Кто на самом деле автор мировой промышленной революции?

Фамилия этого изобретателя известна каждому, как электрические лампы. Их мощность указана в ваттах. Эта единица измерения носит имя шотландца Джеймса Уатта. Не всем ведомо, однако, что именно он изобрел первую универсальную паровую машину, благодаря которой свершилась промышленная революция.

Джеймс Экфорд Лаудер. Джеймс Уатт и паровой двигатель. 1855

Произошло это не на пустом месте. Задолго до Уатта, еще в Древней Греции энергию пара использовал Герон Александрийский — изобретатель «шара Эола»: его заполняли водой, нагревали, а выходящий из специальных форсунок пар заставлял шар вертеться. Это была лишь игрушка, но позже появились и механизмы на том же принципе. В 1615 году во Франции Соломоном де Ко было создано устройство, поднимающее воду с помощью пара. А через несколько лет итальянец Джованни Бранка тем же способом заставил вращаться колесо. Наконец, англичанин Томас Ньюкомен спустя век изобрел машину с цилиндром — достаточно совершенный паровой насос, хотя управление им велось вручную. Вот эту машину и суждено было усовершенствовать шотландскому инженеру Джеймсу Уатту.

Гравюра Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель Ньюкомена

К тому моменту Уатт обустроил в Глазго свою мастерскую инструментов — профессию он получил в юности, зарабатывая на жизнь изготовлением линеек, циркулей и геодолитов. Мастеру поступил заказ от местного университета — отремонтировать макет машины Ньюкомена. Во время работы Уатт усовершенствовал конструкцию, поняв, что не надо охлаждать цилиндр, создавая вакуум, а гораздо эффективнее использовать силу давления пара. На свое изобретение он и получил патент в 1769 году.

Оно и стало основой его знаменитой паровой машины, окончательный вид которой сложился лишь спустя 15 лет. В ней появился удобный кривошипно-шатунный механизм, делавший машину универсальной. Вскоре она появилась на заводах, а позже двигатели Уатта поставили на первые паровозы и пароходы.

Паровая машина Джеймса Уатта

Что последовало затем, общеизвестно — паровые машины совершили промышленную революцию в Англии. Значимость изобретения Уатта состояла в том, что в двигателе поршень перемещался под действием пара, благодаря чему можно было многократно увеличивать мощность, создавая большее давление. Единицу мощности позже, в 1882 году, по инициативе Британской ассоциации инженеров, назвали ваттом, в честь изобретателя. Сам он свое детище окрестил причудливо: «планетное движение», как значится в патенте.

Машина огненная и паровая машина. Иван Ползунов и Джеймс Уатт

Был ли Уатт первооткрывателем? Это вопрос, поскольку до него, еще с 1763 по 1766 гг. действующую паровую машину создал в России Иван Ползунов. Его двигатели демонстрировали хорошие показатели, и в 1764 году было начато строительство большой паровой машины для металлургического завода. Пуск состоялся уже после смерти Ползунова, в 1766 году. Увы, машина проработала лишь 42 дня. После поломки перестала использоваться и была демонтирована. В то время, как изобретение Уатта завоевало промышленность, да что там промышленность — планету, став, действительно, самым настоящим «планетным движением», как назвал свой механизм ее создатель.

Паровая повозка Николя-Жозеф Кюньо. Образец. 1769 год

Есть другие примеры, когда первенство в изобретении не гарантирует его автору мировой приоритет, поскольку важно не только открыть, но и суметь официально зафиксировать и широко распространить. Кто считается изобретателем радио? Россиянин Попов или итальянец Маркони? Тот, кто первым показал передачу сигнала на расстоянии, но не запатентовал его вовремя, или тот, кто воспользовался идеей, получил патент и сумел разрекламировать свое ноу-хау и внедрить в обиход? Вопросы, на которые трудно дать однозначный ответ.

эолипил Герона – одна из величайших забытых паровых машин в истории

Как Геронов шар стал началом развития паровых двигателей, которые изменили мир.

Почти за 1800 лет до начала промышленной революции древний инженер по имени Герон создал первый в мире паровой двигатель.

В давние времена культурная столица Римской империи Александрия, расположенная на средиземноморском побережье Египта, была местом зарождения и развития новых религий. Но именно здесь берет свое начало уникальное изобретение, которое в последующем перевернет мир. Речь идет о паровой машине Герона, созданной в 69 году н.эры.

Спустя почти полвека после правления Цезаря Августа империя приближалась к своему историческому пику, и новые религиозные течения начали проникать на ее территорию площадью 2,2 миллиона квадратных миль.

В городе быстро зарождались разнообразные мистические культы, практиковались новые формы поклонения и даже создавались совершенно новые боги из плавильного котла римских, греческих и египетских верований.

При таком количестве храмов, претендующих на звание истинных проводников божественной сущности, конкуренция за последователей была жесткой. Чтобы выделиться и привлечь внимание, греческие священники обратились к Герону, также известному как «механикос» («человек-машина»), с просьбой о разработке механизмов, демонстрирующих разные небесные и «божественные» явления.

^Wikipedia

Но грек-вундеркинд не полагался на благосклонность своего пантеона богов для создания невозможного. Вместо этого он использовал науку и инженерию, которые потом выпадут из поля зрения на многие сотни лет.

В древних храмах Герон применил силу гидравлики и пара, создавая поющих птиц, вспышки пламени и движущихся статуй в надежде внушить богобоязненным гражданам религиозный трепет.

В процессе создания таких рукотворных чудес он изобрел нечто, что изменило мир, – эолипил, также известный как Геронов шар или турбина. Это была, по сути, первая в мире паровая машина.

Кем был человек, стоящий за машинами

^Wikipedia

Герон – своего рода историческая загадка. Исследователи полагают, что он, скорее всего, был греческого происхождения и жил примерно в 10-70 годах нашей эры.

Будучи студентом, он любил исследовать полки огромной библиотеки в Александрийском университете и находился под сильным влиянием работ Ктесибия Александрийского – еще одного греческого изобретателя в птолемеевском Египте.

Став взрослым, он писал работы по математике и инженерии, которые были наполнены идеями, на столетия опередившими свое время. Эти книги включали в себя пошаговые схемы и подробные объяснения и, вероятно, разрабатывались как лекции или пособия, что свидетельствует о том, что Герон почти наверняка был преподавателем в Александрийском университете.

Он изобрел первую в мире монетную машину, использовавшуюся для раздачи вина в храмах, а также пожарную машину, водяной орган, разные механизмы для театра и механический «зверинец», демонстрировавший поющих птиц и кукол-марионеток.

К сожалению, большинство его работ было уничтожено во время разрушения Александрийской библиотеки, но некоторые сохранились благодаря арабским рукописям.

Вот еще несколько удивительных изобретений Герона:

 

 

торговый автомат – первый в мире аппарат, продававший святую воду. Посетители храма вставляли монету в машину Герона, та падала на рычаг, клапан открывался и позволял воде вытекать.

 

автоматическая дверь – устройство автоматического открывания дверей, которое с помощью тепла и пневматики «волшебным образом» открывало двери храма.

 

орган с ветровым приводом – музыкальный инструмент, использовавший небольшое ветряное колесо для приведения в действие поршня и нагнетания воздуха через органные трубы, создавая звуки, похожие на трели флейты. Это устройство считается первой ветряной машиной.

 

«роботы» – в 60 году нашей эры Герон сконструировал первых в мире программируемых роботов для развлечения театральной публики. Он даже создал полностью механическую десятиминутную пьесу, приводимую в движение системой веревок, узлов и простых механизмов.

 

формула Герона – выдающийся изобретатель был не менее талантливым математиком. Он придумал новый метод вычисления площади треугольника, который впоследствии ученые стали называть «формулой Герона».

Как видим, вклад этого человека в инженерное дело, науку и технологии просто потрясающий. В семи книгах, переживших сгоревшую Библиотеку, древний изобретатель исследует концепции автоматов, боевых машин, приводит формулы для вычисления площади и объема, а также рассуждает о природе света.

Но самая известная его работа – двухтомник под общим названием «Пневматика». Это одно из первых в мире исследований пара и гидравлической энергии, и на всех страницах автор использует религиозные статуи и иконографию в качестве примеров своих механических идей.

Одна из таких статуй, «Фигура 11: Возлияния у алтаря», демонстрирует женщину с кувшином и мужчину с чашей. Между ними алтарь, на котором поклоняющийся может зажечь огонь, а под их ногами находится камера с вином.

Как только прихожанин зажжет алтарь, по словам Герона, «воздух внутри опустится и окажет давление на содержащуюся внутри жидкость, которая, не имея другого пути к отступлению, пойдет через расположенные в статуях трубы, и возлияния не прекратятся, пока огонь не будет потушен». Позже в «Пневматике» Герон адаптирует ту же систему к дверям храма, заставляя их открываться.

Эолипил — паровая турбина

 ^{1Gai.Ru / STAFF}

В работах Герона много потрясающих вещей, но что действительно изменило мир, так это эолипил (Геронов шар).

Слово, обозначающее «ветряной шар» (в буквальном переводе «шар бога ветров Эола»), стало названием особого устройства – первого в мире зарегистрированного образца парового двигателя, или реактивной паровой турбины. «С современной точки зрения устройство Герона является демонстрацией принципа ракеты, то есть реактивной силы – сфера вращается в ответ на эмиссию (выброс) пара», – объясняет Пол Кейзер, специалист по древней технике.

^{wikipedia.org}

Механизм состоял из полой сферы, установленной так, чтобы иметь возможность вращаться, когда пар выходил из двух выпускных отверстий, расположенных на экваторе котла. Наполовину заполненная водой сфера приходила в движение, как только под ней зажигался огонь: крутящий момент создавался непосредственно за счет образующегося пара.

^Youtube

Практическое применение эолипила Герона неизвестно, но большинство экспертов считают, что наряду с другими игрушками и изобретениями, описанными в «Pneumatica», он использовался для развлечения и вызывания ощущения чуда у зрителей. В его трудах нет четкого описания возможного использования прибора – Герон просто рассказывает, как его построить и как он работает.

Гарри Китсикопулус из Нью-Йоркского университета в своей книге «Инновации и распространение технологий: экономическая история ранней паровой энергии» рассуждает о том, что модифицированную версию эолипила могли использовать для создания храмовых чудес.

«К примеру, когда котел, спрятанный в полой фигуре идола, начнет производить пар и выводить его через трубку, проходящую через нос или рот… – пишет ученый, – выходящий пар создаст впечатление дышащей фигуры, вызывая у зрителей священный трепет».

Немало дебатов впоследствии велось вокруг «шара». Даже высказывались сомнения в том, действительно ли Герон был первым, кто изобрел эолипил. И небезосновательно. К примеру, кумир Герона, Ктесибий (285 г. до н. э. – 222 г. до н. э.) написал несколько трактатов о природе сжатого воздуха и его использовании в насосах.

Позже Витрувий (около 80 г. до н. э. – 15 г. до н. э.) описал устройство, тоже называемое эолипилом, которое состояло из металлического шара, частично заполненного водой и помещенного над огнем для производства пара, вытесняемого из отверстия наверху.

Но он не описывает никаких движущихся частей, что является ключевым отличием от видения Герона, к тому же определяет свой эолипил в «De Architectura» как «научное изобретение для открытия божественной истины, кроющейся в законах небес». Эксперты уверены, что прибор, скорее всего, использовался для понимания погодных явлений и образования облаков.

Хотя эолипил Герона основывался на фундаментальной науке, лежащей в основе паровой энергии, он был довольно далек от двигателей, о которых европейцы мечтали в 17 веке. В качестве двигателя эолипил производил крайне незначительный крутящий момент, и метод его работы был неэффективным.

«Отсутствие надлежащей материальной базы надолго задержало использование пара для выполнения тяжелой работы, и никто не мог построить котел, способный выдерживать большое давление, примерно до середины 1700-х годов», – пишет Грегори Янг, который во время своего пребывания в должности инструктора и техника в Smith College помогал с созданием действующего эолипила.

Изобретение, опередившее свое время, не вписалось в римское общество. Имея в изобилии рабскую силу, император не видел необходимости в разработке машин, способных заменить бесплатно эксплуатируемых людей.

То же самое относилось к остальной Европе на протяжении веков, пока промышленная революция не вытолкнула мировой спрос за пределы средств производства. Только тогда пригодились паровые машины, способные компенсировать слабину.

Это только начало

^{Джеймс Уатт в молодости со своим ранним паровым двигателем.}

Полторы тысячи лет эолипил вместе с остальными уникальными творениями Герона оставался забытым. В Европе шли темные века.

Позже, в эпоху Возрождения, когда католическая церковь ослабила жесткую хватку на горле науки, «magnum opus» Герона вернулись к жизни. Сообщается, что в 1543 году Бласко де Гарай, ученый и капитан испанского флота, представил императору Священной Римской Империи устройство, которое, как он утверждал, могло двигать корабли в отсутствие ветра.

Предполагается, что изобретение де Гарая, состоящее из медного котла, приводившего в движение вращающиеся колеса с обеих сторон корабля, было эолипилом. Его предлагалось сочетать с размещением гребных колес на бортах лодки – практика, используемая с римского периода.

Знание испанца о давно забытом «героновом шаре» в то время было бы удивительным, но не невозможным. Несколько лет спустя в мире, начиная с Италии, появилось множество переводов «Pneumatica», в том числе Болонское издание 1547 года.

Хронология развития паровых двигателей

 ^Wikipedia

Постепенно «Пневматика» расходилась по Европе. Саломон де Косс, французский гугенот и инженер, которому тоже приписывали изобретение паровой машины, в свое время прочитал трактат Герона в Италии.

Ознакомился с ним и немецкий теолог Мальтезий, упомянувший эолипил в одной из своих проповедей в 1571 году. К 1640-м годам научный труд пережил пять переизданий в одной только Англии. Вторая половина 16 века ознаменовалась повторным открытием энергии пара, и инженеры по всей Европе занялись активным поиском ее применения в механике.

Благодаря популяризации работ Герона эолипилы стали довольно распространенными, и люди использовали их для плавления стекла и металла, разжигания очагов в домах и улучшения тяги дымоходов.

Затем, в 1689 году, английский изобретатель Томас Севери разработал первый в мире современный паровой двигатель в виде насоса для удаления воды из шахт. Его устройство, использующее два паровых котла, обеспечивало почти непрерывную откачку.

Однако успех длился недолго – вскоре было обнаружено, что система Севери работает только на мелководье. В 1711 году другой британец, Томас Ньюкомен, усовершенствовал конструкцию, добавив отдельный цилиндр с поршнем. Его система устранила необходимость в накопленном давлении пара.

Паровой двигатель Ньюкомена оставался бессменным в течение следующих 50 лет и использовался для осушения водно-болотных угодий и подачи воды в города, а также для питания энергией фабрик и заводов.

Несмотря на свое превосходство, двигатель Ньюкомена не был лишен недостатков – в частности, того, что он потребляет огромное количество пара. Недочет был исправлен в 1769 году шотландским экспериментатором Джеймсом Уаттом, который предложил свой способ поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре. Улучшение Ватта привело к быстрому распространению паровой энергии в Великобритании и США, положив начало промышленной революции.

Помимо прочего, некоторые версии его двигателя использовались в ранних автомобилях и поездах. К 1800-м годам пар питал большинство мельниц, дробилок, пивоварен, заводов и фабрик. Эта технология заложила основу того техномира, который мы видим сегодня.

Эолипил как по внешнему виду, так и по функциям, конечно, сильно отличался от паровых машин будущего. Вместо применения в повседневной жизни Герон использовал силу пара для мистификации и просвещения. Он не знал, что идеи, заложенные в его изобретениях, однажды изменят мир.

Краткая история развития паровых двигателей в истории мира

62 год нашей эры: Герон экспериментирует с паровой силой и создает эолипил.

^Wikipedia

 Это первый в мире известный паровой двигатель. Правда его истинное назначение до сих пор неизвестно.

1679 год: паровой котел Дени Папина

 ^{GETTY IMAGES}

Французский изобретатель Дени Папен строит первый в мире паровой котел. Он добавляет в устройство клапан, чтобы оно не взорвалось. Так на свет появилась концепция поршневого цилиндра с использованием пара.

1689 год: Паровой насос Томаса Севери

^Wikipedia

Английский изобретатель Томас Савери в 1689 году запатентовал машину, которая могла эффективно извлекать воду из затопленных шахт с помощью давления пара.

1711 год: паровая машина Томаса Ньюкомена

 ^{UNIVERSAL HISTORY ARCHIVE}

Томас Савери и Томас Ньюкомен объединяют усилия для создания двигателя, перекачивающего пар.

1765 год: паровая машина Джеймса Уатта

 ^{UNIVERSALIMAGESGROUP}

Инженер из Шотландии, Джеймс Уатт, в 1765 году усовершенствовал конструкцию паровой машины Томаса Ньюкомена, добавив в конструкцию отдельный цилиндр для холодной воды, чтобы машина не тратила энергию на нагрев и охлаждение поршневого цилиндра.

1769 год: паровая тележка Николы Жозефа Кюньо

 ^{GETTY IMAGES}

Паровая тележка Кюньо, первое транспортное средство в мире, передвигающееся с использованием энергии пара, построено во Франции. Для увеличения мощности этого транспортного средства, было необходимо останавливать тележку каждые 15 минут.

1804 год: первый рельсовое транспортное средство, которое создал Ричард Тревитик

 ^{GETTY IMAGES}

Изобретатель из Британии, Ричард Тревитик, разработал компактный паровой двигатель (а значит более легкий) для первого в мире рельсового дорожного экипажа. 

1807 год: первый в мире пароход «Клермонт», который создал Роберт Фултон

 ^{GETTY IMAGES}

На изображении: первая в мире паровая лодка, созданная американским изобретателем Робертом Фултоном, отправляется в свое первое плавание по реке Гудзон. Корабль успешно справлялся с водными течениями благодаря паровой машине.

1819 год: гибридный корабль «Саванна»

 ^Wikipedia

Этот корабль становится первым пароходом, пересекшим Атлантику, используя сочетание мощности пара и парусов.

1829 год: паровой локомотив Rocket братьев Джорджа и Роберта Стефенсонов

 ^{GETTY IMAGES}

В 1819 году эта паровая машина установил рекорд скорости в 47 км / ч (29 миль в час) на испытаниях, проходивших недалеко от Ливерпуля.

1867 год: паровой котел «Бэбкок энд Уилкокс»

 ^{GETTY IMAGES}

Джордж Бэбкок и Стивен Уилкокс изобрели водотрубный паровой котел. 

1884-1897 года: паротурбинные генераторы Чарлза Парсонса

 ^{GETTY IMAGES}

Чарльз Алджернон Парсонс разрабатывает паротурбинный генератор, способный производить большое количество электроэнергии. Генератор используется для питания больших кораблей, включая «Титаник».

1911 год: геотермальный двигатель-генератор Джинори Конти

 ^{ENEL GREEN POWER}

Ученые из Лардарелло, Италия, во главе с Пьеро Джинори Конти, открыли «геотермальную» энергию или так называемый «сухой пар» и построили первую геотермальную электростанцию.

1954 год: Обнинская АЭС

 ^{GETTY IMAGES}

Первая в мире атомная электростанция, в которой для производства пара используется вода, скипяченная в результате контролируемых цепных ядерных реакций. Она была построена в России во времена Советского Союза . Атомная станция предназначалась для питания электрической сети. Этот метод паровой энергии используется до сих пор.

^{Обложка: 1Gai.Ru}

^{Источник: Why Heron’s Aeolipile Is One of History’s Greatest Forgotten Machines}

 

Смотрите также

10 автомобилей сделанных до появления первого Mercedes-Benz

Смотрите также

8 самых известных типов двигателей в мире и их отличия

Кто изобрел паровой двигатель? Урок истории промышленности

Изображение предоставлено: Eder/Shutterstock.com

История паровой машины восходит к I веку нашей эры, когда «эолипил» впервые был описан Героем Александрийским. Более 1500 лет спустя примитивные формы турбин, приводимых в движение силой пара, были объяснены Таки ад-Дином в 1551 году, а также Джованни Бранка в 1629 году. Это были либо небольшие паровые домкраты, либо спусковые устройства. В основном они использовались изобретателями для демонстрации того, что паровую энергетику нельзя недооценивать.

История парового двигателя. Открытие силы пара

В 1700-х годах горняки столкнулись с серьезной промышленной проблемой, связанной с добычей воды из глубоких шахт. В это время была продемонстрирована истинная сила пара, поскольку энергия использовалась для выкачивания воды из глубины шахт. При этом была обнаружена потенциальная сила пара, что привело к изобретению полноценной паровой машины.

Паровые электростанции в современном мире появились позже. Основным принципом, по которому работали первые паровые машины, была «конденсация водяного пара для создания вакуума». Позже это стало зависеть от расширяющейся силы пара, чтобы двигать поршни в обоих направлениях.

Кто вообще изобрел паровой двигатель?

Томас Савери был первым человеком, который изобрел паровой насос для откачки воды в 1698 году. Он назвал это «огненной водой». Запатентованный им паровой насос работал на кипящей воде до тех пор, пока она полностью не превращалась в пар. затем был собран в резервуар, извлекая все пары из исходного резервуара, тем самым создавая вакуум в исходном резервуаре. Именно этот вакуум использовался для производства достаточного количества энергии для откачки воды из шахт. Это оказалось временное решение, так как энергия могла выкачивать воду с глубины всего в несколько метров.Еще одним недостатком этого насоса было то, что давление пара использовалось для удаления воды, которая всасывалась внутрь резервуара.Давление было слишком большим для котлы, и было несколько взрывов, так как котлы были недостаточно мощными.

• Томас Савери: Биография Томаса Савери с информацией о его двигателе.
• Разработка парового двигателя: в статье рассказывается о разработке парового двигателя, включая вклад Савери и атмосферных двигателей.

Паровая машина Томаса Ньюкомена

В 1712 году Томас Ньюкомен изобрел эффективный и практичный паровой двигатель. Разработанный им паровой двигатель состоял из поршня и цилиндра, соединенных с насосом через качающуюся балку. Подобно конструкции Савери, атмосферный двигатель Ньюкомена использовал конденсирующийся пар в цилиндре для создания вакуума. Возникающего в результате перепада давления между вакуумом и атмосферой было достаточно, чтобы протолкнуть поршень в цилиндр и поднять насос. Затем вес насоса втягивал поршень обратно в цилиндр, и клапан открывался, выпуская пар из котла. Затем другой клапан вводил конденсирующуюся воду в цилиндр, и пар снова конденсировался в воду, повторяя цикл.

Балочный двигатель Ньюкомена использовался более 50 лет в качестве насосов для угольных шахт, которые в противном случае были бы затоплены и заброшены. Они оказались неэффективными, так как для эффективной работы двигателя требовалось много энергии. Цилиндр требовал нагрева и охлаждения при каждом цикле, расходуя большую часть своей энергии и вызывая большие потери.

• Паровой двигатель Ньюкомена: BBC предоставляет информацию о паровом двигателе этого человека с иллюстрацией.
• Паровой двигатель Томаса Ньюкомена: зайдите сюда, чтобы узнать все о паровом двигателе, созданном Томасом Ньюкоменом.

Двигатели низкого давления

Высокий расход угля, характерный для паровой машины Ньюкомена, был снижен благодаря инновациям Джеймса Уатта в конструкции двигателя. Цилиндр двигателя низкого давления имел теплоизоляцию, отдельный конденсатор и механизм откачки конденсата. Таким образом, двигателю низкого давления удалось снизить расход топлива более чем на 50%.

• Паровой двигатель низкого давления Ватта: Немецкий музей предлагает некоторую информацию об этом раннем инженерном чуде.

Иван Ползунов и первая двухцилиндровая паровая машина

Иван Ползунов был русским изобретателем, который в 1766 году построил первую паровую машину в своей стране и первую в мире двухцилиндровую машину. Двухцилиндровая паровая машина Ползунова была мощнее английских атмосферных двигателей. Он имел номинальную мощность 32 л.с. Ползунов умер за три дня до того, как машина была закончена, но она была запущена в работу воздушного насоса для сталелитейного завода. Она проработала три месяца, прежде чем ее заменили более традиционной технологией. Модель двухцилиндровой паровой машины Ползунова в настоящее время экспонируется в Барнаульском музее.

• Иван Ползунов: В статье представлена ​​информация о том, как этот русский ученый построил двухцилиндровую паровую машину.

Улучшенный паровой двигатель Джеймса Ватта

Наконец, именно Джеймс Уатт произвел революцию в паровой машине, применив в оригинальной конструкции отдельный конденсатор. Он придумал отдельный конденсатор в 1765 году. И только 11 лет спустя его конструкция воплотилась в успешной паровой машине. Конденсатор позволял цилиндру и поршню оставаться горячими, а не попеременно нагреваться и охлаждаться, как в двигателе Ньюкомена, что значительно повышало его эффективность.

Одна проблема, которая была решена, заключалась в растачивании необходимых цилиндров большого диаметра. Джон Уилкинсон изготовил расточный инструмент, который поддерживался с обоих концов, а не был консольным, что позволяло точно растачивать цилиндры диаметром до 50 дюймов. Это привело к лучшему прилеганию поршня к стенкам цилиндра. Технология увидела большой прогресс. Ватт лицензировал свой двигатель на основе количества сэкономленного топлива. Дальнейшие улучшения включали кожух цилиндра и разработку параллельного соединения, которое позволяло поршню толкать и тянуть. Это привело бы к вращательному движению и замене водяных колес в качестве источника промышленной энергии. Ватт считал пар высокого давления, но не принимал его во внимание, полагая, что котлы того времени не могли выдержать такое давление. Уатт также разработал метод измерения давления в зависимости от объема в цилиндре, что привело к хорошо известному 9Диаграмма 0005 p-v используется до сих пор.

• Джеймс Ватт: Хорошо написанная и длинная биография Джеймса Ватта.
• Джеймс Уатт (1736-1819): Доктора Коррозии представляют еще один отчет о жизни и достижениях этого человека.
• Джеймс Уатт и паровой двигатель: Сэмюэл Смайлс объясняет, как Джеймс Уоттс посвятил свою жизнь совершенствованию парового двигателя.

Двигатели высокого давления

Но кто изобрел паровую машину высокого давления? В 1801 году Ричард Тревитик изобрел двигатель с паром, работающим под высоким давлением. Это использовалось для питания локомотива. Они оказались более мощными по сравнению со всеми двигателями, изобретенными ранее, но не получили немедленного признания. Сам Уатт выразил озабоченность по поводу опасности пара высокого давления. В конечном счете, именно конструкция двигателя, представленная Оливером Эвансом, стала успешной. Он использовал концепцию пара для питания двигателя, а не для конденсации пара и создания вакуума. Эванс изобрел первую паровую машину высокого давления без конденсации в 1805 году. Двигатель был стационарным и мог производить 5 л. с., что составляет примерно 1/25 размера соседнего двигателя низкого давления, производившего 12 л.с. Этот двигатель впервые был использован для работы мраморной пилы. Двигатель высокого давления питался от котла с медным корпусом, обшитого деревом и усиленного железными кольцами.

Со временем эти паровые машины использовались на моторных лодках и железных дорогах в 1802 и 1829 годах соответственно. Почти полвека спустя были изобретены первые автомобили с паровым двигателем. Чарльз А. Парсонс изобрел первую паровую турбину в 1880 году. К 20 веку паровая машина широко использовалась на промышленных предприятиях, локомотивах и кораблях. Некоторые из них будут использоваться для питания автомобилей, пока не появится Генри Форд и не изменит этот путь.

• Паровые двигатели высокого давления: Университет Хьюстона предлагает информацию об этих двигателях.
• Современные паровозы высокого давления: зайдите сюда, чтобы узнать больше об этих машинах.

Корнуоллский паровой двигатель

Ричард Тревитик попытался обновить насосный двигатель, созданный Ваттом, и внес значительные изменения, чтобы обойти патент, в частности, используя пар более высокого давления. Он был модифицирован, чтобы адаптироваться к котлам Корнуолла, которые разработал Тревитик. Уильям Симс, Артур Вульф и Сэмюэл Гроуз впоследствии улучшили эффективность корнуоллских паровых двигателей. Обновленные паровые двигатели Корнуолла имели изолированные цилиндры, трубы и котлы для повышения эффективности. Вульф также понял, что пар можно было бы лучше использовать, смешивая его, пропуская его через несколько цилиндров увеличивающегося объема, что привело бы к созданию двигателей с двойным и тройным расширением.

• Ричард Тревитик: Вот биография этого промышленного гения, полная интересных фактов о Ричарде Тревитике.

Эпоха пара

Паровые двигатели будут обеспечивать стационарную и транспортную энергию более века, пока волна не повернется в сторону паровых турбин и двигателей внутреннего сгорания. К 1890-м годам паровая машина тройного расширения стала основным двигателем на суше и на море. В течение пятидесяти лет в эту конструкцию постоянно вносились усовершенствования: давление увеличилось до 250 фунтов на квадратный дюйм, был введен перегрев, тройное расширение стало четырехкратным и т. Д. Последним значительным улучшением паровой машины была реализация прямоточной схемы, в которой вводился пар. в цилиндр на горячих концах и выбрасывается в более холодном центре, уменьшая относительный нагрев и охлаждение стенок цилиндров.

Многие из классических форм машиностроения были разработаны в эпоху паровых двигателей, включая цилиндры, шатуны, коленчатые валы, маховики и регуляторы. Звено Ватта, в котором центральное звено перемещается по почти прямолинейному пути, было описано изобретателем в его патентной заявке 1784 года. Звено позволяло поршням как толкать, так и тянуть, что было улучшением по сравнению с цепными соединениями более ранних атмосферных двигателей, которые могли только тянуть. Звено до сих пор используется в подвеске некоторых автомобилей.

Многие утверждают, что паровая машина сделала для области термодинамики больше, чем термодинамика для паровой машины. Развитие многих его принципов в девятнадцатом веке было направлено непосредственно на определение характеристик этих первых двигателей. Таблицы и диаграммы пара, которые количественно определяли отношения температуры-энтропии, энтальпии-энтропии и давления-объема, в значительной степени повлияли на понимание тепловых характеристик электростанций. Французский инженер Сэди Карно понял, что КПД идеализированного двигателя не зависит от рабочего тела и зависит только от температуры, при которой тепло подводится к горячему источнику и отводится в холодном приемнике. Это заложило некоторые основы для термодинамической теории, которая будет разработана в середине века. Инженеры узнают его имя по циклу Карно. В начале двадцатого века безопасность котлов высокого давления была повышена за счет принятия Кодекса по котлам и сосудам под давлением.

К концу Второй мировой войны паровые двигатели, ласково называемые «Вверх и вниз», все еще приводили в движение многие торговые суда со скоростью 10-12 узлов в океане. Но растущий спрос на более быстрое время перевозки привел к появлению паровых турбин в мире мореплавателей, которые в конечном итоге сами были вытеснены дизелями. Стационарные электростанции будут полагаться на пар гораздо дольше; сегодня более 80% электроэнергии, доступной в США, производится с помощью паровых турбин.

Резюме

В этой статье представлена ​​краткая история паровых машин. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Другие популярные темы на сайте ThomasNet.com включают штамповки с глубокой вытяжкой, литье пластмасс под давлением, компании по лазерной резке, мастерские по изготовлению металлических изделий, прядильные мастерские по металлу, мастерские по штамповке металлов, резиновые детали для пресс-форм и изготовление пластиковых форм для литья под давлением.

Другие товары для двигателей

• Типы катушек индуктивности и сердечников
• Типы контроллеров двигателей и приводов
• Типы двигателей постоянного тока
Двигатели переменного тока
• и двигатели постоянного тока — в чем разница?
• Все об асинхронных двигателях — что это такое и как они работают
• Типы двигателей переменного тока
• Все о синхронных двигателях — что это такое и как они работают
• Понимание двигателей
Однофазные промышленные двигатели
• — как они работают?
• Что такое двигатель с короткозамкнутым ротором и как он работает?
• Что такое двигатель с фазным ротором и как он работает?
• Все о реактивных двигателях — что это такое и как они работают
• Все о бесщеточных двигателях постоянного тока — что это такое и как они работают
• Все о двигателях с постоянными магнитами — что это такое и как они работают
• Все о двигателях постоянного тока с обмоткой серии — что это такое и как они работают
• Все о шунтирующих двигателях постоянного тока — что это такое и как они работают
• Все о шаговых двигателях — что это такое и как они работают
Шаговые двигатели
• и серводвигатели — в чем разница?
• Все о контроллерах двигателей переменного тока — что это такое и как они работают
• Синхронные двигатели и асинхронные двигатели — в чем разница?

Больше из Изготовление и изготовление на заказ

Локомотивы — Трансконтинентальная железная дорога

Трансконтинентальная железная дорога Главная | Библиотека Линды Холл
ИСТОРИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ ТЕХНИКА    Краткая история Тихоокеанской железной дороги    Черный порох и нитроглицерин   Сцепки и тормоза   Культурное влияние   Локомотивы   Железнодорожные вагоны   Диаметр рельса   Снежные сараи   Стандартизация времени   Туннели и мосты Этот сайт сделал возможным благодаря BNSF Railway Об этом сайте Посетите библиотеку Линды Холл	На протяжении веков человек пытался использовать механическую энергию тепла и воды. Еще в 200 г. до н.э., в его Pneumatica , Герой Александрийский описал устройство под названием Эолипил, которое считается первой зарегистрированной паровой машиной. Шар с водой был установлен над котлом, и, когда он нагревался, две выступающие изогнутые трубки выпускали струи пара, заставляя шар вращаться. Многие такие устройства были придуманы в последующие века, когда ученые изучали принципы гидравлики, пневматики и свойства газов, но эти устройства не выполняли реальной работы. Только в 1899 г.0211-го 90-го 212-го века в Великобритании паровая машина начала менять не только лицо промышленности, но и отношение человечества к работе и обществу. Как работает двигатель Ньюкомена Вода кипятится для создания пара, который толкает вверх поршень в цилиндре. Шток поршня прикреплен к поперечной балке, и по мере того, как поршень поднимается, вес штока насоса, подвешенного на противоположном конце балки, тянет вниз. Когда поршень достигает верхней части цилиндра, в поршневой цилиндр впрыскивается струя воды, в результате чего пар конденсируется, засасывая поршень обратно вниз. Охлаждающая вода сливается, и цикл повторяется бесконечно. В 1712 году Томас Ньюкомен и его помощник Джон Калли представили первый коммерчески жизнеспособный паровой двигатель. Атмосферный двигатель Ньюкомена использовал пар для питания насоса. Хотя это было не очень эффективно, сотни таких двигателей использовались для откачки воды из британских угольных шахт и затопленных территорий. В конце 18 го века Джеймс Уатт, человек, которого впоследствии назовут отцом паровой машины, значительно повысил эффективность стационарной машины, когда он запатентовал двигатель «двойного действия», в котором использовался пар высокого давления. с обеих сторон поршня, чтобы удвоить мощность. Его патенты также включали такие вспомогательные устройства, как манометры, дроссельные клапаны и регуляторы пара. В партнерстве с производителем Мэтью Бултоном усовершенствования и изобретения Уатта привели к промышленной революции. После усовершенствований Ватта многие изобретатели пытались приспособить паровой двигатель к видам транспорта как на суше, так и на воде. Достижение движущей силы пара позволило бы человеку впервые в истории путешествовать по суше со скоростью, превышающей скорость домашней лошади. Трамвайный локомотив Тревитика В 1802 году Ричард Тревитик запатентовал «двигатель высокого давления» и создал первый паровой локомотив на рельсах. Тревитик писал 21 февраля 1804 года, после испытаний своего трамвайного паровоза высокого давления, что он «перевозил десять тонн железа, пять фургонов и 70 человек… свыше 9 человек».миль… за 4 часа и 5 минут».  Несмотря на тяжелое путешествие, это был первый шаг к изобретению, которое полностью изменит отношение человека к времени и пространству.  Джордж Стефенсон и его сын Роберт построили первый практичный паровоз. В 1814 году Стефенсон построил свой «путевой двигатель», который использовался для перевозки угля на шахте Киллингворт. продолжалось в следующих поколениях паровых двигателей.  Ракета выиграла соревнование на Испытаниях в Рейнхилле, чтобы решить вопрос о том, лучше ли передвигать вагоны по рельсам с помощью стационарных паровых двигателей с использованием системы шкивов или с использованием паровых двигателей локомотива. Модель Rocket выиграла приз в размере 500 фунтов стерлингов со средней скоростью 13 миль в час (без груза Rocket развивала скорость до 29 миль в час), опередив Брейтуэйта и Эриксона Novelty и Тимоти Хакворта. Сан Парей . Стефенсоны включили в свои двигатели элементы, которые использовались в последующих поколениях паровых двигателей. Патентный локомотив Стивенсона Хотя первым локомотивом, работавшим на американской железной дороге, был Stourbridge Lion , построенный в 1828 году и импортированный из Англии Горацио Алленом из Нью-Йорка, британские локомотивы не стали доминировать над американскими. железные дороги, потому что они были слишком тяжелыми для относительно легких и часто неровных американских путей. На самом деле Лев вскоре был переведен в режим стационарной паровой машины. Американские изобретатели и инженеры шли параллельным курсом с британцами, и еще в 1812 году Джон Стивенс обратился в Конгресс с ходатайством о поддержке национальной железной дороги. Он также построил первый американский паровой локомотив в 1825 году. Многотрубный котельный двигатель работал на кольцевой демонстрационной трассе на его территории в Хобокене, штат Нью-Джерси. Хотя ему не удалось получить финансовую поддержку для национальной железной дороги или его локомотива, Стивенс позже основал одну из первых железных дорог Америки, Camden & Amboy Railroad. Tom Thumb Питера Купера, построенный в 1830 году, был первым американским локомотивом, который тянул пассажирский вагон по железной дороге. Несмотря на небольшой размер, он был достаточно мощным, чтобы убедить директоров железных дорог Балтимора и Огайо в практическом применении паровоза. Лучший друг Чарльстона Отличие быть первым, кто протащит вагоны по американской железной дороге в регулярном сообщении, получает Лучший друг Чарльстона в 1831 году. Разработанный Э. Л. Миллером и построенный в Нью-Йорке, Best Friend проработал почти шесть месяцев, пока его котел не взорвался, когда рабочий, которого раздражал звук шипящего пара, защелкнул предохранительный клапан. В 1831 году Матиас Болдуин также основал Локомотивостроительный завод Болдуина. Его вторая паровая машина, E.L. Miller создал прототип, на основе которого позже были разработаны двигатели. К концу 19 -го века компания Маттиаса Болдуина стала крупнейшим производителем локомотивов с одним заводом в мире и доминировала на рынке более ста лет, производя около 59 локомотивов.000 локомотивов. Первые локомотивы были построены с фиксированными колесами, которые хорошо работали на прямых путях, но не так хорошо в гористой местности Америки. Американский инженер-строитель Джон Джервис спроектировал локомотив Experiment в 1832 году, который имел поворотную четырехколесную направляющую тележку, также известную как «тележка», которая могла двигаться по рельсам и позволяла локомотивам двигаться по железным дорогам с более узкими колеями. кривые. Локомотив Америка, построенный компанией Grant Locomotive Works из Патерсона, штат Нью-Джерси, для Парижской выставки 1867 года, стандартный американский локомотив 4-4-0 середины 19-го века. век. Пилот, или «ловец коров», был уникальным для американских локомотивов. Железнодорожные пути не были огорожены, и железнодорожные компании несли ответственность за любой ущерб, причиненный в результате столкновения с животным, которое могло сойти с рельсов локомотива. John Bull , примерно в 1833 году, был одним из первых локомотивов в Америке, оснащенных таким устройством для преодоления препятствий на пути. Вскоре пилоты стали стандартным оборудованием для американских локомотивов. Локомотивы могут быть сконфигурированы несколькими способами, классифицированными по колесной схеме ведущей тележки, ведущих колес и ведомой тележки. Конфигурация 4-4-0 (то есть четыре колеса на ведущей тележке и четыре ведущих колеса без задней тележки) чаще всего использовалась в США и стала известна как американский стандарт. Локомотивы, которые встретились на вершине Промонтори, Юпитер Central Pacific и Engine No. 119 Union Pacific., были оба локомотивы 4-4-0. Американские производители выпускали локомотивы, равные по мощности британским двигателям, но по более низкой цене. Хотя американские двигатели были искусно украшены дорогой латунной продукцией, а стоимость рабочей силы была выше, чем в Великобритании, американские производители сократили затраты, используя для многих компонентов менее дорогой чугун, а не кованое железо. Железные дороги Америки начинали с использования локомотивов, импортированных из Великобритании, но к концу 19 го века Америка была крупным производителем локомотивов и экспортировала более 2,9 локомотивов.00 двигателей. Не будет преувеличением сказать, что паровая энергия и локомотивы оказали такое же преобразующее воздействие в 19 веке, как и компьютер в 20 веке. Роберт Терстон в своей книге 1878 года по истории паровой машины сказал, что было бы «излишним пытаться перечислить преимущества, которые она принесла человечеству, поскольку такое перечисление включало бы добавление ко всем удобствам и удобствам». создание почти каждой роскоши, которой мы сейчас наслаждаемся».	БИБЛИОТЕКА ЛИНДА ХОЛЛ РЕСУРСЫ Поиск в коллекции Railroad Journal Кто был кем Что было что Карты и планы Библиография Карты, изображения и другое содержимое, используемое на этом сайте, получено из коллекций библиотеки Линды Холл.