Создатель «пыхтящего дьявола»

Сын управляющего одной из шахт Ричард с детства любил наблюдать, как паровые машины качают воду из глубоких оловянных и медных рудников. И в девятнадцать лет он поступил на работу в шахту East Stray Park рабочим по обслуживанию этих машин.

Его дальнейшей карьере помогло то, что он женился на Джейн Харви из Хейла. Джон Харви, отец Джейн, построил местный литейный завод Harveys of Hayle, известный созданием огромных машин для перекачки воды из шахт на основе двигателей Ньюкомена и Ватта.

 

Гигант пара

В 1797 году Тревитик уже работал инженером на шахте Динг-Донг и здесь увлекся идеей усовершенствования паровой машины. Вместе с Эдвардом Буллом он впервые применил в разработанном им новом варианте парового двигателя пар высокого давления, что позволило уменьшить габариты паровых агрегатов при той же мощности. Молодой инженер не обращал внимания на страхи именитых коллег, в том числе самого создателя паровой машины Уатта, который считал весьма опасным работать с паровыми машинами при повышенном давлении.

Как писал Уатт, «только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в семь-восемь атмосфер».

Уменьшение габаритов паровой машины, которого добился Тревитик, позволило ему заняться конструированием экипажей на паровом ходу, идею которых он почерпнул у Уильяма Мердока, соратника Уатта. Мердок жил в Редруте и был соседом Тревитика, который в то время занимался там установкой двигателей для откачки воды в местных шахтах. Еще в 1784 году Мердок построил трехколесный экипаж на паровой машине, который однажды поздно вечером испытал на дороге — к ужасу местного священника, решившего, что он увидел дьявола. Но дальше этой пробы у Мердока дело не пошло.

 «Только убийца, ни во что не ставящий человеческую жизнь, может настаивать на применении пара в семь-восемь атмосфер»

Возможно, Мердок заимствовал эту идею у Джеймса Уатта, который тоже задумывался над тем, как использовать паровую машину для создания колесного транспортного средства, и даже сделал эскиз возможной конструкции, но отбросил эту идею: слишком велики тогда были размеры паровой машины.

А Ричард Тревитик, используя свои достижения по усовершенствованию паровой машины, уже в 1801 году построил самодвижущуюся повозку на паровом двигателе, которая произвела настоящий фурор на улицах небольшого городка Кэмборна, куда переселился изобретатель. Местные сразу окрестили изобретение «драконом Тревитика» и «фугасом капитана Дика». (Корнуэльских управляющих шахтами в знак уважения называли капитанами). Посмотреть на паровой экипаж ежедневно собиралась большая толпа зевак, некоторых Тревитик, бывало, брал с собой в поездку. Это была первая в истории публичная демонстрация транспорта, работающего на пару.

Но «дракон» недолго веселил публику: однажды Тревитик остановился перед пабом, чтобы перекусить, но забыл уменьшить огонь, подогревающий котел, в результате вода в нем выкипела, емкость раскалилась, и вся машина сгорела за несколько минут. Однако Тревитика, уже прославившегося своим оптимизмом, это происшествие ничуть не смутило, и он продолжил опыты с еще большим рвением. Тревитик спроектировал еще одну коляску, на которой сделал несколько пробегов в Лондоне, рассчитывая собрать средства на продолжение работ, но, к сожалению, это ему не удалось. Тем не менее он получил официальный патент на свою «машину высокого давления» и ее разнообразные применения, в том числе в транспорте.

В 1802 году английский конструктор Ричард Тревитик сделал паровой автомобиль. Экипаж двигался с грохотом и чадом, пугая пешеходов. Его скорость достигла 14 км/ч

Wikipedia

 

Поймай меня, если сможешь

Современники описывали Тревитика как человека, которого переполняли новые идеи. Поэтому он не остановился на создании своего «дракона», и в 1804 году, будучи инженером уже на Пенидарренском чугунолитейном заводе в Мертир-Тидвиле, создал первый в истории паровоз, который протащил пять фургонов, десять тонн железа и семьдесят человек на расстояние более девяти миль со средней скоростью около пяти миль в час.

В 1808 год Ричард Тревитик построил паровоз более совершенной конструкции, развивавший скорость до 30 км./ч; демонстрировал его в предместье Лондона. Паровоз получил название «Catch Me Who Can»

Wikipedia

Первый локомотив работал исправно, однако слабые чугунные рельсы часто ломались под его тяжестью. Владелец предприятия, на путях которого проводились испытания, вместо того чтобы усилить рельсы, распорядился прекратить поездки и использовать паровоз просто в качестве паровой машины.

 Ричард Тревитик, используя свои достижения по усовершенствованию паровой машины, уже в 1801 году построил самодвижущуюся повозку на паровом двигателе, которая произвела настоящий фурор на улицах небольшого городка Кэмборна

Через год, в 1805-м, Тревитик построил второй паровоз для рудников близ Ньюкасла, но рельсы и там оказались слабыми.

А в 1808 году на окраине Лондона Ричард выбрал площадку, которую огородили высоким забором и построили там кольцевую рельсовую дорогу, по которой Тревитик запустил новый паровоз под названием «Поймай меня, если сможешь». Все желающие могли посмотреть на диковинное изобретение или прокатиться на нем за определенную плату. Но вскоре рельсы сломались и здесь. Ричард надеялся, что его опытами заинтересуются владельцы различных фабрик и профинансируют продолжение работ, однако ошибся.

К слову, именно опыты Тревитика подтолкнули изготовителей рельсов заменить чугун на железо. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 году. К 1820-му производство железных рельсов в Англии было уже хорошо освоено.

В целях пропаганды паровоза Тревитик построил за свой счет кольцевую дорогу в парке, где «Поймай меня, кто сможет» соревновался в скорости с лошадьми и перевозил людей ради развлечения

Wikipedia

 

Много изобретений и мало денег

Потерпев неудачу с продвижением своего паровоза, Тревитик в 1812 году сконструировал компактную паровую молотилку. Она исправно работала в течение многих лет, после чего была выставлена в одном из лондонских музеев, где и хранится до сих пор.

По заказу морского ведомства Тревитик соорудил паровую землечерпалку для углубления дна Темзы, разработал проект парового судна и участвовал в неудавшейся прокладке тоннеля под Темзой.

Вся эта деятельность приносила мало доходов, и в поисках новых заказов он знакомится с владельцем серебряных рудников в Перу, прибывшим в 1813 году в Англию. Многие шахты этих рудников с увеличением глубины разработок заливала вода. Тревитик охотно согласился руководить постройкой паровых насосов для шахт и даже вложил в дело имевшийся у него небольшой капитал.

Через год требуемое число паровых машин было готово и отправлено в сопровождении английских механиков в Перу. Понадобилось почти два года, чтобы они прибыли на место. Только в 1816 году была успешно запущена одна из машин, но остальные из-за неопытности механиков пустить в работу не удавалось. Получив известие об этом, Тревитик отплывает в Южную Америку. По прибытии он быстро запускает все насосы, и добыча серебра резко возрастает.

Благодаря этому Тревитик завоевал настолько огромный авторитет у местных горнопромышленников, что губернатор провинции даже предложил отлить его статую из серебра. Однако у изобретателя не сложились отношения с руководством компании, он вынужден был покинуть рудники и некоторое время разъезжал по Перу, обучая местных горнопромышленников «европейским» приемам работы.

После смерти руководителя компании серебряных рудников он возвращается к прежней работе и становится главой предприятия. Дела компании шли хорошо, но в 1821 году в Перу, тогда испанской колонии, вспыхивает восстание против испанцев. Заодно повстанцы разгромили оборудование рудников, и Тревитик лишился всего состояния (и едва не лишился жизни).

 Именно опыты Тревитика подтолкнули изготовителей рельсов заменить чугун на железо. Рельсы из сварочного железа впервые применил в Англии инженер Никсон в 1803 году. К 1820-му производство железных рельсов в Англии было уже хорошо освоено

Он покидает Перу и переезжает вначале в Чили на медные рудники, а затем в Коста-Рику. Здесь он изучает работу местных рудников и вместе с компаньоном проводит изыскания новых месторождений серебра и меди, которые он собрался разрабатывать. Для этого Тревитику был необходим капитал. Чтобы достать его, он после десятилетнего пребывания в Южной Америке решает вернуться в Англию. Но на родине Тревитика ждало разочарование: денег достать не удалось. И он снова начал заниматься изобретательской деятельностью.

Тревитик разработал проект боевого корабля с металлическим корпусом и паровым двигателем, плавучий паровой насос для осушения залитой местности (он намеревался использовать его в Голландии), проект устройства парового отопления жилых помещений. Но и эти, и другие его проекты по разным причинам так и не были реализованы.

Конец жизни Тревитик прожил в бедности. Он даже вынужден был обратиться в английский парламент с просьбой о финансовой помощи. Перечислив в своем прошении все свои важнейшие, по его мнению, изобретения, он завершил просьбу словами: «Проситель, однако, надеется, что его важные изобретения и усовершенствования не останутся не вознагражденными английской нацией, тем более что он до сих пор не получал ничего за убытки, которые он сам и его семья терпели благодаря тому, что он истратил свое состояние для общественного блага».

Крик о помощи не был услышан, и вскоре, 22 апреля 1833 года, создатель первого в мире паровоза умер. Похоронили Тревитика на кладбище для бедняков. Впоследствии место захоронения затерялось.

Но все же о достижениях великого изобретателя не забыли. В Кэмборне ему поставили памятник, в Дартфорде, где он умер, установили мемориальную доску, посвященную последним годам его жизни. А в Кардиффском университете библиотека названа его именем.

 

Последователи

Тревитик был первым, но не единственным, кто пытался поставить паровую машину на колеса. Джордж Стефенсон, работавший кочегаром на рудниках и в совершенстве изучивший имевшиеся там паровые машины, тоже решил создать собственный паровоз.

Работа над постройкой локомотива длилась десять месяцев. Первое испытание паровоза Стефенсона состоялось 25 июля 1814 года на путях рудника в Килингворте близ Ньюкасла. Паровоз в тот день провез состав из восьми груженых вагонов весом 30 тонн со скоростью около семи километров в час. После успешных испытаний паровоз начал регулярную перевозку грузов. В последующие годы Стефенсон построил еще несколько моделей паровоза, улучшая раз за разом его конструкцию.

 Тревитик разработал проект боевого корабля с металлическим корпусом и паровым двигателем, плавучий паровой насос для осушения залитой местности (он намеревался использовать его в Голландии), проект устройства парового отопления жилых помещений

Наряду с улучшением механической части паровоза Стефенсон занялся усовершенствованием рельсового пути, чтобы повысить его надежность и устранить тряску. В 1816 году он получил патент на усовершенствованный им рельсовый стык, что позволило значительно смягчить удары при проходе через него колес подвижного состава.

После этого Стефенсон занялся постройкой первой в мире железной дороги общественного пользования Стоктон — Дарлингтон. День ее открытия, 27 сентября 1825 года, считается днем основания железных дорог. Тогда при огромном стечении зрителей паровоз, ведомый Стефенсоном, повез состав из 38 вагонов, часть из которых была загружена углем и мукой. А 21 вагон был оборудован сиденьями для публики.

В России историю паровозостроения начали Ефим и Мирон Черепановы — создатели первого российского паровоза. Они начали работать над своей машиной в 1830 году. «Пароходный дилижанец» — именно так назвали свое творение Черепановы — был готов в 1834 году. Паровоз Черепановых был рассчитан на перевозку руды и развивал скорость до 15 километров в час. Но их машина оказалась не востребована. Паровозы для железных дорог, которые стали строить в России, приобретались за рубежом.

Кто придумал Паровой двигатель — Когда Изобрели?

15 ряд ли кто-то сомневается, что одной из главных движущих сил прогресса являются человеческая лень и стремление к комфорту. Это подтверждается бесчисленными сказками, где транспорт передвигается «по щучьему велению», а у счастливчиков имеются волшебные помощники, избавляющие хозяина от необходимости сделать хоть какое-то физическое усилие. Но поскольку в реальности «само» ничего не делается, на протяжении всей истории человечества лучшие умы корпели над изобретениями, которые помогли бы воплотить эти мечты в жизнь.

Если говорить на языке физики и техники, нужно было изобрести устройство, которое смогло бы преобразовать тот или иной вид энергии в полезную механическую работу. С древнейших времен главным и основным источником энергии была мускульная сила человека и животных, а все имеющиеся технические приспособления в лучшем случае помогали использовать ее более рационально и продуктивно. Позднее люди научились применять силу ветра и воды, текущей или падающей с высоты, заставив их работать в ветряных и водяных двигателях. Однако мощность таких двигателей была невелика, и надо было осваивать более перспективные виды энергии тепловую, химическую и электрическую.

Первое известное тепловое устройство, работавшее за счет силы пара, было построено греческим ученым Архимедом в III в. до н. э. Это была пушка, один конец которой нагревали, а затем заливали туда воду. Мгновенно нагреваясь, вода превращалась в пар, который, расширяясь, выталкивал из жерла ядро. Спустя два столетия другой греческий ученый Герон Александрийский создал и описал еще одну тепловую машину полый железный шар, способный вращаться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступал в шар, откуда выходил наружу через изогнутые сопла, при этом шар приходил во вращение.

 

 

 

Пароход «Мэйфлауэр» на реке Миссисипи. 1855 г.

Полтора тысячелетия «геронов шар» был всего лишь забавной игрушкой, и только в XVI в. ученые задумались о возможности практического применения тепловой энергии. Знаменитый изобретатель Леонардо да Винчи был первым, кто предположил, что пар может выполнять полезную работу. Об этом свидетельствуют рисунки в его рукописях, изображающие цилиндр и поршень. Да Винчи утверждал, что если под поршень в цилиндр поместить воду, а сам цилиндр нагреть, то образующийся водяной пар будет расширяться, что заставит его искать выход и перемещать поршень вверх. Параллельно арабский инженер Таги аль Дин разработал проект устройства, в котором пар, направляемый на закрепленные по ободу колеса лопасти, вращал вертел. В XVII в. похожую машину построил итальянский изобретатель Джованни Бранка. Приводимое в движение паром анкерное устройство поочередно поднимало и опускало пару пестов в ступах, в результате чего можно было дробить зерно. Однако в этих прообразах паровых турбин поток пара был слишком рассеянным, в результате чего происходила значительная потеря энергии.

До конца XVII в. создаваемые паровые машины были скорее единичными техническими диковинками, поскольку экономических предпосылок для их массового использования еще не было. В 1б70-х годах французский изобретатель Дени Папен и голландский физик Христиан Гюйгенс работали над машиной, в которой поршень поднимался за счет расширения газов при взрыве пороха. В 1680 г. Папен создал вариант двигателя, в котором вместо пороха использовалась вода. Ее наливали в цилиндр под поршень, а сам цилиндр разогревали снизу, при этом образующийся пар поднимал поршень. Затем цилиндр охлаждали, и находящийся в нем пар конденсировался, снова превращаясь в воду.

 

 

Паровой двигатель Д. Папена.

 

 

Поршень, как и в случае порохового двигателя, под действием своего веса и атмосферного давления опускался. Папен также считается изобретателем парового котла, поскольку именно он понял, что для автоматизации цикла пар должен подаваться в цилиндр извне (поэтому паровой двигатель считается двигателем внешнего сгорания: топливо, разогревающее воду сжигается вне рабочего цилиндра).

Первым паровым двигателем, который был не без успеха использован на производстве, стала сконструированная в 1698 г. английским военным инженером Томасом Севери «пожарная установка». Это устройство, самим изобретателем названное «друг рудокопа», представляло собой паровой насос, который использовался для вращения колес водяной мельницы и для откачки воды из шахт. Машина была не слишком эффективной из-за больших потерь тепла во время охлаждения контейнера и достаточно опасной в эксплуатации, поскольку из-за высокого давления пара трубопроводы и емкости двигателя нередко взрывались.

В 1712 г. английский кузнец Томас Ньюкомен продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором рабочее давление пара удалось значительно снизить, следовательно, двигатель стал более безопасным. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень.

Сколько лошадей?

Понятие лошадиной силы как единицы мощности паровой машины ввел Дж. Уатт. Но первым термин стал применять Т. Севери еще в 1698 г. При этом подход у них был разный. Севери оценивал мощность своего насоса, исходя из того, что для его работы в сутки потребуется 10 меняющихся по мере усталости лошадей. Уатт же учитывал только работающих на данный момент пару запряженных лошадей. В итоге получалось, что мощность почти одинаковых паровых машин Севери оценивал в 10 «лошадок», а Уатт только в две.

 

 

Откачка воды из угольной шахты при помощи паровой машины Т. Ньюкомена. Иллюстрация из The Universal Magazine. 1747 г.

 

 

К. Ф. фон Бреда. Потрет Джеймса Уатта. 1792 г.

При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался, образовывался вакуум, и под воздействием атмосферного давления поршень опускался. Этот обратный ход удалял воду из цилиндра и посредством цепи, соединенной с коромыслом, поднимал шток насоса. Именно машина Ньюкомена явилась первым паровым двигателем, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии. Она оказалась настолько удачной, что использовалась в Европе более 50 лет. Тем не менее в конструкцию вносились некоторые важные изменения. В частности, в 1718 г. англичанин Генри Бейтон изобрел распределительный механизм, который автоматически включал или отключал пар и впускал воду. Он же дополнил паровой котел предохранительным клапаном.

Проект первой в мире паровой машины, способной непосредственно приводить в действие любые рабочие механизмы, предложил в 1763 г. русский изобретатель Иван Иванович Ползунов, механик на Колывано-Воскресенских горнорудных заводах Алтая. Его машина представляла собой двухцилиндровый вакуумный агрегат с поршнями, соединенными цепью, перекинутой через шкив. Все действия в нем совершались автоматически. Вместо опытного образца заводское начальство потребовало сразу построить большую машину для мощной воздуходувки. Двигатель строили почти два года, и до запуска изобретатель не дожил. Машина успешно прошла испытания и была запущена в эксплуатацию. Уже через три месяца она не только оправдала затраты, но и дала прибыль. Однако через некоторое время котел дал течь, и по непонятным соображениям чинить машину не стали.

Примерно в это же время в Англии над созданием паровой машины работал шотландец Джеймс Уатт. Он занимался усовершенствованием двигателя Ньюкомена. Было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. Уатт предположил, 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 конденсатор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом. В 1768 г. он получил на свое изобретение патент, но построить машину смог только в 1776 г. Она оказалась вдвое эффективнее машины Ньюкомена.

 

 

Паровая машина Ползунова.

 

 

И. И. Ползунов.

В 1782 г. появилась созданная Уаттом первая универсальная паровая машина двойного действия. Ее крышка была оснащена сальником, который обеспечивал поршню свободное движение штока и в то же время предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр с двух сторон поршня попеременно, таким образом, поршень совершал с помощью пара и рабочий, и обратный ход, чего не было в прежних машинах. Уатт получил на свою «ротативную паровую машину» патент, и она начала широко применяться для приведения в действие станков и машин сначала на прядильных и ткацких фабриках, а затем и на других промышленных предприятиях.

 

 

Паровоз «Пыхтящий Билли».

 

 

Макет паровой машины Дж. Уатта.

Помимо промышленности паровые машины прочно заняли место в сельском хозяйстве и на транспорте. Еще в 1850 г. английский изобретатель Уильям Говард использовал для пахоты локомобиль компактный передвижной паровой двигатель. В 1879 г. крестьянин Федор Блинов из Саратовской губернии построил и запатентовал первый в мире гусеничный трактор, приводимый в действие паровой машиной мощностью 20 л. с.

Первый образец автомобиля с паровым двигателем в 1769 г. испытал французский изобретатель Николя Жозе Кюньо, его творение получило известность как «малая паровая телега Кюньо». Год спустя публике представили уже «большую паровую телегу Кюньо». В 1788 г. в США было организовано пароходное сообщение по реке Делавер между городами Филадельфия и Берлингтон. Сконструированный Джоном Фитчем пароход мог принять на борт 30 пассажиров и везти их со скоростью 7-8 миль в час. А в 1804 г. Ричард Тревитик продемонстрировал первый самоходный железнодорожный локомотив на паровой тяге, построенный на металлургическом заводе Пенидаррен в Мер-тир-Тидвиле (Южный Уэльс).

Несмотря на все усилия инженеров, довольно низкий КПД паровых двигателей повысить так и не удалось, и уже к концу XIX в. с полной отдачей послужившие техническому прогрессу машины начали постепенно сдавать свои позиции. На автомобильном транспорте они уступили место двигателям внутреннего сгорания, на железной дороге и в промышленности электродвигателям. Однако в теплоэнергетике и на отдельных видах транспорта паровые машины (в особенности паровые турбины) по-прежнему используются достаточно широко.

 

 

Паровая турбина сталелитейного завода.

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

История парового двигателя

История парового двигателя [Главная страница истории Steam] [Карта сайта истории Steam] [Домашняя страница учебника по вводному химическому машиностроению] [Дополнительные материалы к учебнику]

---

Краткая история парового двигателя

Резюме Карла Лиры

Одной из наиболее важных промышленных задач 1700-х годов было удаление воды из шахт. Пар использовался для откачки воды из шахт. Теперь это может показаться, что он имеет очень мало общего с современной паровой электроэнергетикой. растения. Однако одним из основных принципов, используемых при разработке Энергия на основе пара — это принцип, по которому конденсация водяного пара может создать вакуум. В этой краткой истории обсуждается, как конденсация использовалась для создания вакуума. для работы первых паровых насосов и как Джеймс Уатт изобрел раздельный конденсатор. Хотя представленные в этой истории циклические процессы не используются в современных паровых турбинах с непрерывным потоком в современных системах используются отдельные конденсаторы. работающих при давлении ниже атмосферного, с учетом описанных здесь принципов. Кроме того, истории изобретателей и их изобретений дают представление о процесс технологических открытий.

Демонстрация вакуума

Один из самых важных принципов, применяемых в работе паровой энергии. это создание вакуума путем конденсации. Эта ссылка обеспечивает простую иллюстрацию используя бутылку безалкогольного напитка и кипящую воду. Демонстрация иллюстрирует, как конденсация внутри резервуара создается вакуум. Помпа Savery, описанная ниже, использует метод очень похоже на продемонстрированный метод. Вакуум Демо.

Насос Savery

В первые дни одним из распространенных способов удаления воды было использование ряда ковшей на шкивной системе, управляемой лошадьми. Это было медленно и дорого так как животные нуждались в кормлении, ветеринарной помощи и содержании. Использование пар для перекачивания воды был запатентован Томасом Савери в 169 г.8, а по его словам предоставил «двигатель для подъема воды огнем». Насос Савери заработал путем нагревания воды для ее испарения, заполнения резервуара паром, а затем создания вакуум, изолируя бак от источника пара и конденсируя пар. Вакуум использовался для забора воды из шахт. Однако вакуум мог брать воду только с небольшой глубины. Еще одним недостатком помпы был использование давления пара для вытеснения воды, набранной в резервуар. В принципе, давление можно использовать для нагнетания воды из резервуара вверх. 80 футов, но взрывы котлов не были редкостью, так как конструкция герметичных котлы были не очень развиты. Эта ссылка содержит подробную информацию о работе Savery Описание насоса..

Атмосферный двигатель Ньюкомена

Томас Ньюкомен (1663-1729), кузнец, в течение 10 лет экспериментировал с первый по-настоящему успешный паровой двигатель, приводивший в действие насос для удаления воды из шахты. Его способность продавать двигатель была затруднена из-за обширного патента Савери. Он был вынужден основать фирму с Савери, несмотря на улучшение показателей. его двигателя, существенные механические отличия, устранение потребность в давлении пара и использование вакуума совершенно по-другому. А Схема двигателя Ньюкомена показана на рис. 1. Двигатель называется «атмосферный» двигатель, потому что наибольшее используемое давление пара близко к атмосферное давление.

Рис. 1. Иллюстрация атмосферного двигателя Ньюкомена для откачки воды.

Принцип действия. Паровая машина состоит из паровой поршень / цилиндр, который перемещает большую деревянную балку для привода водяного насоса. Двигатель не использует давление пара для подъема парового поршня ! Скорее, система сконструирована таким образом, что балка тяжелее со стороны главного насоса, и гравитация тянет вниз балку со стороны главного насоса. Веса добавляются к стороны главного насоса, если это необходимо. Насосы на рис. 1 вытесняют воду вверх. ход поршня насоса, в соответствии с насосами, использовавшимися в оборудовании в то время, и обсуждение следует этой конструкции. Для того, чтобы рисовать воды в основной насос в правой части схемы, рассмотрим цикл это начинается с луча, опрокинутого вниз справа. Цилиндр под паром поршень сначала заполняется паром атмосферного давления, а затем распыляется вода в цилиндр для конденсации пара. Разность давлений между атмосферой и возникающий вакуум выталкивает пар поршень вниз, поднимая поршень основного насоса вверх, поднимая воду над поршнем основного насоса и заполняя нижнюю камеру основного насоса водой. В нижней части хода парового поршня открывается клапан для восстановления паровой цилиндр к атмосферному давлению, а луч направлен вниз справа под действием силы тяжести, позволяя главному поршню упасть. Когда главный поршень падает, вода из-под поршня проходит в камеру над поршнем, как будет объяснено позже. Пар атмосферного давления поступает в паровой цилиндр. на этом этапе, что позволяет повторить процесс.

Двигатель Ньюкомена был лучшей технологией на протяжении 60 лет! Некоторые двигатели Ньюкомена использовались намного дольше, хотя и значительно уступали Ваттным последующие двигатели. Более подробно о работе и фото старейшего существующий двигатель Ньюкомена, см. Newcomen Описание двигателя.

Атмосферный паровой двигатель мощностью

Вт

Рис. 2. Иллюстрация атмосферного двигателя Уатта для перекачивания воды. Главный насос не показан. (По гравюре Стюарта, 1824 г. , стр. 114.).

Двигатели Newcomen были крайне неэффективны. Пользователи узнали, как требовалось много энергии. Паровой цилиндр неоднократно нагревался и охлаждался, которые тратили энергию на повторный нагрев стали, а также вызывали большие тепловые стрессы. Джеймс Уатт (1736-1819) совершил прорыв, применив отдельный конденсатор. Уатт открыл отдельный конденсатор в 1765 году. (См. Эксперимент Уатта.) Потребовалось 11 лет, прежде чем он видел устройство на деле! Самое большое препятствие для реализации двигателя Уатта была технология изготовления большого поршня/цилиндра. с достаточно жесткими допусками, чтобы они герметизировали умеренный вакуум. Технология улучшилась примерно в то же время, когда Уатт нашел финансовую поддержку, в которой он нуждался, благодаря партнерству с Мэтью Бултоном. Принцип действия. Двигатель Ватта, как двигатель Ньюкомена, работающий по принципу разности давлений, создаваемой вакуумом с одной стороны поршня, чтобы толкнуть паровой поршень вниз. Однако паровой цилиндр Уатта и вовсе оставался горячим. раз. Клапаны позволяли пару поступать в отдельный конденсатор. а затем конденсат откачивался вместе с газами с помощью воздушного насоса. (См. рис. 2.) Более подробная информация о работе и фотографии пары двигателей Watt используется для перекачки воды, см. Уатт Описание двигателя.

Поршень двойного действия и роторный двигатель

Рис. 3. Иллюстрация двигателя двойного действия Бултона-Ватта. (адаптированный с гравюры Стюарта, 1824 г., стр. 128).

Уатт и Боултон успешно применили свой двигатель для откачки воды из колодцы. Бултон был прозорливым промышленником и воспользовался возможности применения двигателя в других отраслях промышленности. Перемещение паровой двигатель в помещении, устройство стало полезным для работы мельниц и текстильные фабрики и др. Двигатель, изображенный слева, является примером двигателя позднего 1700-е годы. Обратите внимание на цепь, которая ранее соединяла поршень с балкой. двигатели были заменены механизмом параллельного движения. Ватт сказал своему сыну, что он гордится этим изобретением еще больше, чем сам двигатель. Механизм позволял поршню действовать в идеально выровненное движение вверх/вниз, в то время как луч следует по дуге. Механизм также дали возможность передавать работу в восходящем ходе! Steam есть , наконец, выполняет работу, толкая вверх! Используемые для этого котлы устройством также являются котлы атмосферного давления. Цилиндровое пространство над поршень соединен с вакуумом конденсатора, чтобы обеспечить пар, толкающий поршень.