Паровые двигатели связаны с индустриализацией, с громогласными паровозами и пароходами. По сей день жанр стимпанк отдает дань уважения эпохе паровых двигателей, сочетая футуристические идеи с механикой с паровым и зубчатым приводом. В 200-ю годовщину со дня смерти Джеймса Ватта 25 августа патент на паровой двигатель также отмечался в 250-й раз - в 1769 году Ватт подал заявку на патент на паровой двигатель, который должен был изменить нашу отрасль в долгосрочной перспективе.
История парового двигателя - кто это придумал?
Джеймс Уатт вообще приписывают изобретение парового двигателя - по ошибке. В то время как Уотт сыграл важную роль в оптимизации технологии, паровой двигатель стал результатом многих изобретателей и технических разработок. Дени Папен, французский физик, разработал один из первых паровых двигателей еще в 1690 году. Это был цилиндр с водой и поршнем. Если вы попеременно нагревали и охлаждали цилиндр, поршень двигался и мог выполнять механическую работу.
Английский инженер и изобретатель Томас Сэвери, наконец, создал первый паровой двигатель, который использовался для специального применения: безпоршневой паровой насос, который накачивал грунтовые воды из шахт. Пар, генерируемый в паровом котле, вызывал подъем воды из-за ее расширения и уменьшения объема при нагреве и охлаждении.
Эффективность паровых двигателей Savery и Papin все еще была очень низкой - только в 1712 году атмосферный паровой двигатель, разработанный английским мастером-кузнецом Томасом Ньюкоменомбыло действительно практично. На иллюстрации слева показан режим работы: над сферическим паровым котлом находится цилиндр, в котором поршень движется вверх и вниз. Движение передается на насос через поворотный рычаг. Когда пар поступает в паровой котел, поршень в цилиндре поднимается за счет веса штока насоса. В самой высокой точке подача пара прерывается, и цилиндр охлаждается. Пар конденсируется, давление в цилиндре падает, а давление воздуха толкает цилиндр вниз. Паровой двигатель Newcomensche использовался в основном в шахтах. Поскольку добывающие компании копали все глубже и глубже, возникла необходимость в эффективных машинах для откачки шахтной воды.
Джеймс Уотт и паровой двигатель
С 1759 года шотландец Джеймс Уотт также занимался технологией парового двигателя. Он значительно улучшил эффективность атмосферного парового двигателя Ньюкомена, подключив конденсатор к паровому двигателю. Он зарегистрировал эту конструкцию на патент ровно 250 лет назад, в 1769 году. Вместе с партнером он сделал свое изобретение реальностью на фабрике в Сохо с 1774 года.
Паровой двигатель одностороннего действия, изобретенный Ваттом, работает следующим образом: Пар из парового котла поступает в цилиндр через клапан. Это толкает поршень вниз в цилиндре. Первый клапан закрывается, компенсирующий клапан открывается, так что давление уравновешивается над и под поршнем. Это снижает вес и перемещает поршень вверх. Затем открывается клапан к конденсатору, в который вдавливается водяной пар. В результате разрежения в конденсаторе поршень возвращается вниз.
Вот как работает паровой двигатель одностороннего действия от Джеймса Ватта:
Паровой двигатель одностороннего действия в основном использовался в качестве насоса. В то время, однако, потребность в машине, которая обеспечивала плавные вращательные движения, была высокой, поэтому Уотт продолжил разработку своего парового двигателя и сконструировал паровой двигатель двойного действия. Сначала он соединил две комнаты с напорными клапанами над и под цилиндром к паровому котлу и конденсатору, чтобы использовать оба движения поршня в качестве рабочих ходов - так что вес был просрочен, чтобы поршень снова подняли. До сих пор, однако, можно было передавать только тяговые усилия цилиндра, направленные вниз, используя цепь - чтобы теперь использовать оба рабочих такта, Ватт использовал поршневой шток вместо цепи. А в 1784 году он изобрел так называемый направляющий столб на балансир Параллелограмм Уотта - который он сам назвал своим величайшим изобретением.
Чтобы преобразовать предыдущее поршневое движение парового двигателя в желаемое вращательное движение, инженер и сотрудник Джеймса Уотта, Уильям Мердок, изобрели эпициклическое зубчатое колесо или планетарное зубчатое колесо, которое было установлено вместо веса. Кроме того, на паровом двигателе двойного действия впервые использовался центробежный регулятор, который регулировал рабочую скорость машины и обеспечивал постоянную скорость. Чтобы продемонстрировать, сколько работы проделал его паровой двигатель, Ватт изобрел мощность в «лошадиных силах».
Вот как работает паровой двигатель двойного действия Джеймса Уатта:
Паровой двигатель и индустриализация
Благодаря этим усовершенствованиям паровой двигатель стал экономичным и не только стал популярным в горнодобывающей промышленности, но также использовался в других промышленных применениях и на транспорте со второй половины 18-го века.
Паровой двигатель позволил построить заводы, независимые от природных источников энергии, таких как ветряные или водяные мельницы - в городах строилось все больше и больше заводов, и началась урбанизация. В промышленности его использовали преимущественно в текстильной и машиностроительной промышленности. Доиндустриальные станки и станки с ручным управлением стали станками, работающими на энергии пара, что внесло значительный вклад в первую промышленную революцию. В то же время происходил процесс деквалификации, поскольку рабочим больше не приходилось самостоятельно управлять инструментом, теперь машина стала работать, а высокоспециализированные специалисты стали излишними. Транспорт был также сформирован паровыми двигателями: паровозы и пароходы сделали это возможнымПеревозите товары за меньшее время и с меньшими затратами.
Видео объясняет, как паровой двигатель изменил мир:
Индустриализация требовала лучшей и более быстрой работы, но паровой двигатель вскоре достиг предела того, что было технически осуществимо, потому что число ударов было ограничено. Паровая турбина, которая до сих пор используется на многочисленных электростанциях, в конечном итоге была изобретена для значительно более высокой производительности.