Camgora.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Кто открыл паровой двигатель

Кто открыл паровой двигатель?

Механический динозавр – паровоз, имеет достаточно сил, чтобы развить скорость до 100 миль в час, и для этого ему нужны только вода и уголь. Но в наше время эти механические гиганты вымерли почти во всём мире. Они уже больше не катаются по железным дорогам, но память о них осталась в сердцах людей. Во многих городах они стоят на постаментах в виде памятников, которыми восхищаются туристы.

Для того, чтобы паровоз двигался, он был оснащён паровым двигателем. Создание его стало самой настоящей революцией XVIII – XIX веков. Паровые двигатели стоят в одном ряду с автомобилями, самолётами, телефонами, радио, телевидением, как гениальное изобретение в истории человечества. Паровозы – это настоящее чудо в машиностроении. Так как же они могут работать, выпуская весь этот дым и пар?

Для того, чтобы что-нибудь производить требуется энергия. Она нужна даже для того, чтобы кататься на велосипеде или скейтборде и многое другое. Большая часть энергии, которой мы пользуемся в наши дни, производится из нефтепродуктов. Но так было не всегда. До XX века самым распространённым топливом в мире был уголь. При помощи него двигались паровозы и корабли, а также некоторые первые самолёты, паровой двигатель для которых изобрёл американец Сэмюэль П. Лэнгли, являющийся конкурентом братьев Райт.

Так как же появился паровой двигатель? Он является машиной, сжигающей уголь, для выделения тепловой энергии. Это напоминает огромный самовар, под которым сжигается уголь. От этого закипает вода, и появляется пар. Но этот пар не улетает в небо, как у самовара, а собирается, а затем применяется для работы машины.

Паровой двигатель состоит из четырёх частей: водяного котла, угольной топки, специального поршня и цилиндра, как у велосипедного насоса, и крепежа к поршню. В топке сгорает уголь, нагревающий воду в котле. От кипящей воды выделяется пар, который движется по трубопроводу в цилиндр. Внутри него начинает двигаться поршень то вперёд, то назад. Такое его движение называется возвратно поступательным. Оно нужно для привода. Этот весь механизм прикрепляется к поршню, который может быть где угодно: в заводской машине, водяном насосе, паровозе. Это очень примитивное описание парового двигателя. Конечно же в нём имеется большое количество различных деталей.

Сейчас вы увидите краткую историю парового двигателя. В I веке в Александрии была продемонстрирована вращающаяся сфера на парах. Её назвали эолипилом. Имя мастера — Герон. Это было настоящим чудом. Гораздо позднее, уже в XVI веке, архитектором Джованни Бранкой была использована паровая струя, чтобы привести во вращение лопасти маленького колеса. Это стало преддверием появления паровой турбины, которую разработал сэр Чарльз Парсонс в 1884 году.

В XVII веке голландским физиком Христианом Гюйгенсом был создан первый поршневой двигатель. В нём использовался простой цилиндр и поршень, которые приводил в движение взрывающийся порох. Но его помощник, Дени Папен, считал, что паром будет лучше заставить работать цилиндр и поршень.

В конце XVII века Томас Савери изобрёл водяной насос, работающий от пара. Этому механизму дали название «Шахтёрский друг». Паровой насос Савери был предназначен для откачки воды их шахт. В 1712 году Томасом Ньюкменом была придумана ещё более успешная конструкция парового насоса, чем у Савери. А ещё позднее, в XVIII веке, инженер из Шотландии Джеймс Уатт изобрёл более интересный способ получения паровой энергии. Он усовершенствовал насос Ньюкомена, изменив конструкцию двигателя. В нём было более широкое распространение пара. В конце этого же века английским горным инженером Ричардом Тревитиком была проработана новая версия двигателя Уатта. В новом двигателе использовались пары высокого давления. Это стало преддверием изобретения паровоза. В 1770 году французский военный Николя-Жозеф Кюньо изобретает трёхколёсный трактор с паровым двигателем.

В 1803 году появился на свет двигатель, в котором использовалось несколько цилиндров. Его изобретателем стал Артур Вульф. А ещё через год в Америке Оливером Эвансом был изобретён первый автомобиль, работающий на пару. Этим инженером было построено более 50 моделей таких автомобилей и других механизмов. В 1807 году по реке Гудзон отправился в плавание первый пароход. Его изобретателем стал Роберт Фултон. А уже в 1818 году появился корабль, который смог пересечь Атлантический океан за 27 дней. Его путь был от Нью-Йорка до Ливерпуля.

В 1825 году была построена первая в мире паровая железная дорога. Создателем её стал Джордж Стефенсон. Она была проложена между Стоктоном и Дарлингтоном. Сначала по ней перевозили только грузы. Пассажиры путешествовали в конных экипажах. Впервые паровую энергию для перевозки людей стали использовать Ливерпуль и Манчестерская железная дорога в 30-х годах XIX века. В России в 1833 и 1835 годах были построены первые паровозы. Их создателями являются отец и сын Черепановы. Масса их паровозов составляла около двух с половиной тонн. Для топки Черепановы использовали дрова.

В 1882 году в Нью-Йорке впервые появляется электростанция, которую изобрёл Томас Эдисон. В ней использовались высокоскоростные паровые двигатели, которые питали генераторы. А через два года Чарльзом Парсонсом была разработана паровая турбина для высокоскоростной лодки.

Но в наши дни паровые двигатели стали неэффективны. В них огонь, выделяющий энергию, отделён от цилиндра, превращающего энергию тепла в механическую. Это были двигатели внешнего сгорания, приводящие в движение различные механизмы. Их вытеснили более компактные и эффективные бензиновые двигатели и электричество. Таким образом паровозы и другие паровые машины исчезли из нашей жизни.

Старинные паровые автомобили

Автомобиль также относится к тому виду изобретений, которые появились задолго до начала их широкого применения. Ещё в начале 20 века большинство людей и грузов передвигались на лошадях, а ведь появился первый автомобиль ещё в 18 веке! В этом посте — о истории парового автомобиля, а также фото и видео паровых машин.

Что интересно, первые паровые двигатели и даже прототип двигателя внутреннего сгорания появились ещё в 17 веке. Но никто не пытался приспособить их для того, чтобы создать средство передвижения, точнее, не пошёл дальше проектов и небольших моделей. Первым, кто смог построить настоящее транспортное средство с двигателем, был француз Никола Жозеф Кюньо. Сначала он пытался построить машину самостоятельно, но на это не хватало денег. Наконец, ему повезло — одно из прошений заинтересовало военного министра, и Кюньо были выделены средства. Проектирование и постройка машины заняла 5 лет. В 1769 году Кюньо представил готовый протопип повозки, движимой действием пара. Машина была довольно массивной, весила более 2 тонн и развивала скорость всего 3-4 км/ч. Кроме того, запаса пара хватало всего на 12 минут, после чего под котлом нужно было вновь разводить костёр.

первый автомобиль в мире — паровая машина Кюньо

В следующем году прошли испытания. К сожалению, конструкция машины была не очень удачной, изобретатель решил, что ведущим должно быть переднее колесо, и к нему прикрепил котёл, в результате чего машина была очень плохо управляемой, для того, чтобы ею рулить, нужно было 2 человека. Это сыграло роковую роль — на испытаниях машина врезалась в кирпичную стену, разрушив её, а паровой котёл взорвался. Военное министерство не стало слушать объяснений изобретателя и забраковало проект.

А на этом видео вы можете посмотреть реконструкцию машины Кюньо в действии:

Следующий шаг сделали англичане. Что интересно, Джеймс Уатт, который получил патент на паровой двигатель, сам не стал строить паровые автомобили и другим запрещал. Запрет был снят лишь в 1800 году, когда действие патента закончилось. И уже в 1801 г. Ричард Тревитик представил первый паровой автомобиль, который он назвал «Пыхтящий дьявол». Вскоре он приспособил машину для пассажирских перевозок. В неё помещалось 9 пассажиров, а скорость машины была 13 км/ч — довольно много по тем временам. Машина Тревитика начала возить пассажиров вЛондоне, но однажды перевернулась. Тогда Тревитик переключился с паровых автомобилей на паровозы.

самоходная машина Тревитика (реконструкция)

На этом видео реконструкция первой машины Тревитика:

Но у Тревитика нашлось множество последователей и вскоре разнообразные паровые машины стали колесить по дорогам Англии. Вот, например, паровой омнибус «Ентерпрайз», сконструированный Вальтером Хэнкоком в 1830 году.

Максимальная скорость омнибуса составляла 32 км/ч, запас хода до 32 км. Для управления им были необходимы три человека: один отвечал за ускорение и руление, второй – за наличие воды в бойлере, а третий – за поддержание в бойлерах оптимальной температуры.

Но в Англии нашлось и множество противников прогресса. Владельцам конных экипажей не нравились паровые автомобили, со стороны которых они видели конкуренцию, и в 1856 г. под их давлением английский парламент принял закон, согласно которому паровой автомобиль мог передвигаться со скоростью не свыше 6 км/ч, а впереди паровой повозки должен был ехать всадник с красным флагом, предупреждающий окружающих об опасности. Этот закон значительно повредил развитию автомобилестроения в Англии.

В России новые веяния также с трудом пробивали себе дорогу. В 1834 г. в России прошли испытания первого паровоза, построенного братьями Черепановыми, а в 1836 году Василий Петрович Гурьев, инженер путей сообщения, выпустил книгу, в которой подробно описывал свой проект развития транспорта. В ней он доказывал необходимость постройки специальных дорог и использования на них «сухопутных пароходов», т. е. паровых автомобилей. К сожалению, проекты Гурьева так и не были воплощены в жизнь. Остались не реализованными и проекты самоходного транспорта, такие, как «быстрокат» Янкевича и сухопутные поезда Маевского. Да и уже построенные машины не находили поддержки у правительства и российских капиталистов. Так, в 80-е годы 19 в. русский изобретатель Фёдор Блинов построил паровой гусеничный трактор. Этот трактор успешно прошёл все испытания, получал награды на выставках, но денег на серийное производство тракторов изобретатель так и не нашёл.

гусеничный трактор Блинова (модель)

В Европе же изобретатели находили способы приспособить паровой двигатель для всё новых и новых целей. Например, в 1867 г. Сильвестр Роупер поставил его на велосипед, создав аналог современного мотоцикла. К сожалению, мотоциклетный шлем он не изобрёл и однажды разбился, катаясь на своём изобретении.

паровой велосипед Роупера

Видео с паровым велосипедом (реконструкция):

Ну и напоследок разные фото паровых автомобилей 19го и начала 20 в.

Паровой трактор Хорнсби, был построен в 1910 г. в единственном экземпляре для перевозки угля на Аляске.

Паровой автомобиль «Ракета» братьев Стэнли, мог разгоняться более, чем до 200 км/ч

Видео с выставки паровых тракторов:

Легковые паровые автомобили начала XX века

Технические науки

  • Яковлев Вадим Фридрихович , кандидат наук, доцент, доцент
  • Самарский государственный технический университет
  • ЛЕГКОВОЙ АВТОМОБИЛЬ
  • ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ
  • ПАРОВОЙ КОТЕЛ
  • ПАРОВАЯ МАШИНА

Похожие материалы

  • Лучшие легковые автомобили начала двадцатого века
  • Лучшие легковые автомобили середины двадцатого века
  • Лучшие легковые автомобили конца двадцатого века
  • Что делать при разряде аккумуляторных батарей гибридных автомобилей
  • Разработка рецептуры теста для вареников с добавлением гречневой муки

Люди всегда нуждались в дорожных транспортных средствах с механическим двигателем, чтобы не зависеть от физического состояния тягловых животных. Первыми механическими двигателями, успешно применявшимися на практике, были паровые машины, именно их и устанавливали на автомобили в прошлом.

Сведения для составления настоящего обзора собраны в интернете, на сайтах, посвященных старинным автомобилям, например [1-3], в специальной литературе [4].

Прототипом автомобиля (и паровоза) считается устройство, успешно реализованное французским военным инженером Н.Ж. Кюньо в 1770 году. На рисунке 1 приведена фотография современной действующей копии этого устройства (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41891793).

Рисунок 1. Современная копия машины Кюньо

Кюньо проектировал артиллерийский тягач. Концепт-кар имел габариты 7.25х2.3 м, три колеса, грузоподъемность 5 т, скорость 4 км/час, вес 2.8 т. Котел отапливался дровами, загружаемыми на остановке. Тягач не имел тормозов, и испытания в Париже закончились аварией, автомобиль врезался в стену арсенала [5]. В распоряжении Кюньо еще не было технологий, позволяющих создать надежный автомобиль, пригодный для практического применения.

Паровой двигатель и производственные технологии совершенствовались, что позволило начать в 1890-х годах масштабный выпуск паровых автомобилей для коммерческого и личного использования, в основном в США. Наиболее известными производителями паровых автомобилей были Clark (1895 — 1909 гг.), Locomobile (1899 — 1903 гг.), Stanley (1897 — 1924 гг.).

На рисунках 2 — 5 представлены фотографии некогда популярных паровых автомобилей [1, 3], они восстановлены и используются энтузиастами. У пассажиров и водителей этих элегантных автомобилей уже не было необходимости кидать лопатой в топку парового котла каменный уголь или подбрасывать дрова.

Рисунок 2. Stanley 735B 1918 года. Рисунок 3. Doble D2 1922 года. Рисунок 4. White Model G 1907 года Рисунок 5. Brooks Devon 1924 года

На рубеже ХХ века промышленность развитых стран выпускала электромобили, автомобили с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), паровые автомобили. В период 1898 — 1905 гг. больше всего выпускалось именно паровых автомобилей, например, в 1902 году из 909 вновь зарегистрированных автомобилей в США 485 были паровыми [2]. Только Stanley в 1898 -1906 гг. имел ежегодный объем продаж больший, чем все производители автомобилей с ДВС вместе взятые [1]. С 1906 года лидерами продаж стали электромобили, оттеснив паровые автомобили на второе место.

На рисунке 6 показана упрощенная схема автомобильной силовой установки с паровым двигателем двойного действия. Описание принципа её действия иллюстрируется фотографиями соответствующих узлов широко распространенных автомобилей Stanley [1].

Рисунок 6. Упрощенная схема парового двигателя автомобиля: 1 — водяная помпа, 2 — котел, 3 — дроссель, 4 — педаль газа, 5 — цилиндры, 6 — золотниковый механизм, 7 — кривошипно-шатунный механизм, 8 — конденсатор.

Помпа 1 подает воду в парогенератор (котел) 2. На паровых автомобилях использовались дымогарные котлы с вертикальным расположением нагревательных трубок, по которым проходят раскаленные продукты сгорания топлива, нагревая и испаряя воду (Рис.7). Похожую конструкцию имеет всем знакомый самовар.

Рисунок 7. Паровой котел

Рабочее давление пара в котле автомобиля 28 — 42 кГ/см 2 . Для сравнения: на паровозах нормального давления, например, наиболее распространенных в России серии «О», пар имеет давление до 22 кГ/см 2 , на паровозах повышенного давления — 22-60 кГ/см 2 [6]. Котел расположен под капотом, на 20-ти сильном автомобиле Stanley 735B его диаметр 58.8 см, высота 46.0 см, внутри 750 нагревательных трубок.

На фотографии одного из автомобилей Stanley (Рис.8) виден котел 1, закрытый капотом. Под котлом расположен керосиновый нагреватель 2.

Рисунок 8. Котел с нагревателем на одном из Stanley: 1 — котел, 2 — нагреватель, 3 — сопла основного нагревателя, 4 — паровой двигатель, 5 — шторка фитиля.

Для запуска подогревателя водитель должен отодвинуть защитную шторку 5 и зажечь спичкой в специальном отверстии на нагревателе керосиновый фитиль (как на старых газовых колонках). Фитиль нагревает подаваемый в сопла 3 основного нагревателя керосин до парообразного состояния. На некоторых моделях паровых автомобилей розжиг производился электрически, кнопкой из салона.

Нужно некоторое время, чтобы прогреть силовую установку парового автомобиля. Паровоз с холодной топкой будет готов к поездке не ранее, чем через 5 часов (это называется заправка паровоза [6]). Котел парового автомобиля менее инерционен, для большинства моделей его разогрев занимает от 20 минут до часа. Некоторые производители автомобилей, например, Doble [3], использовали флэш-котлы. Во флэш-котле вода подается и испаряется в спиральном змеевике, размещенном в потоке раскаленных продуктов сгорания топлива. Такие котлы разогреваются за полторы минуты. При низкой тепловой инерционности они требуют тщательного контроля давления и температуры пара, что было затруднительно при доступных в то время технологиях. Флэш-котлы были малонадежны и редко встречались на автомобилях.

Водитель, нажимая на педаль газа 4, на некоторых моделях это ручка на рулевой колонке, управляет количеством пара, подаваемого в цилиндры двигателя 5, с помощью дросселя-клапана 3 (Рис.6).

Рисунок 9. Двигатель Stanley 735B: 1 — цилиндры, 2 — впускной патрубок, 3 — золотниковый механизм, 4 — коленчатый вал с маховиком, 5 — опорная плита, 6 — выпускной патрубок

Паровой двигатель 4 (Рис.8) размещается вблизи ведущих задних колес. На рисунке 9 этот двигатель представлен без защитного кожуха. Пар в цилиндры 1 подается от котла через впускной патрубок 2. Золотниковый механизм 3 управляет впуском и выпуском пара в полости цилиндров. Паровая машина двойного действия, поэтому оба хода поршней — рабочие, их возвратно-поступательное перемещение преобразуется кривошипно-шатунным механизмом (Рис.6, 7) во вращательное движение коленчатого вала 4 и колес. Все блоки двигателя и кожух смонтированы на опорной плите 5.

Отработанный пар через выпускной патрубок (Рис.9, 6) подается в конденсатор (Рис.6, 8), где остывает, конденсируется и помпой подается снова в котел. Конструктивно конденсатор близок автомобильному радиатору. Часть пара безвозвратно уходит в атмосферу, расход воды при этом составляет 23 — 30 л на 100 км пути. Ранние модели паровых автомобилей, такие как на рисунке 8, не оснащались конденсаторами и имели расход воды 117 — 235 л на 100 км пути.

Читать еще:  Окосячка в срубе из бревна

Паровые машины широко применялись на автомобилях на рубеже ХХ века, т.к. обладали преимуществами по отношению к тогдашним двигателям внутреннего сгорания и электромоторам с точки зрения их применения на транспорте.

Паровая машина не нуждается в стартере. Сегодня на автомобилях с ДВС имеется система пуска: стартер, аккумуляторная батарея, коммутационная аппаратура. До 1912 года, пока автомобили с ДВС не начали комплектовать электростартером, пуск двигателя был проблемой. При прокрутке коленчатого вала пусковой рукояткой в случае обратной вспышки можно было получить травму вплоть до перелома руки или челюсти. На первом крупносерийном автомобиле конвейерной сборки Ford T в качестве безопасного варианта пуска двигателя предлагалось прокручивать поднятое домкратом заднее ведущее колесо [7].

В двигателе внутреннего сгорания рабочим является один ход поршня из четырех. В паровой машине двойного действия каждый ход поршня рабочий, поэтому двухцилиндровый паровой двигатель имеет такую же равномерность вращения коленчатого вала, как 8-ми цилиндровый ДВС.

Паровой двигатель обеспечивает необходимый для трогания автомобиля момент на валу при низких оборотах, легко останавливается и запускается водителем, поддерживает старт-стопный режим, нет необходимости использовать коробку передач, сцепление и глушитель.

Автомобиль, независимо от типа двигателя, расходует энергию, полученную извне. В топках паровых автомобилей сжигался керосин, недорогой и доступный, т.к. использовался в любом населенном пункте для освещения и на кухне. Сети заправочных станций для ДВС тогда ещё не было. Аккумуляторные батареи электромобилей заряжались в те годы от электромашинных преобразователей переменного напряжения в постоянное, т.е. двигатель переменного тока подключался к коммунальным электросетям и вращал якорь генератора постоянного тока. Полупроводниковых выпрямителей тогда не было.

В таблице 1 для сравнения приведены технические характеристики двух наиболее продаваемых в своих классах автомобилей на рубеже ХХ века: парового Stanley 735B [1] и бензинового Ford T [7].

Таблица 1. Технические характеристики Stanley 735B и Ford T

Кто изобрёл первую паровую машину ?

Автор: Tyorkin · Опубликовано 6 февраля, 2014 · Обновлено 14 декабря, 2017

История паровых двигателей своими истоками уходит в 1 век н.э., когда Герон Александрийский впервые описал эолипил. Более, чем 1500 лет спустя, в 1551 году османский ученый Такиюддин аш-шами описал примитивные турбины, приводимые в движение паром, а в 1629 году подобное открытие сделал Джованни Бранка. Эти устройства представляли собой паровые вертела для жарки или небольшие передаточные механизмы. В основном, такие конструкции использовали изобретатели для демонстрации мощи пара, и доказательства того, что ее не стоит недооценивать.

В 1700-х годах рудокопы столкнулись с серьезным испытанием — необходимостью выкачки воды из глубоких шахт. На помощь пришла та самая мощь пара. С помощью энергии пара удалось выкачать воду из шахт. Это применение раскрыло потенциальную силу пара и привело к изобретению парового двигателя. Паровые электростанции появились позже. Главный принцип, на котором работают паровые двигатели, заключается в “конденсации водяного пара для создания частичного вакуума”.

Томас Севери и первые промышленные двигатели

Томас Севери первым изобрел паровой насос в 1698 году, он предназначался для выкачки воды. Это изобретение часто называют «огненным двигателем» или двигателем для “подъема воды огнем”. Паровой насос, запатентованный Севери, работал путем кипячения воды до ее полного преобразования в пар. Затем каждая капелька пара подымалась в бак, а в емкости, где изначально была вода, образовывался вакуум. Этот вакуум использовался для выкачки воды с глубинных шахт. Но решение оказалось временным, так как энергии пара хватало только для выкачки воды с глубины в несколько метров. Еще одним недостатком этой конструкции было использование давления пара для выведения воды, всасываемой в бак. Давление было слишком высоким для котлов, что вызвало ряд сильных взрывов.

Машины низкого давления

Высокое потребление угля, свойственное паровым машинам Ньюкомена, сократилось благодаря инновациям Джеймса Ватта. Цилиндр машины низкого давления был оснащен термозащитой, отдельным конденсатором и водоотливным механизмом для конденсированной воды. Таким образом, потребление угля в машинах низкого давления было снижено более, чем на 50%.

Иван Ползунов и первая двухцилиндровая паровая машина

Первым в России паровую машину изобрел Иван Ползунов. Его двухцилиндровая паровая машина была более мощной, чем английские двигатели без наддува. Они достигали мощности 24 кВт. Модель двухцилиндровой паровой машины Ползунова выставлена в музее Барнаула.

Паровая машина Томаса Ньюкомена

В 1712 году Томас Ньюкомен изобрел очень удачную с практической точки зрения паровую машину. Его модель состояла из пистона или цилиндра, который приводил в движение огромную деревянную колоду для запуска водяного насоса. Обратный ход в машине действовал за счет гравитации, которая толкала вниз конец колоды со стороны насоса. Машина Ньюкомена активно использовалась на протяжении 50 лет. Затем ее признали неэффективной, поскольку для активного функционирования требовалось очень много энергии. Нужно было подогревать цилиндр, так как он постоянно остывал, в результате чего сжигалось очень много топлива.

Усовершенствования Джеймса Ватта

Джеймс Ватт совершил настоящую революцию в истории развития паровых машин, внедрив в исходную конструкцию отдельный конденсатор. Он ввел это новшество в 1765 году. Но только спустя 11 лет удалось достичь конструкции, которую можно было бы применять в промышленных масштабах. Самая большая проблема в реализации задумки Ватта состояла в технологии создания огромного пистона для сохранения нужного количества вакуума. Но вскоре технология достигла большого прогресса, и как только патент получил достаточное финансирование, паровая машина Ватта начала активно использоваться на железных дорогах и кораблях. В США более 60 000 автомобилей работали на паровых двигателях с 1897 по 1927 годы.

Машины высокого давления

В 1800 году Ричард Тревитик изобрел паровые машины высокого давления. По сравнению со всеми ранее изобретенными конструкциями паровых машин этот вариант был наиболее мощным. Но по-настоящему успешной стала конструкция, предложенная Оливером Эвансом. В ее основе лежала идея приведения двигателя в движения паром, а не конденсирование пара для создания вакуума. Эванс изобрел первую паровую машину без конденсации, работающую под высоким давлением, в 1805 году. Машина была стационарной и развивала 30 оборотов в минуту. Эта машина первоначально использовалась для приведения в движение пилы. Такие машины поддерживались огромными резервуарами с водой, которая грелась источником тепла, помещенного непосредственно под резервуаром, что позволяло эффективно вырабатывать нужное количество пара.

Вскоре эти паровые машины получили широкое применение в моторных лодках и на железных дорогах, в 1802 и 1829 годах соответственно. Почти полвека спустя появились первые паровые автомобили. Чарлз Алджернон Парсонс в 1880 году изобрел первую паровую турбину. К началу 20 века, паровые двигатели широко использовались в автомобиле- и кораблестроении.

Корнуэльские паровые двигатели

Ричард Треветик попытался усовершенствовать паровой насос, изобретенный Ваттом. Он был видоизменен для использования в корнуэльских котлах, изобретенных Треветиком. Эффективность корнуэльской паровой машины была значительно улучшена Уильямом Симсом, Артуром Вульфом и Сэмюэлем Грузом. Обновленные корнуэльские паровые машины состояли из изолированных труб, двигателя и котлов для повышенной эффективности.

История развития паровых машин

Скачать:

ВложениеРазмер
istoriya_razvitiya_parovykh_turbin.docx162.95 КБ

Предварительный просмотр:

История развития паровых машин

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №3

г. Усмань Липецкой области

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу.

Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном Александрийским в первом столетии. Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таги-аль-Диноме. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 г. итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах. Паровой поток в этих ранних паровых турбинах был не концентрированным, и большая часть его энергии рассеивалась во всех направлениях, что приводило к значительным потерям энергии.

Реальная паровая турбина была изобретена намного позже, в средневековом Египте, арабским философом, астрономом и инженером XVI века Таги-аль-Дином. Он предложил метод вращения вертела посредством потока пара, направляемого на лопасти, закреплённые по ободу колеса. Подобную машину предложил в 1629 г. итальянский инженер Джованни Бранка для вращения цилиндрического анкерного устройства, которое поочерёдно поднимало и отпускало пару пестов в ступах.

Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-ых в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 г. создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре

Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Сейвери в 1698 году.

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты.

В 1769 году шотландский механик Джеймс Уатт (возможно, использовав идеи Гейнсборо) запатентовал первые существенные усовершенствования к вакуумному двигателю Ньюкомена, которые сделали его значительно более эффективным по расходу топлива. Повышение эффективности двигателя Уатта привело к использованию энергии пара в промышленности.

Дальнейшим повышением эффективности было применение пара высокого давления (американец Оливер Эванс и англичанин Ричард Тревитик). Р.Тревитик успешно построил промышленные однотактовые двигатели высокого давления, известные как «корнуэльские двигатели».

Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк).

Схема работы паровой машины Ньюкомена.

– Пар показан лиловым цветом, вода — синим.

– Открытые клапаны показаны зелёным цветом, закрытые — красным

Паровая турбина представляет собой барабан либо серию вращающихся дисков, закрепленных на единой оси, их называют ротором турбины, и серию чередующихся с ними неподвижных дисков, закрепленных на основании, называемых статором. Диски ротора имеют лопатки на внешней стороне, пар подается на эти лопатки и крутит диски. Диски статора имеют аналогичные (в активных, либо подобные в реактивных) лопатки, установленные под противоположным углом, которые служат для перенаправления потока пара на следующие за ними диски ротора. Каждый диск ротора и соответствующий ему диск статора называются ступенью турбины. Количество и размер ступеней каждой турбины подбираются таким образом, чтобы максимально использовать полезную энергию пара той скорости и давления, который в нее подается. Выходящий из турбины отработанный пар поступает в конденсатор. Турбины вращаются с очень высокой скоростью, и поэтому при передаче вращения на другое оборудование обычно используются специальные понижающие трансмиссии. Кроме того, турбины не могут изменять направление своего вращения, и часто требуют дополнительных механизмов реверса (иногда используются дополнительные ступени обратного вращения).

Турбины превращают энергию пара непосредственно во вращение и не требуют дополнительных механизмов преобразования возвратно-поступательного движения во вращение. Кроме того, турбины компактнее возвратно-поступательных машин и имеют постоянное усилие на выходном валу. Поскольку турбины имеют более простую конструкцию, они, как правило, требуют меньшего обслуживания.

Основной сферой применения паровых турбин является выработка электроэнергии (около 86 % мирового производства электроэнергии производится паровыми турбинами), кроме того, они часто используются в качестве судовых двигателей (в том числе на атомных кораблях и подводных лодках). Было также построено некоторое количество паротурбовозов, но они не получили широкого распространения и были быстро вытеснены тепловозами и электровозами.

Значение паровых машин

Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, на паровых судах, тягачах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые машины способствовали широкому распространению коммерческого использования машин на предприятиях и явились энергетической основой промышленной революции XVIII века. Поздние паровые машины были вытеснены двигателями внутреннего сгорания, паровыми турбинами и электромоторами, КПД которых выше.

Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.

Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от дров до урана.

Развитие парового двигателя

Однако дальнейшее развитие парового двигателя требовало экономических условий, в которых разработчики двигателей могли бы воспользоваться их результатами. Таких условий не было ни в античную эпоху, ни в средневековье, ни в эпоху Возрождения. Только в конце 17-го столетия паровые двигатели были созданы как единичные курьёзы. Первая машина была создана испанским изобретателем Йеронимо Аянсом де Бомонт, изобретения которого повлияли на патент Т. Севери (см. ниже). Принцип действия и применение паровых машин было описано также в 1655 г. англичанином Эдвардом Сомерсетом. В 1663 г. он опубликовал проект и установил приводимое в движение паром устройство для подъёма воды на стену Большой башни в замке Реглан (углубления в стене, где двигатель был установлен, были ещё заметны в 19-ом столетии). Однако никто не был готов рисковать деньгами для этой новой революционной концепции, и паровая машина осталась неразработанной. Одним из опытов французского физика и изобретателя Дени Папена было создание вакуума в закрытом цилиндре. В середине 1670-ых в Париже он в сотрудничестве с голландским физиком Гюйгенсом работал над машиной, которая вытесняла воздух из цилиндра путём взрыва пороха в нём. Видя неполноту вакуума, создаваемого при этом, Папен после приезда в Англию в 1680 г. создал вариант такого же цилиндра, в котором получил более полный вакуум с помощью кипящей воды, которая конденсировалась в цилиндре. Таким образом, он смог поднять груз, присоединённый к поршню верёвкой, перекинутой через шкив. Система работала, как демонстрационная модель, но для повторения процесса весь аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Папен быстро понял, что для автоматизации цикла пар должен быть произведён отдельно в котле. Поэтому Папен считается изобретателем парового котла, проложив таким образом путь к паровому двигателю Ньюкомена. Однако конструкцию действующей паровой машины он не предложил. Папен также проектировал лодку, приводимую в движение колесом с реактивной силой в комбинации концепций Таги-аль-Дина и Севери; ему также приписывают изобретение множества важных устройств, например, предохранительного клапана.

Применение на производстве

Ни одно из описанных устройств фактически не было применено как средство решения полезных задач. Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Севери в 1698 году. На своё устройство Севери в 1698 году получил патент. Это был поршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации, так как вследствие высокого давления пара ёмкости и трубопроводы двигателя иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт изобретатель назвал его «другом рудокопа».

Затем английский кузнец Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором Ньюкомен существенно снизил рабочее давление пара. Первым применением двигателя Ньюкомена была откачка воды из глубокой шахты. В шахтном насосе коромысло было связано с тягой, которая спускалась в шахту к камере насоса. Возвратно-поступательные движения тяги передавались поршню насоса, который подавал воду наверх. Именно двигатель Ньюкомена стал первым паровым двигателем, получившим широкое практическое применение, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии. Первая в России двухцилиндровая вакуумная паровая машина была спроектирована механиком И. И. Ползуновым в 1763 году и построена в 1764 году для приведения в действие воздуходувных мехов на Барнаульских Колывано-Воскресенских заводах. Надёжная и безопасная эксплуатация началась только с накоплением опыта и стандартизацией процедур сооружения, эксплуатации и обслуживания оборудования. Французский изобретатель Николас-Йозеф Куньо в 1769 году продемонстрировал первое действующее самоходное паровое транспортное средство: «fardier à vapeur» (паровую телегу). Возможно, его изобретение можно считать первым автомобилем. Самоходный паровой трактор оказался очень полезным в качестве мобильного источника механической энергии, приводившего в движение другие сельскохозяйственные машины: молотилки, прессы и др. В 1788 году пароход, построенный Джоном Фитчем, уже осуществлял регулярное сообщение по реке Делавер между Филадельфией (штат Пенсильвания) и Берлингтоном (штат Нью-Йорк). Он поднимал на борт 30 пассажиров и шёл со скоростью 7—8 миль в час. 21 февраля 1804 года на металлургическом заводе Пенидаррен в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе демонстрировался первый самоходный железнодорожный паровой локомотив, построенный Ричардом Тревитиком.

Паровые машины // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907.

Паровые машины. История, описание и приложение их. 1838 г., СПб.: тип. Эдуарда Праца и Ко. — 234 с.

Брандт А. А. Очерк истории паровой машины и применения паровых двигателей в России, СПб., 1892.

Каким был первый в мире автомобиль

Огромное количество людей не представляют своей жизни без автомобиля. Разработано большое количество двигателей, разные виды подвесок. Для большинства автомобиль стал средством самовыражения: люди занимаются разнообразным тюнингом своих машин. Но редко кто задумывается об истории развития автомобилей, о том, какие цели преследовали изобретатели?

История создания автомобиля

Ответить на вопрос о том, кто же создал первый автомобиль, сложно. Было множество разработок и чертежей, некоторые из ученых не заявляли о своем изобретении. Первые прототипы машин появились в конце XVIII века и были совсем не похожи на те агрегаты, которые сейчас колесят по дорогам общего пользования. Это были несуразные аппараты с очень странным внешним видом.

Первые машины начали набирать популярность в конце XVIII века, в то время наблюдался рост развития паровых двигателей, их мощности хватало для перевозки людей. Затем в 1806 появились самоходные аппараты, работающие на двигателе внутреннего сгорания. Привычные нам машины, работающие на бензиновом ДВС, появились только к концу XIX века: в 1885 году первый автомобиль изобрел Карл Бенц . Электромобили хоть и были, но популярными не стали. Они исчезли из поля зрения вплоть до XX века. Сейчас, когда возникала потребность в транспорте, работающем на альтернативных видах топлива, электромобили снова набирают популярность.

Трехколесный агрегат, разработанный Карлом Бенцом

Автомобили с паровым двигателем

Паровой двигатель — первый агрегат, используемый в автомобилестроении. Автомобили с привычными нам моторами начали производить в конце ХIX века. В России самоходные установки, оснащенные паровыми агрегатами, были изобретены только в начале XIX века.

Первая машина, оснащенная паровым двигателем, была очень популярна. Ее изобрел француз Кюньо в 1769 году. Автомобиль получил название «малая телега Кюньо». Его максимальная скорость составляла всего 4,4 км/ч, а запас хода был всего 1км.

Позже были разработаны такие модели, как «Реверанс» и «Мансель». Их максимальная скорость перевалила за отметку в 30км/ч. Время работы на одном баке было увеличено. Такими автомобилями управляли двое: управляющий рулем назывался водителем, а того, кто топил котел, называли шофером.

После появления двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине, инженеры пытались продвинуть паровые установки. Удалось уменьшить время запуска двигателя, а также поднять его мощность. До 1940 года автомобили, оснащенные паровым двигателем, выпускались заводами США и Европы. Это были микроавтобусы и грузовики, отличающиеся низким уровнем шума и высокой плавностью хода.

Автомобили с двигателем внутреннего сгорания

В 1960 году Этьен Ленуар создал первый двигатель внутреннего сгорания. Его изобретение дало сильнейший толчок автомобилестроению. ДВС обладали высокими мощностными характеристиками, а также их запас хода выгодно отличался от любых аналогов.

Официально создателем первого автомобиля, оснащенного бензиновым двигателем, является Карл Бенц. Агрегат получил название Motorwagen, он был создан в 1885 году. Запатентовали машину только к концу 1886. Это была трехколесная самоходная тележка. Она получила мотор объемом 0,9 литра, мощность мотора была всего 0,9 лошадиных сил. Агрегат весил около 100 килограммов.

Позже моторы подверглись доработке, и их мощность поднялась до 3 л.с. Финальной версией был двигатель объемом 1990 куб. см, его оснастили вертикальным цилиндром, а также реализовали двухклапанный механизм газораспределения. Шасси было очень простым — сварная конструкция из стальных труб. О подвеске говорить и не стоит: спереди простая вилка, сзади ось и два колеса. Сцепления также не было, коробка передач отсутствовала. Автомобиль оснащали ленточным тормозом, который взаимодействовал со шкивом ременной передачи.

Motorwagen — первый запатентованный автомобиль в мире. Назвать его машиной сложно, скорее, это самоходная повозка.

1889 год порадовал всех новым серийным автомобилем. Готлиб Даймлер и господин Майбах наладили производство первой 4-х экипажной повозки. Ее максимальная скорость составляла 16 км/ч. Она также имела внушительный запас хода. Автомобиль представили на Парижской выставке машиностроения.

Господа Даймлер и Бенц создали новую компанию по производству автомобилей, она была названа «Мерседес», в честь дочери Готлиба Даймлера. Первым автомобилем был Merсedes 35hp, его выпуск начался в 1901 году. Мощностные показатели заложены в названии. Планировалось, что машина станет гоночной, но вскоре было решено использовать ее как массовое транспортное средство. Всех поразила максимальная скорость — авто разгонялось до 75 километров в час, а расход топлива был 20 литров на 100 км. Силовая установка была довольно инновационной: 4-х цилиндровый агрегат объемом 5,9 литра. Двигатель имел 8 клапанов, расположенных с боку, их привод осуществлялся с помощью внешнего распредвала. Также автомобиль оснастили 4-х ступенчатой механической коробкой передач. Технические характеристики машины представлены ниже:

Двигатель Mercedes-Benz 35HP 5.9
Типбензиновый
Рабочий объем, куб.см5910
Число и расположение цилиндроврядный, 4-х цилиндровый
Мощность, л.с. при об/мин60 /
Трансмиссия Mercedes-Benz 35HP 5.9
ТипМКПП
Механическая4-ступенчатая
Кузов Mercedes-Benz 35HP 5.9
Количество дверей (мест)(2)
Подвеска Mercedes-Benz 35HP 5.9
Подвескана полуэллиптических рессорах
Тормоза Mercedes-Benz 35HP 5.9
Тормозабарабанные на задних колесах и на трансмиссии
Эксплуатационные показатели Mercedes-Benz 35HP 5.9
Максимальная скорость, км/ч90 (-)

Появление первого автомобиля в России

Первым автомобилем, появившимся в России, был агрегат иностранного производства. Машина была привезена Василием Навороцким в 1891 г. и называлась «Панар-Левассор». Французский аппарат пробудил огромный интерес к автомобилестроению в России.

Затем автомобиль марки Motorwagen появился в Санкт-Петербурге. Он был привезен для личного использования А.Жиргалевым. Являлся первым бензиновым авто в Питере. Данное событие произошло в 1885 году. Москвичи познакомились с самоходными агрегатами только в 1899.

Машину Фрезе и Яковлева принято считать первым российским автомобилем

Проектировка и постройка первого Российского автомобиля происходила на рубеже 80-х годов 19 века. В 1886 известная Санкт-Петербургская компания «Фрезе и Ко» показала свою машину. Это была двухместная повозка, оснащенная бензиновым ДВС.

Сначала было налажено производство кузовов, а затем завод Е.Яковлева запустил серийное производство силовых агрегатов, используемых в данном автомобиле.

Машина практически ничем не отличалась от зарубежных аналогов, однако стоит отметить инновационные решения русских изобретателей:

  • создание складной тканевой крыши;
  • установка резиновых ремней для передачи крутящего момента;
  • реализация передней подвески с помощью рессор.

Мощностные характеристики силовой установки довольно высокие — мощность двигателя составляла 2 лошадиные силы. Автомобиль мог разогнаться до 22 километров в час. Запас хода был огромен — автомобиль мог проехать на одном баке 150 километров.

Электромобили также набирали популярность. Ипполит Романов создал первый российский электрокар. Автомобиль имел максимальную скорость 37 километрам в час. Его вес составлял всего 750кг, к слову, половину весил только аккумулятор. К сожалению, автомобиль был одноразовым: запас хода составлял всего 65 километров. В серийное производство машина так и не поступила.

Самым популярным русским автомобилем начала XX века был «Руссо-Балт К12». Его производство началось в 1908 году. Серийное производство было налажено в Питере и Риге. Выпуск автомобилей был остановлен в 1926 г. Основные части двигателей отливались из алюминиевого сплава. Максимальная мощность силовой установки составляла 20 лошадиных сил, чего вполне хватало для передвижения 4-х человек. Мотор оборудован сифонной системой охлаждения. Коробка передач была установлена отдельно от движка, она соединялась с колесами с помощью кардана. Машина была очень тяжелой — ее вес составлял 1,2 тонны.

Руссо-Балт К12/20 оснащен двигателем, мощность которого составляет 20 лошадиных сил. Это полноценный автомобиль, он выгодно отличается наличием тканевой крыши

Технические характеристики автомобиля:

  • мотор – рядный, 4-х цилиндровый, 2,2-литровый, с нижним расположением клапанов;
  • мощность – 12 лошадиных сил на 1500 оборотах;
  • КПП – механическая, на три ступени;
  • рама – лонжеронная;
  • тормоза – барабанные, задние;
  • подвеска – рессорная, зависимая;
  • максимальная скорость – 50 км/ч;
  • кузов – открытый, 4-х местный.

Активное развитие автомобилестроения началось в 30-40х годах XX века. Тогда были созданы легендарные машины, которые и положили начало эпохи автомобильного транспорта. Стоит отметить заслуги изобретателей: если бы не их разработки, возможно, сейчас не было бы тех автомобилей, которые мы эксплуатируем каждый день.

Первые паровые машины в мире: истории их изобретения

Паровая машина стала первым механическим двигателем, для которого нашлось широкое практическое применение. Первые поршневые паровые машины начали вначале применяться на фабричном производстве, а позднее их смогли соединить с колёсами и получить самодвижущиеся машины:

  • пароходы;
  • паровозы;
  • тракторы;
  • автомобили.

История изобретения паровой машины

Основной принцип действия любой паровой машины заключается в том, что энергия горячего пара преобразуется в механическую энергию, которая может быть:

  • возвратно-поступательной;
  • вращательной.

А полученная механическая энергия может уже использоваться для полезных целей. Принцип работы паровой машины был понятен ещё древним грекам, но в тёмные века люди о нём прочно забыли. Вновь интерес к этой проблеме возродился только в 17-м веке. Итальянец Джованни Бранка в 1629 году предложил модель собственной паровой турбины. Но из-за недопустимо больших потерь энергии эта первая паровая машина в мире практического применения не нашла.

Паровая машина Дени Папена

Этот француз — медик по образованию, переехал в 1675 году в Англию, где отметился целым рядом изобретений. Так, им изобретён «папенов котёл» — прообраз современной пароварки. Папен смог заметить взаимосвязь между ростом давления и температуры кипения жидкости. Он смог соорудить герметичный котёл, где поддерживалось повышенное давление. В результате этого вода в нём закипала при повышенной температуре, а продукты стало возможно готовить при температуре выше 100 градусов, что ускоряло процесс приготовления пищи.

Накануне переезда в Туманный Альбион Папен изобрёл пороховой двигатель. Сгорающий в цилиндре порох толкал поршень. Образовавшиеся пороховые газы удалялись через клапан, а оставшиеся остывали, благодаря чему в цилиндре возникало лёгкое разрежение, и давление атмосферы возвращало на место поршень.

По подобному же принципу Папен создал в 1698 году аналогичный двигатель, но уже на воде. Это фактически была первая паровая машина.

Несмотря на то, что сама идея сулила немалые выгоды, своему автору она дивидендов не принесла. Дело в том, что несколько раньше Сейвери (английский механик) запатентовал свой паровой насос, что было на тот момент единственным способом применения для паровой машины. Так вышло, что изобретатель первой паровой машины Дени Папен умер в 1714 году в Лондоне, будучи бедным и одиноким.

Машина Томаса Ньюкомена

Больших барышей смог добиться этот предприимчивый англичанин. Ему было 35 лет, когда создавалась машина Папена. Ньюкомен тщательно изучил наследие Папена и Сейвери и отметил недостатки обеих моделей, а сильные идеи взял на вооружение. Сотрудничая со специалистом по водопроводам и стеклу Д. Калли, Ньюкомен создал к 1712 году первую свою модель, продолжив историю создания паровых машин. Её принципиальная работа выглядела так:

  • в конструкции был вертикальный цилиндр с поршнем (от Папена);
  • пар генерировался в отдельном котле, который действовал по принципу изобретения Сэйвери;
  • герметичность паровому цилиндру обеспечивала обтягивающая поршень кожа.

Нагнетая давление, устройство Ньюкомена поднимало из шахт воду. Но оно было очень громоздкое и чрезвычайно прожорливое на уголь. Но эти недостатки не помешали полувековой эксплуатации данного изобретения на шахтах. Благодаря нему стало возможно реанимировать ранее заброшенные из-за подтопления грунтовой водой шахты. Но поскольку его машина была компиляцией ранних изобретений, то Ньюкомен патента на неё получить не смог.

Машина Уатта

Решающий шаг смог сделать британец Джеймс Уатт, благодаря усилиям которого появилась достаточно мощная и компактная первая поршневая паровая машина. Будучи механиком университета Глазго, Уатт в 1763 году взялся за починку паровой машины Ньюкомена. В процессе ремонта он придумал способ сокращения её прожорливости — её цилиндр нужно было поддерживать в нагретом состоянии.

Но требовалось решить ещё проблему конденсации пара. Решение он уловил, проходя мимо прачечных, из-под крышек котлов которых валили пар. Он сообразил, что пар является газом, который и следует запустить в цилиндр с пониженным давлением. Он добился герметичности системы поршень-цилиндр путём обмотки первого промасленной пеньковой верёвкой, после чего стал возможным отказ от атмосферного давления — заметный шаг вперёд.

В 1769 году Уатт запатентовал паровую машину, в которой температура пара и важнейших деталей была одинаковой.

Видео о первой паровой машине Джеймса Уатта

Но в жизни Уатту везло меньше, и патент ему пришлось заложить за долги. Через 3 года он познакомился с богатым промышленником Мэттью Болтоном, который выкупил для Уатта его патенты. Под его опекой Уатт вернулся к работе. Уже в 1773 году новая модель Уатта на испытаниях продемонстрировала гораздо меньшее потребление угля, чем требовали её предшественники. А ещё через год Англия начала промышленный выпуск машин Уатта. В 1781 году Уатт запатентовал паровую машину, которая приводила в действие промышленные станки. Ещё чуть позднее эти же технологии стали использоваться для движения пароходов и поездов, что станет подлинной технической революцией.

Паровая машина Ползунова

Нам не менее дорог Иван Ползунов — русский изобретатель первой паровой машины, которая была способна приводить в действие многие рабочие механизмы. Причём, сделал он это изобретение раньше Уайта — в 1763 году, работая на алтайских горнорудных заводах. Он ознакомил со своим проектом начальника заводов, а тот получил из столицы добро на сборку агрегата. Ползунову приказали построить большую машину.

Эта работа заняла 21 месяц, но когда она была почти готова, болевший чахоткой изобретатель умер, не дожив нескольких дней до её первых испытаний. Паровая машина Ползунова могла работать беспрерывно и в автоматическом режиме. Это было доказано в результате испытаний, проведённых в 1766 году учениками Ползунова. А через месяц машина уже начала трудиться, не только окупив все затраты на своё создание, но и принеся владельцам прибыль.

История паровых автомобилей в России.Часть I

Всем привет, с вами канал PRO Технику! Сегодня я подробно рассмотрю историю парового автомобилестроения в Российской империи! Приятного просмотра!

Первые идеи создания «самодвижущегося экипажа», не использующего тягловую силу лошадей и быков, возникли в далёком XVIII веке. Они быстро распространились по всему миру, взбудоражив сердца и умы сотен людей.

На бескрайних просторах Российской империи тоже нашлись люди, которые всерьёз заинтересовались этой темой. Нельзя точно сказать, кто из русских умельцев первым изобрёл прототип самодвижущегося экипажа, ведь с тех пор прошло очень много времени. Нам лишь известно, что в 1752 году в Санкт-Петербурге крестьянин механик-самоучка Леонтий Лукьянович Шамшуренков собрал и продемонстрировал перед широкой публикой «самобеглую коляску», которая очень понравилась императрице Елизавете Петровне. Самобеглая коляска Шамшуренкова управлялась двумя водителями, которые должны были вращать ворот, запускающий привод и приводящий в действие колёса. Коляска могла одновременно увезти двоих пассажиров, которые размещались в отдельно отгороженном отсеке. Экипаж двигался со скоростью 15 км/ч. К сожалению, гениальное устройство отдали придворным для развлечений.

В 1791 году знаменитый мастер-самоучка Иван Петрович Кулибин разработал собственный самодвижущийся экипаж. Это изобретение получило название «Самокатка Кулибина». Двигалась она посредством попеременного нажатия на педали человеком. В экипаж помещалось двое пассажиров, которые без труда могли комфортно разместиться в мягких креслах.

В «Самокатке Кулибина» использовались детали и узлы, присутствующие на современных автомобилях: коробка передач, сцепление, маховик, тормоза и подшипники качения. Человек, нажимающий на педали, мог отдыхать на ходу, ведь благодаря маховику и сцеплению, экипаж некоторое время мог ехать по инерции. Самодвижущаяся коляска могла разгоняться до 16 км/ч. Несмотря на такую высокую по тем временам скорость, коляска двигалась довольно плавно.

Изобретение парового двигателя.

В XIX веке с изобретением паровой машины возникли новые идеи четырёхколёсного транспорта для перевозки людей и грузов. И снова русские изобретатели не остались в стороне, поддержав новое направление своими разработками.

Так, в сентябре 1830 года был разработан проект первого российского парового автомобиля. Изобретателем этого транспортного средства стал талантливый столичный лафетных дел мастер Казимир Янкевич.

Сам конструктор планировал, что его изобретение поможет наладить регулярные пассажирские и грузовые перевозки между крупными городами империи.

На тот момент это являлось первостепенной задачей, в следствие ускоренного развития предпринимательства и усиления торговых и экономических связей между регионами огромной страны.

В 1863 году русский изобретатель Авксентий Врадий разработал паровой самоход повышенной проходимости, получивший название «Паровоз для езды по обыкновенным дорогам». Этот агрегат имел все четыре ведущих колеса и его можно назвать прототипом современных полноприводных автомобилей. Однако было ли налажено производство таких самоходов, к сожалению, неизвестно.

В 1873 году на Мальцевском заводе в Калужской губернии специалисты завода изучили конструкцию английского колёсного тягача фирмы «Эвелин-Портер» и создали свою более усовершенствованную модель машины. Мощность двигателя этого «русского англичанина» составляла 10 л.с., и приспособлен он был для топки дровами, а не углём. Всего было построено семь таких машин, которые были способны везти до десяти платформ с грузом 16 тонн. Скорость гружёного тягача составляла 6 км/ч, а пустого — 8 км/ч.

Переход на новые лошадки.

Изобретение паровой машины изменило ход истории человечества, открыв всему миру новые возможности. Отныне залог успеха и процветания государства зависел от того насколько современной и технически оснащённой являлась его промышленность. Процесс индустриализации в западноевропейских странах и США с каждым днём всё более набирал обороты. Значение паровой машины в это время невозможно переоценить. Паровой двигатель упростил производство товаров, добычу и переработку сырья, выработку электроэнергии. Паровой двигатель с лёгкостью мог бы стать двигателем и транспортного прогресса. К большому сожалению этого не произошло, ввиду того, что правящие круги, знать, сановники, предприниматели и банкиры XIX века не видели дальнейших перспектив развития паровых автомобилей, считая разработки Кюньо, Кулибина, Тревитика и многих других изобретателей бессмысленным, да к тому же ещё и весьма затратным занятием, ведь собрать даже один экземпляр стоило немалых денег. А про создание отдельной автоиндустрии вообще можно и не говорить. Богачи не хотели вкладывать деньги в развитие автомобилестроения − уж слишком размытым им казался конечный итог. Поэтому автомобили на паровой тяге собирались «в домашних условиях», на деньги самих конструкторов, нередко, на последние деньги. Общество не поддержало прогрессивные идеи своих талантливых современников, которые зачастую умирали в нищете, позабытые всеми.

Помимо всего прочего у паровых автомобилей появился сильный конкурент в лице бензиновых. Тяжелые и громоздкие паровые установки не давали возможности построить простую и компактную машину. Необходимо было создать мощный, быстроходный и легкий двигатель. Таким источником мощности стал двигатель внутреннего сгорания, или ДВС.

Эпоха пара в истории автомобилестроения

Из нашего короткого рассказа видна связь между деталями и механизмами экипажей, самокаток, велосипедов. Но, достигнув известного совершенства, велосипед, например, стал развиваться самостоятельно.

Другой пример: во второй половине XVIII века паровую машину одновременно попытались установить на безрельсовую повозку, применить на рельсовом и водном транспорте; некоторое время паровые автомобили развивались параллельно с локомотивами, потом — с бензиновыми автомобилями, конкурируя и вместе с тем помогая друг другу.

Первый паровой автомобиль – телега Кюньо

Первым практически действовавшим паровым автомобилем считается «паровая телега» француза Никола-Жозефа Кюньо (1715—1804). Он хотел создать мощную тяговую силу для артиллерийских орудий и перевозки снарядов.

Телегу изготовили в 1769 г. в мастерских парижского арсенала, где привыкли к очень прочным и потому тяжелым повозкам с толстыми листами железа, медными втулками, дубовыми брусьями, крупными болтами и заклепками. Материалы и орудия производства наложили свой отпечаток на конструкцию телеги: она весила целую тонну, столько же пришлось на воду и топливо, еще столько же на долю самой паровой машины.

Платформа для грузов крепилась к дубовой раме телеги. Рама опиралась на заднюю ось с колесами артиллерийского типа. Единственное, как и у самокатки Кулибина, переднее колесо с шипами для лучшего сцепления с дорогой могло поворачиваться на подрамнике-вилке и шкворне. С управлением телегой еле справлялись два человека. Перевозя до 3 т груза, телега передвигалась со скоростью пешехода — 2—4 км/ч.

Кюньо обратился опять-таки к экипажной практике: лошадь находится впереди экипажа и тянет его за переднюю ось, значит, и машину следует поставить вперед и осуществить передачу на переднее колесо. Но тут трудность: шток паровой машины перемещается в плоскости, параллельной плоскости колеса. Если закрепить двигатель на платформе телеги, то ось колеса нельзя будет поворачивать. И Кюньо смонтировал всю паровую машину на колесе, тогда машина стала отклоняться на вилке влево или вправо вместе с колесом. Котел, как горшок на ухвате, висит впереди телеги.

Две лошадиные силы, которые развивала машина, давались нелегко. Несмотря на большой объем котла, давление пара быстро падало. Чтобы поддерживать давление, через каждые четверть часа приходилось останавливаться и разжигать топку. Эта процедура отнимала столько же времени, сколько перед этим длилась поездка.

Однажды, совершая испытательную поездку, Кюньо и кочегар не справились с управлением. Телега сделала слишком крутой поворот. Котел упал с «ухвата» и взорвался, как писали тогдашние газеты, «с грохотом на весь Париж». Кюньо построил еще одну телегу, но она, как и первая, не нашла практического применения. Однако все увидели, что механическая повозка — не фантазия.

К счастью, телегу Кюньо не постигла участь многих подобных технических новинок, она не сгнила и не заржавела на свалке. Телегу сдали в учрежденное в 1794 году «хранилище машин, инструментов, моделей, рисунков, описаний и книг по всем видам искусств и ремесел» как очередную механическую диковину. Позднее она станет «гвоздем» музея, а ее изображение — эмблемой французского общества автомобильных инженеров. На родине Кюньо, в Лотарингии, ему поставят памятник. Двухсотлетие «телеги» торжественно отмечено в 1969 году.

Развитие безрельсового парового транспорта

В начале XIX века возникли и получили развитие железные дороги. Но они не могли проникнуть повсюду. Им помогал гужевой транспорт. Поэтому появилось множество конструкций безрельсовых паровых повозок, больше всего в Англии, где паровые машины, так же как и ткацкие станки, были основой промышленного переворота.

Мощность экипажных паровых машин уже увеличили в 8—10 раз по сравнению с машиной Кюньо, уменьшили их размеры и расход топлива. Машину располагали, как правило, сзади повозки. Шток, передающий движения поршня храповику на оси колес, заменили качающимся шатуном. Сложился так называемый кривошипный механизм, почти полностью перешедший впоследствии на автомобильный двигатель.

Однако развитие безрельсового парового транспорта в отличие от железнодорожного шло далеко не гладко. То некий пастор заподозрил изобретателя Уильяма Мердока в общении с нечистой силой, и Мердок оставил опыты с повозкой. То изобретатель паровой машины Джемс Уатт обвинил своего бывшего сотрудника Ричарда Тревисика в краже идей фирмы «Болтон и Уатт» и пытался провести в парламенте закон о запрещении «опасных» паровых экипажей… К счастью, старания Уатта не увенчались успехом. Но Тревисик все же вынужден был прекратить работу над повозкой по другой причине: дороги, даже в окрестностях Лондона, были таковы, что приходилось расчищать трассу для повозки — убирать огромные камни, поваленные деревья. Расходы по работам с повозкой разорили Тревисика, и он умер в нищете. Только в 20— 30-х годах XIX века, после некоторого улучшения дорог, паровые повозки вновь появились.

АВТОМОБИЛЮ С ДВИГАТЕЛЕМ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПРЕДШЕСТВОВАЛИ ПАРОВЫЕ ПОВОЗКИ; НА НИХ ОПРОБОВАНЫ АГРЕГАТЫ БУДУЩЕГО АВТОМОБИЛЯ, КРОМЕ ДВИГАТЕЛЯ. ИЗ-ЗА ГРОМОЗДКОСТИ ПАРОВОЙ МАШИНЫ ЕЕ ПРИМЕНЯЛИ В ОСНОВНОМ ЛИШЬ НА ОМНИБУСАХ И ГРУЗОВЫХ ПОВОЗКАХ, НЕСМОТРЯ НА ОТДЕЛЬНЫЕ УСПЕХИ ПАРОВИКОВ В ПРОБЕГАХ (ДЕ-ДИОН) И ДАЖЕ В УСТАНОВЛЕНИИ РЕКОРДОВ СКОРОСТИ (СЕРПОЛЛЕ. СТЕНЛИ)

Четыре «паровика» Голдсуорси Гэрнея совершали регулярные рейсы и наездили в 1831 году 6 тыс. км (напомним, что это примерно в 7 раз меньше годового пробега четырех конных дилижансов). Более успешно организовал движение паровых дилижансов Уолтер Хэнкок. Правда, рейс длиной 120 км длился около 12 ч, из которых ходовых было только 7—8 ч. Остальное время уходило на заправку водой. Потом догадались прицепить к дилижансу тендер с водой и коксом. Хэнкок использовал высокое давление пара в котле и применил цепную передачу от коленчатого вала машины к колесам. Девять 15-местных повозок Хэнкока совершили около 700 рейсов и наездили 7 тыс. км со скоростью до 30 км/ч.

Война за влияние на дорогах

После того как паровые дилижансы начали понемногу справляться с дорогой, возникло новое препятствие. Их владельцам приходилось платить пошлины в 8—9 раз большие, чем платили за конный дилижанс: и за число мест в дилижансе, и за мощность машины, и за число колес. А колес было много из-за того, что тогда еще не нашли хорошего способа управления повозкой и снабжали ее «гайдом» — поворотной двухколесной тележкой, выдвинутой вперед на длинном дышле. Повозка становилась шестиколесной; к ней нередко прицепляли два-три вагончика, и число колес еще возрастало.

Владельцы конного почтового транспорта, для которых паровые автомобили были опасными соперниками, убедили парламент в том, что тяжелые машины портят дороги. Налог на паровые дилижансы был еще увеличен. Но этого оказалось недостаточно, чтобы уничтожить их. Тогда подкупили журналистов, чтобы они поносили паровой транспорт. Заметки о пустяковых происшествиях с паровыми дилижансами раздувались в погромные статьи. Атака возымела действие, тем более что она совпала с идеями луддитов (разрушителей машин), которые считали, что в бедствиях английского пролетариата виновна техника. Жители провинции, подстрекаемые врагами автомобиля, заваливали дороги бревнами и рухлядью, забрасывали пассажиров камнями. Путешествие на паровом дилижансе становилось опасным. Последовал еще один удар: извозопромышленники добились издания «Закона о дорожных локомотивах», который приравнивал скорость — главное преимущество паровых дилижансов — к конным 16 км/ч. Но и этот удар не был для паровиков смертельным. И вот в 1865 году, когда железные дороги уже покрыли всю Англию, их владельцы совместно с извозопромышленниками настояли на дополнениях к «Закону»: дорожные локомотивы должны передвигаться со скоростью 6,5 км/ч на загородных дорогах и еще вдвое медленнее в населенных пунктах, перед локомотивом должен идти человек с флажком, чтобы предупреждать прохожих и проезжих о приближающейся опасности, помогать встречным возницам в усмирении испуганных лошадей; кроме машиниста, на локомотиве должен находиться кочегар. Закон был смягчен только в 1878 году и отменен в 1896-м, когда на Европейском континенте уже ездили сотни бензиновых автомобилей.

Так в Англии был уничтожен зародившийся вид транспорта — паровые дилижансы. А паровозы беспрепятственно, с выгодой для их владельцев, катились по рельсам; к тому же и паровозы, и вагоны, и рельсы принадлежали одному владельцу.

Паромобили Франции

На какое-то время паровые автомобили возродились во Франции. Их двигатели уже были оснащены керосиновыми горелками вместо угольных топок, не нуждались в тяжелом запасе угля и долгом разогреве, стали более легкими и мощными. Леон Серполле (1858—1907) заменил котел длинной многократно изогнутой трубой — змеевиком. Запас воды мог быть уменьшен, змеевик быстро разогревался, непрерывно образовывалось необходимое для работы машины количество пара (без его скопления, которое иногда приводило к взрывам котлов). На паровых повозках начали применять эластичные шины, рулевую «трапецию», механизм для вращения колес одной оси с различными оборотами — дифференциал, цепной и даже карданный привод от паровой машины к ведущим колесам. Карданный привод состоял из вала с шарнирами на концах. Один конец был соединен с валом паровой машины, другой — с шестернями главной передачи задней оси. Шарниры обеспечивали передачу вращения от закрепленной на раме паровой машины к оси, колеблющейся на рессорах (карданный шарнир, названный по имени его изобретателя итальянца Джероламо Кардано (XVI век), заимствован им от устройства для установки компаса на кораблях: корабль качается на волнах, а компас остается в одном — горизонтальном — положении).

1 – ПАРОВАЯ МАШИНА; 2 – ВАЛ; 3 – ГЛАВНАЯ ПЕРЕДАЧА; 4 – ЦЕПЬ; 5 – КОТЕЛ И ТОПКА; 6 – БАК ДЛЯ ВОДЫ; 7 – РУЛЕВАЯ ТРАПЕЦИЯ; 8 – ТОРМОЗ

Все описанные выше механизмы находим в конструкциях Амедея Болле (1844—1917) и его старшего сына, тоже Амедея. Мужчины семьи Болле из поколения в поколение занимались литьем колоколов. Это ремесло привело пытливого Болле-отца к изучению технологии металлов, а затем и устройству различных машин. В XIX веке наиболее действенной технической школой служили Всемирные выставки в Париже. На выставке 1867 года двадцатидвухлетнего А. Болле поразили велосипеды и паровые омнибусы. У него зародилась идея создать паровую повозку личного пользования, которая «предоставила бы удобства велосипеда людям пожилым и далеким от спорта». Причем создать не паровоз без рельсов и не конный экипаж с приспособленной к нему паровой машиной, а принципиально новое транспортное средство.

Франко-прусская война отодвинула реализацию замысла, но в 1875 году «Послушная» — первое паровое детище Болле — была продемонстрирована в Париже. Имея общую массу 5 т, она расходовала 2,5 кг угля и 14 л воды на 1 км пробега, развивала скорость до 25 км/ч — показатели в 1,5—2 раза лучшие, чем у английских паровых омнибусов. «Послушная» восхищала посетителей выставки, но и отпугивала их своей необычной внешностью — отсутствием крыльев над колесами.

Болле продолжал совершенствовать конструкцию, придал повозке более традиционный вид. Его модель 80-х годов («Новая») имела еще более высокие показатели: масса 3,5 т, расход угля 1,5 кг и воды 7 л на километр, скорость 38 км/ч. «Новая» уже могла состязаться с только что появившимися бензиновыми автомобилями. Если не принимать во внимание паровой двигатель, то повозки Болле гораздо больше похожи по своей компоновке на будущий «классический» автомобиль, чем первые бензиновые «безлошадные экипажи», официально считающиеся автомобилями. В повозках Болле предвосхищены даже такие конструктивные элементы, как независимая подвеска колес и металлический кузов, получившие распространение на автомобилях лишь в 30-х годах XX века. Обоих Болле отличает постоянство — они до конца своих дней остались верны и паровому автомобилю, и… литью колоколов.

Управление паровым автомобилем

Все же, несмотря на усовершенствования, паровые автомобили второй половины XIX века оставались весьма неудобными для эксплуатации. Машинисту нужны были почти такие же знания и сноровка, как его коллегам на железной дороге.

Один только старт парового автомобиля требовал большой ловкости и отнимал много времени. Запалив (хорошо если в безветренную погоду) пусковую горелку, нужно было отрегулировать подачу горючего и воздуха; прислушиваться, когда появится жужжание — признак испарения горючего, бульканье кипящей воды и свист пара. Потом следовало проверить давление пара при помощи стеклянной трубки, установленной на кронштейнах сбоку автомобиля. Когда по недосмотру машиниста давление в котле чрезмерно повышалось, трубка лопалась, извергала поток горячей воды; тогда водителю приходилось гасить горелку, ждать, пока машина остынет, вставлять новую трубку, доливать в котел воды и возобновлять церемонию зажигания. Между прочим, первое зеркало заднего вида появилось на американском паровом автомобиле марки «Локомобиль» для наблюдения не за дорогой, а за трубкой (!).

В пути машинист должен был следить за уровнем воды в котле, добавлять воду перед подъемами, а при спусках, пока машина работала вхолостую, накапливать пар, подкачивать велосипедным насосом воздух и топливо к горелке. Опасаясь пожара, автомобилисты присоединяли к котлу шланг, при необходимости служивший брандспойтом. Через каждые 30— 40 км нужно было заправлять котел, смазывать кривошипный механизм и другие части, время от времени удалять накипь, чистить горелку.

Заканчивая поездку, нельзя было просто поставить машину в гараж, заглушить двигатель и уйти домой. Машинист задувал главную горелку, выпускал часть воды из котла и снова заполнял его. Пусковую горелку оставляли горящей до утра, чтобы не мучиться снова с зажиганием.

Паровая машина была недостаточно надежна и практически недоступна для массового потребителя, но все же она сыграла важную роль в развитии автомобильной техники. Была доказана сама возможность механического передвижения, опробованы и усовершенствованы механизмы будущего автомобиля. От паровых автомобилей осталось и слово «шофер» (его раньше писали через два «ф»), что по-французски означает «кочегар». И хотя давно нет на автомобиле котла и топки, водителя и по сей день называют шофером.

К началу «автомобильного века» процветал железнодорожный транспорт, а механизированный безрельсовый отсутствовал. И это в обстановке, когда в кругах промышленников, коммерсантов, крупных землевладельцев, врачей, адвокатов личный транспорт приобретал все большее значение. Им приходилось довольствоваться все той же легкой конной коляской, а людям профессий «помельче» — «новорожденным» велосипедом. Тем самым еще до изобретения практически пригодного автомобиля определилось деление безрельсового транспорта на общественный и личный; если для первого еще годился паровой автомобиль, то для второго не было достойной замены конного экипажа, не существовало легкого, мощного, простой в обращении и всегда готового к действию двигателя.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector