Хто винайшов першу парову машину? Першу парову машину винайшов російський винахідник Ползунов І.І Швидкісний та доступний сучасний паровий автомобіль

У поданні більшості людей століття смартфонів автомобілі на паровій тязі – це щось архаїчне, що викликає усмішку. Парові сторінки історії автомобілебудування були дуже яскравими і без них важко уявити сучасний транспорт взагалі. Як не намагалися скептики від законотворчості, а також нафтові лобісти різних країн обмежити розвиток автомобіля на пару, їм це вдавалося лише на якийсь час. Адже паровий автомобіль подібний до Сфінкса. Ідея автомобіля на пару (тобто на двигуні зовнішнього згоряння) актуальна й донині.

У поданні більшості людей століття смартфонів автомобілі на паровій тязі – це щось архаїчне, що викликає усмішку.

Так було в 1865 року у Англії запровадили заборону пересування швидкісних самохідних карет на паровому ходу. Їм заборонялося пересуватися швидше за 3 км/год містом і не випускати клуби пари, щоб не лякати коней, запряжених у звичайні екіпажі. Найсерйознішим і відчутним ударом по парових вантажних автомобілях вже в 1933 завдав закон про податок на важкі транспортні засоби. І лише 1934 року, коли було знижено мито на імпорт нафтопродуктів, замаячила на горизонті перемога бензинових і дизельних двигунівнад паровими.

Так вишукано і холоднокровно знущатися з прогресу могли собі дозволити тільки в Англії. У США, Франції, Італії середовище винахідників-ентузіастів буквально вирувало ідеями, а паровий автомобіль набував нових обрисів і характеристик. Хоча англійські винаходили зробили вагомий внесок у розвиток парового автотранспорту, закони та упередження влади не дозволяли їм повноцінно брати участь у сутичці з ДВС. Але давайте про все по порядку.

Доісторична довідка

Історія розвитку парового автомобіля нерозривно пов'язана з історією виникнення та вдосконалення парової машини. Коли у I столітті зв. е. Герон з Олександрії запропонував свою ідею змусити пару обертати металеву кулю, до її ідеї поставилися не більше, ніж до гри. Чи то інші ідеї в більшою міроюхвилювали винахідників, але першим, хто поставив паровий котел на колеса був чернець Фердинанд Вербст. 1672 року. До його «іграшки» теж поставилися як до гри. Але наступні сорок років не пройшли даремно для історії парового двигуна.

Проект екіпажу Ісаака Ньютона (1680), пожежний апарат механіка Томаса Севері (1698) і атмосферна установка Томаса Ньюкомена (1712) продемонстрували величезний потенціал використання пари для здійснення механічної роботи. Спочатку парові машини відкачували воду з шахт та піднімали вантажі, але до середини 18 століття на підприємствах Англії таких парових установок уже було кілька сотень.

Що ж являє собою паровий двигун? Як може пара рухати колеса? Принцип парової машини є простим. Вода нагрівається у закритому резервуарі до пари. Пара відводиться трубками в закритий циліндр і видавлює поршень. Через проміжний шатун цей поступальний рух передається на вал маховика.

Ця принципова схемароботи парового котла практично мала істотні недоліки.

Перша порція пари клубами виривалася назовні, а поршень, що остигнув, під власною вагою опускався вниз для наступного такту. Ця важлива схема роботи парового котла практично мала істотні недоліки. Відсутність системи регулювання тиску пари нерідко призводила до вибуху котла. Для доведення котла до робочого стану потрібно чимало часу та палива. Постійна дозаправка та гігантські розміри парової установки лише збільшували перелік її недоліків.

Нову машину в 1765 запропонував Джеймс Уатт. Він направив пар, що видавлюється поршнем в додаткову камерудля конденсації і позбавив необхідності постійно підливати воду в котел. Нарешті, в 1784 році він вирішив завдання, як перерозподілити рух пари таким чином, щоб він штовхав поршень в обох напрямках. Завдяки створеному ним золотнику, парова машина могла працювати без перерв між тактами. Цей принцип теплового двигуна подвійної дії ліг в основу більшості парової техніки.

Над створенням парових машин працювало багато розумних людей. Адже це простий та дешевий спосіб отримання енергії практично з нічого.

Невеликий екскурс в історію автомобілів на паровій тязі

Однак, хоч як грандіозні були успіхи англійців в області, першим, хто поставив парову машину на колеса, був француз Ніколя Жозеф Кюньо.

Перший паровий автомобіль Кюньо

Його автомобіль з'явився на дорогах у 1765 році. Швидкість пересування коляски була рекордною – 9,5 км/год. У ньому винахідник передбачив чотири місця для пасажирів, яких можна було покатати з вітерцем на середній швидкості 3,5 км/год. Цього успіху винахіднику здалося замало.

Необхідність зупинки для заправки водою та розпалювання нового вогнища через кожен кілометр шляху не були суттєвим мінусом, а лише рівнем техніки того часу.

Він зважився на винахід тягача для гармат. Так на світ з'явився триколісний віз із масивним котлом попереду. Необхідність зупинки для заправки водою та розпалювання нового вогнища через кожен кілометр шляху не були суттєвим мінусом, а лише рівнем техніки того часу.

Наступна модель Кюньо зразка 1770 мала вагу близько півтори тонни. Новий віз міг транспортувати близько двох тонн вантажу зі швидкістю 7 км/год.

Маестро Кюньо більше займала ідея створення парового двигуна високого тиску. Його навіть не бентежив той факт, що казан міг вибухнути. Саме Кюньо придумав розташувати топку під котлом і возити «вогнище» із собою. Крім того, його «візок» може бути названий першою вантажівкою. Відставка покровителя та низка революцій не дали можливості майстру розвинути модель до повноцінної вантажної машини.

Самоучка Олівер Еванс та його амфібія

Ідея створення парових машин мала світові масштаби. У північноамериканських штатах винахідник Олівер Еванс створив близько п'ятдесяти парових установок на базі машини Уатта. Намагаючись зменшити габарити установки Джеймса Уатта, він конструював парові машини для борошномельних фабрик. Проте всесвітню славу Олівер Еванс набув за свій паровий автомобіль-амфібію. У 1789 році його перший автомобіль у США успішно пройшов сухопутне та водне випробування.

На свою амфібію, яку можна назвати прообразом всюдиходів, Еванс встановив машину із тиском пари в десять атмосфер!

Дев'ятиметровий автомобіль-човен мав вагу близько 15 тонн. Парова машина наводила руху задні колесата гребний гвинт. До речі, Олівер Еванс теж був прихильником створення парового двигуна високого тиску. На свою амфібію, яку можна назвати прообразом всюдиходів, Еванс встановив машину із тиском пари в десять атмосфер!

Якби у винахідників 18-19 століть були під рукою технології 21 століття, ви уявляєте, скільки техніки вони б вигадали!? І якої техніки!

XX століття та 204 км/год на паровому автомобілі Стенлі

Так! 18 століття дав потужний поштовх розвитку парового транспорту. Численні та різноманітні конструкції самохідних парових возів стали все частіше розбавляти гужовий транспорт на дорогах Європи та Америки. На початку XX століття автомобілі на паровій тязі суттєво поширилися та стали звичним символом свого часу. Як і фотографія.

18 століття дав потужний поштовх до розвитку парового транспорту

Саме свою фотографічну компанію продали брати Стенлі, коли в 1897 вирішили всерйоз зайнятися виробництвом парових авто в США. Вони створювали добре продаються паромобілі. Але цього їм було замало задоволення своїх амбітних планів. Адже вони були лише одні з багатьох таких же автовиробників. Так було доти, доки вони не сконструювали свою «ракету».

Саме свою фотографічну компанію продали брати Стенлі, коли в 1897 вирішили всерйоз зайнятися виробництвом парових авто в США.

Звісно, ​​автомобілі Стенлі мали славу надійного автомобіля. Паровий агрегат розташовувався ззаду, а бойлер розігрівався за допомогою смолоскипів бензину або гасу. Маховик парового двоциліндрового двигуна подвійної дії обертання на задню вісь за допомогою ланцюгової передачі. Випадків вибухів котла Стенлі Стімер не мав. Але їм потрібний був фурор.

Звісно, ​​автомобілі Стенлі мали славу надійного автомобіля.

Своєю «ракетою» вони викликали фурор на весь світ. 205,4 км/год у 1906 році! Так швидко ще ніхто не їздив! Авто з ДВС побив цей рекорд лише через 5 років. Фанерна парова «Ракета» Стенлі визначила форму гоночних автомобілів на багато років вперед. Але після 1917 року Стенлі Стімер все важче переживав конкуренцію дешевого Ford T і пішов у відставку.

Унікальні паромобілі братів Добл

Цьому знаменитому сімейству вдалося чинити опір бензиновим моторам аж до початку 30-х років XX століття. Вони не збирали машини для рекордів. Брати справді любили свої паромобілі. Інакше чим ще пояснити винайдені ними стільниковий радіатор і кнопку запалювання? Їхні моделі не були схожі на малі паровози.

Брати Абнер та Джон зробили революцію у паровому транспорті.

Брати Абнер та Джон зробили революцію у паровому транспорті. Щоб зрушити з місця, його машину не потрібно було розігрівати 10-20 хвилин. Кнопка запалення нагнітала гас із карбюратора в камеру згоряння. Він потрапляв туди після запалювання запалювальною свічкою. Вода нагрівалася за лічені секунди, а за хвилину-півтори пар створював необхідний тиск і можна було їхати.

Відпрацьована пара прямувала в радіатор для конденсації та підготовки до наступних циклів. Тому для плавного пробігу на 2000 км автомобілям Доблов потрібно всього дев'яносто літрів води в системі і кілька літрів гасу. Такої економічності не міг запропонувати ніхто! Можливо, саме на автосалоні в Детройті 1917 року Стенлі познайомилися з моделлю братів Добл і почали згортати своє виробництво.

Модель Е стала найрозкішнішим автомобілем другої половини 20-х і самої останньою версієюпаромобіля Доблів. Шкіряний салон, поліровані елементи з дерева та кістки слона радували заможних власників усередині автомобіля. У такому салоні можна було насолоджуватися пробігом на швидкості до 160 км/год. Усього 25 секунд відокремлювали момент запалення від моменту старту. Ще 10 секунд потрібно, щоб автомобіль масою 1,2 т розігнався до 120 км/год!

Всі ці швидкісні якості були закладені у чотирициліндровому моторі. Два поршні виштовхувалися парою під високим тиском у 140 атмосфер, а два інших відправляли остиглий пар низького тискув стільниковий конденсатор-радіатор. Але в першій половині 30-х років і ці красені братів Добл перестали випускатися.

Парові вантажні машини

Однак не варто забувати, що парова тяга бурхливо розвивалася і на вантажному транспорті. Це у містах парові автомобілі викликали алергію у снобів. Адже вантажі повинні доставлятися за будь-якої погоди і не тільки містом. А міжміські автобуси та військова техніка? Там легковими малолітражками не відбудешся.

Вантажний транспорт має одну значну перевагу перед легковим – це його габарити.

Вантажний транспорт має одну значну перевагу перед легковим – це його габарити. Саме вони дозволяють розмістити потужні силові установки у будь-якому місці автомобіля. Причому вона тільки збільшить вантажопідйомність та прохідність. А як виглядатиме вантажівка – на це не завжди звертали увагу.

Серед парових вантажних машин хочеться виділити англійську Сентінел та радянський НАМІ. Звичайно, були й багато інших, наприклад Фоден, Фаулер, Йоркшир. Але саме Сентінелл та НАМИ виявилися найживішими і випускалися до кінця 50-х років минулого століття. Вони могли працювати на будь-якому твердому паливі – вугіллі, дровах, торфі. «Всеїдність» цих вантажівок на пару ставила їх поза впливом цін на нафтопродукти, а також дозволяла використовувати їх у важкодоступних місцях.

Трудяга Сентінелл з англійським акцентом

Ці дві вантажівки відрізняються не лише країною виробника. Принципи розташування парогенераторів також були різні. Для Сентінел характерні верхнє і нижнє розташування парових машин щодо котла. При верхньому розташуванні парогенератор подавав гарячу пару безпосередньо в камеру двигуна, яка була пов'язана з мостами системою карданних валів. При нижньому розташуванні парового двигуна, тобто на шасі, котел розігрівав воду і подавав пару в двигун трубками, що гарантувало втрати температури.

Для Сентінел характерні верхнє і нижнє розташування парових машин щодо котла.

Наявність ланцюгової передачі від маховика парової машини на кардан було типовим для обох типах. Це дозволило конструкторам уніфікувати випуск Сентінел залежно від замовника. Для спекотних країн, таких як Індія, випускали парові вантажівки з нижнім, розділеним розташуванням котла та двигуна. Для країн із холодними зимами – з верхнім, суміщеним типом.

Для спекотних країн, таких як Індія, випускали парові вантажівки з нижнім, розділеним розташуванням котла та двигуна.

На цих вантажівках застосовували багато перевірених технологій. Золотники та клапани розподілу пари, двигуни простої та подвійної дії, з високим або низьким тиском, з або без КПП. Однак це не продовжили життя англійським паровим вантажівкам. Хоча вони й випускалися до кінця 50-х років XX століття і навіть перебували на військовій службі до і під час 2-ої світової війни, вони все ж таки були громіздкими і чимось нагадували паровози. А оскільки в їхній кардинальній модернізації не було зацікавлених осіб, то їхня доля була вирішена наперед.

Хоча вони й випускалися до кінця 50-х років XX століття і навіть перебували на військовій службі до і під час 2-ої світової війни, вони все ж таки були громіздкими і чимось нагадували паровози.

Кому що, а нам – НАМІ

Щоб підняти зруйновану війною економіку Радянського Союзу, необхідно було знайти спосіб не витрачати ресурси нафти, хоча у важкодоступних місцях – північ від країни й у Сибіру. Радянським інженерам було надано можливість вивчити конструкцію Сентінела з верхнім розташуванням чотирициліндрової парової машини прямої дії та розробити свою «відповідь Чемберлену».

У 30-х роках російські інститути та конструкторські бюро робили неодноразові спроби створення альтернативної вантажівки для лісової промисловості.

У 30-х роках російські інститути та конструкторські бюро робили неодноразові спроби створення альтернативної вантажівки для лісової промисловості. Але щоразу справа зупинялася на стадії випробувань. Використовуючи власний досвід та можливість вивчення трофейних паромобілів, інженерам вдалося переконати керівництво країни у необхідності такої вантажівки-паровики. Тим більше що бензин коштував у 24 рази дорожче за вугілля. А із вартістю дров у тайзі взагалі можна не згадувати.

Група конструкторів під керівництвом Ю. Шебаліна максимально спростила паровий агрегат загалом. Вони поєднали чотирициліндровий двигун і котел в один агрегат і розташували його між кузовом та кабіною. Встановили цю установку на шасі серійного ЯАЗ (МАЗ)-200. Робота пари та її конденсація були поєднані в замкнутому циклі. Подача дров'яних чушок із бункера здійснювалася автоматично.

Так народився, вірніше на лісовому бездоріжжі, НАМИ-012. Очевидно, принцип бункерної подачі твердого палива та розташування парової машини на вантажному автомобілі було запозичено з практики газогенераторних установок.

Доля господаря лісів – НАМІ-012

Характеристики парової вітчизняної бортової вантажівки та лісовозу НАМІ-012 були такі

• Вантажопідйомність – 6 тонн
• Швидкість – 45 км/год
• Дальність пробігу без дозаправки палива – 80 км, якщо була можливість оновити запас води, то 150 км.
• Крутний момент на малих оборотах – 240 кгм, що перевищувало майже в 5 разів показники базового ЯАЗ-200
• Котел з природною циркуляцією створював тиск 25 атмосфер і доводив пару до температури 420°С
• Поповнювати запаси води можна було безпосередньо з водойми через ежектори
• Ціліснометалева кабіна не мала капот і була висунута вперед
• Швидкість регулювалася об'ємом пари в двигуні за допомогою важеля подачі/відсічки. З його допомогою циліндри заповнювалися на 25/40/75%.
• Одна задня передача та три педаль управління.

Серйозними недоліками парової вантажівки були витрати 400 кг дров на 100 км шляху і необхідність у мороз позбавлятися води в котлі.

Серйозними недоліками парової вантажівки були витрати 400 кг дров на 100 км шляху і необхідність у мороз позбавлятися води в котлі. Але основним мінусом, який був у першого зразка, була погана прохідність у незавантаженому стані. Тоді виходило, що передня вісь була перевантажена кабіною та паровим агрегатом, порівняно із задньою. З цим завданням упоралися, встановивши модернізовану паросильну установку на повнопривідний ЯАЗ-214. Тепер і потужність лісовозу НАМІ-018 було доведено до 125 кінських сил.

Але, не встигнувши поширитися країною, парогенераторні вантажівки були утилізовані у другій половині 50-х років минулого століття.

Але, не встигнувши поширитися країною, парогенераторні вантажівки були утилізовані у другій половині 50-х років минулого століття. Втім, разом із газогенераторними. Тому що вартість переробки автомобілів, економічний ефект та зручність експлуатації були трудомісткі та сумнівні, порівняно з бензиновими та дизельними вантажівками. Тим більше, що до цього часу в Радянському Союзі вже налагоджувався видобуток нафти.

Швидкісний та доступний сучасний паровий автомобіль

Не варто думати, що ідею автомобіля на паровій тязі забуто назавжди. Зараз проявляється значне зростання інтересу до двигунів, альтернативних ДВЗ на бензині та дизпаливі. Світові запаси нафти не безмежні. Так, і вартість нафтопродуктів постійно зростає. Конструктори так намагалися вдосконалити ДВС, що їхні ідеї майже досягли свого ліміту.

Електромобілі, авто на водні, газогенераторні та паромобілі знову стали актуальними темами. Привіт, забуте 19 століття!

Зараз проявляється значне зростання інтересу до двигунів, альтернативних ДВЗ на бензині та дизпаливі.

Британський інженер (знову Англія!) продемонстрував нові можливості парового двигуна. Він створив свій Inspuration не лише для демонстрації актуальності автомобілів парової тяги. Його дітище зроблено для рекордів. 274 км/год – така швидкість, яку розганяють дванадцять казанів, встановлених на 7,6 метровому боліді. Усього 40 літрів води достатньо, щоб скраплений газ буквально за мить довів температуру пари до 400°С. Подумати тільки, історії знадобилося 103 роки, щоби побити рекорд швидкості автомобіля на паровій тязі, встановлений «Ракетою»!

У сучасному парогенераторі можна використовувати вугілля у вигляді порошку або інше дешеве паливо, наприклад мазут, зріджений газ. Саме тому парові автомобілі завжди були і будуть популярними.

Але щоб настало екологічно чисте майбутнє, знову необхідно долати опір нафтових лобістів.

Поставити пару на службу людству люди змогли лише наприкінці XVII століття. Але ще на початку нашої ери давньогрецький математик і механік Герон Олександрійський наочно показав, що з парою можна дружити. Наочним підтвердженням цього став Геронівський еоліпіл, фактично, перша парова турбіна - куля, яка оберталася силою струменів водяної пари. На превеликий жаль, багато дивовижних винаходів древніх греків на довгі століття були міцно забуті. Лише до XVII століття відноситься опис чогось, схожого на парову машину. Француз Соломон де Ко (Salomon de Caus), колишній будівельником і інженером у Фрідріха V Пфальцського, у своєму творі від 1615 описав порожнисту залізну кулю з двома трубками: приймає і виводить рідину. Якщо наповнити кулю водою і підігріти, то по другій трубці вода почне підніматися нагору, підкоряючись дії пари. У 1663 році вже англієць Едвард Сомерсет (Edward Somerset), маркіз Уорчестерський, написав брошуру, в якій розповів про машину, яка може піднімати воду нагору. Тоді ж Сомерсет отримав патент ("привілей") на описану машину. Як бачимо, всі думки винахідників Нового часу оберталися навколо викачування води з шахт і копалень, що, слід зазначити, випливало з насущного завдання. Тому не дивно, що наступні три винахідники, про які піде мованижче, також були насамперед стурбовані створенням парової машини для відкачування води. Ближче до самого завершення XVII століття дві людини в Європі результативніше за інших працювали над приборканням пари - Дені Папен (Denis Papin) і Томас Сейвері (Thomas Savery).

"Вогняна" машина Сейвері.

Англієць Сейвері 2 липня 1698 отримав патент на машину для відкачування води з шахт. У патенті говорилося: "Скаржиться привілей Томасу Сейвері за проведене ним одним випробування нового винаходу для підйому води, обертання будь-яких видів млинів шляхом сил вогню, що буде дуже важливо для осушення шахт, постачання міст водою та обертання всіх видів млинів". Досвідчений зразок під назвою "Вогненний мотор" (Fire engine) в 1699 був виставлений напоказ в Королівському Науковому товаристві в Лондоні. Машина Сейвері функціонувала таким чином: герметичний резервуар наповнювався парою, а потім зовнішню поверхню резервуара охолоджували холодною водою, через що пара конденсувалася, створюючи в резервуарі частковий вакуум. Потім вода з дна з дна шахти через забірну трубу засмоктувала в резервуар і після впуску нової порції пари виштовхувалася назовні через випускну трубу. Варто відзначити, що винахід Сейвері був схожий на машину Сомерсета, і багато хто вважає, що Сейвері безпосередньо відштовхувався від останньої. На жаль, у "вогняної" машини Сейвері знайшлися недоліки. Найголовніший із них - неможливість піднімати воду з глибини понад 15 метрів, хоча на той час уже існували шахти, чия глибина перевищувала 100 метрів. Крім того, машина споживала дуже багато палива, що не було виправдано навіть близькістю великої кількостівугілля на шахті. Француз Дені Папен, медик за освітою, 1675 року переїхав до Лондона. Папен зробив кілька відкриттів, які назавжди вписали його ім'я в історію. Для початку Папен винаходить скороварку - "Папенів котел". Колишній медик зміг встановити залежність між тиском та температурою кипіння води. Герметичний котел із запобіжним клапаном завдяки підвищеному тиску всередині доводив воду до кипіння набагато пізніше, тому температура обробки продуктів підвищувалася і останні готувалися в рази швидше. У 1674 році Папен створив пороховий двигун: в циліндрі спалахував порох, від чого поршень усередині циліндра переміщався. Одна "партія" газів випускалася з циліндра через спеціальний клапан, інша - охолоджувалася. У циліндрі утворювався вакуум (нехай і слабенький), і атмосферний тископускало поршень униз. У 1698 році Папен винаходить парову машину із застосуванням води, яка нагрівалася всередині вертикального циліндра - пар, що утворився, рухав поршень вгору. Потім циліндр охолоджували водою, пара конденсувалася і виникав вакуум. Все той самий атмосферний тиск змушував поршень опускатися. Незважаючи на прогресивність своєї машини (наявність поршня), Папен не зміг витягти з неї будь-яких значущих дивідендів, оскільки Сейвері запатентував паровий насос, а інших способів застосування для парових машин на той момент не спостерігалося (хоча в патенті Сейвері і вказувалося можливість "обертання" млинів)). У 1714 році, в столиці Британської імперії, Папен помер у злиднях і самоті. Набагато щасливішим виявився інший англієць - Томас Ньюкомен (Thomas Newcomen), який народився 1663 року. Ньюкомен уважно ознайомився з роботами і Сейвері, і Папена, чому зміг зрозуміти слабкі місцяколишніх машин, одночасно взявши від них найкраще. У 1712 році разом зі скляром і водопровідником Джоном Каллі (John Calley) він будує свою першу парову машину. У ній використовувався вертикальний циліндр із поршнем, як у машини Папена. Однак пара утворювалася в окремому паровому котлі, що було схоже на принцип дії "вогненної" машини Сейвері. Герметичність усередині парового циліндра була підвищена за рахунок шкіри, що закріплювалася навколо поршня. Машина Ньюкомена теж була пароатмосферною, тобто. підйом води із шахти здійснювався при впливі атмосферного тиску. Вона була досить громіздкою і поїдала багато вугілля. Проте практичної користі машина Ньюкомена приносила незрівнянно більше, чому її майже півстоліття застосовували в шахтах. В Англії, наприклад, вона дозволила знову відкрити занедбані шахти, які затопило ґрунтовими водами. І ще один яскравий приклад ефективності машини Ньюкомена - у 1722 році в Кронштадті в сухому доці воду з корабля відкачали протягом двох тижнів, у той час як із застарілою системою відкачування за допомогою вітряківна це пішов би рік. Незважаючи на все це, Томас Ньюкомен не отримав патент на свою парову машину через патент Сейвері. Можливість застосування парової машини Ньюкомена з метою руху транспортного засобу конструкторами розглядалася, зокрема, для приводу гребного колеса на судні. Проте, спроби успіхом не увінчалися. Винайти компактну, але потужну парову машину довелося Джеймсу Уатту (James Watt). У 1763 році Уатту, механіку університету Глазго, дали завдання відремонтувати парову машину Ньюкомена. У процесі ремонту Уатт приходить до наступної ідеї – циліндр парової машини потрібно тримати постійно нагрітим, що різко скоротить витрату палива. Залишалося лише зрозуміти, як у такому разі конденсувати пару. Осінило Уатта, коли він робив вечірній моціон біля пралень. Побачивши хмар пари, які прагнуть вибратися з-під кришок котлів, винахідник раптом усвідомив, що пара є газом, і він повинен переміщатися в циліндр з зниженим тиском . Уатт рішуче береться до справи. Він застосовує водяний насос і металеві трубки, з яких насос відкачуватиме воду і пару, створюючи в останніх знижений тиск, а воно, з трубок, почне передаватися в робочий циліндр парової машини. Для робочого ходу Уатт застосовує тиск пари, відмовляючись тим самим від атмосферного тиску, що стало великим кроком уперед. Для цієї мети, щоб пара не проходила між циліндром і поршнем, прядив'яною мотузкою, просоченою маслом, обмотували поршень уздовж спеціальних борозенок. Такий спосіб дозволяв досягти досить високої герметичності всередині парового циліндра. У 1769 році Уатт отримав патент на "створення парового двигуна, в якому температура двигуна завжди дорівнюватиме температурі пари, незважаючи на те, що пара буде охолоджуватися до температури нижче ста градусів". В 1772 Джеймс Уатт звів знайомство з промисловцем Метью Болтоном (Mathew Bolton). Цей багатий пан викупив і повернув Уатту всі його патенти, які винахідник змушений був закласти за борги. За підтримки Болтона робота Уатта прискорилася. Вже 1773-го Уатт відчуває свою парову машину; вона виконувала ту саму функцію парового насоса, але вугілля вимагала набагато менше. Бачачи очевидні переваги машини Уатта, Болтон відкриває спільну з винахідником компанію з виробництва парових машин, й у 1774 року у Англії починається їх випуск. Реалізація парових машин йшла настільки добре, що Болтон захотів збудувати новий прокатний цех, для чого попросив Уатта створити спеціальну парову машину – для приводу прокатних верстатів. Уатт блискуче впорався із завданням, і в 1781 році запатентував парову машину "для здійснення руху навколо осі з метою приведення в дію інших машин". Таким чином, на світ з'явилася перша парова машина не для підняття води з дна шахт, а для руху машин. Нова машина Уатта мала ряд удосконалень. Наприклад, регулятором для рівномірного обертання головного валу парової машини, а також планетарним механізмом створення кругового руху. Останній Уатт винаходить тому, що застосувати кривошипно-шатунний механізм йому не дозволяє патент, що діє. Але в 1784 році Уатту все ж таки вдалося домогтися дозволу на використання в паровій машині кривошипно-шатунного механізму. Таким чином, створена Уаттом перша у світі універсальна парова машина стала приводити в рух промислові верстати, сповіщаючи про прихід ери парових машин. Незабаром пара рухатиме пароплави і поїзди, завдяки чому життя людини докорінно зміниться. Величезні заслуги Джеймса Уатта не пройшли непоміченими для нащадків - в 1819 наказом англійського парламенту у Вестмінстерському абатстві великому винахіднику поставили мармуровий пам'ятник. Вважається, що перший пароплав збудував американець Роберт Фултон (Robert Fulton) у 1807 році - його корабель із гребним колесом називався "Клермонт". Спочатку Фултон намагався за допомогою пари рухати весла, але потім звернувся до більш вдалої ідеї колеса. Перше плавання на "Клермонті" Фултон здійснив один, оскільки жителі околиць навідріз відмовилися сісти в "диявольськи" посудину, що димить. Зате на зворотному шляху до Фултона таки підсів один смілива людина, за що й отримав від винахідника право на безкоштовний довічний проїзд на "Клермонті". Потім рейси судна Фултона стали буденністю - "Клермонт" перевозив людей річкою Гудзон від Нью-Йорка до Олбані, розвиваючи швидкістю близько 5 вузлів (9 км/год). Перший гвинтовий пароплав побудував 1838 року англієць Френсіс Сміт (Francis Smith). Використання гребних гвинтів замість гребних коліс дозволило значно покращити ходові якості пароплавів. На пароплавах поступово зникають допоміжні вітрила (згадаймо, що 1819 року американський пароплав "Саванна" перетнув Атлантичний океанздебільшого за допомогою вітрил), а до початку ХХ століття історію йдуть і самі вітрильні кораблі. Перший паровоз збудував британець Річард Тревітік (Richard Trevithick). Це був віз із паровим двигуном, що рухався рейками зі швидкістю 7 км/год і перевозив склад вагою 7 тонн. В 1804 для випробування паровоза Тревітіка в Лондоні побудували невелику рейкову дорогу. У наш час і пароплави, і паровози вже давно стали історичною дивиною, яку, щоправда, можна зустріти в самих різних країнах. Так, у Норвегії на озері М'єс досі функціонує найстаріший колісний пароплав у світі - "Скібладнер", збудований ще 1856 року. У свою чергу паровози активно експлуатуються в країнах третього світу, а це означає, що пара, як і раніше, вірою і правдою служить людству.

"Паровий віз" Кюньо.

Окрема віха в історії пари - парові автомобілі. Першу парову автомашину ("паровий воз"), що діяла, побудував француз Нікола-Жозеф Кюньо (Cugot) в 1769 році. Це був дуже важкий віз, що важив більше тонни, з керуванням якого ледве могли впоратися дві людини. Естетично машина виглядала не надто красиво - котел, наче горщик на рогаті, розміщувався попереду транспорту. "Віз" Кюньо розвивала швидкість близько 2-4 км/год і могла перевозити до 3 тонн вантажу. Експлуатувати її було складно – для підтримки тиску пари, яка швидко падала, доводилося кожні чверть години зупинятися та запалювати топку. Зрештою, в черговій випробувальній поїздці Кюньо і кочегар (між іншим, кочегар французькою звучить як "шофер", звідки і сталося потім слово "шофер") зазнали аварії на крутому повороті, через що котел вибухнув, навівши шуму на весь Париж. Кюньо побудував нову "візок", але в маси вона не пішла. 1794 року її здали до музею. Значний внесок у розвиток парових автомобілів зробив ще один француз - Леон Еммануель Серполле (Leon Serpollet). В 1875 він створив невелику, але потужну автомашину на пару. Леон вирішив, що воді краще нагріватися не в казані, а в розігрітих трубках, де вона перетворюється на пару дуже швидко. Першою працюючою машиною Серполле став двомісний триколісний екіпаж із дерева. Спочатку поліція забороняла французу їздити навіть ночами, але в 1888 році все ж таки здалася і видала офіційний папір з дозволом на поїздки. На цьому Серполь не зупинився. Замість вугілля він починає використовувати рідке паливо, яке подавалося на два пальники. У 1900 році він відкриває фірму спільно з американцем Френком Гарднером (Frank Gardner) – Gardner-Serpollet. В 1902 Серполле створив гоночний паровий автомобіль і встановив на ньому в Ніцці світовий рекорд швидкості на суші - 120,77 км / год. Не дивно, що на той момент парові автомобілі цілком вдало конкурували з бензиновими та електричними побратимами. Особливо процвітали перші у США, де, наприклад, у 1900 році випустили 1690 парових, 1585 електричних та всього 936 бензинових автомобілів. Парові авто використовувалися США аж до 30-х років ХХ століття. У першій половині XIX століття будувалися парові трактори, зокрема, з гусеничним ходом. Однак коефіцієнт корисної дії парових двигунів дорівнював лише 5%. З цієї причини на початку ХХ століття парові двигуни на машинах були замінені двигунами внутрішнього згоряння. З їх допомогою автомобілі стали більш економічними, легкими та швидкісними. Не можна не згадати і про інші, менш вдалих застосуванняхпара наприкінці ХІХ – на початку ХХ століть. Широке поширення пароплавів, паровозів і парових автомашин підштовхнуло винахідників до думки, що пар можна використовувати в авіації та армії. На жаль, пара в цих областях стане в нагоді не змогла. Хоча вже до середини ХIХ століття налічувалося кілька спроб створення аеропланів із паровим двигуном. Англієць Вільям Хенсон (William Henson) побудував апарат "Еріел Стім Керрідж", що володів паровим двигуном потужністю 25-30 к.с., який приводив у дію повітряні гвинти діаметром 3,05 м. Щоб зменшити вагу машини, звичайний котел був замінений системою судин конічної форми з використанням повітряного конденсатора У 1844-1847 роках Хенсон безуспішно випробовував свої аероплани. Усі вони закінчилися невдало. Але вже в 1848 Джон Стрінгфеллоу (John Stringfellow) все-таки побудував аероплан, який відірвався від землі, хоча і не надовго. Апофеозом "пороманії" в авіабудуванні став аероплан Хайрема Стівенса Максима (Hayrem Stivens Maxim), який мав парову машину потужністю 360 к.с., а розмірами міг зрівнятися з двоповерховим будинком. Не дивно, що аероплан Максима впав відразу, як і всі мрії людини підкорити повітря за допомогою пари. Хоча, зазначимо, що в 1896 році американець Семюел Пірпонт Ленглі (Samuel Pierpont Langley) все-таки збудував аероплан з паровим двигуном, який без пілота пролетів приблизно кілометр, поки не витратив паливо. Свій витвір Ленглі назвав "аеродромом" (у перекладі з давньогрецької - "біжить у повітрі"). Однак до початку ХХ століття всім було зрозуміло, що громіздкі парові двигуни не годяться для повітроплавання, тим більше, що до цього часу на аеропланах добре себе зарекомендували бензинові двигуни - 17 грудня 1903 в небі з'явився знаменитий літак братів Райт, з бензиновим двигуном. Не краще були справи з парою в армії. Адже ще сам Леонардо да Вінчі (Leonardo da Vinci) описав гармату, що вистрілює снарядами силою лише вогню та води. Великий флорентієць припустив, що довгий мідний стовбур з ядром, покладений у піч одним кінцем, зможе викинути снаряд, якщо у відсік за ядром упорснути трохи води, коли труба сильно розігріється. Леонардо вважав, що вода за такої високій температурівипарується дуже швидко і, ставши аналогом пороху, виштовхне ядро ​​на величезній швидкості. Ідея парової гармати приписується Архімеду. У рукописах стародавніх згадується у тому, що під час облоги Сиракуз 212 року до нашої ери римські кораблі обстріляли з гармат. Але ж пороху тоді в Європі не було! І Леонардо да Вінчі припустив наявність у Архімеда, чиї устрою обороняли Сіракузи, парових гармат. Перевірити цю ідею да Вінчі вирішив грецький інженер Іоаніс Саккас (Ionis Sakkas). Він збудував дерев'яну гармату, до тильної частини якої закріплювався котел, що нагрівається до 400°С. Як і пропонував Леонардо да Вінчі, у спеціальний клапан подавалася вода, яка, випаровуючись миттєво, вривалася парою в дуло, через що бетонне ядро ​​в дослідах Саккаса відлітало на відстань 30-40 м. Перевірити "биль" про гармати Архімеда бралися також студенти університету учасники телесеріалу "Руйнівники легенд", щоправда, без успіху, подібного до досягнення Саккаса. У XIX столітті до пари знову повернулися, але створити реально боєздатну зброю (гармату або кулемет) не вдалося. У 1826-1829 роках російський інженер-полковник корпусу шляхів сполучення А. Карелін виготовив мідну 7-лінійну (17,5 мм) дослідну парову гармату. Стрілянина велася кульовими кулями за допомогою водяної пари, скорострільність досягала 50 пострілів за хвилину. Але випробування, проведені 1829-го, не вразили " приймальну комісію", яка вважала гармату надмірно складною для використання в польових умовах". На завершення цієї статті не можна не згадати про стимпанку (англ. "steampunk", від "steam" - "пар" та "punk" - "протест"). Цей напрямок наукової фантастики описує епоху пари часів Вікторіанської Англії (друга половина ХІХ століття) та раннього капіталізму (початок ХХ століття). Відповідно описуються міські пейзажі, персонажі, суспільні настрої тощо. Сам термін з'явився 1987 року. Популярність жанр стимпанк набув після появи роману "Розносна машина" Вільяма Гібсона та Брюса Стерлінга (1990). Предтечами стимпанку можна назвати Жюля Верна та Григорія Адамова. В останні роки з'явилося багато кінофільмів у стилі стімпанк, найвідоміші з них - "Дикий, Дикий Захід" (1999), "Машина часу" (2002), "Ліга видатних джентльменів" (2003) та "Ван Хельсінг" (2004). До стимпанку хронологічно примикає дизельпанк - жанр, що описує технологічний світ 20-50-х років XX століття, дуже близький, слід зазначити, до техносвіту початку ХХ століття. Статтю опубліковано 19.05.2014 05:36 Остання правка зроблена 19.05.2014 05:58

Про історію розвитку парового двигуна досить докладно описано в цій статті. Тут же - найвідоміші рішення та винаходи часів 1672-1891 року.

Перші напрацювання.

Почнемо з того, що ще в сімнадцятому столітті пар стали розглядати як засіб для приводу, проводили з ним усілякі досліди, і лише в 1643 Еванджеліста Торричеллі було відкрито силову дію тиску пари. Крістіан Гюйгенс за 47 років спроектував першу силову машину, що приводилася в дію вибухом пороху в циліндрі Це був перший прототип двигуна внутрішнього згоряння. На аналогічному принципі влаштовано водозабірну машину абата Отфея. Незабаром Дені Папен вирішив замінити силу вибуху менш потужною парою. У 1690 році їм було збудовано перша парова машина, відома також як паровий казан.

Вона складалася з поршня, який за допомогою окропу переміщався в циліндрі вгору і за рахунок подальшого охолодження знову опускався - так створювалося зусилля. Весь процес відбувався таким чином: під циліндром, який виконував одночасно функцію кип'ятільного котла, розміщували піч; при знаходженні поршня у верхньому положенні піч відсувалася для полегшення охолодження.

Пізніше два англійці, Томас Ньюкомен і Коулі – один коваль, інший скляр, – удосконалили систему шляхом поділу кип'ятільного котла та циліндра та додавання бака з холодною водою. Ця система функціонувала за допомогою клапанів або кранів – одного для пари та одного для води, які по черзі відкривалися та закривалися. Потім англієць Бейтон перебудував клапанне управління в тактове.

Застосування парових машин практично.

Машина Ньюкомена незабаром стала відома всюди і, зокрема, була вдосконалена, розробленою Джеймсом Уаттом у 1765 році системою подвійної дії. Тепер парова машинавиявилася досить завершеною для використання у транспортних засобах, хоча через свої розміри краще підходила для стаціонарних установок. Уатт запропонував свої винаходи та в промисловості; він також побудував машини для текстильних фабрик.

Перша парова машина, що використовується як засіб пересування, була винайдена французом Ніколя Жозефом Куньо, інженером і військовим стратегом-аматором. У 1763 чи 1765 року він створив автомобіль, який міг перевозити чотирьох пасажирів за середньої швидкості 3,5 і максимальної – 9,5 км/год. За першою спробою була друга – з'явився автомобіль для транспортування гармат. Випробовувався він, природно, військовими, але через неможливість тривалої експлуатації (безперервний цикл роботи нової машини не перевищував 15 хвилин) винахідник не отримав підтримки влади та фінансистів. Тим часом у Англії вдосконалювалася парова машина. Після кількох невдалих, що базувалися на машині Уатта спроб Мура, Вільяма Мердока і Вільяма Саймінгтона, з'явився рейковий транспортний засіб Річарда Тревісіка, створений на замовлення Уельської вугільної шахти. У світ прийшов активний винахідник: з підземних шахт він піднявся на землю і в 1802 представив людству потужний легковий автомобіль, що досягав швидкості 15 км/год на рівній місцевості та 6 км/год на підйомі.

попередній перегляд - збільшення на кліку.

Наведені в рух парою транспортні засоби все частіше використовувалися і в США: Натан Рід в 1790 здивував жителів Філадельфії своєї моделлю парового автомобіля. Однак ще більше прославився його співвітчизник Олівер Еванс, який через чотирнадцять років винайшов автомобіль-амфібію. Після наполеонівських воєн, під час яких «автомобільні експерименти» не проводилися, знову розпочалася робота над винаходом та удосконаленням парової машини. У 1821 році її можна було вважати досконалою та досить надійною. З тих пір кожен крок вперед у сфері транспортних засобів, що приводилися в рух парою, безумовно сприяв розвитку майбутніх автомобілів.

В 1825 сер Голдсуорт Гарні на ділянці завдовжки 171 км від Лондона до Бата організував першу пасажирську лінію. При цьому він використав запатентовану ним карету, що мала паровий двигун. Це стало початком епохи швидкісних дорожніх екіпажів, які, однак, зникли в Англії, але набули широкого поширення в Італії та у Франції. Подібні транспортні засоби досягли найвищого розвитку з появою в 1873 «Реверансу» Амеде Балле вагою 4500 кг і «Манселя» - компактнішого, що важив трохи більше 2500 кг і досягав швидкості 35 км / год. Обидва були провісниками тієї техніки виконання, яка стала характерною для перших «справжніх» автомобілів. Незважаючи на велику швидкість ккд парової машинибув дуже малий. Болле був тим, хто запатентував першу добре діючу систему кермового управління, він так вдало розташував керуючі та контрольні елементи, що ми і сьогодні це бачимо на щитку приладів.

попередній перегляд - збільшення на кліку.

Незважаючи на грандіозний прогрес у галузі створення двигуна внутрішнього згоряння, сила пари все ще забезпечувала рівномірніший і плавніший хід машини і, отже, мала багато прихильників. Як і Болле, який побудував та інші легкі автомобілі, наприклад Rapide у 1881 році зі швидкістю руху 60 км/год, Nouvelle у 1873 році, яка мала передню вісь із незалежною підвіскою коліс, Леон Шевроле у ​​період між 1887 та 1907 роками запустив кілька автомобілів з легким та компактним парогенератором, запатентованим ним у 1889 році. Компанія De Dion-Bouton, заснована в Парижі в 1883 році, перші десять років свого існування виробляла автомобілі з паровим двигунами і досягла при цьому значного успіху - її автомобілі виграли гонки Париж-Руан у 1894 році.

попередній перегляд - збільшення на кліку.

Успіхи компанії Panhard et Levassor у використанні бензину привели, однак, до того, що De Dion перейшов на двигуни внутрішнього згоряння. Коли брати Болле почали керувати компанією свого батька, вони зробили те саме. Потім компанія Chevrolet перебудувала своє виробництво. Автомобілі з паровими двигунами дедалі швидше зникали з горизонту, хоча США вони використовувалися ще до 1930 року. На цьому самому моменті і припинилося виробництво та винахід парових машин

Накопичення нових практичних знань у XVI–XVII століттях призвело до нечуваних злетів людської думки. Водяні та вітряні колеса обертають верстати, надають руху ковальські хутра, допомагають металургам піднімати руду з шахт, тобто там, де руки людини не можуть впоратися з важкою роботою, на допомогу їм приходить енергія води та вітру. Основні досягнення техніки на той час завдячують не стільки вченим і науці, скільки копіткій праці вправних винахідників. Досягнення техніки гірничої справи, у видобутку різноманітних руд і з корисними копалинами були особливо великі. Потрібно було підняти видобуту руду або вугілля з шахти, весь час відкачувати грунтові води, що заливали розробку, постійно подавати в шахту повітря і ще безліч найрізноманітніших трудомістких робіт потрібно для того, щоб не зупинився видобуток. Таким чином, промисловість, що розвивається, владно вимагала все більше і більше енергії, а її могли надати в ті часи в основному водяні колеса. Їх уже навчилися будувати досить сильними. У зв'язку зі зростанням потужності коліс все ширше став застосовуватися метал для валів та деяких інших деталей. У Франції па р. , і забезпечувала водою фонтани у Версалі та Марлі. На перших бавовняних фабриках застосовувався гідравлічний двигун. Машини прядильні Аркрайта з самого початку рухалися водою. Однак водяні колеса можна було встановлювати лише на річці, бажано повноводної та швидкої. І якщо текстильну чи металообробну фабрику ще можна було збудувати на березі річки, то поклади руди чи вугільні пласти потрібно було розробляти лише у місцях залягання. А для відкачування підземних вод, що заливали шахту, і підйому видобутої руди або вугілля на поверхню теж необхідна була енергія. Тому на шахтах, віддалених від річок, доводилося використовувати силу тварин.

Власник однієї англійської шахти в 1702 для приведення в дію насосів, що відкачують воду з шахти, змушений був тримати 500 коней, що було дуже невигідно.

Розвивається промисловості були потрібні потужні двигуни нового типу, які дозволяли б створювати виробництво в будь-якому місці. Першим поштовхом до створення нових двигунів, здатних працювати в будь-якому місці незалежно від того, є річка чи ні, послужила саме потреба в насосах і підйомниках в металургії та гірничій справі.

Здатність пари виконувати механічну роботу давно була відома людині. Перші сліди дійсного розумного застосування пари в механіці згадуються 1545 р. в Іспанії, коли флотський капітан

Бласко де Гарай сконструював машину, за допомогою якої рухав бічні гребні колеса корабля і яку за наказом Карла V вперше було випробувано в барселонській гавані при перевезенні 4000 центнерів вантажу кораблем на три морські милі за дві години. Винахідник був винагороджений, але сама машина залишилася без застосування і була забута.

Наприкінці XVII століття країнах з найрозвиненішим мануфактурним виробництвом зароджуються елементи нової машинної техніки з використанням властивостей і сили водяної пари.

Ранні спроби створення теплового двигуна були пов'язані з необхідністю відкачування води із шахт, де добувалося паливо. 1698 року англієць Томас Севері, колишній рудокоп, а потім капітан торговельного флоту, вперше запропонував відкачувати воду за допомогою парового водопідйомника. Патент, отриманий Півночі, говорив: «Це новий винахід щодо підйому води та отримання руху для всіх видів виробництва за допомогою рушійної сили вогню має велике значення для осушення копалень, водопостачання міст та виробництва рушійної сили для фабрик усіх видів, які не можуть використовувати водяну силу або постійну роботу вітру».Водопідйомник Півночі працював за принципом засмоктування води за рахунок атмосферного тиску в камеру, де створювалося розрідження при конденсації пари холодною водою. Парові машини Півночі були вкрай неекономічні та незручні в експлуатації, їх не можна було пристосувати для приведення в дію верстатів, вони споживали велику кількість томливості, коефіцієнт корисної дії їх був не вище 0,3%. Однак потреба у відкачуванні води з шахт була настільки велика, що навіть ці громіздкі парові машини типу насоса набули певного поширення.

Томас Ньюкомен (1663–1729) – англійський винахідник, коваль за фахом. Спільно з лудильником Дж. Коулі побудував паровий насос, досліди з удосконалення якого тривали близько 10 років, поки він не почав справно працювати. Парова машина Ньюкомена була універсальним двигуном. Заслуга Ньюкомена в тому, що він одним із перших реалізував ідею використання пари для отримання механічної роботи. Його ім'я має Товариство істориків техніки Великобританії. У 1711 році Ньюкомен, Коулі та Півночі створили «Компанію володарів правами на винахід установки для підйому води за допомогою вогню». Поки ці винахідники були власниками патенту на «використання сили вогню», вся їхня робота з виготовлення парових машин проводилася у найсуворішому секреті. Швед Трівальд, який займався налагодженням машин Ньюкомена, писав: «…винахідники Ньюкомен і Коулі були дуже підозрілі й обережні в тому, щоб зберегти за собою та своїми дітьми таємницю будівництва та застосування свого винаходу. Іспанський посланець при англійському дворі, який приїхав з Лондона з великим почтом іноземців подивитися на новий винахід, не був навіть допущений до приміщення, в якому знаходилися машини». Але в 20-ті роки XVIII століття дія патенту закінчилася і виготовленням водопідйомних установок зайнялися багато інженерів. З'явилася література, де описувалися ці установки.

Процес поширення універсальних парових машин Англії початку XIX в. підтверджує величезне значення нового винаходу. Якщо десятиліття з 1775 по 1785 гг. було побудовано 66 машин подвійної дії загальною потужністю 1288 к.с., то з 1785 по 1795 р.р. було створено вже 144 машини подвійної дії загальною потужністю у 2009 к.с., а наступного п'ятиріччя – з 1795 по 1800 рр. - 79 машин загальною потужністю в 1296 л.с.

Фактично застосування в промисловості парової машини почалося з 1710 року, коли англійські робітники Ньюкомен і Коулі вперше збудували парову машину, яка приводила в дію насос, встановлений у шахті для викачування води.

Однак машина Ньюкомена не була парової машиною в сучасному розумінні цього слова, оскільки рушійною силою в ній, як і раніше, була не водяна пара, а атмосферний тиск повітря. Тому цю машину називали «атмосферною». Хоча в машині водяна пара служила, як і в машині Півночі, в основному для створення розрідження в циліндрі, тут вже було запропоновано рухливий поршень - головна деталь сучасної парової машини.

На рис. 4.1 показаний паровий водопідйомник Ньюкомена-Коулі. При опусканні насосної штанги 1 і вантажу поршень 2 4 піднімався і в циліндр 5 через відкритий кран 7 з котла 8 надходив пар, тиск якого злегка перевищував атмосферне. Пара служила для часткового підйому поршня в циліндрі, відкритому зверху, але головна його роль полягала у створенні у ньому розрідження. Для цієї мети, коли поршень машини досягав свого верхнього положення, кран 7 закривався, і з ємності через 3 кран6в циліндр впорскувалась холодна вода. Водяна пара швидко конденсувалася, і атмосферний тиск повертав поршень у низ циліндра, виробляючи підйом насосної штанги. З циліндра випускався конденсат трубкою9, поршень знову піднімався рахунок подачі пари, і описаний вище процес повторювався. Машина Ньюкомена – це двигун періодичної дії.

Парова машина Ньюкомена була досконалішою за машину Півночі, більш просту в експлуатації, більш економічну та продуктивну. Однак машини перших випусків працювали дуже неекономічно, для створення потужності в одну кінську силу за годину спалювали до 25 кг кам'яного вугілля, тобто коефіцієнт корисної дії становив близько 0,5%. Введення автоматичного розподілу потоків пари та води спростило обслуговування машини, час ходу поршня знизився до 12–16 хвилин, що зменшило габарити машини та здешевило конструкцію. Незважаючи на високу витрату палива, такого виду машини швидко набули широкого поширення. Вже у двадцяті роки XVIII століття ці машини працювали у Англії, а й у багатьох країнах Європи – Австрії, Бельгії, Франції, Угорщини, Швеції, застосовувалися майже століття у кам'яновугільної промисловості й у подачі води у міста. У Росії її перша пароатмосферна машина Ньюкомена було встановлено 1772 р. у Кронштадті для відкачування води з дока. Про поширеність машин Ньюкомена свідчить той факт, що остання в Англії машина такого типу була демонтована лише у 1934 році.

Іван Іванович Ползунов (1728-1766) - талановитий російський винахідник, який народився в сім'ї солдата. У 1742 р. механіку Єкатеринбурзького заводу Микиті Бахареву були потрібні кмітливі учні. Вибір припав на чотирнадцятирічних І. Ползунова та С. Черемісінова, які ще навчалися в Арифметичній школі. Теоретичне навчання в школі поступилося місцем практичному ознайомленню з роботою найсучасніших тоді в Росії машин та установок Єкатеринбурзького заводу. У 1748 р. Повзунов було переведено до Барнаула до роботи на Коливано-Воскресенських заводах. Після самостійного вивченнякниг з металургії та мінералогії у квітні 1763 року Повзуновим був запропонований проект абсолютно оригінальної парової машини, яка відрізнялася від усіх відомих на той час машин тим, що була призначена для приведення в дію повітродувного хутра та була агрегатом безперервної дії. У своїй доповідній записці про «вогнедіючу машину» від 26 квітня 1763 р. Повзунов, за його словами, хотів « ...додаванням вогняної машиниводяне керівництво припинити і його, для цих випадків, зовсім знищити, а замість гребель за рухому основу заводу її заснувати так, щоб вона була в змозі всі накладені на себе тягарі, які до роздмухування вогню зазвичай до заводів бувають потрібні, носити і, з волі нашої, що буде потрібно, виправляти». І далі він писав: «Щоб цієї слави (якщо сили допустять) Вітчизні досягти і щоб то на всенародну користь, через велике пізнання про вживання речей, досі не дуже знайомих (за прикладом інших наук), у звичай ввести». Надалі винахідник мріяв пристосувати машину й інших потреб. Проект І.І. Ползунова був представлений у царську канцелярію до Петербурга. Рішення Катерини II було наступним: «Її Імператорська Величність не тільки їм, Ползуновим, наймилостивіше задоволена бути, але для більшого заохочення наказати зволила: завітати його, Ползунова, в механікуси з чином і платнею капітана-поручика, і» .

Машини Ньюкомена, які чудово працювали як водопідйомні пристрої, ніяк не могли задовольнити виникну нагальну потребу в універсальному двигуні. Вони лише підготували ґрунт для створення універсальних парових двигунів безперервної дії.

на початковому етапірозвитку парових машин потрібно виділити «вогненную машину» російського гірничого майстра Ползунова. Двигун призначався для приведення в дію механізмів однієї з печей плавильних Барнаульського заводу.

За проектом Ползунова (рис. 4.2) пара з котла (1) подавався в один, скажімо, лівий циліндр (2), де піднімав поршень (3) до крайнього верхнього положення. Потім з резервуара в циліндр впорскувався струмінь холодної води(4), що призводило до конденсації пари. Внаслідок тиску атмосфери на поршень він опускався, тоді як у правому циліндрі в результаті тиску пара поршень піднімався. Водопаророзподіл у машині Ползунова здійснювався спеціальним автоматичним пристроєм(5). Безперервне робоче зусилля від поршнів машини передавалося на шків (6), насаджений на вал, з якого рух передавалося водопаророзподільному пристрої, живильному насосу, а також робочому валу, від якого рухалися повітродувні хутра.

Двигун Ползунова ставився до типу «атмосферних», але у ньому винахідник вперше запровадив підсумовування роботи двох циліндрів із поршнями однією загальний вал, ніж забезпечив рівномірніший хід двигуна. Коли один із циліндрів знаходився на холостому ходу, у іншого був хід робітник. Двигун мав автоматичний паророзподіл і вперше не був безпосередньо пов'язаний із робочою машиною. І.І. Повзунов створював свою машину у надзвичайно важких умовах, своїми руками, не маючи необхідних засобів та спеціальних верстатів. У його розпорядженні не було майстерних майстрів: керівництво заводу відрядило до Ползунова чотирьох учнів і виділило двох відставних робітників. Сокира та інші нехитрі інструменти, що застосовувалися при виготовленні звичайних тоді машин, тут мало придатні. Повзунову довелося самостійно конструювати та споруджувати нове обладнання для свого винаходу. Будівництво великої машини, висотою близько 11 метрів, одразу з аркуша, не випробуваного навіть на моделі, без фахівців, зажадало величезної напруги сил. Машина була побудована, але 27 травня 1766 І.І. Повзунов помер від швидкоплинних сухот, не доживши тиждень до випробувань «великої машини». Сама ж машина, випробувана учнями Ползунова, яка не тільки окупила себе, але й принесла прибуток, пропрацювала 2 місяці, подальшого вдосконалення не отримала і після поломки була занедбана та забута. Після двигуна Ползунова минуло півстоліття, як у Росії почали застосовувати парові машини.

Джеймс Уатт – англійський винахідник, творець універсальної парової машини, член Лондонського королівського товариства – народився у місті Гринок у Шотландії. З 1757 працював механіком в університеті в Глазго, де познайомився з властивостями водяної пари і провів дослідження залежності температури насиченої пари від тиску. У 1763–1764 рр., налагоджуючи модель парової машини Ньюкомена, запропонував скоротити витрати пари відділенням конденсатора пари від циліндра. З цього часу починаються його роботи з удосконалення парових машин, дослідження властивостей пари, будівництва нових машин і т.д., які тривали все його життя. На пам'ятнику Уатту у Вестмінстерському абатстві висічено напис: «... застосувавши до вдосконалення парової машини силу творчого генія, розширив продуктивність своєї країни, збільшив владу людини над природою і зайняв визначне місце серед людей, що найбільш прославилися, науки і істинних благодійників людства». У пошуках коштів на спорудження свого двигуна Уатт став мріяти про вигідну роботу поза Англії. На початку 70-х років він заявив друзям, що «йому набридла батьківщина», і серйозно повів розмови про переїзд до Росії. Російське уряд запропонувало англійському інженеру «заняття, відповідне його смаком і знаннями» і з щорічним жалуванням в 1000 фунтів стерлінгів. Від'їзду Уатта в Росію перешкодив контракт, який він уклав у 1772 р. з капіталістом Болтоном, власником машинобудівного підприємства у Сохо поблизу Бірмінгема. Болтон давно знав про винахід нової, «вогненної» машини, але вагався субсидувати її будівництво, сумніваючись у практичній цінності машини. Укласти договір з Уаттом він поспішив лише тоді, коли виникла реальна загроза від'їзду винахідника до Росії. Договір, який зв'язав Уатта з Болтоном, виявився дуже дієвим. Болтон показав себе розумною і далекоглядною людиною. Він не поскупився на витрати на спорудження машини. Болтон зрозумів, що геній Уатта, звільнений від дріб'язкової, виснажливої ​​турботи про шматок хліба, розгорнеться на повну міць і збагатить заповзятливого капіталіста. З іншого боку, сам Болтон був великим інженером-механіком. Технічні ідеї Уатта захопили його. Завод у Сохо славився першокласним на той час обладнанням, мав кваліфіковані робітничі кадри. Тому Уатт із захопленням прийняв пропозицію Болтона налагодити на заводі виробництво парових машин нової конструкції. З початку 70-х і до кінця свого життя Уатт залишався головним механіком заводу. На заводі в Сохо наприкінці 1774 була побудована перша машина подвійної дії.

Машина Ньюкомена була сильно вдосконалена за століття свого існування, але залишалася «атмосферною» і не відповідала потребам швидко зростаючої техніки мануфактурного виробництва, яка вимагала організації обертального руху з великою швидкістю.

Пошуки багатьох винахідників було спрямовано досягнення поставленої мети. Тільки в одній Англії за останню чверть ХVIII століття було видано понад десять патентів на універсальні двигуни самих різних систем. Однак тільки Джеймсу Уатту вдалося запропонувати промисловості універсальну парову машину.

Уатт почав свою роботу над паровою машиною майже одночасно з Ползуновим, але в різних умовах. В Англії тим часом бурхливо розвивалася промисловість. Уатт активно був підтриманий Болтоном, господарем кількох заводів в Англії, який згодом став його компаньйоном, парламентом, мав можливість використовувати висококваліфіковані інженерні кадри. В 1769 Уатт запатентував паровий двигун з окремим конденсатором, а потім - застосування в двигуні надлишкового тиску пари, що значно знижувало витрату палива. Уатт став справедливо творцем парової поршневої машини.

На рис. 4.3 наведена схема однієї з перших парових машин Уатта. Паровий котел1 з поршневим циліндром3 пов'язаний паропроводом2 , яким пар періодично впускається у верхню над поршнем4 і в нижню під поршнем порожнини циліндра. Ці порожнини з'єднані з конденсатором трубою5 де відпрацьований пар конденсується холодною водою і створюється розрядження. Машина має балансир6, що зв'язує за допомогою шатуна7 поршень з мотилем валу, на кінці якого насаджений маховик8.

У машині вперше застосований принцип подвійної дії пари, який полягає в тому, що свіжа пара впускається в циліндр машини по черзі в камери по обидва боки поршня. Введення Уаттом принципу розширення пари полягало в тому, що свіжа пара впускалася в циліндр тільки на частині ходу поршня, потім пара відсікалася, а подальший рух поршня здійснювався за рахунок розширення пари та падіння його тиску.

Таким чином, у машині Уатта вирішальною рушійною силою став не атмосферний тиск, а пружність пари підвищеного тиску, що приводить у рух поршень. Новий принцип роботи пари зажадав повної зміни у пристрої машини, особливо циліндра та паророзподілу. Для усунення конденсації пари в циліндрі Уатт вперше ввів парову сорочку циліндра, за допомогою якої він став обігрівати його робочі стінки пором, а зовнішній бік парової сорочки заізолював. Оскільки Уатт для створення рівномірного обертального руху не міг у своїй машині застосувати шатунно-кривошипний механізм (на таку передачу був взятий охоронний патент французьким винахідником Пікаром), то в 1781 він взяв патент на п'ять способів перетворення коливального руху в безперервно-обертальний. Спочатку для цього він застосовував планетарне, чи сонячне, колесо. Нарешті, Уатт ввів відцентровий регулятор швидкості зміни кількості подачі пари в циліндр машини за зміни числа оборотів. Таким чином, Уатт у своїй паровій машині заклав основні принципи влаштування та роботи сучасної парової машини.

Парові машини Уатта працювали на насиченій парі низького тиску 0,2-0,3 МПа, при невеликій кількості обертів за хвилину. Парові машини, змінені таким чином, дали чудові результати, знизивши в кілька разів витрату вугілля на к.с./год (кінську силу за годину) порівняно з машинами Ньюкомена, і витіснили водяне колесо з гірничорудної промисловості. У 1980-х років XVIII в. конструкція парової машини була остаточно розроблена, і парова машина подвійної дії стала універсальним тепловим двигуном, який знайшов широке застосування майже в усіх галузях господарства багатьох країн. У XIX столітті поширення набувають шахтні підйомні паросилові установки, паросилові повітродувки, прокатні паросилові установки, парові молоти, парові насоси і т.д.

Подальше збільшення к.п.д. паросилової установки було досягнуто сучасником Уатта Артуром Вольфом в Англії шляхом введення багаторазового розширення пари послідовно в 2, 3 і навіть у 4 прийоми, при цьому пара переходила з одного циліндра машини в інший.

Відмова від балансера та використання багаторазового розширення пари призвели до створення нових конструктивних форм машин. Двигуни дворазового розширення стали оформлятися у вигляді двох циліндрів - циліндра високого тиску (ЦВД) і циліндра низького тиску (ЦНД), куди надходила відпрацьована пара після ЦВД. Циліндри розташовувалися або горизонтально (компаундмашина, рис. 4.4, а), або послідовно, коли обидва поршні посаджені на загальний шток (тандем-машина, рис. 4.4, б).

Велике значення підвищення к.п.д. парових машин стало використання в середині XIX століття перегрітої пари з температурою до 350 ° С, що дозволило знизити витрату палива до 4,5 кг на к.с./год. Застосування перегрітої пари було запропоновано французьким ученим Г.А. Гірне.

Джордж Стефенсон (1781–1848) народився у робітничій сім'ї, працював на вугільних списах Ньюкасла, де працювали також його батько та дід. Він багато займався самоосвітою, вивчав фізику, механіку та інші науки, цікавився винахідницькою діяльністю. Видатні здібності Стефенсона привели його на посаду механіка, а в 1823 році він був призначений головним інженером компанії з будівництва першої залізниці загального користуванняСтоктон-Дарлінгтон; це відкрило йому великі можливості конструкторської, винахідницької роботи.

У Росії перші паровози були побудовані російськими механіками та винахідниками Черепановими - Юхимом Олексійовичем (батьком, 1774-1842) і Мироном Юхимовичем (сином, 1803-1849), які працювали на Нижньотагільських заводах і колишніми кріпосними заводчиками. Черепанови шляхом самоосвіти стали освіченими людьми, вони відвідували заводи Петербурга та Москви, Англії та Швеції. За винахідницьку діяльність Мирону Черепанову та його дружині 1833 р. було надано вільну. Юхимові Черепанову та його дружині вільна була дана в 1836 р. Черепанови створили близько 20 різних парових машин, що працювали на Нижньотагільських заводах.

Високий тиск пари для парових машин вперше застосував Олівер Еванс в Америці. Це спричинило зниження витрати палива ще до 3 кг на л.с./ч. Пізніше конструктори паровозів почали використовувати багатоциліндрові парові машини, пар надлишкового тиску, пристрій для реверсування.

У XVIII ст. виникло цілком зрозуміле прагнення використовувати парову машину на наземному та водному транспорті. У розвитку парових машин самостійний напрямок склали локомотиви – пересувні паросилові установки. Перше встановлення такого типу було розроблено англійським будівельником Джоном Смітом. Фактично розвиток парового транспорту почався з установки в жаротрубних котлах димогарних труб, що значно підвищило їхню паропродуктивність.

Було зроблено чимало спроб розробки парових локомотивів – паровозів, були побудовані моделі, що діють (рис. 4.5, 4.6). З них виділяється побудований талановитим англійським винахідником Джорджем Стефенсоном (1781-1848) в 1825 паровоз «Ракета» (див. рис. 4.6, а, б).

«Ракета» була не першим паровозом, сконструйованим і побудованим Стефенсоном, але цей перевершував інші за багатьма показниками і був визнаний найкращим локомотивом на спеціальній виставці в Рейхіллі і рекомендований для нової залізниці Ліверпуль-Манчестер, яка на той час стала зразковою. У 1823 р. Стефенсон організував перший паровозобудівний завод у м. Ньюкаслі. У 1829 році в Англії було організовано конкурс на найкращий паровоз, переможцем якого було визнано машину Дж. Стефенсона. Його паровоз "Ракета", розроблений на основі димогарного котла, при масі поїзда 17 т розвивав швидкість 21 км/год. Пізніше швидкість «Ракети» було збільшено до 45 км/год.

Залізниці почали грати у XVIII ст. Велику роль. Перша пасажирська Залізна дорогау Росії протяжністю 27 км за рішенням царського уряду було побудовано іноземними підприємцями 1837 р. між Петербургом і Павловском. Двоколійна залізниця Петербург-Москва почала діяти 1851 р.

У 1834 році батько і син Черепанова побудували перший російський паровоз (див. рис.4.6, в, г), що перевозив вантаж масою 3,5 т зі швидкістю 15 км / год. Наступні паровози перевозили вантаж масою 17 т.

Спроби використовувати парову машину водному транспорті робилися початку XVIII в. Відомо, наприклад, що французький фізик Д.Папен (1647–1714) побудував човен, що рухався паровою машиною. Щоправда, успіхів у цій справі Папен не досяг.

Завдання вирішив американський винахідник Роберт Фултон (1765-1815), який народився в м. Літл-Брітон (тепер м. Фултон) у штаті Пенсільванія. Цікаво відзначити, що перші великі успіхи у створенні парових машин для промисловості, залізничного та водного транспортувипадали частку талановитих людей, які опанували знаннями шляхом самоосвіти. Щодо цього не становив винятку і Фултон. Фултон, який згодом став інженером-механіком, походив з небагатої сім'ї, спочатку багато займався самоосвітою. Фултон жив у Англії, де займався будівництвом гідротехнічних споруд та вирішенням низки інших технічних завдань. Перебуваючи у Франції (у Парижі), він побудував підводний човен «Наутілус» та парове судно, яке було випробувано на річці Сені. Але все це було лише початком.

Справжній успіх прийшов до Фултона в 1807 році: повернувшись в Америку, він побудував колісний пароплав «Клермонт» вантажопідйомністю 15 т, що рухається за допомогою парової машини потужністю 20 л. с., який у серпні 1807 р. здійснив перший рейс від Нью-Йорка до Олбані завдовжки близько 280 км.

Подальший розвиток пароплавства, як річкового, і морського, пішов досить швидко. Цьому сприяв перехід від дерев'яних на сталеві конструкції суден, зростання потужності та швидкохідності парових машин, введення гребного гвинта та низку інших факторів.

З винаходом парової машини людина навчилася перетворювати на рух, на роботу енергію, сконцентровану в паливі.

Парова машина - один з дуже небагатьох в історії винаходів, який різко змінив картину світу, революціонізував промисловість, транспорт, дало імпульс новому зльоту наукового знання. Вона була універсальним двигуном промисловості та транспорту протягом усього XIX століття, але її можливості вже не відповідали вимогам до двигунів, що виникли у зв'язку з будівництвом електростанцій та застосуванням механізмів із високими швидкостями наприкінці XIX століття.

На технічну арену як новий тепловий двигун замість тихохідної парової машини виходить швидкохідна турбіна з вищим к.п.д.

Перша Росії двоциліндрова вакуумна парова машина була спроектована механіком І.І. Повзуновим у 1763 році та побудована у 1764 році у Барнаулі. Джеймс Ватт, який був членом комісії з прийому винаходу Ползунова, у квітні 1784 року в Лондоні отримує патент на парову машину та вважається її винахідником!

Повзунов, Іван Іванович

- механік, який влаштував першу в Росії парову машину; син солдата Єкатеринбурзьких гірських рот, він десяти років від народження вступив до Єкатеринбурзької арифметичної школи, де закінчив курс зі званням механічного учня. Серед кількох молодих людей, Ползунова відправили до Барнаула на казенні гірничі заводи, де у 1763 року він був шихтмейстером. Займаючись будівництвом уживаних при плавильних заводах і рудниках машин з водяними двигунами, Повзунов звернув увагу на складність пристрою таких машин у місцевостях, віддалених від річок, і зупинився на думці застосувати, як двигун, пар. Є деякі дані, що змушують припускати, що ця думка з'явилася в нього не самостійно, а під впливом книги Шлаттера: "Грунтовне настанова рудній справі" (СПб. 1760), в десятому розділі якої надруковано перший російською мовою опис парової машини, а саме машини Ньюкомена. Повзунов енергійно взявся за здійснення своєї ідеї, став вивчати силу та властивості водяної пари, складав креслення, робив моделі. Переконавшись, після тривалих пошуків та дослідів, у можливості замінити рушійну силуводи силою пари і довести це на моделях, Повзунов у квітні 1763 р. звернувся до начальника Коливано-Воскресенських заводів, генерал-майора А. І. Порошина, з листом, в якому, виклавши мотиви, що спонукали його до відшукання нової сили, Запитував кошти на будівництво винайденої ним "вогненної машини". Про проект Ползунова було донесено Кабінету Її Величності з клопотанням про відпустку потрібної на будівництво машини суми. За доповіддю Кабінету, пішов указ Катерини II, яким вона, "для більшого заохочення", завітала Ползунова в механікуси з жалуванням і чином інженерного капітан-поручика, наказала видати у винагороду 400 р. і вказала, "буде він при заводах не потрібний, надіслати його до Петербурга, при сріблі" року на два - на три в Академію Наук, для поповнення освіти. Але керівництво не відпустило Ползунова і просило посилку його до Академії Наук на деякий час скасувати, "бо в ньому тут, для приведення тієї пари чинної машини практикою перебувати крайня потреба". Зважаючи на це, Ползунову доводилося залишитися в Сибіру до закінчення справи. До того ж була відкладена і видача вищезгаданих 400 рублів. Йому були відпущені, за представленим ним кошторисом, необхідні суми та матеріали, і він отримав можливість приступити до будівництва. 20 травня 1765 р. Повзунов вже доносив, що підготовчі роботизакінчено, і що машина буде приведена в дію у жовтні того ж року. Але до цього терміну машина була готова. Маса непередбачених труднощів і недосвідченість робітників уповільнили перебіг роботи. До того ж багатьох матеріалів, необхідні будівництва машини, не можна було дістати у Сибіру. Доводилося виписувати їх з Єкатеринбурга і чекати на надсилання протягом кількох місяців. У грудні 1765 р. Повзунов закінчив машину, витративши її у 7435 р. 51 коп. Однак йому не вдалося побачити свій винахід у справі. Проба машини була призначена в Барнаулі на 20 травня 1766, а 16 травня того ж року Ползунов вже помер "від жорстокого гортанного кровотечі". Машина Ползунова, під керівництвом його учнів Левзіна і Черніцина, протягом двох місяців розплавила в Барнаулі 9335 п. зміїногорських руд, але незабаром дія її в Барнаулі була припинена "за непотрібністю", і немає відомостей, чи була вона застосована на не володіли вододіючими двигунами Зміїногорському заводі і Семенівському руднику, куди вона спочатку призначалася самим винахідником та його начальством, У 1780 р. "побудована Повзуновим, машина, що діє парами, і будову розламані". У Барнаульському гірському музеї є модель машини Повзунова. За Ползуновим не можна визнати, як роблять деякі, честі винаходу першої парової машини. Проте машина Ползунова, справді, була перша, побудована Росії, а чи не виписана з-за кордону, парова машина; застосування ж 1765 р. парової машини задля підйому води, а інший промислової мети, вважатимуться самостійним винаходом, оскільки у Англії перше застосування парової машини для нагнітання повітря зроблено лише 1765 р.