Historia wynalazku silników parowych. Tworzenie silnika parowego

Możliwości wykorzystania energii pary były znane na początku naszej ery. Potwierdza to urządzenie o nazwie Geronovsky eolipil, stworzone przez starożytnego greckiego mechanika Herona z Aleksandrii. Starożytny wynalazek można przypisać turbinie parowej, której kula jest obracana z powodu siły strumieni pary wodnej.

Dostosowanie pary do silnika stało się możliwe w XVII wieku. Ten wynalazek nie był używany przez długi czas, ale wniósł znaczący wkład w rozwój ludzkości. Ponadto historia wynalazku silników parowych jest bardzo ekscytująca.

Pojęcie

Silnik parowy składa się z zewnętrznego silnika spalinowego, który z energii pary wodnej wytwarza ruch mechaniczny tłoka, który z kolei obraca wał. Moc silnika parowego jest zwykle mierzona w watach.

Historia wynalazku

Historia wynalezienia silników parowych wiąże się ze znajomością starożytnej cywilizacji greckiej. Przez długi czas nikt nie używał dzieł tej epoki. W XVI wieku podjęto próbę stworzenia turbiny parowej. Turecki fizyk i inżynier Takiyuddin ash-Shami pracował w Egipcie nad tym.

Zainteresowanie tym problemem powróciło w XVII wieku. W 1629 Giovanni Branca zaproponował własną wersję turbiny parowej. Jednak wynalazek stracił dużą ilość energii. Dalszy rozwój wymagał odpowiednich warunków ekonomicznych, które pojawią się później.

Pierwszym, który wynalazł silnik parowy, jest Denis Papen. Wynalazek dotyczył cylindra z tłokiem wznoszącym się z powodu pary wodnej i opadającym w wyniku jego skraplania. Ta sama zasada działania miała urządzenia Severy'ego i Newcomena (1705). Sprzęt używany do pompowania wody z wyrobisk podczas wydobywania minerałów.

Urządzenie zostało ostatecznie ulepszone przez Watt w 1769 roku.

Wynalazki Denis Papen

Denis Papen był lekarzem przez trening. Urodził się we Francji, w 1675 przeniósł się do Anglii. Jest znany z wielu swoich wynalazków. Jednym z nich jest szybkowar, który był nazywany "kotłem papen".

Był w stanie zidentyfikować związek między dwoma zjawiskami, mianowicie temperaturą wrzenia cieczy (wody) i powstającym ciśnieniem. Z tego powodu stworzył zamknięty kocioł, w którym zwiększono ciśnienie, z powodu którego woda zaczęła się gotować później niż zwykle, a temperatura przetwarzania umieszczonych w nim produktów wzrosła. W ten sposób zwiększono prędkość gotowania.

W 1674 roku wynalazca medyczny stworzył silnik proszkowy. Jego zadaniem było to, że kiedy proszek zapłonął, tłok poruszał się w cylindrze. W cylindrze wytworzyła się słaba próżnia, a ciśnienie atmosferyczne przywróciło tłok na swoje miejsce. Powstające w tym procesie pierwiastki gazowe wypłynęły przez zawór, a reszta ostygła.

W 1698 r. Papen był w stanie stworzyć agregat na tej samej zasadzie, działając nie na prochu, ale na wodzie. W ten sposób powstał pierwszy silnik parowy. Pomimo znaczącego postępu, do którego pomysł ten mógł doprowadzić, nie przyniósł on znaczących korzyści wynalazcy. Wynikało to z faktu, że wcześniej inny mechanik, Seyver, już opatentował pompę parową i jeszcze nie wynalazł żadnego innego zastosowania dla takich jednostek.

Denis Papen zmarł w Londynie w 1714 roku. Pomimo faktu, że pierwszy silnik parowy został wymyślony przez niego, pozostawił ten świat w potrzebie i samotności.

Wynalazki Thomasa Newcomena

Większym sukcesem pod względem dywidend był Anglik Newcomen. Kiedy Papen stworzył swój samochód, Thomas miał 35 lat. Dokładnie przestudiował pracę Saveri i Papena i był w stanie zrozumieć wady obu struktur. Od nich wziął wszystkie najlepsze pomysły.

Już w 1712 roku, we współpracy z mistrzem szkła i wodociągów Johnem Callie, stworzył swój pierwszy model. Kontynuowano więc historię wynalezienia silników parowych.

Możesz krótko objaśnić stworzony model w następujący sposób:

• Konstrukcja łączy w sobie pionowy cylinder i tłok, tak jak w Papen.
• Wytwarzanie pary odbyło się w oddzielnym kotle, który pracował na zasadzie maszyny Saveri.
• Szczelność w cylindrze parowym osiągnęła skóra pokryta tłokiem.

Jednostka Newcomen podniosła wodę z kopalni pod ciśnieniem atmosferycznym. Maszyna wyróżniała się solidnym rozmiarem i wymagała dużej ilości węgla do pracy. Pomimo tych niedostatków model Newcomen był używany w kopalniach przez pół wieku. Pozwoliła nawet ponownie otworzyć kopalnie, które zostały porzucone z powodu zalania wodą gruntową.

W roku 1722 dziecko z Newcomen wykazało swoją skuteczność pompując wodę ze statku w Kronsztadzie w ciągu zaledwie dwóch tygodni. System z wiatrak mógł to zrobić za rok.

Ze względu na to, że samochód został stworzony na podstawie wczesnych wersji, angielski mechanik nie mógł uzyskać patentu na to. Projektanci próbowali zastosować wynalazek do ruchu pojazdu, ale nie udało mu się. W tym samym czasie historia wynalazków silników parowych nie zatrzymała się.

Wynalazek Wata

Pierwszy, który wynalazł sprzęt, jest niewielkich rozmiarów, ale wystarczająco potężny, James Watt. Silnik parowy był pierwszym tego typu. Mechanik z Uniwersytetu w Glasgow w 1763 r. Rozpoczął naprawę jednostki pary Newcomen. W wyniku naprawy zrozumiał, jak zmniejszyć zużycie paliwa. W tym celu konieczne było utrzymywanie cylindra w stanie ciągłego ogrzewania. Jednak silnik parowy Watt'a nie mógł być gotowy, dopóki problem kondensacji pary nie zostanie rozwiązany.

Decyzja zapadła, gdy mechanik przeszedł obok pralni i zauważył, że spod pokryw kotła wydobywały się pary. Uświadomił sobie, że para jest gazem i musi poruszać się w cylindrze o obniżonym ciśnieniu.

Po uzyskaniu szczelności w cylindrze parowym za pomocą liny konopnej nasączonej olejem, Watt był w stanie zrezygnować z ciśnienia atmosferycznego. To był duży krok naprzód.

W 1769 r. Mechanik otrzymał patent, który stwierdził, że temperatura silnika w silniku parowym będzie zawsze równa temperaturze pary. Jednak sprawy nieszczęsnego wynalazcy nie poszły tak dobrze, jak się spodziewano. Był zmuszony do złożenia patentu na długi.

W 1772 roku poznał Matthew Boltona, bogatego przemysłowca. Kupił i zwrócił Wattowi swoje patenty. Wynalazca wrócił do pracy wspierany przez Boltona. W 1773 silnik parowy Watt'a przeszedł test i pokazał, że zużywa węgiel znacznie mniej niż jego odpowiedniki. Rok później jego samochody zaczęły się w Anglii.

W 1781 wynalazca zdołał opatentować swoje kolejne dzieło - silnik parowy do napędzania maszyn przemysłowych. Po chwili wszystkie te technologie pozwolą na przeniesienie pociągów i parowców za pomocą pary. To całkowicie zmieni życie człowieka.

Jedną z osób, które zmieniły życie wielu ludzi, był James Watt, którego silnik parowy przyspieszył postęp techniczny.

Wynalazek Polzunova

Projekt pierwszego silnika parowego, który mógł aktywować różne mechanizmy robocze, powstał w 1763 roku. Został opracowany przez rosyjskiego mechanika I.Polzunova, który pracował w kopalniach Ałtaju.

Kierownik zakładów zapoznał się z projektem i otrzymał zgodę na stworzenie urządzenia z Petersburga. Silnik parowy Polzunova został doceniony, a prace nad jego stworzeniem zostały powierzone autorowi projektu. Ten ostatni chciał najpierw zmontować model w miniaturze, aby zidentyfikować i wyeliminować ewentualne niedociągnięcia, które nie są widoczne na papierze. Jednakże kazano mu rozpocząć budowę dużej potężnej maszyny.

Polzunov otrzymał pomocników, z których dwóch było podatnych na mechanika, a dwóch miało wykonywać pracę pomocniczą. Utworzenie silnika parowego zajęło rok i dziewięć miesięcy. Gdy silnik parowy Polzunova był już prawie gotowy, zachorował na skutek konsumpcji. Twórca zmarł kilka dni przed pierwszymi testami.

Wszystkie czynności w samochodzie były automatyczne, mogła pracować bez przerwy. Zostało to udowodnione w 1766 roku, kiedy uczniowie Polzunowa przeprowadzili ostatnie testy. Miesiąc później sprzęt został oddany do użytku.

Samochód nie tylko spłacił wydane pieniądze, ale także dał zysk swoim właścicielom. Do jesieni kocioł wyciekł i praca ustała. Jednostka mogła zostać naprawiona, ale szefowie fabryki nie byli zainteresowani. Samochód został porzucony, a dziesięć lat później rozebrano na bezużyteczność.

Zasada działania

Do obsługi całego systemu potrzebny jest kocioł parowy. Uzyskana para rozszerza się i naciska na tłok, powodując ruch części mechanicznych.

Zasada działania najlepiej jest zbadać na poniższej ilustracji.

Jeśli nie malujesz detali, praca silnika parowego zamienia energię pary ruch mechaniczny tłok.

Współczynnik wydajności

Sprawność silnika parowego jest określona przez stosunek użyteczności praca mechaniczna w odniesieniu do zużytego ciepła zawartego w paliwie. Energia uwalniana do środowiska jako ciepło nie jest brana pod uwagę.

Wydajność silnika parowego jest mierzona w procentach. Sprawność praktyczna wyniesie 1-8%. W obecności skraplacza i rozszerzania się części przepływowej wskaźnik może wzrosnąć do 25%.

Korzyści

Główną zaletą urządzeń parowych jest to, że kocioł może wykorzystywać dowolne źródło ciepła, zarówno węgiel, jak i uran jako paliwo. To znacznie odróżnia go od silnika spalinowego. W zależności od rodzaju tego paliwa wymagany jest pewien rodzaj paliwa.

Historia wynalezienia silników parowych pokazała zalety, które są nadal zauważalne dzisiaj, ponieważ energia jądrowa może być używana do analogu pary. Sam w sobie reaktor jądrowy nie mogą przekształcić swojej energii w pracę mechaniczną, ale jest on w stanie emitować dużą ilość ciepła. Następnie używa się go do wytworzenia pary, która uruchomi samochód. Energia słoneczna może być wykorzystywana w ten sam sposób.

Lokomotywy pracujące na parze pokazują się dobrze na dużych wysokościach. Skuteczność ich pracy nie cierpi z powodu obniżonego ciśnienia atmosferycznego w górach. Lokomotywy są nadal używane w górach Ameryki Łacińskiej.

Austria i Szwajcaria używają nowych wersji lokomotyw parowych. Wykazują wysoką wydajność dzięki wielu ulepszeniom. Nie wymagają one utrzymywania i konsumowania frakcji lekkich olejów jako paliwa. Wskaźniki ekonomiczne są porównywalne z nowoczesnymi lokomotywami elektrycznymi. Jednocześnie lokomotywy są znacznie lżejsze niż ich odpowiedniki z silnikami diesla i elektrycznymi. Jest to ogromna zaleta w warunkach górskich.

Wady

Wady obejmują przede wszystkim niską wydajność. Dodaj do tego uciążliwy projekt i niską prędkość. Stało się to szczególnie zauważalne po pojawieniu się silnika spalinowego.

Aplikacja

Kto wynalazł silnik parowy, jest już znany. Pozostaje dowiedzieć się, gdzie zostały użyte. Do połowy XX wieku w przemyśle stosowano silniki parowe. Były również wykorzystywane do transportu kolejowego i parowego.

Rośliny, które wykorzystały silniki parowe :

• cukier;
• dopasować;
• papiernie;
• tkanina;
• przedsiębiorstwa spożywcze (w niektórych przypadkach).

Turbiny parowe również należą do tego sprzętu. Z ich pomocą generatory prądu nadal działają. Około 80% energii elektrycznej na świecie wytwarzana jest za pomocą turbin parowych.

W pewnym momencie stworzono różne rodzaje transportu, które działają na silniku parowym. Niektórzy nie zapuszczają korzeni z powodu nierozwiązanych problemów, podczas gdy inni nadal pracują dzisiaj.

Pojazdy z silnikiem parowym:

• samochód;
• ciągnik;
• koparka;
• samolot;
• lokomotywa;
• statek;
• ciągnik siodłowy

Taka jest historia wynalezienia silników parowych. Można krótko rozważyć dobry przykład samochodu wyścigowego Serpolla, stworzonego w 1902 roku. Został ustanowiony światowy rekord prędkości, który wyniósł 120 km na godzinę na lądzie. Właśnie dlatego parowe samochody były konkurencyjne w stosunku do odpowiedników elektrycznych i benzynowych.

Tak więc w Stanach Zjednoczonych w 1900 r. Wyprodukowano najwięcej silników parowych. Spotkali się na drogach do lat trzydziestych XX wieku.

Większość tego transportu stała się niepopularna po pojawieniu się silnika spalinowego, którego sprawność jest znacznie wyższa. Te maszyny były bardziej ekonomiczne, a jednocześnie lekkie i szybkie.

Steampunk jako duch epoki silników parowych

Mówiąc o silnikach parowych, chciałbym wspomnieć o popularnym kierunku - steampunku. Termin składa się z dwóch angielskich słów - "pary" i "protest". Steampunk to rodzaj science fiction, który opowiada o drugiej połowie XIX wieku w wiktoriańskiej Anglii. Ten okres w historii jest często określany jako Wiek pary.

Wszystkie dzieła mają jedną charakterystyczną cechę - opowiadają o życiu drugiej połowy XIX wieku, a styl narracji przypomina powieść "Wehikuł czasu" Herberta Wellsa. Działki opisują miejskie krajobrazy, budynki publiczne, wyposażenie. Szczególne miejsce zajmują sterowce, stare samochody, fantazyjne wynalazki. Wszystkie części metalowe były mocowane za pomocą nitów, ponieważ spawanie nie zostało jeszcze zastosowane.

Termin "steampunk" pojawił się w 1987 roku. Jego popularność wiąże się z nadejściem powieści "Maszyna różnicowa". Został napisany w 1990 roku przez Williama Gibsona i Bruce Sterling.

Na początku XXI wieku kilka znanych filmów ukazało się w tym kierunku:

• "Time Machine";
• Liga wybitnych dżentelmenów;
• "Van Helsing."

Prekursorami steampunków są dzieła Julesa Verne'a i Gregory'ego Adamova. Od czasu do czasu zainteresowanie tym obszarem przejawia się we wszystkich sferach życia, od kina po zwykłe ubrania.