Паровая машина уатта

Что питало старинный паровой двигатель?

Требуется энергия, чтобы делать абсолютно все, о чем вы только можете подумать: кататься на скейтборде, летать на самолете , ходить в магазины или водить машину по улице. Большая часть энергии, которую мы используем для транспортировки сегодня, поступает из нефти, но это было не всегда так. До начала 20-го века уголь был любимым топливом в мире, и он приводил в движение все: от поездов и кораблей до злополучных паровых самолетов, изобретенных американским ученым Сэмюэлем П. Лэнгли, ранним конкурентом братьев Райт. Что такого особенного в угле? Внутри Земли его много, поэтому он был относительно недорогим и широко доступным.

Уголь является органическим химическим веществом, что означает, что он основан на элементе углерода. Уголь образуется в течение миллионов лет, когда останки мертвых растений закапывают под камнями, сжимают под давлением и варят под действием внутреннего тепла Земли . Вот почему это называется ископаемое топливо . Комки угля – это действительно комки энергии. Углерод внутри них связан с атомами водорода и кислорода соединениями, называемыми химическими связями. Когда мы сжигаем уголь на огне, связи распадаются, и энергия выделяется в форме тепла.

Уголь содержит примерно вдвое меньше энергии на килограмм, чем более чистое ископаемое топливо, такое как бензин, дизельное топливо и керосин – и это одна из причин, по которой паровые двигатели должны сжигать так много.

Применение

До середины ХХ века паровые машины применяли в промышленности. Также их использовали для железнодорожного и парового транспорта.

Заводы, которые эксплуатировали паровые двигатели:

  • сахарные;
  • спичечные;
  • бумажные фабрики;
  • текстильные;
  • пищевые предприятия (в отдельных случаях).

Паровые турбины также относятся к данному оборудованию. С их помощью до сих пор работают генераторы электроэнергии. Около 80% мировой электроэнергии вырабатывается с применением паровых турбин.

В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.

Транспорт с паровым двигателем:

  • автомобиль;
  • трактор;
  • экскаватор;
  • самолет;
  • локомотив;
  • судно;
  • тягач.

Большая часть подобного транспорта стала непопулярной после появления двигателя внутреннего сгорания, чей КПД значительно выше. Такие машины были более экономичными, при этом легкими и скоростными.

Настольная рабочая модель двигателя Стирлинга

Изобретения Томаса Ньюкомена

Более удачливым в плане дивидендов оказался англичанин Ньюкомен. Когда Папен создал свою машину, Томасу было 35 лет. Он внимательно изучил работы Сэйвери и Папена и смог понять недостатки обеих конструкций. Из них он взял все лучшие идеи.

Уже к 1712 году в сотрудничестве с мастером по стеклам и водопроводам Джоном Калли он создал свою первую модель. Так продолжилась история изобретения паровых машин.

Кратко можно пояснить созданную модель так:

  • Конструкция совмещала в себе вертикальный цилиндр и поршень, как у Папена.
  • Создание пара происходило в отдельном котле, который работал по принципу машины Сэйвери.
  • Герметичность в паровом цилиндре достигалась за счет кожи, которой был обтянут поршень.

Агрегат Ньюкомена подымал воду из копей с помощью воздействия атмосферного давления. Машина отличалась солидными размерами и требовала для работы большого количества угля. Несмотря на эти недостатки, модель Ньюкомена использовали в шахтах полвека. Она даже позволила вновь открыть шахты, которые были заброшены из-за подтопления грунтовыми водами.

В 1722 году детище Ньюкомена доказало свою эффективность, откачав воду из корабля в Кронштадте всего за две недели. Система с ветряной мельницей смогла бы сделать это за год.

Из-за того, что машина была создана на основе ранних вариантов, английский механик не смог получить на нее патент. Конструкторы пытались применить изобретение для движения транспортного средства, но неудачно. На этом история изобретения паровых машин не прекратилась.

История изобретения парового двигателя

Упоминание о первых паровых машинах датировано первым столетием нашей эры. Устройство, описано Героном Александрийским ‒ пар выходил из сопл, закреплённых на шаре, и приводил в движение двигатель.

Правда, настоящая паровая турбина появилась в Египте в 16 веке. Ее изобрел араб Таги-аль-Диноме.

Подобную машину построил 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка. То есть, как только в обществе наступило экономическое благополучие и возникла необходимость в данном механизме, его тот час же изобрели.

В конце 17 века были созданы ещё две модели: в Испании двигатель сконструировал Аянс де Бомонт, а в Англии Эдвард Сомерсет в 1663 году установил паровую установку для закачки воды в Большую башню замка Реглан. Но все проекты быстро сворачивались и забывались. Тогда, как впрочем, и сейчас все новое не воспринималось большинством, и деньги на разработку никто давать не решался.

Паровой котёл создал француз Дени Папен. Он же изобрёл и предохранительный клапан для стравливания избыточного давления. Дело в том, что высокое давление, создаваемое паром, приводило к частым взрывам.

Кстати, в то же время появилось и расхожее выражение: «выпустить пар», которое означало ‒ успокоить нервы, пошумев на окружающих, без сноса собственного котелка и без жертв среди мирного населения.

Но на этом история паровых двигателей не прервалась. Англичанин Томас Ньюкомен в 1712 году сделал шахтный насос для подачи воды на верх. Двигатель Ньюкомена стал пользоваться спросом, с его массового выпуска началась английская промышленная революция.

В России первую паровую машину в 1763 году спроектировал И.И.Ползунов. С ее помощью приводились в действие воздуходувные меха на заводах.

А француз Николас-Йозеф Куньо шесть лет спустя сконструировал первую паровую телегу. Она приводила в движение сельскохозяйственные механизмы.

А в 1788 году Джон Фитч построил пароход, который вмещал 30 человек, и шел со скоростью до 12 километров в час.

В 1804 году на металлургическом заводе в Южном Уэльсе был испытан первый железнодорожный паровой поезд, его построил Ричард Тревитик.

Полная автоматизация

Работу первых двигателей Уатта приходилось контролировать. Надо было следить, чтобы машина работала равномерно, не развивая слишком большую мощность, для замедления вращения маховика или качания коромысла время от времени приходилось прикрывать клапан подачи пара. Также вручную открывались и закрывались клапаны подачи и отвода пара из главного цилиндра. В машине 1784 г. Уатт автоматизировал оба эти процесса: регулятор подачи пара он изобрёл сам, а в автоматизации парораспределения Уатту помог его сотрудник, механик Уильям Мердок, придумавший золотник — устройство, направляющее поток пара.

Как сделать паровой двигатель из шприца

Мотор Стирлинга – постоянное увлечение видеоблогера Игоря Белецкого. У него есть много авторских моделей, которые выполнены на высоком профессиональном уровне. Продолжая тему простейших двигателей, он предложил одну занятную конструкцию двигателя Стирлинга, которую легко сделать из обычного стеклянного шприца. Нужно только запаять в нем выходное отверстие, чтобы получилась пружинящая конструкция. Такие готовые продаются в этом китайском магазине.

Добавим последнюю деталь. Из куска металлической ваты, которую можно купить в строительном магазине, она применяется для шлифовки мебели, нужно сделать маленький вытеснитель регенератор. Аккуратно, чтобы он свободно ходил внутри шприца и максимально близко прилегал к стенкам.

Постепенно поршень задвигается до самого вытеснителя и двигатель готов к нагреву. Металлическую вату заменяется даже губкой для мытья посуды или тонкой медной проволочкой, из которых сделать такой вытеснитель сложнее.

Еще материалы этого же автора по теме теплового мотора.

Хлам

Летом прошлого года я изготовил не особо сложный паровой двигатель. Всего один цилиндр, маховик и механический клапан.

Поршень сделан из батарейки, обмотанной 1-им слоем скотча. Маленький поршенек в клапане — из куска форсунки. Цилиндр — из советского многоразового шприца, хотя лучше заменить его латунной гильзой от охотничьего ружья. Обороты маловаты, но на этом все не заканчивается…

Двойной пар

В 1770-х гг. Уатт повысил мощность парового двигателя, заменив давление атмосферы на поршень давлением пара. Теперь пар в рабочий цилиндр подавался с двух сторон рабочего поршня, и поднимая, и опуская его. Патент на машину с цилиндром двойного действия Уатт получил в 1776 г. Это был уже не пароатмосферный, а паровой двигатель.

Давление пара мощнее атмосферного и поддаётся регулированию: чем выше температура нагревания парового котла, тем больше пара вырабатывается, тем сильнее будет давление. Мощные двигатели Уатта пригодились не только для насосов, но и для паровых молотов, прессов, молотилок, кузнечных мехов и прочих машин, где нужно было механизировать , вертикальное перемещение груза.

Паровая машина Уатта 1769 г. При открытом клапане А пар из парового котла (1) поступал в рабочий цилиндр (2) и поднимал рабочий поршень (3). Плечо коромысла с грузом — противовесом (4) опускалось, поднимая плечо (5) с рабочим и малым (6) поршнями. Малый поршень вытягивался из насоса конденсатора (7). Клапан А закрывали, открывали клапан Б, и отработанный пар из цилиндра устремлялся в вакуум конденсатора (8), где в окружении холодной воды бассейна (9) остывал и превращался в воду. Атмосферное давление опускало оба поршня. Клапан Б закрывали, открывали клапан В, и выдавленная из конденсатора тёплая вода поступала в котёл. Цикл замыкался.

Поршень крутит колесо

Поршни машины Уатта 1765-1776 гг. совершали лишь одно рабочее движение (вниз) и работали рывками. В разработке системы передачи, переводящей прямолинейное движение поршня во вращательное движение рабочего колеса-маховика Уатта опередил некий Пикар, рабочий его завода. Он изобрёл удобный кривошипно-шатунный механизм, передающий движение от поршня к маховику. Теперь, вращая маховик, поршень совершал полезную работу при движении и вниз, и вверх — энергия двигателя стала использоваться полностью. Снабжённые колёсами машины Уатта нашли спрос как двигатели для мельниц, прядильных и ткацких станков, дисковых пил на лесопилках и пр.

Кривошипно-шатунный механизм.
Поршень (а) с помощью особого механизма — «параллелограмма Уатта» (6) — заставлял качаться коромысло (в). К другому плечу коромысла подвижно крепился шатун (г), также подвижно связанный с кривошипом (д), прочно насаженным на ось (е) маховика. Опускаясь и поднимаясь, плечо коромысла заставляло шатун вращать кривошип и проворачивать маховик.

Однотактное чудо

Джеймс Уатт (1736-1819) произвел переворот в технике, сконструировав первый паровой двигатель с теплообменником

Двигатель
Ньюкомена был изобретен примерно пятьюдесятью годами раньше и
использовался для откачки воды в горнодобывающих шахтах. По сравнению с
ранним паровым насосом этот двигатель был более совершенным, но он
работал неэффективно. Он потреблял очень много топлива и сотрясал все
вокруг. Эти недостатки не очень важны, если использовать двигатель
на угольной шахте: тут сколько угодно дешевого угля и никому не мешает
тряска. Но у других возможных потребителей у кого не было дешевого
топлива и кому требовалось, чтобы двигатель работал ровно, эта
конструкция интереса не вызывала.

Двигатель Стирлинга для автономного электроснабжения дома

Вот уже более 200 лет известен так называемый двигатель внешнего сгорании, изобретенный Робертом Стирлингом: Схема двигателя достаточно простая, в ней меньше деталей и узлов, в отличие от двигателя внутреннего сгорания. В его конструкции рабочее вещество (как правило, воздух) движется по замкнутому контуру и не является расходным веществом. Подводится только тепло в систему. В отличие от парового двигателя, турбины или ДВС, где в систему нужно подводить и отводить рабочее вещество (вода, пар, жидкое топливо). Двигатель Стирлинга может работать на любом источнике получения тепла: дрова, уголь, газ.

Схема двигателя Стирлинга:

И анимация процесса работы:

Больше подводится тепла – быстрее передвижения поршня и вращение вала. Так же эта схема внешнего сгорания может иметь достаточно высокий КПД – до 90%.

Практически ни одной промышленной или серийной модели. Удалось все же найти английскую модель газового котла, работающие от природного газа с функцией выработки электроэнергии двигателем Стирлинга:

Называется WhisperGen

(бесшумный генератор) Пишут, что в 2012г. в Европе было установлено до 400 таких установок. Стоимость: 1,5 тыс. Евро.

Работает от газа. Электрическая мощность: от 2 до 9 кВт. Частота вращения двигатели 1500 об/мин. Вес: 470 кг. Стоимость: 4125 Евро (не известно на какую дату).

Но в основном, поиск Вам выдаст вот такие фотографии сувенирных моделей или самоделок:

Если сувениры – просто демонстрация этой схемы, то вторые – хоть могут вырабатывать электроэнергию с нагревом цилиндра свечкой или спиртовкой.

Можно приобрести себе такой сувенир:

Как такое возможно, что при универсальности (работе на различном топливе), простоте конструкции и при возможности масштабирования в размере — двигатель Стирлинга остается давно забытым двигателем, который так и не получил распространения?

В той же Англии в конце 19в. изготавливали промышленные образцы, которые использовали как водяные насосы:

Это двигатель Стирлинга 1895г. Работает от дровяного котла, в котором можно сжигать и уголь. Информация про этот дошедший до нас экземпляр в ролике, взятом с передачи канала Discovery:

Минусов у такого двигателя только два: время на разогрев и большие габариты при небольшой мощности.

Судя по размерам, двигатель способен вращать не только насос, но и генератор (через ременную повышающую передачу). А это уже путь к автономности любого объекта в удаленных лесных районах.

Думаю, что монополизм в области энергоносителей не пустил в жизнь этот двигатель. Получать прибыль от продажи топлива для ДВС гораздо выгоднее, чем просто производить установки для автономного электро и теплоснабжения.

Но пиролиз для получения горючего (а тем более, очищенного от загрязнений) газа – это более сложный путь. И к тому же ресурс двигателя внутреннего сгорания сокращается. Двигатель Стирлинга аналогичных пиролизному котлу размеров для привода генератора – это конструкция проще. Может быть как привод для насоса, генератора, подъемного механизма.

Давайте предположим, что сложностей нет и возможно произвести двигатель Стирлинга, работающий от небольшого котла. Котел, допустим, на 20-30 кВт тепловой мощности для отопления дома. Часть тепла от отопительного котла отбираем на работу двигателя и привод электрогенератора. Пусть 5 кВт – этого достаточно для освещения и питания электроприборов.

Типы двигателей

Двигатели бывают двух основных типов: 

  • двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) сжигают топливо в одном месте и производят энергию в другой части той же машины; 
  • двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели) сжигают топливо и производят мощность в одном и том же месте (в автомобиле все это происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах). 

Оба типа двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем остывать.

Чем больше разница температур (между самым горячим и самым холодным газом), тем лучше работает двигатель. 

Кем был человек, стоящий за машинами

Wikipedia

Герон – своего рода историческая загадка. Исследователи полагают, что он, скорее всего, был греческого происхождения и жил примерно в 10-70 годах нашей эры.

Будучи студентом, он любил исследовать полки огромной библиотеки в Александрийском университете и находился под сильным влиянием работ Ктесибия Александрийского – еще одного греческого изобретателя в птолемеевском Египте.

Став взрослым, он писал работы по математике и инженерии, которые были наполнены идеями, на столетия опередившими свое время. Эти книги включали в себя пошаговые схемы и подробные объяснения и, вероятно, разрабатывались как лекции или пособия, что свидетельствует о том, что Герон почти наверняка был преподавателем в Александрийском университете.

Он изобрел первую в мире монетную машину, использовавшуюся для раздачи вина в храмах, а также пожарную машину, водяной орган, разные механизмы для театра и механический «зверинец», демонстрировавший поющих птиц и кукол-марионеток.

К сожалению, большинство его работ было уничтожено во время разрушения Александрийской библиотеки, но некоторые сохранились благодаря арабским рукописям.

Вот еще несколько удивительных изобретений Герона:

торговый автомат – первый в мире аппарат, продававший святую воду. Посетители храма вставляли монету в машину Герона, та падала на рычаг, клапан открывался и позволял воде вытекать.

автоматическая дверь – устройство автоматического открывания дверей, которое с помощью тепла и пневматики «волшебным образом» открывало двери храма.

орган с ветровым приводом – музыкальный инструмент, использовавший небольшое ветряное колесо для приведения в действие поршня и нагнетания воздуха через органные трубы, создавая звуки, похожие на трели флейты. Это устройство считается первой ветряной машиной.

«роботы» – в 60 году нашей эры Герон сконструировал первых в мире программируемых роботов для развлечения театральной публики. Он даже создал полностью механическую десятиминутную пьесу, приводимую в движение системой веревок, узлов и простых механизмов.

формула Герона – выдающийся изобретатель был не менее талантливым математиком. Он придумал новый метод вычисления площади треугольника, который впоследствии ученые стали называть «формулой Герона».

Как видим, вклад этого человека в инженерное дело, науку и технологии просто потрясающий. В семи книгах, переживших сгоревшую Библиотеку, древний изобретатель исследует концепции автоматов, боевых машин, приводит формулы для вычисления площади и объема, а также рассуждает о природе света.

Но самая известная его работа – двухтомник под общим названием «Пневматика». Это одно из первых в мире исследований пара и гидравлической энергии, и на всех страницах автор использует религиозные статуи и иконографию в качестве примеров своих механических идей.

Одна из таких статуй, «Фигура 11: Возлияния у алтаря», демонстрирует женщину с кувшином и мужчину с чашей. Между ними алтарь, на котором поклоняющийся может зажечь огонь, а под их ногами находится камера с вином.

Как только прихожанин зажжет алтарь, по словам Герона, «воздух внутри опустится и окажет давление на содержащуюся внутри жидкость, которая, не имея другого пути к отступлению, пойдет через расположенные в статуях трубы, и возлияния не прекратятся, пока огонь не будет потушен». Позже в «Пневматике» Герон адаптирует ту же систему к дверям храма, заставляя их открываться.

Модель Папена

Серия научных открытий XVII- XVIII вв., познакомившая человечество с воздействием атмосферного давления, свойствами вакуума и расширением объёма тел при нагревании, дала пищу умам конструкторов, стремившихся создать новые типы двигателей. Опираясь на накопленные знания и конструкторский опыт предшественников, французский изобретатель Дени Папен в 1680 г. создал первую модель паровой машины. Рабочий поршень его машины, поднятый паром, образованным в рабочем цилиндре, опускаясь под давлением атмосферы, с помощью системы блоков поднимал груз. Так модель Папена показывала возможность практического применения силы пара.

Дени Папен

Классификация паровых машин[править | править код]

Файл:Steam machine tandem.png Рис. 4. Схема паровой машины тандем: 1 — цилиндр низкого давления; 2 — цилиндр высокого давления; 3 — шатун;4 — кривошип

Файл:Steam machine compound.png Рис. 5. Схема паровой машины компаунд: кривошип цилиндра высокого давления расположен на 90° относительно кривошипа цилиндра низкого давления; 1 — цилиндр высокого давления; 2 — кривошип цилиндра высокого давления; 3 — маховик; 4 — кривошип цилиндра низкого давления; 5 — цилиндр низкого давления

Паровые машины разделяются:

  • по назначению
    • стационарные
    • нестационарные (передвижные и транспортные)
  • по используемому пару
    • низкого давления (до 12 кг/см²)
    • среднего давления (до 60 кг/см²)
    • высокого давления (свыше 60 кг/см²)
  • по числу оборотов вала
    • тихоходные (до 50 об/мин, как на колёсных пароходах)
    • быстроходные
  • по давлению выпускаемого пара
    • на конденсационные (давление в конденсаторе 0,1—0,2 ата)
    • выхлопные (с давлением 1,1—1,2 ата)
    • теплофикационные с отбором пара на нагревательные цели или для паровых турбин давлением от 1,2 ата до 60 ата в зависимости от назначения отбора (отопление, регенерация, технологические процессы, срабатывание высоких перепадов в предвключённых паровых турбинах).
  • По расположению цилиндров
    • горизонтальные
    • наклонные
    • вертикальные
  • по числу цилиндров
    • одноцилиндровые
    • многоцилиндровые
      • сдвоенные, строенные и т. д., в которых каждый цилиндр питается свежим паром
      • паровые машины многократного расширения, в которых пар последовательно расширяется в 2, 3, 4 цилиндрах возрастающего объёма, переходя из цилиндра в цилиндр через т. н. ресиверы (коллекторы).

По типу передаточного механизма паровые машины многократного расширения делятся на тандем-машины (рис. 4) и компаунд-машины (рис. 5). Особую группу составляют прямоточные паровые машины, в которых выпуск пара из полости цилиндра осуществляется кромкой поршня.

Морские паровые машины

(В первой редакции простые ПМ не рассматривал.До первого коммента ( погибшего).Действительно — никто не мешает сделать тотж «Новик» аж на 4х винтах , влепив 4 компаунда. Но одноцилиндровая — все таки на мой взгляд перебор)
Выбрасывать воду в виде пара на море- довольно расточительно. Корабль- не мельница на речке- пресной воды нет (те конечно есть — но её достаточно мало). Можно, конечно, питать котлы заборной водой, но сразу встает вопрос засоления трубок котлов. И придумали оригиальну вещь . Пар из первого цилиндра ( раширившись и совершив какую-то работу) идет во второй цилиндр и делает уже работу там . Опять расширившись он не выбрасывается в атмосферу а идет в холодильник , где конденсируется до состояния воды и идет обратно в котел. Так появились машины двойного расширения. Добавив третий цилиндр- получили машины тройного расширения.
Потом подобный девайс еще усовершенствовали- разделили цилиндр низкого давления на два .

Эту схему,применяли гтам, де один цилиндр низкого давления становился слишком большим при литье. Это также удобно для более действенной балансировки двигателя.

Изобретение Ползунова

Проект первой паровой машины, которая могла приводить в действие разнообразные рабочие механизмы, был создан в 1763 году. Разработал его русский механик И.Ползунов, работавший на горнорудных заводах Алтая.

Начальник заводов был ознакомлен с проектом и получил добро на создание устройства из Петербурга. Паровая машина Ползунова была признана, и работа по ее созданию была возложена на автора проекта. Последний хотел сперва собрать модель в миниатюре, чтобы выявить и устранить возможные недочеты, которые не видны на бумаге. Однако ему приказали начать строительство большой мощной машины.

Ползунову предоставили помощников, из которых двое были склонны к механике, а двое должны были выполнять подсобные работы. На создание паровой машины ушел один год и девять месяцев. Когда паровая машина Ползунова была почти готова, он заболел чахоткой. Умер создатель за несколько дней до проведения первых испытаний.

Все действия в машине проходили автоматически, она могла работать беспрерывно. Это было доказано в 1766 году, когда ученики Ползунова провели последние испытания. Спустя месяц оборудование было сдано в эксплуатацию.

Машина не просто окупила затраченные средства, но и дала прибыль своим владельцам. К осени котел дал течь, и работы остановились. Агрегат можно было починить, но это не заинтересовало заводское начальство. Машина была заброшена, а спустя десятилетие разобрана по ненадобности.

Как Геронов шар стал началом развития паровых двигателей, которые изменили мир.

Почти за 1800 лет до начала промышленной революции древний инженер по имени Герон создал первый в мире паровой двигатель.

В давние времена культурная столица Римской империи Александрия, расположенная на средиземноморском побережье Египта, была местом зарождения и развития новых религий. Но именно здесь берет свое начало уникальное изобретение, которое в последующем перевернет мир. Речь идет о паровой машине Герона, созданной в 69 году н.эры.

Спустя почти полвека после правления Цезаря Августа империя приближалась к своему историческому пику, и новые религиозные течения начали проникать на ее территорию площадью 2,2 миллиона квадратных миль.

В городе быстро зарождались разнообразные мистические культы, практиковались новые формы поклонения и даже создавались совершенно новые боги из плавильного котла римских, греческих и египетских верований.

При таком количестве храмов, претендующих на звание истинных проводников божественной сущности, конкуренция за последователей была жесткой

Чтобы выделиться и привлечь внимание, греческие священники обратились к Герону, также известному как «механикос» («человек-машина»), с просьбой о разработке механизмов, демонстрирующих разные небесные и «божественные» явления

Wikipedia

Но грек-вундеркинд не полагался на благосклонность своего пантеона богов для создания невозможного. Вместо этого он использовал науку и инженерию, которые потом выпадут из поля зрения на многие сотни лет.

В древних храмах Герон применил силу гидравлики и пара, создавая поющих птиц, вспышки пламени и движущихся статуй в надежде внушить богобоязненным гражданам религиозный трепет.

В процессе создания таких рукотворных чудес он изобрел нечто, что изменило мир, – эолипил, также известный как Геронов шар или турбина. Это была, по сути, первая в мире паровая машина.

Паровой велосипед.

Сильвестр Говард Роупер в 1867 первый использовал двигатель внешнего сгорания на двухколесном транспорте. Так появился первый паровой велосипед Роупера, по сути первый мотоцикл. Двухцилиндровый паровой двигатель был размещен под сиденьем велосипеда весь механизм крепился к раме с помощью двух пружин. Пар выходил из трубы прямо за седлом, а вода поступала в котел из резервуара который являлся частью сиденья. Как ни странно, но управление ускорением осуществлялось так же как и на современных мотоциклах — с помощью ручки на руле: выкручивая ее от себя, водитель увеличивал скорость. Ну а при повороте ручки на себя активировались тормоза.

Велосипед Роупера

Паровой велосипед восхищал и заинтересовывал людей на различных выставках, тогда как в обычной жизни пешеходы пугались изобретения Сильвестра. В дальнейшем Роупер изобрел и модифицировал еще несколько вариантов паровых велосипедов. На одном из таких велосипедов талантливый инженер и погиб, катаясь по велотреку в американском Кембридже, получил не совместимую с жизнью травму головы.

Паровой велосипед

Принцип действия паровой машины[править | править код]

Файл:Steam machine cycle.png Рис. 1. Теоретическая индикаторная диаграмма паровой машины

Поршень образует в цилиндре паровой машины одну или две полости переменного объёма, в которых совершаются процессы сжатия и расширения, что показано на рис. 1 кривыми зависимости давления p от объёма V указанных полостей.
Эти кривые образуют замкнутую линию в соответствии с тепловым циклом, по которому работает паровая машина между давлениями p1 и p2, а также объёмами V1 и V2.

Моменты начала и конца процессов расширения и сжатия пара дают четыре основные точки реального цикла паровой машины: объём Ve, определяемый точкой 1 начала или предварения впуска; объём конца впуска или наполнения Е, определяемый точкой 2 отсечки наполнения; объём предварения выпуска или конца расширения Va, определяемый точкой 3 предварения выпуска; объём сжатия Vc, определяемый точкой 4 начала сжатия. В реальной паровой машине перечисленные объёмы фиксируются парораспределительными органами. Принцип действия паровой машины показан на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Работа паровой машины двойного действия


Рис. 3. Устройство паровой машины

Работа поршня 1 посредством штока 2, ползуна 3, шатуна 4 и кривошипа 5 передаётся главному валу 6, несущему маховик 7, который служит для снижения неравномерности вращения вала. Эксцентрик, сидящий на главном валу, с помощью эксцентриковой тяги приводит в движение золотник 8, управляющий впуском пара в полости цилиндра. Пар из цилиндра выпускается в атмосферу или поступает в конденсатор. Для поддержания постоянного числа оборотов вала при изменяющейся нагрузке паровые машины снабжаются центробежным регулятором 9, автоматически изменяющим сечение прохода пара, поступающего в паровую машину (дроссельное регулирование, показано на рисунке), или момент отсечки наполнения (количественное регулирование).

Появление первого автомобиля в России

Первым автомобилем,
появившимся в России, был агрегат иностранного производства. Машина была
привезена Василием Навороцким в 1891 г. и называлась «Панар-Левассор». Французский аппарат
пробудил огромный интерес к автомобилестроению в России.

Затем автомобиль марки Motorwagen появился в
Санкт-Петербурге. Он был привезен для личного использования А.Жиргалевым. Являлся первым бензиновым
авто в Питере. Данное событие произошло в 1885 году. Москвичи познакомились с самоходными агрегатами
только в 1899.

Машину Фрезе и Яковлева принято считать первым российским автомобилем

Проектировка и постройка
первого Российского автомобиля происходила на рубеже 80-х годов 19 века. В 1886
известная Санкт-Петербургская компания «Фрезе и Ко» показала свою машину. Это
была двухместная повозка, оснащенная бензиновым ДВС.

Машина практически ничем не отличалась от зарубежных аналогов, однако стоит отметить инновационные решения русских изобретателей:

  • создание складной тканевой крыши;
  • установка резиновых ремней для передачи
    крутящего момента;
  • реализация передней подвески с помощью
    рессор.

Мощностные характеристики
силовой установки довольно высокие — мощность двигателя составляла 2 лошадиные
силы
. Автомобиль мог разогнаться до 22 километров в час. Запас хода был огромен
— автомобиль мог проехать на одном баке 150 километров.

Электромобили также набирали популярность. Ипполит Романов создал первый российский электрокар. Автомобиль имел максимальную скорость 37 километрам в час. Его вес составлял всего 750кг, к слову, половину весил только аккумулятор. К сожалению, автомобиль был одноразовым: запас хода составлял всего 65 километров. В серийное производство машина так и не поступила.

Самым популярным русским
автомобилем начала XX века был «Руссо-Балт К12». Его производство началось в 1908 году. Серийное
производство было налажено в Питере и Риге. Выпуск автомобилей был остановлен в
1926 г. Основные части двигателей отливались из алюминиевого сплава.
Максимальная мощность силовой установки составляла 20 лошадиных сил, чего
вполне хватало для передвижения 4-х человек. Мотор оборудован сифонной системой
охлаждения. Коробка передач была установлена отдельно от движка, она
соединялась с колесами с помощью кардана. Машина была очень тяжелой —  ее вес составлял 1,2
тонны.

Руссо-Балт К12/20 оснащен двигателем, мощность которого составляет 20 лошадиных сил. Это полноценный автомобиль, он выгодно отличается наличием тканевой крыши

Технические
характеристики автомобиля:

  • мотор – рядный, 4-х цилиндровый,
    2,2-литровый, с нижним расположением клапанов;
  • мощность – 12 лошадиных сил на 1500 оборотах;
  • КПП – механическая, на три ступени;
  • рама – лонжеронная;
  • тормоза – барабанные, задние;
  • подвеска – рессорная, зависимая;
  • максимальная скорость – 50 км/ч;
  • кузов – открытый, 4-х местный. 

Активное развитие автомобилестроения
началось в 30-40х годах XX века. Тогда были созданы легендарные машины,
которые и положили начало эпохи автомобильного транспорта. Стоит отметить
заслуги изобретателей: если бы не их разработки, возможно, сейчас не было бы
тех автомобилей, которые мы эксплуатируем каждый день.

Принцип работы и применение

Для действия паровой машины обязательно нужен паровой котёл. Он представляет собой двигатель внешнего сгорания, так как топливо для нагрева котла сгорает в топке, то есть вне основного механизма (в двигателе внутреннего сгорания процесс горения происходит внутри цилиндра). Пар, который расширяется в котле, давит на поршень (в паровом двигателе) или на лопасти (в паровой турбине), а их движение передаётся механическим путём к остальным деталям.

Существует несколько видов паровых машин:

  1. Локомобиль — установка, в которой парообразующий агрегат, поршень и другие элементы смонтированы вместе, как один механизм. Отсюда и название (локальный — расположенный в одном месте).
  2. Тип компаунд — машина одиночного действия. Поршень перемещается в одну сторону под давлением пара, а обратно возвращается за счет инерционного вращения маховика, который присоединяется к двигателю.
  3. Тип тандем — машина двойного действия. Была изобретена в 1782 году Джеймсом Уаттом. Здесь пар по очереди подается в каждую сторону, толкая поршень. В связи с этим тут более сложная система парораспределения. По сравнению с компаунд версией, эта имеет более высокую скорость работы и большую плавность движения.

До середины 20 века, когда уже достигли расцвета сложнейшие области физики, паровые двигатели все еще применялись там, где были необходимы их положительные свойства (высокий показатель надёжности, возможность долговременных перегрузок, неприхотливость, невысокие расходы на эксплуатацию, отсутствие специальных навыков для ремонта), и их использование было выгодным. Они активно внедрялись на теплозатратных промышленных предприятиях: заводах по производству сахара, бумажных заводах, в железнодорожном и водном транспорте.

Машина широкого спроса

В 1763 г. шотландскому инженеру Джеймсу Уатту пришлось чинить одну из машин Ньюкомена, и он обнаружил в ней много недочётов. Так, при запуске пара в охлаждённый водой цилиндр часть его тепла тратилась не на работу, а на повторный нагрев цилиндра. Но если держать цилиндр постоянно нагретым, как конденсировать пар? И тогда Уатт понял, что для создания вакуума в рабочем цилиндре можно просто откачать из него пар и отвести его охлаждаться в отдельный резервуар — в конденсатор, а оттуда вернуть воду обратно в котёл, замкнув цикл работы машины. В 1769 г. Уатт запатентовал свой пароатмосферный двигатель, который стал первой машиной, широко используемой в производстве.

Джеймс Уатт