Introducere
Până în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea, oamenii foloseau în principal motoare cu apă pentru nevoile de producție. De la transferul mișcării mecanice de la roata de apă la distante lungi imposibil, toate fabricile trebuiau construite pe malurile râurilor, ceea ce nu era întotdeauna convenabil. În plus, pentru funcționarea eficientă a unui astfel de motor, erau deseori necesare lucrări pregătitoare costisitoare (construirea iazurilor, construirea barajelor etc.). Roțile de apă aveau și alte dezavantaje: aveau o putere redusă, munca lor depindea de anotimp și era dificil de reglat. Treptat, a început să se simtă nevoia unui motor fundamental nou: puternic, ieftin, autonom și ușor de controlat. Motorul cu aburi a devenit un astfel de motor de un secol întreg.
Steamer mashimna- motor termic combustie externă transformarea energiei aburului încălzit în lucrarea mecanică a mișcării alternative a pistonului și apoi în mișcarea de rotație a arborelui. Într-un sens mai larg, un motor cu abur este orice motor cu ardere externă care transformă energia aburului în lucru mecanic.
Istoria creării motoarelor cu aburi
Ideea unui motor cu aburi a fost parțial determinată de inventatorii săi prin proiectarea unei pompe de apă cu piston, care era cunoscută în antichitate.
Principiul funcționării sale a fost foarte simplu: când pistonul a fost ridicat, apa a fost aspirată în cilindru printr-o supapă din partea inferioară. Supapa laterală care leagă cilindrul de conducta de ridicare a fost închisă în acel moment, deoarece apa din această conductă a încercat să pătrundă în cilindru și astfel a închis această supapă. Când pistonul a fost coborât, a început să apese pe apa din cilindru, datorită căruia supapa inferioară a fost închisă și supapa laterală deschisă. În acest moment, apa din cilindru era alimentată prin conducta ascendentă. Într-o pompă cu piston, munca primită din exterior a fost cheltuită pentru deplasarea fluidului prin cilindrul pompei. Inventatori motor cu aburi Am încercat să folosim același design, dar numai în direcție inversă... Cilindrul pistonului se află în centrul tuturor aburilor motoare cu piston... Cu toate acestea, primele motoare cu aburi nu erau atât de multe motoare, cât pompele de aburi folosite pentru a pompa apa din minele adânci. Principiul funcționării lor s-a bazat pe faptul că, după răcirea și condensarea sa în apă, aburul a ocupat spațiu de 170 de ori mai puțin decât într-o stare încălzită. Dacă deplasați aerul din vas cu abur încălzit, închideți-l și apoi răciți aburul, presiunea din interiorul vasului va fi mult mai mică decât în exterior. Presiunea atmosferică externă va comprima un astfel de vas și, dacă un piston este plasat în el, acesta se va deplasa spre interior cu forța mai mare, cu atât suprafața acestuia este mai mare.
Pentru prima dată, un model al unei astfel de mașini a fost propus în 1690 de către Papen. Denis Papen a fost asistentul lui Huygens și din 1688 profesor de matematică la Universitatea din Marburg. A avut ideea de a folosi forma unui cilindru gol pentru un motor atmosferic cu un piston care se mișca în el. Papen s-a confruntat cu sarcina de a face pistonul să facă treaba prin forța presiunii atmosferice. În 1690 a fost creat în principiu proiect nou motor cu aburi. Când a fost încălzită, apa din cilindru s-a transformat în abur și a deplasat pistonul în sus. Printr-o supapă specială, aburul împingea aerul și, atunci când aburul se condensează, se crea un spațiu rarefiat; presiunea externă a împins pistonul în jos. Pe măsură ce cobora, pistonul trase o frânghie cu o sarcină în spatele ei. Papen a pus cilindrul mașinii pe verticală, deoarece supapa cilindrului nu și-a putut îndeplini funcția în nicio altă poziție. Motor Papen lucru util s-a comportat prost, pentru că nu putea efectua o acțiune continuă. Pentru a forța pistonul să ridice greutatea, a fost necesar să se manipuleze tija supapei și dopul, să se deplaseze sursa de flacără și să se răcească cilindrul cu apă.
Îmbunătățirea mașinilor cu abur-atmosferă a fost continuată de Thomas Severi. În 1698, Thomas Severi a inventat pompa de abur pentru pomparea apei din mine. „Prietenul minerilor” său lucra fără piston. Aspirarea apei a avut loc prin condensarea aburului și crearea unui spațiu rarefiat deasupra nivelului apei din vas. Severi a separat cazanul de vasul unde a avut loc condensul. Acest motor cu abur a avut o eficiență scăzută, dar a găsit încă o utilizare pe scară largă.
Dar cel mai utilizat în prima jumătate a secolului al XVIII-lea a fost motorul cu aburi al lui Newcomen, creat în 1711. Cilindrul de abur era situat la Newcomen deasupra cazanului de abur. Tija pistonului (tija conectată la piston) a fost conectată flexibil la capătul barei de echilibru. O tijă de pompă a fost conectată la celălalt capăt al echilibrului. Pistonul a fost ridicat în poziția superioară printr-o contrapondere atașată la capătul opus al barei de echilibru. În plus, mișcarea ascendentă a pistonului a fost asistată de abur, care a fost lansat în cilindru în acest moment. Când pistonul se afla în poziția extremă superioară, supapa a fost închisă, care a admis abur de la cazan în cilindru, iar apa a fost injectată în cilindru. Sub acțiunea acestei ape, aburul din cilindru a fost răcit rapid, condensat, iar presiunea din cilindru a scăzut. Datorită diferenței de presiune create în interiorul și în exteriorul cilindrului, prin forța presiunii atmosferice, pistonul s-a deplasat în jos, în timp ce făcea lucrări utile - a pus în mișcare echilibrorul, care a deplasat tija pompei. Astfel, lucrările utile au fost efectuate numai atunci când pistonul s-a deplasat în jos. Apoi aburul a fost introdus din nou în cilindru. Pistonul s-a ridicat din nou și întregul cilindru a fost umplut cu abur. Când apa a fost pulverizată din nou, aburul s-a condensat din nou, după care pistonul a făcut o nouă mișcare descendentă utilă și așa mai departe. De fapt, presiunea atmosferică a funcționat în mașina lui Newcomen, iar aburul a servit doar pentru a crea un spațiu rarefiat.
În lumina dezvoltării ulterioare a motorului cu aburi, principalul dezavantaj al mașinii Newcomen devine clar, cilindrul de lucru din acesta era în același timp un condensator. Din acest motiv, a fost necesar să se răcească alternativ, apoi să se încălzească cilindrul, iar consumul de combustibil sa dovedit a fi foarte mare. Au fost momente în care erau 50 de cai cu mașina, care abia aveau timp să aducă combustibilul necesar. Eficiența acestei mașini a depășit cu greu 1%. Cu alte cuvinte, 99% din toată energia de încălzire a fost irosită fără rezultat. Cu toate acestea, această mașină sa răspândit în Anglia, în special în minele unde cărbunele era ieftin. Inventatorii ulteriori au adus mai multe îmbunătățiri pompei Newcomen. În special, în 1718, Beighton a inventat un mecanism de control cu acțiune automată care a pornit sau oprit automat aburul și a lăsat apa să intre. De asemenea, a adăugat o supapă de siguranță la cazanul cu abur.
Dar diagrama schematică a mașinii Newcomen a rămas neschimbată timp de 50 de ani, până când mecanicul Universității din Glasgow, James Watt, a preluat îmbunătățirea. În anii 1763-1764, a trebuit să repare un eșantion de mașină Newcomen care aparținea universității. Watt a realizat un mic model și a început să studieze funcționarea acestuia. Procedând astfel, el ar putea folosi unele dintre dispozitivele care aparțineau universității și a folosit sfaturile profesorilor. Toate acestea i-au permis să privească problema mai pe larg decât mulți mecanici înainte ca el să o privească și a reușit să creeze un motor cu aburi mult mai perfect.
Lucrând cu modelul, Watt a descoperit că atunci când aburul a fost injectat într-un cilindru răcit, o cantitate semnificativă din acesta s-a condensat pe pereții săi. Pentru Watt a fost imediat clar că pentru mai multe muncă economică este recomandabil să mențineți cilindrul încălzit constant. Dar cum, în acest caz, să condensăm aburul? Timp de câteva săptămâni, el a meditat cum să rezolve această problemă și, în cele din urmă, a realizat că răcirea aburului ar trebui să aibă loc într-un cilindru separat conectat la tubul scurt principal. Watt însuși și-a amintit că, odată, în timpul unei plimbări de seară, a trecut pe lângă o spălătorie și apoi, văzând nori de aburi scăpând de la fereastră, a ghicit că aburul, fiind un corp elastic, ar trebui să se grăbească într-un spațiu rarefiat. Atunci i-a venit gândul că aparatul Newcomen ar trebui completat cu un vas separat pentru condensarea aburului. O pompă simplă, acționată de mașină în sine, ar putea elimina aerul și apa din condensator, astfel încât să fie creat un spațiu acolo cu fiecare cursă a mașinii.
În urma acesteia, Watt a mai făcut câteva îmbunătățiri, drept urmare mașina a luat următoarea formă. Tuburile erau conectate la ambele părți ale cilindrului: prin aburul inferior pătrundea în interior din cazanul de abur, prin cel superior era descărcat în condensator. Condensatorul consta din două tuburi de tablă, care stau vertical și comunică între ele în partea superioară printr-un tub orizontal scurt, cu o deschidere blocată de un robinet. Fundul acestor tuburi a fost conectat la un al treilea tub vertical care a servit ca pompă de deviere a aerului. Tuburile care alcătuiau frigiderul și pompa de aer au fost plasate într-un cilindru mic umplut cu apă rece. O conductă de abur a fost conectată la un cazan din care a fost eliberat abur într-un cilindru. Când aburul a umplut cilindrul, supapa de abur a fost închisă și pistonul pompei de aer a condensatorului a fost ridicat, rezultând un spațiu foarte descărcat în tuburile condensatorului. Aburul s-a repezit în tuburi și s-a condensat acolo, iar pistonul s-a ridicat, purtând sarcina împreună cu acesta (așa a fost măsurată munca utilă a pistonului). Apoi, supapa de ieșire a fost închisă.
În următorii câțiva ani, Watt a muncit din greu pentru a-și îmbunătăți motorul. Mai multe îmbunătățiri fundamentale au fost aduse mașinii din 1776 în comparație cu proiectarea din 1765. Pistonul a fost plasat în interiorul cilindrului, înconjurat de un sacou cu abur (sacou). Acest lucru a minimizat pierderile de căldură. Capacul a fost închis în partea de sus, în timp ce cilindrul era deschis. Aburul a intrat în cilindru din cazan printr-o conductă laterală. Cilindrul a fost conectat la condensator printr-o conductă echipată cu o supapă de eliberare a aburului. Puțin mai sus decât această supapă și mai aproape de cilindru, a fost plasată o a doua supapă de contrabalansare. Când ambele supape erau deschise, aburul eliberat din cazan a umplut întregul spațiu de deasupra și dedesubtul pistonului, forțând aerul prin conductă în condensator. Când supapele au fost închise, întregul sistem a rămas în echilibru. Apoi au deschis partea inferioară Supapa de evacuare separând spațiul de sub piston de condensator. Aburul din acest spațiu era direcționat către un condensator, răcit acolo și condensat. În același timp, a fost creat un spațiu rarefiat sub piston, iar presiunea a scăzut. De sus, aburul din cazan a continuat să exercite presiune. Sub acțiunea sa, pistonul a coborât și a făcut o muncă utilă, care a fost transferată pe tija pompei cu ajutorul unui echilibror. După ce pistonul a fost coborât în poziția sa cea mai joasă, a fost deschisă supapa de echilibrare superioară. Aburul a umplut din nou spațiul de deasupra și de sub piston. Presiunea cilindrului a fost echilibrată. Sub acțiunea unei contragreutăți situate la capătul echilibrului, pistonul s-a ridicat liber (fără a face nicio muncă utilă). Apoi întregul proces a continuat în aceeași succesiune.
Deși această mașină de Watt, ca și motorul Newcomen, a rămas unilaterală, avea deja o diferență importantă - dacă presiunea atmosferică a funcționat pentru Newcomen, atunci aburul a făcut-o pentru Watt. Prin creșterea presiunii aburului, a fost posibilă creșterea puterii motorului și astfel influențarea funcționării acestuia. Cu toate acestea, acest lucru nu a eliminat principalul dezavantaj al acestui tip de mașină - au efectuat o singură mișcare de lucru, au lucrat în scuturi și, prin urmare, puteau fi folosite doar ca pompe. În anii 1775-1785, au fost construite 66 dintre aceste motoare cu aburi.
Polzunov și-a început munca aproape simultan cu Watt, dar cu o abordare diferită a problemei motorului și în condiții economice complet diferite. Polzunov a început cu o declarație energetică generală a problemei înlocuirii complete a centralelor hidraulice dependente de condițiile locale cu un motor termic universal, dar nu și-a putut realiza planurile îndrăznețe în Rusia iobagă.
În 1763 I.I. Polzunov a dezvoltat un proiect detaliat al unei mașini cu aburi cu o capacitate de 1,8 CP, iar în 1764, împreună cu studenții săi, a început să creeze o „mașină care acționează la foc”. În primăvara anului 1766 era aproape gata. Datorită consumului efemer, inventatorul însuși nu a putut să-și vadă ideea în acțiune. Testele motorului cu aburi au început la o săptămână după moartea lui Polzunov.
Mașina Polzunov se deosebea de motoarele cu aburi cunoscute la acea vreme în primul rând prin aceea că era destinată nu numai ridicării apei, ci și conducerii mașinilor din fabrică - suflare de burduf. Era o mașină acțiune continuă, care a fost realizat folosind doi cilindri în loc de unul: pistoanele cilindrilor s-au deplasat unul către celălalt și au acționat alternativ pe un arbore comun. În proiectul său, Polzunov a indicat toate materialele din care ar trebui să fie fabricată mașina și, de asemenea, a indicat procese tehnologice care va fi necesar în timpul construcției sale (lipire, turnare, lustruire). Experții spun că memorandumul care subliniază proiectul s-a distins prin claritatea extraordinară a gândirii și acuratețea filigranului calculelor efectuate.
După cum a fost conceput de inventator, aburul din cazanul mașinii a fost furnizat la unul dintre cei doi cilindri și a ridicat pistonul în poziția extremă superioară. După aceea, apă rece a fost injectată în cilindru din rezervor, ceea ce a condus la condensarea aburului. Sub presiunea atmosferei externe, pistonul a coborât, în timp ce în celălalt cilindru, ca urmare a presiunii aburului, pistonul s-a ridicat. Cu ajutorul unui dispozitiv special, au fost efectuate două operații - admiterea automată a aburului din cazan în cilindri și alimentarea automată apă rece... Sistem fulie ( roti speciale) a transmis mișcarea de la pistoane la pompele care pompau apă în rezervor și la burduful suflantei.
În paralel cu mașina principală, inventatorul a dezvoltat multe piese, dispozitive și dispozitive noi care au simplificat foarte mult procesul de producție. Un exemplu este regulatorul pe care l-a proiectat acțiune directă pentru a menține un nivel constant al apei în cazan. În timpul testelor, a fost găsit defecte grave motor: tratarea incorectă a suprafeței cilindrilor folosiți, slăbirea burdufului suflantei, prezența cojilor în piesele metalice etc. Aceste defecte au fost explicate prin faptul că nivelul producției de construcții de mașini la uzina de la Barnaul nu era încă ridicat. destul. Și progresele științifice de atunci nu ne-au permis să calculăm cu precizie cantitatea necesară de apă de răcire. Cu toate acestea, toate neajunsurile au fost rezolvate, iar în iunie 1766 a fost testată cu succes instalația cu burduf, după care a început construcția cuptoarelor.
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 extragerea diferitelor minereuri și minerale au fost deosebit de mari. Era necesar să ridicați minereul minat sau cărbunele din mină, pompând tot timpul apele subterane care inundau dezvoltarea, furnizând în mod constant aer la mină, și era nevoie de multe alte lucrări care necesită multă muncă intensă pentru a nu opri mineritul. 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 utilizat 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. Iar 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 numai 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 efective 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 însăși 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 apă 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. " Ridicatorul de apă Severi a funcționat pe principiul aspirării apei din cauza presiunii atmosferice în cameră, unde a fost creat un vid în timpul condensării aburului cu 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 de abur voluminoase, 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 un motor universal. Meritul lui Newcomen este că el 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 se ocupa cu înființarea de mașini Newcomen, a scris: „... inventatorii Newcomen și Cowley au fost foarte suspicioși și atenți în a-și păstra secretul și construirea și aplicarea invenției lor. Trimisul spaniol la curtea engleză, care a venit de la Londra cu un alai mare de străini pentru a vedea noua invenție, nici măcar nu a fost permis să intre în camera în care se aflau 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 mașinilor 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 abur 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 el nu era încă vapori de apă, ci presiunea atmosferică a aerului. 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 cu aburi 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 să creeze un vid în el. În acest scop, când pistonul mașinii a atins poziția superioară, supapa 7 a fost închisă și apă rece a fost injectată din recipientul 3 prin supapa 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 ridicat din nou 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 Newcomen-atmosferică 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. Pregătirea teoretică la școală a făcut loc cunoașterii practice a lucrărilor celor mai moderne mașini și instalații de la uzina 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 o acțiune continuă. unitate. În memorandumul său privind „mașina care operează focul” din 26 aprilie 1763, Polzunov, după propriile sale cuvinte, a dorit „ ... prin plierea mașinii de incendiu 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 după cum urmează: „Majestatea Sa Imperială nu este numai el, Polzunov, plin de milostiv să fie, ci pentru o încurajare deosebită a demnizat: bun venit Evo, Polzunov, la mecanicii cu gradul 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 motor universal... Acestea au deschis doar calea pentru crearea de motoare cu abur continue versatile.
În etapa inițială a dezvoltării motoarelor cu abur, este necesar să se evidențieze „ mașină de pompieri„Maestrul minier rus Polzunov. Motorul era 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 special dispozitiv automat(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 sumarea lucrării a doi cilindri cu pistoane pe un arbore comun, ceea ce a asigurat o cursă a motorului mai uniformă. 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 să aibă fondurile necesareși 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. Construcția unei mașini mari, de aproximativ 11 metri înălțime, direct de pe tablă, netestată 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 motoarele universale ale diferitelor 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 însoțitorul 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 utilizarea excesului de presiune a aburului în motor, ceea ce 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 un 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 lui Watt a principiului de expansiune a 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 expansiunea aburului și scăderea presiunii sale.
Astfel, în mașina lui Watt, forța motrică decisivă nu a fost presiunea atmosferică, ci elasticitatea vaporilor de înaltă presiune care acționează pistonul. Noul principiu de funcționare a aburului a necesitat o schimbare completă în proiectarea mașinii, în special a cilindrului și a distribuției aburului. Pentru a elimina condensul de abur în cilindru, Watt a introdus mai întâi un înveliș de abur al cilindrului, cu care a început să-și încălzească pereții de lucru cu abur și a izolat exteriorul învelișului de abur. Din moment ce Watt nu s-a putut aplica mecanism cu manivela(pentru un astfel de transfer, inventatorul francez Picard a luat un brevet de protecție), apoi în 1781 a obținut un brevet pentru cinci metode de conversie a unei mișcări de oscilare într-o rotație 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 structurii și funcționării motorului modern cu aburi.
Motoarele cu aburi ale lui Watt funcționau pe abur saturat, de joasă presiune, de 0,2-0,3 MPa, la turații reduse. Motoarele cu aburi modificate în acest fel au dat rezultate excelente prin scăderea de mai multe ori a consumului de cărbune pe CP / oră (puterea calului 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, s-au răspândit centrale electrice cu abur care ridicau mine, suflante cu abur, centrale cu abur rulant, ciocane cu aburi, pompe cu abur etc.
Creșterea în continuare a eficienței Centrala electrică cu abur a fost realizată de Arthur Wolff, contemporanul lui Watt, în Anglia, prin introducerea expansiunii multiple a aburului secvențial în 2, 3 și chiar 4 pași, în timp ce aburul a trecut de la un cilindru al mașinii la altul.
Respingerea 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 . Cherepanovii, prin autoeducare, 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 libertatea 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 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 aburi - locomotive cu aburi, au fost construite modele de lucru (Fig. 4.5, 4.6). Dintre acestea, se evidențiază locomotiva cu aburi „Raketa” construită de talentatul inventator englez George Stephenson (1781-1848) în 1825 (vezi Fig. 4.6, a, b).
Rocket 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 tub de 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. Prima cale ferată de călători din Rusia cu o lungime de 27 km a fost construită de antreprenori străini în 1837 între Sankt Petersburg și Pavlovsk prin decizia guvernului țarist. Calea ferată dublă St. Petersburg-Moscova a început să funcționeze în 1851.
În 1834, tatăl și fiul lui Cherepanov au construit prima locomotivă cu aburi din Rusia (vezi Fig. 4.6, c, d), care transporta o sarcină de 3,5 tone la o viteză de 15 km / h. Locomotivele lor ulterioare transportau o sarcină 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 rezolvata Inventator american Robert Fulton (1765–1815) s-a născut în Little Briton (acum Fulton), 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 în rezolvarea unor alte 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: când s-a întors în America, a construit aburul cu palete 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 în continuare a companiei de transport maritim, atât pe râu, cât și pe mare, 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 versatil pentru industrie și transport pe tot parcursul secolului al XIX-lea, dar capacitățile sale nu se mai potriveau cu cerințele motorului 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 viteză mică.
Watt, James (1736-1819), inginer și inventator scoțian. Născut la 19 ianuarie 1736 în Greenock, lângă Glasgow (Scoția), într-o familie de negustori. Din cauza sănătății precare, Watt nu a studiat în mod formal mult, dar a învățat multe pe cont propriu. În adolescență, era pasionat de astronomie, de experimente chimice, a învățat să facă totul cu propriile sale mâini și chiar a câștigat titlul de „jack al tuturor meseriilor” de la cei din jur.
Majoritatea oamenilor îl consideră inventatorul mașinii cu aburi, dar acest lucru nu este pe deplin adevărat.
Mașinile cu aburi construite de D. Papen, T. Severi, I. Polzunov, T. Newcomen au început să lucreze în mine cu mult înainte de D. Watt. Au diferit structural, dar principalul lucru în ele a fost că mișcarea pistonului a fost cauzată de încălzirea alternativă și răcirea cilindrului de lucru. Din această cauză, au fost lente și au consumat mult combustibil.
La 19 ianuarie 1736, s-a născut James Watt (James Watt, 1736-1819), un inginer și inventator scoțian remarcabil, care a devenit faimos în primul rând ca creatorul unui motor cu aburi îmbunătățit. Dar în istoria medicinei de îngrijire critică, el a lăsat o amprentă strălucită prin colaborarea sa cu „Institutul Medical Pneumatic” Thomas Beddo (Beddoes, Thomas, 1760-1808). James Watt a furnizat laboratoarelor institutului echipamentul necesar. Datorită participării sale, primele inhalatoare, spirometre, contoare de gaz etc. au fost create și testate la Institutul Pneumatic.
James Watt însuși, precum și soția sa și unul dintre fiii săi, au participat în mod repetat la experimente științifice. „Institutul pneumatic” a devenit real centru științific, în care au fost studiate proprietățile diferitelor gaze și efectul lor asupra corpului uman. Se poate spune că Thomas Beddo și colaboratorii săi au fost pionierii și precursorii terapiei respiratorii moderne. Din păcate, Thomas Beddo a crezut din greșeală că tuberculoza este cauzată de excesul de oxigen.
Prin urmare, fiul lui James Watt, Gregory, a fost supus unui curs complet inutil de tratament cu dioxid de carbon inhalat la Institutul Pneumatic. Cu toate acestea, la Institutul Pneumatic oxigenul a fost folosit pentru prima dată în scopuri terapeutice; au fost dezvoltate elementele de bază ale terapiei cu aerosoli; pentru prima dată capacitatea pulmonară totală a fost măsurată prin metoda diluării cu hidrogen (G. Davy) etc. Culmea colaborării dintre Watt și Beddo privind utilizarea terapeutică a diferitelor gaze a fost cartea lor comună, Materiale privind utilizarea medicală a soiurilor artificiale de aer, publicată în două ediții (1794, 1795) și care a devenit primul manual special despre oxigenoterapie.
În 1755 Watt a plecat la Londra pentru a studia mecanicul și producătorul de instrumente matematice și astronomice. După ce a stăpânit un program de studii de șapte ani într-un an, Watt s-a întors în Scoția și a obținut un loc de muncă ca mecanic la Universitatea din Glasgow. În același timp, și-a deschis propriul atelier de reparații.
La universitate, Watt l-a întâlnit pe marele chimist scoțian Joseph Black (1728-1799), care a descoperit dioxidul de carbon în 1754. Această întâlnire a contribuit la dezvoltarea unui număr de noi dispozitive chimice necesare în cercetările ulterioare ale lui Black, precum calorimetrul de gheață. În acest moment, Joseph Black era implicat în problema determinării căldurii de vaporizare, iar Watt era implicat în furnizarea latura tehnică experimente.
În 1763, ca mecanic universitar, i s-a cerut să repare modelul universitar al motorului cu aburi al lui T. Newcomen.
Aici trebuie făcută o mică deviere în istoria creării de motoare cu aburi. Odată ce am fost învățați la școală, aducând „șovinismul de mare putere” că mașina cu aburi a fost inventată de mecanicul iobag rus Ivan Polzunov și nu de un James Watt, al cărui rol în crearea mașinilor cu abur putea fi citit uneori în „ greșit ”cu punctul de vedere patriotic al cărților. Dar, de fapt, inventatorul mașinii cu aburi nu este Ivan Polzunov și nu James Watt, ci inginerul englez Thomas Newcomen (1663-1729).
Mai mult, prima încercare de a pune aburul în slujba omului a fost făcută în Anglia încă din 1698 de către inginerul militar Thomas Savery (1650? -1715). El a creat un lift de apă cu abur, destinat scurgerii minelor și pompării apei, și a devenit prototipul pentru un motor cu aburi.
Mașina Savery a funcționat după cum urmează: mai întâi, un rezervor etanș a fost umplut cu abur, apoi suprafața exterioară a rezervorului a fost răcită cu apă rece, care a condensat aburul și s-a creat un vid parțial în rezervor. După aceea, apa, de exemplu, din fundul minei, a fost aspirată în rezervor prin conducta de admisie și, după ce a fost injectată următoarea porție de abur, a fost aruncată prin conducta de evacuare. Apoi ciclul s-a repetat, dar apa a putut fi ridicată doar de la o adâncime mai mică de 10,36 m, deoarece în realitate a fost împinsă afară de presiunea atmosferică.
Această mașină nu a avut prea mult succes, dar a condus-o pe Papen la ideea strălucitoare de a înlocui praful de pușcă cu apă. Și în 1698 a construit o mașină cu aburi (în același an, englezul Savery și-a construit și „mașina de pompieri”). Apa a fost încălzită în interiorul unui cilindru vertical cu un piston în interior, iar aburul rezultat a împins pistonul în sus. Când aburul s-a răcit și s-a condensat, pistonul a fost împins în jos de presiunea atmosferică. Astfel, printr-un sistem de blocuri, mașina Papen ar putea conduce diverse mecanisme, de exemplu, pompe.
Inventatorul englez Thomas Newcomen (1663 - 1729) cunoștea mașinile cu aburi ale lui Savery și Papen, care frecventau adesea minele din West Country, unde lucra ca fierar și, prin urmare, înțelegea cât de fiabile erau necesare pompele pentru a preveni inundațiile. de mine. A făcut echipă cu instalatorul și geamierul John Callie într-un efort de a construi un model mai bun. Prima lor mașină cu abur a fost instalată într-o mină de cărbune din Staffordshire în 1712.
La fel ca la mașina Papen, pistonul s-a deplasat într-un cilindru vertical, dar pe ansamblu mașina Newcomen era mult mai sofisticată. Pentru a elimina decalajul dintre cilindru și piston, Newcomen a fixat un disc flexibil din piele la capătul acestuia și a turnat puțină apă pe el.
Aburul din cazan a intrat în baza cilindrului și a ridicat pistonul în sus. Când apa rece a fost injectată în cilindru, aburul s-a condensat, s-a format un vid în cilindru, iar pistonul a coborât sub influența presiunii atmosferice. Această spate a îndepărtat apa din cilindru și, printr-un lanț conectat la un balansoar care se mișca ca un leagăn, a ridicat tija pompei în sus. Când pistonul era la capătul cursei sale, aburul pătrundea din nou în cilindru și, cu ajutorul unei contragreutăți atașate de tija pompei sau de basculă, pistonul era ridicat în poziția inițială. După aceea, ciclul a fost repetat.
Mașina lui Newcomen s-a dovedit a fi extrem de reușită pentru acea vreme și a fost folosită în toată Europa de peste 50 de ani. A fost folosit pentru a pompa apa din numeroase mine din Marea Britanie. A fost primul produs pe scară largă din istoria tehnologiei (au fost produse câteva mii de unități).
În 1740, o mașină cu un cilindru de 2,74 m lungime și 76 cm diametru a efectuat într-o singură zi munca pe care o făceau într-o săptămână echipe de 25 de persoane și 10 cai, care lucrau în schimburi.
În 1775 și mai mult mașină mare, construit de John Smeaton (creatorul Farului Eddystone), a drenat un doc în Kronstadt (Rusia) în două săptămâni. Anterior, cu utilizarea morilor de vânt înalte, a durat un an întreg.
Și totuși, mașina lui Newcomen era departe de a fi perfectă. A transformat doar aproximativ 1% din energie termică în energie mecanică și, ca urmare, a consumat o cantitate uriașă de combustibil, care, totuși, nu a contat cu adevărat atunci când mașina funcționa în minele de cărbune.
În general, utilajele Newcomen au jucat un rol imens în conservarea industriei cărbunelui. Cu ajutorul lor, a fost posibilă reluarea exploatării cărbunelui în multe mine inundate.
Despre invenția lui Newcomen, putem spune că a fost într-adevăr un motor cu aburi, sau mai bine zis, un motor cu aburi atmosferice. S-a distins de prototipurile anterioare ale motoarelor cu aburi prin următoarele:
* forța motrice din acesta a fost presiunea atmosferică și rarefacția a fost realizată în timpul condensării aburului;
* era un piston în cilindru, care făcea o cursă de lucru sub acțiunea aburului;
* vidul a fost realizat ca urmare a condensării aburului atunci când a fost injectată apă rece în cilindru.
Prin urmare, de fapt, inventatorul mașinii cu aburi este pe bună dreptate englezul Thomas Newcomen, care și-a dezvoltat motorul cu abur-atmosferă în 1712 (cu jumătate de secol înainte de Watt).
Făcând o scurtă excursie în istoria creării de motoare cu aburi, nu se poate ignora personalitatea remarcabilului nostru compatriot Ivan Ivanovici Polzunov (1729-1766), care a construit o mașină cu aburi atmosferice mai devreme decât James Watt. În calitate de mecanic la uzinele miniere Kolyvano-Voskresensk din Altai, la 25 aprilie 1763, a propus un proiect și descrierea unei „mașini de stingere a incendiilor”. Proiectul a ajuns pe masa managerului fabricii, care l-a aprobat și l-a trimis la Sankt Petersburg, de unde a venit în curând răspunsul: „... Această invenție a sa pentru o nouă invenție ar trebui să fie onorată”.
Polzunov a propus să construiască la început mașină mică, pe care ar fi posibil să se identifice și să se elimine toate dezavantajele care sunt inevitabile într-o nouă invenție. Șefii fabricii nu au fost de acord cu acest lucru și au decis să construiască imediat o mașină imensă pentru o suflantă puternică. În aprilie 1764 Polzunov a început să construiască o mașină de 15 ori mai puternică decât proiectul din 1763.
El a luat ideea unui motor cu aburi atmosferice din cartea lui I. Schlatter „O instrucțiune detaliată pentru afacerea minereului ...” (Sankt Petersburg, 1760).
Dar motorul Polzunov era fundamental diferit de mașinile englezești ale Savery și Newcomen. Acestea erau monocilindrice și potrivite numai pentru pomparea apei din mine. Motorul continuu cu doi cilindri al lui Polzunov ar putea furniza explozie cuptorului și ar putea scoate apă. În viitor, inventatorul spera să-l adapteze pentru alte nevoi.
Construcția mașinii a fost încredințată lui Polzunov, care a fost asistat de „cei care nu știu, dar o singură înclinație de a face acest lucru, având doi dintre meșterii locali”, și chiar mai mulți lucrători auxiliari. Cu acest „personal” Polzunov a început să-și construiască propria mașină. A fost nevoie de un an și nouă luni pentru a construi. Când mașina a trecut deja primul test, inventatorul s-a îmbolnăvit de consumul tranzitoriu și la 16 (28) 1766 mai, cu câteva zile înainte de ultimele teste, a murit.
La 23 mai 1766, studenții lui Polzunov, Levzin și Cernichin, au început singuri ultimele teste motor cu aburi. În „Nota de zi” din 4 iulie, s-a menționat că „acțiunea mașinii era în stare bună de funcționare”, iar la 7 august 1766, toată instalația, un motor cu abur și o suflantă puternică, a fost pusă în funcțiune. În doar trei luni de funcționare, mașina lui Polzunov nu numai că a justificat toate costurile construcției sale în valoare de 7233 ruble 55 copeici, dar a dat și un profit net de 12.640 ruble 28 copeici. Cu toate acestea, la 10 noiembrie 1766, după ce cazanul a ars, mașina a rămas în repaus timp de 15 ani, 5 luni și 10 zile. În 1782 mașina a fost demontată. (Enciclopedia teritoriului Altai. Barnaul. 1996. T. 2. S. 281-282; Barnaul. Cronica orașului. Barnaul. 1994. h. 1.p.30).
În același timp, în Anglia, James Watt a lucrat și la crearea unei mașini cu aburi. În 1763, ca mecanic universitar, i s-a cerut să repare modelul universitar al motorului cu aburi al lui T. Newcomen.
În timp ce depana modelul universitar al mașinii abur-atmosferice a lui T. Newcomen, Watt a devenit convins de eficiența scăzută a acestor mașini. El a avut ideea de a îmbunătăți parametrii motorului cu aburi. Era clar pentru el că principalul dezavantaj al mașinii Newcomen era încălzirea și răcirea alternativă a cilindrului. Cum putem evita acest lucru? Răspunsul i-a venit lui Watt într-o după-amiază de duminică de primăvară din 1765. Și-a dat seama că un cilindru ar putea rămâne fierbinte tot timpul dacă aburul ar fi golit într-un rezervor separat printr-o conductă de supapă înainte de condensare. În acest caz, transferul procesului de condensare a aburului în afara cilindrului ar trebui să contribuie la reducerea consumului de abur. Mai mult, cilindrul poate rămâne fierbinte și condensatorul rece dacă exteriorul este acoperit cu material termoizolant.
Îmbunătățirile pe care Watt le-a adus motorului cu abur (regulator centrifugal, condensator de abur separat, etanșări etc.), nu numai că au sporit eficiența mașinii, dar au transformat în cele din urmă motorul cu aburi atmosferice într-unul cu abur și, cel mai important, mașina a devenit ușor de controlat.
În 1768 a solicitat un brevet pentru invenția sa. El a primit un brevet în 1769, dar i-a trebuit mult timp să construiască un motor cu aburi. Și abia în 1776, cu sprijinul financiar al doctorului Rebeck, fondatorul primei fabrici metalurgice din Scoția, motorul cu aburi Watt a fost în cele din urmă construit și testat cu succes.
Prima mașină a lui Watt s-a dovedit a fi dublată mai eficient decât o mașină Newcomen. Interesant este faptul că dezvoltarea care a urmat invenției inițiale a lui Newcomen s-a bazat pe conceptul de „performanță” a motorului, care însemna numărul de kilograme de apă pompate pe bucșă de cărbune. Cui îi aparținea ideea acestei unități este acum necunoscut. Această persoană nu a intrat în istoria științei, dar, probabil, a fost un proprietar de mină strâns care a observat că unele motoare funcționau mai eficient decât altele și nu puteau permite o producție mare la o mină din apropiere.
Și, deși testele mașinii au avut succes, în timpul acesteia exploatare ulterioară a devenit clar că primul model al lui Watt nu a fost în întregime reușit și colaborarea cu Rebecque a fost întreruptă. În ciuda lipsei de fonduri, Watt a continuat să lucreze la îmbunătățirea motorului cu aburi. Munca sa l-a interesat pe Matthew Boulton, un inginer și producător bogat care deținea o fabrică de prelucrare a metalelor în Soho, lângă Birmingham. În 1775, Watt și Boulton au încheiat un acord de parteneriat.
În 1781, James Watt a primit un brevet pentru invenția celui de-al doilea model al mașinii sale. Printre inovațiile introduse în acesta și în modelele ulterioare s-au numărat:
* un cilindru cu efect dublu, în care aburul era furnizat alternativ pe diferite laturi ale pistonului, în timp ce aburul uzat pătrundea în condensator;
* o cămașă cu flacără care înconjura cilindrul de lucru pentru a reduce pierderile de căldură și o bobină;
* conversia mișcării reciproce a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui, mai întâi prin intermediul unui mecanism cu manivelă-manivelă și apoi folosind o transmisie de transmisie, care a fost prototipul cutie de viteze planetară;
* un regulator centrifugal pentru a menține o viteză constantă a arborelui și un volant pentru a reduce rotația inegală.
În 1782 a fost construită această remarcabilă mașină, primul motor universal cu „dublu efect” cu aburi. Watt a echipat chiulasa cu o garnitură de ulei, inventată nu cu mult timp înainte, care asigura mișcarea liberă a tijei pistonului, dar împiedica scurgerea aburului din cilindru. Aburul a intrat alternativ în cilindru dintr-o parte a pistonului, apoi din cealaltă, creând un vid cu partea opusă cilindru. Prin urmare, pistonul a făcut atât curse de lucru, cât și curse inversă cu ajutorul aburului, care nu era înăuntru mașini vechi.
În plus, în 1782, James Watt a introdus principiul expansorului, împărțind fluxul de abur într-un cilindru la începutul fluxului său, astfel încât acesta a început să se extindă restul ciclului sub propria sa presiune. Acțiunea de extindere înseamnă o anumită pierdere de putere, dar câștig în „productivitate”. Dintre toate aceste idei de la Watt, cea mai utilă a fost ideea de acțiune expansivă. În implementarea sa practică suplimentară, a ajutat foarte mult diagramă indicator, creat în jurul anului 1790 de către asistentul lui Watt James Southern.
Manometrul era un înregistrator care putea fi atașat la motor pentru a nota presiunea din cilindru în funcție de volumul de abur furnizat la o cursă dată. Zona sub o astfel de curbă a fost o măsură a muncii efectuate într-un ciclu de ceas dat. Indicatorul a fost folosit pentru a regla motorul cât mai eficient posibil. Această diagramă a devenit ulterior parte a celebrului ciclu Carnot (Sadi Carnot, 1796-1832) în termodinamica teoretică.
Din moment ce tija pistonului trăgea și împingea într-un motor cu aburi cu acțiune dublă, vechiul sistem de acționare cu lanț și balansier, care a reacționat doar la tragere, a trebuit să fie reproiectat. Watt a dezvoltat un sistem de legătură cuplat și a folosit un mecanism planetar pentru a transforma mișcarea alternativă a tijei pistonului în mișcare rotativă, folosind o volantă grea, un regulator de viteză centrifugă, o supapă cu disc și un manometru pentru a măsura presiunea aburului.
Motorul universal cu abur cu acțiune dublă, cu rotație continuă (Watt Steam Engine) a fost adoptat pe scară largă și a jucat un rol semnificativ în tranziția către producția de mașini.
„Mașina rotativă cu abur” brevetată de James Watt a fost folosită mai întâi pe scară largă pentru alimentarea mașinilor și strungurilor în fabricile de filare și țesut și, ulterior, în alte întreprinderi industriale. Acest lucru a dus la o creștere accentuată a productivității muncii. Din acest moment, britanicii au început să numere începutul marii revoluții industriale, care a adus Anglia pe o poziție de lider în lume.
Motorul lui James Watt era potrivit pentru orice mașină, iar inventatorii mecanismelor autopropulsate nu au întârziat să profite de acest lucru. Așadar, mașina cu aburi a venit la transport (vaporul lui Fulton, 1807; locomotiva cu aburi a lui Stephenson, 1815). Datorită avantajului în mijloacele de transport, Anglia a devenit principala putere din lume.
În 1785, Watt a brevetat invenția unui nou cuptor pentru cazane, iar în același an una dintre mașinile lui Watt a fost instalată la Londra la fabrica de bere Samuel Whitbread pentru măcinarea malțului. Mașina lucra în locul a 24 de cai. Diametrul cilindrului său a fost de 63 cm, cursa pistonului a fost de 1,83 m, iar diametrul volantului a ajuns la 4,27 m. Mașina a supraviețuit până în prezent și astăzi poate fi văzută în acțiune la Muzeul Powerhouse din Sydney.
Boulton & Watt, fondată în 1775, a cunoscut toate vicisitudinile vieții, de la scăderea cererii pentru produsele sale până la apărarea drepturilor sale inventive în instanțe. Cu toate acestea, din 1783, afacerea acestei companii, care monopoliza producția de motoare cu aburi, a mers în sus. Așadar, James Watt a devenit un om foarte bogat, iar asistența acordată „Institutului Medical Pneumatic” Thomas Beddo (Beddoes, Thomas, 1760-1808), cu care a început să coopereze în acest moment, Watt a oferit foarte, foarte semnificativ.
În ciuda activității sale viguroase privind crearea de mașini cu aburi, Watt s-a retras din funcția sa la Universitatea din Glasgow abia în 1800. La opt ani de la pensionare, a stabilit „Premiul Watt” pentru cei mai buni studenți și profesori ai universității. Laboratorul tehnic universitar în care și-a început cariera a început să-și poarte numele. Numele lui James Watt este și un colegiu din Greenock (Scoția), orașul natal al inventatorului.
Evoluția motorului cu aburi al lui J. Watt
1774 Abur
pompa de bazin 1781 Motor cu aburi
cu un cuplu pe arbore 1784 Motor cu aburi
dublă acțiune cu KShM
Este interesant faptul că, la un moment dat, Watt a propus o astfel de unitate ca „putere” ca unitate de putere. Această unitate de măsură a supraviețuit până în prezent. Dar în Anglia, unde Watt este venerat ca pionier al Revoluției Industriale, au decis altfel. În 1882, Asociația Britanică a Inginerilor a decis să o numească o unitate de putere. Acum numele lui James Watt poate fi citit pe orice bec. Acesta a fost primul caz din istoria tehnologiei de atribuire a unui nume propriu unei unități de măsură. Din acest caz, a început tradiția atribuirii de nume proprii unităților de măsură.
Watt a trăit viata lungași a murit la 19 august 1819 la Heathfield lângă Birmingham. Pe monumentul lui James Watt scrie: „A crescut puterea omului asupra naturii”. Acesta este modul în care contemporanii au evaluat activitățile faimosului Inventator englez.
Motor cu aburi
Motor cu aburi- un motor termic cu ardere externă care convertește energia vaporilor de apă în lucrarea mecanică a mișcării alternative a pistonului și apoi în mișcarea de rotație a arborelui. Într-un sens mai larg, un motor cu abur este orice motor cu ardere externă care transformă energia aburului în lucru mecanic.
Prima mașină cu aburi a fost construită în secolul al XVII-lea. Papen în 1690 și a reprezentat un cilindru cu un piston care a fost ridicat prin acțiunea aburului și coborât de presiunea atmosferică după condensarea aburului de evacuare. Pe același principiu, motoarele cu aburi de la Severi și Newcomen au fost construite în 1705 pentru a pompa apa din mine. Ultimele îmbunătățiri ale motorului cu aburi au fost făcute de James Watt în 1769.
Invenție și dezvoltare
motor watt cu abur fabrică
Primul dispozitiv cunoscut, alimentat cu abur, a fost descris de Heron din Alexandria în primul secol. Aburul scăpând tangențial din duzele atașate la bilă a făcut ca acestea din urmă să se rotească. Real turbină cu abur a fost inventat mult mai târziu, în Egiptul medieval, de astronomul, fizicianul și inginerul turc al secolului al XVI-lea Takyuddin ash-Shami. El a propus o metodă de rotire a scuipatului prin intermediul unui curent de abur direcționat către lamele fixate de-a lungul marginii roții. O mașină similară a fost propusă în 1629 de inginerul italian Giovanni Branca pentru a roti un dispozitiv de ancorare cilindric, care la rândul său a ridicat și a eliberat o pereche de pistil în mortare. Debitul de abur din aceste turbine cu aburi timpurii nu a fost concentrat, iar cea mai mare parte a energiei sale a fost disipată în toate direcțiile, rezultând pierderi semnificative de energie.
Cu toate acestea, dezvoltarea în continuare a motorului cu aburi a necesitat un mediu economic în care proiectanții de motoare să poată beneficia de rezultatele lor. Astfel de condiții nu existau nici în timpurile străvechi, nici în Evul Mediu, nici în Renaștere. Prima mașină a fost creată de inventatorul spaniol Jeronimo Ayans de Beaumont, ale cărui invenții au influențat brevetul lui T. Severi. Principiul de funcționare și utilizare a motoarelor cu aburi a fost descris și în 1655 de englezul Edward Somerset. În 1663, a publicat un proiect și a instalat un dispozitiv alimentat cu abur pentru a ridica apa pe peretele Marelui Turn de la Castelul Raglan (crestăturile din peretele unde a fost instalat motorul erau încă vizibile în secolul al XIX-lea). Cu toate acestea, nimeni nu era dispus să riște bani pentru acest nou concept revoluționar, iar motorul cu aburi a rămas nedezvoltat. Unul dintre experimentele fizicianului și inventatorului francez Denis Papin a fost crearea unui vid într-un cilindru închis. La mijlocul anilor 1670, la Paris, în colaborare cu fizicianul olandez Huygens, a lucrat la o mașină care forța aerul să iasă dintr-un cilindru prin explozia prafului de pușcă în el. Văzând incompletitudinea vidului creat de acesta, Papen, după sosirea sa în Anglia în 1680, a creat o versiune a aceluiași cilindru, în care a primit un vid mai complet cu ajutorul apei clocotite, care s-a condensat în cilindru. Astfel, a reușit să ridice greutatea atașată pistonului cu o frânghie aruncată peste scripete. Sistemul a funcționat doar ca model demonstrativ: pentru a repeta procesul, întregul aparat a trebuit să fie demontat și reasamblat. Papen a realizat rapid că, pentru a automatiza ciclul, aburul trebuie produs separat într-un cazan. Prin urmare, Papen este considerat inventatorul cazanului cu abur, deschizând astfel calea către motorul cu aburi Newcomen. Cu toate acestea, el nu a oferit proiectarea unui motor cu aburi care funcționează. Papen a proiectat, de asemenea, o barcă, propulsată de o roată reactivă, într-o combinație a conceptelor de Taqi ad-Din și Severi; i se atribuie și inventarea multora dispozitive importante precum o supapă de siguranță.
Niciunul dintre dispozitivele descrise nu a fost de fapt folosit ca mijloc de rezolvare a problemelor utile. Prima mașină cu aburi folosită în producție a fost o „mașină de pompieri” proiectată de inginerul militar englez Thomas Severi în 1698. Severi a primit un brevet pentru dispozitivul său în 1698. Era o pompă cu abur cu piston și, evident, nu era foarte eficientă, deoarece căldura aburului se pierdea de fiecare dată când recipientul era răcit și era destul de periculos în funcționare, deoarece datorită presiunii ridicate a aburului, containerele și conductele motorului uneori a explodat. Întrucât acest dispozitiv ar putea fi utilizat atât pentru rotirea roților unei mori de apă, cât și pentru pomparea apei din mine, inventatorul l-a numit „prietenul minerului”.
Apoi fierarul englez Thomas Newcomen și-a demonstrat „motorul atmosferic” în 1712. A fost un motor cu aburi Severi îmbunătățit, în care Newcomen a redus semnificativ presiunea de lucru pereche. Prima aplicație a motorului Newcomen a fost de a pompa apă dintr-un arbore adânc. În pompa de mină, balansierul a fost conectat la o forță care a coborât în mină către camera pompei. Mișcările de împingere reciproce au fost transmise pistonului pompei, care a furnizat apă către vârf. Pompa Newcomen a devenit primul motor cu aburi utilizat pe scară largă în practică.
În 1781, James Watt a brevetat un motor cu abur care produce o mișcare rotativă continuă a unui arbore (spre deosebire de pompa de aburi a lui Newcomen). Motorul de zece cai putere Watt a fost posibil, cu cărbune și apă, să fie instalat și utilizat oriunde în orice scop. Este obișnuit să asociați începutul Revoluției Industriale din Anglia cu motorul Watt.
Primul motor cu abur cu două cilindri din Rusia a fost proiectat de mecanicul I.I. Polzunov în 1763 și construit în 1764 pentru a opera burduful la fabricile Barnaul Kolyvano-Voskresensk.
O creștere suplimentară a eficienței a fost utilizarea aburului de înaltă presiune (americanul Oliver Evans și englezul Richard Trevithick). Trevithick a construit cu succes motoare industriale cu o singură cursă de înaltă presiune cunoscute sub numele de „motoare Cornish”. Au funcționat la 50 psi, sau 345 kPa (3.405 atmosfere). Cu toate acestea, odată cu creșterea presiunii, a existat, de asemenea, un mare pericol de explozie la mașini și cazane, ceea ce a dus inițial la numeroase accidente. Din acest punct de vedere, cel mai mult element important mașinile de înaltă presiune aveau o supapă de siguranță care elibera presiunea în exces. Funcționarea sigură și sigură a început numai cu acumularea de experiență și standardizarea procedurilor pentru construcția, funcționarea și întreținerea echipamentelor.
Inventatorul francez Nicolas-Joseph Cugno a demonstrat în 1769 primul vehicul cu abur activ cu autopropulsie: „fardier a vapeur” (căruța cu aburi). Poate că invenția sa poate fi considerată prima mașină. Tractorul cu aburi autopropulsat sa dovedit a fi foarte util ca sursă mobilă de energie mecanică, care a pus în mișcare alte mașini agricole: treier, prese etc. În 1788, o barcă cu aburi construită de John Fitch a efectuat deja un serviciu regulat pe râul Delaware între Philadelphia (Pennsylvania) și Burlington (statul New York). A ridicat 30 de pasageri la bord și a mers cu o viteză de 7-8 noduri. La 21 februarie 1804, prima locomotivă cu aburi feroviare autopropulsată, construită de Richard Trevithick, a fost expusă la Penidarren Steel Works din Merthyr Tydville, South Wales.
Procesul de inventare a motorului cu aburi, așa cum se întâmplă adesea în tehnologie, sa întins de aproape un secol, astfel încât alegerea datei pentru acest eveniment este destul de arbitrară. Cu toate acestea, nimeni nu neagă că descoperirea care a dus la revoluția tehnologică a fost realizată de scoțianul James Watt.
Oamenii s-au gândit să folosească aburul ca corp de lucru chiar și în cele mai vechi timpuri. Cu toate acestea, numai la începutul secolelor XVII-XVIII. a reușit să găsească o modalitate de a face lucrări utile cu abur. Una dintre primele încercări de a pune aburul în slujba omului a fost făcută în Anglia în 1698: mașina inventatorului Savery a fost concepută pentru a scurge minele și a pompa apa. Adevărat, invenția lui Savery nu era încă un motor în sensul complet al cuvântului, deoarece, în afară de câteva supape care erau deschise și închise manual, nu existau părți mobile în ea. Mașina Savery a funcționat după cum urmează: mai întâi, un rezervor etanș a fost umplut cu abur, apoi suprafața exterioară a rezervorului a fost răcită cu apă rece, care a condensat aburul și s-a creat un vid parțial în rezervor. După aceea, apa - de exemplu, din partea de jos a minei - a fost aspirată în rezervor prin conducta de admisie și, după ce a fost injectată următoarea porție de abur, a fost aruncată.
Primul motor cu abur cu piston a fost construit de francezul Denis Papin în 1698. Apa a fost încălzită în interiorul unui cilindru vertical cu un piston, iar aburul rezultat a împins pistonul în sus. Când aburul s-a răcit și s-a condensat, pistonul a fost împins în jos de presiunea atmosferică. Prin intermediul unui sistem de blocuri, motorul cu aburi al lui Papen ar putea acționa diverse mecanisme, cum ar fi pompele.
O mașină mai avansată a fost construită în 1712 de către fierarul englez Thomas Newcomen. La fel ca în mașina Papen, pistonul s-a deplasat într-un cilindru vertical. Aburul din cazan a intrat în baza cilindrului și a ridicat pistonul în sus. Când apă rece a fost injectată în cilindru, aburul s-a condensat, s-a format un vid în cilindru, iar pistonul s-a scufundat sub influența presiunii atmosferice. Această spate a îndepărtat apa din cilindru și, printr-un lanț conectat la un balansoar care se mișca ca un leagăn, a ridicat tija pompei în sus. Când pistonul era la capătul cursei sale, aburul pătrundea din nou în cilindru și, cu ajutorul unei contragreutăți atașate de tija pompei sau de basculă, pistonul era ridicat în poziția inițială. După aceea, ciclul a fost repetat.
Mașina Newcomen este utilizată pe scară largă în Europa de peste 50 de ani. În anii 1740, o mașină cu un cilindru de 2,74 m lungime și 76 cm diametru a făcut treaba într-o singură zi, pe care o echipă de 25 de persoane și 10 cai, lucrând în schimburi, a făcut-o într-o săptămână. Și totuși, eficiența sa a fost extrem de scăzută.
Revoluția industrială s-a manifestat cel mai viu în Anglia, în primul rând în industria textilă. Dezechilibrul dintre oferta de țesături și cererea în creștere rapidă a atras cele mai bune minți de proiectare către dezvoltarea mașinilor de filat și țesut. Numele Cartwright, Kay, Crompton, Hargreaves au intrat pentru totdeauna în istoria tehnologiei engleze. Dar mașinile de filat și țesut create de aceștia aveau nevoie de un motor universal calitativ nou, care să continue și uniform (acest lucru nu putea fi asigurat de o roată de apă), aducea mașinile în mișcare de rotație unidirecțională. Aici a apărut în toată strălucirea talentului celebrului inginer, „vrăjitorul de la Greenock” James Watt.
Watt s-a născut în orașul scoțian Greenock, în familia unui constructor de nave. În timp ce lucra ca ucenic în ateliere din Glasgow, în primii doi ani, James a obținut calificarea de gravor, un maestru în fabricarea instrumentelor matematice, geodezice, optice și a diverselor instrumente de navigație. La sfatul unchiului său, profesor, James a intrat în universitatea locală ca mecanic. Aici Watt a început să lucreze la motoarele cu aburi.
James Watt a încercat să îmbunătățească motorul abur-atmosferic al lui Newcomen, care, în general, era potrivit doar pentru pomparea apei. Era clar pentru el că principalul dezavantaj al mașinii Newcomen era încălzirea și răcirea alternativă a cilindrului. În 1765, Watt a venit la ideea că cilindrul ar putea fi permanent fierbinte dacă aburul ar fi deviat către un rezervor separat printr-o conductă cu o supapă înainte de condens. În plus, Watt a mai făcut câteva îmbunătățiri care au transformat în cele din urmă motorul cu abur atmosferic într-unul cu abur. De exemplu, el a inventat un mecanism de articulație - „paralelogramul lui Watt” (așa-numitul deoarece unele dintre legături - pârghiile care îl alcătuiesc formează un paralelogram), care a transformat mișcarea alternativă a pistonului în mișcarea de rotație a arborelui principal. Acum, războinicele ar putea funcționa continuu.
În 1776, mașina lui Watt a fost testată. Eficiența sa s-a dovedit a fi de două ori mai mare decât cea a mașinii Newcomen. În 1782, Watt a construit primul motor universal cu abur cu efect dublu. Aburul a intrat alternativ în cilindru dintr-o parte a pistonului, apoi din cealaltă. Prin urmare, pistonul a realizat atât cursa de lucru, cât și cursa inversă cu ajutorul aburului, care nu era în mașinile anterioare. Din moment ce tija pistonului trăgea și împingea într-un motor cu aburi cu acțiune dublă, vechiul sistem de acționare cu lanț și balansier, care a reacționat doar la tragere, a trebuit să fie reproiectat. Watt a dezvoltat un sistem de legare cuplat și a folosit un mecanism planetar pentru a transforma mișcarea alternativă a tijei pistonului în mișcare rotativă, folosind o volantă grea, un regulator de viteză centrifugă, o supapă cu disc și un manometru pentru a măsura presiunea vaporilor. „Motorul rotativ cu aburi” patentat de Watt a fost utilizat pe scară largă în fabricile de filare și țesut și mai târziu în alte întreprinderi industriale. Motorul lui Watt era potrivit pentru orice mașină, iar inventatorii mecanismelor autopropulsate nu au întârziat să profite de acest lucru.
Motorul cu aburi al lui Watt a fost cu adevărat invenția secolului și începutul revoluției industriale. Dar inventatorul nu s-a oprit aici. Vecinii de mai multe ori au urmărit uimiți cum Watt alunga caii prin pajiște, trăgând greutăți special selectate. Așa a apărut unitatea de putere - cai putere, care ulterior a primit recunoaștere universală.
Din păcate, dificultățile financiare l-au obligat pe Watt, deja la vârsta adultă, să efectueze sondaje geodezice, să lucreze la construcția de canale, să construiască porturi și porturi de agrement și, în cele din urmă, să meargă la o alianță economică cu antreprenorul John Rebeck, care în curând a suferit un colaps financiar complet.