Паровой двигатель Ивана Ползунова
- Подробности
- Просмотров: 568
Иван Иванович Ползунов (1728-66) — русский теплотехник, создатель первой в России паросиловой установки.
Родился в семье солдата из крестьян г. Туринска. Ппосле окончания горнозаводской школы в Екатеринбурге был “механическим учеником” у главного механика уральских заводов, самостоятельно познакомился с трудами М.В. Ломоносова, изучил устройство паро-насосных установок, штудировал книги по металлургии и минералогии.
В 1763году И.И. Ползунов разработал проект первого парового двигателя непрерывного действия — «огненного» двигателя мощностью 1,8 л.с. (1,3 квт) — первого в мире двухцилиндрового двигателя с объединением работы цилиндров на один общий вал, т.е. двигателя, универсального по своему техническому применению.
Впервые в мире машина работала без какого-либо использования гидравлической энергии (без использования энергии воды), что было огромным шагом вперед по сравнению с существовавшими тогда паровыми машинами, не способными обходиться без вспомогательного гидравлического привода.
Однако это была всё ещё пароатмосферная машина, то есть пар использовался только для подъема поршня, который опускался под влиянием атмосферного давления. Машина эта могла быть использована для любых работ.
В 1764 году Ползунов начал постройку огромной, высотой с трёхэтажный дом, рабочий машины для обслуживания воздуходувки на десять плавильных печей.
Сохранившиеся рабочие чертежи и документы говорят об устройстве и работе этой паровой машины. Двигатель Ползунова — двухцилиндровый, непрерывного действия, мог подавать дутье в печи, откачивать воду.
Непрерывность действия достигалась тем, что в машине как бы по очереди работали два цилиндра. Когда один находился на холостом ходу, у другого был ход рабочий. Вода разогревалась в котле, склёпанном из медных листов. Пар поступал через специальные распределительные устройства в два вертикальных трёхметровых цилиндра, поршни которых действовали на коромысла.
Эти коромысла были связаны с мехами для поддува рудоплавильных печей, а так же с водяными насосами — распределителями и другим дополнительным оборудованием, необходимом для питания котла и для поддержания непрерывного действия машины.
Проект паровой машины был представлен в царскую Канцелярию в Петербург, о нем было доложено императрице Екатерине Второй. Она распорядилась произвести И.И.Ползунова в «механикусы с чином и званием инженерного капитан-поручика», наградить 400 рублями и, по возможности, направить на учебу в Петербург. Модель этой машины была взята в Кунсткамеру.
К маю 1766 года строительство было закончено. Но незадолго до пуска машины, изобретатель умер от чахотки.
Машина начала работать уже без него.
В течении 43 дней она исправно работала. Однако, возникавшие при испытаниях недочеты некому было исправлять, и машина, наконец-таки, встала из-за течи котла. Равнодушное начальство не позаботилось о починке машины.
В дальнейшем по предписанию управителей алтайских заводов ползуновская машина была разобрана и заменена на обычный гидравлический привод. Со временем фабрика, где работала машина, была разрушена. Оставшиеся развалины сохранили народное название «Ползуновское пепелище».
Русский крепостной механик Ивана Иванович Ползунов создал паровую машину, причем, в отличие от Ватта, делая ее с нуля и не имея перед глазами работающих образцов.
Следующая страница «Паровые автомобили. Паровые дилижансы »
Назад в раздел «Паровые двигатели и их применение»
Хронология развития паровых двигателей
Wikipedia
Постепенно «Пневматика» расходилась по Европе. Саломон де Косс, французский гугенот и инженер, которому тоже приписывали изобретение паровой машины, в свое время прочитал трактат Герона в Италии.
Ознакомился с ним и немецкий теолог Мальтезий, упомянувший эолипил в одной из своих проповедей в 1571 году. К 1640-м годам научный труд пережил пять переизданий в одной только Англии. Вторая половина 16 века ознаменовалась повторным открытием энергии пара, и инженеры по всей Европе занялись активным поиском ее применения в механике.
Благодаря популяризации работ Герона эолипилы стали довольно распространенными, и люди использовали их для плавления стекла и металла, разжигания очагов в домах и улучшения тяги дымоходов.
Затем, в 1689 году, английский изобретатель Томас Севери разработал первый в мире современный паровой двигатель в виде насоса для удаления воды из шахт. Его устройство, использующее два паровых котла, обеспечивало почти непрерывную откачку.
Однако успех длился недолго – вскоре было обнаружено, что система Севери работает только на мелководье. В 1711 году другой британец, Томас Ньюкомен, усовершенствовал конструкцию, добавив отдельный цилиндр с поршнем. Его система устранила необходимость в накопленном давлении пара.
Паровой двигатель Ньюкомена оставался бессменным в течение следующих 50 лет и использовался для осушения водно-болотных угодий и подачи воды в города, а также для питания энергией фабрик и заводов.
Несмотря на свое превосходство, двигатель Ньюкомена не был лишен недостатков – в частности, того, что он потребляет огромное количество пара. Недочет был исправлен в 1769 году шотландским экспериментатором Джеймсом Уаттом, который предложил свой способ поддерживать постоянную температуру в паровом цилиндре. Улучшение Ватта привело к быстрому распространению паровой энергии в Великобритании и США, положив начало промышленной революции.
Помимо прочего, некоторые версии его двигателя использовались в ранних автомобилях и поездах. К 1800-м годам пар питал большинство мельниц, дробилок, пивоварен, заводов и фабрик. Эта технология заложила основу того техномира, который мы видим сегодня.
Эолипил как по внешнему виду, так и по функциям, конечно, сильно отличался от паровых машин будущего. Вместо применения в повседневной жизни Герон использовал силу пара для мистификации и просвещения. Он не знал, что идеи, заложенные в его изобретениях, однажды изменят мир.
Как работает паровой двигатель
Есть угольный костер, который нагревает воду до тех пор, пока она не закипит и не превратится в пар.
Пар проходит по трубе в цилиндр через открытый входной клапан, где он толкает поршень и приводит в движение колесо.
Затем входной клапан закрывается, и открывается выходной клапан.
Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и дальше вверх по дымовой трубе (дымоходу).
Детали парового двигателя
Паровые двигатели, такие как у этого Локомотива, являются примерами двигателей внешнего сгорания.
Огонь, который и создаёт теплоту, пламя и является источником энергии (1), находится снаружи (вне) цилиндра, где тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выбрасываются из дымовой трубы (7), что делает этот способ особенно неэффективным и неудобным для питания движущейся машины.
Есть много проблем с паровыми двигателями, но вот четыре из них — наиболее очевидных.
Во-первых, котел, который производит пар, работает под высоким давлением, и существует риск, что он может взорваться (взрывы котлов были серьезной проблемой с очень ранними паровыми двигателями).
Взрыв парового котла паровоза
Во-вторых, котел обычно находится на некотором расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется по пути. Температура внутри кабины машиниста была как в бане – доходила до 100 градусов. Всё это тепло расходовалось, по сути, впустую.
В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще достаточно горяч, поэтому он содержит потраченную энергию, которая никак не конвертировалась в механическую.
В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из цилиндра каждый раз, когда поршень толкается вперед, двигатель должен потреблять огромное количество воды, а также топлива.
Готовы ли паровые машины к эпическому возвращению?
Когда-то давно господствовал паровой двигатель — сначала в поездах и тяжелых тракторах, как вы знаете, но в конечном итоге и в автомобилях. Сегодня это трудно понять, но на рубеже 20-го века более половины автомобилей в США работали на парах. Паровой двигатель был настолько усовершенствован, что в 1906 году паровая машина под названием «Ракета Стэнли» даже имела рекорд скорости на земле — опрометчивая скорость 127 миль в час!
Теперь вы можете подумать, что паровая машина имела успех только потому, что двигатели внутреннего сгорания (ДВС) еще не существовали, но на самом деле паровые машины и автомобили ДВС были разработаны одновременно. Поскольку у инженеров уже был 100-летний опыт работы с паровыми двигателями, у паровой машины был довольно большой старт. В то время как ручные коленчатые двигатели ломали руки несчастных операторов, к 1900 году паровые машины были уже полностью автоматизированы — и без сцепления или коробки передач (пар обеспечивает постоянное давление, в отличие от хода поршня ДВС), очень легким в управлении. Единственное предостережение, что вы должны были подождать несколько минут, чтобы котел нагрелся.
Однако через несколько коротких лет Генри Форд придет и все изменит. Хотя паровой двигатель технически превосходил ДВС, он не мог сравниться с ценой серийных Фордов. Производители паровых автомобилей пытались переключать передачи и продавать свои автомобили как премиальные, роскошные продукты, но к 1918 году Ford Model T был в шесть раз дешевле, чем Steanley Steamer (самая популярная паровая машина в то время). С появлением электродвигателя стартера в 1912 году и постоянным повышением эффективности ДВС прошло совсем немного времени, пока паровая машина исчезла с наших дорог.
Под давлением
В течение последних 90 лет паровые машины оставались на грани исчезновения, а гигантские звери выкатывались на показы старинных автомобилей, но не намного. Спокойно, однако, на заднем плане исследования незаметно продвигались вперед — отчасти из-за нашей зависимости от паровых турбин в производстве электроэнергии, а также потому, что некоторые люди считают, что паровые двигатели действительно могут превосходить двигатели внутреннего сгорания.
ДВС имеют внутренние недостатки: им требуется ископаемое топливо, они производят много загрязнений, и они шумные. Паровые двигатели, напротив, очень тихие, очень чистые и могут использовать практически любое топливо. Паровые двигатели благодаря постоянному давлению не требуют зацепления — вы получаете максимальный крутящий момент и ускорение мгновенно, в состоянии покоя. Для городского вождения, где остановка и запуск потребляют огромное количество ископаемого топлива, непрерывная мощность паровых двигателей может быть очень интересной.
Технологии прошли долгий путь и с 1920-х годов — в первую очередь, мы теперь мастера материалов . Оригинальным паровым машинам требовались огромные, тяжелые котлы, чтобы выдерживать жару и давление, и в результате даже небольшие паровые машины весили пару тонн. С современными материалами паровые машины могут быть такими же легкими, как их двоюродные братья. Добавьте современный конденсатор и какой-нибудь котел-испаритель, и вы сможете построить паровую машину с приличной эффективностью и временем прогрева, которое измеряется секундами, а не минутами.
Цикл Ранкина, на котором основан паровой двигатель Cyclone Technologies
В последние годы эти достижения объединились в некоторые захватывающие события. В 2009 году британская команда установила новый рекорд скорости ветра на паровой тяге в 148 миль в час, наконец, побив рекорд ракеты Стэнли, который стоял более 100 лет. В 1990-х годах подразделение Volkswagen R & D под названием Enginion заявило, что оно построило паровой двигатель, который был сопоставим по эффективности с ДВС, но с меньшими выбросами. В последние годы Cyclone Technologies утверждает, что она разработала паровой двигатель, который в два раза эффективнее, чем ДВС. На сегодняшний день, однако, ни один двигатель не нашел свой путь в коммерческом автомобиле.
Двигаясь вперед, маловероятно, что паровые машины когда-либо сядут с двигателя внутреннего сгорания, хотя бы из-за огромного импульса Big Oil. Однако однажды, когда мы наконец решим серьезно взглянуть на будущее личного транспорта, возможно, тихая, зеленая, скользящая грация энергии пара получит второй шанс.
Поршень крутит колесо
Поршни машины Уатта 1765-1776 гг. совершали лишь одно рабочее движение (вниз) и работали рывками. В разработке системы передачи, переводящей прямолинейное движение поршня во вращательное движение рабочего колеса-маховика Уатта опередил некий Пикар, рабочий его завода. Он изобрёл удобный кривошипно-шатунный механизм, передающий движение от поршня к маховику. Теперь, вращая маховик, поршень совершал полезную работу при движении и вниз, и вверх — энергия двигателя стала использоваться полностью. Снабжённые колёсами машины Уатта нашли спрос как двигатели для мельниц, прядильных и ткацких станков, дисковых пил на лесопилках и пр.
Кривошипно-шатунный механизм.
Поршень (а) с помощью особого механизма — «параллелограмма Уатта» (6) — заставлял качаться коромысло (в). К другому плечу коромысла подвижно крепился шатун (г), также подвижно связанный с кривошипом (д), прочно насаженным на ось (е) маховика. Опускаясь и поднимаясь, плечо коромысла заставляло шатун вращать кривошип и проворачивать маховик.
Однотактное чудо
Джеймс Уатт (1736-1819) произвел переворот в технике, сконструировав первый паровой двигатель с теплообменником
Двигатель
Ньюкомена был изобретен примерно пятьюдесятью годами раньше и
использовался для откачки воды в горнодобывающих шахтах. По сравнению с
ранним паровым насосом этот двигатель был более совершенным, но он
работал неэффективно. Он потреблял очень много топлива и сотрясал все
вокруг. Эти недостатки не очень важны, если использовать двигатель
на угольной шахте: тут сколько угодно дешевого угля и никому не мешает
тряска. Но у других возможных потребителей у кого не было дешевого
топлива и кому требовалось, чтобы двигатель работал ровно, эта
конструкция интереса не вызывала.
Применение паровых машин на практике.
Машина Ньюкомена вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована, разработанной Джеймсом Уаттом в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уатт предложил свои изобретения и в промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик.
Первая паровая машина, используемая в качестве средства передвижения, был изобретена французом Николя Жозефом Куньо, инженером и военным стратегпм-любителем. В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.
Паровая Карета Гарни
Карета Хилла
Паровая карета
Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своей моделью парового автомобиля. Однако еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который спустя четырнадцать лет изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началась работа над изобретением и усовершенствованием паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию будущих автомобилей.
В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Несмотря на большую скорость кпд паровой машины был очень маленький. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.
транспортное средство Болле-Марселя
Машина Бордино
Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.
Машина Хенкока
Трехколесник Пекори
Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года. На этом самом моменте и прекратилось производство и изобретение паровых машин
Конструкция и механизм действия паровой машины
Паровой двигатель сжигает топливо во внешней камере сгорания. В результате тепло превращает воду в сжатый пар, который поступает в цилиндры и поршнем вращает коленчатый вал. Последний приводит в действие зубчатую передачу двигателя. Поскольку мотор не сжигает топливо внутри цилиндра, как это делает обычный двигатель, он может работать на любом топливе с меньшим количеством выхлопов.
Цилиндрический корпус современного парового двигателя сделан из алюминия. Рабочие устанавливают стержни для крепления 6 цилиндров из нержавеющей стали. Так как происходит постоянный контакт с паром, все детали сделаны из нержавеющих материалов.
Рабочий вставляет в каждый цилиндр поршень. Он алюминиевый, а головка и уплотнение, не дающие ему соприкасаться со стенками цилиндра, сделаны из жаростойкого углеродного волокна. Стойки поршней соединены с коленвалом в центре кожуха с помощью особой детали — крестовины. Она нужна, чтобы скорректировать ход поршня, создавая более ровное вращение вала и сообщая двигателю больше энергии.
В отличие от обычного автомобильного мотора, где цилиндры расположены в ряд, эти цилиндры имеют идеальную конфигурацию и потому равноудалены от центра. Это предотвращает деформацию мотора под действием высокой температуры.
Над крестовиной для еще более ровного хода коленчатого вала помещен противовес. Теперь над каждым поршнем устанавливаются толкатели, которые воздействуют на клапан, позволяющий входить в цилиндр и двигать поршень. Основание каждого толкателя вставляют в направляющее кольцо. Затем закрепляют головки цилиндров. В каждой из них находится паровой клапан. Толкатель вставляют в клапан и в завершение сборки устанавливают эксцентрик, который двигает толкатели при вращении вала.
Собранные на заводе двигатели подвергаются нескольким эксплуатационным испытаниям. Первый пробный пуск с применением сжатого воздуха для поиска утечек и проверки, все ли детали работают как нужно. Если все в порядке, то уже процесс повторяют уже с паром.
Такой паровой двигатель может давать энергию разным механизмам. От автомобилей и кораблей до электрогенераторов. В автомобиле ему не нужна трансмиссия. Он производит большое количество энергии вращения.
Теперь теплообменник — компонент, превращающий воду в пар, который и создает энергию. При помощи колеса стальную трубку превращают в спираль. Спираль скрепляют стальной проволокой, оставляя зазоры. Когда топливо сгорает, жар распространяется с внешней стороны витков и между ними, нагревая воду внутри трубки быстрее и эффективнее, чем при контакте только с верхней и нижней поверхностями. Результат — перегретый пар всего за 5 секунд.
Нужны 6 таких спиралей, каждая для питания одного цилиндра. Стопка спиралей образует первичный теплообменник двигателя. Для проверки используют любые виды топлива. Даже отходы, такие как отработанное моторное масло и использованное растительное масло из фритюрниц в ресторанах. Подойдет практически все, что горит. Топливо сгорает при низком давлении, а не высоком, как в бензиновом или дизельном двигателе. Это означает, что горение идет на производство пара, создавая гораздо меньше парниковых газов. Большинство углеводородов полностью и не нужно доливать воду, потому что конденсатор снова превращает пар в воду, реализуя повторное использование.
Вода также действует в качестве смазки для двигателя. Паровой машине не нужно моторное масло. Помимо сгорания топлива она способна работать на других источниках тепла, таких как солнечный жар и выбросы тепла из топок и двигателей. Круто или нет? Решайте сами.
Можно сделать из простой банки двигатель, об этом в отдельной статье. Готовые китайские генераторы и другие изобретения в этом китайском магазине.
В каком году и кем были изобретены современные устройства в мире?
Мировая промышленность нуждалась в мощном двигателе, который бы не зависел от сил природы. Ученые многих стран работали над созданием двигателя, способного работать при помощи пара. В XVIII веке в мире появились современные паровые машины.
Изобретение Томаса Севери
В 1698 году англичанин Томас Сэйвери создает паровой насос без поршня, отделенный от основной части машины. Насос быстро нашел применение на «пожарной установке».
Изобретение имело ряд недостатков:
- энергия пара терялась при охлаждении емкости;
- из-за высокого давления появлялась опасность взрыва;
- расход топлива был слишком велик;
- насос работал на глубине не более 15 м, хотя уже существовали шахты до 100 м глубиной.
Несмотря на эти недостатки, устройство продолжало эксплуатироваться вплоть до создания паровой установки Томаса Ньюкомена.
Создание аппарата Ньюкомена
В 1705 году создается новейшая модель — машина Ньюкомена, которая становится самой современной паровой машиной в мире на тот момент. Изобретение Ньюкомена эксплуатируется на протяжении 50 лет.
Англичанин Томас Ньюкомен создает паровой двигатель для водяного насоса с высоким коэффициентом полезного действия.
В работе машины используется атмосферное давление. Принцип работы парового двигателя Томаса Ньюкомена заключался в следующем:
- Конструкция котла представляла собой вертикальный цилиндр с поршнем, двусторонним рычагом-коромыслом, цепью и насосом с другой стороны.
- Пар создавался в отдельном котле.
- Для герметичности поршень был обтянут кожей.
- Пар, нагреваясь в котле, поднимал поршень, который толкал через коромысло насос вниз, выкачивая воду.
Модель Ньюкомена выглядела громоздкой и потребляла много угля. Тем не менее изобретение успешно использовалось для:
- откачки воды из шахт;
- осушения болот;
- водоснабжения городов;
- энергетики фабрик и заводов.
Благодаря изобретению Ньюкомена в Англии вновь открылись затопленные шахты, а в 1722 году в Кронштадте смогли откачать воду из корабля за две недели, на что при прежних возможностях потребовался бы год. Основой для изобретения первой современной установки Ньюкомена послужило изобретение Севери.
Джеймс Уатт
В 1769 году появляется новейшая модель паровой машины Джеймса Уатта, которая имеет большую мощность при малом расходе топлива и компактных размерах.
Однажды в 1763 году механик из Глазго Джеймс Уатт чинил изобретение Ньюкомена. В процессе работы ему пришла идея, как сократить расход топлива. Дело в том, что часть пара уходила на нагрев цилиндра после охлаждения его водой и КПД системы существенно падал. Уатт понял необходимость создания замкнутого цикла работы машины.
Идея возникла, когда, гуляя мимо прачечных, Уатт заметил, как из-под крышек котлов идет утечка пара. Ученый понял, что пар – это газ, который нужно пустить в цилиндр с пониженным давлением. Газ нужно отправить на охлаждение в конденсатор, а оттуда обратно в систему, создавая замкнутый цикл работы.
Герметичность машины была достигнута при помощи обычной пеньковой веревки, пропитанной маслом. Таким способом поддерживалась температура в паровом котле.
В 1769 году Уатт получил патент на свою вакуумную паровую машину, в которой температура пара всегда соответствовала температуре двигателя. Аппарат Ватта получил широкое применение в промышленности Великобритании и Америки.
В 1773 году Уатт проводит испытания новой паровой машины, которая требует еще меньше угля. Возникает необходимость создания паровых машин для привода прокатных станков.
В 1781 году изобретатель патентует новую вакуумную паровую машину, способную непрерывно вращать вал. В новом аппарате Уатт решил использовать кривошипно-шатунный механизм, изобретенный рабочим завода Пикаром.
Механизм передает движение от поршня к вращающемуся маховику, причем работа поршня становится полезной при движении вниз-вверх, а мощность двигателя теперь достигает 10 л.с.
Агрегат Уатта снабжают колесами, он находит применение для работы мельниц, станков и дисковых пил на лесопилке. Однако, машины Ватта нуждаются в строгом контроле человека. Уже в 1784 году ученый с помощью механика Уильяма Мердока добивается полной автоматизации процесса. В честь Ватта названа единица мощности – Ватт.
Чуть позднее энергия пара начинает двигать поезда и пароходы. Начинается эпоха паровых машин.
Паровой общественный транспорт.
В 1833 году Вальтеру Хэнкоку удалось построить машину не только для себя, но и приносящую пользу людям. Его омнибус под названием Enterprise, принадлежащий компании London and Paddington Steam Carriage Co, курсировал от Лондонской стены до района Паддингтон. Паровое устройство омнибуса состояло из большого двухцилиндрового парового двигателя, который раскручивался до ста оборотов в минуту. В двигатель подавался пар из бойлера под давлением в 6,1 бар.
Омнибус Хэнкока
Максимальную скорость омнибус мог развить до 32 км в час. Запаса хода у него хватало от 16 до 32 километров. Добиться преодоления такого огромного, по тем временам, расстояния позволяли дополнительные резервуары с водой расположенные под пассажирскими сиденьями. Для управления омнибусом нужно было три человека: один отвечал за ускорение и руление, второй за наличие воды в бройлере, а третий за поддержание в этих самих бройлерах нужной температуры и за включение ручного тормоза для контролирования скорости при спусках с холмов.
Омнибус Enterprise
За рулем омнибуса был сам изобретатель Хэнкок. Из-за плохих дорог у инженера от ударов об руль ужасно болели руки. И для того, что бы не держаться постоянно за руль изобретатель придумал специальное устройство: на полу находилась педалька, при нажатии на которую руль фиксировался в одном положении. К такому метод Хэнкок прибегал на прямых участках дороги. Омнибус прекратил ездить по маршруту в 1840 году из-за все тех же плохих дорог и большой конкуренции со стороны извозчиков, которые использовали для перевозки людей лошадиную тягу.
Паровой омнибус доживший до наших дней
Как Геронов шар стал началом развития паровых двигателей, которые изменили мир.
Почти за 1800 лет до начала промышленной революции древний инженер по имени Герон создал первый в мире паровой двигатель.
В давние времена культурная столица Римской империи Александрия, расположенная на средиземноморском побережье Египта, была местом зарождения и развития новых религий. Но именно здесь берет свое начало уникальное изобретение, которое в последующем перевернет мир. Речь идет о паровой машине Герона, созданной в 69 году н.эры.
Спустя почти полвека после правления Цезаря Августа империя приближалась к своему историческому пику, и новые религиозные течения начали проникать на ее территорию площадью 2,2 миллиона квадратных миль.
В городе быстро зарождались разнообразные мистические культы, практиковались новые формы поклонения и даже создавались совершенно новые боги из плавильного котла римских, греческих и египетских верований.
При таком количестве храмов, претендующих на звание истинных проводников божественной сущности, конкуренция за последователей была жесткой
Чтобы выделиться и привлечь внимание, греческие священники обратились к Герону, также известному как «механикос» («человек-машина»), с просьбой о разработке механизмов, демонстрирующих разные небесные и «божественные» явления
Wikipedia
Но грек-вундеркинд не полагался на благосклонность своего пантеона богов для создания невозможного. Вместо этого он использовал науку и инженерию, которые потом выпадут из поля зрения на многие сотни лет.
В древних храмах Герон применил силу гидравлики и пара, создавая поющих птиц, вспышки пламени и движущихся статуй в надежде внушить богобоязненным гражданам религиозный трепет.
В процессе создания таких рукотворных чудес он изобрел нечто, что изменило мир, – эолипил, также известный как Геронов шар или турбина. Это была, по сути, первая в мире паровая машина.
Социально-экономическое влияние паровой машины
Социальное влияние
Внедрение паровых машин ускорило механизацию сельского хозяйства и, как следствие, исход из сельских районов, что, в свою очередь, привело к созданию более квалифицированной рабочей силы, пригодной для использования в промышленном секторе.
Используя количество паровых машин, установленных в 1800 году, в качестве синтетического индикатора технологических изменений и профессиональной статистики для измерения профессиональных навыков, устанавливается положительная корреляция между использованием паровых машин и долей квалифицированных рабочих на уровне округа. Экзогенные вариации в пластах углеродистых пород (содержащих уголь для питания двигателей) показывают, что эффект был причинным.
Хотя технологические изменения стимулировали формирование профессиональных навыков, они оказали в целом нейтральный эффект на формирование начального образования, что отразилось на грамотности и показателях охвата школьным образованием, которые не выросли особенно за это время. Неоднозначное влияние промышленной революции на формирование человеческого капитала подтверждает аргумент о том, что ранняя индустриализация Англии оказала нейтральное влияние на начальное образование, если не повредила ему. Это вызвало недостаточное развитие образования в том смысле, что общество было более заинтересовано в новых возможностях, которые предлагала промышленность, путем стимулирования формирования формальных профессиональных навыков за счет формального образования. Но наблюдаемые эффекты также показывают, что зарождение отрасли стимулировало формирование формальных профессиональных навыков, особенно специфических для отрасли.
Экономическое влияние
Паровые двигатели упростили процессы добычи и производства.
Первый пример — добыча угля. Этот процесс можно было упростить, а его производительность увеличить за счет внедрения паровой машины, которая оказала непосредственное влияние на падение цен на уголь в 17 веке.
На текстильную промышленность также повлиял прогресс, связанный с внедрением парового двигателя, который позволил использовать новые ткацкие станки, которые будут способствовать развитию мастерской. Таким образом, заводы и фабрики значительно разовьются, что приведет к разорению ремесленников и семейных предприятий. Все эти достижения обеспечивают беспрецедентный рост и производительность хлопковой промышленности. В то же время паровая машина все больше и больше развивается в различных отраслях промышленности и постепенно вытесняет гидравлическую энергию.
В металлургии также наблюдается значительный прогресс с внедрением парового двигателя, который позволил внедрить такие инновации, как замена древесины древесным углем при выплавке кокса или, в более общем смысле, в качестве топлива.
