Историята на изобретението на парните машини. Създаване на парна машина

Възможностите за използване на енергията от пара бяха известни в началото на нашата ера. Това се потвърждава от устройството, наречено Героновски еолипил, създадено от древногръцкия механик Херон от Александрия. Древното изобретение може да се припише на парна турбина, чиято топка се върти поради силата на струи от водни пари.

Адаптирането на пара за двигателя стана възможно през XVII век. Това изобретение не се използва дълго, но е допринесло значително за развитието на човечеството. В допълнение, историята на изобретението на парните двигатели е много вълнуваща.

понятие

Паровият двигател се състои от външен топлинен двигател, който от енергията на водната пара създава механично движение на буталото, което от своя страна върти вала. Мощността на парния двигател обикновено се измерва във ватове.

История на изобретението

Историята на изобретението на парните машини е свързана със знанието на древната гръцка цивилизация. Дълго време никой не използвал произведенията от тази епоха. През XVI век е направен опит за създаване на парна турбина. Тук е работил турски физик и инженер Такиуддин аш-Шами в Египет.

Интересът към този проблем се появи отново през XVII век. През 1629 г. Джовани Бранка предлага собствена версия на парна турбина. Изобретението обаче загуби голямо количество енергия. По-нататъшното развитие изисква подходящи икономически условия, които ще се появят по-късно.

Първият, който е изобретил парния двигател, е Денис Папен. Изобретението е цилиндър с бутало, издигащо се поради пара и спускане в резултат на неговата кондензация. Същият принцип на действие имаше устройствата на Севери и Нюкомен (1705). Оборудването, използвано за изпомпване на вода от изработването на минерали.

Устройството най-накрая бе подобрено от Watt през 1769 година.

Изобретения Денис Папен

Денис Папен беше лекар по време на обучението. Роден във Франция, през 1675 г. се премества в Англия. Той е известен с многото си изобретения. Една от тях е тенджера под налягане, наречена "Папен котел".

Той успя да определи връзката между двете явления, а именно точката на кипене на течността (водата) и появяващото се налягане. Поради това той създава запечатан котел, в който се увеличава налягането, поради което водата започва да кипи по-късно от обичайното и температурата на обработката на поставените в нея продукти се увеличава. По този начин се увеличава скоростта на готвене.

През 1674 г. медицинският изобретател създал прахообразен двигател. Неговата работа беше, че когато прахът се запали, буталото се движеше в цилиндъра. В цилиндъра се образува слаб вакуум и атмосферното налягане връща буталото на мястото му. Газообразните елементи, образувани в този процес, излизат през клапана, а останалите се охлаждат.

До 1698 г. Папен успява да създаде агрегат на същия принцип, като работи не на барут, а на вода. Така беше създаден първият парна машина. Въпреки значителния напредък, който може да доведе до идеята, той не донесе значителни ползи за неговия изобретател. Това се дължи на факта, че преди това различен механик, Сейвър, вече е патентовал помпена помпа и все още не е изобретил друга употреба за такива устройства.

Денис Папен умира в Лондон през 1714 г. Въпреки факта, че първият парна машина е изобретен от него, той напуска този свят в нужда и самота.

Изобретения на Томас Нюкомън

По-успешен по отношение на дивидентите беше англичанинът Нюкомън. Когато Папен създал колата си, Томас бил на 35 години. Той внимателно проучи работата на Савери и Папен и успя да разбере недостатъците на двете структури. От тях той взе всички най-добри идеи.

Още през 1712 г., в сътрудничество с майстора по стъклата и водоснабдяването Джон Кали, той създава първия си модел. Така продължи историята на изобретението на парните машини.

Можете да обясните накратко създадения модел, както следва:

• Дизайнът съчетава в себе си вертикален цилиндър и бутало, както в Papen.
• Създаването на пара се проведе в отделен бойлер, който работеше на принципа на машината на Савери.
• Плътността на парния цилиндър се постига чрез кожата, покрита с бутало.

Единицата на Нюкомън вдига вода от мините с атмосферно налягане. Машината се отличава със солидните си размери и изисква голямо количество въглища за работа. Въпреки тези недостатъци, моделът на Нюкомен е бил използван в мините в продължение на половин век. Дори й позволи да отвори отново мините, които бяха изоставени поради наводнения с подземни води.

През 1722 г. идеята на Нюкомън доказа своята ефективност чрез изпомпване на вода от кораб в Кронщадт само за две седмици. Система с вятърна мелница можеше да го направи след година.

Поради факта, че колата е създадена на базата на ранни версии, английският механик не може да получи патент за него. Дизайнерите се опитаха да приложат изобретението към движението на превозното средство, но не успяха. В същото време историята на изобретението на парните машини не спира.

Изобретението на Уот

Първият, който измисли оборудване, е компактен по размер, но достатъчно мощен, Джеймс Уат. Първата по рода си парна машина. Един механик от Университета в Глазгоу през 1763 г. започва да ремонтира парната единица в Newcomen. В резултат на ремонта той разбра как да намали разхода на гориво. За това е необходимо цилиндърът да се поддържа в постоянно нагрявано състояние. Паровият двигател на Watt обаче не можеше да бъде готов, докато проблемът с кондензацията на парата не бъде разрешен.

Решението дойде, когато един механик мина покрай пералните и забеляза, че изпод покрива на котлите излизат парни пухчета. Той осъзна, че парата е газ, и той трябва да се движи в цилиндър с намалено налягане.

След като е постигнал плътност в парния цилиндър, използвайки конопено въже, напоено с масло, Watt е в състояние да откаже атмосферното налягане. Това беше голяма крачка напред.

През 1769 г. един механик получава патент, който заявява, че температурата на двигателя в парния двигател винаги ще бъде равна на температурата на парата. Въпреки това, делата на нещастния изобретател не отидоха толкова добре, колкото се очакваше. Той беше принуден да постави патент за дълговете.

През 1772 г. той се запознал с Матю Болтън, който бил богат индустриалец. Той купил патентите си и се върнал при него. Изобретателят се върна на работа, подкрепен от Болтън. През 1773 г. парният двигател на Watt премина теста и показа, че консумира много по-малко въглища от своите колеги. Година по-късно пускането на автомобилите му започва в Англия.

През 1781 г. изобретателят успява да запази следващото си творение - парна машина за управление на промишлени машини. След известно време всички тези технологии ще позволят на влаковете и парахода да се движат с помощта на пара. Това напълно ще промени живота на човека.

Един от хората, които промениха живота на много хора, беше Джеймс Уат, чийто двигател на пара ускори техническия прогрес.

Изобретение Ползунова

Проектът на първия парогенератор, който може да активира различни работни механизми, е създаден през 1763 година. Тя е разработена от руския механик И. Ползунов, който е работил на алтайските минни заводи.

Ръководителят на заводите беше запознат с проекта и получи одобрение за създаване на устройство от Санкт Петербург. Парният двигател Ползунова бе признат и работата по създаването й бе възложена на автора на проекта. Последният искал първо да събере модела в миниатюра, за да идентифицира и премахне възможните недостатъци, които не са видими на хартия. Обаче на него му е наредено да започне изграждането на голяма мощна машина.

Ползунов получи помощници, двама от които бяха склонни към механиката, а двама бяха на помощна работа. Създаването на парна машина отнема една година и девет месеца. Когато парната машина на Ползунов беше почти готова, той се разболя от консумация. Създателят умира няколко дни преди първите тестове.

Всички действия в колата бяха автоматични, тя можеше да работи непрекъснато. Това е доказано през 1766 г., когато учениците на Ползунов са провели последните тестове. Месец по-късно оборудването беше пуснато в експлоатация.

Колата не само изплати изразходваните пари, но и даде печалба на собствениците си. До есента котелът изтече и работата спря. Устройството може да бъде ремонтирано, но фабричните босове не се интересуваха. Колата е изоставена и десетилетие по-късно е демонтирана за безполезност.

Принцип на действие

За работата на цялата система е необходим парогенератор. Получената пара се разширява и притиска към буталото, което води до движение на механичните части.

Принципът на действие е най-добре да се разгледа чрез илюстрацията по-долу.

Ако не боядисвате детайлите, работата на парния двигател е да преобразувате енергията на парата в механично движение буталото.

Коефициент на изпълнение

Ефективността на парния двигател се определя от съотношението полезно механична работа във връзка с отработената топлина, която се съдържа в горивото. Енергията, която се отделя в околната среда като топлина, не се взема предвид.

Ефективността на парния двигател се измерва в проценти. Практическата ефективност ще бъде 1-8%. При наличие на кондензатор и разширяване на дебита, индикаторът може да се увеличи до 25%.

предимства

Основното предимство на парното оборудване е, че котелът може да използва всеки източник на топлина, както въглища, така и уран, като гориво. Това значително го отличава от двигателя с вътрешно горене. В зависимост от типа на последното се изисква определен вид гориво.

Историята на изобретението на парните двигатели показа предимства, които все още се забелязват днес, тъй като ядрената енергия може да се използва за аналоговия пара. Сам по себе си ядрен реактор не може да преобразува своята енергия в механична работа, но е в състояние да излъчи голямо количество топлина. След това тя се използва за образуване на пара, която ще задвижи колата. Слънчевата енергия може да се използва по същия начин.

Локомотивите, които работят върху чифт, се показват добре на голяма надморска височина. Ефективността на тяхната работа не страда от намалено атмосферно налягане в планините. Локомотивите все още се използват в планините на Латинска Америка.

Австрия и Швейцария използват нови версии на сухи парни локомотиви. Те показват висока ефективност благодарение на много подобрения. Те не искат да поддържат и консумират леки нефтени фракции като гориво. По икономически показатели те са съпоставими с модерните електрически локомотиви. В същото време локомотивите са много по-леки от дизеловите и електрическите им колела. Това е голямо предимство в планинските условия.

недостатъци

Недостатъците включват преди всичко ниска ефективност. Добавете към това тромавия дизайн и ниската скорост. Това става особено забележимо след появата на двигателя с вътрешно горене.

приложение

Кой е изобретил парния двигател вече е известен. Остава да разберете къде са били използвани. До средата на ХХ век в промишлеността се използват парни двигатели. Те се използват и за железопътен и парен транспорт.

Растения, които експлоатират парни машини :

• захар;
• кибритена кутия;
• мелници за хартия;
• текстил;
• хранителни предприятия (в някои случаи).

Парни турбини също принадлежат към това оборудване. С тяхна помощ все още работят електрически генератори. Около 80% от световното електричество се генерира с помощта на парни турбини.

По едно време са създадени различни видове транспорт, които работят на парна машина. Някои не са пуснали корени поради нерешени проблеми, докато други продължават да работят днес.

Превозни средства с парна машина:

• кола;
• трактор;
• багер;
• самолет;
• локомотив;
• кораби;
• влекач

Такава е историята на изобретението на парните машини. Можете да разгледате накратко един добър пример за състезателната кола Serpolla, създадена през 1902 година. Беше поставен световен рекорд за скорост, която възлиза на 120 км на час на сушата. Ето защо парните автомобили бяха конкурентни по отношение на електрическите и бензиновите колеги.

Така в Съединените щати през 1900 г. са произведени най-много парни двигатели. Те се срещали по пътищата до тридесетте години на ХХ век.

Повечето от този транспорт са станали непопулярни след появата на двигателя с вътрешно горене, чиято ефективност е много по-висока. Тези машини са по-икономични, макар и леки и бързи.

Steampunk като дух на ерата на парните машини

Като говорим за парни машини, искам да спомена популярната посока - стимпанк. Терминът се състои от две английски думи - "двойки" и "протест". Стимпанк е вид научна фантастика, която разказва за втората половина на XIX век във викторианска Англия. Този период в историята често се нарича епоха на двойката.

Всички произведения имат една отличителна черта - разказват за живота на втората половина на XIX век, стилът на разказа напомня за романа “Машина на времето” на Х. Уелс. Парцелите описват градските пейзажи, обществени сгради, оборудване. Специално място се отделя на дирижабли, стари коли, фантастични изобретения. Всички метални части бяха закрепени с нитове, тъй като заваряването все още не е приложено.

Терминът "стимпанк" се появява през 1987 година. Неговата популярност е свързана с появата на романа "Machine Difference". Тя е написана през 1990 г. от Уилям Гибсън и Брус Стърлинг.

В началото на XXI век няколко известни филма са излизали в тази посока:

• "Машина на времето";
• Лига на изключителните господа;
• - Ван Хелсинг.

Предшествениците на стимпанк включват творби на Жюл Верн и Грегъри Адамов. От време на време интересът към тази област се проявява във всички сфери на живота - от киното до ежедневното носене.