Nagromadzenie nowej wiedzy praktycznej w XVI-XVII w. doprowadziło do niesłychanego przypływu myśli ludzkiej. Koła wodne i wiatrowe obracają maszyny, wprawiają w ruch miechy, pomagają metalurgom podnosić rudę z kopalń, czyli tam, gdzie ludzkie ręce nie radzą sobie z ciężką pracą, z pomocą przychodzi im energia wody i wiatru. Główne osiągnięcia techniki tamtych czasów to zasługa nie tyle naukowców i nauki, ile żmudnej pracy zręcznych wynalazców. Szczególnie duże były osiągnięcia w technice górniczej, w wydobyciu różnych rud i minerałów. Trzeba było wydobywać wydobywaną rudę lub węgiel z kopalni, cały czas wypompowując wody gruntowe, które zalewały zabudowę, stale dostarczając powietrze do kopalni i wiele innych pracochłonnych prac, aby nie zaprzestać wydobycia. Rozwijający się przemysł władczo wymagał więc coraz więcej energii, a dostarczały ją w tamtych czasach głównie koła wodne. Nauczyli się już budować wystarczająco potężnie. W związku ze wzrostem mocy kół coraz częściej zaczęto stosować metal na wały i niektóre inne części. We Francji nad Sekwaną w 1682 r. mistrz R. Salem pod przewodnictwem A. de Ville zbudował największą w owym czasie instalację, składającą się z 13 kół o średnicy 8 m, która służyła do napędzania ponad 200 pomp, które dostarczał wodę na wysokość ponad 160 m oraz dostarczał wodę do fontann w Wersalu i Marly. Wykorzystano pierwsze fabryki bawełny silnik hydrauliczny... Maszyny przędzalnicze Arkwright od początku były napędzane wodą. Jednak koła wodne można było montować tylko na rzece, najlepiej pełnej i szybkiej. A jeśli na brzegu rzeki można było jeszcze wybudować fabrykę włókienniczą lub metalurgiczną, to złoża rudy lub pokłady węgla należało zagospodarować tylko w miejscach występowania. Energia była również potrzebna do wypompowania wód podziemnych, które zalały kopalnię i wydobycia wydobytej rudy lub węgla na powierzchnię. Dlatego w kopalniach oddalonych od rzek trzeba było używać tylko siły zwierząt.
Właściciel angielskiej kopalni w 1702 r. musiał utrzymywać 500 koni do obsługi pomp wypompowujących wodę z kopalni, co było bardzo nieopłacalne.
Wymagany rozwijający się przemysł potężne silniki nowy typ, który umożliwiłby tworzenie produkcji w dowolnym miejscu. Pierwszym impulsem do stworzenia nowych silników, które mogą pracować wszędzie, niezależnie od tego, czy w pobliżu jest rzeka, czy nie, była właśnie potrzeba pomp i wind w hutnictwie i górnictwie.
Zdolność pary do wytwarzania Praca mechaniczna od dawna jest znany człowiekowi. Pierwsze ślady faktycznego inteligentnego wykorzystania pary w mechanice pojawiły się w 1545 roku w Hiszpanii, kiedy kapitan marynarki wojennej
Blasco de Garay zaprojektował maszynę, za pomocą której wprawił w ruch boczne koła łopatkowe statku i która na polecenie Karola V została po raz pierwszy przetestowana w porcie w Barcelonie podczas transportu 4000 centów ładunku statkiem na odległość trzech mil morskich w dwie godziny. Wynalazca został nagrodzony, ale sama maszyna została bezużyteczna i odeszła w zapomnienie.
Pod koniec XVII wieku w krajach o najbardziej rozwiniętej produkcji wytwórczej narodziły się elementy nowej technologii maszyn wykorzystującej właściwości i moc pary wodnej.
Wczesne próby stworzenia silnika cieplnego wiązały się z koniecznością pompowania wody z kopalń, w których wydobywano paliwo. W 1698 r. Anglik Thomas Severi, były górnik, a następnie kapitan marynarki handlowej, jako pierwszy zaproponował pompowanie wody za pomocą windy parowej. Patent Severiego brzmiał: „Ten nowy wynalazek podnoszenia wody i wprawiania w ruch wszelkiego rodzaju produkcji siłą napędową ognia ma ogromne znaczenie dla osuszania kopalń, dostarczania wody do miast i wytwarzania energii napędowej dla wszelkiego rodzaju fabryk, które nie mogą korzystać z energii wodnej lub stałej dzieło wiatru”. Podnośnik wodny firmy Severi działał na zasadzie zasysania wody pod wpływem ciśnienia atmosferycznego do komory, w której podczas kondensacji pary powstawała podciśnienie zimna woda... Parowozy firmy Severi były wyjątkowo nieekonomiczne i niewygodne w eksploatacji, nie nadawały się do przystosowania do obsługi maszyn, zużywały ogromną ilość ciepła, współczynnik przydatne działanie ich udział nie przekraczał 0,3%. Jednak zapotrzebowanie na pompowanie wody z kopalń było tak duże, że nawet te nieporęczne maszyny parowe, takie jak pompa, zyskały pewną akceptację.
Thomas Newcomen (1663-1729) - angielski wynalazca, z zawodu kowal. Wspólnie z druciarzem J. Cowleyem zbudował pompę parową, eksperymenty nad ulepszaniem trwały około 10 lat, aż zaczęła działać prawidłowo. Lokomotywa parowa Newcomena nie była silnikiem uniwersalnym. Zasługą Newcomena jest to, że jako jeden z pierwszych wdrożył ideę wykorzystania pary do uzyskania pracy mechanicznej. Jego nazwisko nosi Towarzystwo Historyków Techniki Wielkiej Brytanii. W 1711 Newcomen, Cowley i Severi utworzyli „Spółkę Posiadaczy Praw do Wynalezienia Instalacji Podnoszenia Wody przez Ogień”. Chociaż ci wynalazcy posiadali patent na „wykorzystanie mocy ognia”, cała ich praca nad tworzeniem silniki parowe został przeprowadzony w ścisłej tajemnicy. Szwed Trivald, który zajmował się konfiguracją maszyn Newcomen, napisał: „… wynalazcy Newcomen i Cowley byli bardzo podejrzliwi i ostrożni w utrzymywaniu siebie i swoich dzieci w tajemnicy co do konstrukcji i zastosowania ich wynalazku. Hiszpański wysłannik na dwór angielski, który przybył z Londynu z dużą świtą cudzoziemców, aby obejrzeć nowy wynalazek, nie został nawet wpuszczony do pomieszczenia, w którym znajdowały się samochody.” Ale w latach 20. XVIII wieku patent się skończył i wielu inżynierów zaczęło produkować instalacje do podnoszenia wody. Pojawiła się literatura opisująca te postawy.
Rozprzestrzenianie się uniwersalnych silników parowych w Anglii na początku XIX wieku. potwierdza ogromne znaczenie nowego wynalazku. Jeśli na dekadę od 1775 do 1785. Zbudowano 66 maszyn dwustronnego działania o łącznej mocy 1288 KM, następnie od 1785 do 1795 roku. Powstały już 144 maszyny dwustronnego działania o łącznej mocy 2009 KM, a w ciągu następnych pięciu lat – od 1795 do 1800 roku. - 79 aut o łącznej mocy 1296 KM
W rzeczywistości przemysłowe zastosowanie silnika parowego rozpoczęło się w 1710 r., kiedy angielscy robotnicy Newcomen i Cowley po raz pierwszy zbudowali silnik parowy, który napędzał pompę zainstalowaną w kopalni, aby wypompować z niej wodę.
Jednak maszyna Newcomena nie była maszyną parową we współczesnym znaczeniu tego słowa, ponieważ siłą napędową w niej, jak poprzednio, nie była para wodna, ale ciśnienie atmosferyczne. Dlatego ten samochód został nazwany „atmosferycznym”. Choć w maszynie para wodna służyła, podobnie jak w maszynie Severi, głównie do wytworzenia podciśnienia w cylindrze, tutaj już zaproponowano ruchomy tłok - główną część nowoczesnego silnika parowego.
Na ryc. 4.1 przedstawia windę parową Newcomen-Cowley. Gdy przyssawka 1 i ładunek 2 zostały opuszczone, tłok 4 uniósł się i para weszła do cylindra 5 przez otwarty zawór 7 z kotła 8, którego ciśnienie nieznacznie przekraczało ciśnienie atmosferyczne. Para służyła do częściowego podniesienia tłoka w cylindrze otwartym od góry, ale jej głównym zadaniem było wytworzenie w nim próżni. W tym celu, gdy tłok maszyny osiągnął swoje górne położenie, zawór 7 został zamknięty, a zimna woda została wstrzyknięta ze zbiornika 3 przez zawór 6 do cylindra. Para wodna szybko skondensowała się, a ciśnienie atmosferyczne przywróciło tłok na dno cylindra, powodując uniesienie się przyssawki. Kondensat został odprowadzony z cylindra rurką9, tłok został ponownie podniesiony w wyniku dopływu pary i powtórzono proces opisany powyżej. Maszyna Newcomen jest silnikiem wsadowym.
Silnik parowy Newcomen był doskonalszy od maszyny Severi, łatwiejszy w obsłudze, bardziej ekonomiczny i bardziej wydajny. Jednak maszyny z pierwszych wydań działały bardzo nieekonomicznie, tworząc moc w jednym koń mechaniczny spalano do 25 kg węgla na godzinę, czyli wydajność wynosiła około 0,5%. Wprowadzenie automatycznego rozdziału strumieni pary i wody uprościło konserwację maszyny, czas skoku tłoka został skrócony do 12-16 minut, co zmniejszyło gabaryty maszyny i uczyniło konstrukcję tańszą. Mimo wysokie zużycie paliwo, ten typ maszyny szybko stał się powszechny. Już w latach dwudziestych XVIII wieku maszyny te pracowały nie tylko w Anglii, ale także w wielu krajach Europy - w Austrii, Belgii, Francji, na Węgrzech, w Szwecji, przez prawie wiek były używane w przemyśle węglowym i do zaopatrzenia w wodę do miast. W Rosji pierwsza maszyna parowo-atmosferyczna Newcomena została zainstalowana w 1772 roku w Kronsztadzie do pompowania wody z doku. O rozpowszechnieniu maszyn Newcomen świadczy fakt, że ostatnia maszyna tego typu w Anglii została zdemontowana dopiero w 1934 roku.
Iwan Iwanowicz Polzunow (1728-1766) był utalentowanym rosyjskim wynalazcą urodzonym w rodzinie żołnierza. W 1742 r. Nikita Bakharev, mechanik fabryki w Jekaterynburgu, potrzebował bystrych uczniów. Wybór padł na czternastoletnich I. Polzunova i S. Cheremisinova, którzy jeszcze uczyli się w Szkole Arytmetycznej. Szkolenie teoretyczne w szkole ustąpiło miejsca praktycznej znajomości pracy najnowocześniejszych wówczas maszyn i instalacji zakładu w Jekaterynburgu w Rosji. W 1748 Polzunov został przeniesiony do Barnauł do pracy w fabrykach Kolyvano-Voskresensk. Po samodzielnym studium książek z zakresu metalurgii i mineralogii, w kwietniu 1763 r. Polzunow zaproponował projekt całkowicie oryginalnego silnika parowego, który różnił się od wszystkich znanych wówczas maszyn tym, że był przeznaczony do napędu miecha i był agregatem. ciągłe działanie... W swoim memorandum o „maszynie przeciwpożarowej” z dnia 26 kwietnia 1763 r. Polzunow, własnymi słowami, chciał „ ... poprzez dodanie maszyna przeciwpożarowa
zlikwidować gospodarkę wodną i w takich przypadkach całkowicie ją zburzyć, a zamiast zapór dla ruchomej podstawy elektrowni założyć ją tak, aby była w stanie udźwignąć wszystkie nakładane na siebie obciążenia, które zwykle są niezbędne dla rozpalać ogień, nosić i do woli, co będzie potrzebne, poprawić.” A potem pisał: „Aby osiągnąć tę chwałę (jeśli siły na to pozwolą) Ojczyzna i dla dobra całego ludu, ze względu na wielką wiedzę o używaniu rzeczy, które do dziś nie są zbyt znane ( podobnie jak inne nauki), do zwyczaju." W przyszłości wynalazca marzył o przystosowaniu maszyny do innych potrzeb. Projekt I.I. Polzunowa została wprowadzona do kancelarii carskiej w Petersburgu. Decyzja Katarzyny II była następująca: „Jej Cesarska Mość jest nie tylko on, Polzunov, miłosiernie z tego zadowolony, ale na wielką zachętę raczyła: witaj Evo, Polzunov, do mechaników z rangą i pensją kapitana- porucznika i daj mu w nagrodę 400 rubli”…
Maszyny Newcomena, które doskonale sprawdzały się jako urządzenia do podnoszenia wody, w żaden sposób nie mogły zaspokoić pilnej potrzeby uniwersalnego silnika. Utorowały one jedynie drogę do stworzenia uniwersalnych, ciągłych silników parowych.
Na początkowym etapie rozwoju silników parowych konieczne jest wyróżnienie „silnika strażackiego” rosyjskiego brygadzisty górniczego Polzunowa. Silnik miał napędzać mechanizmy jednego z pieców hutniczych zakładu Barnauł.
Według projektu Polzunowa (rys. 4.2) para z kotła (1) była podawana do jednego, powiedzmy, lewego cylindra (2), gdzie podnosiła tłok (3) do skrajnego górnego położenia. Następnie strumień zimnej wody (4) został wtryśnięty ze zbiornika do cylindra, co doprowadziło do kondensacji pary. Pod wpływem ciśnienia atmosferycznego na tłok obniżył się, natomiast w prawym cylindrze pod wpływem ciśnienia pary tłok uniósł się. Dystrybucja pary wodnej w maszynie Polzunov została przeprowadzona przez specjalny urządzenie automatyczne(5). Ciągła siła robocza z tłoków maszyny była przenoszona na koło pasowe (6) zamontowane na wale, z którego ruch przenoszony był na rozrząd wodno-parowy, pompę podającą oraz wał roboczy, z którego napędzane były mieszki dmuchawy.
Silnik Polzunowa należał do typu „atmosferycznego”, ale wynalazca po raz pierwszy wprowadził w nim sumowanie pracy dwóch cylindrów z tłokami o jeden wspólny wał niż zapewnił bardziej równomierną pracę silnika. Kiedy jeden z cylindrów był włączony Na biegu jałowym, drugi miał ruch roboczy. Silnik posiadał automatyczną dystrybucję pary i po raz pierwszy nie był bezpośrednio podłączony do pracującej maszyny. I.I. Polzunov stworzył swój samochód w ekstremalnie trudnych warunkach, własnymi rękami, bez niezbędne fundusze i maszyny specjalne. Nie miał do dyspozycji zdolnych rzemieślników: kierownictwo zakładu przydzieliło Polzunovowi czterech uczniów i przydzieliło dwóch emerytowanych robotników. Siekiera i inne proste narzędzia używane do produkcji ówczesnych konwencjonalnych maszyn były tu mało przydatne. Polzunov musiał samodzielnie zaprojektować i zbudować nowy sprzęt dla swojego wynalazku. Budowa dużej maszyny o wysokości około 11 metrów, prosto z blachy, nie testowanej nawet na modelu, bez specjalistów, wymagała ogromnego wysiłku. Samochód został zbudowany, ale 27 maja 1766 r. I.I. Połzunow zmarł na krótkotrwałą konsumpcję, nie dożywszy tygodnia przed testami „wielkiej maszyny”. Sama maszyna, przetestowana przez uczniów Połzunowa, nie tylko się opłaciła, ale też przyniosła zysk, pracowała przez 2 miesiące, nie doczekała się dalszych usprawnień, a po awarii została porzucona i zapomniana. Po silniku Polzunowa minęło pół wieku, zanim silniki parowe zaczęły być używane w Rosji.
Maszyna Newcomena została znacznie ulepszona przez stulecie jej istnienia, ale pozostała „atmosferyczna” i nie spełniała potrzeb szybko rozwijającej się technologii wytwarzania, która wymagała organizacji ruchu obrotowego z dużą prędkością.
Ten cel miały na celu poszukiwania wielu wynalazców. W samej Anglii w ostatnim ćwierćwieczu XVIII wieku wydano kilkanaście patentów na uniwersalne silniki najbardziej różne systemy... Jednak tylko James Watt był w stanie zaoferować przemysłowi uniwersalny silnik parowy.
Watt rozpoczął pracę nad maszyną parową prawie jednocześnie z Polzunovem, ale w innych warunkach. W Anglii w tym czasie przemysł rozwijał się bardzo szybko. Watt był aktywnie wspierany przez Boltona, właściciela kilku fabryk w Anglii, który później stał się jego towarzyszem, parlamentem, miał możliwość korzystania z wysoko wykwalifikowanej kadry inżynierskiej. W 1769 roku Watt opatentował silnik parowy z oddzielnym skraplaczem, a następnie – zastosowanie w silniku nadciśnienie para, co znacznie zmniejszyło zużycie paliwa. Watt był słusznie twórcą parowego silnika tłokowego.
Na ryc. 4.3, to schemat jednego z pierwszych silników parowych Watta. Kocioł parowy 1 z cylindrem tłokowym 3 jest połączony przewodem parowym 2, przez który para jest okresowo doprowadzana do górnej wnęki powyżej tłoka 4 i do dolnej wnęki cylindra pod tłokiem. Wnęki te są połączone ze skraplaczem rurą 5, w której para odpadowa jest kondensowana zimną wodą i wytwarzana jest próżnia. Maszyna posiada drążek równoważący 6 łączący tłok z wałem korbowym z korbowodem 7, na końcu którego zamocowane jest koło zamachowe 8.
Po raz pierwszy w maszynie zastosowano zasadę podwójnego działania pary, która polega na tym, że świeża para jest wtryskiwana do cylindra maszyny naprzemiennie do komór po obu stronach tłoka. Wprowadzenie przez Watta zasady rozprężania pary polegało na tym, że świeża para była wpuszczana do cylindra tylko na część suwu tłoka, następnie para została odcięta, a dalszy ruch tłoka odbywał się ze względu na rozszerzanie się pary i spadek jej ciśnienia.
Tak więc w maszynie Watta decydującą siłą napędową nie było ciśnienie atmosferyczne, ale elastyczność pary pod wysokim ciśnieniem, która napędza tłok. Nowa zasada praca pary wymagała całkowitej zmiany konstrukcji maszyny, zwłaszcza cylindra i dystrybucji pary. Aby wyeliminować kondensację pary w cylindrze, Watt najpierw wprowadził płaszcz parowy cylindra, za pomocą którego zaczął nagrzewać parą jego ścianki robocze, oraz na zewnątrz izolowany płaszcz parowy. Ponieważ Watt nie mógł użyć mechanizmu korbowo-korbowego w swoim samochodzie do stworzenia jednolitego ruchu obrotowego (patent ochronny na taką przekładnię wziął francuski wynalazca Picard), to w 1781 roku uzyskał patent na pięć metod przerabiania kołysania ruch w ciągły ruch obrotowy. Na początku używał w tym celu koła planetarnego lub słonecznego. Wreszcie, Watt wprowadził regulator prędkości odśrodkowej, aby zmieniać ilość pary dostarczanej do cylindra maszyny wraz ze zmianą liczby obrotów. Tak więc Watt w swoim silniku parowym przedstawił podstawowe zasady budowy i działania nowoczesnego silnika parowego.
Silniki parowe Watta pracowały na parze nasyconej niskie ciśnienie 0,2–0,3 MPa przy niskich obrotach. Zmodyfikowane w ten sposób silniki parowe dawały znakomite wyniki, kilkukrotnie obniżając zużycie węgla na KM/h (moc w koniach na godzinę) w porównaniu z maszynami Newcomena oraz wypierając koło wodne z przemysłu wydobywczego. W połowie lat 80. XVIII wieku. ostatecznie opracowano konstrukcję silnika parowego, a silnik parowy dwustronnego działania stał się uniwersalnym silnikiem cieplnym, który znalazł szerokie zastosowanie w prawie wszystkich sektorach gospodarki wielu krajów. W XIX wieku rozpowszechniły się kopalnie wyciągowe elektrowni parowych, dmuchaw parowych, walcowni parowych, młotów parowych, pomp parowych itp.
Dalszy wzrost wydajności Elektrownia parowa została stworzona przez współczesnego Watta Arthura Wolffa w Anglii, wprowadzając wielokrotne rozprężanie pary sekwencyjnie w 2, 3, a nawet 4 stopniach, podczas gdy para przechodziła z jednego cylindra maszyny do drugiego.
Odrzucenie wyważarki i zastosowanie wielokrotnego rozprężania pary doprowadziło do powstania nowych konstrukcyjnych form maszyn. Silniki z podwójnym rozprężaniem zaczęły przybierać formę dwóch cylindrów - cylindra wysokie ciśnienie(HPC) oraz cylinder niskociśnieniowy (LPC), który odbierał parę wylotową po HPC. Cylindry znajdowały się albo poziomo (maszyna złożona, ryc. 4.4, a) lub szeregowo, gdy oba tłoki są osadzone na wspólnym pręcie (maszyna tandemowa, ryc. 4.4, b).
Świetna wartość dla poprawy wydajności. W połowie XIX wieku w silnikach parowych zaczęto stosować parę przegrzaną o temperaturze do 350°C, co pozwoliło zmniejszyć zużycie paliwa do 4,5 kg na KM/h. Zastosowanie pary przegrzanej po raz pierwszy zaproponował francuski naukowiec G.A. Dziewczyno.
George Stephenson (1781-1848) urodził się w rodzinie robotniczej i pracował w kopalniach węgla w Newcastle, gdzie pracowali również jego ojciec i dziadek. Dużo się samokształcił, studiował fizykę, mechanikę i inne nauki, interesował się działalnością wynalazczą. Wybitne zdolności Stephensona doprowadziły go do stanowiska mechanika, aw 1823 roku został mianowany głównym inżynierem firmy przy budowie pierwszej linii kolejowej. powszechne zastosowanie Stockton-Darlington; otworzyło mu to wielkie możliwości projektowania i prac wynalazczych.
W Rosji pierwsze parowozy zbudowali rosyjscy mechanicy i wynalazcy Czerepanow - Efim Aleksiejewicz (ojciec, 1774-1842) i Miron Efimowicz (syn, 1803-1849), którzy pracowali w fabrykach Niżny Tagil i byli poddani hodowców Demidowa . Dzięki samokształceniu Czerepanowowie stali się ludźmi wykształconymi, odwiedzali fabryki w Petersburgu i Moskwie, Anglii i Szwecji. Za działalność wynalazczą Miron Czerepanow i jego żona otrzymali wolną wolność w 1833 roku. Efim Cherepanov i jego żona otrzymali wolność w 1836 roku. Czerepanowowie stworzyli około 20 różnych maszyn parowych, które pracowały w fabrykach Niżnego Tagila.
Wysokie ciśnienie pary w silnikach parowych zostało po raz pierwszy zastosowane przez Olivera Evansa w Ameryce. Doprowadziło to do dalszego zmniejszenia zużycia paliwa nawet o 3 kg na KM/h. Później projektanci lokomotyw parowych zaczęli używać wielocylindrowych silników parowych, pary nadciśnieniowej i urządzenia cofania.
W XVIII wieku. istniała całkiem zrozumiała chęć wykorzystania maszyny parowej w transporcie lądowym i wodnym. W rozwoju maszyn parowych niezależny kierunek wyznaczały lokomotywy - mobilne elektrownie parowe. Pierwsza tego typu instalacja została opracowana przez angielskiego budowniczego Johna Smitha. W rzeczywistości rozwój transportu pary rozpoczął się wraz z montażem płomieniówek w kotłach płomieniówkowych, co znacznie zwiększyło ich produkcję pary.
Podejmowano wiele prób opracowania parowozów - budowano parowozy, modele robocze (rys. 4.5, 4.6). Spośród nich utalentowani zbudowali angielski wynalazca George Stephenson (1781-1848) w 1825 r. parowóz Raketa (patrz ryc. 4.6, a, b).
Rocket nie była pierwszą lokomotywą parową zaprojektowaną i zbudowaną przez Stephensona, ale ta pod wieloma względami przewyższała inne i została uznana za najlepszą lokomotywę na specjalnej wystawie w Reyhill i polecaną do nowej linii kolejowej Liverpool-Manchester, która w tym czasie stała się przykładowy. W 1823 roku Stephenson zorganizował pierwszą fabrykę parowozów w Newcastle. W 1829 roku w Anglii zorganizowano konkurs na najlepszy parowóz, którego zwycięzcą została maszyna J. Stephensona. Jego parowóz Raketa, skonstruowany na bazie kotła płomienicowego, o masie pociągu 17 ton, rozwijał prędkość 21 km/h. Później prędkość „Rakiety” została zwiększona do 45 km/h.
Koleje zaczęły grać w XVIII wieku. ogromną rolę. Pierwsza kolej pasażerska w Rosji o długości 27 km została zbudowana przez zagranicznych przedsiębiorców w 1837 r. decyzją rządu carskiego między Petersburgiem a Pawłowskiem. Kolej dwutorowa Petersburg-Moskwa zaczęła działać w 1851 roku.
W 1834 r. ojciec i syn Czerepanowa zbudowali pierwszą rosyjską lokomotywę parową (patrz ryc. 4.6, c, d), która przewoziła ładunek 3,5 tony z prędkością 15 km / h. Ich kolejne lokomotywy niosły ładunek 17 ton.
Próby wykorzystania lokomotywy parowej w transporcie wodnym podejmowano od początku XVIII wieku. Wiadomo na przykład, że francuski fizyk D. Papin (1647–1714) zbudował łódź napędzaną silnikiem parowym. To prawda, że Papen nie odniósł w tej sprawie sukcesu.
Problem został rozwiązany amerykański wynalazca Robert Fulton (1765-1815) urodził się w Little Briton (obecnie Fulton) w Pensylwanii. Ciekawostką jest, że pierwsze wielkie sukcesy w tworzeniu parowozów dla przemysłu, transportu kolejowego i wodnego spadły na los utalentowani ludzie którzy opanowali wiedzę poprzez samokształcenie. Fulton nie był pod tym względem wyjątkiem. Później został inżynierem mechanikiem, Fulton, który pochodził z biednej rodziny, początkowo był zaangażowany w samokształcenie. Fulton mieszkał w Anglii, gdzie zajmował się budową konstrukcji hydrotechnicznych i rozwiązywaniem szeregu innych problemów technicznych. Podczas pobytu we Francji (Paryż) zbudował okręt podwodny „Nautilus” i statek parowy, który testował na Sekwanie. Ale to był dopiero początek.
Prawdziwy sukces przyniósł Fulton w 1807 roku: po powrocie do Ameryki zbudował 15-tonowy kołowy parowiec Claremont, napędzany 20-litrowym silnikiem parowym. z., który w sierpniu 1807 wykonał pierwszy lot z Nowego Jorku do Albany o długości około 280 km.
Dalszy rozwój firmy żeglugowej, zarówno rzecznej, jak i morskiej, przebiegał dość szybko. Ułatwiło to przejście od konstrukcji drewnianych do stalowych statków, zwiększenie mocy i prędkości silników parowych, wprowadzenie śruby napędowej i szereg innych czynników.
Wraz z wynalezieniem silnika parowego człowiek nauczył się zamieniać energię skoncentrowaną w paliwie w ruch, w pracę.
Silnik parowy jest jednym z nielicznych wynalazków w historii, które radykalnie zmieniły obraz świata, zrewolucjonizowały przemysł, transport i dały impuls do nowego rozwoju wiedzy naukowej. Był to uniwersalny silnik przemysłu i transportu przez cały XIX wiek, ale jego możliwości nie spełniały już wymagań dla silników, które powstały w związku z budową elektrowni i stosowaniem mechanizmów z wysokie prędkości pod koniec XIX wieku.
Turbina szybkoobrotowa o wyższej sprawności wkracza na arenę techniczną jako nowy silnik cieplny zamiast wolnoobrotowego silnika parowego.
Dopiero pod koniec XVII wieku ludzie mogli oddać parę w służbie ludzkości. Ale już na początku naszej ery starożytny grecki matematyk i mechanik Heron z Aleksandrii wyraźnie pokazał, że można i należy zaprzyjaźnić się z parą. Wyraźnym potwierdzeniem tego był eolipil Geronovsky, w rzeczywistości pierwszy turbina parowa- kula obracająca się siłą strumieni pary wodnej. Niestety wiele niesamowitych wynalazków starożytnych Greków zostało zapomnianych na wiele stuleci. Dopiero XVII wiek to opis czegoś podobnego do silnika parowego. Francuz Solomon de Caus, który był niegdyś budowniczym i inżynierem pod kierunkiem Fryderyka V Palatynatu, w swojej pracy z 1615 roku opisał wydrążoną żelazną kulę z dwiema rurami: odbierającą i odbierającą płyn. Jeśli napełnisz kulkę wodą i podgrzejesz ją, wtedy woda zacznie unosić się w górę przez drugą rurkę, poddając się działaniu oparów. W 1663 roku Anglik Edward Somerset, markiz Worcester, napisał broszurę, w której mówił o maszynie, która może podnieść wodę. W tym samym czasie Somerset otrzymał patent („przywilej”) na opisaną maszynę. Jak widać, wszystkie myśli wynalazców Nowego Czasu krążyły wokół pompowania wody z kopalń i kopalń, co, należy zauważyć, wynikało z pilnego zadania. Nic więc dziwnego, że kolejni trzej wynalazcy, których omówimy poniżej, również zajmowali się przede wszystkim stworzeniem silnika parowego do pompowania wody. Pod sam koniec XVII wieku dwie osoby w Europie były bardziej wydajne w oswajaniu pary niż inni - Denis Papin i Thomas Savery.
"Ognisty" samochód Savery'ego.
Anglik Savery 2 lipca 1698 otrzymał patent na maszynę do pompowania wody z kopalń. Patent mówi: „Skarża się na przywilej dla Thomasa Savery'ego z powodu tego, że przeprowadził testowanie nowego wynalazku do podnoszenia wody, obracania wszelkiego rodzaju młynów siłami ognia, co będzie bardzo ważne przy osuszaniu kopalń, zaopatrywaniu miast w wodę i obracanie wszelkiego rodzaju młynów.” Prototyp o nazwie Fire engine został wystawiony w Royal Society of Science w Londynie w 1699 roku. Maszyna Savery działała w ten sposób: szczelny zbiornik napełniono parą, a następnie zewnętrzną powierzchnię zbiornika schłodzono zimną wodą, dzięki czemu para uległa skropleniu, tworząc w zbiorniku częściową próżnię. Następnie woda z dna z dna kopalni przez rurę wlotową była zasysana do zbiornika i po dostaniu się nowej porcji pary była wypychana rurą wylotową. Warto zauważyć, że wynalazek Savery'ego był podobny do maszyny Somerseta i wielu uważa, że Savery był bezpośrednio oparty na tej ostatniej. Niestety „ognista” maszyna Savery'ego miała pewne wady. Najważniejszym z nich jest niemożność podniesienia wody z głębokości większej niż 15 metrów, choć w tym czasie istniały już kopalnie, których głębokość przekraczała 100 metrów. Dodatkowo maszyna zużywała dużo paliwa, co nie było uzasadnione nawet bliskością dużej ilości węgla przy kopalni. Francuz Denis Papin, lekarz z wykształcenia, przeniósł się do Londynu w 1675 roku. Papen dokonał kilku odkryć, które na zawsze zapisały jego imię w historii. Na początek Papen wynajduje szybkowar – Kocioł Papen. Były medyk zdołał ustalić zależność między ciśnieniem a temperaturą wrzenia wody. Zamknięty bojler z zaworem bezpieczeństwa, dzięki podwyższonemu ciśnieniu w środku, znacznie później doprowadzał wodę do wrzenia, dzięki czemu temperatura przetwarzania produktów wzrosła, a te ostatnie gotowały się wielokrotnie szybciej. W 1674 Papen stworzył silnik prochowy: proch zapalał się w cylindrze, powodując ruch tłoka wewnątrz cylindra. Jedna „partia” gazów była uwalniana z butli przez specjalny zawór, podczas gdy druga była chłodzona. W cylindrze wytworzyła się próżnia (choć słaba), a ciśnienie atmosferyczne obniżyło tłok. W 1698 r. Papen wynalazł silnik parowy wykorzystujący wodę podgrzewaną w pionowym cylindrze - powstająca para przesuwała tłok w górę. Następnie cylinder został schłodzony wodą, para uległa skropleniu i powstała próżnia. Całe to samo ciśnienie atmosferyczne zmusiło tłok do opuszczenia. Pomimo progresywności swojej maszyny (obecność tłoka), Papen nie mógł wydobyć z niej żadnych znaczących dywidend, ponieważ Savery opatentował pompę parową, a w tym czasie nie było innych zastosowań dla silników parowych (choć możliwość „obrotu młyny "). W 1714 roku w stolicy Imperium Brytyjskiego Papen zmarł w nędzy i samotności. Inny Anglik, Thomas Newcomen, urodzony w 1663 roku, miał dużo więcej szczęścia. Newcomen dokładnie przestudiował prace Savery'ego i Papeny, dlaczego mógł zrozumieć słabe punkty stare maszyny, jednocześnie czerpiąc z nich to, co najlepsze. W 1712 r. wraz ze szklarzem i hydraulikiem Johnem Calleyem buduje swoją pierwszą maszynę parową. Używał pionowego cylindra z tłokiem, podobnie jak maszyna Papen. Jednak para generowana była w oddzielnym kotle parowym, który był podobny do zasady działania maszyny „ogniowej” Savery. Szczelność wewnątrz cylinder parowy został wzmocniony przez skórę, która została przymocowana wokół tłoka. Maszyna Newcomena była również parowo-atmosferyczna, tj. podnoszenie wody z kopalni odbywało się pod wpływem ciśnienia atmosferycznego. Był dość nieporęczny i jadł dużo węgla. Niemniej jednak maszyna Newcomena przyniosła znacznie więcej praktycznych korzyści, dlatego była używana w kopalniach przez prawie pół wieku. Na przykład w Anglii umożliwił ponowne otwarcie opuszczonych kopalń, które zostały zalane wodami gruntowymi. I kolejny uderzający przykład wydajności maszyny Newcomena – w 1722 roku w Kronsztadzie, w suchym doku, woda ze statku była wypompowywana przez dwa tygodnie, podczas gdy przy przestarzałym systemie pompowania z wiatrakami zajęłoby to rok. Mimo to Thomas Newcomen nie otrzymał patentu na swój silnik parowy ze względu na patent Savery. Konstruktorzy rozważali możliwość wykorzystania silnika parowego Newcomen do napędzania pojazdu, w szczególności do napędzania koła łopatkowego na statku. Jednak próby zakończyły się niepowodzeniem. To Jamesowi Wattowi udało się wynaleźć kompaktowy, ale potężny silnik parowy. W 1763 roku Watt, mechanik z Uniwersytetu Glasgow, otrzymał zadanie naprawy silnika parowego Newcomena. W trakcie naprawy Watt wpada na następujący pomysł – cylinder silnika parowego musi być stale rozgrzany, co drastycznie zmniejszy zużycie paliwa. Pozostało tylko wymyślić, jak w tym przypadku skondensować parę. Watt zasnął, kiedy wykonywał wieczorne ćwiczenia w pobliżu pralni. Na widok chmur pary próbującej wydostać się spod pokryw kotła, wynalazca nagle zdał sobie sprawę, że para jest gazem i musi przejść do cylindra o obniżonym ciśnieniu. Watt zdecydowanie zabiera się do pracy. Wykorzystuje pompę wodną i metalowe rury, z których pompa będzie wypompowywać wodę i parę, tworząc w tej ostatniej obniżone ciśnienie, a ta z rur zacznie być przekazywana do cylindra roboczego silnika parowego. Do suwu mocy Watt wykorzystuje ciśnienie pary, eliminując w ten sposób ciśnienie atmosferyczne, co było dużym krokiem naprzód. W tym celu, aby para nie przechodziła między cylindrem a tłokiem, wokół tłoka owinięto specjalną liną konopną nasączoną olejem, specjalnymi rowkami. Metoda ta umożliwiła uzyskanie odpowiednio wysokiej szczelności wewnątrz cylindra parowego. W 1769 roku Watt otrzymał patent na „stworzenie silnika parowego, w którym temperatura silnika zawsze będzie równa temperaturze pary, mimo że para będzie chłodzona do temperatury poniżej stu stopni. " W 1772 James Watt spotkał przemysłowca Mathew Boltona. Ten bogaty dżentelmen kupił i zwrócił Wattowi wszystkie swoje patenty, które nieszczęsny wynalazca był zmuszony zastawić na poczet długów. Dzięki wsparciu Boltona praca Watta przyspieszyła. Już w 1773 roku Watt przetestował swój silnik parowy; spełniał tę samą funkcję pompy parowej, ale wymagał znacznie mniej węgla. Widząc oczywiste zalety maszyny Watt, Bolton otwiera z wynalazcą spółkę joint venture do produkcji silników parowych, a w 1774 rozpoczyna się ich produkcja w Anglii. Wdrażanie maszyn parowych poszło tak dobrze, że Bolton chciał zbudować nową walcarkę, do czego poprosił Watta o stworzenie specjalnej maszyny parowej do napędu walcowni. Watt znakomicie poradził sobie z zadaniem i w 1781 opatentował silnik parowy „do poruszania się wokół osi w celu napędzania innych maszyn”. W ten sposób narodziła się pierwsza maszyna parowa nie do podnoszenia wody z dna kopalni, ale do napędzania maszyn. Nowy samochód Watta miał szereg ulepszeń. Na przykład regulator równomiernego obrotu wału głównego silnika parowego, a także mechanizm planetarny do tworzenia ruch kołowy... Ostatni wat wymyśla, aby zastosować mechanizm korbowy nie pozwala mu na to ważny patent. Ale w 1784 roku Wattowi udało się jeszcze uzyskać pozwolenie na użycie mechanizmu korbowego w silniku parowym. W ten sposób pierwszy na świecie uniwersalny silnik parowy, stworzony przez Watta, zaczął napędzać maszyny przemysłowe, zwiastując nadejście ery silników parowych. Wkrótce para przeniesie parowce i pociągi, co radykalnie zmieni ludzkie życie. Ogromne zasługi Jamesa Watta nie pozostały niezauważone dla potomnych – w 1819 roku na polecenie angielskiego parlamentu w opactwie westminsterskim wzniesiono marmurowy pomnik wielkiego wynalazcy. Uważa się, że pierwszy parowiec został zbudowany przez Amerykanina Roberta Fultona w 1807 roku - jego statek z kołem łopatkowym nazywał się „Claremont”. Początkowo Fulton próbował użyć pary, aby wprawić wiosła w ruch, ale potem zwrócił się do bardziej udanego pomysłu na koło. Fulton swoją pierwszą podróż na „Claremont” odbył samotnie, ponieważ okoliczni mieszkańcy kategorycznie odmówili siedzenia w „diabelskim” statku dla palaczy. Ale w drodze powrotnej do Fulton jeden odważny człowiek wciąż się uzależnił, za co otrzymał od wynalazcy prawo do dożywotniego darmowego przejazdu na Clermont. Potem podróże Fultona stały się codziennością – Claremont przewoził ludzi wzdłuż rzeki Hudson z Nowego Jorku do Albany, z prędkością około 5 węzłów (9 km/h). Pierwszy parowiec śrubowy został zbudowany w 1838 roku przez Anglika Francisa Smitha. Zastosowanie śmigieł zamiast kół wiosłowych pozwoliło znacznie poprawić osiągi żeglarskie parowców. Żagle pomocnicze na statkach parowych stopniowo zanikają (pamiętajmy, że w 1819 r. amerykański parowiec Savannah przepłynął Ocean Atlantycki głównie za pomocą żagli), a na początku XX wieku do historii przeszły same żaglowce. Pierwszą lokomotywę parową zbudował Brytyjczyk Richard Trevithick. Był to wagon z lokomotywą parową, poruszający się po szynach z prędkością 7 km/h i przewożący pociąg ważący 7 ton. W 1804 r. w Londynie zbudowano małą linię kolejową, aby przetestować lokomotywę parową Trevithick. W naszych czasach zarówno parowce, jak i parowozy od dawna stały się ciekawostką historyczną, którą jednak można znaleźć w najbardziej różne kraje... Na przykład w Norwegii, nad jeziorem Mjøs, nadal działa najstarszy na świecie parowiec wiosłowy Skibladner, zbudowany w 1856 roku. Z kolei lokomotywy parowe są aktywnie eksploatowane w krajach trzeciego świata, co oznacza, że para nadal wiernie i prawdziwie służy ludzkości.„Wagon parowy” Cuyunho.
Osobnym kamieniem milowym w historii pary są wagony parowe. Pierwszy działający wagon parowy („wózek parowy”) został zbudowany przez Francuza Nicola-Josepha Cugota w 1769 roku. Był to bardzo ciężki wóz, ważący ponad tonę, który z trudem mógł być kontrolowany przez dwie osoby. Estetycznie auto nie wyglądało zbyt ładnie - kocioł niczym garnek na uchwycie umieszczono z przodu pojazdu. „Wózek” Kyunho rozwijał prędkość około 2-4 km/h i mógł przewozić do 3 ton ładunku. Obsługa była trudna - aby utrzymać ciśnienie pary, które gwałtownie spadało, trzeba było co kwadrans zatrzymywać się i rozpalać piec. W końcu podczas kolejnej wyprawy testowej Cugno i palacz (swoją drogą palacz po francusku brzmi jak „szofer”, skąd wzięło się słowo „szofer”) mieli wypadek na ostry zakręt, co spowodowało wybuch kotła, powodując hałas w całym Paryżu. Cuiño zbudował nowy „wóz”, ale nie trafił do mas. W 1794 trafiła do muzeum. Inny Francuz, Leon Emmanuel Serpollet, wniósł znaczący wkład w rozwój wagonów parowych. W 1875 stworzył mały, ale potężny samochód parowy. Leon uznał, że lepiej ogrzewać wodę nie w kotle, ale w ogrzewanych rurach, gdzie bardzo szybko zamienia się w parę. Pierwszym pracującym samochodem Serpolle był dwumiejscowy trójkołowy powóz wykonany z drewna. Początkowo policja zabroniła Francuzowi podróżować nawet w nocy, ale w 1888 roku zrezygnowali i wydali oficjalne zezwolenie na podróż. Serpoll nie poprzestał na tym. Zamiast węgla zaczyna używać płynne paliwo, który był podawany do dwóch palników. W 1900 otwiera wraz z Amerykaninem Frankiem Gardnerem firmę Gardner-Serpollet. W 1902 roku Serpollet stworzył wyścigowy samochód parowy i ustanowił w Nicei światowy rekord prędkości na lądzie – 120,77 km/h. Nic dziwnego, że w tym czasie samochody parowe dość dobrze konkurowały z kuzynami benzynowymi i elektrycznymi. Te pierwsze szczególnie rozkwitły w USA, gdzie np. w 1900 roku wyprodukowano 1690 samochodów parowych, 1585 elektrycznych i tylko 936 samochodów benzynowych. Samochody parowe były używane w Stanach Zjednoczonych do lat 30. XX wieku. W pierwszej połowie XIX wieku budowano także ciągniki parowe, w szczególności z: gąsienica... Jednak sprawność parowozów wynosiła tylko 5%. Z tego powodu na początku XX wieku lokomotywy parowe w pojazdach mechanicznych zostały zastąpione silnikami wewnętrzne spalanie... Z ich pomocą samochody stały się bardziej ekonomiczne, lżejsze i szybsze. Nie sposób nie wspomnieć o innych, mniej udanych zastosowaniach pary na przełomie XIX i XX wieku. Powszechne stosowanie parowców, lokomotyw parowych i wagonów parowych skłoniło wynalazców do pomysłu, że parę można wykorzystać w lotnictwie i wojsku. Niestety, para w tych rejonach nie mogła się przydać. Chociaż do połowy XIX wieku było kilka prób stworzenia samolotów z silnikiem parowym. Anglik William Henson zbudował Ariel Steam Carridge, który miał silnik parowy o mocy 25-30 KM, który napędzał śmigłaśrednica 3,05 m. Aby zmniejszyć wagę maszyny, konwencjonalny kocioł został zastąpiony systemem zbiorników stożkowych z wykorzystaniem skraplacza powietrza. W latach 1844-1847 Henson bezskutecznie testował swoje samoloty. Wszystkie zakończyły się niepowodzeniem. Jednak już w 1848 roku John Stringfellow zbudował samolot, który wzbił się w powietrze, choć nie na długo. Apoteozą „promu” w przemyśle lotniczym był samolot Hayrema Stivensa Maxima, który posiadał silnik parowy o mocy 360 KM, a wielkością można było porównać z dwupiętrowym domem. Nic dziwnego, że samolot Maxima rozbił się w nocy, jak wszystkie marzenia człowieka o podboju powietrza za pomocą pary. Chociaż zauważamy, że w 1896 roku Amerykanin Samuel Pierpont Langley zbudował jednak samolot z silnikiem parowym, który przeleciał około kilometra bez pilota, dopóki nie zabrakło mu paliwa. Langley nazwał swoje dzieło „lotniskiem” (przetłumaczone ze starożytnej greki – „bieganie w powietrzu”). Jednak na początku XX wieku dla wszystkich było jasne, że masywne silniki parowe nie nadają się do aeronautyki, zwłaszcza że do tego czasu sprawdziły się doskonale w samolotach. silniki benzynowe- 17 grudnia 1903 roku na niebie pojawił się słynny samolot braci Wright, wyposażony w silnik benzynowy. Sytuacja z parą w wojsku nie była lepsza. Ale nawet sam Leonardo da Vinci opisał armatę, która strzela pociskami z siłą ognia i wody. Wielki Florentczyk zasugerował, że długa miedziana beczka z rdzeniem, umieszczona w piecu z jednej strony, może wystrzelić pocisk, jeśli do komory za rdzeniem zostanie wstrzyknięta niewielka ilość wody, gdy rura jest bardzo gorąca. Leonardo wierzył, że woda z takimi wysoka temperatura bardzo szybko wyparuje i, stając się odpowiednikiem prochu, wypchnie rdzeń z dużą prędkością. Warto dodać, że ideę armaty parowej przypisuje się Archimedesowi. W starożytnych rękopisach wspomina się, że podczas oblężenia Syrakuz w 212 rpne rzymskie statki były ostrzeliwane z armat. Ale wtedy nie było prochu w Europie! A Leonardo da Vinci zasugerował, że Archimedes, którego urządzenia broniły Syrakuz, miał armaty parowe. Grecki inżynier Ionis Sakkas postanowił przetestować ten pomysł da Vinci. Zbudował drewnianą armatę, z tyłu której zamocowano kocioł rozgrzany do 400°C. Zgodnie z sugestią Leonarda da Vinci woda była doprowadzana do specjalnego zaworu, który natychmiast parując, wpadał do beczki z parą, powodując, że betonowy rdzeń w eksperymentach Saccasa przeleciał na odległość 30-40 m. uczestnicy TV serial „Pogromcy mitów”, jednak bez sukcesów, podobny do osiągnięcia Saqqas. W XIX wieku wrócili do pary, ale nie udało się stworzyć naprawdę gotowej do walki broni (armaty lub karabinu maszynowego). W latach 1826-1829 rosyjski inżynier-pułkownik korpusu kolei A. Karelin wykonał eksperymentalną 7-liniową (17,5 mm) miedzianą armatę parową. Strzelano kulkami z użyciem pary wodnej, szybkostrzelność sięgała 50 strzałów na minutę. Jednak testy przeprowadzone w 1829 roku nie zrobiły wrażenia na „komisji selekcyjnej”, która uznała broń za niepotrzebnie trudną do użycia w terenie. Na końcu tego artykułu nie można nie wspomnieć o steampunku (z angielskiego „steampunk”, od „steam” – „steam” i „punk” – „protest”). Ten kierunek science fiction opisuje epokę kilku czasów wiktoriańskiej Anglii (druga połowa XIX wieku) i wczesnego kapitalizmu (początek XX wieku). Pejzaże miejskie, postacie, nastroje publiczne itp. są odpowiednio opisane. Sam termin pojawił się w 1987 roku. Gatunek steampunk zyskał popularność po ukazaniu się powieści „Difference Engine” Williama Gibsona i Bruce'a Sterlinga (1990). Jules Verne i Grigory Adamov można nazwać prekursorami steampunku. V ostatnie lata pojawiło się wiele filmów steampunkowych, z których najsłynniejsze to „Wild, Wild West” (1999), „Time Machine” (2002), „League of Extraordinary Gentlemen” (2003) i „Van Helsing” (2004). Dieselpunk chronologicznie sąsiaduje ze steampunkiem - gatunkiem opisującym technologiczny świat lat 20.-50. XX wieku, bardzo bliski, należy zauważyć, techno-światowi początku XX wieku.MASZYNA PAROWA - silnik cieplny, w którym energia potencjalna pary pochodzącej z kotła parowego zamieniana jest na pracę mechaniczną posuwisto-zwrotnego ruchu tłoka.
Proces pracy silnika parowego uwarunkowany jest okresowymi zmianami ciśnienia pary w qi-ling-dr (para wchodząc do cylindra silnika parowego rozszerza się i wypiera tłok) Ruch powrotny-ale-krok po kroku pistoletu-nya pre-ob-ra-zu-it-Xia za pomocą kri-vo-thorn-no-go me-ha-niz -ma w ruch obrotowy wa-la. W silniku parowym podwójnego działania (większa prędkość pracy, poprawia płynność ruchu) para, z większą mocą si-ste-my pa-ro-ras-pre-de-le-niya, in-and-out- ale-tak-to-Xia po obu stronach tsi-li-nd-ra, from-ra-bo-tan-ny para z drugiej strony r-us ty-go-dit w atmosferze lub w kon-den-sat. Aby obniżyć te-p-lo-straty, w cylindrze silnika parowego jest ok -zha-niya około-stu-jang temperatura ścianek qi-ling-dr).
Parowozy dzielą się według wiedzy - na stacjonarne, niestacjonarne (niestacjonarne i transportowe); by use-use-zue-mo-mo-py - niskie ciśnienie (do 1,2 MPa), średnie ciśnienie (do 6 MPa), wysokie ciśnienie przejść (powyżej 6 MPa); według liczby rev-ro-tov va-la - ti-ho-stroke (do 50 obr./min), fast-st-ro-stroke (do 1000 obr./min); według press-le-niyu you-let-kae-mo-th-pa-pa - kon-den-sa-tsi-on-nye (press-le-niy w kon-den-sa-to-re 0.01 - 0,02 MPa), knock-out (ciśnienie 0,11-0,12 MPa), te-p-lo-ficational z odciągiem pary do ogrzewania do celów użytkowych lub do turbin parowych (ciśnienie od 0,12 MPa do 6 MPa) w zależności od wartości z -bo-ra (na przykład ototopenie, re-ge-ne-ration, procesy techniczne-nie-logiczne); przez ras-by-lo-zhe-niyu qi-ling-d-ditch - go-ri-zon-tal-nye, on-clonal, ver-t-cal-ny; według liczby qi-ling-d-ditch - one-no-qi-ling-d-ro-vye, many-chi-ling-d-ro-vye, double-en-nye, stro-enny i inne, w których każdy cylinder pi-ta-jest pierwszą parą jednej i tej samej pary metrów (m.in. -we pa-ral-lel-no). Parowozy były wielokrotnie rozbudowywane, w których pary po-to-va-tel-but-shi-rya-e-xia w 2, 3, 4 qi-ling-dr poprzez tzw. -ry (kol-lek-to-ry). Specjalna grupa-pu składa się z silników parowych o bezpośredniej dokładności, w których uwalnianie pary z paska qi-lin-dr jest krawędzią sh-st-in-la-th-th-th-th-pis-nya (poprzez dodatkowe okno-ale, otwieranie-a-pis-nm na końcu fazy ka-zh-doy, przez kilka par po-ki-da-et cy-lindr), które in-v-sha-et maszyny.
Pierwsze znane urządzenie-roy-st-in, wprowadzone-w-di-my w ruchu z parą (eo-li-piłem), zostało-lo opisane-sa-no Gero-nom Alec-san-d- ryzykowny. Pierwsze eksperymenty z parą jako medium do przybycia przeprowadzono już w XVII wieku. W 1680 r. D. Pa-pen wykonał paro-bu-bu-hu-tol, w 1698 r. T. Se-ve-ri wykonał maszynę parową do wypompowywania wody z kopalń (pa-ro -your na-gne -ta-tel-no-su-sy-vayu-na-su). W 1707 roku n-sos Se-ve-ri został namalowany przez Piotra I i us-ta-nov-len w Let-nem sa-du w St. czcionka.
Co-ver-shen-st-in-v-ation i in-ten-siv-nie używanie silnika parowego zaczęło się od XVIII wieku, kiedy główna wada -prąd hydro-ro-si-lo-vs- ta-no-wok (ze względu na lokalne warunki) zaczął rozwijać vi-tyu metal-lur-gicheskikh pred-yats, out-dre-nii w produkcji przędzarek, maszyn tkackich i innych. W 1712 r. T. New-com-man wynalazł maszynę parową na przybycie kopalń. W Rosji parowóz New-ko-me-na był-la-us-ta-nov-le-na w 1772 r. w Kronsztadzie-te do pompowania wody z doku. Pierwszy silnik parowy w Rosji zbudowany przez I.I. Half-zu-no-vym w latach 1764-1766 za przybycie powietrznych futer z roztopionych pieców. Pierwsza lokomotywa parowa jako lokomotywa uniwersalna po raz pierwszy stworzona przez J. Watta w latach 1774-1784. W Rosji silnik parowy Uat-ta został po raz pierwszy wyprodukowany pod kierownictwem K.K. Gas-koi-na na Alek-san-d-rovskoy ma-nu-fak-tu-re w 1805 r.; jeden z pojazdów o pojemności 60 litrów. z. (44,1 kW) w 1820 r. istniał stav-le-on na majowym dziedzińcu w Petersburgu. Począwszy od 1820 r. E.A. i ja. Che-re-pa-no-you zbudował około 20 parowozów o mocy od 2 do 60 litrów. z. (od 1,47 do 44,1 kW). Maszyny parowe używane-pol-zo-wa-las jako silnik napędowy-wodny w przepompowniach, pa-ro-vo-zah, pa-ro-ho-dah, pa-ro-vy av-to-mo-bi- lyakh i inne media transportowe-st-vakh.
W drugiej połowie XIX wieku maszyna parowa dotarła już do la vy-so-coy ste-pe-ni co-ver-shen-st-va. Przez 100 lat rozwoju moc silnika parowego wzrosła z 5-10 litrów. z. (3,68-7,35 kW) do 20 000 KM z. (14,7 MW); para wodna pod ciśnieniem od 0,01 MPa do 12 MPa; temperatura pary od 100 do 400 ° C; liczba obrotów od 20-30 do 1000 obr/min.
Jednak w połowie XX wieku parowozy były-czy-ty-nie-nas-mo-ha-te-la-mi-spaliny, pa-ro-you-mi tour-bi-na-mi , wydajność jest wyższa. W swoim rozwoju silniki parowe są zdolne do tworzenia nowych obszarów wiedzy; silniki parowe zbudowane na bazie doświadczeń przemysłowych według przed-naukowców szereg pytań, rozwiązanie to-ryh stworzyło-da-lo nową naukę - techniczną ter-mo-di-na-mi-ku.
Wynalazek silników parowych stał się punkt zwrotny w historii ludzkości. Gdzieś na przełomie XVII-XVIII wieku rozpoczęła się wymiana nieefektywnej pracy ręcznej, kół wodnych oraz zupełnie nowych i unikalnych mechanizmów - parowozów. To dzięki nim możliwa stała się rewolucja techniczna i przemysłowa oraz cały postęp ludzkości.
Ale kto wynalazł silnik parowy? Komu ludzkość to zawdzięcza? A kiedy to było? Postaramy się znaleźć odpowiedzi na wszystkie te pytania.
Jeszcze przed naszą erą
Historia powstania silnika parowego zaczyna się w pierwszych wiekach p.n.e. Heron z Aleksandrii opisał mechanizm, który zaczął działać dopiero pod wpływem pary. Urządzenie było kulą, na której zamocowano dysze. Para wydostawała się stycznie z dysz, zmuszając w ten sposób silnik do obracania się. Było to pierwsze urządzenie działające na parę.
Twórcą silnika parowego (a raczej turbiny) jest Tagi al-Dinome (arabski filozof, inżynier i astronom). Jego wynalazek stał się szeroko znany w Egipcie w XVI wieku. Mechanizm ułożono w następujący sposób: strumienie pary kierowane były bezpośrednio do mechanizmu z łopatkami, a gdy ulatniał się dym, łopatki obracały się. Coś podobnego zaproponował włoski inżynier Giovanni Branca w 1629 roku. Główną wadą wszystkich tych wynalazków było zbyt duże zużycie pary, co z kolei wymagało ogromnych kosztów energii i było niecelowe. Rozwój został wstrzymany, ponieważ ówczesna naukowa i techniczna wiedza ludzkości nie wystarczała. Ponadto w ogóle nie było potrzeby takich wynalazków.
Rozwój
Do XVII wieku stworzenie maszyny parowej było niemożliwe. Ale gdy tylko podskoczyła poprzeczka dla poziomu rozwoju ludzkości, pojawiły się pierwsze okazy i wynalazki. Chociaż nikt wtedy nie traktował ich poważnie. Na przykład w 1663 roku angielski naukowiec opublikował w prasie projekt swojego wynalazku, który zainstalował w zamku Raglan. Jego urządzenie służyło do podnoszenia wody na ściany wież. Jednak jak wszystko nowe i nieznane, ten projekt został przyjęty z powątpiewaniem, a sponsorzy dla niego dalszy rozwój nie znaleziono.
Historia powstania silnika parowego zaczyna się od wynalezienia silnika parowo-atmosferycznego. W 1681 roku francuski naukowiec wynalazł urządzenie do wypompowywania wody z kopalń. Początkowo proch służył jako siła napędowa, a następnie został zastąpiony przez parę wodną. Tak pojawiła się maszyna parowo-atmosferyczna. Ogromny wkład w jego ulepszenie wnieśli naukowcy z Anglii Thomas Newcomen i Thomas Severen. Nieocenioną pomoc udzielił również rosyjski wynalazca samouk Iwan Polzunow.
Nieudana próba Papena
Silnik parowo-atmosferyczny, daleki od doskonałości w tamtych czasach, przyciągnął szczególną uwagę w branży stoczniowej. D. Papen ostatnie oszczędności wydał na zakup małego statku, na którym zaczął montować maszynę parowo-atmosferyczną do podnoszenia wody własnej produkcji. Mechanizm działania polegał na tym, że spadając z wysokości, woda zaczęła obracać koła.
Wynalazca przeprowadził swoje próby w 1707 roku na rzece Fulda. Wiele osób zgromadziło się, aby zobaczyć cud: statek płynący po rzece bez żagli i wioseł. Jednak podczas testów doszło do katastrofy: eksplodował silnik i zginęło kilka osób. Władze rozzłościły się na nieszczęsnego wynalazcę i zabroniły mu wszelkich prac i projektów. Statek został skonfiskowany i zniszczony, a kilka lat później zmarł sam Papen.
Błąd
Parowiec Papen miał następującą zasadę działania. Na spód cylindra trzeba było wlać niewielką ilość wody. Pod samym cylindrem znajdował się kocioł, który służył do podgrzewania cieczy. Gdy woda zaczęła się gotować, powstała para, rozszerzając się, podniosła tłok. Powietrze było wypychane z przestrzeni nad tłokiem przez specjalnie wyposażony zawór. Po zagotowaniu się wody i wylaniu się pary konieczne było wyjęcie kociołka, zamknięcie zaworu w celu usunięcia powietrza i schłodzenie ścian cylindra zimną wodą. Dzięki takim działaniom para w cylindrze skondensowała się, pod tłokiem utworzyła się próżnia, a pod wpływem siły ciśnienia atmosferycznego tłok powrócił na swoje pierwotne miejsce. Podczas ruchu w dół użyteczna praca... Jednak sprawność silnika parowego Papena była ujemna. Silnik parowca był wyjątkowo nieekonomiczny. A co najważniejsze, był zbyt skomplikowany i niewygodny w obsłudze. Dlatego wynalazek Papena od samego początku nie miał przyszłości.
Obserwujący
Na tym jednak historia powstania maszyny parowej się nie skończyła. Następnym, już znacznie bardziej udanym niż Papen, był angielski naukowiec Thomas Newcomen. Przez długi czas studiował twórczość swoich poprzedników, skupiając się na słabych punktach. I czerpiąc z ich pracy to, co najlepsze, w 1712 r. stworzył własną aparaturę. Nowy silnik parowy (na zdjęciu) został zaprojektowany w następujący sposób: zastosowano cylinder w pozycji pionowej oraz tłok. Ten Nowicjusz zaczerpnął z pracy Papena. Jednak para została wytworzona w innym kotle. Wokół tłoka zamocowano całą powłokę, co znacznie zwiększyło szczelność wewnątrz cylindra parowego. Ta maszyna był również paro-atmosferyczny (woda wydobywała się z kopalni pod ciśnieniem atmosferycznym). Głównymi wadami wynalazku były jego nieporęczność i nieefektywność: maszyna „zjadła” ogromną ilość węgla. Był jednak znacznie bardziej użyteczny niż wynalazek Papena. Dlatego jest używany od prawie pięćdziesięciu lat w lochach i kopalniach. Służył do wypompowywania wód gruntowych, a także do odwadniania statków. próbował przekształcić swój samochód, aby można było go używać do ruchu. Jednak wszystkie jego próby zakończyły się niepowodzeniem.
Kolejnym naukowcem, który się ogłosił, był D. Hull z Anglii. W 1736 roku przedstawił światu swój wynalazek: maszynę parowo-atmosferyczną, która miała wirniki jako śmigło. Jego rozwój okazał się bardziej udany niż Papen. Kilka takich statków zostało natychmiast zwolnionych. Były używane głównie do holowania barek, statków i innych jednostek pływających. Jednak niezawodność silnika parowo-atmosferycznego nie budziła zaufania, a statki były wyposażone w żagle jako główne urządzenie napędowe.
I chociaż Hull miał więcej szczęścia niż Papen, jego wynalazki stopniowo traciły na znaczeniu i zostały porzucone. Jednak ówczesne maszyny parowo-atmosferyczne miały wiele konkretnych wad.
Historia powstania silnika parowego w Rosji
Kolejny przełom nastąpił w Imperium Rosyjskie... W 1766 r. w zakładzie hutniczym w Barnauł powstał pierwszy silnik parowy, który za pomocą specjalnych pasów nadmuchowych dostarczał powietrze do pieców do topienia. Jej twórcą był Iwan Iwanowicz Polzunow, który za zasługi dla ojczyzny otrzymał nawet stopień oficerski. Wynalazca przedstawił swoim przełożonym plany i plany „maszyny ogniowej” zdolnej do napędzania miechów.
Jednak los zagrał okrutny żart z Polzunovem: siedem lat po przyjęciu jego projektu i złożeniu samochodu zachorował i zmarł z powodu zużycia - zaledwie tydzień przed rozpoczęciem testów jego silnika. Jednak jego instrukcje wystarczyły do uruchomienia silnika.
Tak więc 7 sierpnia 1766 r. uruchomiono i obciążono parowóz Polzunowa. Jednak w listopadzie tego samego roku załamała się. Powodem okazały się zbyt cienkie ścianki kotła, nieprzeznaczone do załadunku. Co więcej, wynalazca napisał w swoich instrukcjach, że ten kocioł może być używany tylko podczas testów. Wykonanie nowego kotła łatwo by się opłaciło, ponieważ sprawność silnika parowego Polzunova była dodatnia. Przez 1023 godziny pracy z jego pomocą wytopiono ponad 14 funtów srebra!
Ale mimo to nikt nie zaczął naprawiać mechanizmu. Parowóz Polzunowa kurzył się w magazynie przez ponad 15 lat, aż świat przemysłu stanął w miejscu i rozwinął się. A potem został całkowicie rozebrany na części. Najwyraźniej w tym momencie Rosja nie dojrzała jeszcze do silników parowych.
Wymagania czasowe
Tymczasem życie nie stanęło w miejscu. A ludzkość nieustannie myślała o stworzeniu mechanizmu, który pozwoliłby nie polegać na kapryśnej naturze, ale sam kontrolować los. Każdy chciał jak najszybciej porzucić żagiel. Dlatego kwestia stworzenia mechanizmu parowego stale wisiała w powietrzu. W 1753 roku w Paryżu ogłoszono konkurs wśród rzemieślników, naukowców i wynalazców. Akademia Nauk ogłosiła nagrodę dla każdego, kto potrafi stworzyć mechanizm zastępujący siłę wiatru. Ale pomimo tego, że w konkursie brały udział takie umysły jak L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix i inni, nikt nie złożył sensownej propozycji.
Mijały lata. A rewolucja przemysłowa obejmowała coraz więcej krajów. Wyższość i przywództwo wśród innych mocarstw niezmiennie szło do Anglii. Pod koniec XVIII wieku to właśnie Wielka Brytania stała się twórcą wielkiego przemysłu, dzięki czemu zdobyła tytuł światowego monopolisty w tej branży. Pytanie o silnik mechaniczny z każdym dniem stawało się coraz bardziej aktualne. I taki silnik powstał.
Pierwszy silnik parowy na świecie
Rok 1784 był punktem zwrotnym rewolucji przemysłowej dla Anglii i całego świata. A człowiekiem odpowiedzialnym za to był angielski mechanik James Watt. Stworzony przez niego silnik parowy stał się najgłośniejszym odkryciem stulecia.
Przez kilka lat studiował rysunki, budowę i zasady działania maszyn parowo-atmosferycznych. I na podstawie tego wszystkiego doszedł do wniosku, że aby silnik działał sprawnie, konieczne jest wyrównanie temperatur wody w cylindrze i pary, która dostaje się do mechanizmu. Główną wadą maszyn parowo-atmosferycznych była ciągła potrzeba chłodzenia cylindra wodą. To było kosztowne i niewygodne.
Nowy silnik parowy został zaprojektowany w inny sposób. Tak więc cylinder był zamknięty w specjalnym płaszczu wykonanym z pary. W ten sposób Watt osiągnął swój stały, ciepły stan. Wynalazca stworzył specjalne naczynie zanurzone w zimnej wodzie (skraplacz). Do niego połączono cylinder rurą. Kiedy para została wypuszczona w cylindrze, weszła do skraplacza przez rurę i tam zamieniła się z powrotem w wodę. Pracując nad ulepszeniem swojej maszyny, Watt wytworzył w skraplaczu próżnię. W ten sposób cała para wydobywająca się z cylindra została w nim skondensowana. Dzięki tej innowacji znacznie przyspieszono proces rozprężania pary, co z kolei umożliwiło wydobycie znacznie większej ilości energii z tej samej ilości pary. To była korona sukcesu.
Twórca silnika parowego zmienił również zasadę dopływu powietrza. Teraz para najpierw wpadła pod tłok, podnosząc go, a następnie zbierała się nad tłokiem, opuszczając go. W ten sposób obydwa ruchy tłoka w mechanizmie stały się sprawne, co wcześniej nie było nawet możliwe. A zużycie węgla na 1 KM było odpowiednio cztery razy mniejsze niż w przypadku maszyn parowo-atmosferycznych, co starał się osiągnąć James Watt. Parowóz bardzo szybko podbił najpierw Wielką Brytanię, a potem cały świat.
Charlotte Dundas
Po tym, jak cały świat był zdumiony wynalazkiem Jamesa Watta, rozpoczęło się powszechne stosowanie silników parowych. Tak więc w 1802 r. W Anglii pojawił się pierwszy statek dla pary - łódź „Charlotte Dundas”. Jej twórcą jest William Symington. Łódź służyła do holowania barek wzdłuż kanału. Rolę manipulatora na statku pełniło koło łopatkowe zainstalowane na rufie. Łódź za pierwszym razem pomyślnie przeszła testy: holowała dwie ogromne barki 18 mil w sześć godzin. Jednocześnie był mocno utrudniony przez przeciwny wiatr. Ale zrobił to.
A jednak wstrzymali go, ponieważ obawiali się, że z powodu silnych fal, które powstały pod kołem wiosłowym, brzegi kanału zostaną rozmyte. Nawiasem mówiąc, w testach Charlotte wziął udział człowiek, którego cały świat uważa dziś za twórcę pierwszego parowca.
na świecie
Od młodości angielski stoczniowiec marzył o statku z silnikiem parowym. A teraz jego marzenie stało się możliwe. W końcu wynalazek silników parowych stał się nowym impulsem w przemyśle stoczniowym. Wraz z wysłannikiem z Ameryki R. Livingstonem, który przejął materialną stronę sprawy, Fulton rozpoczął projekt statku z silnikiem parowym. Był to złożony wynalazek oparty na pomyśle wiosłowego układu napędowego. Wzdłuż boków naczynia były rozciągnięte w rzędzie płyty imitujące wiele wioseł. W tym samym czasie talerze nadal przeszkadzały sobie nawzajem i pękały. Dziś możemy śmiało powiedzieć, że ten sam efekt można było osiągnąć przy użyciu zaledwie trzech do czterech talerzy. Ale z punktu widzenia ówczesnej nauki i technologii było to nierealne. W związku z tym dla stoczniowców było to znacznie trudniejsze.
W 1803 roku wynalazek Fultona został zaprezentowany całemu światu. Parowiec płynął wolno i równo wzdłuż Sekwany, uderzając w umysły i wyobraźnię wielu naukowców i przywódców Paryża. Jednak rząd Napoleona odrzucił projekt, a niezadowoleni stoczniowcy zostali zmuszeni do szukania szczęścia w Ameryce.
I tak w sierpniu 1807 roku po Zatoce Hudsona przepłynął pierwszy na świecie parowiec o nazwie „Claremont”, w którym brał udział najpotężniejszy silnik parowy (na zdjęciu). Wielu wtedy po prostu nie wierzyło w sukces.
Claremont wyruszył w swój dziewiczy rejs bez ładunku i bez pasażerów. Nikt nie chciał podróżować na pokładzie statku ziejącego ogniem. Ale w drodze powrotnej pojawił się pierwszy pasażer – miejscowy rolnik, który za bilet zapłacił sześć dolarów. Został pierwszym pasażerem w historii firmy żeglugowej. Fulton był tak głęboko poruszony, że obdarował śmiałka dożywotnią darmową jazdą na wszystkich swoich wynalazkach.