Альтернативна та мала енергетика на паровому двигуні. Історія винаходу парових машин. Створення парової машини Паровий двигун та його параметри

12 квітня 1933 р. Вільям Беслер стартував з муніципального аеродрому міста Окленд у Каліфорнії літаком з паровим двигуном.
Газети написали:

«Зліт був нормальним у всіх відносинах, за винятком відсутності шуму. Фактично, коли літак уже відокремився від землі, спостерігачам здавалося, що він не набрав достатньої швидкості. на повної потужностішум був помітний не більше, ніж при літаку, що планує. Можна було чути лише свист повітря. При роботі на повній парі гвинт робив лише невеликий шум. Можна було розрізняти через шум гвинта звук полум'я.

Коли літак йшов на посадку і перетинав кордон поля, то гвинт зупинявся і пускався повільно. зворотний бікза допомогою перекладу реверсу та подальшого малого відкривання дроселя. Навіть при дуже повільному зворотному обертанні гвинта зниження помітно ставало крутішим. Негайно після торкання землі пілот давав повний задній хід, який разом із гальмами швидко зупиняв машину. Короткий пробіг особливо був помітний у цьому випадку, тому що під час випробування була безвітряна погода, і зазвичай пробіг при посадці досягав кількох сотень футів».

На початку XX століття рекорди висоти, досягнутої літаками, ставилися майже щороку:

Стратосфера обіцяла чималі вигоди для польоту: менший опір повітря, сталість вітрів, відсутність хмарності, скритність, недосяжність для ППО. Але як злетіти на висоту, наприклад, 20 км?

Потужність [бензинового] ​​двигуна падає швидше, ніж щільність повітря.

На висоті 7000 м потужність двигуна зменшується майже втричі. З метою підвищення висотних якостей літаків ще наприкінці імперіалістичної війни робилися спроби застосовувати наддув, у період 1924-1929 рр. нагнітачі ще більше впроваджуються у виробництво. Однак забезпечити збереження потужності двигуна внутрішнього згорянняна висотах понад 10 км стає дедалі важче.

Прагнучи підняти «межа висоти», конструктори всіх країн все частіше звертають свої погляди на парову машину, що має ряд переваг як висотний двигун. Окремі країни, як, наприклад, Німеччину, штовхнули на цей шлях і стратегічні міркування, а саме необхідність на випадок великої війни домогтися незалежності від привізної нафти.

За Останніми рокамибуло зроблено численні спроби встановити паровий двигун на літак. Швидке зростання авіаційної промисловості напередодні кризи і монопольні ціни на її продукцію дозволили не поспішати з реалізацією досвідчених робіт і винаходів, що накопичилися. Ці спроби, що прийняли особливий розмах у період економічної кризи 1929-1933 років. і депресії, що настала потім, - не випадкове явище для капіталізму. У пресі, особливо в Америці та Франції, часто кидалися закиди великим концернам про наявність у них угод про штучну затримку реалізації нових винаходів.

Намітилися два напрямки. Одне представлено в Америці Беслером, який встановив на літак звичайну поршневу машину, інше ж обумовлено застосуванням турбіни як авіаційний двигун і пов'язане, головним чином, з роботами німецьких конструкторів.

Брати Беслер взяли за основу поршневу парову машину Добля для автомобіля та встановили її на біплан Тревел-Ер [опис їхнього демонстраційного польоту наведено на початку посту].
Відео того польоту:

Машина забезпечена реверсивним механізмом, за допомогою якого можна легко і швидко змінювати напрямок обертання валу машини не тільки в польоті, але і при посадці літака. Двигун крім пропелера надає руху через сполучну муфту вентилятор, що нагнітає повітря в пальник. При старті користуються невеликим електричним двигуном.

Машина розвивала потужність 90 к.с., але в умовах відомого форсування котла її потужність можна довести до 135 л. с.
Тиск пари в котлі 125 ат. Температура пари підтримувалася близько 400-430 °. З метою максимальної автоматизації роботи котла був застосований нормалізатор або прилад, за допомогою якого вода впорскувалась під відомим тиском у перегрівач, щойно температура пари перевищувала 400°. Котел був забезпечений поживним насосом і паровим приводом, а також первинним і вторинним підігрівачами живильної води, що обігріваються відпрацьованою парою.

На літаку було встановлено два конденсатори. Більш потужний перероблений з радіатора двигуна ОХ-5 і встановлений зверху фюзеляжу. Менш потужний виготовлений з конденсатора парового автомобіля Добля і розташований під фюзеляжем. Продуктивність конденсаторів, як стверджували у пресі, виявилася недостатньою для роботи паровий машинина повному дроселі без випуску в атмосферу "і приблизно відповідала 90% крейсерської потужності". Досліди показали, що при витраті 152 л пального потрібно було мати 38 л води.

Загальна вага парової установки літака складала 4,5 кг на 1 л. с. Порівняно з мотором ОХ-5, який працював на цьому літаку, це давало зайва вага 300 фунтів (136 кг). Не підлягає сумніву, що вага всієї установки могла бути значно знижена при полегшенні деталей двигуна та конденсаторів.
Паливом служив газойль. У пресі стверджували, що «між включенням запалення та пуском на повний хід пройшло не більше 5 хв.».

Інший напрямок у розвитку паросилової установки для авіації пов'язане з використанням парової турбіни як двигун.
У 1932-1934 pp. в іноземний друк проникли відомості про сконструйовану в Німеччині на електрозаводі Клінганберга оригінальну парову турбіну для літака. Автором її називали головного інженера цього заводу Хютнер.
Пароутворювач і турбіна разом з конденсатором тут були об'єднані в один агрегат, що обертається, що має загальний корпус. Хютнер зауважує: «Двигун представляє силову установку, відмінна характерна особливість якої полягає в тому, що генератор, що обертається, пара утворює одне конструктивне і експлоатаційне ціле з обертається в протилежному напрямку турбіною і конденсатором».
Основною частиною турбіни є котел, що обертається, утворений з цілого ряду V-подібних трубок, причому одне коліно цих трубок з'єднане з колектором для поживної води, інше - з парозбірником. Котел показано на фіг. 143.

Трубки розташовані радіально навколо осі і обертаються зі швидкістю 3000-5000 об/хв. Вода, що надходить у трубки, спрямовується під дією відцентрової сили в ліві гілки V-подібних трубок, праве коліно яких виконує роль генератора пари. Ліве коліно трубок має ребра, що нагріваються полум'ям від форсунок. Вода, проходячи повз цих ребер, перетворюється на пару, причому під впливом відцентрових сил, що виникають при обертанні котла, відбувається підвищення тиску пари. Тиск регулюється автоматично. Різниця густин в обох гілках трубок (пар і вода) дає змінну різницю рівнів, що є функцією відцентрової сили, а отже, і швидкості обертання. Схема такого агрегату показано на фіг. 144.

Особливістю конструкції котла є розташування трубок, при якому під час обертання створюється розрідження в камері згоряння, і таким чином котел виконує роль всмоктуючого вентилятора. Таким чином, як стверджує Хютнер, «обертанням котла зумовлюються одночасно і живлення його, і рух гарячих газів, і рух води, що охолоджує».

Пуск турбіни в хід вимагає лише 30 сек. Хютнер розраховував отримати к. п. д. котла 88% і к. п. д. турбіни 80%. Турбіна та котел потребують запуску в пускових моторах.

У 1934 р. у пресі промайнуло повідомлення про розробку проекту великого літака в Німеччині, обладнаного турбіною з котлом, що обертається. Через два роки у французькій пресі стверджували, що в умовах великої засекреченості військовим відомством у Німеччині побудований спеціальний літак. Для нього сконструйовано пару силова установкасистеми Хютнера потужністю 2500 л. с. Довжина літака 22 м, розмах крил 32 м, політна вага (приблизна) 14 т, абсолютна стеля літака 14000 м, швидкість польоту на висоті 10000 м - 420 км/год, підйом на висоту 10 км - 30 хвилин.
Цілком можливо, що ці повідомлення в пресі значно перебільшені, але безсумнівно, що німецькі конструктори працюють над цією проблемою, і майбутня війна може принести тут несподівані сюрпризи.

У чому полягає перевага турбіни перед двигуном внутрішнього згоряння?
1. Відсутність зворотно-поступального руху при високих швидкостях обертання дозволяє зробити турбіну досить компактною та менших розмірів, ніж сучасні потужні авіаційні мотори.
2. Важливою перевагою є відносна безшумність роботи парового двигуна, що важливо як з погляду військової, так і в сенсі можливості полегшення літака за рахунок звукоізолюючого обладнання на пасажирських літаках.
3. Парова турбіна, на відміну від моторів внутрішнього згоряння, що майже не допускають перевантаження, може бути перевантажується на короткий період до 100% при постійній швидкості. Ця перевага турбіни дає можливість зменшити довжину розбігу літака та полегшує його підйом у повітря.
4. Простота конструкції і відсутність великої кількості рухомих і деталей, що спрацьовують, становлять також важливу перевагу турбіни, роблячи її більш надійною і довговічною в порівнянні з двигунами внутрішнього згоряння.
5. Істотне значення має також відсутність на паровій установці магнето, роботу якого можна впливати з допомогою радіохвиль.
6. Можливість використовувати важке паливо (нафту, мазут), крім економічних переваг, зумовлює велику безпеку парового двигуна в пожежному відношенні. Створюється також можливість теплофікувати літак.
7. Головна ж перевага парового двигуна полягає у збереженні його номінальної потужності з підйомом на висоту.

Одне з заперечень проти парового двигуна походить, головним чином, від аеродинаміків і зводиться до розмірів та можливостей охолодження конденсатора. Дійсно, паровий конденсатор має поверхню в 5-6 разів більшу, ніж водяний радіатор двигуна внутрішнього згоряння.
Ось чому, прагнучи знизити лобовий опір такого конденсатора, конструктори дійшли розміщення конденсатора безпосередньо по поверхні крил у вигляді суцільного ряду трубок, наступних точно контуру і профілю крила. Крім надання значної жорсткості, це зменшить і небезпеку зледеніння літака.

Є, звичайно, ще ціла низка інших технічних труднощів в експлоатації турбіни літаком.
- Невідома поведінка форсунки на високих висотах.
- Для зміни швидкого навантаження турбіни, що є однією з умов роботи авіаційного двигуна, необхідно мати запас води або парозбірник.
- Відомі труднощі представляє і розробка гарного автоматичного пристроюдля регулювання турбіни.
- Неясно також і гіроскопічна дія турбіни, що швидко обертається на літаку.

Все ж таки досягнуті успіхи дають підстави сподіватися, що найближчим часом парова силова установка знайде своє місце в сучасному повітряному флоті, особливо на транспортних комерційних літаках, а також великих дирижаблях. Найважче в цій галузі вже зроблено, і практики-інженери зможуть досягти кінцевого успіху.

Винахід парових машин став переломним моментом історії людства. Десь на рубежі XVII-XVIII століть почалася заміна малоефективної ручної праці, водяних коліс і на нові і унікальні механізми - парові двигуни. Саме завдяки їм стали можливі технічна та промислова революції та й весь прогрес людства.

Але хто винайшов парову машину? Кому людство цим має? І коли це було? На всі ці запитання і намагатимемося знайти відповіді.

Ще до нашої ери

Історія створення парової машини починається ще перших століттях до нашої ери. Герон Олександрійський описав механізм, який починав працювати лише тоді, коли на нього вплинула пара. Пристрій був куля, на якій були закріплені сопла. З сопел по дотичній виходила пара, тим самим змушуючи двигун обертатися. Це був перший пристрій, який працював на парі.

Автор парової машини (а точніше, турбіни) - Тагі-аль-Діноме (арабський філософ, інженер і астроном). Його винахід став широко відомим в Єгипті в XVI столітті. Механізм був влаштований наступним чином: потоки пари спрямовували прямо на механізм із лопатями, і коли дим валив – лопаті оберталися. Щось подібне у 1629 році пропонував і італійський інженер Джованні Бранка. Головним недоліком всіх цих винаходів був занадто велика витратапара, що своєю чергою вимагало величезних витрат енергії і був доцільно. Розробки було припинено, оскільки тодішніх наукових та технічних знань людства було недостатньо. Крім того, потреба в таких винаходах була відсутня.

Розробки

До XVII століття створення парової машини було неможливим. Але тільки-но планка рівня розвитку людства злетіла, тут же з'явилися і перші екземпляри та винаходи. Хоча серйозно їх ніхто на той момент не сприйняв. Так, наприклад, в 1663 англійський вчений опублікував у пресі проект свого винаходу, який він встановив у замку Реглан. Його пристрій служив у тому, щоб піднімати воду на стіни веж. Однак, як і все нове та незвідане, цей проект був прийнятий із сумнівом, і спонсорів для його подальших розробок не знайшлося.

Історія створення парової машини починається з винаходу пароатмосферної машини. У 1681 році вчений із Франції винайшов пристрій, який відкачував воду з шахт. В якості рушійної сили спочатку застосовувався порох, а потім його замінили на водяну пару. Так виникла пароатмосферна машина. Величезний внесок у її вдосконалення зробили вчені з Англії Томас Ньюкомен та Томас Северен. Неоціненну допомогу також надав російський винахідник-самоук Іван Ползунов.

Невдала спроба Папена

Пароатмосферна машина, далека на той час від досконалості, залучила особливу увагуу суднобудівній галузі. Д. Папен свої останні заощадження витратив на придбання невеликого судна, де зайнявся установкою водопідйомної пароатмосферної машини власного виробництва. Механізм дії у тому, щоб, падаючи з висоти, вода починала обертати колеса.

Свої випробування винахідник проводив у 1707 році на річці Фульді. Багато народу зібралося, щоб подивитися на диво: судно, що рухається річкою, без вітрил і весел. Однак під час випробувань сталася катастрофа: вибухнув двигун та загинули кілька людей. Влада розлютилася на невдачливого винахідника і заборонила йому будь-які роботи та проекти. Судно конфіскували та зруйнували, а за кілька років помер і сам Папен.

Помилка

Пароплав Папен мав наступний принцип роботи. На дно циліндра потрібно було залити невелика кількістьводи. Під самим циліндром була жаровня, яка служила для нагрівання рідини. Коли вода починала кипіти, пар, що утворився, розширюючись, піднімав поршень. З простору над поршнем через спеціально обладнаний клапан виштовхувалося повітря. Після того як вода закипала і починала валити пару, необхідно було прибрати жаровню, закрити клапан, щоб видалити повітря, і за допомогою прохолодної води охолодити стінки циліндра. Завдяки таким діям пара, що знаходилася в циліндрі, конденсувалася, під поршнем утворювалося розрідження, і завдяки силі атмосферного тиску поршень знову повертався на своє початкове місце. Під час його руху вниз і робилася корисна робота. Проте ККД парової машини Папена був негативним. Двигун пароплава був украй неекономічний. А головне, він був надто складним та незручним в експлуатації. Тому винахід Папена не мав майбутнього вже з самого початку.

Послідовники

Проте історія створення парової машини на цьому не скінчилася. Наступним, набагато більш щасливим, ніж Папен, виявився англійський вчений Томас Ньюкомен. Він довго вивчав роботи своїх попередників, спираючись на слабкі місця. І взявши найкраще з їхніх робіт, створив у 1712 свій апарат. Нова парова машина (фото представлено) була сконструйована таким чином: використовувалися циліндр, що знаходився у вертикальному положенні, а також поршень. Це Ньюкомен взяв із робіт Папена. Однак пара утворювалася вже в іншому казані. Навколо поршня закріплювалася цільна шкіра, що значно підвищувало герметичність усередині. парового циліндра. Ця машина також була пароатмосферною (вода піднімалася з шахти за допомогою атмосферного тиску). Головними мінусами винаходу були його громіздкість та неекономічність: машина «з'їдала» величезну кількість вугілля. Однак користі вона приносила значно більше ніж винахід Папена. Тому її майже п'ятдесят років застосовували у підземеллях та шахтах. Її використовували для відкачування ґрунтових вод, а також для осушення кораблів. намагався перетворити свою машину так, щоб була можливість застосовувати її для руху транспорту. Однак усі його спроби не мали успіху.

Наступним ученим, який заявив себе, став Д. Хулл з Англії. У 1736 році він представив світові свій винахід: пароатмосферну машину, у якої як рушій були лопатеві колеса. Його розробка виявилася більш вдалою, ніж у Папена. Відразу було випущено кілька таких суден. В основному вони використовувалися для того, щоб буксирувати баржі, кораблі та інші кораблі. Однак надійність пароатмосферної машини не викликала довіри, і судна обладнали вітрилами як основним рушієм.

І хоча Хуллу пощастило більше, ніж Папену, його винаходи поступово втратили актуальність і від них відмовилися. Все-таки пароатмосферні машини того часу мали безліч специфічних недоліків.

Історія створення парової машини у Росії

Наступний прорив стався у Російській Імперії. У 1766 році на металургійному заводі в Барнаулі була створена перша парова машина, яка подавала в плавильні печі повітря за допомогою спеціальних повітродувних хутр. Творцем її став Іван Іванович Ползунов, котрому за заслуги перед батьківщиною навіть надали офіцерське звання. Винахідник представив своєму начальству креслення та плани «вогняної машини», здатної приводити в дію повітродувне хутро.

Однак доля зіграла з Ползуновим злий жарт: через сім років після того, як його проект було прийнято, а машина зібрана, він захворів і помер від сухот - всього за тиждень до того, як почалися випробування його двигуна. Однак його інструкцій виявилося достатньо, щоби завести двигун.

7 серпня 1766 року парова машина Ползунова була запущена і поставлена ​​під навантаження. Проте вже у листопаді того ж року вона зламалася. Причиною виявились занадто тонкі стінки котла, не призначеного для навантаження. Причому винахідник у своїх інструкціях писав, що цей казан можна використовувати лише під час випробувань. Виготовлення нового котла легко окупилося б, адже ККД парової машини Ползунова був позитивний. За 1023 години роботи з її допомогою виплавили срібла 14 з гаком пудів!

Але попри це ніхто ремонтувати механізм не став. Парова машина Ползунова припадала пилом більше 15 років на складі, поки світ промисловості не стояв на місці і розвивався. А потім взагалі була розібрана на запчастини. Мабуть, тоді Росія ще не доросла до парових двигунів.

Вимоги часу

Тим часом життя на місці не стояло. І людство постійно замислювалося над тим, щоб створити механізм, що дозволяє не залежати від примхливої ​​природи, а самим керувати долею. Від вітрила всі хотіли відмовитися якнайшвидше. Тому питання створення парового механізму постійно висів у повітрі. У 1753 році в Парижі було висунуто конкурс серед майстрів, учених та винахідників. Академія наук оголосила нагороду тому, хто зможе створити механізм, здатний замінити силу вітру. Але незважаючи на те, що в конкурсі брали участь такі уми, як Л. Ейлер, Д. Бернуллі, Кантон де Лакруа та інші, слушної пропозиції не виніс ніхто.

Роки минали. І промислова революція накривала все більше більше країн. Першість і лідерство серед інших держав діставалося незмінно Англії. До кінця вісімнадцятого століття саме Великобританія стала творцем великої промисловості, завдяки чому завоювала титул всесвітньої монополістки у цій галузі. Питання про механічному двигуніз кожним днем ​​ставав дедалі актуальнішим. І такий двигун було створено.

Перша парова машина у світі

1784 став для Англії і для всього світу переломним моментом в промисловій революції. І людиною, відповідальною за це, став англійський механік Джеймс Уатт. Парова машина, яку він створив, стала найгучнішим відкриттям віку.

Протягом кількох років вивчав креслення, будову та принципи роботи пароатмосферних машин. І на підставі всього цього він зробив висновок, що для ефективності роботи двигуна необхідно зрівняти температури води в циліндрі та парі, що потрапляє в механізм. Головний мінус пароатмосферних машин полягав у постійній необхідності охолодження циліндра водою. Це було витратно та незручно.

Нова парова машина була сконструйована іншим чином. Так, циліндр полягав у спеціальну сорочку з пари. Таким чином Уатт досяг його постійного нагрітого стану. Винахідник створив спеціальну посудину, занурену в холодну воду (конденсатор). До нього трубою приєднувався циліндр. Коли пара відпрацьовувалась у циліндрі, то через трубу потрапляла в конденсатор і там перетворювалася назад у воду. Працюючи над удосконаленням своєї машини, Уат створив розрідження в конденсаторі. Таким чином, вся пара, що попадала з циліндра, конденсувалася в ньому. Завдяки цьому нововведенню дуже сильно збільшувався процес розширення пари, що у свою чергу дозволяло витягувати з тієї ж кількості пари набагато більше енергії. Це був вінець успіху.

Автор парової машини також змінив і принцип подачі повітря. Тепер пара попадала спочатку під поршень, тим самим піднімаючи його, а потім збиралася над поршнем, опускаючи. Таким чином, обидва ходи поршня в механізмі стали робітниками, що раніше навіть не було можливим. А витрата вугілля на одну кінську силу була вчетверо меншою, ніж, відповідно, у пароатмосферних машин, чого й домагався Джеймс Уатт. Парова машина дуже швидко завоювала спочатку Великобританію, а потім і цілий світ.

"Шарлотта Дандас"

Після того, як увесь світ був уражений винаходом Джеймса Уатта, почалося широке застосування парових машин. Так було в 1802 року у Англії з'явився перший корабель пару - катер «Шарлотта Дандас». Його творцем вважається Вільям Саймінгтон. Катер застосовувався як буксирування барж каналом. Роль рушія на судні грало гребне колесо, встановлене на кормі. Катер з першого разу успішно пройшов випробування: відбуксував дві величезні баржі на 18 миль за шість годин. При цьому йому заважав зустрічний вітер. Але він упорався.

І все-таки його поставили на прикол, бо побоювалися, що через сильні хвилі, що створювалися під гребним колесом, береги каналу будуть розмиті. До речі, на випробуваннях «Шарлотти» була присутня людина, яку весь світ сьогодні вважає творцем першого пароплава.

в світі

Англійський суднобудівник із юнацьких років мріяв про судно з паровим двигуном. І ось його мрія стала здійсненною. Адже винахід парових машин став новим поштовхом у суднобудуванні. Разом із посланцем з Америки Р. Лівінгстоном, який взяв на себе матеріальний бік питання, Фултон зайнявся проектом корабля з паровою машиною. Це був складний винахід, заснований на ідеї веселого двигуна. По бортах судна тяглися в ряд плиці, що імітують безліч весел. При цьому плиці постійно заважали одна одній і ламалися. Сьогодні можна легко сказати, що той же ефект міг бути досягнутий всього при трьох-чотирьох плицах. Але з позиції науки і техніки на той час це побачити було неможливо. Тому суднобудівникам доводилося набагато складніше.

У 1803 році винахід Фултона був представлений усьому світу. Пароплав повільно і рівно йшов Сеною, вражаючи уми і уяву багатьох вчених і діячів Парижа. Проте уряд Наполеона відкинув проект, і роздратовані суднобудівники змушені були шукати щастя в Америці.

І ось у серпні 1807 року перший у світі пароплав під назвою «Клермонт», в якому була задіяна найпотужніша парова машина (фото представлено), пішов Гудзонською затокою. Багато хто тоді просто не вірив у успіх.

У свій перший рейс «Клермонт» вирушив без вантажів та без пасажирів. Ніхто не хотів вирушати у подорож на борту вогнедишного судна. Але вже по дорозі назад з'явився перший пасажир - місцевий фермер, який заплатив шість доларів за квиток. Він став першим пасажиром історії пароплавства. Фултон був так сильно зворушений, що надав сміливцю довічний безкоштовний проїзд на всіх своїх винаходах.

Процес винаходу парового двигуна, як це часто буває в техніці, розтягнувся чи не на сторіччя, тому вибір дати для цієї події є досить умовним. Втім, ніким не заперечується, що прорив, який призвів до технологічної революції, був здійснений шотландцем Джеймсом Уаттом.

Над використанням пари в якості робочого тіла люди замислювалися ще в давнину. Однак лише на рубежі XVII-XVIII ст. вдалося знайти спосіб робити корисну роботу за допомогою пари. Одна з перших спроб поставити пару на службу людині була зроблена в Англії в 1698: машина винахідника Сейвері призначалася для осушення шахт і перекачування води. Щоправда, винахід Сейвері ще був двигуном у сенсі цього терміну, оскільки, крім кількох клапанів, відкривалися і закривалися вручну, у ньому був рухливих частин. Машина Сейвері працювала наступним чином: спочатку герметичний резервуар наповнювався парою, потім зовнішня поверхня резервуара охолоджувалася холодною водою, через що пара конденсувалася, і в резервуарі створювався частковий вакуум. Після цього вода - наприклад, з дна шахти - засмоктувала в резервуар через забірну трубу і після впуску чергової порції пара викидалася назовні.

Перша парова машина з поршнем була побудована французом Дені Папеном в 1698 р. Вода нагрівалася всередині вертикального циліндра з поршнем, і пара штовхала поршень вгору. Коли пара охолоджувалась і конденсувалася, поршень опускався вниз під впливом атмосферного тиску. За допомогою системи блоків парова машина Папена могла приводити в дію різні механізми, наприклад, насоси.

Більш досконалу машину 1712 р. побудував англійський коваль Томас Ньюкомен. Як і в машині Папена, поршень переміщався у вертикальному циліндрі. Пара з котла надходила в основу циліндра і піднімала поршень вгору. При впорскуванні в циліндр холодної води пара конденсувалася, в циліндрі утворювався вакуум і під впливом атмосферного тиску поршень опускався вниз. Цей зворотний хід видаляв воду з циліндра і за допомогою ланцюга, з'єднаного з коромислом, що рухався як гойдалка, піднімав вгору шток насоса. Коли поршень перебував у нижній точці свого ходу, в циліндр знову надходила пара, і за допомогою противаги, закріпленої на штоку насоса або на коромислі, поршень піднімався у вихідне положення. Після цього цикл повторювався.

Машина Ньюкомена широко використовувалася у Європі понад 50 років. У 1740-х роках машина з циліндром довжиною 2,74 м і діаметром 76 см за один день виконувала роботу, яку бригада з 25 осіб та 10 коней, працюючи позмінно, виконувала за тиждень. І все-таки її ККД був надзвичайно низький.

Найбільш яскраво промислова революція виявилася в Англії, насамперед у текстильній промисловості. Невідповідність пропозиції тканин і попиту, що стрімко зростає, залучило кращі конструкторські уми до розробки прядильних і ткацьких машин. До історії англійської техніки назавжди увійшли імена Картрайта, Кея, Кромптона, Харгрівса. Але створені ними прядильні та ткацькі верстати потребували якісно нового, універсального двигуна, який би безперервно і рівномірно (саме цього не могло забезпечити водяне колесо) приводив верстати в односпрямований обертальний рух. Ось тут у всьому своєму блиску з'явився талант знаменитого інженера, «чарівника з Гринока» Джеймса Уатта.

Уатт народився у шотландському містечку Гринок у сім'ї кораблебудівника. Працюючи учнем у майстернях у Глазго, за перші два роки Джеймс набув кваліфікації гравірувальника, майстра з виготовлення математичних, геодезичних, оптичних приладів, різноманітних навігаційних інструментів. За порадою дядька-професора Джеймс вступив до місцевого університету на посаду механіка. Саме тут Уатт почав працювати над паровими машинами.

Джеймс Уатт намагався вдосконалити пароатмосферну машину Ньюкомена, яка, загалом, годилася тільки для перекачування води. Йому було ясно, що основний недолік машини Ньюкомена полягав у поперемінному нагріванні та охолодженні циліндра. У 1765 р. Уатт дійшов думки, що циліндр може залишатися гарячим, якщо до конденсації відводити пару окремий резервуар через трубопровід із клапаном. Крім того, Уатт зробив ще кілька удосконалень, що остаточно перетворили пароатмосферну машину на парову. Наприклад, він винайшов шарнірний механізм – «паралелограм Уатта» (називається так тому, що частина ланок – важелів, що входять до його складу, утворює паралелограм), який перетворював зворотно-поступальний рух поршня у обертальний рух головного валу. Тепер ткацькі верстати могли працювати безперервно.

У 1776 р. машина Уатта пройшла випробування. Її ККД виявився вдвічі більшим, ніж у машини Ньюкомена. У 1782 р. Уатт створив першу універсальну парову машину подвійного впливу. Пара надходила в циліндр поперемінно то з одного боку поршня, то з іншого. Тому поршень робив і робітник, і зворотний хід за допомогою пари, чого не було в колишніх машинах. Оскільки в паровій машині подвійної дії шток поршня здійснював тягнучу і штовхаючу дію, колишню приводну систему з ланцюгів та коромисла, яка реагувала тільки на тягу, довелося переробити. Уатт розробив систему зв'язаних тяг і застосував планетарний механізм для перетворення поворотно-поступального руху штока поршня у обертальний рух, використовував важкий маховик, відцентровий регулятор швидкості, дисковий клапан та манометр для вимірювання тиску пари. Запатентована Уаттом ротативна парова машина спочатку широко застосовувалася на прядильних і ткацьких фабриках, а пізніше і на інших промислових підприємствах. Двигун Уатта годився для будь-якої машини, і цим негайно скористалися винахідники механізмів, що саморухаються.

Парова машина Уатта воістину стала винаходом століття, який започаткував промислову революцію. Але винахідник не обмежився. Сусіди неодноразово з подивом спостерігали за тим, як Уатт ганяє по лузі коней, які тягнуть спеціально підібрані тяжкості. Так з'явилася одиниця потужності – кінська сила, що згодом отримала загальне визнання.

На жаль, фінансові труднощі змусили Уатта вже в зрілому віці проводити геодезичні пошуки, працювати на будівництві каналів, споруджувати порти та пристані, піти, нарешті, на економічно кабальний союз із підприємцем Джоном Ребеком, який незабаром зазнав повного фінансового краху.

Огляд музейної експозиції я пропущу та перейду одразу до машинного залу. Кому цікаво, той може знайти повну версію посту в мжжж. Машинний зал знаходиться у цьому будинку:

29. Зайшовши всередину, у мене сперло подих від захоплення - всередині зали була найкрасивіша парова машина з усіх, що мені доводилося бачити. То справжній храм стимпанка - сакральне місце всім адептів естетики парової ери. Я був вражений побаченим і зрозумів, що недаремно заїхав у це містечко і відвідав цей музей.

30. Крім величезної парової машини, що є головним музейним об'єктом, тут також були представлені різні зразки парових машин, а на численних інфостендах розповідалася історія парової техніки. На цьому знімку ви бачите повністю функціонуючу парову машину потужністю 12 к.с.

31. Рука для масштабування. Машина була створена у 1920 році.

32. Поруч із головним музейним екземпляром експонується компресор 1940 року випуску.

33. Цей компресор у минулому використовувався у залізничних майстернях вокзалу Вердау.

34. Ну а тепер розглянемо детальніше центральний експонат музейної експозиції - парову 600-сильну машину 1899 випуску, якій і буде присвячена друга половина цієї посади.

35. Парова машина є символом індустріальної революції, що сталася в Європі наприкінці 18-го - початку 19-го століття. Хоча перші зразки парових машин створювалися різними винахідниками ще на початку 18-го століття, але всі вони були непридатні для промислового використання так як мали ряд недоліків. Масове застосування парових машин в індустрії стало можливим лише після того, як шотландський винахідник Джеймс Уатт удосконалив механізм парової машини, зробивши її легкою в управлінні, безпечною і в п'ять разів потужнішою до цього зразків.

36. Джеймс Уатт запатентував свій винахід у 1775 році і вже у 1880-х роках його парові машини починають проникати на підприємства, ставши каталізатором індустріальної революції. Сталося це насамперед тому, що Джеймсу Уатту вдалося створити механізм перетворення поступального руху парової машини на обертальне. Всі існуючі до цього парові машини могли виробляти лише поступальні рухи і використовуватися тільки як насоси. А винахід Уатта вже міг обертати колесо млина чи привід фабричних верстатів.

37. У 1800 році фірма Уатта і його компаньйона Болтона виробила 496 парових машин з яких лише 164 використовувалися як насоси. А вже 1810 року в Англії налічувалося 5 тисяч парових машин, і ця кількість у найближчі 15 років потроїлася. У 1790 році між Філадельфією і Берлінгтоном в США став курсувати перший паровий човен, що перевозив до тридцяти пасажирів, а в 1804 Річард Тревінтік побудував перший діючий паровий локомотив. Почалася ера парових машин, яка тривала все дев'ятнадцяте століття, а на залізниціі першу половину двадцятого.

38. Це була коротка історична довідкаТепер повернемося до головного об'єкту музейної експозиції. Парова машина, яку ви бачите на знімках, була виготовлена ​​фірмою Zwikauer Maschinenfabrik AG у 1899 році та встановлена ​​в машинному залі прядильної фабрики "C.F.Schmelzer und Sohn". Парова машина призначалася для приводу прядильних верстатів і в цій ролі використовувалася до 1941 року.

39. Шикарний шильдик. У той час індустріальна техніка робилася з великою увагою до естетичного вигляду та стилю, була важлива не лише функціональність, а й краса, що відображено у кожній деталі цієї машини. На початку ХХ століття негарну техніку просто ніхто не купив би.

40. Прядильна фабрика "C.F.Schmelzer und Sohn" була заснована у 1820 році на місці теперішнього музею. Вже в 1841 році на фабриці була встановлена ​​перша парова машина потужністю 8 к.с. для приводу прядильних машин, яка в 1899 році була замінена новою більш потужною та сучасною.

41. Фабрика проіснувала до 1941 року, потім провадження було зупинено у зв'язку з початком війни. Всі сорок два роки машина використовувалася за призначенням, як привод прядильних верстатів, а після закінчення війни в 1945 - 1951 роки служила як резервне джерело електроенергії, після чого була остаточно списана з балансу підприємства.

42. Як і багатьох її побратимів, машину чекав би розпив, якби не один фактор. Дана машина була першою паровою машиною Німеччини, яка отримувала пару трубами від розташованої на відстані котельні. Крім того вона мала систему регулювання осей від фірми PROELL. Завдяки цим факторам машина отримала у 1959 році статус історичної пам'ятки та стала музейною. На жаль, усі фабричні корпуси та корпус котельні були знесені у 1992 році. Ця машинна зала - єдине, що залишилося від колишньої прядильної фабрики.

43. Чарівна естетика парової ери!

44. Шильдик на корпусі системи регулювання осей фірми PROELL. Система регулювала відсічення - кількість пари, яка впускається в циліндр. Більше відсікання - більше економічність, але менша потужність.

45. Прилади.

46. ​​За своєю конструкцією дана машинає паровою машиною багаторазового розширення (або як їх ще називають компаунд-машиною). У машинах цього типу пар послідовно розширюється в декількох циліндрах зростаючого об'єму, переходячи з циліндра в циліндр, що дозволяє значно підвищити коефіцієнт корисної дії двигуна. Ця машина має три циліндри: у центрі кадру знаходиться циліндр високого тиску- саме в нього подавався свіжа пара з котельні, потім після циклу розширення, пара перепускалася в циліндр середнього тиску, що розташований праворуч від циліндра високого тиску.

47. Здійснивши роботу, пара з циліндра середнього тиску переміщалася в циліндр низького тиску, який ви бачите на цьому знімку, після чого, здійснивши останнє розширення, випускався назовні окремою трубою. Таким чином досягалося найбільш повне використанняенергії пара.

48. Стаціонарна потужність цієї установки становила 400-450 л.с., максимальна 600 л.с.

49. Гайковий койч для ремонту та обслуговування машини вражає розмірами. Під ним канати, за допомогою яких обертальний рух передавався з маховика машини на трансмісію, з'єднану з прядильними верстатами.

50. Бездоганна естетика Belle Époque у кожному гвинтику.

51. На цьому фото можна детально розглянути пристрій машини. Пар, що розширюється в циліндрі, передавав енергію на поршень, який у свою чергу здійснював поступальний рух, передаючи його на кривошипно-повзунний механізм, в якому воно трансформувалося в обертальне і передавалося на маховик і далі на трансмісію.

52. У минулому з паровою машиною також був з'єднаний генератор електричного струму, який теж зберігся у чудовому оригінальному стані.

53. У минулому генератор знаходився на цьому місці.

54. Механізм передачі крутного моменту з маховика на генератор.

55. Зараз на місці генератора встановлений електродвигун, за допомогою якого кілька днів на рік парову машину надають руху на потіху публіці. У музеї щороку проводяться "Дні пари" - захід, що поєднує любителів та модельістів парових машин. Цими днями парова машина теж наводиться в рух.

56. Оригінальний генератор постійного струму тепер стоїть осторонь. У минулому він використовувався для вироблення електрики для освітлення фабрики.

57. Вироблено фірмою "Elektrotechnische & Maschinenfabrik Ernst Walther" у Вердау у 1899 році, якщо вірити інфотабличці, але на оригінальному шильдику стоїть рік 1901 року.

58. Так як я був єдиним відвідувачем музею того дня, ніхто не заважав мені насолоджуватися естетикою цього місця наодинці з машиною. До того ж, відсутність людей сприяла отриманню хороших фотографій.

59. Тепер кілька слів про трансмісію. Як видно на цьому знімку, поверхня маховика має 12 канавки для канатів, за допомогою яких обертальний рух маховика передавався далі на елементи трансмісії.

60. Трансмісія, що складається з коліс різного діаметра, з'єднаних валами, розподіляла обертальний рух на кілька поверхів фабричного корпусу, на яких розташовувалися прядильні верстати, що працюють від енергії, переданої за допомогою трансмісії від парової машини.

61. Маховик з канавками для канатів крупним планом.

62. Тут добре видно елементи трансмісії, за допомогою яких момент, що крутить, передавався на вал, що проходить під землею і передає обертальний рух в прилеглий до машинного залу корпус фабрики, в якому розташовувалися верстати.

63. На жаль, фабрична будівля не збереглася і за дверима, що вела до сусіднього корпусу, тепер лише порожнеча.

64. Окремо варто відзначити щит управління електрообладнанням, який сам по собі є витвором мистецтва.

65. Мармурова дошка в красивій дерев'яній рамці з рядами важелів і запобіжників, розкішний ліхтар, стильні прилади - Belle Époque у всій красі.

66. Два величезні запобіжники, розташовані між ліхтарем та приладами, вражають.

67. Запобіжники, важелі, регулятори – все обладнання естетично привабливе. Видно, що при створенні цього щита про зовнішньому виглядідбали далеко не в останню чергу.

68. Під кожним важелем і запобіжником розташований "гудзик" з написом, що цей важіль включає/вимикає.

69. Пишність техніки періоду "прекрасної епохи".

70. На завершення розповіді повернемося до машини і насолодимося чудовою гармонією та естетикою її деталей.

71. Вентилі керування окремими вузлами машини.

72. Краплинні масляни, призначені для змащення вузлів, що рухаються, і агрегатів машини.

73. Цей прилад називається прес-маслянка. Від рухомої частини машини наводяться в рух черв'яки, що переміщають поршень масляни, а він нагнітає масло до поверхонь, що труться. Після того, як поршень дійде до мертвої точки, його обертанням ручки піднімають назад і цикл повторюється.

74. Як гарно! Чисте захоплення!

75. Циліндри машини з колонками впускних клапанів.

76. Ще масляни.

77. Естетика стимпанку у класичному вигляді.

78. Розподільний валмашини, що регулює подачу пари в циліндри.

79.

80.

81. Все це дуже гарно! Я отримав величезний заряд натхнення та радісних емоцій під час відвідин цієї машинної зали.

82. Якщо вас раптом доля занесе до регіону Цвікау, відвідайте обов'язково цей музей, не пошкодуєте. Сайт музею та його координати: 50°43"58"N 12°22"25"E

Про історію розвитку парового двигуна досить докладно описано в цій статті. Тут же - найвідоміші рішення та винаходи часів 1672-1891 року.

Перші напрацювання.

Почнемо з того, що ще в сімнадцятому столітті пар стали розглядати як засіб для приводу, проводили з ним усілякі досліди, і лише в 1643 Еванджеліста Торричеллі було відкрито силову дію тиску пари. Крістіан Гюйгенс через 47 років спроектував першу силову машину, що наводилася на дію вибухом пороху в циліндрі. Це був перший прототип двигуна внутрішнього згоряння. На аналогічному принципі влаштовано водозабірну машину абата Отфея. Незабаром Дені Папен вирішив замінити силу вибуху менш потужною парою. У 1690 році їм було збудовано перша парова машина, відома також як паровий казан.

Вона складалася з поршня, який за допомогою окропу переміщався в циліндрі вгору і за рахунок подальшого охолодження знову опускався - так створювалося зусилля. Весь процес відбувався таким чином: під циліндром, який виконував одночасно функцію кип'ятільного котла, розміщували піч; при знаходженні поршня у верхньому положенні піч відсувалася для полегшення охолодження.

Пізніше два англійці, Томас Ньюкомен і Коулі – один коваль, інший скляр, – удосконалили систему шляхом поділу кип'ятільного котла та циліндра та додавання бака з холодною водою. Ця система функціонувала за допомогою клапанів або кранів – одного для пари та одного для води, які по черзі відкривалися та закривалися. Потім англієць Бейтон перебудував клапанне управління в тактове.

Застосування парових машин практично.

Машина Ньюкомена незабаром стала відома всюди і, зокрема, була вдосконалена, розроблена Джеймсом Уаттом у 1765 році системою подвійної дії. Тепер парова машинавиявилася досить завершеною для використання в транспортних засобах, хоча через свої розміри краще підходила для стаціонарних установок. Уатт запропонував свої винаходи та в промисловості; він також побудував машини для текстильних фабрик.

Перша парова машина, що використовується як засіб пересування, була винайдена французом Ніколя Жозефом Куньо, інженером і військовим стратегом-аматором. У 1763 або 1765 році він створив автомобіль, який міг перевозити чотирьох пасажирів при середньої швидкості 3,5 та максимальної – 9,5 км/год. За першою спробою була друга – з'явився автомобіль для транспортування гармат. Випробовувався він, природно, військовими, але через неможливість тривалої експлуатації (безперервний цикл роботи) нової машинине перевищував 15 хвилин) винахідник не отримав підтримки влади та фінансистів. Тим часом у Англії вдосконалювалася парова машина. Після кількох невдалих, що базувалися на машині Уатта спроб Мура, Вільяма Мердока і Вільяма Саймінгтона, з'явився рейковий транспортний засіб Річарда Тревісіка, створений на замовлення Уельської вугільної шахти. У світ прийшов активний винахідник: з підземних шахт він піднявся на землю і в 1802 представив людству потужний легковий автомобіль, що досягав швидкості 15 км/год на рівній місцевості та 6 км/год на підйомі.

Приведені в рух парою транспортні засобивсе частіше використовувалися і в США: Натан Рід в 1790 здивував жителів Філадельфії своєї моделлю парового автомобіля. Однак ще більше прославився його співвітчизник Олівер Еванс, який через чотирнадцять років винайшов автомобіль-амфібію. Після наполеонівських воєн, під час яких «автомобільні експерименти» не проводилися, знову розпочалася робота над винаходом та удосконаленням парової машини. У 1821 році її можна було вважати досконалою та досить надійною. З тих пір кожен крок вперед у сфері транспортних засобів, що приводилися в рух парою, безумовно сприяв розвитку майбутніх автомобілів.

В 1825 сер Голдсуорт Гарні на ділянці завдовжки 171 км від Лондона до Бата організував першу пасажирську лінію. При цьому він використав запатентовану ним карету, що мала паровий двигун. Це стало початком епохи швидкісних дорожніх екіпажів, які, однак, зникли в Англії, але набули широкого поширення в Італії та у Франції. Подібні транспортні засоби досягли найвищого розвитку з появою в 1873 «Реверансу» Амеде Балле вагою 4500 кг і «Манселя» - компактнішого, що важив трохи більше 2500 кг і досягав швидкості 35 км / год. Обидва були провісниками тієї техніки виконання, яка стала характерною для перших «справжніх» автомобілів. Незважаючи на велику швидкість ккд парової машинибув дуже малий. Болле був тим, хто запатентував першу добре діючу систему кермового управління, він так вдало розташував керуючі та контрольні елементи, що ми і сьогодні це бачимо на щитку приладів.

Незважаючи на грандіозний прогрес у галузі створення двигуна внутрішнього згоряння, сила пари все ще забезпечувала рівномірніший і плавніший хід машини і, отже, мала багато прихильників. Як і Болле, який побудував та інші легкі автомобілі, наприклад Rapide у 1881 році зі швидкістю руху 60 км/год, Nouvelle у 1873 році, яка мала передню вісь з незалежною підвіскоюколіс, Леон Шевроле в період між 1887 і 1907 роками запустив кілька автомобілів з легким та компактним парогенератором, запатентованим ним у 1889 році. Компанія De Dion-Bouton, заснована в Парижі в 1883 році, перші десять років свого існування виробляла автомобілі з паровим двигунами і досягла при цьому значного успіху - її автомобілі виграли гонки Париж-Руан у 1894 році.

Успіхи компанії Panhard et Levassor у використанні бензину привели, однак, до того, що De Dion перейшов на двигуни внутрішнього згоряння. Коли брати Болле почали керувати компанією свого батька, вони зробили те саме. Потім компанія Chevrolet перебудувала своє виробництво. Автомобілі з паровими двигунами все швидше і швидше зникали з горизонту, хоча США вони використовувалися ще до 1930 року. На цьому самому моменті і припинилося виробництво та винахід парових машин