принцип работы этих двигателей всегда оставался одним и тем же, несмотря на изменение их конструкции и габаритов.

Анимированная иллюстрация показывает работу паровой машины.

Для производства пара, подаваемого в двигатель, применялись котлы, работающие как на дровах и угле, так и на жидком топливе.

Первая мера

Пар из котла поступает в паровую камеру, из которой через паровой клапан (обозначен синим цветом) поступает в верхнюю (переднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром, толкает поршень вниз к НМТ. При перемещении поршня из ВМТ в НМТ колесо делает пол-оборота.

Выпуск

В самом конце пути поршня к НМТ паровой клапан перемещается, выпуская оставшийся пар через выпускное отверстие, расположенное под клапаном. Остаточный пар выходит, создавая звук, характерный для паровых двигателей.

Вторая мера

Одновременно при перемещении клапана остаточного пара открывается вход пара в нижнюю (заднюю) часть цилиндра. Давление, создаваемое паром в цилиндре, заставляет поршень двигаться к ВМТ.За это время колесо делает еще пол-оборота.

Выпуск

В конце пути поршня к ВМТ оставшийся пар выбрасывается через то же выпускное отверстие.

Цикл повторяется заново.

Паровой двигатель имеет так называемый мертвая точка в конце каждого хода, когда клапан переходит от такта расширения к выходу. По этой причине каждая паровая машина имеет два цилиндра, что позволяет запускать двигатель из любого положения.

Изобретение паровых двигателей стало поворотным моментом в истории человечества.Где-то на рубеже 17-18 веков началась замена малоэффективного ручного труда, водяных колес и совершенно новыми и уникальными механизмами - паровыми машинами. Именно благодаря им стала возможной техническая и промышленная революция и весь прогресс человечества.

Но кто изобрел паровой двигатель? Кому человечество обязано этим? И когда это было? Мы постараемся найти ответы на все эти вопросы.

Еще до нашей эры

История паровой машины начинается в первые века н.э.CE Цапля Александрийская описала механизм, который срабатывал только при воздействии пара. Устройство представляло собой сферу с прикрепленными к ней насадками. Пар выбрасывался из сопел по касательной, тем самым заставляя двигатель вращаться. Это было первое паровое устройство.

Создателем паровой машины (точнее турбины) является Таги ад-Диноме (арабский философ, инженер и астроном). Его изобретение стало широко известно в Египте в 16 веке. Механизм был устроен следующим образом: струи пара направлялись прямо на лопастной механизм, а при выпуске дыма лопасти вращались.Нечто подобное предложил итальянский инженер Джованни Бранка в 1629 году. Основным недостатком всех этих изобретений был также большой расход пара, что в свою очередь требовало огромных затрат энергии и не рекомендовалось. Развитие было остановлено, потому что научных и технических знаний человечества в то время было недостаточно. Более того, нужды в подобных изобретениях не было вовсе.

Разработка

До 17 века невозможно было создать паровую машину. Но как только планка уровня человеческого развития перескочила, появились первые образцы и изобретения.Хотя в то время их никто не воспринимал всерьез. Например, в 1663 году английский ученый опубликовал в печати проект своего изобретения, которое он установил в замке Раглан. Его устройство использовалось для подъема воды вверх по стенам башен. Однако, как и все новое и неизведанное, этот проект был воспринят с сомнением и не нашлось спонсоров для его дальнейшего развития.

История паровой машины начинается с изобретения атмосферной паровой машины. В 1681 году французский ученый изобрел устройство для откачки воды из шахт.Первоначально в качестве движущей силы использовался порох, затем его заменил водяной пар. Так появилась пароатмосферная машина. Огромный вклад в ее усовершенствование внесли ученые из Англии Томас Ньюкомен и Томас Северен. Неоценимую помощь оказал и русский изобретатель-самоучка Иван Ползунов.

Неудачная попытка Папена

Далеко не совершенный в то время паровой двигатель привлек особое внимание судостроительной отрасли. Последние сбережения Д. Папен потратил на покупку небольшого корабля, на котором начал устанавливать пароатмосферную машину для подъема воды собственного производства.Механизм действия заключался в том, что, падая с высоты, вода начинала крутить колеса.

Изобретатель провел свои испытания в 1707 году на реке Фульда. Многие стекались посмотреть на чудо: корабль, плывущий по реке без парусов и весел. Однако во время испытаний произошла катастрофа: взорвался двигатель и погибло несколько человек. Власти рассердились на горе-изобретателя и запретили ему заниматься какими-либо работами и проектами. Корабль был конфискован и уничтожен, а сам Папен умер через несколько лет.

Ошибка

Отпариватель Папен имел следующий принцип работы. На дно цилиндра нужно было налить небольшое количество воды. Под самим цилиндром находился котел, который использовался для нагрева жидкости. Когда вода закипела, образовался пар, который расширялся и поднимал поршень. Воздух вытеснялся из пространства над поршнем через специально оборудованный клапан. Когда вода закипела и начал выливаться пар, необходимо было снять котел, закрыть вентиль для удаления воздуха и использовать холодную воду для охлаждения стенок цилиндра.Благодаря таким действиям пар в цилиндре конденсировался, под поршнем создавалось разрежение, а благодаря силе атмосферного давления поршень возвращался на прежнее место. Некоторая полезная работа была сделана во время его движения вниз. Однако КПД паровой машины Папена был отрицательным. Двигатель парохода был чрезвычайно расточительным. А самое главное, он был слишком сложен и неудобен в использовании. Поэтому изобретение Папена с самого начала не имело будущего.

Последователи

Но на этом история паровой машины не закончилась.Следующим, уже гораздо более успешным, чем Папен, был английский ученый Томас Ньюкомен. Он долго изучал работы своих предшественников, акцентируя внимание на слабых местах... и опираясь на лучшее из их работ, в 1712 году создал свой аппарат. Новая паровая машина (на фото) устроена следующим образом: используются вертикальный цилиндр и поршень. Этот Новичок почерпнул из работы Папена. Однако пар производился в другом котле. Вся оболочка крепилась вокруг поршня, что значительно увеличивало герметичность внутри парового цилиндра.Эта машина тоже была пароатмосферной (вода выходила из шахты при атмосферном давлении). Основными недостатками изобретения были его громоздкость и малоэффективность: машина «съедала» огромное количество угля. Но это было гораздо полезнее, чем изобретение Папена. Поэтому его почти пятьдесят лет использовали в подземельях и шахтах. Его использовали для откачки грунтовых вод и для осушения кораблей. он пытался переоборудовать свою машину, чтобы ее можно было использовать для движения. Однако все его попытки не увенчались успехом.

Еще одним ученым, заявившим о себе, был Д. Халл из Англии. В 1736 году он представил миру свое изобретение: пароатмосферную машину, имевшую в качестве движителя роторы. Его разработка оказалась более успешной, чем у Папена. Несколько таких кораблей были освобождены сразу. В основном они использовались для буксировки барж, кораблей и других плавсредств. Однако надежность пароатмосферного двигателя не внушала доверия, и в качестве основного движителя корабли снабдили парусами.

И хотя Халлу повезло больше, чем Папену, его изобретения постепенно теряли свою актуальность и были заброшены. Однако у пароатмосферных машин того времени было много специфических недостатков.

История паровой машины в России

Очередной прорыв произошел в Российской империи. В 1766 году на Барнаульском металлургическом заводе была построена первая паровая машина, подававшая воздух в плавильные печи с помощью специальных дутьевых мехов. Его создателем стал Иван Иванович Ползунов, который за заслуги перед Отечеством даже получил офицерское звание.Изобретатель представил начальству планы и чертежи «пожарной машины», способной приводить в движение меха.

Однако судьба сыграла с Ползуновым злую шутку: через семь лет после принятия его проекта и сборки автомобиля он заболел и умер от износа - всего за неделю до испытаний своего двигателя. Однако его указаний было достаточно, чтобы запустить двигатель.

Итак, 7 августа 1766 года Ползуновская паровая машина была пущена в ход и загружена. Однако в ноябре того же года он рухнул.Причиной оказались слишком тонкие стенки котла, не предназначенного для загрузки. Более того, изобретатель написал в своей инструкции, что этот котел можно использовать только во время испытаний. Сделать новый котел было бы несложно, так как КПД паровой машины Ползунова был положительным. За 1023 часа работы с его помощью было выплавлено более 14 пудов серебра!

Но, несмотря на это, ремонтировать механизм никто не стал. Паровоз Ползунова пылился на складе более 15 лет, пока индустриальный мир не остановился и не развился.А потом его полностью разобрали. Видимо, на данный момент Россия еще не созрела для паровых двигателей.

Требования времени

Между тем жизнь не стояла на месте. И человечество постоянно думало о создании механизма, который позволял бы не полагаться на капризную природу, а управлять самой судьбой. Всем хотелось поскорее отказаться от паруса. Поэтому вопрос о создании парового механизма постоянно витал в воздухе. В 1753 году в Париже был объявлен конкурс среди ремесленников, ученых и изобретателей.Академия наук объявила награду тому, кто сможет создать механизм, заменяющий силу ветра. Но несмотря на то, что в конкурсе участвовали такие умы, как Л. Эйлер, Д. Бернулли, Кантон де Лакруа и другие, осмысленного предложения никто не внес.

Прошли годы. А промышленная революция охватила все новые и новые страны. Превосходство и лидерство других держав неизменно переходили к Англии. В конце XVIII века именно Великобритания стала создателем крупной промышленности, благодаря чему завоевала звание мирового монополиста в этой отрасли.Вопрос о механическом двигателе с каждым днем ​​становился все более актуальным. И такой двигатель был создан.

Первая в мире паровая машина

1784 год стал поворотным моментом промышленной революции для Англии и всего мира. И ответственным за это был английский механик Джеймс Уатт. Созданная им паровая машина стала самым известным открытием века.

Несколько лет изучал чертежи, конструкцию и принципы работы пароатмосферных машин.И на основании всего этого сделал вывод, что для бесперебойной работы двигателя необходимо уравнять температуры воды в цилиндре и пара, поступающего в механизм. Основным недостатком пароатмосферных машин была постоянная необходимость охлаждения цилиндра водой. Это было дорого и неудобно.

Новая паровая машина устроена иначе. Таким образом, цилиндр закрывался в специальной паровой рубашке. Таким образом, Ватт достиг своего стабильного теплого состояния. Изобретатель создал специальный сосуд, погруженный в холодную воду (конденсатор).Цилиндр соединен с ним трубой. Когда пар выпускался в цилиндре, он по трубе попадал в конденсатор и снова превращался в воду. Работая над улучшением своей машины, Уатт создал вакуум в конденсаторе. Таким образом, весь выходящий из цилиндра пар конденсировался в нем. Благодаря этому нововведению значительно ускорился процесс расширения пара, что в свою очередь позволило извлекать гораздо больше энергии из того же количества пара. Это был венец успеха.

Создатель паровой машины также изменил принцип подачи воздуха.Теперь пар сначала попадал под плунжер, поднимая его, а затем собирался над плунжером, опуская его. Таким образом, оба хода поршня в механизме стали плавными, что раньше было даже невозможно. А расход угля на одну лошадиную силу был в четыре раза меньше, чем в пароатмосферных машинах, соответственно, чего и пытался добиться Джеймс Уатт. Паровоз очень быстро покорил Великобританию, а затем и весь мир.

Шарлотта Дандас

После того, как весь мир был поражен изобретением Джеймса Уатта, паровые двигатели стали широко использоваться.Так в 1802 году в Англии появилось первое судно на пару — бот «Шарлотта Дандас». Его создателем является Уильям Симингтон. Лодка использовалась для буксировки барж по каналу. Роль манипулятора на корабле выполняло гребное колесо, установленное на корме. Лодка впервые успешно прошла испытания: за шесть часов отбуксировала две огромные баржи на 18 миль. В то же время его очень беспокоил ветер в лицо. Но он сделал.

И все же над ним шутили, так как опасались, что из-за сильных волн, образующихся под гребным колесом, будут размыты края канала.Кстати, на испытаниях Шарлотты присутствовал человек, которого сегодня весь мир считает создателем первого парохода.

по всему миру

Английский кораблестроитель с юности мечтал о корабле с паровой машиной. И вот теперь его мечта стала возможной. Ведь изобретение паровых машин дало новый толчок судостроительной отрасли. Вместе с американским посланником Р. Ливингстоном, взявшим на себя материальную сторону дела, Фултон начал проект паровозного корабля. Это было сложное изобретение, основанное на идее системы привода лопастей.Вдоль бортов судна были вытянуты в ряд пластины, имитирующие множество весел. При этом пластины продолжали мешать друг другу и трескались. Сегодня можно смело сказать, что такого же эффекта можно добиться всего тремя-четырьмя пластинами. Но с точки зрения науки и техники того времени это было нереально. Поэтому работникам верфи пришлось гораздо сложнее.

В 1803 году изобретение Фултона было представлено всему миру.Пароход медленно и уверенно плыл по Сене, поражая умы и воображение многих парижских ученых и руководителей. Однако правительство Наполеона отвергло проект, и недовольные корабелы были вынуждены искать счастья в Америке.

Так, в августе 1807 года через Гудзонов залив проплыл первый в мире пароход «Клермонт», в котором принимала участие самая мощная паровая машина (на фото). Тогда многие просто не верили в успех.

Клермонт отправился в свое первое плавание без груза.Никто не хотел путешествовать на борту огнедышащего корабля. Но на обратном пути появился первый пассажир — местный фермер, заплативший за билет шесть долларов. Он стал первым пассажиром в истории пароходства. Фултон был настолько тронут, что дал смельчаку пожизненную бесплатную поездку на все свои изобретения.

ПАРОВОЙ РОТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ и АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Роторная паровая машина (роторная паровая машина) - уникальная энергетическая машина, разработка производства которой еще недостаточно развита.

С одной стороны, роторные двигатели самых разных конструкций существовали в последней трети девятнадцатого века и даже хорошо работали, включая привод динамо-машины для выработки электроэнергии и питания всех объектов. Но качество и точность изготовления таких паровых машин (паровых машин) были очень примитивными, поэтому они имели низкий КПД и малую мощность. С тех пор маленькие паровозы ушли в прошлое, но вместе с действительно малоэффективными и бесперспективными поршневыми паровыми машинами ушли в прошлое и роторные паровые машины с хорошими перспективами.

Основная причина в том, что на технологическом уровне конца 19 века не было возможности сделать действительно качественный, мощный и долговечный роторный двигатель.
Поэтому из всей номенклатуры паровых машин и паровозов благополучно и активно дожили до наших времен только паровые турбины огромной мощности (от 20 МВт и выше), на долю которых сегодня приходится около 75% производства электроэнергии в нашей стране. . Паровые турбины большой мощности также обеспечивают энергией ядерные реакторы на боевых подводных лодках-ракетоносцах и крупных арктических ледоколах.Но это все огромные машины... Паровые турбины резко теряют весь КПД при уменьшении своих размеров.

…. Поэтому не существует мощных паровых машин и паровых машин мощностью менее 2000 - 1500 кВт (2 - 1,5 МВт), способных эффективно работать на паре, полученном при сжигании дешевого твердого топлива и различных свободно горючих отходов.
Именно в этой ныне пустой области техники (и абсолютно голого, но крайне необходимого товарного предложения в коммерческой нише), в этой рыночной нише маломощных машин паровые роторные двигатели могут и должны занять свое весьма ценное место.А нужны они нам только в нашей стране - десятки и десятки тысяч... Особенно такие малые и средние энергетические машины для автономного производства энергии и автономного электроснабжения нужны малым и средним предприятиям в районах, удаленных от крупных городов, и крупных электростанций: - на малых лесопильных заводах, удаленных шахтах, вахтовых поселках и лесничествах и т. д. и т. п.
… ..

..
Давайте посмотрим на показатели, которые делают роторные локомотивы лучше своих ближайших собратьев - поршневых паровых машин и паровых турбин.
... - 1) Роторные двигатели являются объемными машинами, как и поршневые двигатели. Эти. они имеют малый расход пара на единицу мощности, так как пар в их рабочие полости подается время от времени и строго дозированными порциями, а не постоянным обильным потоком, как в паровых турбинах. Поэтому роторные паровые машины намного экономичнее паровых турбин на единицу выходной мощности.
- 2) Роторные паровые машины имеют плечо приложения газовых сил (моментное плечо) значительно (в несколько раз) большее, чем поршневые паровые машины.Поэтому мощность, которую они получают, намного выше, чем у поршневых паровых двигателей.
- 3) Роторные паровые машины имеют значительно больший ход поршня, чем поршневые паровые машины, т. е. они обладают способностью преобразовывать большую часть внутренней энергии пара в полезную работу.
- 4) Роторные паровые машины могут эффективно работать на насыщенном (влажном) паре, без затруднений допуская конденсацию значительной части пара с переводом ее в воду непосредственно в рабочих частях роторной паровой машины.Это также повышает эффективность паровой электростанции с использованием роторной паровой машины.
- 5 ) Роторные паровые машины работают со скоростью 2-3 тыс. об/мин, что является оптимальной скоростью для выработки электроэнергии, в отличие от поршневых двигателей со слишком низкими оборотами (200-600 об/мин) традиционных паровых машин типа паровозных или со слишком быстроходными турбинами (10-20 тыс. об/мин ).

В то же время технологически роторные паровые машины относительно просты в изготовлении, что делает затраты на их производство относительно низкими.В отличие от паровых турбин, производство которых чрезвычайно дорого.

КРАТКИЙ ОБЗОР ЭТОЙ СТАТЬИ - Роторная паровая машина - паровая машина высокой производительности для преобразования давления пара из теплоты сгорания твердого топлива и горючих отходов в механическую и электрическую энергию.

Автор этой страницы уже получил более 5 патентов на изобретения, касающиеся различных аспектов конструкции роторных паровых машин. А также выпускается ряд малых роторных двигателей мощностью от 3 до 7 кВт.В настоящее время ведется проектирование роторных паровых машин мощностью от 100 до 200 кВт. Однако роторные двигатели
имеют «общий недостаток» - сложную систему уплотнений, которая оказывается слишком сложной, миниатюрной и дорогой в производстве для небольших двигателей.

В то же время автор сайта разрабатывает аксиальные паропоршневые двигатели с встречным движением поршня. Эта система является наиболее энергоэффективной с точки зрения изменения мощности из всех возможных схем применения поршневой системы.
Эти двигатели небольшого размера немного дешевле и проще, чем роторные двигатели, и в них используются самые традиционные и простые уплотнения.

Ниже представлен видеоролик, демонстрирующий использование небольшого аксиально-поршневого оппозитного двигателя с противоположным движением поршня.

В настоящее время выпускается такой аксиально-поршневой оппозитный двигатель мощностью 30 кВт. Ресурс двигателя должен составлять несколько сотен тысяч часов работы, так как обороты паровой машины в 3-4 раза ниже оборотов двигателя внутреннего сгорания, в паре трения "поршень-цилиндр" - подвергается плазменно- ионное азотирование в вакуумной среде, а твердость поверхностей трения составляет 62-64 единицы HRC.Подробную информацию о процессе азотирования поверхностного упрочнения см.

Вот анимация принципа работы такого аксиально-поршневого оппозитного двигателя с противоположно вращающимися поршнями аналогичного расположения.

.

---

Смотрите также

• 
  Правила хранения шин без дисков
• 
  Как часто менять тормозную жидкость в автомобиле
• 
  Азиатские автомобили
• 
  Кадиллак атлас
• 
  Уук в автомобиле
• 
  Чем отполировать фары пластиковые самому вручную
• 
  После замены лобового стекла
• 
  Как настроить радио пионер в машине
• 
  Тюнинг subaru impreza wrx sti
• 
  Причины неисправности свечей зажигания
• 
  Flipper devices