შესავალი
მე-18 საუკუნის მეორე ნახევრამდე ხალხი ძირითადად წყლის ძრავებს იყენებდა წარმოების საჭიროებისთვის. მას შემდეგ, რაც წყლის ბორბალიდან მექანიკური მოძრაობის გადატანა გრძელი დისტანციებზეშეუძლებელია, ყველა ქარხანა უნდა აეშენებინა მდინარის ნაპირებზე, რაც ყოველთვის არ იყო მოსახერხებელი. გარდა ამისა, ასეთი ძრავის ეფექტური მუშაობისთვის ხშირად საჭირო იყო ძვირადღირებული მოსამზადებელი სამუშაოები (ტბორების მოწყობილობა, კაშხლების მშენებლობა და ა.შ.). წყლის ბორბლებს სხვა ნაკლოვანებებიც ჰქონდათ: დაბალი სიმძლავრე ჰქონდათ, მათი მუშაობა სეზონზე იყო დამოკიდებული და ძნელად მორგება. თანდათანობით, ფუნდამენტურად ახალი ძრავის საჭიროება დაიწყო მწვავედ: ძლიერი, იაფი, ავტონომიური და ადვილად კონტროლირებადი. ორთქლის ძრავა ასეთ ძრავად იქცა მთელი საუკუნის მანძილზე.
ორთქლის მანქანა-- სითბოს ძრავა გარე წვა, რომელიც გახურებული ორთქლის ენერგიას გარდაქმნის დგუშის ორმხრივი მოძრაობის მექანიკურ მუშაობად, შემდეგ კი ლილვის ბრუნვის მოძრაობად. უფრო ფართო გაგებით, ორთქლის ძრავა არის ნებისმიერი გარე წვის ძრავა, რომელიც გარდაქმნის ორთქლის ენერგიას მექანიკურ სამუშაოდ.
ორთქლის ძრავების შექმნის ისტორია
ორთქლის ძრავის იდეა ნაწილობრივ შესთავაზეს მის გამომგონებლებს ანტიკურში ცნობილი ორთქლის ტუმბოს დიზაინით.
მისი მოქმედების პრინციპი ძალიან მარტივი იყო: დგუშის აწევისას წყალი ცილინდრში იწოვებოდა მის ძირში არსებული სარქვლის მეშვეობით. გვერდითი სარქველი, რომელიც აკავშირებდა ცილინდრს წყლის ამწე მილს, იმ დროს დაკეტილი იყო, რადგან ამ მილის წყალიც ცილინდრში შედიოდა და ამით ხურავდა სარქველს. დგუშის დაწევისას მან დაიწყო ცილინდრში წყალზე ზეწოლა, რის გამოც ქვედა სარქველი დაიხურა და გვერდითი სარქველი გაიხსნა. ამ დროს ცილინდრიდან წყალი ამწე მილით მიეწოდებოდა. დგუშის ტუმბოში გარედან მიღებული სამუშაო იხარჯებოდა ტუმბოს ცილინდრში სითხის გადატანაზე. გამომგონებლები ორთქლმავალიცდილობდა გამოეყენებინა იგივე კონსტრუქცია, მაგრამ მხოლოდ საპირისპირო მიმართულება. დგუში-ცილინდრი არის ყველა ორთქლის საფუძველი დგუშიანი ძრავები. თუმცა, პირველი ორთქლის ძრავები არ იყო იმდენად ძრავები, როგორც ორთქლის ტუმბოები, რომლებიც გამოიყენებოდა ღრმა მაღაროებიდან წყლის ამოტუმბვისთვის. მათი მოქმედების პრინციპი ეფუძნებოდა იმ ფაქტს, რომ გაციების და წყალში კონდენსაციის შემდეგ ორთქლს 170-ჯერ ნაკლები ადგილი ეკავა, ვიდრე გაცხელებულ მდგომარეობაში. თუ ჭურჭლიდან ჰაერს გახურებული ორთქლით ამოიღებთ, დახურავთ მას და შემდეგ გააციებთ ორთქლს, ჭურჭლის შიგნით წნევა გაცილებით ნაკლები იქნება, ვიდრე გარეთ. გარე ატმოსფერული წნევა შეკუმშავს ასეთ ჭურჭელს და თუ მასში დგუში მოთავსდება, უფრო დიდი ძალით იმოძრავებს შიგნით, მით უფრო დიდია მისი ფართობი.
პირველად ასეთი მანქანის მოდელი 1690 წელს შემოგვთავაზა პაპინმა. დენის პაპინი იყო ჰაიგენსის ასისტენტი, ხოლო 1688 წლიდან მარბურგის უნივერსიტეტის მათემატიკის პროფესორი. მას ჰქონდა იდეა გამოეყენებინა ღრუ ცილინდრის ფორმა მასში მოძრავი დგუშით ატმოსფერული ძრავისთვის. პაპინის ამოცანა იყო ატმოსფერული წნევის ძალით დგუშს აეძლო მუშაობა. 1690 წელს ის პრინციპში შეიქმნა ახალი პროექტიორთქლმავალი. ცილინდრში წყალი გაცხელებისას ორთქლად გადაიქცევა და დგუში მაღლა ასწია. სპეციალური სარქვლის მეშვეობით ორთქლი ჰაერს უბიძგებდა და როდესაც ორთქლი შედედდებოდა, იქმნებოდა იშვიათი სივრცე; გარე წნევამ დგუშს დაბლა უბიძგა. როგორც კი დგუში დაეშვა, მან გაიყვანა თოკი, რომელსაც უკან ტვირთი ჰქონდა. პაპენმა აპარატის ცილინდრი ვერტიკალურად მოათავსა, რადგან ცილინდრი-სარქველი თავის ფუნქციას განსხვავებულ მდგომარეობაში ვერ ასრულებს. პაპენის ძრავა სასარგებლო სამუშაოცუდად შეასრულა, რადგან არ შეეძლო უწყვეტი მოქმედების განხორციელება. დგუშის დატვირთვის ასაწევად საჭირო იყო სარქვლის ღეროსა და საცობთან მანიპულირება, ალი წყაროს გადაადგილება და ცილინდრის წყლით გაგრილება.
ორთქლ-ატმოსფერული მანქანების გაუმჯობესება განაგრძო თომას სავერიმ. 1698 წელს თომას სავერიმ გამოიგონა ორთქლის ტუმბო მაღაროებიდან წყლის ამოტუმბვისთვის. მისი „მაღაროელთა მეგობარი“ დგუშის გარეშე მუშაობდა. წყალი შეიწოვებოდა ორთქლის კონდენსირებით და ჭურჭელში წყლის დონის ზემოთ იშვიათი სივრცის შექმნისას. სევერიმ ქვაბი გამოყო ჭურჭლიდან, სადაც კონდენსაცია მოხდა. ამ ორთქლის ძრავას ჰქონდა დაბალი ეფექტურობა, მაგრამ მაინც იპოვა ფართო გამოყენება.
მაგრამ ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მე-18 საუკუნის პირველ ნახევარში იყო Newcomen ორთქლის ძრავა, რომელიც შეიქმნა 1711 წელს. ორთქლის ცილინდრი მოთავსდა ნიუკომენში ორთქლის ქვაბის ზემოთ. დგუშის ღერო (დგუშის მიერთებული ღერო) მოქნილი შეერთებით იყო დაკავშირებული ბალანსის ზოლის ბოლოს. ტუმბოს ღერო დაკავშირებული იყო ბალანსერის მეორე ბოლოსთან. დგუში მაღლა ავიდა ბალანსის ზოლის მოპირდაპირე ბოლოზე დამაგრებული საპირწონე წონის მოქმედებით. გარდა ამისა, დგუშის ზევით მოძრაობას ეხმარებოდა ცილინდრში იმ დროს გაშვებული ორთქლი. როდესაც დგუში ზედა პოზიციაში იყო, სარქველი დახურული იყო, რომელიც ქვაბიდან ორთქლს ცილინდრში უშვებდა და წყალი ცილინდრში იფრქვეოდა. ამ წყლის მოქმედებით, ცილინდრში ორთქლი სწრაფად გაცივდა, შედედდა და ცილინდრში წნევა დაეცა. ცილინდრის შიგნით და მის გარეთ შექმნილი წნევის სხვაობის გამო, ატმოსფერული წნევის ძალამ დგუში ქვევით გადაიყვანა, ხოლო სასარგებლო სამუშაოს შესრულებისას - ამოქმედდა ბალანსერი, რომელიც ამოძრავებდა ტუმბოს ღეროს. ამრიგად, სასარგებლო სამუშაო შესრულდა მხოლოდ მაშინ, როდესაც დგუში გადავიდა ქვემოთ. შემდეგ ორთქლი ისევ ცილინდრში ჩაუშვა. დგუში ისევ ავიდა და მთელი ცილინდრი ორთქლით აივსო. როდესაც წყალი კვლავ დაიფრქვევა, ორთქლი კვლავ შედედდა, რის შემდეგაც დგუში კიდევ ერთი სასარგებლო მოძრაობა დაღმასვლას აკეთებდა და ა.შ. სინამდვილეში, ნიუკომენის მანქანაში ატმოსფერული წნევა მუშაობდა და ორთქლი ემსახურებოდა მხოლოდ იშვიათი სივრცის შექმნას.
ორთქლის ძრავის შემდგომი განვითარების ფონზე, ნიუკომენის აპარატის მთავარი ნაკლი ცხადი ხდება - მასში მომუშავე ცილინდრი ამავე დროს იყო კონდენსატორი. ამის გამო საჭირო იყო ცილინდრის მონაცვლეობით გაგრილება და შემდეგ გაცხელება და საწვავის მოხმარება ძალიან მაღალი აღმოჩნდა. იყო შემთხვევები, როცა მანქანასთან ერთად 50 ცხენი იყო, ძლივს მოასწრო საჭირო საწვავის მიწოდება. ამ აპარატის მუშაობის კოეფიციენტი (COP) თითქმის არ აღემატებოდა 1%-ს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მთელი კალორიული ენერგიის 99% უშედეგოდ დაიხარჯა. მიუხედავად ამისა, ეს მანქანა ფართოდ იყო გავრცელებული ინგლისში, განსაკუთრებით მაღაროებში, სადაც ქვანახშირი იაფი იყო. შემდგომმა გამომგონებლებმა რამდენიმე გაუმჯობესება მოახდინეს Newcomen-ის ტუმბოში. კერძოდ, 1718 წელს, ბეიტონმა გამოიგონა თვითმოქმედი გამანაწილებელი მექანიზმი, რომელიც ავტომატურად რთავს ან გამორთავს ორთქლს და უშვებს წყალს. მან ასევე დაამატა ორთქლის ქვაბს უსაფრთხოების სარქველი.
მაგრამ ნიუკომენის აპარატის კონცეფცია უცვლელი დარჩა 50 წლის განმავლობაში, სანამ ჯეიმს უოტმა, გლაზგოს უნივერსიტეტის მექანიკოსმა, არ დაიწყო მისი გაუმჯობესება. 1763-1764 წლებში მას უნივერსიტეტის კუთვნილი ნიუკომენის აპარატის ნიმუშის შეკეთება მოუწია. ვატმა მისი პატარა მოდელი შექმნა და მისი მუშაობის შესწავლა დაიწყო. ამავდროულად, მას შეეძლო გამოეყენებინა რამდენიმე ინსტრუმენტი, რომელიც ეკუთვნოდა უნივერსიტეტს და გამოიყენა პროფესორების რჩევები. ამ ყველაფერმა მას საშუალება მისცა შეეხედა პრობლემას უფრო ფართოდ, ვიდრე ბევრმა მექანიკოსმა შეხედა მას, და მან შეძლო შეექმნა ბევრად უფრო მოწინავე ორთქლის ძრავა.
მოდელთან მუშაობისას Watt-მა აღმოაჩინა, რომ როდესაც ორთქლი გაცივებულ ცილინდრში შედიოდა, ის მნიშვნელოვანი რაოდენობით კონდენსირდება მის კედლებზე. ვატისთვის მაშინვე ცხადი გახდა, რომ მეტი ეკონომიური ოპერაციაძრავა, უმჯობესია ცილინდრი მუდმივად გაცხელდეს. მაგრამ როგორ ხდება ამ შემთხვევაში ორთქლის კონდენსაცია? რამდენიმე კვირის განმავლობაში ფიქრობდა, როგორ გადაეჭრა ეს პრობლემა და ბოლოს მიხვდა, რომ ორთქლის გაგრილება უნდა მომხდარიყო ცალკე ცილინდრში, რომელიც დაკავშირებულია მთავარ მოკლე მილთან. თავად ვატმა გაიხსენა, რომ ერთხელ, საღამოს გასეირნებისას, მან გაიარა სამრეცხაო, შემდეგ კი, ფანჯრიდან გამომავალი ორთქლის ღრუბლების დანახვისას, მან გამოიცნო, რომ ორთქლი, როგორც ელასტიური სხეული, იშვიათ სივრცეში უნდა შემოვარდა. სწორედ მაშინ გაუჩნდა იდეა, რომ ნიუკომენის მანქანას უნდა დაემატოს ცალკე ჭურჭელი ორთქლის კონდენსაციისთვის. უბრალო ტუმბოს, რომელსაც თავად მანქანა მართავს, შეეძლო ჰაერი და წყალი ამოეღო კონდენსატორიდან, ასე რომ, აპარატის ყოველი დარტყმისას იქ გამონადენი სივრცე იქმნებოდა.
ამის შემდეგ ვატმა კიდევ რამდენიმე გაუმჯობესება მოახდინა, რის შედეგადაც მანქანამ მიიღო შემდეგი ფორმა. მილები უერთდებოდა ცილინდრის ორივე მხარეს: ქვედადან ორთქლი შედიოდა ორთქლის ქვაბიდან, ხოლო ზედაში ჩაედინება კონდენსატორში. კონდენსატორი შედგებოდა ორი თუნუქის მილისაგან, რომლებიც ვერტიკალურად იდგა და ერთმანეთთან აკავშირებდა ზემოდან მოკლე ჰორიზონტალური მილით, ონკანით ჩაკეტილი ნახვრეტით. ამ მილების ქვედა ნაწილი დაკავშირებული იყო მესამე ვერტიკალურ მილთან, რომელიც ემსახურებოდა ჰაერის გამოსასვლელ ტუმბოს. მილები, რომლებიც შეადგენდა მაცივარს და ჰაერის ტუმბოს, მოთავსებული იყო ცივი წყლის პატარა ცილინდრში. ორთქლის მილი უერთდებოდა ქვაბს, საიდანაც ორთქლი გამოდიოდა ცილინდრში. როდესაც ორთქლმა აავსო ცილინდრი, ორთქლის სარქველი დაიხურა და კონდენსატორის ჰაერის ტუმბოს დგუში აწია, რის შედეგადაც კონდენსატორის მილებში მიიღეს ძლიერ გამონადენი სივრცე. ორთქლი შევარდა მილებში და იქ კონდენსირებული იყო, დგუში კი მაღლა აწია და ტვირთი მიათრევდა (ასე იზომებოდა დგუშის სასარგებლო მუშაობა). შემდეგ გამოსასვლელი მამალი დაიხურა.
მომდევნო რამდენიმე წლის განმავლობაში უოტი ბევრს მუშაობდა ძრავის გასაუმჯობესებლად. 1776 წლის მანქანაში განხორციელდა რამდენიმე ფუნდამენტური გაუმჯობესება 1765 წლის დიზაინთან შედარებით. დგუში მოთავსებული იყო ცილინდრის შიგნით, გარშემორტყმული ორთქლის ჟაკეტით (ჟაკეტი). შედეგად, სითბოს დაკარგვა შემცირდა მინიმუმამდე. გარსაცმები დახურული იყო ზემოდან, ხოლო ცილინდრი ღია იყო. ორთქლი ცილინდრში შევიდა ქვაბიდან გვერდითი მილის მეშვეობით. ცილინდრი უერთდებოდა კონდენსატორს ორთქლის გამომავალი სარქველით აღჭურვილი მილით. ამ სარქველის ოდნავ ზემოთ და ცილინდრთან უფრო ახლოს, მეორე დამაბალანსებელი სარქველი იყო განთავსებული. როდესაც ორივე სარქველი ღია იყო, ქვაბიდან გამოთავისუფლებულმა ორთქლმა შეავსო დგუშის ზემოთ და ქვემოთ მთელი სივრცე, აიძულებდა ჰაერს მილის მეშვეობით კონდენსატორში. როდესაც სარქველები დაიხურა, მთელი სისტემა აგრძელებდა წონასწორობას. შემდეგ გახსენით ქვედა ნაწილი Გამოსაბოლქვი სარქველიდგუშის ქვეშ არსებული სივრცის გამოყოფა კონდენსატორისგან. ამ სივრცის ორთქლი იგზავნებოდა კონდენსატორში, აქ გაცივდა და კონდენსირებული იყო. ამ შემთხვევაში, დგუშის ქვეშ შეიქმნა იშვიათი სივრცე და წნევა დაეცა. ზემოდან ქვაბიდან გამომავალი ორთქლი აგრძელებდა ზეწოლას. მისი მოქმედებით დგუში დაეშვა და შეასრულა სასარგებლო სამუშაო, რომელიც ტუმბოს ღეროზე გადაიტანეს ბალანსერით. მას შემდეგ, რაც დგუში დაეცა თავის ყველაზე დაბალ პოზიციაზე, გაიხსნა ზედა დამაბალანსებელი სარქველი. ორთქლმა კვლავ შეავსო სივრცე დგუშის ზემოთ და ქვემოთ. ცილინდრში წნევა დაბალანსებული იყო. ბალანსის ზოლის ბოლოს მდებარე საპირწონის მოქმედებით, დგუში თავისუფლად აწია (არანაირი სასარგებლო სამუშაოს შესრულების გარეშე). შემდეგ მთელი პროცესი იმავე თანმიმდევრობით გაგრძელდა.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს Watt მანქანა, ისევე როგორც Newcomen-ის ძრავა, დარჩა ცალმხრივი, მას უკვე ჰქონდა მნიშვნელოვანი განსხვავება - თუ Newcomen-ის მუშაობა ატმოსფერული წნევით ხდებოდა, მაშინ ორთქლი აკეთებდა ამას Watt-ისთვის. ორთქლის წნევის გაზრდით შესაძლებელი გახდა ძრავის სიმძლავრის გაზრდა და ამით გავლენა მის მუშაობაზე. თუმცა, ამან არ აღმოფხვრა ამ ტიპის მანქანების მთავარი ნაკლი - ისინი აკეთებდნენ მხოლოდ ერთ სამუშაო მოძრაობას, მუშაობდნენ ჯუნგლებში და, შესაბამისად, მხოლოდ ტუმბოებად გამოიყენებოდა. 1775-1785 წლებში აშენდა 66 ასეთი ორთქლის ძრავა.
პოლზუნოვმა მუშაობა თითქმის ერთდროულად დაიწყო ვატთან, მაგრამ ძრავის პრობლემისადმი განსხვავებული მიდგომით და სრულიად განსხვავებულ ეკონომიკურ პირობებში. პოლზუნოვმა დაიწყო ზოგადი ენერგეტიკული განცხადებით ადგილობრივ პირობებზე დამოკიდებული ჰიდროელექტროსადგურების სრული ჩანაცვლების პრობლემის შესახებ უნივერსალური სითბოს ძრავით, მაგრამ მან ვერ გააცნობიერა თავისი გაბედული გეგმები სერბ რუსეთში.
1763 წელს ი.ი. პოლზუნოვმა შეიმუშავა 1.8 ცხენის ძალის ორთქლის ძრავის დეტალური დიზაინი და 1764 წელს, სტუდენტებთან ერთად, მან დაიწყო "სახანძრო მანქანის" შექმნა. 1766 წლის გაზაფხულზე ის თითქმის მზად იყო. გარდამავალი მოხმარების გამო, თავად გამომგონებელმა ვერ მოახერხა თავისი შთამომავლობის მოქმედებაში დანახვა. ორთქლის ძრავის ტესტირება დაიწყო პოლზუნოვის გარდაცვალებიდან ერთი კვირის შემდეგ.
პოლზუნოვის მანქანა განსხვავდებოდა იმ დროს ცნობილი ორთქლის ძრავებისგან, უპირველეს ყოვლისა, იმით, რომ ის გამიზნული იყო არა მხოლოდ წყლის ასაწევად, არამედ ქარხნული მანქანების - ბუხრის ამოსაყვანად. მანქანა იყო უწყვეტი მოქმედება, რაც მიიღწევა ერთის ნაცვლად ორი ცილინდრის გამოყენებით: ცილინდრების დგუშები მოძრაობდნენ ერთმანეთისკენ და მონაცვლეობით მოქმედებდნენ საერთო ლილვზე. თავის პროექტში პოლზუნოვმა მიუთითა ყველა მასალა, საიდანაც მანქანა უნდა დამზადდეს და ასევე დაასახელა ტექნოლოგიური პროცესებირომელიც საჭირო იქნება მისი მშენებლობის დროს (შედუღება, ჩამოსხმა, გაპრიალება). ექსპერტები ამბობენ, რომ მემორანდუმი, რომელიც ასახავს პროექტს, გამოირჩეოდა აზროვნების უკიდურესი სიცხადით და გამოთვლების ფილიგრანული სიზუსტით.
როგორც გამომგონებელმა ჩაფიქრდა, მანქანის ქვაბიდან ორთქლი მიეწოდებოდა ორი ცილინდრიდან ერთ-ერთს და დგუშს უმაღლეს პოზიციაზე აყენებდა. ამის შემდეგ ცილინდრში ავზიდან გაცივებული წყალი შეჰყავდათ, რამაც გამოიწვია ორთქლის კონდენსაცია. გარე ატმოსფეროს ზეწოლის ქვეშ დგუში დაეშვა, ხოლო მეორე ცილინდრში ორთქლის წნევის შედეგად დგუში ავიდა. სპეციალური მოწყობილობის დახმარებით განხორციელდა ორი ოპერაცია - ქვაბიდან ორთქლის ავტომატური შეყვანა ცილინდრებში და ავტომატური შეყვანა. ცივი წყალი. საყრდენი სისტემა ( სპეციალური ბორბლები) გადასცემდა მოძრაობას დგუშებიდან ტუმბოებზე, რომლებიც წყალს წყალსაცავში ასხამდნენ და აფეთქების ბუშტუკს.
ძირითადი მანქანის პარალელურად, გამომგონებელმა შეიმუშავა მრავალი ახალი ნაწილი, მოწყობილობა და მოწყობილობა, რამაც მნიშვნელოვნად გაამარტივა წარმოების პროცესი. მაგალითად, შეგვიძლია მოვიყვანოთ მის მიერ შექმნილი მარეგულირებელი. პირდაპირი მოქმედებაქვაბში წყლის მუდმივი დონის შესანარჩუნებლად. ტესტირების დროს აღმოჩნდა სერიოზული დეფექტებიძრავა: გამოყენებული ცილინდრების ზედაპირების არაზუსტი დამუშავება, გამჟღავნებული ბუშტუკები, ჭურვების არსებობა ლითონის ნაწილებში და ა.შ. ეს ხარვეზები აიხსნება იმით, რომ ბარნაულის ქარხანაში მანქანათმშენებლობის წარმოების დონე ჯერ კიდევ არ იყო საკმარისად მაღალი. . და იმდროინდელი სამეცნიერო მიღწევები არ იძლეოდა გამაგრილებელი წყლის საჭირო რაოდენობის ზუსტად გამოთვლას. მიუხედავად ამისა, ყველა ხარვეზი მოგვარდა და 1766 წლის ივნისში წარმატებით გამოსცადეს ღუმელების მონტაჟი, რის შემდეგაც დაიწყო ღუმელების მშენებლობა.
ახალი პრაქტიკული ცოდნის დაგროვებამ მე-16-17 საუკუნეებში გამოიწვია ადამიანის აზროვნების გაუგონარი აღმავლობა. წყლისა და ქარის ბორბლები ატრიალებენ ჩარხებს, აყენებენ ბუშტებს, ეხმარება მეტალურგებს მაღაროებიდან მადნის ამოღებაში, ანუ იქ, სადაც ადამიანის ხელი ვერ უმკლავდება მძიმე შრომას, მათ დახმარებას უწევს წყლისა და ქარის ენერგია. იმ დროის მთავარი ტექნოლოგიური მიღწევები განპირობებული იყო არა იმდენად მეცნიერებითა და მეცნიერებით, რამდენადაც გამოცდილი გამომგონებლების შრომისმოყვარეობით. განსაკუთრებით დიდი იყო მიღწევები სამთო ტექნოლოგიაში, სხვადასხვა მადნებისა და წიაღისეულის მოპოვებაში. საჭირო იყო მაღაროდან მოპოვებული მადნის ან ქვანახშირის აყვანა, მიწისქვეშა წყლების ამოტუმბვა, რომელიც მუდმივად დატბორა მაღაროში, მუდმივი ჰაერის მიწოდება მაღაროში და საჭირო იყო მრავალი მრავალფეროვანი შრომატევადი სამუშაო, რათა მოპოვება არ გაჩერდებოდა. ამრიგად, განვითარებადი ინდუსტრია იმპერიულად მოითხოვდა უფრო და უფრო მეტ ენერგიას და იმ დროს ძირითადად წყლის ბორბლებს შეეძლოთ მისი უზრუნველყოფა. მათ უკვე ისწავლეს საკმარისად ძლიერი შექმნა. ბორბლების სიმძლავრის მატებასთან დაკავშირებით, ლითონი სულ უფრო ხშირად გამოიყენება ლილვებისა და სხვა ნაწილებისთვის. საფრანგეთში, მდინარე სენაზე 1682 წელს, ოსტატმა რ. სალემმა, ა. დე ვილის ხელმძღვანელობით, ააგო იმ დროისთვის ყველაზე დიდი ინსტალაცია, რომელიც შედგებოდა 13 ბორბლისგან 8 მ დიამეტრით, რომელიც ემსახურებოდა 200-ზე მეტს. ტუმბოები, რომლებიც წყალს აწვდიდნენ 160 მ სიმაღლეზე და წყალს აწვდიდნენ ვერსალისა და მარლის შადრევნებს. პირველი ბამბის ქარხნები იყენებდნენ ჰიდრავლიკურ ძრავას. Arkwright-ის დაწნული მანქანები თავიდანვე იკვებებოდა წყლით. თუმცა, წყლის ბორბლები შეიძლება დამონტაჟდეს მხოლოდ მდინარეზე, სასურველია სრული და სწრაფი. და თუკი მდინარის ნაპირებზე მაინც შეიძლებოდა ტექსტილის ან ლითონის გადამამუშავებელი ქარხნის აშენება, მაშინ მადნის საბადოები ან ქვანახშირის ნაკერები უნდა განვითარებულიყო მხოლოდ შემთხვევის ადგილებში. და მიწისქვეშა წყლების ამოტუმბვისთვის, რომლებმაც დატბორა მაღარო და მოპოვებული მადანი ან ქვანახშირი ზედაპირზე ამოსულიყო, ასევე საჭირო იყო ენერგია. ამიტომ, მდინარეებიდან მოშორებულ მაღაროებში საჭირო იყო მხოლოდ ცხოველების ძალის გამოყენება.
ინგლისური მაღაროს მფლობელს 1702 წელს მოუწია 500 ცხენის შენახვა იმ ტუმბოების გამოსაყენებლად, რომლებიც წყალს მაღაროდან ამოჰყავდა, რაც ძალიან წამგებიანი იყო.
განვითარებადი ინდუსტრია სჭირდებოდა ძლიერი ძრავებიახალი ტიპი, რომელიც საშუალებას მოგცემთ შექმნათ წარმოება ყველგან. პირველი იმპულსი ახალი ძრავების შექმნისთვის, რომლებსაც შეუძლიათ იმუშაონ ყველგან, მიუხედავად იმისა, არის თუ არა მდინარე იქვე, იყო ზუსტად ტუმბოების და ლიფტების საჭიროება მეტალურგიასა და სამთო მოპოვებაში.
ორთქლის მექანიკური სამუშაოების წარმოების უნარი დიდი ხანია ცნობილია ადამიანისთვის. მექანიკაში ორთქლის რეალური ინტელექტუალური გამოყენების პირველი კვალი მოხსენიებულია 1545 წელს ესპანეთში, როდესაც საზღვაო კაპიტანი
ბლასკო დე გარეიმ დააპროექტა მანქანა, რომლითაც მან ამოქმედა გემის გვერდითი ბორბლები და რომელიც ჩარლზ V-ის ბრძანებით პირველად გამოსცადეს ბარსელონას ნავსადგურში, როდესაც გემით 4000 კვინტალი ტვირთი გადაიტანა ორში სამ საზღვაო მილში. საათები. გამომგონებელი დააჯილდოვეს, მაგრამ თავად მანქანა დარჩა გამოუყენებლად და დავიწყებას მიეცა.
მე -17 საუკუნის ბოლოს, ყველაზე განვითარებული მანუფაქტურული წარმოების ქვეყნებში, ახალი მანქანების ტექნოლოგიის ელემენტები დაიბადა წყლის ორთქლის თვისებებისა და ძალის გამოყენებით.
შექმნის ადრეული მცდელობები სითბოს ძრავადაკავშირებული იყო წყლის ამოტუმბვის აუცილებლობასთან მაღაროებიდან, სადაც საწვავი მოიპოვებოდა. 1698 წელს ინგლისელმა თომას სავერიმ, ყოფილმა მაღაროელმა და შემდეგ სავაჭრო საზღვაო მეზღვაურის კაპიტანმა, პირველად შესთავაზა წყლის ამოტუმბვა ორთქლის წყლის ლიფტით. Savery-ს მიერ მიღებული პატენტი ეწერა: „ცეცხლის მამოძრავებელი ძალის საშუალებით წყლის ამაღლებისა და ყველა სახის წარმოებისთვის ამძრავის მოპოვების ახალ გამოგონებას უდიდესი მნიშვნელობა აქვს მაღაროების გაშრობის, ქალაქების წყალმომარაგებისთვის და ყველა სახის ქარხნებისთვის მამოძრავებელი ძალის წარმოებისთვის. რომელსაც არ შეუძლია გამოიყენოს წყლის ენერგია ან ქარის მუდმივი მუშაობა“. Severi წყლის ამწე მუშაობდა კამერაში ატმოსფერული წნევის ხარჯზე წყლის შეწოვის პრინციპით, სადაც ორთქლის ცივ წყალთან კონდენსაციისას წარმოიქმნა იშვიათობა. სევერის ორთქლის ძრავები იყო უკიდურესად არაეკონომიური და არასასიამოვნო მუშაობისთვის, მათი ადაპტირება ვერ მოხერხდა ჩარხების მართვისთვის, მოიხმარდნენ საწვავის დიდ რაოდენობას, მათი ეფექტურობა არ აღემატებოდა 0,3% -ს. თუმცა, მაღაროებიდან წყლის ამოტუმბვაზე მოთხოვნა იმდენად დიდი იყო, რომ ამ ნაყარი ტუმბოს ტიპის ორთქლის ძრავებმაც კი გარკვეული პოპულარობა მოიპოვეს.
თომას ნიუკომენი (1663-1729) - ინგლისელი გამომგონებელი, პროფესიით მჭედელი. მეჭეჭა ჯ.კოულისთან ერთად მან ააგო ორთქლის ტუმბო, რომლის გასაუმჯობესებლად ექსპერიმენტები დაახლოებით 10 წელი გაგრძელდა, სანამ მან გამართულ მუშაობას არ შეუდგა. Newcomen ორთქლის ძრავა არ იყო უნივერსალური ძრავა. ნიუკომენის დამსახურებაა ის, რომ მან ერთ-ერთმა პირველმა გააცნობიერა ორთქლის გამოყენების იდეა მექანიკური სამუშაოს მისაღებად. მის სახელს ატარებს ბრიტანელი ტექნოლოგების საზოგადოება. 1711 წელს ნიუკომენმა, ქოულიმ და სევერიმ შექმნეს "უფლებათა მფლობელთა კომპანია, რათა გამოიგონონ აპარატურა ცეცხლით წყლის ასამაღლებლად". სანამ ეს გამომგონებლები იყვნენ პატენტის მფლობელები "ცეცხლის ძალის გამოყენებისთვის", მათი მთელი სამუშაო ორთქლის ძრავების წარმოებაზე ხორციელდებოდა უმკაცრესი კონფიდენციალურობით. შვედმა ტრივალდმა, რომელიც არეგულირებდა ნიუკომენის მანქანებს, წერდა: „... გამომგონებლები ნიუკომენი და ქოული ძალიან საეჭვო და ფრთხილი იყვნენ მშენებლობის საიდუმლოების შენახვაში და თავიანთი გამოგონების გამოყენებაში საკუთარი თავისთვის და შვილებისთვის. ესპანეთის წარმომადგენელი ინგლისის სასამართლოში, რომელიც ლონდონიდან ჩამოვიდა უცხოელების დიდი თანხლებით ახალი გამოგონების დასათვალიერებლად, არც კი შეუშვეს ოთახში, რომელშიც მანქანები იყო განთავსებული. მაგრამ XVIII საუკუნის 20-იან წლებში პატენტს ვადა გაუვიდა და ბევრმა ინჟინერმა აიღო წყლის ამწევი დანადგარების წარმოება. გამოჩნდა ლიტერატურა, რომელიც აღწერდა ამ პარამეტრებს.
უნივერსალური ორთქლის ძრავების განაწილების პროცესი ინგლისში XIX საუკუნის დასაწყისისთვის. ადასტურებს ახალი გამოგონების უზარმაზარ მნიშვნელობას. თუ ათწლეულის განმავლობაში 1775 წლიდან 1785 წლამდე. აშენდა 66 მანქანა ორმაგი მოქმედებასაერთო სიმძლავრით 1288 ცხ.ძ., შემდეგ 1785 წლიდან 1795 წლამდე. უკვე შეიქმნა 144 ორმაგი მოქმედების მანქანა 2009 ცხენის ძალის საერთო სიმძლავრით, ხოლო მომდევნო ხუთ წელიწადში - 1795 წლიდან 1800 წლამდე. - 79 მანქანა, საერთო სიმძლავრით 1296 ცხ.ძ
სინამდვილეში, ორთქლის ძრავის გამოყენება ინდუსტრიაში დაიწყო 1710 წელს, როდესაც ინგლისელმა მუშებმა ნიუკომენმა და ქოულიმ პირველად ააშენეს ორთქლის ძრავა, რომელიც ამუშავებდა მაღაროში დაყენებულ ტუმბოს წყლის ამოტუმბვის მიზნით.
ამასთან, ნიუკომენის მანქანა არ იყო ორთქლის ძრავა ამ სიტყვის თანამედროვე გაგებით, რადგან მასში მამოძრავებელი ძალა ჯერ კიდევ არ იყო წყლის ორთქლი, არამედ ატმოსფერული ჰაერის წნევა. ამიტომ ამ მანქანას „ატმოსფერული“ ეწოდა. მიუხედავად იმისა, რომ მანქანაში წყლის ორთქლი ემსახურებოდა, როგორც სევერის მანქანაში, ძირითადად ცილინდრში ვაკუუმის შესაქმნელად, აქ უკვე შემოთავაზებული იყო მოძრავი დგუში - თანამედროვე ორთქლის ძრავის ძირითადი ნაწილი.
ნახ. სურათი 4.1 გვიჩვენებს Newcomen-Cowley-ის ორთქლის ამწე. საწოვის 1 და დატვირთვის 2 დაწევისას, დგუში 4 ავიდა და ორთქლი შევიდა ცილინდრში 5 ღია სარქვლის მეშვეობით 7 ქვაბიდან 8, რომლის წნევა ოდნავ აღემატებოდა ატმოსფერულს. ორთქლი ემსახურებოდა ცილინდრში დგუშის ნაწილობრივ აწევას, ზემოდან გახსნას, მაგრამ მისი მთავარი როლი იყო მასში ვაკუუმის შექმნა. ამ მიზნით, როდესაც აპარატის დგუში მიაღწია ზედა პოზიციას, ონკანი 7 დაიხურა და ცილინდრში ცილინდრში შეჰყავდათ ცივი წყალი 3 ავზიდან ონკანის 6-მდე. წყლის ორთქლი სწრაფად შედედდა და ატმოსფერულმა წნევამ დააბრუნა დგუში ცილინდრის ძირში, აწია მწოვი ღერო. კონდენსატი ცილინდრიდან გამოდიოდა მილით9, დგუში ისევ აწიეს ორთქლის მიწოდების გამო და განმეორდა ზემოთ აღწერილი პროცესი. ნიუკომენის მანქანა არის პარტიული ძრავა.
Newcomen-ის ორთქლის ძრავა უფრო სრულყოფილი იყო ვიდრე Savery-ს, უფრო მარტივი სამართავი, უფრო ეკონომიური და პროდუქტიული. თუმცა, პირველი გამოშვების მანქანები მუშაობდნენ ძალიან არაეკონომიურად, საათში ერთი ცხენის სიმძლავრის შესაქმნელად, დაიწვა 25 კგ-მდე ნახშირი, ანუ ეფექტურობა იყო დაახლოებით 0,5%. ორთქლისა და წყლის ნაკადების ავტომატური განაწილების დანერგვამ გაამარტივა აპარატის მოვლა, დგუშის დარტყმის დრო შემცირდა 12-16 წუთამდე, რამაც შეამცირა აპარატის ზომები და გააძვირა დიზაინი. Მიუხედავად მაღალი ნაკადისაწვავი, ამ ტიპის მანქანა სწრაფად გავრცელდა. უკვე XVIII საუკუნის ოციან წლებში ეს მანქანები მუშაობდა არა მხოლოდ ინგლისში, არამედ ევროპის ბევრ ქვეყანაში - ავსტრიაში, ბელგიაში, საფრანგეთში, უნგრეთში, შვედეთში, ისინი თითქმის ერთი საუკუნის განმავლობაში იყენებდნენ ქვანახშირის მრეწველობაში და წყლის მიწოდებას. ქალაქებისკენ. რუსეთში 1772 წელს კრონშტადტში დამონტაჟდა პირველი ორთქლი-ატმოსფერული მანქანა Newcomen, რომელიც წყლის ამოტუმბვას დოქიდან. ნიუკომენის მანქანების გავრცელებაზე მოწმობს ის ფაქტი, რომ ამ ტიპის ბოლო მანქანა ინგლისში მხოლოდ 1934 წელს დაიშალა.
ივან ივანოვიჩ პოლზუნოვი (1728-1766) არის ნიჭიერი რუსი გამომგონებელი, რომელიც დაიბადა ჯარისკაცის ოჯახში. 1742 წელს ეკატერინბურგის ქარხნის მექანიკოსს, ნიკიტა ბახარევს, სჭირდებოდა სწრაფი გონების სტუდენტები. არჩევანი ჯერ კიდევ არითმეტიკურ სკოლაში სწავლობდნენ თოთხმეტი წლის ი.პოლზუნოვსა და ს.ჭერემისინოვზე. სკოლაში თეორიულმა სწავლებამ ადგილი მისცა იმ დროისთვის რუსეთში ეკატერინბურგის ქარხნის ყველაზე თანამედროვე მანქანებისა და დანადგარების მუშაობის პრაქტიკულ გაცნობას. 1748 წელს პოლზუნოვი გადაიყვანეს ბარნაულში კოლივანო-ვოსკრესენსკის ქარხნებში სამუშაოდ. 1763 წლის აპრილში მეტალურგიისა და მინერალოგიის შესახებ წიგნების თვითშესწავლის შემდეგ, პოლზუნოვმა შემოგვთავაზა სრულიად ორიგინალური ორთქლის ძრავის პროექტი, რომელიც განსხვავდებოდა იმ დროისთვის ცნობილი ყველა მანქანისგან იმით, რომ იგი განკუთვნილი იყო აფეთქების ღუმელში და იყო უწყვეტი ერთეული. 1763 წლის 26 აპრილს დათარიღებულ მემორანდუმში "ცეცხლსასროლი მანქანა" პოლზუნოვს, მისივე სიტყვებით, სურდა " ... ცეცხლოვანი მანქანის დამატებითშეაჩეროს წყლის მართვა და ამ შემთხვევაში მთლიანად გაანადგუროს იგი და ქარხნის მოძრავი საძირკვლის კაშხლების ნაცვლად დააწესოს ისე, რომ შეძლოს თავის თავზე დაკისრებული ყველა ტვირთი, რომელიც ჩვეულებრივ საჭიროა ხანძრის გასაქრობად. , გადავიტანოთ და სურვილისამებრ ჩვენი, რაც საჭირო იქნება, გამოსწორება. და შემდეგ მან დაწერა: ”იმისთვის, რომ მივაღწიოთ ამ დიდებას (თუ ძალები საშუალებას მისცემს) სამშობლოს, და ისე, რომ ეს იყოს მთელი ხალხის საკეთილდღეოდ, იმის გამო, რომ დიდი ცოდნია იმ ნივთების გამოყენების შესახებ, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის ძალიან ნაცნობი (სხვა მეცნიერებების მაგალითზე), ჩვეულებაში შეყვანა. მომავალში, გამომგონებელი ოცნებობდა მანქანის ადაპტირებაზე სხვა საჭიროებებისთვის. პროექტი I.I. პოლზუნოვი პეტერბურგში სამეფო კაბინეტში წარადგინეს. ეკატერინე II-ის გადაწყვეტილება ასეთი იყო: „მისი იმპერიული უდიდებულესობა არა მხოლოდ პოლზუნოვია, გულმოწყალეა, არამედ უდიდესი წახალისებისთვის, რომელიც მან მართავდა: მიესალმეთ ევო, პოლზუნოვს, მექანიკოსებში ლეიტენანტი კაპიტნის წოდებითა და ხელფასით. და მისცეს მას ჯილდოდ 400 მანეთი. ”
ნიუკომენის მანქანებმა, რომლებიც მშვენივრად მუშაობდნენ, როგორც წყლის ამწევი მოწყობილობა, ვერ დააკმაყოფილებდა გადაუდებელ საჭიროებას. უნივერსალური ძრავა. მათ მხოლოდ გზა გაუხსნეს უნივერსალური უწყვეტი ორთქლის ძრავების შექმნას.
ორთქლის ძრავების განვითარების საწყის ეტაპზე აუცილებელია გამოვყოთ ” სახანძრო მანქანა» რუსი სამთო ოსტატი პოლზუნოვი. ძრავა გამიზნული იყო ბარნაულის ქარხნის ერთ-ერთი დნობის ღუმელის მექანიზმების ამოსაყვანად.
პოლზუნოვის პროექტის მიხედვით (ნახ. 4.2), ქვაბიდან (1) ორთქლი მიეწოდებოდა ერთ, ვთქვათ, მარცხენა ცილინდრს (2), სადაც მან დგუში (3) აწია თავის უმაღლეს პოზიციაზე. შემდეგ ცილინდრში ცივი წყლის ჭავლი (4) შეიყვანეს ცილინდრში, რამაც გამოიწვია ორთქლის კონდენსაცია. დგუშზე ატმოსფერული წნევის შედეგად ის დაეშვა, მარჯვენა ცილინდრში კი ორთქლის წნევის შედეგად დგუში ავიდა. წყლისა და ორთქლის განაწილება პოლზუნოვის მანქანაში განხორციელდა სპეციალური ავტომატური მოწყობილობა(5). აპარატის დგუშებიდან უწყვეტი მუშა ძალა გადადიოდა ლილვზე დამაგრებულ შახტზე (6), საიდანაც მოძრაობა გადადიოდა წყლისა და ორთქლის განაწილების მოწყობილობაზე, კვების ტუმბოზე და ასევე სამუშაო ლილვზე, საიდანაც საფეთქლის ბუხარი ამოქმედდა.
პოლზუნოვის ძრავა ეკუთვნოდა "ატმოსფერულ" ტიპს, მაგრამ მასში გამომგონებელმა პირველად შემოიტანა დგუშებით ორი ცილინდრის მუშაობის შეჯამება ერთ საერთო ლილვზე, რაც უზრუნველყოფდა ძრავის უფრო ერთგვაროვან დარტყმას. როდესაც ერთ-ერთი ცილინდრი უმოქმედო იყო, მეორეს მუშა ინსულტი ჰქონდა. ძრავას ჰქონდა ორთქლის ავტომატური განაწილება და პირველად პირდაპირ არ იყო დაკავშირებული სამუშაო მანქანა. ი.ი. პოლზუნოვმა შექმნა თავისი მანქანა უკიდურესად რთულ პირობებში, საკუთარი ხელით, გარეშე საჭირო სახსრებიდა სპეციალური მანქანები. მას არ ჰყავდა გამოცდილი ხელოსნები: ქარხნის ხელმძღვანელობამ ოთხი სტუდენტი გაგზავნა პოლზუნოვში და გამოყო ორი პენსიაზე გასული მუშა. ნაჯახი და სხვა მარტივი ხელსაწყოები, რომლებიც გამოყენებული იყო მაშინდელი ჩვეულებრივი მანქანების წარმოებაში, აქ ნაკლებად გამოიყენებოდა. პოლზუნოვს დამოუკიდებლად მოუწია თავისი გამოგონებისთვის ახალი აღჭურვილობის დაპროექტება და აშენება. დიდი დანადგარის, დაახლოებით 11 მეტრის სიმაღლის, დაუყოვნებლივ ფურცლიდან, მოდელზე გამოცდილების გარეშე, სპეციალისტების გარეშე, დიდ ძალისხმევას მოითხოვდა. მანქანა აშენდა, მაგრამ 1766 წლის 27 მაისს ი.ი. პოლზუნოვი გარდამავალი მოხმარებით გარდაიცვალა, "დიდი მანქანის" ტესტებამდე ერთი კვირით ადრე არ ცხოვრობდა. თავად მანქანა, რომელიც გამოსცადეს პოლზუნოვის სტუდენტების მიერ, რომელმაც არა მხოლოდ თავისთვის გადაიხადა, არამედ მოგებაც მოიტანა, მუშაობდა 2 თვის განმავლობაში, შემდგომი გაუმჯობესება არ მიუღია და ავარიის შემდეგ მიტოვებული და დავიწყებული იყო. პოლზუნოვის ძრავის შემდეგ ნახევარი საუკუნე გავიდა, სანამ ორთქლის ძრავების გამოყენება დაიწყეს რუსეთში.
ნიუკომენის მანქანა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა მისი არსებობის საუკუნის განმავლობაში, მაგრამ დარჩა "ატმოსფერული" და არ დააკმაყოფილა წარმოების სწრაფად მზარდი ტექნოლოგიის საჭიროებები, რაც მოითხოვდა ბრუნვის მოძრაობის ორგანიზებას მაღალი სიჩქარით.
მრავალი გამომგონებლის ძიება მიზნის მიღწევას ისახავდა მიზნად. მხოლოდ ინგლისში, მე-18 საუკუნის ბოლო მეოთხედში, ათზე მეტი პატენტი გაიცა სხვადასხვა სისტემის უნივერსალურ ძრავებზე. თუმცა, მხოლოდ ჯეიმს უოტმა მოახერხა ინდუსტრიისთვის უნივერსალური ორთქლის ძრავის შეთავაზება.
ვატმა დაიწყო მუშაობა ორთქლის ძრავაზე თითქმის ერთდროულად პოლზუნოვთან ერთად, მაგრამ სხვადასხვა პირობებში. ამ დროს ინგლისში ინდუსტრია ყვავის. უოთს აქტიურად უჭერდა მხარს ბოლტონი, ინგლისში რამდენიმე ქარხნის მფლობელი, რომელიც შემდგომ მისი პარტნიორი პარლამენტი გახდა და შესაძლებლობა მიეცა გამოეყენებინა მაღალკვალიფიციური საინჟინრო პერსონალი. 1769 წელს ვატმა დააპატენტა ორთქლის ძრავა ცალკე კონდენსატორით, შემდეგ კი გამოიყენა ჭარბი ორთქლის წნევა ძრავში, რამაც საგრძნობლად შეამცირა საწვავის მოხმარება. ვატი სამართლიანად იყო ორთქლის დგუშის ძრავის შემქმნელი.
ნახ. 4.3, ნაჩვენებია Watt-ის ერთ-ერთი პირველი ორთქლის ძრავის დიაგრამა. ორთქლის საქვაბე 1 უკავშირდება დგუშის ცილინდრს 3 ორთქლის მილსადენით 2, რომლის მეშვეობითაც ორთქლი პერიოდულად შეჰყავს დგუშის ზემოთ ზედა ღრუში და ცილინდრის დგუშის ქვემოთ ქვედა ღრუში. ეს ღრუები დაკავშირებულია კონდენსატორთან მილით5, სადაც გამონაბოლქვი ორთქლი კონდენსირებულია ცივი წყლით და იქმნება ვაკუუმი. მანქანას აქვს ბალანსერი 6, რომელიც დგუშს აკავშირებს ამწე ლილვით დამაკავშირებელი ღერო 7-ის დახმარებით, რომლის ბოლოში დამონტაჟებულია მფრინავი 8.
პირველად მანქანაში გამოყენებული იქნა ორმაგი ორთქლის მოქმედების პრინციპი, რომელიც მდგომარეობს იმაში, რომ ახალი ორთქლი შეჰყავთ მანქანის ცილინდრში მონაცვლეობით დგუშის ორივე მხარეს კამერებში. ვატის მიერ ორთქლის გაფართოების პრინციპის შემოღება მდგომარეობდა იმაში, რომ ახალი ორთქლი ცილინდრში შედიოდა მხოლოდ დგუშის დარტყმის ნაწილისთვის, შემდეგ ორთქლი შეწყდა და დგუშის შემდგომი მოძრაობა განხორციელდა ორთქლის გაფართოებისა და ვარდნის გამო. მისი წნევა.
ამრიგად, ვატის მანქანაში გადამწყვეტი მამოძრავებელი ძალა იყო არა ატმოსფერული წნევა, არამედ მაღალი წნევის ორთქლის ელასტიურობა, რომელიც დგუშს მოძრაობაში აყენებს. ორთქლის მუშაობის ახალი პრინციპი მოითხოვდა სრულ ცვლილებას აპარატის დიზაინში, განსაკუთრებით ცილინდრისა და ორთქლის განაწილებაში. ცილინდრში ორთქლის კონდენსაციის აღმოსაფხვრელად, ვატმა პირველად შემოიტანა ცილინდრის ორთქლის ქურთუკი, რომლის დახმარებით მან დაიწყო მისი სამუშაო კედლების ორთქლით გაცხელება და ორთქლის ქურთუკის გარე ნაწილის იზოლირება. მას შემდეგ, რაც ვატმა ვერ გამოიყენა თავის მანქანაში ერთიანი ბრუნვის მოძრაობის შესაქმნელად. ამწე მექანიზმი(ასეთი გადაცემისთვის დამცავი პატენტი აიღო ფრანგმა გამომგონებელმა პიკარმა), შემდეგ 1781 წელს მან აიღო პატენტი ქანების მოძრაობის უწყვეტ ბრუნვად გადაქცევის ხუთი მეთოდისთვის. თავდაპირველად, ამ მიზნით მან გამოიყენა პლანეტარული, ანუ მზის ბორბალი. დაბოლოს, Watt-მა წარმოადგინა ცენტრიდანული სიჩქარის კონტროლერი, რათა შეცვალოს მანქანის ცილინდრზე მიწოდებული ორთქლის რაოდენობა რევოლუციების რაოდენობის ცვლილებით. ამრიგად, ვატმა თავის ორთქლის ძრავაში ჩამოაყალიბა თანამედროვე ორთქლის ძრავის დიზაინისა და მუშაობის ძირითადი პრინციპები.
Watt-ის ორთქლის ძრავები მუშაობდნენ დაბალი წნევის გაჯერებულ ორთქლზე 0,2–0,3 მპა, წუთში ბრუნვის მცირე რაოდენობით. ამ გზით შეცვლილმა ორთქლის ძრავებმა მისცეს შესანიშნავი შედეგები, რამდენჯერმე შეამცირა ქვანახშირის მოხმარება ცხენის/სთ-ზე (ცხენის ძალა საათში) Newcomen-ის მანქანებთან შედარებით და გადაანაცვლა წყლის ბორბალი სამთო მრეწველობისგან. XVIII საუკუნის 80-იანი წლების შუა ხანებში. საბოლოოდ განვითარდა ორთქლის ძრავის დიზაინი და ორმაგი მოქმედების ორთქლის ძრავა გახდა უნივერსალური სითბოს ძრავა, რომელმაც ფართო გამოყენება ჰპოვა ეკონომიკის თითქმის ყველა სექტორში ბევრ ქვეყანაში. მე-19 საუკუნეში ფართოდ გავრცელდა ლილვის ამწევი ორთქლის ელექტროსადგურები, ორთქლის ამწეები, მოძრავი ორთქლის ელექტროსადგურები, ორთქლის ჩაქუჩები, ორთქლის ტუმბოები და სხვ.
ეფექტურობის შემდგომი ზრდა ორთქლის ელექტროსადგური მიღწეული იქნა უოტის თანამედროვე არტურ ვოლფის მიერ ინგლისში ორთქლის მრავალჯერადი გაფართოების შემოღებით ზედიზედ 2, 3 და თუნდაც 4 ეტაპად, ხოლო ორთქლი გადადიოდა მანქანის ერთი ცილინდრიდან მეორეზე.
ბალანსერის უარყოფამ და ორთქლის მრავალჯერადი გაფართოების გამოყენებამ განაპირობა მანქანების ახალი კონსტრუქციული ფორმების შექმნა. ორმაგი გაფართოების ძრავებმა დაიწყეს ფორმის მიღება ორი ცილინდრის სახით - მაღალი წნევის ცილინდრი (HPC) და დაბალი წნევის ცილინდრი (LPC), რომელმაც მიიღო გამონაბოლქვი ორთქლი HPC-ის შემდეგ. ცილინდრები განლაგებული იყო ან ჰორიზონტალურად (კომპლექსური მანქანა, სურ. 4.4, ა), ან თანმიმდევრულად, როდესაც ორივე დგუში ზის საერთო ღეროზე (ტანდემის მანქანა, სურ. 4.4, ბ).
დიდი მნიშვნელობა აქვს ეფექტურობის გაზრდისთვის. ორთქლის ძრავებმა დაიწყეს ზედმეტად გახურებული ორთქლის გამოყენება 350 ° C-მდე ტემპერატურით მე -19 საუკუნის შუა ხანებში, რამაც შესაძლებელი გახადა საწვავის მოხმარების შემცირება 4,5 კგ-მდე ცხენის/სთ. ზედმეტად გახურებული ორთქლის გამოყენება პირველად შემოგვთავაზა ფრანგმა მეცნიერმა გ. გირნომი.
მუშათა კლასის ოჯახში დაბადებული ჯორჯ სტეფენსონი (1781–1848) მუშაობდა ნიუკასლის ქვანახშირის მაღაროში, სადაც მისი მამა და ბაბუაც მუშაობდნენ. ბევრს ეწეოდა თვითგანათლება, სწავლობდა ფიზიკას, მექანიკას და სხვა მეცნიერებებს, დაინტერესებული იყო საგამომგონებლო საქმიანობით. სტეფენსონის გამორჩეულმა შესაძლებლობებმა მიიყვანა იგი მექანიკოსის თანამდებობამდე და 1823 წელს დაინიშნა კომპანიის მთავარ ინჟინერად პირველი რკინიგზის მშენებლობისთვის. საერთო გამოყენებასტოკტონ-დარლინგტონი; ამან მას დიდი შესაძლებლობები გაუხსნა დიზაინისა და გამომგონებლური მუშაობისთვის.
რუსეთში პირველი ორთქლის ლოკომოტივები ააგეს რუსმა მექანიკოსებმა და გამომგონებლებმა ჩერეპანოვებმა - ეფიმ ალექსეევიჩმა (მამა, 1774-1842) და მირონ ეფიმოვიჩმა (შვილი, 1803-1849), რომლებიც მუშაობდნენ ნიჟნი თაგილის ქარხნებში და იყვნენ ქარხნის ყოფილი ყმები. მფლობელები დემიდოვები. ჩერპანოვები თვითგანათლების გზით გახდნენ განათლებული ადამიანები, მოინახულეს პეტერბურგის და მოსკოვის, ინგლისისა და შვედეთის ქარხნები. საგამომგონებლო საქმიანობისთვის მირონ ჩერეპანოვს და მის მეუღლეს 1833 წელს თავისუფლება მიეცათ. ეფიმ ჩერეპანოვს და მის მეუღლეს თავისუფლება მიეცათ 1836 წელს. ჩერპანოვებმა შექმნეს დაახლოებით 20 სხვადასხვა ორთქლის ძრავა, რომლებიც მუშაობდნენ ნიჟნი თაგილის ქარხნებში.
ორთქლის მაღალი წნევა ორთქლის ძრავებისთვის პირველად გამოიყენა ოლივერ ევანსმა ამერიკაში. ამან გამოიწვია საწვავის მოხმარების შემდგომი შემცირება 3 კგ-მდე ცხენის/სთ-ზე. მოგვიანებით, ორთქლის ლოკომოტივის დიზაინერებმა დაიწყეს მრავალცილინდრიანი ორთქლის ძრავების, ზედმეტი წნევის ორთქლის და უკუსვლის მოწყობილობის გამოყენება.
XVIII საუკუნეში. სრულიად გასაგები იყო ორთქლის ძრავის გამოყენების სურვილი სახმელეთო და წყლის ტრანსპორტისთვის. ორთქლის ძრავების შემუშავებაში დამოუკიდებელი მიმართულება იყო ლოკომოტივები - მობილური ორთქლის ელექტროსადგურები. ამ ტიპის პირველი ინსტალაცია შეიმუშავა ინგლისელმა მშენებელმა ჯონ სმიტმა. ფაქტობრივად, ორთქლის ტრანსპორტის განვითარება დაიწყო ცეცხლსასროლი მილების ქვაბებში სახანძრო მილების დამონტაჟებით, რამაც საგრძნობლად გაზარდა მათი ორთქლის გამომუშავება.
მრავალი მცდელობა გაკეთდა ორთქლის ლოკომოტივების განვითარება - ორთქლის ლოკომოტივები, აშენდა მოქმედი მოდელები (სურ. 4.5, 4.6). ამათგან გამოირჩევა 1825 წელს ნიჭიერი ინგლისელი გამომგონებლის ჯორჯ სტეფენსონის (1781–1848) მიერ აშენებული სარაკეტო ორთქლის ლოკომოტივი (იხ. სურ. 4.6, ა, ბ).
Rocket არ იყო პირველი ორთქლის ლოკომოტივი, რომელიც სტივენსონმა დააპროექტა და აშენდა, მაგრამ ეს იყო მრავალი თვალსაზრისით უპირატესი და საუკეთესო ლოკომოტივად იქნა აღიარებული რეიჰილში სპეციალურ გამოფენაზე და რეკომენდირებული იყო ახალი ლივერპული-მანჩესტერის რკინიგზაზე, რომელიც იმ დროს სამაგალითო გახდა. . 1823 წელს სტეფენსონმა მოაწყო პირველი ლოკომოტივის ქარხანა ნიუკასლში. 1829 წელს ინგლისში მოეწყო კონკურსი საუკეთესო ორთქლის ლოკომოტივისთვის, რომლის გამარჯვებული გახდა ჯ.სტიფენსონის მანქანა. მისი ორთქლის ლოკომოტივი "Rocket", შემუშავებული სახანძრო ქვაბის საფუძველზე, მატარებლის მასით 17 ტონა, განავითარა სიჩქარე 21 კმ / სთ. მოგვიანებით „რაკეტის“ სიჩქარე 45 კმ/სთ-მდე გაიზარდა.
რკინიგზამ თამაში დაიწყო XVIII საუკუნეში. უზარმაზარი როლი. რუსეთში პირველი სამგზავრო რკინიგზა 27 კმ სიგრძით, ცარისტული მთავრობის გადაწყვეტილებით, უცხოელმა მეწარმეებმა ააგეს 1837 წელს პეტერბურგსა და პავლოვსკს შორის. პეტერბურგი-მოსკოვის ორლიანდაგიანი რკინიგზა 1851 წელს დაიწყო.
1834 წელს მამა-შვილმა ჩერეპანოვებმა ააშენეს პირველი რუსული ორთქლის ლოკომოტივი (იხ. სურ. 4.6, c, d), რომელსაც ატარებდა 3,5 ტონა ტვირთი 15 კმ/სთ სიჩქარით. მათი შემდგომი ორთქლის ლოკომოტივები ატარებდნენ ტვირთს 17 ტონა.
წყლის ტრანსპორტირებაში ორთქლის ძრავის გამოყენების მცდელობები მე-18 საუკუნის დასაწყისიდან დაიწყო. ცნობილია, მაგალითად, რომ ფრანგმა ფიზიკოსმა დ.პაპინმა (1647–1714) ააგო ნავი, რომელსაც მართავდა ორთქლის ძრავა. მართალია, პაპინმა ამ საკითხში წარმატებას ვერ მიაღწია.
პრობლემა მოგვარებულია ამერიკელი გამომგონებელირობერტ ფულტონი (1765–1815), დაიბადა პატარა ბრიტონში (ახლანდელი ფულტონი), პენსილვანია. საინტერესოა აღინიშნოს, რომ პირველი დიდი წარმატებები მრეწველობის, სარკინიგზო და წყლის ტრანსპორტისთვის ორთქლის ძრავების შექმნაში დაეცა. ნიჭიერი ხალხირომლებმაც ცოდნა მიიღეს თვითგანათლებით. ამ მხრივ გამონაკლისი არც ფულტონი იყო. ფულტონი, რომელიც მოგვიანებით მექანიკოსი გახდა, ღარიბი ოჯახიდან იყო და თავიდან ბევრს თვითგანათლება ეწეოდა. ფულტონი ცხოვრობდა ინგლისში, სადაც ის იყო დაკავებული ჰიდრავლიკური კონსტრუქციების მშენებლობით და რიგი სხვა ტექნიკური პრობლემების გადაწყვეტით. საფრანგეთში (პარიზში) ყოფნისას მან ააგო ნაუტილუსის წყალქვეშა ნავი და ორთქლის ხომალდი, რომელიც გამოსცადეს მდინარე სენაზე. მაგრამ ეს ყველაფერი მხოლოდ დასაწყისი იყო.
ნამდვილი წარმატება ფულტონმა 1807 წელს მიაღწია: ამერიკაში დაბრუნებისას მან ააშენა კლერმონის ორთქლმავალი 15 ტონა ტევადობით, რომელსაც ამოძრავებდა 20 ცხენის ძალა ორთქლის ძრავით. ს., რომელმაც 1807 წლის აგვისტოში შეასრულა პირველი ფრენა ნიუ-იორკიდან ოლბანის მიმართულებით, სიგრძით დაახლოებით 280 კმ.
გემების შემდგომი განვითარება, როგორც მდინარის, ისე საზღვაო, საკმაოდ სწრაფად განვითარდა. ამას ხელი შეუწყო გემის ხის კონსტრუქციებიდან ფოლადზე გადასვლამ, ორთქლის ძრავების სიმძლავრისა და სიჩქარის ზრდამ, პროპელერის დანერგვამ და სხვა ფაქტორებმა.
ორთქლის ძრავის გამოგონებით ადამიანმა ისწავლა საწვავში კონცენტრირებული ენერგიის გადაქცევა მოძრაობად, სამუშაოდ.
ორთქლის ძრავა არის ისტორიაში იმ რამდენიმე გამოგონებიდან, რომელმაც მკვეთრად შეცვალა მსოფლიოს სურათი, მოახდინა რევოლუცია ინდუსტრიაში, ტრანსპორტში და მისცა ბიძგი მეცნიერული ცოდნის ახალ ზრდას. ეს იყო მრეწველობისა და ტრანსპორტის უნივერსალური ძრავა მე-19 საუკუნის განმავლობაში, მაგრამ მისი შესაძლებლობები აღარ აკმაყოფილებდა მოთხოვნებს ძრავებისთვის, რომლებიც წარმოიშვა მე-19 საუკუნის ბოლოს ელექტროსადგურების მშენებლობასთან და მაღალსიჩქარიანი მექანიზმების გამოყენებასთან დაკავშირებით.
დაბალსიჩქარიანი ორთქლის ძრავის ნაცვლად ტექნიკურ ასპარეზზე ახალი სითბური ძრავის სახით შემოდის უფრო მაღალი ეფექტურობის მაღალსიჩქარიანი ტურბინა.
WATT, ჯეიმსი (Watt, James, 1736-1819), შოტლანდიელი ინჟინერი და გამომგონებელი. დაიბადა 1736 წლის 19 იანვარს გრინოკში, გლაზგოს (შოტლანდია) მახლობლად, ვაჭრის ოჯახში. ცუდი ჯანმრთელობის გამო, უოტი ფორმალურად ცოტას სწავლობდა, მაგრამ ბევრი რამ ისწავლა საკუთარ თავზე. თინეიჯერობისას უყვარდა ასტრონომია, ქიმიური ექსპერიმენტები, ისწავლა ყველაფრის საკუთარი ხელით კეთება და გარშემომყოფებისგან „ყველა ვაჭრობის ჯეკის“ ტიტულიც კი დაიმსახურა.
უმეტესობა მას ორთქლის ძრავის გამომგონებლად თვლის, მაგრამ ეს მთლად ასე არ არის.
დ.პაპინის, ტ.სევერის, ი.პოლზუნოვის, ტ.ნიუკომენის მიერ აშენებულმა ორთქლის ძრავებმა მაღაროებში მუშაობა დაიწყეს დ.ვატამდე დიდი ხნით ადრე. ისინი განსხვავდებოდნენ კონსტრუქციულად, მაგრამ მათში მთავარი ის იყო, რომ დგუშის მოძრაობა გამოწვეული იყო სამუშაო ცილინდრის მონაცვლეობით გათბობით და გაგრილებით. ამის გამო ისინი ნელა მოძრაობდნენ და ბევრ საწვავს მოიხმარდნენ.
1736 წლის 19 იანვარს დაიბადა ჯეიმს უოტი (ჯეიმს უოტი, 1736-1819), გამოჩენილი შოტლანდიელი ინჟინერი და გამომგონებელი, რომელიც ცნობილი გახდა პირველ რიგში, როგორც გაუმჯობესებული ორთქლის ძრავის შემქმნელი. მაგრამ მან ასევე ნათელი კვალი დატოვა კრიტიკული მედიცინის ისტორიაში თომას ბედდოსის პნევმატურ სამედიცინო ინსტიტუტთან თანამშრომლობით (Beddoes, Thomas, 1760-1808). ჯეიმს უოტმა ინსტიტუტის ლაბორატორიებს საჭირო აღჭურვილობა მიაწოდა. მისი მონაწილეობის წყალობით პნევმატურ ინსტიტუტში შეიქმნა პირველი ინჰალატორები, სპირომეტრები, გაზის მრიცხველები და ა.შ.
თავად ჯეიმს უოტი, ისევე როგორც მისი მეუღლე და მისი ერთ-ერთი ვაჟი, არაერთხელ მიუღიათ მონაწილეობა სამეცნიერო ექსპერიმენტებში. „პნევმატური ინსტიტუტი“ რეალური გახდა სამეცნიერო ცენტრი, რომელმაც შეისწავლა სხვადასხვა გაზების თვისებები და მათი გავლენა ადამიანის ორგანიზმზე. შეიძლება ითქვას, რომ თომას ბედდო და მისი თანამშრომლები იყვნენ თანამედროვე რესპირატორული თერაპიის პიონერები და წინამორბედები. სამწუხაროდ, თომას ბედდო შეცდომით თვლიდა, რომ ტუბერკულოზი გამოწვეული იყო ჭარბი ჟანგბადით.
ამიტომ ჯეიმს უოტის შვილმა, გრეგორმა, პნევმატურ ინსტიტუტში ნახშირორჟანგის ინჰალაციებით მკურნალობის სრულიად უსარგებლო კურსი გაიარა. თუმცა, სწორედ პნევმატურ ინსტიტუტში გამოიყენეს ჟანგბადი პირველად სამკურნალო მიზნებისთვის; შემუშავდა აეროზოლური თერაპიის საფუძვლები; პირველად წყალბადის განზავების მეთოდით (G. Davy) გაზომეს ფილტვების მთლიანი მოცულობა და ა.შ. Watt-ისა და Beddoe-ს თანამშრომლობა სხვადასხვა გაზების თერაპიულ გამოყენებაზე დაგვირგვინდა მათი ერთობლივი წიგნით Materials on the Medical Use of Artificial Airs, რომელიც გამოვიდა ორ გამოცემაში (1794, 1795) და გახდა პირველი სპეციალური სახელმძღვანელო ჟანგბადის თერაპიის შესახებ.
1755 წელს ვატი გაემგზავრა ლონდონში, რათა ესწავლა მექანიკოსად და მათემატიკური და ასტრონომიული ინსტრუმენტების წარმოებაში. ერთ წელიწადში შვიდწლიანი სასწავლო პროგრამის დასრულების შემდეგ, უოტი დაბრუნდა შოტლანდიაში და გლაზგოს უნივერსიტეტში მექანიკოსად დასაქმდა. პარალელურად მან გახსნა საკუთარი სარემონტო მაღაზია.
უნივერსიტეტში უოტი შეხვდა დიდ შოტლანდიელ ქიმიკოსს ჯოზეფ ბლეკს (1728-1799), რომელმაც აღმოაჩინა ნახშირორჟანგი 1754 წელს. ამ შეხვედრამ ხელი შეუწყო ბლექის შემდგომი კვლევისთვის საჭირო მრავალი ახალი ქიმიური ინსტრუმენტის შემუშავებას, მაგალითად, ყინულის კალორიმეტრი. . ამ დროს ჯოზეფ ბლეკი მუშაობდა აორთქლების სიცხის განსაზღვრის პრობლემაზე და ვატი ჩართული იყო უზრუნველყოფაში. ტექნიკური მხარეექსპერიმენტები.
1763 წელს, როგორც უნივერსიტეტის მექანიკოსს, სთხოვეს T. Newcomen-ის ორთქლის ძრავის უნივერსიტეტის მოდელის შეკეთება.
აქვე უნდა გავაკეთოთ მცირე გადახვევა ორთქლის ძრავების შექმნის ისტორიაში. ერთხელ სკოლაში გვასწავლიდნენ, „დიდი ძალაუფლების შოვინიზმის“ აღზრდისას, რომ ორთქლის ძრავა გამოიგონა რუსმა სერფ მექანიკოსმა ივან პოლზუნოვმა და არა ჯეიმს უოტმა, რომლის როლი ორთქლის ძრავების შექმნაში ხანდახან იკითხებოდა. წიგნების „არასწორი“ პატრიოტული თვალსაზრისით. მაგრამ სინამდვილეში, ორთქლის ძრავის გამომგონებელი არ არის ივან პოლზუნოვი და არა ჯეიმს უოტი, არამედ ინგლისელი ინჟინერი თომას ნიუკომენი (თომას ნიუკომენი, 1663-1729).
უფრო მეტიც, ორთქლის ადამიანის სამსახურში დაყენების პირველი მცდელობა განხორციელდა ინგლისში ჯერ კიდევ 1698 წელს სამხედრო ინჟინერმა თომას სავერიმ (1650?-1715). მან შექმნა ორთქლის წყლის ამწე, რომელიც განკუთვნილი იყო მაღაროების გადინებისა და წყლის ამოტუმბვისთვის და გახდა ორთქლის ძრავის პროტოტიპი.
Savery-ს მანქანა ასე მუშაობდა: ჯერ ორთქლით ივსებოდა დალუქული ავზი, შემდეგ ავზის გარე ზედაპირი გაცივდა ცივი წყლით, რამაც გამოიწვია ორთქლის კონდენსაცია და ავზში წარმოიქმნა ნაწილობრივი ვაკუუმი. ამის შემდეგ, წყალი, მაგალითად, მაღაროს ფსკერიდან, წყალსაცავში იწოვებოდა წყალმიმღები მილით და ორთქლის შემდეგი ნაწილის დაშვების შემდეგ, გამოსული იყო გამოსასვლელი მილით. შემდეგ ციკლი განმეორდა, მაგრამ წყლის აწევა მხოლოდ 10,36 მ-ზე ნაკლები სიღრმიდან შეიძლებოდა, რადგან სინამდვილეში ის ატმოსფერული წნევით იყო გამოდევნილი.
ეს მანქანა არც თუ ისე წარმატებული იყო, მაგრამ პაპენს მისცა ნათელი იდეა, რომ დენთის წყალი შეეცვალა. ხოლო 1698 წელს მან ააგო ორთქლის ძრავა (იმავე წელს ინგლისელმა სავერიმ ააგო თავისი „ცეცხლოვანი ძრავა“). წყალი თბებოდა ვერტიკალური ცილინდრის შიგნით, რომლის შიგნით იყო დგუში და მიღებულმა ორთქლმა დგუში მაღლა აიწია. როდესაც ორთქლი გაცივდა და კონდენსირდებოდა, დგუში ატმოსფერული წნევით ჩამოიწია. ამრიგად, ბლოკების სისტემის მეშვეობით, პაპინის მანქანას შეეძლო მართოს სხვადასხვა მექანიზმები, როგორიცაა ტუმბოები.
ინგლისელი გამომგონებელი თომას ნიუკომენი (1663 - 1729), რომელიც ხშირად სტუმრობდა მაღაროებს დასავლეთის ქვეყანაში, სადაც მუშაობდა მჭედლად, იცნობდა Savery-სა და Papin-ის ორთქლის ძრავებს და, შესაბამისად, კარგად ესმოდა, რამდენად სანდო ტუმბოები იყო საჭირო თავიდან ასაცილებლად. მაღაროების დატბორვა. მან გააერთიანა ძალები სანტექნიკოსთან და მინანქართან, ჯონ კელისთან, უკეთესი მოდელის შესაქმნელად. მათი პირველი ორთქლის ძრავა დამონტაჟდა 1712 წელს სტაფორდშირში მდებარე კოლიერიებში.
როგორც პაპინის მანქანაში, დგუში მოძრაობდა ვერტიკალურ ცილინდრში, მაგრამ მთლიანობაში Newcomen-ის მანქანა ბევრად უფრო დაწინაურებული იყო. ცილინდრსა და დგუშის შორის არსებული უფსკრული აღმოსაფხვრელად, ნიუკომენმა დააფიქსირა მოქნილი ტყავის დისკი ამ უკანასკნელის ბოლოზე და დაასხა წყალი.
ქვაბიდან ორთქლი შევიდა ცილინდრის ძირში და დგუში მაღლა ასწია. ცილინდრში ცივი წყლის შეყვანისას ორთქლი კონდენსირებული იყო, ცილინდრში წარმოიქმნა ვაკუუმი და ატმოსფერული წნევის ზემოქმედებით დგუში დაეცა. ამ დაბრუნების დარტყმამ ამოიღო წყალი ცილინდრიდან და საქანელავით მოძრავი საქანელასთან დაკავშირებული ჯაჭვის საშუალებით ასწია ტუმბოს ღერო ზევით. როდესაც დგუში იყო მისი დარტყმის ბოლოში, ორთქლი კვლავ შედიოდა ცილინდრში და ტუმბოს ღეროზე ან როკერზე დამაგრებული საპირწონის დახმარებით, დგუში ავიდა თავდაპირველ მდგომარეობაში. ამის შემდეგ ციკლი განმეორდა.
Newcomen-ის მანქანა თავის დროზე საოცრად წარმატებული იყო და მთელ ევროპაში გამოიყენებოდა 50 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში. მას იყენებდნენ დიდი ბრიტანეთის მრავალი მაღაროდან წყლის სატუმბლად. ეს იყო პირველი ფართომასშტაბიანი პროდუქტი ტექნოლოგიის ისტორიაში (დაიმზადა რამდენიმე ათასი ცალი).
1740 წელს 2,74 მ სიგრძისა და 76 სმ დიამეტრის ცილინდრის მქონე მანქანამ ერთ დღეში შეასრულა სამუშაო, რომელსაც 25 კაცისგან და 10 ცხენისგან შემდგარი გუნდები, რომლებიც მუშაობდნენ ცვლაში, ადრე ერთ კვირაში ასრულებდნენ.
1775 წელს კიდევ უფრო დიდი მანქანაჯონ სმიტონის (ედისტონის შუქურის შემქმნელის) მიერ აშენებული, კრონშტადტში (რუსეთი) დოკი ორ კვირაში გაანადგურა. ადრე მაღალი ქარის წისქვილების გამოყენებას მთელი წელი სჭირდებოდა.
და მაინც, ნიუკომენის მანქანა შორს იყო სრულყოფილი. მან გადააქცია თერმული ენერგიის მხოლოდ დაახლოებით 1% მექანიკურ ენერგიად და, შედეგად, შეჭამა უზარმაზარი საწვავი, რასაც, თუმცა, დიდი მნიშვნელობა არ ჰქონდა, როდესაც მანქანა მუშაობდა ქვანახშირის მაღაროებში.
ზოგადად, ნიუკომენის მანქანებმა დიდი როლი ითამაშეს ქვანახშირის მრეწველობის შენარჩუნებაში. მათი დახმარებით შესაძლებელი გახდა ნახშირის მოპოვების განახლება ბევრ დატბორულ მაღაროში.
Newcomen-ის გამოგონების შესახებ შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს იყო ნამდვილად ორთქლის ძრავა, უფრო სწორად, ორთქლის ატმოსფერული ძრავა. ორთქლის ძრავების წინა პროტოტიპებიდან იგი გამოირჩეოდა შემდეგით:
* მასში მამოძრავებელი ძალა იყო ატმოსფერული წნევა და იშვიათობა მიიღწევა ორთქლის კონდენსაციის დროს;
* ცილინდრში იყო დგუში, რომელიც ორთქლის მოქმედებით სამუშაო დარტყმას აკეთებდა;
* ვაკუუმი მიღწეული იქნა ორთქლის კონდენსაციის შედეგად ცილინდრში ცივი წყლის შეყვანისას.
მაშასადამე, ფაქტობრივად, ორთქლის ძრავის გამომგონებელი სამართლიანად არის ინგლისელი თომას ნიუკომენი, რომელმაც შექმნა თავისი ორთქლის ატმოსფერული ძრავა 1712 წელს (ვატამდე ნახევარი საუკუნით ადრე).
ორთქლის ძრავების შექმნის ისტორიაში მოკლე გადახრისას, არ შეიძლება გვერდიდან გავუსვათ ჩვენი გამოჩენილი თანამემამულე ივან ივანოვიჩ პოლზუნოვის (1729-1766) პიროვნებას, რომელმაც ააგო ორთქლის ატმოსფერული ძრავა უფრო ადრე, ვიდრე ჯეიმს ვატმა გააკეთა. როგორც მექანიკოსმა კოლივანო-ვოკრესენსკის სამთო ქარხნებში ალტაიში, 1763 წლის 25 აპრილს მან შესთავაზა პროექტი და აღწერა "ცეცხლსასროლი მანქანა". პროექტი მაგიდაზე დადგა ქარხნების ხელმძღვანელს, რომელმაც დაამტკიცა და პეტერბურგში გაგზავნა, საიდანაც მალევე მოვიდა პასუხი: „... მის ამ გამოგონებას პატივი უნდა სცეს ახალი გამოგონებისთვის“.
პოლზუნოვმა თავიდან აშენება შესთავაზა პატარა მანქანა, რომელზედაც შესაძლებელი იქნებოდა ყველა იმ ხარვეზის გამოვლენა და აღმოფხვრა, რაც გარდაუვალია ახალ გამოგონებაში. ქარხნის ხელისუფლება არ დაეთანხმა ამას და გადაწყვიტეს დაუყოვნებლივ აეშენებინათ უზარმაზარი მანქანა ძლიერი აფეთქებისთვის. 1764 წლის აპრილში პოლზუნოვმა დაიწყო მანქანის შექმნა, რომელიც 15-ჯერ უფრო ძლიერი იყო, ვიდრე 1763 წლის პროექტი.
მან ორთქლ-ატმოსფერული ძრავის იდეა აიღო ი.შლატერის წიგნიდან "ყოვლისმომცველი ინსტრუქცია სამთო ბიზნესისთვის..." (სანქტ-პეტერბურგი, 1760 წ.).
მაგრამ პოლზუნოვის ძრავა ფუნდამენტურად განსხვავდებოდა Savery-სა და Newcomen-ის ინგლისური მანქანებისგან. ისინი ერთცილინდრიანი იყო და მხოლოდ მაღაროებიდან წყლის ამოტუმბვისთვის იყო შესაფერისი. პოლზუნოვის ორცილინდრიან უწყვეტი მოქმედების ძრავას შეეძლო ჰაერის აფეთქება ღუმელში და წყლის ამოტუმბვა. მომავალში, გამომგონებელს იმედი ჰქონდა, რომ მოერგებოდა სხვა საჭიროებებს.
დანადგარის მშენებლობა დაევალა პოლზუნოვს, რომელსაც „ვინც არ იცოდა, მაგრამ მხოლოდ ერთი მიდრეკილება ჰქონდა, ორი ადგილობრივი ხელოსანი“ იყო გამოყოფილი და რამდენიმე დამხმარე მუშაც კი. ამ „შტაბით“ პოლზუნოვი თავისი მანქანის აშენებას შეუდგა. წელიწადი და ცხრა თვის განმავლობაში აშენდა. როდესაც მანქანამ უკვე გაიარა პირველი გამოცდა, გამომგონებელი დაავადდა გარდამავალი მოხმარებით და 1766 წლის 16 (28) მაისს, საბოლოო გამოცდებამდე რამდენიმე დღით ადრე, გარდაიცვალა.
1766 წლის 23 მაისს პოლზუნოვის მოსწავლეები ლევზინი და ჩერნიცინი მარტო წავიდნენ. ბოლო ტესტიორთქლმავალი. 4 ივლისით დათარიღებულ „დღის შენიშვნაში“ აღინიშნა „ძრავის სწორი მუშაობა“, ხოლო 1766 წლის 7 აგვისტოს ექსპლუატაციაში შევიდა მთელი ინსტალაცია, ორთქლის ძრავა და მძლავრი აფეთქება. სულ რაღაც სამ თვეში მუშაობისას პოლზუნოვის მანქანამ არა მხოლოდ გაამართლა მისი მშენებლობის ყველა ხარჯი 7233 რუბლი 55 კაპიკი, არამედ მისცა წმინდა მოგება 12640 რუბლი 28 კაპიკი. თუმცა, 1766 წლის 10 ნოემბერს, მას შემდეგ რაც ქვაბი დაიწვა მანქანაში, იგი უმოქმედოდ იდგა 15 წლის, 5 თვისა და 10 დღის განმავლობაში. 1782 წელს მანქანა დაიშალა. (Encyclopedia of the Altai Territory. Barnaul. 1996. Vol. 2. S. 281-282; Barnaul. Chronicle of the city. Barnaul. 1994. ნაწილი 1. გვ. 30).
პარალელურად ჯეიმს უოტი ინგლისში ორთქლის ძრავის შექმნაზეც მუშაობდა. 1763 წელს, როგორც უნივერსიტეტის მექანიკოსს, სთხოვეს T. Newcomen-ის ორთქლის ძრავის უნივერსიტეტის მოდელის შეკეთება.
T. Newcomen-ის ორთქლ-ატმოსფერული აპარატის უნივერსიტეტის მოდელის გამართვისას უოტი დარწმუნდა ასეთი მანქანების დაბალ ეფექტურობაში. მან დაიწყო ორთქლის ძრავის პარამეტრების გაუმჯობესების მცდელობა. მისთვის ნათელი იყო, რომ ნიუკომენის აპარატის მთავარი ნაკლი იყო ცილინდრის მონაცვლეობითი გათბობა და გაგრილება. როგორ შეიძლება ამის თავიდან აცილება? პასუხი უატმა მიიღო 1765 წლის გაზაფხულის კვირას, შუადღისას. მან გააცნობიერა, რომ ცილინდრი ყოველთვის ცხელი იქნებოდა, თუ კონდენსაციამდე ორთქლი გადაინაცვლებდა ცალკე რეზერვუარში მილსადენის მეშვეობით სარქველით. ამ შემთხვევაში, ორთქლის კონდენსაციის პროცესის გადატანა ცილინდრის გარეთ უნდა დაეხმაროს ორთქლის მოხმარების შემცირებას. უფრო მეტიც, ცილინდრი შეიძლება დარჩეს ცხელი და კონდენსატორი ცივი, თუ ისინი გარედან დაფარულია თბოიზოლაციის მასალებით.
ვატმა ორთქლის ძრავის გაუმჯობესებამ (ცენტრიფუგა რეგულატორი, ცალკეული ორთქლის კონდენსატორი, ლუქები და ა.შ.) არა მხოლოდ გაზარდა მანქანის ეფექტურობა, არამედ მთლიანად გადააქცია ორთქლ-ატმოსფერული ძრავა ორთქლის ძრავად და რაც მთავარია, მანქანა გახდა ადვილად კონტროლირებადი.
1768 წელს მან მოითხოვა პატენტი თავისი გამოგონებისთვის. მან პატენტი 1769 წელს მიიღო, მაგრამ ორთქლის ძრავის აშენება დიდი ხნის განმავლობაში ვერ მოახერხა. და მხოლოდ 1776 წელს, შოტლანდიაში პირველი მეტალურგიული ქარხნის დამაარსებლის, დოქტორ რებეკის ფინანსური მხარდაჭერით, ვატის ორთქლის ძრავა საბოლოოდ აშენდა და წარმატებით ჩააბარა გამოცდა.
ვატის პირველი მანქანა გაორმაგდა უფრო ეფექტური ვიდრე მანქანაახალმოსული. საინტერესოა, რომ განვითარება, რომელიც მოჰყვა ნიუკომენის თავდაპირველ გამოგონებას, ეფუძნებოდა ძრავის „შესრულების“ კონცეფციას, რაც გულისხმობდა ნახშირის ბუშტში ჩასხმული ფუტი ფუნტი წყლის რაოდენობას. ვინ ფლობდა ამ ერთეულის იდეას, ახლა უცნობია. ეს ადამიანი არ შესულა მეცნიერების ისტორიაში, მაგრამ ის, ალბათ, იყო მაღაროს მჭიდრო მფლობელი, რომელმაც შენიშნა, რომ ზოგიერთი ძრავა უფრო ეფექტურად მუშაობდა, ვიდრე სხვები და არ შეეძლო მეზობელ მაღაროს დიდი წარმოების ტემპი ჰქონოდა.
და მიუხედავად იმისა, რომ აპარატის ტესტები წარმატებული იყო, მის დროს შემდგომი ექსპლუატაციაგაირკვა, რომ უოტის პირველი მოდელი არ იყო მთლად წარმატებული და რებეკთან თანამშრომლობა შეწყდა. სახსრების ნაკლებობის მიუხედავად, ვატმა განაგრძო ორთქლის ძრავის გაუმჯობესებაზე მუშაობა. მისმა ნამუშევრებმა დააინტერესა მეთიუ ბულტონი (Methew Boulton), ინჟინერი და მდიდარი მწარმოებელი, ლითონის გადამამუშავებელი ქარხნის მფლობელი ბირმინგემის მახლობლად ქალაქ სოჰოში. 1775 წელს უოტმა და ბულტონმა დადეს პარტნიორობის ხელშეკრულება.
1781 წელს ჯეიმს უატმა მიიღო პატენტი მისი აპარატის მეორე მოდელის გამოგონებისთვის. მასში და შემდგომ მოდელებში გაკეთებულ ინოვაციებს შორის იყო:
* ორმაგი მოქმედების ცილინდრი, რომელშიც ორთქლი მონაცვლეობით მიეწოდებოდა დგუშის მოპირდაპირე მხარეს, ხოლო გამონაბოლქვი ორთქლი შედიოდა კონდენსატორში;
* სითბური ქურთუკი, რომელიც გარშემორტყმული იყო სამუშაო ცილინდრით სითბოს დაკარგვის შესამცირებლად, და კოჭა;
* დგუშის ორმხრივი მოძრაობის გადაქცევა ლილვის ბრუნვის მოძრაობად, ჯერ შემაერთებელი ღერო-ამწე მექანიზმის საშუალებით, შემდეგ კი გადაცემათა კოლოფის საშუალებით, რომელიც იყო პროტოტიპი. პლანეტარული მექანიზმი;
* ცენტრიდანული გუბერნატორი ლილვის მუდმივი სიჩქარის შესანარჩუნებლად და საფრენი ბორბალი არათანაბარი ბრუნვის შესამცირებლად.
1782 წელს აშენდა ეს შესანიშნავი მანქანა, პირველი უნივერსალური "ორმაგი მოქმედების" ორთქლის ძრავა. ვატმა ცილინდრის საფარი აღჭურვა მანამდე ცოტა ხნით ადრე გამოგონილი ჯირკვლით, რომელიც უზრუნველყოფდა დგუშის ღეროს თავისუფალ მოძრაობას, მაგრამ ხელს უშლიდა ორთქლის ცილინდრიდან გამოსვლას. ორთქლი ცილინდრში მონაცვლეობით შედიოდა დგუშის ერთი მხრიდან, შემდეგ მეორე მხრიდან, ქმნიდა ვაკუუმს. საპირისპირო მხარეცილინდრი. მაშასადამე, დგუში ორთქლის დახმარებით ახორციელებდა როგორც სამუშაო, ასევე უკან დარტყმას, რომელიც არ იყო ძველი მანქანები.
გარდა ამისა, 1782 წელს ჯეიმს უატმა შემოიღო გაფართოების მოქმედების პრინციპი, ორთქლის ნაკადი ცილინდრში გაყო მისი დინების დასაწყისში ისე, რომ მან დაიწყო ციკლის დარჩენილი ნაწილის გაფართოება საკუთარი წნევით. გაფართოების ქმედება ნიშნავს ძალაუფლების გარკვეულ დაკარგვას, მაგრამ "შესრულების" მოგებას. უოტის ყველა ამ იდეიდან ყველაზე სასარგებლო იყო ექსპანსიური მოქმედების იდეა. ეს ძალიან დაეხმარა მის შემდგომ პრაქტიკულ განხორციელებას. ინდიკატორის დიაგრამა, რომელიც შეიქმნა დაახლოებით 1790 წელს უოტის თანაშემწის ჯეიმს სამხრეთის მიერ.
ინდიკატორი იყო ჩამწერი მოწყობილობა, რომელიც შეიძლება მიმაგრებულიყო ძრავზე, რათა აღენიშნებოდა წნევა ცილინდრში მოცემული დარტყმის დროს შემავალი ორთქლის მოცულობის მიხედვით. ასეთი მრუდის ქვეშ არსებული ფართობი იყო მოცემულ ციკლში შესრულებული სამუშაოს საზომი. ინდიკატორი გამოიყენებოდა ძრავის რაც შეიძლება ეფექტურად რეგულირებისთვის. ეს დიაგრამა შემდგომში გახდა ცნობილი კარნოს ციკლის ნაწილი (სედი კარნო, 1796-1832) თეორიულ თერმოდინამიკაში.
მას შემდეგ, რაც ორმაგი მოქმედების ორთქლის ძრავის დგუშის ღერო ასრულებდა წევისა და ბიძგების მოქმედებას, ჯაჭვებისა და საქანელების მკლავების ძველი ამძრავი სისტემა, რომელიც პასუხობდა მხოლოდ ბიძგს, ხელახლა უნდა გადაკეთებულიყო. ვატმა შეიმუშავა დაკავშირებული ღეროების სისტემა და გამოიყენა პლანეტარული მექანიზმი დგუშის ღეროს ორმხრივი მოძრაობის ბრუნვით მოძრაობად გადასაყვანად, გამოიყენა მძიმე მფრინავი, ცენტრიდანული სიჩქარის კონტროლერი, დისკის სარქველი და წნევის საზომი ორთქლის წნევის გასაზომად.
უნივერსალური უწყვეტი მბრუნავი ორმაგი მოქმედების ორთქლის ძრავა (Watt's steam engine) ფართოდ გავრცელდა და მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა გადასვლაში. მანქანების წარმოება.
ჯეიმს უოტის მიერ დაპატენტებული "მბრუნავი ორთქლის ძრავა" პირველად ფართოდ გამოიყენებოდა დაწნული და ქსოვის ქარხნების მანქანებისა და ჩარხების დასამუშავებლად, შემდეგ კი სხვა სამრეწველო საწარმოებში. ამან გამოიწვია შრომის პროდუქტიულობის მკვეთრი ზრდა. სწორედ ამ მომენტიდან დაითვალეს ბრიტანელებმა დიდი ინდუსტრიული რევოლუციის დასაწყისი, რომელმაც ინგლისი წამყვან პოზიციამდე მიიყვანა მსოფლიოში.
ჯეიმს ვატის ძრავა შესაფერისი იყო ნებისმიერი მანქანისთვის და თვითმავალი მექანიზმების გამომგონებლები არ აყოვნებდნენ ამით ისარგებლეს. ასე რომ, ორთქლის ძრავა მოვიდა ტრანსპორტირებისთვის (Fulton's steamer, 1807; Stephenson's steam locomotive, 1815). სატრანსპორტო საშუალებებში უპირატესობის წყალობით ინგლისი გახდა მსოფლიოში წამყვანი ძალა.
1785 წელს Watt-მა დააპატენტა ახალი ქვაბის ღუმელის გამოგონება და იმავე წელს Watt-ის ერთ-ერთი მანქანა დამონტაჟდა ლონდონში Samuel Whitbread-ის ლუდსახარში ალაოს დასაფქვავად. მანქანამ 24 ცხენის ნაცვლად მუშაობა შეასრულა. მისი ცილინდრის დიამეტრი იყო 63 სმ, დგუშის დარტყმა 1,83 მ და მფრინავის დიამეტრი 4,27 მ. მანქანა დღემდე შემორჩენილია და დღეს მისი მოქმედების ნახვა შესაძლებელია Sydney Powerhouse Museum-ში.
Boulton and Watt-მა, დაარსებულმა 1775 წელს, განიცადა ცხოვრების ყველა პერიპეტი, დაწყებული მის პროდუქტებზე მოთხოვნილების შემცირებით და დამთავრებული სასამართლოში გამომგონებლების უფლებების დაცვამდე. თუმცა, 1783 წლიდან, ამ კომპანიის ბიზნესი, რომელიც მონოპოლიზებული იყო ორთქლის ძრავების წარმოებაზე, აღზევდა. ასე რომ, ჯეიმს უოტი გახდა ძალიან მდიდარი ადამიანი და დახმარება თომას ბედდოსის "პნევმატური სამედიცინო ინსტიტუტისთვის" (Beddoes, Thomas, 1760-1808), რომელთანაც მან დაიწყო თანამშრომლობა ამ დროს, უატმა უზრუნველყო ძალიან, ძალიან მნიშვნელოვანი.
მიუხედავად ორთქლის ძრავების შექმნაში ენერგიული აქტივობისა, უოტი გადადგა გლაზგოს უნივერსიტეტის თანამდებობიდან მხოლოდ 1800 წელს. მისი გადადგომიდან რვა წლის შემდეგ, მან დააწესა ვატის პრიზი უნივერსიტეტის საუკეთესო სტუდენტებისა და მასწავლებლებისთვის. მისი სახელის ტარება დაიწყო უნივერსიტეტის ტექნიკურმა ლაბორატორიამ, სადაც მან დაიწყო მოღვაწეობა. ჯეიმს უოტის სახელი ასევე არის კოლეჯი გრინოკში (შოტლანდია), გამომგონებლის მშობლიური ქალაქი.
ორთქლის ძრავის ევოლუცია J. Watt
1774 ორთქლი
ტუმბო 1781 ორთქლის ძრავა
ბრუნვით ლილვზე 1784 ორთქლის ძრავა
ორმაგი მოქმედება KShM-ით
საინტერესოა, რომ ერთ დროს ვატმა შესთავაზა ასეთი ერთეული, როგორც "ცხენის ძალა", როგორც სიმძლავრის ერთეული. ეს საზომი ერთეული დღემდე შემორჩა. მაგრამ ინგლისში, სადაც ვატს პატივს სცემენ, როგორც ინდუსტრიული რევოლუციის პიონერს, მათ სხვაგვარად გადაწყვიტეს. 1882 წელს ბრიტანეთის ინჟინერთა ასოციაციამ გადაწყვიტა ეწოდოს მისი სახელი. ახლა ჯეიმს უოტის სახელის წაკითხვა შესაძლებელია ნებისმიერ ნათურზე. ეს იყო პირველი შემთხვევა ტექნოლოგიის ისტორიაში, როდესაც საზომ ერთეულს მიენიჭა საკუთარი სახელი. ამ შემთხვევიდან დაიწყო საზომი ერთეულებისთვის სათანადო სახელების მინიჭების ტრადიცია.
ვატი ცხოვრობდა გრძელი ცხოვრებადა გარდაიცვალა 1819 წლის 19 აგვისტოს ჰითფილდში ბირმინგემის მახლობლად. ჯეიმს უოტის ძეგლზე წერია: „გაიზარდა ადამიანის ძალა ბუნებაზე“. ასე აფასებდნენ თანამედროვეები ცნობილთა საქმიანობას ინგლისელი გამომგონებელი.
Ორთქლმავალი
Ორთქლმავალი- გარე წვის სითბოს ძრავა, რომელიც წყლის ორთქლის ენერგიას გარდაქმნის დგუშის ორმხრივი მოძრაობის მექანიკურ მუშაობაში, შემდეგ კი ლილვის ბრუნვის მოძრაობაში. უფრო ფართო გაგებით, ორთქლის ძრავა არის ნებისმიერი გარე წვის ძრავა, რომელიც გარდაქმნის ორთქლის ენერგიას მექანიკურ სამუშაოდ.
პირველი ორთქლის ძრავა აშენდა მე -17 საუკუნეში. პაპინი 1690 წელს წარმოადგენდა ცილინდრს დგუშით, რომელიც ამაღლდა ორთქლის მოქმედებით და დაიკლო ატმოსფერული წნევით გამონაბოლქვი ორთქლის შესქელების შემდეგ. ამავე პრინციპით, Savery-სა და Newcomen-ის ორთქლის ძრავები აშენდა 1705 წელს მაღაროებიდან წყლის ამოტუმბვის მიზნით. ორთქლის ძრავის საბოლოო გაუმჯობესება განხორციელდა ჯეიმს ვატის მიერ 1769 წელს.
გამოგონება და განვითარება
ძრავა ორთქლის ვატიმანუფაქტურული
პირველი ცნობილი მოწყობილობა, რომელიც იკვებება ორთქლით, აღწერილია ალექსანდრიის გმირმა პირველ საუკუნეში. ბურთზე დამაგრებული საქშენებიდან ტანგენციურად გამომავალი ორთქლი ამ უკანასკნელს ატრიალებდა. რეალური ორთქლის ტურბინაგამოიგონა უფრო გვიან, შუა საუკუნეების ეგვიპტეში, მე-16 საუკუნის თურქმა ასტრონომმა, ფიზიკოსმა და ინჟინერმა ტაკიიუდინ ეშ-შამიმ. მან შემოგვთავაზა შამფვრის ბრუნვის მეთოდი ორთქლის ნაკადის საშუალებით, რომელიც მიმართულია ბორბლის კიდეზე დამაგრებულ პირებზე. მსგავსი მანქანა 1629 წელს შემოგვთავაზა იტალიელმა ინჟინერმა ჯოვანი ბრანკამ ცილინდრული წამყვან მოწყობილობის დასაბრუნებლად, რომელიც მონაცვლეობით ამაღლებდა და ათავისუფლებდა წყვილ ნაღმტყორცნებს. ორთქლის ნაკადი ამ ადრეულ ორთქლის ტურბინებში არ იყო კონცენტრირებული და მისი ენერგიის უმეტესი ნაწილი იფანტებოდა ყველა მიმართულებით, რამაც გამოიწვია ენერგიის მნიშვნელოვანი დანაკარგები.
თუმცა, ორთქლის ძრავის შემდგომი განვითარება მოითხოვდა ეკონომიკურ პირობებს, რომლებშიც ძრავის შემქმნელებს შეეძლოთ ესარგებლათ მათი შედეგებით. ასეთი პირობები არ არსებობდა არც ანტიკურ ხანაში, არც შუა საუკუნეებში და არც რენესანსში. პირველი მანქანა შექმნა ესპანელმა გამომგონებელმა Hieronimo Ayans de Beaumont-მა, რომლის გამოგონებებმა გავლენა მოახდინა ტ.სევერის პატენტზე. ორთქლის ძრავების მუშაობისა და გამოყენების პრინციპი ასევე აღწერილია 1655 წელს ინგლისელმა ედვარდ სომერსეტმა. 1663 წელს მან გამოაქვეყნა დიზაინი და დაამონტაჟა ორთქლით მომუშავე მოწყობილობა დიდი კოშკის კედელზე წყლის ასამაღლებლად რაგლანის ციხესიმაგრეში (კედელში ჩაღრმავები, სადაც ძრავა იყო დამონტაჟებული, ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში ჩანდა). თუმცა, არავის სურდა ფული გარისკო ამ რევოლუციური ახალი კონცეფციისთვის და ორთქლის ძრავა განუვითარებელი დარჩა. ფრანგი ფიზიკოსისა და გამომგონებლის დენის პაპინის ერთ-ერთი ექსპერიმენტი იყო ვაკუუმის შექმნა დახურულ ცილინდრში. 1670-იანი წლების შუა ხანებში პარიზში, ის თანამშრომლობდა ჰოლანდიელ ფიზიკოს ჰაიგენსთან მანქანაზე, რომელიც ჰაერს ცილინდრიდან გამოჰყავდა მასში დენთის აფეთქებით. ამით შექმნილი ვაკუუმის არასრულყოფილების დანახვისას, პაპინმა 1680 წელს ინგლისში ჩასვლის შემდეგ შექმნა იმავე ცილინდრის ვარიანტი, რომელშიც უფრო სრული ვაკუუმი მიიღო მდუღარე წყლის დახმარებით, რომელიც კონდენსირებული იყო ცილინდრში. ამგვარად, მან შეძლო დგუშზე მიმაგრებული სიმძიმის აწევა თოკით, რომელიც ბორბალზე იყო გადაგდებული. სისტემა მუშაობდა მხოლოდ როგორც საჩვენებელი მოდელი: პროცესის განმეორებისთვის, მთელი აპარატის დემონტაჟი და ხელახლა აწყობა იყო საჭირო. პაპენი სწრაფად მიხვდა, რომ ციკლის ავტომატიზაციისთვის, ორთქლი ცალკე უნდა გამოემუშავებინა ქვაბში. ამიტომ პაპინი ითვლება ორთქლის ქვაბის გამომგონებლად, რითაც გზას უხსნის Newcomen-ის ორთქლის ძრავას. თუმცა, მან არ შესთავაზა მოქმედი ორთქლის ძრავის დიზაინი. პაპინმა ასევე დააპროექტა ნავი, რომელიც მოძრაობს რეაქტიული ბორბლით, ტაქი ალ-დინისა და სევერის ცნებების კომბინაციაში; მას ასევე მიეწერება ბევრის გამოგონება მნიშვნელოვანი მოწყობილობებიროგორიცაა უსაფრთხოების სარქველი.
არც ერთი აღწერილი მოწყობილობა არ ყოფილა გამოყენებული, როგორც სასარგებლო პრობლემების გადაჭრის საშუალება. პირველი ორთქლის ძრავა, რომელიც გამოიყენებოდა წარმოებაში, იყო "ცეცხლსასროლი მანქანა", რომელიც დააპროექტა ინგლისელმა სამხედრო ინჟინერმა თომას სევერიმ 1698 წელს. სევერიმ თავისი მოწყობილობის პატენტი 1698 წელს მიიღო. ეს იყო ორთქლის ორთქლის ტუმბო და, ცხადია, არც თუ ისე ეფექტური, რადგან ორთქლის სითბო იკარგებოდა ყოველ ჯერზე კონტეინერის გაციებისას და საკმაოდ საშიში იყო ექსპლუატაციაში, რადგან ორთქლის მაღალი წნევის გამო ტანკები და ძრავის მილსადენები ზოგჯერ აფეთქდა. ვინაიდან ამ მოწყობილობის გამოყენება შეიძლებოდა როგორც წყლის წისქვილის ბორბლების დასაბრუნებლად, ასევე მაღაროებიდან წყლის ამოტუმბვისთვის, გამომგონებელმა მას "მაღაროელის მეგობარი" უწოდა.
შემდეგ ინგლისელმა მჭედელმა თომას ნიუკომენმა აჩვენა თავისი "ატმოსფერული ძრავა" 1712 წელს. ეს იყო გაუმჯობესებული Severi ორთქლის ძრავა, რომელშიც Newcomen მნიშვნელოვნად შეამცირა ოპერაციული წნევაწყვილი. Newcomen-ის ძრავის პირველი გამოყენება იყო წყლის ამოტუმბვა ღრმა მაღაროდან. მაღაროს ტუმბოში როკერი დაკავშირებული იყო ღეროსთან, რომელიც მაღაროში ჩადიოდა ტუმბოს კამერამდე. ბიძგების ორმხრივი მოძრაობები გადადიოდა ტუმბოს დგუში, რომელიც აწვდიდა წყალს ზევით. ეს იყო Newcomen ტუმბო, რომელიც გახდა პირველი ორთქლის ძრავა, რომელიც ფართოდ გამოიყენებოდა პრაქტიკაში.
1781 წელს ჯეიმს უოტმა დააპატენტა ორთქლის ძრავა, რომელიც აწარმოებდა ლილვის უწყვეტ მბრუნავ მოძრაობას (ნიუკომენის ორთქლის ტუმბოსგან განსხვავებით). Watt-ის ათი ცხენის ძალის ძრავა შესაძლებელი გახდა, ქვანახშირისა და წყლის ხელმისაწვდომობით, დამონტაჟება და გამოყენება ნებისმიერ ადგილას, ნებისმიერი მიზნით. მიღებულია ინგლისში ინდუსტრიული რევოლუციის დასაწყისი ვატის ძრავასთან ასოცირება.
რუსეთში პირველი ორცილინდრიანი ვაკუუმური ორთქლის ძრავა დააპროექტა მექანიკოსმა I.I. პოლზუნოვი 1763 წელს და აშენდა 1764 წელს ბარნაულ კოლივანო-ვოსკრესენსკის ქარხნებში საფეთქლის ამუშავებისთვის.
ეფექტურობის შემდგომი ზრდა იყო მაღალი წნევის ორთქლის გამოყენება (ამერიკელი ოლივერ ევანსი და ინგლისელი რიჩარდ ტრევიტიკი). Trevithick-მა წარმატებით ააშენა სამრეწველო მაღალი წნევის ერთდროული ძრავები, რომლებიც ცნობილია როგორც "Cornish engines". ისინი მუშაობდნენ 50 psi-ზე, ანუ 345 kPa (3,405 ატმოსფერო). თუმცა, წნევის მატებასთან ერთად, ასევე გაჩნდა მანქანებსა და ქვაბებში აფეთქებების საშიშროება, რამაც თავდაპირველად მრავალი ავარია გამოიწვია. ამ თვალსაზრისით ყველაზე მნიშვნელოვანი ელემენტიმაღალი წნევის მანქანას ჰქონდა დამცავი სარქველი, რომელიც ათავისუფლებდა ზედმეტ წნევას. საიმედო და უსაფრთხო ექსპლუატაცია დაიწყო მხოლოდ გამოცდილების დაგროვებით და აღჭურვილობის მშენებლობის, ექსპლუატაციისა და ტექნიკური მომსახურების პროცედურების სტანდარტიზაციით.
ფრანგმა გამომგონებელმა ნიკოლა-ჟოზეფ კუნიომ 1769 წელს აჩვენა პირველი მოქმედი თვითმავალი ორთქლის მანქანა: "fardier a vapeur" (ორთქლის ურიკა). ალბათ მისი გამოგონება შეიძლება ჩაითვალოს პირველ მანქანად. თვითმავალი ორთქლის ტრაქტორი ძალიან გამოსადეგი აღმოჩნდა, როგორც მექანიკური ენერგიის მობილური წყარო, რომელიც ამუშავებდა სხვა სასოფლო-სამეურნეო მანქანებს: სასხლეტი, საწნახელი და ა. მდინარე ფილადელფიას (პენსილვანია) და ბურლინგტონს (ნიუ-იორკის შტატი) შორის. მან ბორტზე 30 მგზავრი აიყვანა და 7-8 კვანძის სიჩქარით წავიდა. 1804 წლის 21 თებერვალს პირველი თვითმავალი სარკინიგზო ორთქლის ლოკომოტივი, რომელიც აშენდა რიჩარდ ტრევიტიკის მიერ, აჩვენეს პენიდარენის რკინის სამუშაოებში მერტირ ტიდფილში, სამხრეთ უელსი.
ორთქლის ძრავის გამოგონების პროცესი, როგორც ეს ხშირად ხდება ტექნოლოგიაში, თითქმის ერთი საუკუნის განმავლობაში გაგრძელდა, ამიტომ ამ მოვლენის თარიღის არჩევა საკმაოდ თვითნებურია. თუმცა, არავინ უარყოფს, რომ გარღვევა, რამაც გამოიწვია ტექნოლოგიური რევოლუცია, განახორციელა შოტლანდიელმა ჯეიმს უატმა.
ადამიანები უძველესი დროიდან ფიქრობდნენ ორთქლის, როგორც სამუშაო სითხის გამოყენებაზე. თუმცა მხოლოდ XVII-XVIII სს. მოახერხა ორთქლის დახმარებით სასარგებლო სამუშაოს წარმოების გზა. ორთქლის ადამიანის სამსახურში დაყენების ერთ-ერთი პირველი მცდელობა განხორციელდა ინგლისში 1698 წელს: გამომგონებლის Savery-ს მანქანა იყო შექმნილი მაღაროების გადინებისა და წყლის ამოტუმბვისთვის. მართალია, Savery-ს გამოგონება ჯერ კიდევ არ იყო ძრავა ამ სიტყვის სრული გაგებით, რადგან, გარდა რამდენიმე ხელით გახსნილი და დახურული სარქველისა, მას არ ჰქონდა მოძრავი ნაწილები. Savery-ს მანქანა ასე მუშაობდა: ჯერ ორთქლით ივსებოდა დალუქული ავზი, შემდეგ ავზის გარე ზედაპირი გაცივდა ცივი წყლით, რამაც გამოიწვია ორთქლის კონდენსაცია და ავზში წარმოიქმნა ნაწილობრივი ვაკუუმი. ამის შემდეგ, წყალი - მაგალითად, მაღაროს ფსკერიდან - ავზში შეჰყავდათ წყალმიმღები მილით და მას შემდეგ, რაც ორთქლის შემდეგი ნაწილი შედიოდა, იყრიდა გარეთ.
პირველი ორთქლის ძრავა დგუშით ააშენა ფრანგმა დენის პაპინმა 1698 წელს. წყალი თბებოდა ვერტიკალურ ცილინდრის შიგნით დგუშით და მიღებულმა ორთქლმა დგუში მაღლა აიწია. როდესაც ორთქლი გაცივდა და კონდენსირდებოდა, დგუში ატმოსფერული წნევით ჩამოიწია. ბლოკების სისტემის მეშვეობით, პაპინის ორთქლის ძრავას შეეძლო მართოს სხვადასხვა მექანიზმები, როგორიცაა ტუმბოები.
უფრო სრულყოფილი მანქანა აშენდა 1712 წელს ინგლისელმა მჭედელმა თომას ნიუკომენმა. როგორც პაპინის მანქანაში, დგუში მოძრაობდა ვერტიკალურ ცილინდრში. ქვაბიდან ორთქლი შევიდა ცილინდრის ძირში და დგუში მაღლა ასწია. ცილინდრში ცივი წყლის შეყვანისას ორთქლი კონდენსირებული იყო, ცილინდრში წარმოიქმნა ვაკუუმი და ატმოსფერული წნევის გავლენით დგუში დაეცა. ამ დაბრუნების დარტყმამ ამოიღო წყალი ცილინდრიდან და საქანელავით მოძრავი საქანელასთან დაკავშირებული ჯაჭვის საშუალებით ასწია ტუმბოს ღერო ზევით. როდესაც დგუში იყო მისი დარტყმის ბოლოში, ორთქლი კვლავ შედიოდა ცილინდრში და ტუმბოს ღეროზე ან როკერზე დამაგრებული საპირწონის დახმარებით, დგუში ავიდა თავდაპირველ მდგომარეობაში. ამის შემდეგ ციკლი განმეორდა.
Newcomen მანქანა ფართოდ გამოიყენებოდა ევროპაში 50 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში. 1740-იან წლებში 2,74 მ სიგრძისა და 76 სმ დიამეტრის ცილინდრის მქონე მანქანამ ერთ დღეში შეასრულა ის სამუშაო, რასაც ცვლაში მომუშავე 25 ადამიანისა და 10 ცხენისგან შემდგარი გუნდი ერთ კვირაში ასრულებდა. და მაინც, მისი ეფექტურობა ძალიან დაბალი იყო.
ყველაზე ნათელი ინდუსტრიული რევოლუცია გამოიხატა ინგლისში, პირველ რიგში ტექსტილის ინდუსტრიაში. ქსოვილების მიწოდებასა და სწრაფად მზარდ მოთხოვნილებას შორის შეუსაბამობამ მიიპყრო საუკეთესო დიზაინის გონება დაწნული და ქსოვის მანქანების განვითარებაზე. ინგლისური ტექნოლოგიის ისტორია სამუდამოდ მოიცავდა კარტრაიტის, ქეის, კრომპტონის, ჰარგრივის სახელებს. მაგრამ მათ მიერ შექმნილ დაწნულ და ქსოვის მანქანებს სჭირდებოდათ თვისობრივად ახალი, უნივერსალური ძრავა, რომელიც განუწყვეტლივ და თანაბრად (რასაც წყლის ბორბალი ვერ უზრუნველყოფდა) აიძულებდა მანქანებს ცალმხრივ ბრუნვის მოძრაობაში. სწორედ აქ გამოჩნდა ცნობილი ინჟინრის, „გრინოკის ჯადოქრის“ ჯეიმს უოტის ნიჭი მთელი თავისი ბრწყინვალებით.
უოტი დაიბადა შოტლანდიის ქალაქ გრინოკში, გემთმშენებლის ოჯახში. მუშაობდა შეგირდად გლაზგოში სახელოსნოებში, პირველ ორ წელიწადში ჯეიმსმა მიიღო გრავიურის კვალიფიკაცია, მათემატიკური, გეოდეზიური, ოპტიკური ინსტრუმენტების და სხვადასხვა სანავიგაციო ინსტრუმენტების დამზადების ოსტატი. ბიძის, პროფესორის რჩევით, ჯეიმსი ადგილობრივ უნივერსიტეტში მექანიკოსად შევიდა. სწორედ აქ დაიწყო ვატმა ორთქლის ძრავებზე მუშაობა.
ჯეიმს უოტი ცდილობდა გაეუმჯობესებინა ნიუკომენის ორთქლ-ატმოსფერული მანქანა, რომელიც, ზოგადად, მხოლოდ წყლის ამოტუმბვისთვის იყო კარგი. მისთვის ნათელი იყო, რომ ნიუკომენის აპარატის მთავარი ნაკლი იყო ცილინდრის მონაცვლეობითი გათბობა და გაგრილება. 1765 წელს ვატმა გააჩნდა იდეა, რომ ცილინდრი შეიძლება მუდმივად დარჩეს ცხელი, თუ კონდენსაციამდე ორთქლი ცალკე რეზერვუარში გადაინაცვლებს მილსადენის სარქველით. გარდა ამისა, ვატმა კიდევ რამდენიმე გაუმჯობესება მოახდინა, რამაც საბოლოოდ ორთქლის ატმოსფერული ძრავა ორთქლის ძრავად აქცია. მაგალითად, მან გამოიგონა საკინძების მექანიზმი - "ვატის პარალელოგრამი" (ე.წ. იმიტომ, რომ ბმულების ნაწილი - ბერკეტები, რომლებიც ქმნიან მის შემადგენლობას, ქმნის პარალელოგრამს), რომელიც დგუშის ორმხრივ მოძრაობას გარდაქმნის მთავარი ლილვის ბრუნვით მოძრაობაში. . ახლა ლუკმა შეიძლება მუდმივად იმუშაოს.
1776 წელს ვატის მანქანა გამოსცადეს. მისი ეფექტურობა ორჯერ აღემატება ნიუკომენის მანქანას. 1782 წელს ვატმა შექმნა პირველი უნივერსალური ორმაგი ორთქლის ძრავა. ორთქლი ცილინდრში მონაცვლეობით შედიოდა დგუშის ერთი მხრიდან, შემდეგ მეორე მხრიდან. მაშასადამე, დგუში ორთქლის დახმარებით აკეთებდა როგორც სამუშაო, ისე უკუ დარტყმას, რაც არ იყო წინა მანქანებში. მას შემდეგ, რაც ორმაგი მოქმედების ორთქლის ძრავის დგუშის ღერო ასრულებდა წევისა და ბიძგების მოქმედებას, ჯაჭვებისა და საქანელების მკლავების ძველი ამძრავი სისტემა, რომელიც პასუხობდა მხოლოდ ბიძგს, ხელახლა უნდა გადაკეთებულიყო. ვატმა შეიმუშავა შემაერთებელი სისტემა და გამოიყენა პლანეტარული მექანიზმი დგუშის ღეროს უკუქცევის ბრუნვით მოძრაობად გადასაქცევად, მძიმე მფრინავის, ცენტრიდანული სიჩქარის კონტროლერის, დისკის სარქველისა და მანომეტრის გამოყენებით ორთქლის წნევის გასაზომად. Watt-ის მიერ დაპატენტებული „მბრუნავი ორთქლის ძრავა“ ჯერ ფართოდ გამოიყენებოდა ტრიალსა და ქსოვის ქარხნებში, შემდეგ კი სხვა სამრეწველო საწარმოებში. Watt-ის ძრავა შესაფერისი იყო ნებისმიერი მანქანისთვის და თვითმავალი მექანიზმების გამომგონებლები არ აყოვნებდნენ ამით ისარგებლეს.
Watt-ის ორთქლის ძრავა მართლაც საუკუნის გამოგონება იყო, რაც სამრეწველო რევოლუციის დასაწყისს აღნიშნა. მაგრამ გამომგონებელი აქ არ გაჩერებულა. მეზობლები გაკვირვებით უყურებდნენ არაერთხელ, როგორ გადაჰყავდა ცხენები მდელოზე, სპეციალურად შერჩეული წონებით. ასე რომ, არსებობდა სიმძლავრის ერთეული - ცხენის ძალა, რომელმაც მოგვიანებით საყოველთაო აღიარება მიიღო.
სამწუხაროდ, ფინანსურმა სირთულეებმა აიძულა უოტი, უკვე სრულწლოვანებამდე, ჩაეტარებინა გეოდეზიური კვლევები, ემუშავა არხების მშენებლობაზე, აეშენებინა პორტები და საზღვაო ნავსადგურები და საბოლოოდ დადებულიყო ეკონომიკურად დამონებული ალიანსი მეწარმე ჯონ რებეკთან, რომელიც მალე განიცადა სრული ფინანსური კოლაფსი.