Acumularea de noi cunoștințe practice în secolele XVI - XVII a dus la creșteri nemaiauzite ale gândirii umane. Roțile de apă și vânt rotesc mașinile, pun în mișcare burdufurile, ajută metalurgienii să ridice minereul din mine, adică acolo unde mâinile omului nu pot face față muncii grele, energia apei și a vântului le vine în ajutor. Principalele realizări ale tehnologiei din acea vreme nu se datorează atât oamenilor de știință și științei, cât munca minuțioasă a inventatorilor calificați. Realizările în tehnologia minieră, în extracția diferitelor minereuri și minerale au fost deosebit de mari. A fost necesar să se ridice minereul minat sau cărbunele din mină, pompând tot timpul apele subterane care au inundat dezvoltarea, alimentând în mod constant aerul la mină și au fost necesare multe alte lucrări care necesită multă muncă, pentru a nu opri exploatarea. Astfel, industria în curs de dezvoltare necesita imperios din ce în ce mai multă energie și poate fi furnizată în acele zile în principal de roți de apă. Au învățat deja să construiască suficient de puternic. În legătură cu creșterea puterii roților, metalul a început să fie folosit din ce în ce mai mult pentru arbori și alte părți. În Franța, pe râul Sena în 1682, maestrul R. Salem sub conducerea lui A. de Ville a construit cea mai mare instalație de atunci, formată din 13 roți cu un diametru de 8 m, care au servit la acționarea a peste 200 de pompe care a furnizat apă la o înălțime de peste 160 m și a furnizat apă pentru fântânile de la Versailles și Marly. Primele fabrici de bumbac foloseau un motor hidraulic. Mașinile de filat ale lui Arkwright au fost alimentate cu apă de la început. Cu toate acestea, roțile de apă nu pot fi instalate decât pe un râu, de preferință cu curgere completă și rapide. Și dacă o fabrică de prelucrare a textilelor sau metalelor ar putea fi construită în continuare pe malul râului, atunci zăcămintele de minereu sau cusăturile de cărbune trebuiau dezvoltate numai în locurile de apariție. Și energia a fost necesară și pentru a pompa apele subterane care au inundat mina și a ridica minereul minat sau cărbunele la suprafață. Prin urmare, în minele îndepărtate de râuri, a fost necesar să se utilizeze doar puterea animalelor.
Proprietarul unei mine engleze în 1702 a trebuit să păstreze 500 de cai pentru a opera pompele care pompează apa din mină, ceea ce era foarte neprofitabil.
Industria în curs de dezvoltare a cerut motoare puternice un nou tip care vă va permite să creați producție oriunde. Primul impuls pentru crearea de noi motoare care pot funcționa oriunde, indiferent dacă există sau nu un râu în apropiere, a fost tocmai nevoia de pompe și ascensoare în metalurgie și minerit.
Capacitatea aburului de a efectua lucrări mecanice este cunoscută de mult timp de către om. Primele urme ale utilizării inteligente a aburului în mecanică sunt menționate în 1545 în Spania, când era un căpitan de marină
Blasco de Garay a proiectat o mașină cu care a pus în mișcare roțile laterale ale navei și care, din ordinul lui Carol al V-lea, a fost testată pentru prima dată în portul Barcelonei atunci când transporta 4.000 de centenari de marfă cu o navă pe o distanță de trei mile marine în doua ore. Inventatorul a fost recompensat, dar mașina în sine a rămas fără utilizare și a fost trimisă spre uitare.
La sfârșitul secolului al XVII-lea, în țările cu cea mai dezvoltată producție de fabricație, s-au născut elemente ale noii tehnologii de mașini folosind proprietățile și puterea vaporilor de apă.
Încercările timpurii de creație motor termic au fost asociate cu necesitatea de a pompa apa din minele de unde a fost extras combustibilul. În 1698, englezul Thomas Severi, fost miner și apoi căpitan al marinei comerciale, a propus mai întâi pomparea apei cu ajutorul unui lift cu aburi. Brevetul lui Severi scria: „Această nouă invenție de creștere a apei și obținerea mișcării pentru toate tipurile de producție cu forța motrice a focului este de o mare importanță pentru scurgerea minelor, furnizarea de apă orașelor și producerea de energie motrice pentru fabrici de toate tipurile care nu pot utiliza puterea apei sau constantă lucrarea vântului. " Liftul de apă Severi a funcționat pe principiul aspirării apei datorită presiunii atmosferice în cameră, unde a fost creat un vid în timpul condensării aburului apă rece... Mașinile cu aburi ale lui Severi erau extrem de neeconomice și incomode în exploatare, nu puteau fi adaptate pentru a opera mașini-unelte, consumau o cantitate uriașă de apă caldă, eficiența lor nu era mai mare de 0,3%. Cu toate acestea, cererea de pompare a apei din mine a fost atât de mare încât chiar și aceste mașini voluminoase cu abur, cum ar fi o pompă, au obținut o oarecare acceptare.
Thomas Newcomen (1663-1729) - inventator englez, fierar de profesie. Împreună cu jucătorul J. Cowley, a construit o pompă de abur, experimentele de îmbunătățire care au durat aproximativ 10 ani, până când a început să funcționeze corect. Motorul cu aburi al lui Newcomen nu era motor universal... Meritul lui Newcomen este că a fost unul dintre primii care a implementat ideea de a folosi aburul pentru a obține lucrări mecanice. Numele său poartă Societatea istoricilor tehnologici din Marea Britanie. În 1711, Newcomen, Cowley și Severi au format „Compania deținătorilor de drepturi a invenției unei instalații pentru creșterea apei prin foc”. În timp ce acești inventatori dețineau un brevet pentru „utilizarea puterii focului”, toată munca lor privind fabricarea mașinilor cu aburi a fost realizată în cea mai strictă încredere. Suedezul Trivald, care regla mașinile Newcomen, a scris: „... inventatorii Newcomen și Cowley au fost foarte suspicioși și atenți să păstreze secretul construirii și utilizării invențiilor lor pentru ei și copiii lor. Trimisul spaniol la curtea engleză, care a venit de la Londra cu un mare grup de străini pentru a vedea noua invenție, nici măcar nu a fost permis să intre în camera în care erau amplasate mașinile. " Dar în anii 20 ai secolului al XVIII-lea, brevetul s-a încheiat și mulți ingineri au început să fabrice instalații de ridicare a apei. A apărut literatura care descrie aceste atitudini.
Răspândirea motoarelor universale cu abur în Anglia până la începutul secolului al XIX-lea. confirmă importanța enormă a noii invenții. Dacă pentru deceniul din 1775 până în 1785. Au fost construite 66 de mașini dublă acțiune cu o putere totală de 1288 CP, apoi din 1785 până în 1795. Au fost deja create 144 de mașini cu efect dublu, cu o capacitate totală de 2009 CP, iar în următorii cinci ani - între 1795 și 1800. - 79 de mașini cu o capacitate totală de 1296 CP
De fapt, utilizarea industrială a motorului cu aburi a început în 1710, când muncitorii englezi Newcomen și Cowley au construit pentru prima dată un motor cu abur care alimenta o pompă instalată într-o mină pentru a pompa apa din ea.
Cu toate acestea, mașina Newcomen nu era un motor cu aburi în sensul modern al cuvântului, deoarece forța motrice din ea nu era încă vapori de apă, ci presiunea atmosferică. Prin urmare, această mașină a fost numită „atmosferică”. Deși în mașină vaporii de apă au servit, ca și în mașina Severi, în principal pentru a crea un vid în cilindru, un piston mobil a fost deja propus aici - partea principală a unui motor modern cu aburi.
În fig. 4.1 arată ascensorul Newcomen-Cowley. Când tija de ventuză 1 și sarcina 2 au fost coborâte, pistonul 4 s-a ridicat și aburul a intrat în cilindrul 5 prin supapa deschisă 7 din cazanul 8, a cărui presiune a depășit ușor atmosferica. Aburul a servit la ridicarea parțială a pistonului într-un cilindru deschis în partea de sus, dar rolul său principal a fost de a crea un vid în el. În acest scop, când pistonul mașinii a ajuns la poziția superioară, robinetul 7 a fost închis și apa rece a fost injectată din recipientul 3 prin robinetul 6 în cilindru. Vaporii de apă s-au condensat rapid și presiunea atmosferică a readus pistonul în partea de jos a cilindrului, determinând ridicarea tijei ventuzei. Condensatul a fost evacuat din cilindru printr-un tub9, pistonul a fost din nou ridicat din cauza alimentării cu abur și procesul descris mai sus a fost repetat. Mașina Newcomen este un motor de tip batch.
Motorul cu aburi Newcomen era mai perfect decât mașina Severi, mai ușor de utilizat, mai economic și mai productiv. Cu toate acestea, mașinile primelor versiuni au funcționat foarte neeconomic, pentru a crea o putere de un cai pe oră, au fost arși până la 25 kg de cărbune, adică eficiența a fost de aproximativ 0,5%. Introducerea distribuției automate a fluxurilor de abur și apă a simplificat întreținerea mașinii, timpul de cursă a pistonului a fost redus la 12–16 minute, ceea ce a redus dimensiunile mașinii și a redus designul. În ciuda consum ridicat combustibil, acest tip de mașină a devenit rapid răspândit. Deja în anii 20 ai secolului al XVIII-lea, aceste mașini funcționau nu numai în Anglia, ci și în multe țări europene - în Austria, Belgia, Franța, Ungaria, Suedia, au fost utilizate timp de aproape un secol în industria cărbunelui și pentru furnizarea apei. la orașe. În Rusia, prima mașină cu abur-atmosferă a lui Newcomen a fost instalată în 1772 în Kronstadt pentru a pompa apa din doc. Prevalența mașinilor Newcomen este evidențiată de faptul că ultima mașină de acest tip din Anglia a fost demontată abia în 1934.
Ivan Ivanovici Polzunov (1728–1766) a fost un talentat inventator rus care s-a născut în familia unui soldat. În 1742, Nikita Bakharev, un mecanic al uzinei din Ekaterinburg, avea nevoie de studenți înțelepți. Alegerea a revenit tânărului de paisprezece ani, I. Polzunov și S. Cheremisinov, care încă studiau la Școala de Aritmetică. Educația teoretică la școală a făcut loc cunoașterii practice a lucrărilor celor mai moderne mașini și instalații de atunci ale uzinei din Ekaterinburg din Rusia. În 1748 Polzunov a fost transferat la Barnaul pentru a lucra la fabricile Kolyvano-Voskresensk. După un studiu independent al cărților despre metalurgie și mineralogie, în aprilie 1763, Polzunov a propus un proiect al unei mașini cu aburi complet originale, care diferea de toate mașinile cunoscute la acea vreme prin faptul că a fost proiectat pentru a acționa burduful suflantei și a fost un unitate de acțiune. În memorandumul său privind „mașina care operează focul” din 26 aprilie 1763, Polzunov, după propriile sale cuvinte, a dorit „ ... prin adăugarea mașină de pompieri
să suprime gestionarea apei și, în aceste cazuri, să o distrugă complet și, în locul barajelor pentru baza mobilă a centralei, să o stabilească astfel încât să poată suporta toate poverile impuse asupra sa, care sunt de obicei necesare pentru aprinderea unui foc, pentru a purta și, după bunul plac, ceea ce va fi necesar, pentru a corecta. " Și apoi a scris: „Pentru a obține această glorie (dacă forțele permit) Patria și astfel încât aceasta să fie în folosul întregului popor, datorită cunoașterii mari despre utilizarea lucrurilor care nu sunt prea familiare cu acest lucru zi (ca alte științe), în obicei. " În viitor, inventatorul a visat să adapteze mașina pentru alte nevoi. Proiect I.I. Polzunova a fost introdusă în cancelaria țaristă din Sankt Petersburg. Decizia Ecaterinei a II-a a fost următoarea: „Majestatea Sa Imperială nu este numai el, Polzunov, cu multă plăcere să fie mulțumită, dar pentru o încurajare deosebită a demnizat: bun venit Evo, Polzunov, la mecanicii cu rangul și salariul căpitanului- locotenent și dă-i 400 de ruble ca recompensă "...
Mașinile Newcomen, care funcționau perfect ca dispozitive de ridicare a apei, nu puteau în niciun caz să satisfacă nevoia urgentă a unui motor universal. Ei au pregătit doar calea pentru crearea de motoare universale cu aburi continue.
În stadiul inițial al dezvoltării mașinilor cu abur, este necesar să se distingă „mașina de pompieri” a maistrului minier rus Polzunov. Motorul a fost destinat să acționeze mecanismele unuia dintre cuptoarele de topire ale uzinei de la Barnaul.
Conform proiectului lui Polzunov (Fig. 4.2), aburul din cazan (1) a fost introdus într-unul, să zicem, cilindrul din stânga (2), unde a ridicat pistonul (3) în poziția extremă superioară. Apoi, un flux de apă rece (4) a fost injectat din rezervor în cilindru, ceea ce a condus la condensarea aburului. Ca urmare a presiunii atmosferice asupra pistonului, acesta a coborât, în timp ce în cilindrul din dreapta, ca urmare a presiunii aburului, pistonul a crescut. Distribuția vaporilor de apă în mașina Polzunov a fost efectuată de un dispozitiv automat special (5). Forța de lucru continuă de la pistoanele mașinii a fost transmisă unei scripete (6) montate pe un arbore, de la care mișcarea a fost transmisă către un dispozitiv de distribuție apă-abur, o pompă de alimentare, precum și un arbore de lucru, din care burduful suflantei era condus.
Motorul Polzunov aparținea tipului „atmosferic”, dar în el inventatorul a introdus pentru prima dată însumarea lucrării a doi cilindri cu pistoane unul câte unul arbore comun decât a furnizat un motor mai uniform. Când unul dintre cilindri rămânea în gol, celălalt avea o cursă de lucru. Motorul avea distribuție automată a aburului și pentru prima dată nu era conectat direct cu mașină de lucru... I.I. Polzunov și-a creat mașina în condiții extrem de dificile, cu propriile mâini, fără fondurile necesare și mașini speciale. Nu avea la dispoziție meșteri pricepuți: conducerea fabricii a repartizat patru studenți lui Polzunov și a desemnat doi muncitori pensionari. Toporul și alte unelte simple folosite la fabricarea mașinilor convenționale de atunci au fost de puțin folos aici. Polzunov a trebuit să proiecteze și să construiască în mod independent echipamente noi pentru invenția sa. Constructie mașină mare, cu o înălțime de aproximativ 11 metri, chiar de pe foaie, netestat nici măcar pe un model, fără specialiști, a necesitat un efort uriaș. Mașina a fost construită, dar pe 27 mai 1766 I.I. Polzunov a murit din cauza unui consum trecător, nefiind trăit cu o săptămână înainte de testele „mașinii mari”. Mașina în sine, testată de studenții lui Polzunov, nu numai că s-a plătit pentru sine, dar și a obținut profit, a funcționat timp de 2 luni, nu a mai primit nicio îmbunătățire și, după o avarie, a fost abandonată și uitată. După motorul Polzunov, a trecut o jumătate de secol înainte ca motoarele cu abur să înceapă să fie utilizate în Rusia.
Mașina Newcomen a fost mult îmbunătățită de-a lungul secolului de existență, dar a rămas „atmosferică” și nu a satisfăcut nevoile tehnologiei de fabricație în creștere rapidă, care a necesitat organizarea mișcării de rotație la viteză mare.
Căutările multor inventatori au avut ca scop atingerea acestui obiectiv. Numai în Anglia, în ultimul sfert al secolului al XVIII-lea, au fost eliberate peste o duzină de brevete pentru motoare universale dintre cele mai multe diferite sisteme... Cu toate acestea, doar James Watt a reușit să ofere industriei un motor universal cu aburi.
Watt și-a început lucrul la motorul cu aburi aproape simultan cu Polzunov, dar în condiții diferite. În Anglia, în acest moment, industria se dezvolta rapid. Watt a fost susținut în mod activ de Bolton, proprietarul mai multor fabrici din Anglia, care ulterior a devenit tovarășul său, parlamentul, a avut ocazia să folosească personal de inginerie înalt calificat. În 1769, Watt a brevetat un motor cu abur cu un condensator separat și apoi - aplicarea în motor suprapresiune abur, care a redus semnificativ consumul de combustibil. Watt a fost pe bună dreptate creatorul motorului cu piston cu abur.
În fig. 4.3, este o diagramă a unuia dintre primele motoare cu aburi ale lui Watt. Un cazan de abur 1 cu cilindru cu piston 3 este conectat printr-o conductă de abur 2, prin care aburul este admis periodic în cavitatea superioară de deasupra pistonului 4 și în cavitatea inferioară a cilindrului de sub piston. Aceste cavități sunt conectate la condensator printr-o conductă 5, unde aburul rezidual este condensat cu apă rece și se creează un vid. Mașina are o bară de echilibrare 6 care conectează pistonul cu un arbore cu manivelă cu o bielă 7, la capătul căreia este montată o volantă 8.
Pentru prima dată, mașina folosește principiul dublei acțiuni a aburului, care constă în faptul că aburul proaspăt este injectat în cilindrul mașinii alternativ în camerele de pe ambele părți ale pistonului. Introducerea de către Watt a principiului expansiunii aburului a constat în faptul că aburul proaspăt a fost admis în cilindru doar pentru o parte din cursa pistonului, apoi aburul a fost întrerupt și mișcarea ulterioară a pistonului a fost efectuată datorită la expansiunea aburului și scăderea presiunii sale.
Astfel, în mașina lui Watt, forța motrice decisivă nu a fost presiunea atmosferică, ci presiunea vaporilor. tensiune arterială crescută conducând pistonul. Un nou principiu munca aburului a necesitat o schimbare completă în proiectarea mașinii, în special distribuția cilindrilor și a aburului. Pentru a elimina condensul de abur din cilindru, Watt a introdus mai întâi mantaua de abur a cilindrului, cu care a început să-și încălzească pereții de lucru cu abur și in afara sacou cu abur izolat. Din moment ce Watt nu a putut folosi un mecanism cu manivelă în mașină pentru a crea o mișcare de rotație uniformă (un brevet de protecție a fost luat pentru o astfel de transmisie de către inventatorul francez Picard), atunci în 1781 a obținut un brevet pentru cinci metode de conversie a balansoarului mișcare într-o mișcare rotativă continuă. La început a folosit o roată planetară sau solară în acest scop. În cele din urmă, Watt a introdus un regulator de viteză centrifugă pentru a modifica cantitatea de abur furnizată cilindrului mașinii pe măsură ce viteza s-a schimbat. Astfel, Watt, în motorul său cu aburi, a stabilit principiile de bază ale proiectării și funcționării motorului modern cu aburi.
Mașinile cu aburi ale lui Watt funcționau cu abur saturat presiune scăzută 0,2–0,3 MPa, la rpm scăzut. Motoarele cu aburi modificate în acest fel au dat rezultate excelente prin scăderea de mai multe ori a consumului de cărbune pe CP / oră (putere ca pe oră) în comparație cu mașinile Newcomen și a deplasat roata de apă din industria minieră. La mijlocul anilor 80 ai secolului al XVIII-lea. proiectarea motorului cu abur a fost în cele din urmă dezvoltată, iar motorul cu aburi cu acțiune dublă a devenit un motor termic universal, care și-a găsit o largă aplicare în aproape toate sectoarele economiei multor țări. În secolul al XIX-lea, aburul de ridicare a minelor a devenit răspândit. centrale electrice, suflante cu abur, centrale electrice cu abur rulant, ciocane cu aburi, pompe cu abur etc.
Creșterea în continuare a eficienței Centrala cu abur a fost realizată de Arthur Wolff, contemporanul lui Watt, în Anglia, prin introducerea expansiunii multiple a aburului în succesiune în 2, 3 și chiar în 4 pași, în timp ce aburul a trecut de la un cilindru al mașinii la altul.
Abandonarea echilibrului și utilizarea expansiunii multiple a aburului au dus la crearea de noi forme constructive de mașini. Motoarele cu dublă expansiune au început să ia forma a doi cilindri - un cilindru de înaltă presiune (HPC) și un cilindru de joasă presiune (LPC), care au primit aburul de evacuare după HPC. Cilindrii au fost amplasați orizontal (o mașină compusă, Fig. 4.4, a), sau în serie, când ambii pistoane sunt așezați pe o tijă comună (mașină tandem, Fig. 4.4, b).
Mare valoare pentru îmbunătățirea eficienței. La mijlocul secolului al XIX-lea, motoarele cu aburi au început să utilizeze abur supraîncălzit cu o temperatură de până la 350 ° C, ceea ce a făcut posibilă reducerea consumului de combustibil la 4,5 kg pe CP / oră. Utilizarea aburului supraîncălzit a fost propusă pentru prima dată de savantul francez G.A. Girn.
George Stephenson (1781–1848) s-a născut într-o familie muncitoare și a lucrat în minele de cărbune din Newcastle, unde lucrau și tatăl și bunicul său. A făcut multă autoeducare, a studiat fizică, mecanică și alte științe, a fost interesat de activitatea inventivă. Abilitatea remarcabilă a lui Stephenson l-a condus la funcția de mecanic, iar în 1823 a fost numit inginer șef al companiei pentru construcția primei căi ferate. uz comun Stockton-Darlington; acest lucru i-a deschis mari oportunități pentru proiectare și lucrări inventive.
În Rusia, primele locomotive cu aburi au fost construite de mecanicii și inventatorii ruși Cherepanov - Efim Alekseevich (tată, 1774-1842) și Miron Efimovich (fiu, 1803-1849), care lucrau la fabricile Nizhniy Tagil și foști iobagi ai crescătorilor Demidov . Prin autoeducare, Cherepanovii au devenit oameni educați, au vizitat fabricile din Sankt Petersburg și Moscova, Anglia și Suedia. Pentru activități inventive, Miron Cherepanov și soția sa au primit libertate gratuită în 1833. Efim Cherepanov și soția sa au primit libertate în 1836. Cherepanovii au creat aproximativ 20 de motoare cu aburi diferite care funcționau la fabricile Nizhniy Tagil.
Presiunea ridicată a aburului pentru motoarele cu aburi a fost aplicată pentru prima dată de Oliver Evans în America. Acest lucru a dus la o reducere suplimentară a consumului de combustibil de până la 3 kg pe hp / h. Mai târziu, proiectanții de locomotive cu abur au început să folosească motoare cu aburi cu mai mulți cilindri, abur la suprapresiune și un dispozitiv de inversare.
În secolul al XVIII-lea. exista o dorință destul de înțeleasă de a folosi motorul cu aburi în transportul terestru și pe apă. În dezvoltarea motoarelor cu aburi, o direcție independentă a fost făcută de către locomotive - centrale mobile cu abur. Prima instalare de acest tip a fost dezvoltată de constructorul englez John Smith. De fapt, dezvoltarea transportului cu abur a început cu instalarea tuburilor de fum în cazanele cu tuburi de foc, ceea ce a crescut semnificativ producția lor de abur.
S-au făcut multe încercări de a dezvolta locomotive cu abur - locomotive cu abur, au fost construite modele de lucru (Fig. 4.5, 4.6). Dintre aceștia, cei talentați au construit Inventator englez George Stephenson (1781-1848) în 1825 locomotiva cu aburi Raketa (vezi Fig. 4.6, a, b).
Rocket-ul nu a fost prima locomotivă cu abur proiectată și construită de Stephenson, dar aceasta a depășit altele din multe puncte de vedere și a fost recunoscută ca fiind cea mai bună locomotivă la o expoziție specială din Reyhill și recomandată pentru noua cale ferată Liverpool-Manchester, care în acel moment a devenit unul exemplar. În 1823 Stephenson a organizat prima fabrică de locomotive cu aburi în Newcastle. În 1829, în Anglia a fost organizată o competiție pentru cea mai bună locomotivă cu aburi, câștigătoare a fost mașina J. Stephenson. Locomotiva sa cu aburi „Raketa”, dezvoltată pe baza unui cazan cu fum, cu o masă de tren de 17 tone, a dezvoltat o viteză de 21 km / h. Mai târziu, viteza „Rachetei” a fost mărită la 45 km / h.
Căile ferate au început să se joace în secolul al XVIII-lea. un rol imens. Primul pasager Calea ferataîn Rusia cu o lungime de 27 km prin decizia guvernului țarist a fost construită de antreprenori străini în 1837 între Sankt Petersburg și Pavlovsk. Calea ferată dublă St. Petersburg-Moscova a început să funcționeze în 1851.
În 1834, tatăl și fiul lui Cherepanov au construit prima locomotivă rusă cu aburi (vezi Fig. 4.6, c, d), care transporta o sarcină de 3,5 tone la o viteză de 15 km / h. Locomotivele cu aburi ulterioare au transportat mărfuri cu greutatea de 17 tone.
Încercările de utilizare a motorului cu aburi în transportul pe apă au fost făcute de la începutul secolului al XVIII-lea. Se știe, de exemplu, că fizicianul francez D. Papin (1647–1714) a construit o barcă condusă de un motor cu aburi. Adevărat, Papen nu a obținut succes în această chestiune.
Problema a fost rezolvată de inventatorul american Robert Fulton (1765–1815), care s-a născut în Little Briton (acum Fulton) în Pennsylvania. Este curios să observăm că primele mari succese în crearea motoarelor cu aburi pentru industrie, cale ferată și transport pe apă au căzut la lot oameni talentați care au stăpânit cunoștințele prin autoeducare. Fulton nu a făcut excepție în acest sens. Ulterior devenit inginer mecanic, Fulton, care provenea dintr-o familie săracă, a fost inițial angajat într-o mulțime de autoeducare. Fulton a locuit în Anglia, unde s-a angajat în construcția de structuri hidraulice și rezolvarea altor probleme tehnice. În timp ce se afla în Franța (Paris), a construit submarinul „Nautilus” și un vas cu aburi, care a fost testat pe râul Sena. Dar asta a fost doar începutul.
Realul succes a venit la Fulton în 1807: după ce s-a întors în America, a construit aburul cu roți de 15 tone Claremont, alimentat de un motor cu aburi de 20 de litri. cu., care în august 1807 a făcut primul zbor de la New York la Albany cu o lungime de aproximativ 280 km.
Dezvoltarea ulterioară a companiei maritime, atât fluviale, cât și maritime, a mers destul de repede. Acest lucru a fost facilitat de trecerea de la structurile de lemn la cele de oțel ale navelor, o creștere a puterii și vitezei motoarelor cu aburi, introducerea unei elice și o serie de alți factori.
Odată cu invenția mașinii cu aburi, omul a învățat să transforme energia concentrată în combustibil în mișcare, în muncă.
Mașina cu aburi este una dintre puținele invenții din istorie care a schimbat dramatic imaginea lumii, a revoluționat industria, transporturile și a dat impuls unei noi ascensiuni a cunoștințelor științifice. A fost un motor universal pentru industrie și transport pe tot parcursul secolului al XIX-lea, dar capacitățile sale nu mai îndeplineau cerințele pentru motoarele apărute în legătură cu construcția centralelor electrice și utilizarea mecanismelor cu viteze mari la sfârșitul secolului al XIX-lea.
O turbină de mare viteză cu o eficiență mai mare intră în arena tehnică ca un nou motor termic în loc de un motor cu aburi cu turație lentă.
În mintea majorității oamenilor din epoca smartphone-urilor, mașinile cu aburi sunt ceva arhaic care te face să zâmbești. Paginile aburitoare ale istoriei industriei auto au fost foarte luminoase și greu de imaginat fără ele. transport modernîn general. Oricât de greu ar fi încercat scepticii de la legiferare, precum și lobbyiștii din diferite țări, să restricționeze dezvoltarea mașinii pentru un cuplu, au reușit să o facă doar o vreme. La urma urmei, mașina cu aburi este ca Sfinxul. Ideea unei mașini pentru un cuplu (adică pe un motor cu ardere externă) este relevantă până în prezent.
În mintea majorității oamenilor din epoca smartphone-urilor, mașinile cu aburi sunt ceva arhaic care te face să zâmbești.
Așadar, în 1865, a fost introdusă în Anglia interdicția de a circula vagoane autopropulsate de mare viteză pe o unitate cu abur. Li s-a interzis să se deplaseze mai repede de 3 km / h în oraș și să nu scoată pufuri de abur, pentru a nu înspăimânta caii înhămați la trăsurile obișnuite. Cea mai gravă și tangibilă lovitură a camioanelor cu aburi a fost deja în 1933, legea privind impozitul pe vehiculele grele. Și abia în 1934, când taxele la importul produselor petroliere au fost reduse, victoria benzinei și motoare diesel peste aburi.
Numai în Anglia își puteau permite să-și bată joc de progres într-un mod atât de rafinat și cu sânge rece. În SUA, Franța, Italia, mediul inventatorilor entuziaști era literalmente plin de idei, iar mașina cu aburi a căpătat forme și caracteristici noi. Deși britanicii au inventat o contribuție semnificativă la dezvoltarea vehiculelor cu abur, legile și prejudecățile autorităților nu le-au permis să participe pe deplin la lupta cu motorul cu ardere internă. Dar să vorbim despre toate în ordine.
Referință preistorică
Istoria dezvoltării motorului cu aburi este indisolubil legată de istoria apariției și îmbunătățirii motorului cu aburi. Când în secolul I d.Hr. NS. Heron din Alexandria și-a propus ideea de a face aburul să rotească o bilă de metal, iar ideea sa a fost tratată ca fiind doar ceva mai mult decât distractiv. Dacă alte idei erau mai îngrijorate de inventatori, dar primul care a pus un cazan cu abur pe roți a fost călugărul Ferdinand Verbst. În 1672. „Jucăria” sa a fost, de asemenea, tratată ca o distracție. Dar următorii patruzeci de ani nu au fost în zadar pentru istoria motorului cu aburi.
Proiectul echipajului autopropulsat al lui Isaac Newton (1680), aparatul de incendiu al mecanicului Thomas Severi (1698) și instalația atmosferică a lui Thomas Newcomen (1712) au demonstrat potențialul enorm al utilizării aburului pentru efectuarea lucrărilor mecanice. La început, motoarele cu aburi pompau apa din mine și ridicau încărcăturile, dar la mijlocul secolului al XVIII-lea, așa instalații cu abur erau deja câteva sute.
Ce este un motor cu aburi? Cum poate mișca aburul roțile? Principiul motorului cu aburi este simplu. Apa este încălzită într-un rezervor închis la abur. Aburul este evacuat prin conducte într-un cilindru închis și stoarce pistonul. Prin biela intermediară, aceasta mișcare de translație transmisă arborelui volantului.
Acest schema circuitului funcționarea cazanului de abur în practică a avut dezavantaje semnificative.
Prima porție de abur s-a revărsat în cluburi, iar pistonul răcit, sub propria greutate, s-a scufundat pentru următoarea lovitură. Această diagramă schematică a funcționării unui cazan de abur în practică a avut dezavantaje semnificative. Absența unui sistem de control al presiunii aburului a dus adesea la o explozie a cazanului. A fost nevoie de mult timp și combustibil pentru a aduce cazanul în stare de funcționare. Alimentarea constantă și dimensiunile gigantice ale instalației de abur au sporit doar lista deficiențelor sale.
Noua mașină a fost propusă de James Watt în 1765. A trimis aburul scos de piston înăuntru cameră suplimentară pentru condens și a eliminat necesitatea adăugării constante a apei în cazan. În cele din urmă, în 1784, a rezolvat problema redistribuirii mișcării aburului astfel încât acesta să împingă pistonul în ambele direcții. Datorită bobinei pe care a creat-o, motorul cu aburi putea funcționa fără întreruperi între cicluri. Acest principiu al unui motor termic cu efect dublu a constituit baza majorității tehnologiei aburului.
Mulți oameni deștepți au lucrat la crearea motoarelor cu aburi. La urma urmei, acesta este un mod simplu și ieftin de a obține energie din aproape nimic.
O scurtă excursie în istoria mașinilor cu aburi
Totuși, oricât de mari ar fi fost succesele britanicilor în domeniu, primul care a pus un motor cu aburi pe roți a fost francezul Nicolas Joseph Cugno.
Prima mașină cu aburi a lui Kyunho
Mașina lui a apărut pe drumuri în 1765. Viteza scaunului cu rotile a fost de 9,5 km / h. În acesta, inventatorul a oferit patru locuri pentru pasageri, care puteau fi rulate cu briza la o viteză medie de 3,5 km / h. Acest succes nu a fost suficient pentru inventator.
Nevoia de a opri pentru alimentarea și aprinderea unui nou foc la fiecare kilometru de drum nu a fost un dezavantaj semnificativ, ci doar stadiul tehnicii din acea vreme.
A decis să inventeze un tractor pentru tunuri. Așa că s-a născut o căruță cu trei roți, cu un cazan masiv în față. Nevoia de oprire pentru alimentarea cu apă și aprinderea unui nou foc la fiecare kilometru de drum nu a fost un dezavantaj semnificativ, ci doar nivelul tehnologiei de atunci.
Următorul model de Cugno al modelului 1770 cântărea aproximativ o tonă și jumătate. Noul cărucior ar putea transporta aproximativ două tone de marfă la o viteză de 7 km / h.
Maestrul Cugno a fost mai preocupat de ideea creării unui motor cu abur de înaltă presiune. Nici măcar nu i-a fost jenă faptul că cazanul ar putea exploda. Cuyunho a fost cel care a venit cu ideea de a pune focarul sub cazan și de a purta „focul” cu el. În plus, „căruța” sa poate fi numită pe bună dreptate primul camion. Demisia patronului și o serie de revoluții au făcut imposibil ca comandantul să dezvolte modelul într-un camion cu drepturi depline.
Autodidact Oliver Evans și amfibianul său
Ideea de a crea motoare cu abur a avut proporții universale. În statele nord-americane, inventatorul Oliver Evans a creat aproximativ cincizeci de instalații cu abur pe baza mașinii Watt. Într-un efort de a reduce dimensiunea fabricii James Watt, el a proiectat motoare cu aburi pentru fabricile de făină. Cu toate acestea, Oliver Evans a câștigat faima la nivel mondial pentru mașina sa cu aburi amfibie. În 1789, prima sa mașină din Statele Unite a trecut cu succes testele de teren și apă.
Pe amfibianul său, care poate fi numit prototipul vehiculelor de teren, Evans a instalat o mașină cu o presiune de abur de zece atmosfere!
Vagonul de nouă metri cântărea aproximativ 15 tone. Motorul cu aburi a condus roțile din spate și elicea. De altfel, Oliver Evans a fost, de asemenea, un susținător al motorului cu abur de înaltă presiune. Pe amfibianul său, care poate fi numit prototipul vehiculelor de teren, Evans a instalat o mașină cu o presiune de abur de zece atmosfere!
Dacă inventatorii secolelor 18-19 ar avea la îndemână tehnologiile secolului XXI, vă puteți imagina cu ce tehnologie ar fi venit!? Și ce tehnică!
Secolul XX și 204 km / h pe o mașină cu aburi Stanley
Da! Secolul al XVIII-lea a dat un puternic impuls dezvoltării transportului cu abur. Numeroase și variate modele de vagoane cu aburi autopropulsate au început din ce în ce să dilueze transportul cu cai pe drumurile din Europa și America. La începutul secolului al XX-lea, mașinile cu abur s-au răspândit semnificativ și au devenit un simbol familiar al timpului lor. La fel ca și fotografia.
Secolul al XVIII-lea a dat un puternic impuls dezvoltării transportului cu abur
Frații Stanley au vândut-o compania lor fotografică atunci când, în 1897, au decis să devină serioși cu privire la producția de mașini cu aburi în Statele Unite. Au construit feriboturi bine vândute. Dar acest lucru nu le-a fost suficient pentru a-și satisface planurile ambițioase. La urma urmei, ei erau doar unul dintre mulți dintre aceiași producători de automobile. Asta până când și-au proiectat „racheta”.
Frații Stanley au vândut-o compania lor fotografică atunci când, în 1897, au decis să devină serioși cu privire la producția de mașini cu aburi în Statele Unite.
Cu siguranță mașinile Stanley aveau glorie mașină de încredere... Unitatea de abur era amplasată în spate, iar cazanul era încălzit cu torțe pe benzină sau kerosen. Volanta unui motor cu două cilindri cu abur, cu rotație cu efect dublu puntea spate prin intermediul unei transmisii cu lanț. Stanley Steamer nu a avut cazuri de explozie a cazanului. Dar aveau nevoie de o stropire.
Desigur, mașinile Stanley aveau reputația de a fi o mașină de încredere.
Cu „racheta” lor au făcut o stropire în toată lumea. 205,4 km / h în 1906! Nimeni nu a condus vreodată atât de repede! O mașină cu motor cu ardere internă a doborât acest record doar 5 ani mai târziu. Placaj de abur al lui Stanley "Rocket" în formă masini de curse pentru mulți ani de acum încolo. Dar după 1917, Stanley Steamer a experimentat din ce în ce mai mult competiția de la ieftinul Ford T și a demisionat.
Feriboturile unice ale fraților nobili
Acest faimoasa familie a reușit să ofere o rezistență decentă motoarelor pe benzină până la începutul anilor 30 ai secolului XX. Nu au construit mașini de înregistrare. Frații și-au iubit cu adevărat mașinile de feribot. În caz contrar, cum altfel să explicăm radiatorul celular și butonul de aprindere inventat de ei? Modelele lor nu semănau cu mici locomotive cu aburi.
Frații Abner și John au revoluționat transportul cu abur.
Frații Abner și John au revoluționat transportul cu abur. Pentru a se deplasa, mașina lui nu a trebuit încălzită timp de 10-20 de minute. Butonul de aprindere a pompat kerosen din carburator în camera de ardere. A ajuns acolo după ce a aprins cu o bujie. Apa s-a încălzit în câteva secunde, iar după un minut și jumătate aburul a creat presiunea necesară și ați putea merge.
Aburul de evacuare a fost direcționat către un radiator pentru condensare și pregătire pentru ciclurile ulterioare. Prin urmare, pentru o rulare lină de 2000 km, mașinile lui Doblov aveau nevoie doar de nouăzeci de litri de apă în sistem și de câțiva litri de kerosen. Nimeni nu ar putea oferi o astfel de economie! Poate că la Salonul Auto de la Detroit din 1917 Stanley a făcut cunoștință cu modelul fraților Doble și a început să le restrângă producția.
Modelul E a devenit cel mai mult mașină de lux a doua jumătate a anilor 20 și cea mai mare ultima versiune feribot Doblov. Interior din piele, elemente lustruite de lemn și oase de elefant au încântat proprietarii bogați din interiorul mașinii. Într-o astfel de cabină, vă puteți bucura de alergare la viteze de până la 160 km / h. Doar 25 de secunde au separat momentul aprinderii de momentul pornirii. A durat încă 10 secunde pentru ca o mașină cu o greutate de 1,2 tone să accelereze la 120 km / h!
Toate aceste calități de mare viteză au fost încorporate în motorul cu patru cilindri. Două pistoane au fost împinse afară de abur presiune ridicata la 140 de atmosfere, iar celelalte două au trimis abur de joasă presiune răcit într-un radiator cu condensator în fagure. Însă în prima jumătate a anilor '30, acești frați frumoși Doble nu au mai fost produși.
Camioane cu aburi
Cu toate acestea, nu trebuie uitat că tracțiunea cu abur s-a dezvoltat rapid transportul de marfă... În orașe, mașinile cu aburi au provocat alergii în rândul snobilor. Dar bunurile trebuie livrate pe orice vreme și nu numai în oraș. A autobuze interurbaneși echipament militar? Nu poți coborî cu mașini mici acolo.
Transportul de marfă are un avantaj semnificativ față de transportul de călători - dimensiunile sale.
Transportul de marfă are un avantaj semnificativ față de transportul de călători - dimensiunile sale. Acestea vă permit să amplasați centrale electrice puternice oriunde în mașină. Mai mult, va crește doar capacitatea de încărcare și capacitatea trans-țară. Și la ceea ce va arăta camionul nu este întotdeauna acordat atenție.
Dintre camioanele cu aburi, aș dori să evidențiez engleza Sentinel și sovietica NAMI. Desigur, au fost multe altele, de exemplu Foden, Fowler, Yorkshire. Dar Sentinel și NAMI s-au dovedit a fi cele mai tenace și au fost produse până la sfârșitul anilor 50 ai secolului trecut. Ar putea lucra la orice combustibil solid - cărbune, lemn, turbă. „Natura omnivoră” a acestor camioane le-a pus în perechi în afara influenței prețurilor la produsele petroliere și le-a permis, de asemenea, să fie utilizate în locuri greu accesibile.
Workaholic Sentinel cu accent englezesc
Aceste două camioane diferă nu numai în țara de fabricație. Principiile de amenajare a generatoarelor de abur erau, de asemenea, diferite. Santinelele se caracterizează prin dispunerea superioară și inferioară a motoarelor cu abur în raport cu cazanul. În partea de sus, generatorul de abur furniza abur fierbinte direct în camera motorului, care era conectată la poduri printr-un sistem arbori cardanici... Cu poziția inferioară a motorului cu aburi, adică pe șasiu, cazanul încălzea apa și furniza abur motorului prin conducte, ceea ce garantează pierderile de temperatură.
Santinelele se caracterizează prin dispunerea superioară și inferioară a motoarelor cu abur în raport cu cazanul.
Prezența unei transmisii cu lanț de la volanta motorului cu abur la articulațiile cardanice a fost tipică pentru ambele tipuri. Acest lucru a permis proiectanților să unifice producția de Santinels în funcție de client. Pentru țările fierbinți, cum ar fi India, camioanele cu abur au fost produse cu o locație mai mică și separată a cazanului și a motorului. Pentru țările cu ierni reci - cu tipul superior, combinat.
Pentru țările fierbinți, cum ar fi India, camioanele cu aburi au fost produse cu o locație mai mică, separată a cazanului și a motorului.
Multe tehnologii dovedite au fost utilizate pe aceste camioane. Bobine și supape de distribuție a aburului, motoare cu acțiune simplă și dublă, de înaltă sau mică presiune, cu sau fără cutie de viteze. Cu toate acestea, acest lucru nu a prelungit durata de viață a camioanelor cu aburi englezești. Deși au fost produse până la sfârșitul anilor 50 ai secolului XX și chiar au servit în serviciul militar înainte și în timpul celui de-al doilea război mondial, erau încă voluminoase și semănau oarecum cu locomotivele cu aburi. Și întrucât nu au existat persoane interesate de modernizarea lor radicală, soarta lor a fost o concluzie înaintată.
Deși au fost produse până la sfârșitul anilor 50 ai secolului XX și chiar au servit în serviciul militar înainte și în timpul celui de-al doilea război mondial, erau încă voluminoase și semănau oarecum cu locomotivele cu aburi.
Pentru cine ce, dar pentru noi - SUA
Pentru a ridica economia ruptă de război a Uniunii Sovietice, a fost necesar să găsim o modalitate de a nu irosi resursele de petrol, cel puțin în locuri greu accesibile - în nordul țării și în Siberia. Inginerilor sovietici li s-a oferit ocazia să studieze proiectul lui Santinel cu un motor cu aburi cu acțiune directă cu patru cilindri și să dezvolte propriul „răspuns la Chamberlain”.
În anii 1930, institutele și birourile de design rusești au încercat în mod repetat să creeze un camion alternativ pentru industria lemnului.
În anii 1930, institutele și birourile de proiectare rusești au făcut încercări repetate de a crea un camion alternativ pentru industria lemnului. Dar de fiecare dată când cazul s-a oprit în etapa de testare. Folosindu-și propria experiență și oportunitatea de a studia vehiculele de feribot capturate, inginerii au reușit să convingă conducerea țării de necesitatea unui astfel de camion cu aburi. Mai mult, benzina era de 24 de ori mai scumpă decât cărbunele. Și cu costul lemnului de foc în taiga, nici măcar nu îl poți menționa.
Un grup de designeri sub conducerea lui Yu. Shebalin a simplificat pe cât posibil unitatea de abur în ansamblu. Au combinat un motor cu patru cilindri și un cazan într-o singură unitate și l-au plasat între caroserie și cabină. Am pus această instalare pe șasiul seriei YaAZ (MAZ) -200. Munca aburului și condensarea acestuia au fost combinate într-un ciclu închis. Furnizarea de lingouri de lemn din buncăr a fost efectuată automat.
Așa s-a născut NAMI-012 sau, mai bine zis, pe terenul forestier. Evident, principiul aprovizionării cu combustibil solid în buncăr și amplasarea motorului cu aburi pornit camion a fost împrumutat din practica centralelor generatoare de gaze.
Soarta proprietarului pădurilor - NAMI-012
Caracteristicile camionului cu platformă menajeră cu aburi și ale transportatorului de lemn NAMI-012 au fost după cum urmează
- Capacitate de transport - 6 tone
- Viteza - 45 km / h
- Autonomia fără realimentare este de 80 km, dacă s-a putut reînnoi alimentarea cu apă, atunci 150 km
- Cuplul la viteze mici - 240 kgm, care a fost de aproape 5 ori mai mare decât indicatorii bazei YAZ-200
- Cazanul cu circulație naturală a creat o presiune de 25 de atmosfere și a adus aburul la o temperatură de 420 ° C
- A fost posibilă alimentarea cu apă a rezervorului direct din rezervor prin ejectoare
- Cabina complet metalică nu avea capotă și a fost împinsă înainte
- Viteza a fost reglată de volumul de abur din motor folosind pârghia de alimentare / oprire. Cu ajutorul său, buteliile au fost umplute la 25/40/75%.
- O treaptă de mers înapoi și trei comenzi de pedală.
Dezavantajele grave ale camionului cu aburi erau consumul de 400 kg de lemn de foc la 100 km de cale și necesitatea de a scăpa de apa din cazan în condiții de ger.
Dezavantajele grave ale camionului cu aburi erau consumul de 400 kg de lemn de foc la 100 km de cale și necesitatea de a scăpa de apa din cazan în condiții de ger. Dar principalul dezavantaj care a fost prezent în primul eșantion a fost permeabilitatea slabă într-o stare descărcată. Apoi s-a dovedit că puntea față a fost supraîncărcată de cabină și unitatea de abur, în comparație cu spatele. Au făcut față acestei sarcini instalând o unitate modernizată de putere cu abur pe tracțiunea integrală YaAZ-214. Acum capacitatea transportatorului de cherestea NAMI-018 a fost mărită la 125 Puterea calului.
Dar, neavând timp să se răspândească în toată țara, camioanele generatoare de abur au fost eliminate în a doua jumătate a anilor 50 ai secolului trecut.
Dar, neavând timp să se răspândească în toată țara, camioanele generatoare de abur au fost eliminate în a doua jumătate a anilor 50 ai secolului trecut. Totuși, împreună cu generatoarele de gaz. Deoarece costul transformării mașinilor, beneficiile economice și ușurința în utilizare au fost consumatoare de timp și discutabile în comparație cu camioanele pe benzină și diesel. Mai mult, în acest moment, producția de petrol era deja înființată în Uniunea Sovietică.
O mașină modernă cu aburi, rapidă și accesibilă
Nu credeți că ideea unei mașini cu abur a fost uitată pentru totdeauna. Acum există o creștere semnificativă a interesului pentru motoare, motoare alternative cu combustie internă pe benzină și motorină. Rezervele mondiale de petrol nu sunt nelimitate. Da, iar costul produselor petroliere este în continuă creștere. Proiectanții s-au străduit atât de mult să îmbunătățească motorul cu ardere internă încât ideile lor aproape că au atins limita.
Mașinile electrice, mașinile cu hidrogen, generatoarele de gaz și mașinile cu abur au devenit din nou subiecte fierbinți. Bună ziua uitat în secolul al XIX-lea!
Acum există o creștere semnificativă a interesului pentru motoare, motoare alternative cu combustie internă pe benzină și motorină.
Un inginer britanic (din nou Anglia!) A demonstrat noile capacități ale motorului cu aburi. El și-a creat Inspuration nu numai pentru a demonstra relevanța mașinilor cu abur. Creația sa este făcută pentru înregistrări. 274 km / h - aceasta este viteza pe care o accelerează doisprezece cazane instalate pe o mașină de 7,6 metri. Doar 40 de litri de apă sunt suficienți pentru ca gazul lichefiat să aducă temperatura aburului la 400 ° C într-o clipă. Gândiți-vă, a durat istoria 103 ani pentru a bate recordul de viteză pentru o mașină cu abur setată de Rocket!
Într-un generator modern de abur, puteți utiliza cărbune sub formă de pulbere sau alt combustibil ieftin, de exemplu, păcură, gaz lichefiat. De aceea, mașinile cu aburi au fost și vor fi întotdeauna populare.
Dar pentru un viitor ecologic care vine, este din nou necesar să depășim rezistența lobbyiștilor petrolieri.
Primul motor cu abur cu două cilindri din Rusia a fost proiectat de mecanicul I.I. Polzunov în 1763 și construit în 1764 în Barnaul. James Watt, care a fost membru al comisiei pentru acceptarea invenției lui Polzunov, în aprilie 1784 la Londra a primit un brevet pentru o mașină cu aburi și este considerat inventatorul ei!
Polzunov, Ivan Ivanovici
- un mecanic care a amenajat prima mașină cu aburi din Rusia; fiul unui soldat al companiilor montane din Ekaterinburg, a intrat în școala de aritmetică din Ekaterinburg în vârstă de zece ani, unde a absolvit cursul cu gradul de student la mecanică. Printre mai mulți tineri, Polzunov a fost trimis la Barnaul la fabricile miniere de stat, unde în 1763 era șikhtmeister. Fiind angajat în construcția de mașini cu motoare cu apă folosite la topitoriile și minele, Polzunov a atras atenția asupra dificultății de a aranja astfel de mașini în zone îndepărtate de râuri și s-a stabilit pe ideea utilizării aburului ca motor. Există unele dovezi care sugerează că acest gând nu a apărut în mintea lui în mod independent, ci sub influența cărții lui Schlatter: „A Comprehensive Instruction to Ore Business” (St. Petersburg, 1760), în capitolul al zecelea din care prima descriere a unei mașini cu aburi, și anume o mașină, este tipărită în Newcomen rus. Polzunov a preluat energic implementarea ideii sale, a început să studieze rezistența și proprietățile vaporilor de apă, a întocmit desene, a făcut modele. După ce a fost convins, după lungi cercetări și experimente, că este posibil să se înlocuiască forța motrice a apei cu abur și să o demonstreze pe modele, Polzunov în aprilie 1763 s-a îndreptat către șeful fabricilor Kolyvano-Voskresensk, generalul maior AI Poroshin, cu o scrisoare în care, după ce a expus motivele care l-au determinat să găsească o nouă forță, a cerut fonduri pentru a construi „mașina de foc” pe care o inventase. Despre proiectul lui Polzunov a fost raportat Cabinetului Majestății Sale cu o petiție pentru eliberarea sumei necesare construcției mașinii. Potrivit raportului Cabinetului, a urmat un decret al Ecaterinei a II-a, cu care ea, „pentru o mare încurajare”, i-a acordat lui Polzunov mecanicilor un salariu și gradul de inginer căpitan-locotenent, ordonat să dea 400 de ruble ca o recompensa. și a subliniat, „dacă nu este nevoie la fabrici, trimiteți-l la Sankt Petersburg, cu argint” timp de doi-trei ani la Academia de Științe, pentru a completa învățământul. Dar autoritățile nu l-au eliberat pe Polzunov și au cerut să fie trimis la Academia de Științe pentru a fi anulat pentru o perioadă de timp, „pentru că aici, pentru a aduce acea mașină în practică în perechi, este o nevoie extremă”. Având în vedere acest lucru, Polzunov a trebuit să rămână în Siberia până la sfârșitul cazului. Până atunci, eliberarea celor 400 de ruble menționate mai sus a fost, de asemenea, amânată. Potrivit estimării prezentate de acesta, sumele și materialele necesare i-au fost eliberate, iar acestuia i s-a oferit posibilitatea de a începe construcția. 20 mai 1765 Polzunov a raportat deja că munca pregatitoare finalizat și că mașina va fi funcțională în octombrie același an. Dar până atunci mașina nu era gata. O masă de dificultăți neprevăzute și lipsa de experiență a lucrătorilor au încetinit progresul lucrării. În plus, multe dintre materialele necesare construirii mașinii nu au putut fi obținute în Siberia. A trebuit să le scriu din Ekaterinburg și să aștept livrarea în câteva luni. În decembrie 1765 Polzunov a terminat mașina, după ce a cheltuit 7435 de ruble pe ea. 51 copeici Cu toate acestea, nu a reușit să-și vadă invenția în acțiune. Testul mașinii a fost programat la Barnaul pe 20 mai 1766, iar pe 16 mai din același an, Polzunov murise deja „din cauza sângerărilor laringiene severe”. Mașina lui Polzunov, sub îndrumarea elevilor săi Levzin și Chernitsin, a topit 9335 p. Minereuri Zmeenogorsk în Barnaul în decurs de două luni, dar în curând funcționarea sa în Barnaul a fost întreruptă „ca inutilă” și nu există informații dacă a fost folosită pe cele care nu avea motoare cu apă. Fabrica de la Zmeinogorsk și mina Semenovsky, unde inițial au fost intenționate chiar de inventator și de superiorii săi, în 1780, „construită de Polzunov, mașina și structura acționată în perechi sunt sparte”. Muzeul Mineritului Barnaul are un model al mașinii lui Polzunov. Polzunov nu poate fi recunoscut, ca unii, onoarea de a inventa primul motor cu aburi. Cu toate acestea, mașina lui Polzunov a fost într-adevăr primul motor cu abur construit în Rusia și care nu a fost comandat din străinătate; utilizarea unui motor cu abur în 1765, nu pentru ridicarea apei, ci pentru un alt scop industrial, ar trebui considerată o invenție independentă, deoarece în Anglia prima utilizare a unui motor cu abur pentru injecția de aer s-a făcut abia în 1765.
Invenția motorului cu aburi a marcat un moment decisiv în istoria umană industrială și generală. La începutul secolelor al XVII-lea-al XVIII-lea, au apărut condiții prealabile pentru înlocuirea „motoarelor”, morilor de vânt și roților de apă cu putere redusă și ineficiente cu mecanisme de un tip complet nou - motoare cu aburi... Mașinile cu aburi au făcut posibilă revoluția industrială și realizarea nivelului modern de dezvoltare a tehnologiei.
Se crede că primul motor cu aburi inventat Mecanicul scoțian James Watt - nu degeaba unitatea internațională de putere Watt poartă numele său! Cu toate acestea, în realitate, Watt a făcut multe îmbunătățiri și a propus un nou tip de motor, iar istoria motoarelor cu aburi datează mult mai devreme.
Folosirea aburului pentru activarea unui mecanism a fost descrisă pentru prima dată de către vechiul savant grec Heron din Alexandria, care a lucrat în jurul secolului I d.Hr. NS. Heron a fost cel care a inventat celebrul Eolipil (sau „bila lui Eolus”) - o sferă fixată pe axă cu duze care ies din ea. Mingea, umplută cu apă, a fost încălzită pe foc, iar aburul care ieșea din duze a făcut ca sfera să se rotească.
Desigur, toate acestea nu sunt altceva decât o jucărie, dar au fost uitate mai mult de un mileniu și jumătate. Pentru prima dată după Heron, inginerul și filozoful arab Tagi al-Dinome a încercat să folosească puterea aburului - în secolul al XVI-lea a creat un prototip de turbină cu abur care rotea un scuipat. Aproape un secol mai târziu - în 1615 - francezul Solomon de Coe descrie un dispozitiv care poate ridica apa cu ajutorul aburului. Și în 1629 creează și italianul Giovanni Branca mașină cu turbină, - aburul încălzit a ieșit din tub și a lovit lamele de pe roată, forțând astfel rotirea acestei roți.
În același timp, a creat inginerul spaniol Yeronimo Ayans de Beaumont motor cu abur cu cilindru- acest mecanism a avut o oarecare influență asupra dezvoltării evenimentelor din domeniul îmbunătățirii motoarelor cu aburi. Și în 1663, englezul Edward Somerset descrie o mașină cu aburi pentru ridicarea apei din fântâni și mine și, ulterior, primește un brevet pentru această invenție. Mașina creată de Somerset a funcționat de ceva timp într-unul din castelele engleze, dar a arătat departe de cele mai bune rezultate.
Două persoane au jucat un rol imens în dezvoltarea motoarelor cu aburi: francezul Denis Papin și englezul Thomas Svery. Pa-pen la mijlocul anilor 70 ai secolului al XVII-lea a inventat un cilindru în care se creează un vid cu ajutorul unei explozii de praf de pușcă și apoi (în 1680) a adaptat acest cilindru pentru a funcționa cu abur. Până la sfârșitul secolului, un om de știință francez s-a apropiat de creație design industrial motorul cu aburi, dar Savery era înaintea lui - în 1698, englezul a primit un brevet pentru mașină, iar în 1702 mecanismul proiectului său a început să fie folosit pentru a ridica și pompa apa. Cu toate acestea, aceste motoare cu aburi au primit o distribuție foarte limitată - erau prea imperfecte.
Dar dacă dispozitivele lui Papen și ale lui Savery au fost puțin folosite în practică, atunci de ce au jucat acești oameni un rol important în istoria tehnologiei? Lucrul este că ideile acestor ingineri-inventatori au stat la baza motorului cu aburi, creat în 1712 de englezul Thomas Newcomen. Inventatorul a combinat o mașină proiectată de Savery cu un cilindru al sistemului Papen, rezultând un motor destul de perfect care funcționa la abur. Detalii interesante: Mașina a fost controlată manual - în aceste scopuri, a fost angajată o persoană specială, a cărei sarcină era deschiderea și închiderea supapelor la intervale regulate. Legenda spune că în 1713, Humphrey Potter, un băiat care lucra la una dintre mașini, a aflat cum să facă robinetele să funcționeze singure. Abia în 1715 a apărut un sistem complet automat de distribuție a aburului pe motoarele cu aburi ale sistemului Newcomen.
Există două puncte importante de subliniat aici. În primul rând, toate cele de mai sus aparatele cu aburi sunt vidate(sau atmosferic). La mașinile de acest tip, aburul era folosit doar pentru încălzirea cilindrului în care se mișca pistonul. Principiul este simplu: aburul intră în cilindru, încălzindu-l la o temperatură ridicată, după care se toarnă apă rece pe cilindru. Ca urmare, are loc o răcire ascuțită și se formează un vid (vid) în cilindru, datorită căruia, sub influența presiunii atmosferice, pistonul intră în adâncimea cilindrului, în timp ce lucrează. În al doilea rând, toate aceste mașini au fost folosite doar pentru ridicarea și deplasarea apei - inventatorilor nu le-a venit niciodată prin minte că diferite mecanisme ar putea fi puse în mișcare cu ajutorul aburului. Deci chiar Mașina lui Newcomen adesea denumită pompă de abur.
Timp de mai bine de jumătate de secol, motoarele cu aburi Newcomen au rămas singurele mașini potrivite pentru uz industrial. Abia la începutul anilor 1760 au existat progrese în acest domeniu - a creat Humphrey Gainsborough motor cu abur avansat, care însă nu a primit o distribuție vizibilă. Iar inginerul și inventatorul scoțian James Watt a fost destinat să facă o adevărată revoluție în acest domeniu.
În 1765, Watt a prezentat ideea că nu este necesar să se răcească cilindrul, dar este mai bine să folosiți forța presiunii aburului, mai degrabă decât vidul. Deja în 1769, a primit un brevet pentru această invenție, dar noua mașină în sine a fost creată abia în 1776 - în acel moment Watt era strâns cu bani și pur și simplu nu avea nimic pentru a-și pune în aplicare ideile.
Dar cea mai importantă invenție a lui James Watt, care l-a făcut celebru, a apărut abia în 1781: tocmai atunci a creat inginerul un motor cu aburi capabil să facă orice treabă... Acest lucru este posibil prin transformarea mișcării reciproce a pistonului în rotația volantului folosind așa-numitul angrenaj planetar. Și în 1784, motorul cu aburi al lui Watt și-a dobândit forma finală - a apărut mai convenabil și mai simplu mecanism cu manivelași multe mici îmbunătățiri. Această dezvoltare a început să fie numită aparat universal cu aburi, și dintr-un motiv întemeiat: mașina a apărut curând în fabrici și fabrici și, la începutul secolului al XIX-lea, motoarele sistemului Watt au fost furnizate primelor locomotive cu aburi și abur.
Este interesant faptul că în Rusia a fost creată și o mașină cu aburi funcțională (și nici măcar una) - acestea sunt cunoscutele mașini ale lui Ivan Polzunov, construite în perioada 1763-1766. Primele motoare ale lui Polzunov au dat rezultate bune, iar în 1764 a început construcția unui motor mare cu abur pentru o turnătorie de metale. Construcția a fost finalizată în 1766, iar demararea a fost făcută după moartea inventatorului. Din pacate, motor cu aburi Polzunov a funcționat doar 42 de zile - după o avarie, a încetat să mai fie folosită și după ceva timp a fost demontată.
După cum puteți vedea, istoria mașinilor cu aburi nu începe cu descoperirea lui James Watt, dar acest inventator a fost cel care a creat o mașină cu adevărat eficientă și convenabilă, care a avut un impact uriaș asupra dezvoltării industriei și tehnologiei. Pentru aceste merite, în 1882, unitatea de putere, cunoscută de noi ca watt, a fost numită după Watt.
Toate preocupările globale se pregătesc să înceapă productie in masa mașini electrice care ar trebui să înlocuiască mașinile urât mirositoare cu motoare combustie interna.
Dar pe lângă motorul electric și pe benzină, omenirea cunoaște motoarele cu aburi și le cunoaște de câteva secole.
Astăzi vom vorbi despre acești ajutători ai omului nemeritat.
Primul motor cu aburi
secolul al 19-lea? Sau poate prima mașină cu aburi a fost creată în secolul al XVIII-lea? Nu ghici, nu poți ghici. În primul secol î.e.n., adică acum mai bine de 2 mii de ani, prima mașină cu aburi din istoria omenirii a fost creată de inginerul grec Heron din Alexandria.
Motorul era o minge care se rotea în jurul axei sale sub acțiunea aburului care scăpa din ea. Este adevărat, grecii antici au înțeles cu greu esența procesului, așa că dezvoltarea acestei tehnologii a înghețat timp de aproape 1500 de ani ...
Jucăria cu aburi a împăratului
Ferdinand Verbst, membru al comunității iezuiților din China, a construit prima mașină cu abur în jurul anului 1672 ca jucărie pentru împăratul chinez. Mașina era mică și nu putea transporta un șofer sau un pasager, dar este posibil să fi fost primul transport cu abur funcțional („mașina”). Dar a fost primul feribot din istoria omenirii, deși unul de jucărie.
Proiectul lui Newton
Oamenii de știință proeminenți au luat în considerare și ideea de a „călca” puterea aburului și de a crea un echipaj autopropulsat. Unul dintre celebrele astfel de proiecte a fost proiectul echipajului lui Isaac Newton. Echipajul era format dintr-un cărucior echipat cu un cazan cu abur cu duză, prin care, folosind o supapă, șoferul putea elibera abur, accelerând astfel căruța. Dar marele om de știință nu și-a dat niciodată seama de proiect, feribotul lui Newton a rămas pe hârtie.
Thomas Newkman și mașina sa de pompare a apelor subterane
Primul dispozitiv aplicat în practică a fost motorul Newkman. Britanicul Thomas Newkman a proiectat o mașină cu aburi asemănătoare cu motoarele moderne. Cilindrul și pistonul, care s-au deplasat în el sub influența presiunii aburului. Aburul a fost generat într-un cazan imens, care nu a permis utilizarea mașină datăîn caz contrar, ca o mașină pentru pomparea apelor subterane.
James Watt
Scoțianul James Watt s-a angajat să îmbunătățească mașina lui Newksman. El a observat că, pentru a reduce consumul de cărbune, este necesar să se mențină constant în cilindru febră mareși a montat și un condensator la mașină, unde a fost colectat aburul rezidual, care ulterior s-a transformat în apă și, cu ajutorul unei pompe, a fost trimis din nou la cazan. Toate acestea ar fi făcut posibilă punerea motorului pe cadru și crearea primului vagon de feribot, dar Watt a considerat periculos acest tip de transport și nu s-a angajat în curs de dezvoltare... Mai mult decât atât, designerul a primit un brevet pentru mașina sa, care a devenit un obstacol pentru ca alți designeri să lucreze la primul feribot.
Nu este încă o mașină, dar deja o căruță
Creatorul primului vehicul autopropulsat a fost francezul Nicolas-Joseph Cugno. În 1769, inventatorul a creat o trăsură cu trei roți - „micul cărucior Cugno”, care a fost numit și „Fardier”. Conceput de autor, acest lucru este ciudat vehicul trebuia folosit pentru transportul armelor. Nu este încă o mașină, dar deja o căruță autopropulsată.
Numai căruța lui Kyunho avea multe defecte. Motorul cântărea aproximativ o tonă, așa că căruța abia a fost gestionată de două persoane. Un alt dezavantaj al căruciorului mic Cuyunho a fost autonomia sa de croazieră redusă - doar un kilometru. Realimentarea sub formă de apă în cazan, efectuarea unui incendiu pe drumul pe care a fost transportat cazanul a fost o procedură prea lungă și complicată. Viteza și-a dorit, de asemenea, să fie mai bună, doar 4 km / h.
Dar căruța avea și merit. Capacitatea de încărcare a fost de două tone, ceea ce a plăcut foarte mult generalilor de la sediul francez, care au alocat lui Cunu 20 mii de franci pentru lucrări ulterioare peste căruță.
Proiectantul a folosit fondurile primite cu beneficii, iar a doua versiune a căruciorului se deplasa deja cu o viteză de până la 5-7 kilometri pe oră, iar focarul instalat sub cazan a făcut posibilă menținerea temperaturii în mișcare și nu vă opriți la fiecare 15 minute pentru a aprinde un foc.
Acest embrion al viitoarei mașini a făcut primul accident din istorie. Roata căruței a fost blocată și a lovit peretele casei.
În ciuda succeselor lui Cuyunho, munca a fost suspendată dintr-un motiv banal: banii s-au epuizat. Dar spre bucuria noastră, căruța designerului francez a supraviețuit până în prezent și o putem vedea cu ochii noștri.
Bicicleta cu aburi a lui Roper
Inventatorii se aflau într-o stare de căutare constantă. Dacă Cuiño a mers pe calea creării unei mașini, atunci americanul Sylvester Howard Roper s-a angajat să creeze viitoare motocicletă... Mai corect ar fi să spui o bicicletă cu aburi.
Roper adăpostea un motor cu abur sub scaun, cu abur ieșind direct în spatele scaunului. Controlul vitezei a fost efectuat folosind un mâner pe volan. Întorcându-l de la sine, șoferul a mărit viteza, întorcându-se direcție inversă, s-a efectuat frânarea.
Plimbările lui Roper pe prima bicicletă au provocat șoc și indignare celor din jur, ei bine, la fel cum suntem acum indignați de motocicletele zgomotoase. Roper a fost raportat chiar poliției. Inventatorul a fost salvat din închisoare și o amendă doar prin absența unei legi care să interzică mersul pe bicicleta potrivită.
Și la fel motociclisti moderni Roper s-a prăbușit în timp ce mergea cu bicicleta cu aburi.
Amfibian cu aburi
Oruktor Amphibolos, primul vehicul amfibiu a fost dezvoltat în 1804 Inventator american Oliver Evans. Coca în formă de barcă avea 4 roți și o roată cu palete la pupa. Era o mașină gigantică: nouă metri lungime și 15 tone greutate.
Omnibus Enterprise
Dezavantajul tuturor primelor motoare cu abur a fost capacitatea lor de încărcare redusă și viteza redusă. Trăsurile pentru cai (omnibuze) erau mai rapide decât cel mai rapid motor cu aburi. Inginerii s-au confruntat cu puterea calului.
Prima mașină pentru opt persoane a fost proiectată de Richard Trevithick. Dar mașina lui Richard nu-i interesa pe investitori. Treizeci de ani mai târziu, Walter Hancock a preluat și a creat primul omnibus cu abur, Enterprise. O tonă de apă, un motor cu doi cilindri, o viteză de 32 de kilometri pe oră și o rezervă de putere de până la 32 de kilometri. A permis chiar Enterprise să fie folosit ca vehicul comercial. Și acesta a fost deja succesul inventatorilor - primul autobuz a condus pe străzi.
Prima mașină
Prima mașină cu aburi, care arăta ca o mașină obișnuită, nu ca o căruță cu o cratiță, a fost proiectată de frații Abner și John Doblow. Mașina Doblov avea deja multe componente familiare, dar mai târziu.
În timp ce era încă student, Abner a început în 1910 să dezvolte mașini cu aburi în propriul atelier. Ceea ce au reușit frații a fost să reducă volumul de apă. După cum vă amintiți, Enterprise a folosit o tonă de apă. Modelul Doblov la 90 de litri avea o autonomie de croazieră de până la o mie și jumătate de kilometri. Frații-inventatori și-au echipat mașinile cu un sistem de aprindere automată. Astăzi sculptăm o scânteie în motor prin rotirea cheii. Sistemul de aprindere al lui Doblov a injectat kerosen în carburator, unde s-a aprins și a intrat într-o cameră de sub cazan. Presiunea necesară a vaporilor de apă a fost creată într-un record de 90 de secunde pentru acele vremuri. 1,5 minute și puteți începe. Veți spune pentru o lungă perioadă de timp, dar motoarele cu aburi ale altor designeri au început după 10 sau chiar 30 de minute.
Eșantionul afișat al mașinii Dolbov la o expoziție din New York a provocat senzație. Numai în timpul expoziției, frații au colectat comenzi pentru 5500 de mașini. Dar apoi a început Primul Razboi mondial, care a provocat o criză și un deficit de metal în țară, și a trebuit să uite de producție pentru o vreme.
După război, Dobla a prezentat publicului un model nou și îmbunătățit de mașină cu aburi. Presiunea necesară în cazan a fost atinsă în 23 de secunde, viteza a fost de 160 de kilometri pe oră, iar în 10 secunde mașina a accelerat la 120 de kilometri pe oră. Probabil că singurul dezavantaj al mașinii a fost prețul său. Nerealist pentru acele vremuri 18 mii de dolari. Cea mai mare feribot din istoria omenirii a fost produsă în doar 50 de exemplare.
Abur mai rapid
Din nou frații-inventatori, de data aceasta frații Stanley, s-au apucat să creeze o mașină pe apă clocotită. Al lor mașină de curse era gata de sosire în 1906. Pe o plajă din Florida, mașina a accelerat la 205,4 kilometri pe oră. În acel moment a fost record absolut, chiar și pentru mașinile cu motor pe benzina... Atât pentru caserolă.
Frații au fost opriți doar de rănirea unuia dintre ei, primită în urma unui accident pe un parobolid. Recordul de viteză al mașinii fraților Stanley este de neegalat de peste un secol.
Inspirație
Următorul record de viteză a fost stabilit pe 26 august 2009 în Inspirație. Mai mult ca un avion de luptă, mașina era alimentată de două turbine care erau alimentate cu abur furnizat la 40 bar presiune de la douăsprezece cazane de înaltă eficiență. 360 de cai putere este ascunsă sub capota acestei unități, ceea ce i-a permis să accelereze până la 225 de kilometri pe oră.
ParoRusia
Mașinile cu aburi, desigur, nu puteau trece pe lângă Rusia. Primul cărbune și apă au tras model casnicîn 1830 „Bystrokat” al lui Kazimir Yankevich ar fi putut deveni. Conform calculelor proiectantului, acest feribot ar putea accelera la o viteză de 32 de kilometri pe oră. Dar mașina a rămas pe hârtie.
Primul feribot a fost creat de talentatul țăran rus Fedor Blinov. În 1879 a primit un brevet „pentru un dispozitiv special pentru o căruță cu șine interminabile pentru transportul mărfurilor pe autostrăzi și drumuri de țară”. Mai târziu, această mașină s-a transformat într-un tractor cu aburi pe șenile, pe care Blinov l-a învățat să-l întoarcă și din cauza diferenței de cuplu pe fiecare dintre șine. Dar ideea inventatorului nu a fost apreciată, a fost acordat doar un mic premiu.
Primele feriboturi rusești au început să fie produse la uzina Dux din Moscova. Cei care colectează modele retro cunosc această grațioasă mașină Lokomobil.
„Mașinile nu fac deloc zgomot, ceea ce încă nu se poate spune despre benzina. Chiar și mașinile electrice, conduse de electricitate, această putere a viitorului, fac mai mult zgomot (mai degrabă, zumzet) decât mașinile de feribot Dux. Întregul său mecanism este atât de simplu și compact încât se potrivește sub scaun și nu necesită piese proeminente pentru amplasarea sa, cum ar fi, de exemplu, nasul mașinilor pe benzină, nu are schimbător de viteze, baterii electrice, magneto, ușor de rupt lumânări, într-un cuvânt, toate acestea, care este cauza celor mai multe avarii și probleme la mașinile pe benzină ", - a scris revista" Automobile "la începutul secolului trecut.
Dezvoltarea rapidă a motoarelor cu combustie internă pe benzină a pus capăt dezvoltării automobilelor cu abur. Inventatorii au încercat să reînvie această tehnologie, dar ideile lor nu au găsit sprijin.