Паровий автомобіль у XXI Сторіччі? Це реальніше, ніж будь-коли. Хто винайшов першу парову машину? Новий етап у розробці парових двигунів
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 розвідок та дослідів, у можливості замінити рушійну силу води силою пари та довести це на моделях, Повзунов у квітні 1763 р. звернувся до начальника Коливано-Воскресенських заводів, генерал-майора А. І. Порошина, з листом, у якому , виклавши мотиви, що спонукали його до пошуку 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.
УАТТ, ДЖЕЙМС (Watt, James, 1736-1819), шотландський інженер та винахідник. Народився 19 січня 1736 р. у Грінок, поблизу Глазго (Шотландія), в сім'ї купця. Через слабке здоров'я Уатт формально мало вчився, але дуже багато вивчив самостійно. Вже підлітком він захоплювався астрономією, хімічними дослідами, навчився все робити своїми руками, і навіть заслужив від оточуючих звання «майстра на всі руки».
Більшість людей вважають його винахідником парової машини, але це не зовсім так.
Парові машини, збудовані Д.Папеном, Т.Севері, І.Ползуновим, Т.Ньюкоменом почали працювати на шахтах ще задовго до Д.Уатта. Вони відрізнялися конструктивно, але головне в них було те, що рух поршня викликався поперемінним нагріванням та охолодженням робочого циліндра. Через це вони були повільними та споживали багато палива.
19 січня 1736 народився Джеймс Уатт (James Watt, 1736-1819), видатний шотландський інженер і винахідник, який прославився насамперед як творець удосконаленої парової машини. Але і в історії медицини критичних станів він залишив яскравий слід своєю співпрацею з "Пневматичним медичним інститутом" Томаса Беддо (Beddoes, Thomas, 1760-1808). Джеймс Уатт постачав лабораторії інституту необхідним обладнанням. Завдяки його участі, у «Пневматичному інституті» створювалися та випробовувалися перші інгалятори, спірометри, газоміри тощо.
Сам Джеймс Уатт, а також його дружина та один із синів, неодноразово брали участь у наукових експериментах. «Пневматичний інститут» став справжнім науковим центром, у якому вивчалися властивості різних газів та його впливом геть організм людини. Можна сказати, що Томас Беддо та його співробітники були піонерами та попередниками сучасної респіраторної терапії. На жаль, Томас Беддо помилково вважав, що туберкульоз викликається надлишком кисню.
Тому син Джеймса Уатта, Грегорі, пройшов у «Пневматичному інституті» абсолютно непотрібний курс лікування інгаляціями вуглекислого газу. Однак саме в «Пневматичному інституті» вперше було застосовано з лікувальною метою кисень; було розроблено основи аерозольної терапії; вперше була виміряна загальна ємність легень методом розведення водню (Г.Деві), і т.д. Вінцем співпраці Уатта та Беддо по лікувальному застосуваннюрізних газів стала їхня спільна книга «Матеріали з медичного застосування штучних сортів повітря», що вийшла двома виданнями (1794, 1795 рр.), і стала першим спеціальним посібником з оксигенотерапії.
У 1755 р. Уатт поїхав до Лондона вчитися на механіка та майстри з виготовлення математичних та астрономічних інструментів. Освоївши за рік семирічну програму навчання, Уатт повернувся до Шотландії та отримав місце механіка в університеті Глазго. Водночас він відкрив і свою власну ремонтну майстерню.
В університеті Уатт познайомився з великим шотландським хіміком Джозефом Блеком (Joseph Black, 1728-1799), який відкрив вуглекислий газ в 1754 р. Ця зустріч сприяла розробці низки нових хімічних приладів, необхідних подальших дослідженнях Блека, наприклад, крижаного. У цей час Джозеф Блек займався проблемою визначення теплоти пароутворення, а Уатт брав участь у забезпеченні технічного боку експериментів.
У 1763 р. до нього як до механіка університету звернулися з проханням відремонтувати університетську модель парової машини Т.Ньюкомена.
Тут слід зробити невеликий відступ до історії створення парових машин. Колись нас навчали у школі, виховуючи «великодержавний шовінізм», що парову машину винайшов російський кріпак Іван Ползунов, а не якийсь там Джеймс Уатт, про роль якого у створенні парових машин іноді можна було прочитати в «неправильних» з патріотичною погляду книжок. Але насправді винахідником парової машини не Іван Ползунов, і Джеймс Уатт, а англійський інженер Томас Ньюкомен (Thomas Newcomen, 1663-1729).
Більше того, перша спроба поставити пару на службу людині була зроблена в Англії ще в 1698 військовим інженером Томасом Сейвері (Thomas Savery, 1650-1715). Він створив паровий водопідйомник, який призначався для осушення шахт і перекачування води, і прототипом парової машини.
Машина Сейвері працювала так: спочатку герметичний резервуар наповнювався пором, потім зовнішня поверхня резервуара охолоджувалася холодною водою, через що пар конденсувався, і в резервуарі створювався частковий вакуум. Після цього вода, наприклад, з дна шахти засмоктувала в резервуар через забірну трубу і після впуску чергової порції пара викидалася назовні через випускну трубу. Потім цикл повторювався, але воду можна було піднімати тільки з глибини менше 10,36 м, оскільки насправді її виштовхувало атмосферний тиск.
Ця машина була не дуже вдалою, але вона навела Папена на яскраву думку замінити порох водою. І в 1698 р. він побудував парову машину (в тому ж році свою «вогненну машину» побудував і англієць Сейвері). Вода нагрівалася всередині вертикального циліндра з поршнем всередині, і пара, що утворилася, штовхала поршень вгору. Коли пара охолоджувалась і конденсувалася, поршень опускався вниз під впливом атмосферного тиску. Таким чином, за допомогою системи блоків машина Папена могла приводити в дію різні механізми, наприклад насоси.
З паровими машинами Сейвері та Папена був знайомий англійський винахідник Томас Ньюкомен (Thomas Newcomen, 1663 - 1729), який часто бував на шахтах у Вест Кантрі, де він працював ковалем, і тому добре розумів, як потрібні надійні насоси для запобігання затопленню шахт. Він об'єднав свої зусилля з водопровідником та склярем Джоном Каллі у спробі побудувати більш досконалу модель. Їхня перша парова машина була встановлена на вугільній шахті в Стаффордширі в 1712 р.
Як і в машині Папена, поршень переміщався у вертикальному циліндрі, але загалом машина Ньюкомена була значно досконалішою. Щоб ліквідувати зазор між циліндром і поршнем, Ньюкомен закріпив на торці останнього гнучкий шкіряний диск і налив трохи води.
Пара з котла надходила в основу циліндра і піднімала поршень вгору. При впорскуванні в циліндр холодної води пар конденсувався, в циліндрі утворювався вакуум, і під впливом атмосферного тиску поршень опускався вниз. Цей зворотний хід видаляв воду з циліндра і за допомогою ланцюга, з'єднаного з коромислом, що рухався як гойдалка, піднімав вгору шток насоса. Коли поршень перебував у нижній точцісвого ходу, в циліндр знову надходила пара, і за допомогою противаги, закріпленої на штоку насоса або на коромислі, поршень піднімався у вихідне положення. Після цього цикл повторювався.
Машина Ньюкомена виявилася надзвичайно вдалою на той час і використовувалася по всій Європі понад 50 років. Її використовували для відкачування води з численних шахт у Великій Британії. Це був перший великосерійний виріб в історії техніки (випущено кілька тисяч штук).
У 1740 р. машина з циліндром довжиною 2,74 м і діаметром 76 см за один день виконувала роботу, яку бригади з 25 осіб та 10 коней, працюючи позмінно, раніше виконували за тиждень.
У 1775 р. ще більша машина, побудована Джоном Смітоном (творцем Еддістоунського маяка), за два тижні осушила док у Кронштадті (Росія). Раніше з використанням високих вітряків на це витрачався цілий рік.
Проте машина Ньюкомена була далека до досконалості. Вона перетворювала на механічну енергіюлише близько 1% теплової енергії і, як наслідок, пожирала величезну кількість палива, що, втім, не мало особливого значення, коли машина працювала на вугільних шахтах.
У цілому нині машини Ньюкомена зіграли величезну роль збереженні вугільної промисловості. З їхньою допомогою вдалося відновити видобуток вугілля в багатьох затоплених шахтах.
Про винахід Ньюкомена можна сказати, що це була справді парова машина, вірніше пароатмосферна машина. Від попередніх прототипів парових машин її відрізняло таке:
рушійною силою в ній було атмосферний тиск, а розрідження досягалося при конденсації пари;
* У циліндрі знаходився поршень, який здійснював робочий хід під дією пари;
* Вакуум досягався в результаті конденсації пари при впорскуванні всередину циліндра холодної води.
Тому насправді винахідником парової машини є англієць Томас Ньюкомен, який розробив свою пароатмосферну машину в 1712 р. (за півстоліття до Уатта).
Здійснюючи короткий екскурсв історію створення парових машин, не можна пройти повз особи нашого видатного співвітчизника Івана Івановича Ползунова (1729-1766), який побудував пароатмосферну машину раніше, ніж це зробив Джеймс Уатт. Будучи механіком Коливано-Воскресенських гірничорудних заводів на Алтаї, він запропонував 25 квітня 1763 проект і опис «вогнедіючої машини». Проект потрапив на стіл до начальника заводів, який схвалив його і відіслав до Петербурга, звідки невдовзі надійшла відповідь: «…Ця його вигадка за новий винахід має вшанувати».
Повзунов пропонував побудувати спочатку невелику машину, де можна було б виявити і усунути всі недоліки, неминучі у новому винаході. Заводське начальство з цим не погодилося і вирішило будувати одразу величезну машину для потужного повітродувки. У квітні 1764 р. Повзунов приступив до будівництва машини, в 15 разів потужнішою проти проектом 1763 р.
Ідею пароатмосферного двигуна він взяв із книжки І. Шлаттера «Грунтовне повчання рудному справі…» (Санкт-Петербург, 1760 р.).
Але двигун Ползунова докорінно відрізнявся від англійських машин Сейвері та Ньюкомена. Ті були одноциліндрові та придатні лише для відкачування води з шахт. Двоциліндровий двигун безперервної дії Ползунова міг подавати дуття в печі та відкачувати воду. Надалі винахідник розраховував пристосувати його та інших потреб.
Будівництво машини доручили Ползунову, на допомогу якому були виділені «не знаючі, але тільки одну схильність до того двоє, що мають з тутешніх майстрових», та ще кілька підсобних робітників. З цим «штатом» Повзунов розпочав будівництво своєї машини. Будувалася вона рік та дев'ять місяців. Коли машина вже пройшла перше випробування, винахідник захворів на швидкоплинні сухоти і 16 (28) травня 1766 р., за кілька днів до завершальних випробувань, помер.
23 травня 1766 р. учні Ползунова Левзін і Черніцин одні приступили до останніх випробувань парової машини. У «Денній записці» від 4 липня було відзначено «справну машинну дію», а 7 серпня 1766 р. вся установка, парова машина та потужна повітродувка, була здана в експлуатацію. Всього за три місяці роботи машина Ползунова не тільки виправдала всі витрати на її будівництво в сумі 7233 рублів 55 копійок, але й дала чистий прибуток 12640 рублів 28 копійок. Однак, 10 листопада 1766 р. після того, як у машини перегорів котел, вона простояла без дії 15 років 5 місяців та 10 днів. У 1782 р. машину розібрали. (Енциклопедія Алтайського краю. Барнаул. 1996. Т. 2. С. 281-282; Барнаул. Літопис міста. Барнаул. 1994. ч. 1.с.30).
У цей час в Англії створення парової машини працював і Джеймс Уатт. У 1763 р. до нього як до механіка університету звернулися з проханням відремонтувати університетську модель парової машини Т.Ньюкомена.
Налагоджуючи університетську модель пароатмосферної машини Т.Ньюкомена, Уатт переконався у низькій ефективності подібних машин. Він спалахнув ідеєю покращити параметри парової машини. Йому було ясно, що основний недолік машини Ньюкомена полягав у поперемінному нагріванні та охолодженні циліндра. Яким чином уникнути цього? Відповідь прийшла до Уатта недільного весняного дня 1765 р. Він зрозумів, що циліндр може постійно залишатися гарячим, якщо до конденсації відводити пару в окремий резервуар через трубопровід з клапаном. При цьому перенесення процесу конденсації пари за межі циліндра має сприяти зниженню витрати пари. Більш того, циліндр може залишатися гарячим, а конденсор холодним, якщо зовні покрити теплоізоляційним матеріалом.
Удосконалення, які вніс Уатт в парову машину (відцентровий регулятор, окремий конденсатор пари, ущільнювачі та ін.), не тільки підняли коефіцієнт корисної дії машини, а й остаточно перетворили пароатмосферну машину на парову, а головне - машина стала легко керованою.
У 1768 р. він подав прохання про патент на свій винахід. Патент він у 1769 р. отримав, але збудувати парову машину йому довго не вдавалося. І тільки в 1776 р. за матеріальної підтримки доктора Ребека, засновника першого металургійного заводу в Шотландії, парова машина Уатта була, нарешті, побудована та успішно пройшла випробування.
Перша машина Уатта виявилася вдвічі ефективнішою за машину Ньюкомена. Цікаво, що в основі розробок, що йшли за вихідним винаходом Ньюкомена, лежало поняття "продуктивності" двигуна, що означало число футофунтів води, що закачувалося на вугілля. Кому належала ідея цієї одиниці, тепер не відомо. Ця людина не увійшла в історію науки, але, мабуть, це був якийсь скупований власник шахти, який помічав, що деякі двигуни працювали більш ефективно, ніж інші, і не могла допустити того, щоб на сусідній шахті була велика норма виробітку.
І хоча випробування машини пройшли успішно, в ході її подальшої експлуатації стало ясно, що перша модель Уатта виявилася не зовсім вдалою, і співпраця з Ребек перервалася. Незважаючи на брак коштів, Уатт продовжував працювати над удосконаленням парової машини. Його роботи зацікавили Метью Боултона (Matthew Boulton), інженера та багатого фабриканта, власника металообробного заводу у містечку Сохо під Бірмінгемом. У 1775 р. Уатт і Боултон уклали угоду про партнерство.
У 1781 р. Джеймс Уатт отримав патент на винахід другої моделі своєї машини. Серед нововведень, внесених до неї та в наступні моделі, були:
* Циліндр подвійної дії, в якому пара подавався поперемінно по різні сторонивід поршня, при цьому відпрацьована пара надходила до конденсатора;
* жарова сорочка, що оточувала робочий циліндр зниження теплових втрат, і золотник;
* перетворення зворотно-поступального руху поршня в обертальний рух валу спочатку за допомогою шатунно-кривошипного механізму, а потім за допомогою шестерної передачі, що стала прообразом планетарного редуктора;
* відцентровий регулятор підтримки сталості числа оборотів валу і маховик зменшення нерівномірності обертання.
У 1782 р. ця чудова машина, перша універсальна парова машина подвійного дії, була побудована. Кришку циліндра Уатт оснастив винайденим незадовго до того сальником, який забезпечував вільний рух штока поршня, але запобігав витоку пари з циліндра. Пара надходила в циліндр поперемінно то з одного боку поршня, то з іншого, створюючи вакуум з протилежного боку циліндра. Тому поршень робив і робочий і зворотний хід за допомогою пари, чого не було в колишніх машинах.
Крім того, в 1782 р. Джеймс Уатт ввів принцип розширювальної дії, розділяючи потік пари в циліндрі на початку течії так, що він починав розширюватися решту циклу під своїм власним тиском. Розширювальна дія означає деяку втрату у потужності, але виграш у «продуктивності». З усіх цих ідей Уатта найкориснішою була ідея розширювальної дії. Надалі її практичному впровадженні дуже допомогла індикаторна діаграма, створена близько 1790 помічником Уатта Джеймсом Саузерном.
Індикатор був самопишучим пристроєм, який можна було приєднувати до двигуна для того, щоб відзначати тиск в циліндрі в залежності від об'єму пари, що надходить за цей такт. Площа під такою кривою була мірою роботи, виконаною за цей такт. Індикатор використовували для того, щоб максимально ефективно налаштувати двигун. Ця діаграма згодом стала частиною знаменитого циклу Карно (Саді Карно, 1796-1832) у теоретичній термодинаміці.
Оскільки в паровій машині подвійної дії шток поршня здійснював тягнучу і штовхаючу дію, колишню приводну систему з ланцюгів та коромисла, яка реагувала тільки на тягу, довелося переробити. Уатт розробив систему зв'язаних тяг та застосував планетарний механізм для перетворення зворотно-поступального руху штока поршня у обертальний рух, використовував важкий маховик, відцентровий регулятор швидкості, дисковий клапан та манометр для вимірювання тиску пари.
Універсальний паровий двигун подвійної дії з безперервним обертанням (парова машина Уатта) набув широкого поширення і відіграв значну роль у переході до машинного виробництва.
Запатентована Джеймсом Уаттом "ротативна парова машина" спочатку широко застосовувалася для приведення в дію машин і верстатів прядильних та ткацьких фабрик, а пізніше та інших промислових підприємств. Це призвело до різкого підвищення продуктивність праці. Саме з цього моменту англійці відраховують початок великої промислової революції, яка вивела Англію на провідне становище у світі.
Двигун Джеймса Уатта годився для будь-якої машини, і цим не забарилися скористатися винахідники механізмів, що саморухаються. Так парова машина прийшла на транспорт (парохід Фултона, 1807; паровоз Стефенсона, 1815). Завдяки перевагі у засобах пересування Англія стала провідною державою світу.
У 1785 р. Уатт запатентував винахід нової топки котла, і цього ж року одна з машин Уатта була встановлена в Лондоні на пивоварному заводі Семюела Вітбреда для розмелювання солоду. Машина виконувала роботу замість 24 коней. Діаметр її циліндра дорівнював 63 см, робочий хід поршня становив 1,83 м, а діаметр маховика досягав 4,27 м. Машина збереглася до наших днів, і сьогодні її можна побачити в дії в музеї Сіднея «Пауерхауз».
Компанія «Боултон і Уатт», створена 1775 р., зазнала у собі все мінливості долі, від падіння попиту її продукцію до захисту своїх винахідницьких прав у судах. Однак з 1783 року справи цієї компанії, що монополізувала виробництво парових машин, пішли в гору. Так Джеймс Уатт став дуже забезпеченою людиною, і допомогу «Пневматичному медичному інституту» Томаса Беддо (Beddoes, Thomas, 1760-1808), з яким він почав співпрацю в цей час, Уатт надавав вельми істотну.
Незважаючи на бурхливу діяльність зі створення парових двигунів, Уатт вийшов у відставку з посади в університеті Глазго лише в 1800 р. Через 8 років після своєї відставки він заснував «Приз Уатта» для кращих студентів і викладачів університету. Університетська технічна лабораторія, в якій він розпочинав свою діяльність, почала носити його ім'я. Ім'я Джеймса Уатта носить і коледж у Ґріноку (Шотландія), рідному місті винахідника.
Еволюція парової машини Дж. Уатта
1774 р. Паровий
водовідливний насос 1781 р. Паровий двигун
з крутним моментом на валу 1784 р. Паровий двигун
подвійного дійства з КШМ
Цікаво, що свого часу як одиниця потужності Уатт запропонував таку одиницю, як «кінська сила». Ця одиниця виміру дожила і донині. Але в Англії, де Уатта вважають як піонера промислової революції, вирішили інакше. У 1882 р. Британська асоціація інженерів вирішила надати його ім'я одиниці потужності. Тепер ім'я Джеймса Уатта можна прочитати на будь-якій електричній лампі. Це був перший історії техніки випадок присвоєння власного імені одиниці виміру. З цієї нагоди і почалася традиція присвоєння власних імен одиницям виміру.
Уатт прожив довге життя і помер 19 серпня 1819 в Хітфілді поблизу Бірмінгема. На пам'ятнику Джеймсу Уатту написано: "Збільшив владу людини над природою". Так сучасники оцінили діяльність знаменитого англійського винахідника.
Історія парових двигунів своїми витоками сягає 1 століття н.е., коли Герон Олександрійський вперше описав еоліпіл. Більш, ніж 1500 років по тому, в 1551 османський вчений Такіюддін аш-шамі описав примітивні турбіни, що рухаються пором, а в 1629 подібне відкриття зробив Джованні Бранка. Ці пристрої являли собою парові рожни для смаження або невеликі передавальні механізми. В основному, такі конструкції використовували винахідники для демонстрації потужності пари та докази того, що її не варто недооцінювати.
У 1700-х роках рудокопи зіткнулися із серйозним випробуванням - необхідністю викачування води з глибоких шахт. На допомогу прийшла та сама сила пари. За допомогою енергії пари вдалося викачати воду із шахт. Це застосування розкрило потенційну силу пари та призвело до винаходу парового двигуна. Парові електростанції з'явилися пізніше. Головний принцип, на якому працюють парові двигуни, полягає у “конденсації водяної пари для створення часткового вакууму”.
Томас Півночі та перші промислові двигуни
Томас Севери першим винайшов паровий насос у 1698 році, він призначався для викачування води. Цей винахід часто називають "вогненним двигуном" або двигуном для "підйому води вогнем". Паровий насос, запатентований на Півночі, працював шляхом кип'ятіння води до її повного перетворення на пару. Потім кожна крапелька пари піднімалася в бак, а в ємності, де спочатку була вода, утворювався вакуум. Цей вакуум використовувався для викачування води із глибинних шахт. Але рішення виявилося тимчасовим, оскільки енергії пари вистачало лише для викачування води з глибини кількох метрів. Ще одним недоліком цієї конструкції було використання тиску пари для виведення води, що всмоктується у бак. Тиск був надто високим для котлів, що викликало низку сильних вибухів.
Машини низького тиску
Високе споживання вугілля, властиве паровим машинамНьюкомена скоротилася завдяки інноваціям Джеймса Ватта. Циліндр машини низького тискубув оснащений термозахистом, окремим конденсатором та водовідливним механізмом для конденсованої води. Таким чином, споживання вугілля в машинах низького тиску було знижено більш ніж на 50%.
Іван Ползунов та перша двоциліндрова парова машина
Першим у Росії парову машину винайшов Іван Ползунов. Його двоциліндрова парова машина була потужнішою, ніж англійські двигуни без наддуву. Вони сягали потужності 24 кВт. Модель двоциліндрової парової машини Ползунова виставлена у музеї Барнаула.
Парова машина Томаса Ньюкомена
1712 року Томас Ньюкомен винайшов дуже вдалу з практичної точки зору парову машину. Його модель складалася з пістона або циліндра, який рухав величезну дерев'яну колоду для запуску водяного насоса. Зворотний хід у машині діяв за рахунок гравітації, яка штовхала донизу кінець колоди з боку насоса. Машина Ньюкомена активно використовувалася упродовж 50 років. Потім її визнали неефективною, оскільки для активного функціонування потрібно дуже багато енергії. Потрібно було підігрівати циліндр, оскільки він постійно остигав, внаслідок чого спалювалося дуже багато палива.
Удосконалення Джеймса Ватта
Джеймс Ватт здійснив справжню революцію історія розвитку парових машин, впровадивши у вихідну конструкцію окремий конденсатор. Він ввів цю новацію в 1765 році. Але лише через 11 років вдалося досягти конструкції, яку можна було б застосовувати у промислових масштабах. Найбільша проблема реалізації задуму Ватта полягала у технології створення величезного пістону задля збереження необхідної кількості вакууму. Але незабаром технологія досягла великого прогресу, і як тільки патент отримав достатньо фінансування, парова машина Ватта почала активно використовуватися на залізницях і кораблях. У понад 60 000 автомобілів працювали на парових двигунах з 1897 по 1927 роки.
Машини високого тиску
У 1800 році Річард Тревітік винайшов парові машини високого тиску. Порівняно з усіма раніше винайденими конструкціями парових машин цей варіант був найпотужнішим. Але по-справжньому успішною стала конструкція, запропонована Олівером Евансом. В її основі лежала ідея приведення двигуна в рух парою, а не конденсування пари для створення вакууму. Еванс винайшов першу парову машину без конденсації, що працює під високим тиском, у 1805 році. Машина була стаціонарною і розвивала 30 обертів за хвилину. Ця машина спочатку використовувалася для руху пили. Такі машини підтримувалися величезними резервуарами з водою, що грілася джерелом тепла, розміщеного безпосередньо під резервуаром, що дозволяло ефективно виробляти необхідну кількість пари.
Незабаром ці парові машини набули широкого застосування в моторних човнах і залізницях, в 1802 і 1829 роках відповідно. Майже через півстоліття з'явилися перші парові автомобілі. Чарлз Алджернон Парсонс в 1880 винайшов першу парову турбіну. На початку 20 століття, парові двигуни широко використовувалися в авто-і кораблебудуванні.
Корнуельські парові двигуни
Річард Треветік спробував удосконалити паровий насос, винайдений Ваттом. Він був видозмінений для використання в корнуельських казанах, винайдених Треветиком. Ефективність корнуельської парової машини була значно покращена Вільямом Сімсом, Артуром Вульфом та Семюелем Грузом. Оновлені корнуельські парові машини складалися із ізольованих труб, двигуна та котлів для підвищеної ефективності.
Вконтакте
Парові машини використовувалися як приводний двигун у насосних станціях, локомотивах, на парових суднах, тягачах, парових автомобілях та інших транспортних засобах. Парові машини сприяли широкому поширенню комерційного використання машин на підприємствах і стали енергетичною основою промислової революції XVIII століття. Пізніше парові машини були витіснені двигунами внутрішнього згоряння, паровими турбінами, електромоторами та атомними реакторами, ККД яких вище.
Парова машина у дії
Винахід та розвиток
Перше відомий пристрій, що рухається пором, було описано Героном з Олександрії в першому столітті - це так звана «лазня Герона», або «еоліпіл». Пара, що виходить по дотичній з дюз, закріплених на кулі, змушувала останній обертатися. Передбачається, що перетворення пари на механічний рух було відоме в Єгипті в період римського панування і використовувалося в нескладних пристосуваннях.
Перші промислові двигуни
Жоден з описаних пристроїв мало був застосовано як рішення корисних завдань. Першим застосованим на виробництві паровим двигуном була «пожежна установка», сконструйована англійським військовим інженером Томасом Сейвері у 1698 році. На свій пристрій Сейвері в 1698 отримав патент. Це був поршневий паровий насос, і, очевидно, не надто ефективний, тому що тепло пари щоразу губилося під час охолодження контейнера, і досить небезпечне в експлуатації, оскільки внаслідок високого тиску пара ємності та трубопроводи двигуна іноді вибухали. Так як цей пристрій можна було використовувати як для обертання коліс водяного млина, так і для відкачування води з шахт, винахідник назвав його «другом рудокопа».
Потім англійський коваль Томас Ньюкомен в 1712 продемонстрував свій «атмосферний двигун», який був першим паровим двигуном, на який міг бути комерційний попит. Це був удосконалений паровий двигун Сейвері, у якому Ньюкомен суттєво знизив робочий тиск пари. Ньюкомен, можливо, базувався на описі експериментів Папена, що у Лондонському королівському суспільстві , яких міг мати доступ через члена товариства Роберта Гука , працював з Папеном.
Схема роботи парової машини Ньюкомена.
– Пара показана ліловим кольором, вода – синім.
– Відкриті клапани показані зеленим кольором, закриті - червоним
Першим застосуванням двигуна Ньюкомена була відкачування води із глибокої шахти. У шахтному насосі коромисло було пов'язане з тягою, яка спускалася до шахти камери насоса. Поворотно-поступальні рухи тяги передавалися поршню насоса, який подавав воду нагору. Клапани ранніх двигунів Ньюкомена відкривалися та закривалися вручну. Першим удосконаленням була автоматизація дії клапанів, які рухалися самою машиною. Легенда розповідає, що це удосконалення було зроблено у 1713 році хлопчиком Хемфрі Поттером, який мав відкривати та закривати клапани; коли це йому набридало, він зв'язував рукоятки клапанів мотузками і йшов грати з дітьми. До 1715 року вже було створено важільну систему регулювання, яка наводиться від механізму самого двигуна.
Перша в Росії двоциліндрова вакуумна парова машина була спроектована механіком І. І. Повзуновим в 1763 і побудована в 1764 для приведення в дію повітродувного хутра на Барнаульських Коливано-Воскресенських заводах.
Хемфрі Гейнсборо у 1760-их роках побудував модель парової машини з конденсатором. У 1769 році шотландський механік Джеймс Уатт (можливо, використавши ідеї Гейнсборо) запатентував перші суттєві вдосконалення до вакуумного двигуна Ньюкомена, які зробили його значно ефективнішим за витратою палива. Вклад Уатта полягав у відділенні фази конденсації вакуумного двигуна в окремій камері, тоді як поршень та циліндр мали температуру пари. Уатт додав до двигуна Ньюкомена ще кілька важливих деталей: помістив усередину циліндра поршень для виштовхування пари і перетворив поворотно-поступальний рух поршня в обертальний рух приводного колеса.
На основі цих патентів Уатт побудував паровий двигун у Бірмінгемі. До 1782 паровий двигун Уатта виявився більш ніж в 3 рази продуктивніше машини Ньюкомена. Підвищення ефективності двигуна Уатта призвело до використання енергії пари у промисловості. Крім того, на відміну від двигуна Ньюкомена, двигун Уатта дозволив передати обертальний рух, тоді як у ранніх моделях парових машин поршень був пов'язаний з коромислом, а не безпосередньо з шатуном. Цей двигун мав основні риси сучасних парових машин.
Подальшим підвищенням ефективності було застосування пари високого тиску (американець Олівер Еванс та англієць Річард Тревітік). Р.Тревітик успішно збудував промислові однотактові двигуни високого тиску, відомі як «корнуельські двигуни». Вони працювали з тиском 50 фунтів на квадратний дюйм або 345 кПа (3,405 атмосфери). Однак із збільшенням тиску виникала і велика небезпека вибухів у машинах та котлах, що призводило спочатку до численних аварій. З цього погляду найбільш важливим елементоммашини високого тиску був запобіжний клапан, що випускав зайвий тиск. Надійна та безпечна експлуатація розпочалася лише з накопиченням досвіду та стандартизацією процедур спорудження, експлуатації та обслуговування обладнання.
Французький винахідник Ніколас-Йозеф Куньо в 1769 продемонстрував перший діючий самохідний паровий транспортний засіб: "fardier à vapeur" (паровий віз). Можливо, його винахід можна вважати першим автомобілем. Самохідний паровий трактор виявився дуже корисним як мобільне джерело механічної енергії, що наводило в рух інші сільськогосподарські машини: молотарки, преси та ін. (штат Нью-Йорк). Він піднімав на борт 30 пасажирів і йшов зі швидкістю 7-8 миль на годину. Пароплав Дж. Фітча не був комерційно успішним, оскільки з його маршрутом конкурувала хороша сухопутна дорога. В 1802 шотландський інженер Вільям Сімінгтон побудував конкурентоспроможний пароплав, а в 1807 американський інженер Роберт Фултон використовував паровий двигун Уатта для приводу першого комерційно успішного пароплава. 21 лютого 1804 року на металургійному заводі Пенідаррен у Мертір-Тідвілі в Південному Уельсі демонструвався перший самохідний залізничний паровий локомотив, побудований Річардом Тревітіком.
Парові машини зі зворотно-поступальним рухом
Двигуни зі зворотно-поступальним рухом використовують енергію пари для переміщення поршня в герметичній камері або циліндрі. Поворотно-поступальна дія поршня може бути механічно перетворена в лінійний рух поршневих насосів або в обертальний рух для приводу частин верстатів або коліс транспортних засобів, що обертаються.
Вакуумні машини
Ранні парові машини називалися спочатку вогневими машинами, а також атмосферними або конденсуючими двигунами Уатта. Вони працювали на вакуумному принципі і тому відомі також як вакуумні двигуни. Такі машини працювали для приводу поршневих насосів, принаймні немає жодних свідчень про те, що вони використовувалися в інших цілях. При роботі парової машини вакуумного типу на початку такту пара низького тиску впускається в робочу камеру або циліндр. Впускний клапан після цього закривається і пара охолоджується, конденсуючись. У двигуні Ньюкомена вода, що охолоджує, розпорошується безпосередньо в циліндр, і конденсат збігає в збірку конденсату. Таким чином створюється вакуум у циліндрі. Атмосферний тиск у верхній частині циліндра тисне на поршень і викликає його переміщення вниз, тобто робочий хід.
Постійне охолодження та повторне нагрівання робочого циліндра машини було дуже марнотратним і неефективним, проте ці парові машини дозволяли відкачувати воду з більшої глибини, ніж це було можливо до появи. У році з'явилася версія парової машини, створена Уаттом у співпраці з Меттью Боултоном, основним нововведенням якої стало винесення процесу конденсації у спеціальну окрему камеру (конденсатор). Ця камера поміщалася у ванну з холодною водою, і з'єднувалася з циліндром трубкою, що перекривається клапаном. До конденсаційної камери була приєднана спеціальна невелика вакуумна помпа (прообраз конденсатного насоса), що рухається коромислом і служить для видалення конденсату з конденсатора. Утворилася гаряча водаподавалася спеціальним насосом (прообразом живильного насоса) у котел. Ще одним радикальним нововведенням стало закриття верхнього кінця робочого циліндра, у верхній частині якого тепер була пара низького тиску. Ця ж пара була у подвійній сорочці циліндра, підтримуючи його постійну температуру. Під час руху поршня вгору ця пара спеціальними трубками передавалася в нижню частину циліндра, для того, щоб піддатися конденсації під час наступного такту. Машина по суті перестала бути «атмосферною», і її потужність тепер залежала від різниці тисків між парою низького тиску і тим вакуумом, який вдавалося отримати. У паровій машині Ньюкомена мастило поршня здійснювалося невеликою кількістю налитої на нього зверху води, в машині Уатта це стало неможливим, оскільки у верхній частині циліндра тепер була пара, довелося перейти на мастило сумішшю тавота і нафти. Таке ж мастило використовувалося в сальнику штока циліндра.
Вакуумні парові машини, незважаючи на очевидні обмеження їхньої ефективності, були відносно безпечні, використовували пару низького тиску, що цілком відповідало загальному невисокому рівню котелень XVIII століття. Потужність машини обмежувалася низьким тиском пари, розмірами циліндра, швидкістю згоряння палива та випаровування води в котлі, а також розмірами конденсатора. Максимальний теоретичний ККД був обмежений відносно малою різницею температур з обох боків поршня; це робило вакуумні машини, призначені для промислового використання, надто великими та дорогими.
Стиснення
Випускне вікно циліндра парової машини перекривається дещо раніше, ніж поршень доходить до свого крайнього положення, що залишає в циліндрі кілька відпрацьованих пар. Це означає, що в циклі роботи присутня фаза стиснення, що формує так звану «парову подушку», що уповільнює рух поршня у його крайніх положеннях. Крім того, це усуває різкий перепад тиску на самому початку фази впуску, коли в циліндр надходить свіжа пара.
Випередження
Описаний ефект «парової подушки» посилюється також тим, що впуск свіжої пари в циліндр починається трохи раніше, ніж поршень досягне крайнього становища, тобто є деяке випередження впуску. Це випередження необхідно для того, щоб перед тим, як поршень почне свій робочий хід під дією свіжої пари, пара встигла б заповнити той мертвий простір, яке виникло в результаті попередньої фази, тобто канали впуску-випуску і обсяг циліндра, що не використовується для руху поршня.
Просте розширення
Просте розширення передбачає, що пара працює тільки при розширенні його в циліндрі, а відпрацьована пара випускається безпосередньо в атмосферу або надходить у спеціальний конденсатор. Залишкове тепло пари може бути використане, наприклад, для обігріву приміщення або транспортного засобу, а також для попереднього підігріву води, що надходить в котел.
Компаунд
У процесі розширення в циліндрі машини високого тиску температура пари падає пропорційно до його розширення. Оскільки теплового обміну при цьому не відбувається (адіабатичний процес), виходить, що пара надходить у циліндр із більшою температурою, ніж виходить із нього. Подібні перепади температури у циліндрі призводять до зниження ефективності процесу.
Один із методів боротьби з цим перепадом температур був запропонований у 1804 році англійським інженером Артуром Вульфом, який запатентував Компаундна парова машина високого тиску Вульфа. У цій машині високотемпературна пара з парового котла надходила в циліндр високого тиску, а після цього відпрацьована в ньому пара з нижчою температурою і тиском надходила в циліндр (або циліндри) низького тиску. Це зменшувало перепад температури в кожному циліндрі, що в цілому знижувало температурні втрати та покращувало загальний коефіцієнт корисної дії парової машини. Пара низького тиску мала більший обсяг, і тому вимагала більшого обсягу циліндра. Тому в компаудних машинах циліндри низького тиску мали більший діаметр (а іноді й більшу довжину), ніж циліндри високого тиску.
Така схема також відома під назвою подвійне розширення, оскільки розширення пари відбувається в дві стадії. Іноді один циліндр високого тиску був пов'язаний із двома циліндрами низького тиску, що давало три приблизно однакових за розміром циліндра. Таку схему було легко збалансувати.
Двоциліндрові компаундні машини можуть бути класифіковані як:
- Перехресний компаунд- Циліндри розташовані поруч, їх паропровідні канали перехрещені.
- Тандемний компаунд- Циліндри розташовуються послідовно і використовують один шток.
- Кутовий компаунд- Циліндри розташовані під кутом один до одного, зазвичай 90 градусів, і працюють на один кривошип.
Після 1880-х років компаудні парові машини набули широкого поширення на виробництві та транспорті і стали практично єдиним типом, що використовується на пароплавах. Використання їх на паровозах не набуло такого широкого поширення, оскільки вони виявилися надто складними, частково через те, що складними були умови роботи парових машин на залізничному транспорті. Незважаючи на те, що компаундні паровози так і не стали масовим явищем (особливо у Великій Британії, де вони були дуже мало поширені і взагалі не використовувалися після 1930-х років), вони набули певної популярності в кількох країнах.
Множинне розширення
Спрощена схема парової машини із потрійним розширенням.
Пара високого тиску (червоний колір) від котла проходить через машину, виходячи в конденсатор при низькому тиску (блакитний колір).
Логічним розвитком схеми компаунда стало додавання до неї додаткових стадій розширення, що збільшувало ефективність роботи. Результатом стала схема множинного розширення, відома як машини потрійного чи навіть четверного розширення. Такі парові машини використовували серії циліндрів подвійного впливу, обсяг яких збільшувався з кожною стадією. Іноді замість збільшення об'єму циліндрів низького тиску використовувалося збільшення їхньої кількості, так само, як і на деяких компаундних машинах.
Зображення праворуч показує роботу парової машини із потрійним розширенням. Пара проходить через машину зліва направо. Блок клапанів кожного циліндра розташований ліворуч від відповідного циліндра.
Поява цього типу парових машин стала особливо актуальною для флоту, оскільки вимоги до розміру та ваги для суднових машин були не дуже жорсткими, а головне, така схема дозволяла легко використовувати конденсатор, який повертає відпрацьовану пару у вигляді прісної водиназад у котел (використовувати солону морську воду для живлення котлів було неможливо). Наземні парові машини зазвичай не мали проблем із живленням водою і тому могли викидати відпрацьовану пару в атмосферу. Тому така схема для них була менш актуальною, особливо з урахуванням її складності, розміру та ваги. Домінування парових машин множинного розширення закінчилося лише з появою та широким поширенням парових турбін. Однак у сучасних парових турбінах використовується той самий принцип поділу потоку на циліндри високого, середнього та низького тиску.
Прямоточні парові машини
Прямоточні парові машини виникли в результаті спроби подолати один недолік, властивий паровим машинам із традиційним паророзподілом. Справа в тому, що пара в звичайній паровій машині постійно змінює напрямок свого руху, оскільки і для впуску і для випуску пари застосовується те саме вікно з кожного боку циліндра. Коли відпрацьована пара залишає циліндр, він охолоджує його стінки та паророзподільні канали. Свіжа пара, відповідно, витрачає певну частину енергії з їхньої нагрівання, що зумовлює падіння ефективності. Прямоточні парові машини мають додаткове вікно, яке відкривається поршнем наприкінці кожної фази, і через яке пар залишає циліндр. Це підвищує ефективність машини, оскільки пара рухається в одному напрямку, і температурний градієнт стінок циліндра залишається більш менш постійним. Прямоточні машини одинарного розширення показують приблизно таку ж ефективність, як компаудні машини зі звичайним паророзподілом. Крім того, вони можуть працювати на більш високих оборотах, і тому до появи парових турбін часто застосовувалися для електрогенераторів, що вимагають високої швидкості обертання.
Прямотувальні парові машини бувають як одинарної, так і подвійної дії.
Парові турбіни
Парова турбіна являє собою серію дисків, що обертаються, закріплених на єдиній осі, званих ротором турбіни, і серію чергуються з ними нерухомих дисків, закріплених на підставі, званих статором. Диски ротора мають лопатки на зовнішній стороні, пара подається на ці лопатки та крутить диски. Диски статора мають аналогічні лопатки, встановлені під протилежним кутом, які служать для перенаправлення потоку пари на наступні за ними диски ротора. Кожен диск ротора і відповідний диск статора називаються ступенем турбіни. Кількість і розмір щаблів кожної турбіни підбираються таким чином, щоб максимально використовувати корисну енергію пари тієї швидкості та тиску, який подається в неї. Відпрацьована пара, що виходить з турбіни, надходить у конденсатор. Турбіни обертаються з дуже високою швидкістю, і тому при передачі обертання на інше обладнання зазвичай використовуються спеціальні трансмісії, що знижують . Крім того, турбіни не можуть змінювати напрямок свого обертання, і часто вимагають додаткових механізмів реверсу (іноді використовуються додаткові ступені зворотного обертання).
Турбіни перетворюють енергію пари безпосередньо на обертання і не вимагають додаткових механізмів перетворення зворотно-поступального руху на обертання. Крім того, турбіни компактніші за поворотно-поступальні машини і мають постійне зусилля на вихідному валу. Оскільки турбіни мають простішу конструкцію, вони, як правило, вимагають меншого обслуговування.
Інші типи парових двигунів
Застосування
Парові машини можуть бути класифіковані за їх застосуванням таким чином:
Стаціонарні машини
Паровий молот
Парова машина на старий цукровий завод, Куба
Стаціонарні парові машини можуть бути поділені на два типи за режимом використання:
- Машини зі змінним режимом, до яких відносяться машини металопрокатних станів, парові лебідки та подібні пристрої, які мають часто зупинятися та змінювати напрямок обертання.
- Силові машини, які рідко зупиняються і не повинні змінювати напрямок обертання. Вони включають енергетичні двигуни на електростанціях, а також промислові двигуни, що використовувалися на заводах, фабриках і кабельних залізницях до поширення електричної тяги. Двигуни малої потужності використовуються на суднових моделях та у спеціальних пристроях.
Парова лебедка є стаціонарним двигуном, але встановлена на опорній рамі, щоб її можна було переміщати. Вона може бути закріплена тросом за якір та пересунута власною тягою на нове місце.
Транспортні машини
Парові машини використовувалися для приводу різних типівтранспортних засобів, серед них:
- Сухопутні транспортні засоби:
- Паровий автомобіль
- Паровий трактор
- Паровий екскаватор, і навіть
- Паровий літак.
У Росії її перший діючий паровоз побудували Є. А. і М. Є. Черепановими на Нижньо-Тагильском заводі 1834 року перевезення руди. Він розвивав швидкість 13 верст на годину та перевозив понад 200 пудів (3,2 тонни) вантажу. Довжина першої залізниці становила 850 м-коду.
Переваги парових машин
Основною перевагою парових машин є те, що вони можуть використовувати практично будь-які джерела тепла для перетворення його на механічну роботу. Це відрізняє їхню відмінність від двигунів внутрішнього згоряння, кожен тип яких вимагає використання певного виду палива. Найбільш помітна ця перевага при використанні ядерної енергії, оскільки ядерний реактор не в змозі генерувати механічну енергію, а виробляє тільки тепло, яке використовується для вироблення пари, що приводить в рух парові машини (зазвичай парові турбіни). Крім того, є інші джерела тепла, які не можуть бути використані в двигунах внутрішнього згоряння, наприклад, сонячна енергія. Цікавим напрямком є використання енергії різниці температур Світового океану на різних глибинах.
Подібними властивостями також володіють інші типи двигунів зовнішнього згоряння, такі як двигун Стірлінга, які можуть забезпечити дуже високу ефективність, але мають значно більшу вагу і розміри, ніж сучасні типи парових двигунів.
Парові локомотиви непогано показують себе на великих висотах, оскільки ефективність їхньої роботи не падає через низький атмосферний тиск. Паровози досі використовуються в гірських районах Латинської Америки, незважаючи на те, що в рівнинній місцевості вони давно були замінені на сучасніші типи локомотивів.
У Швейцарії (Brienz Rothhorn) та в Австрії (Schafberg Bahn) нові паровози, які використовують суху пару, довели свою ефективність. Цей тип паровоза був розроблений на основі моделей Swiss Locomotive and Machine Works (SLM) -х років, з безліччю сучасних удосконалень, таких як використання роликових підшипників, сучасна теплоізоляція, спалювання як паливо легких нафтових фракцій, покращені паропроводи, і т.д. . В результаті такі паровози мають на 60% менше споживання палива та значно менші вимоги до обслуговування. Економічні якості таких паровозів можна порівняти з сучасними дизельними та електричними локомотивами.
Крім того, парові локомотиви значно легші, ніж дизельні та електричні, що особливо актуально для гірських залізниць. Особливістю парових двигунів є те, що вони не потребують трансмісії, передаючи зусилля безпосередньо на колеса.
Коефіцієнт корисної дії
Коефіцієнт корисної дії (ККД) теплового двигуна може бути визначений як відношення корисної механічної роботи до кількості теплоти, що міститься в паливі. Решта енергії виділяється у довкілля як тепла. ККД теплової машини дорівнює
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 силивогню 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 із 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 він був призначений головним інженером компанії з будівництва першої залізниці загального користування Стоктон-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 рішенням 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.
Завантаження...