Водооткачивающая машина перетворюється на теплової двигун

Водооткачивающая машина перетворюється на теплової двигатель

А. Моравський, М. Файн Первый універсальний теплової двигун було створено Росії видатним винахідником, механіком Воскресенських заводів на Алтаї І. І. Ползуновым.

И. І. Повзунів народився 1728 р. на Уралі у ній солдата. У 1742 р. закінчив арифметичну школу і почав служити на Екатеринбургском заводі. Коли йому виповнилося 19 років, було переведено на Алтай на Колывано-Воскресенские заводи, належали царської сім'ї, де обіймав нижчі технічні посади.

Но потім його адміністрації призначили в Барнаульское комісарське управління, де у 1754 р. він здобув звання шихтмейстера, уравнивавший їх у правах з цим обер-офицерским чином.

Ни в Єкатеринбурзі, і Алтаї машин, діючих «з допомогою рушійної сили вогню», був. Однак відомо, що у 1762 р. Повзунів та інші фахівці були зобов’язані вивчити «Наставляння рудному справі», написане президентом колегії-берг-колегії й головним суддею монетною канцелярії І. А. Шлаттером, у якому описувалися парові водовідкачувальні машини.

Есть підстави вважати, що Повзунів вивчив також книжки Леупольда і Белидора, в яких утримувалося опис парових водооткачивающих машин. Обидві ці книжки перевів російською мовою хоча б Шлаттер. Але достойні них установки не годилися ні на чого, крім відкачування воды.

Изобретательность Ползунова неспроможна не викликати захоплення. Він перший зрозумів, які можна змусити паровий машину спонукати як насос, а й ковальські міхи. Робітники органи його машини передавали рух валу відбору потужності. Це якість надавало машині Ползунова властивість универсальности.

Проект своєї машини Повзунів викладав у 1763 р. в записці, адресованій начальнику Колывано-Воскресенского гірничого округу А. І. Порошину.

Не маючи достатнього досвіду роботи з огнедействующими машинами, Повзунів тим щонайменше непросто копіює машини, достойні книгах, а вносить до проекту своєї машини суттєві відмінності між атмосферних машин на той час. Схема його машини представлена на рис. 1.

Два поршня пов’язані з головним валом з допомогою ланцюгів. До другої (вільному) кінцю кожної ланцюга прикріплений балансир. Водораспределительный кран по черзі подає охолодну води подпоршневые порожнини. Парораспределительный кран служить для сполуки цих порожнин з котлом.

Машина була атмосферної. Коли одне з подпоршневых порожнин поєднувалася з казаном, поршень під впливом тиску пара піднімався нагору, після чого парораспределительный кран повертався і відтинав подпоршневую порожнину від казана. Через трубку впрыскивалась вода, пар конденсировался й під поршнем створювався ваккум. Під впливом атмосферного тиску поршень опускався і робив корисну роботу. У цьому вся машина Ползунова нагадувала машину Ньюкомена.

Но у цьому подібність закінчувалося. У ній вперше передача від двох поперемінно діючих поршнів здійснена немає балансиру, а до шкивам з допомогою ланцюгів, а передача від шківів здійснена як до насмокчу, до ковальським міхами, т. е. вперше робочі органи двигуна і споживач його потужності пов’язані друг з другом.

Кроме того, Повзунів вніс серйозні удосконалення до конструкцію робочих органів двигуна, застосував оригінальну систему паро і водораспределения, і на відміну від машин Ньюкомена вісь валу його машини була паралельна площині цилиндров.

Свою машину І. І. Повзунів почав будувати в 1764 р. До нього відрядили чотирьох учнів, що їх мав навчити як теорії, а й ремеслам.

Но Барнаульський завод був металургійним і мав за потрібне металлообрабатывающим устаткуванням, і треба думати, що Ползунову доводилося винаходити способи обробки деталей своєї машини. Машина була виготовлено у грудні 1765 р. На травні 1766 р. її творець помер від сухот. Машина випробували вже після смерті Леніна у жовтні 1766 р. і, в загальному, удовлетворительно.

Как всякий перший зразок, вона потребувала доопрацюванні, при цьому у листопаді виявили витікання казана. Але винахідника був живими, а ж без нього усуненням недоліків хто б займався. Машина не діяла до 1779 р., а потім — була разобрана.

История з машиною Ползунова насамперед свідчить про обдарованість винахідника. Розрахунки виконані якраз із зазначенням вимушені досвідченого визначення деяких опорів. Але головне, з допомогою ланцюгової передачі й двох циліндрів уперше було здійснено перехід до безперервному обертанню, т. е. створили перший універсальний двигатель.

К жалю, через необізнаності широкого загалу звідси винахід і необхідність ранньої смерті винахідника створення не справила помітного впливу процес розвитку теплових двигателей.

Патента на винахід за царської Росії І. І. Повзунів не просив, і цей перший патент на універсальний теплової двигун було видано Англії Джеймсу Уатту 5 січня 1769 р, на років пізніше, ніж датована записка І. І. Ползунова.

Д. Уатт народився 1736 р. в Шотландії. У 1754 р. він було відправлено у Глазго для навчання професії механіка, але переїхав до Лондона, та був знову в Глазго і там як університетського механіка. Там він підтримував взаємини з багатьма вченими Франції та грунтовно вивчав літературу по паротехнике.

Уже близько 1760 р. Уатт починає займатися самостійними розробками у сфері паротехники. Відомо, що він прочитав книжки Дезагюлье і Белидора про парових машинах, брав участь у дослідах Кевендиша і Прістлі з аналізу води, вимірював теплоту випаровування води та становив таблицю пружності водяного пара.

Вклад Уатта для створення парових машин дуже високий. Завдяки успішній роботі машин Севери і Ньюкомена досвід Папена винесення процесу конденсації межі машини забули. Однак у 1765 р. Уатт, виготовивши макет машини Ньюкомена в Глазго на замовлення місцевого університету та проводячи у ньому досліди, зрозумів, що його причиною її низькою економічності є охолодження розширюваного пара стінками циліндра.

И Уатт вирішує винести процес конденсації межі циліндра. То справді був крок, завершив формування робочого циклу паровий машины.

Считается, ідея винесення конденсації межі циліндра осінила Уатта раптово. Але діяльність Уатта не підтверджує цього. Якби Уатт не вивчив глибоко властивості води та пара, то навряд він зрозумів би причину низькою економічності макета машини Ньюкомена і почав шукати шляху усунення цієї причини.

Все його помисли було націлено шукати розв’язання цілком конкретної завдання. Ось як про цьому згодом сам Уатт: «Однак усе-таки це завдання настільки оволоділа моїм розумом, а мої обставини настільки вимагали повернути витрачений час і гроші, що було кинути цієї справи.

После того який у мене всіляко обміркував питання, я дійшов твердому висновку, що, для здобуття права зробити досконалу паровий машину, необхідно, щоб циліндр був завжди гарячий, як і входить у нього пар; але з іншого боку, конденсація пара для освіти вакууму мала бути за нормальної температури не вище 30|".

Поняв, що охолодження пара слід винести межі циліндра, Уатт бере свій «перший патент на паровий машину.

Перед подачею заявки на патент Уатт провів велику експериментальну роботу. Він став зі створення моделі, керуючись тим, що саме моделі машини Ньюкомена найяскравіше проявилися її вади. Він оточив циліндр моделі дерев’яної теплоизоляционной оболонкою і приєднав щодо нього з допомогою труби окремий посудину — конденсатор (рис. 2).

Одновременно Уатт вніс ще одну важливу вдосконалення. У машинах Ньюкомена на поршень діяв завжди і той ж перепад тисків" відмінність між атмосферним тиском і тиском конденсації за нормальної температури близько тридцяти|.

Уатт дійшов висновку, що тепер здається цілком очевидно, потужність машини можна збільшити, якщо використовувати не атмосферне тиск, а тиск пара. Це відкривало ширші можливості: тиск пара можна збільшити вище атмосферного; змінюючи тиск, можна регулювати потужність машини.

Кроме того, Уатт відразу вирішив будувати свою машину як універсальний теплової двигун і пов’язував її воєдино ні з якою споживачем мощности.

Затратив на виготовлення машини всі в нього, Уатт зміг наприкінці 1765 р. продемонструвати її работу.

Но виготовлення машин продаж були потрібні як гроші, а й виробництво з дуже високою на той час культурою, і за порадою своїх друзів Уатт звертається до власнику знаменитих Карронских заводів доктору медицини Ребеку.

Карронские заводи потребували вугіллі, і Ребек на той час придбав кам’яновугільні копальні, у яких відразу зіштовхнувся із необхідністю відкачування води. При таких обставин він було дуже зацікавлений у угоді з Уаттом. За договором він приймав він все витрати з вимогою, що він належатимуть дві третини прибылей.

Уатт отримав кошти і міг розпочати підготовку виробництва. Але фінансові справи Ребека нас дуже швидко занепали, і він припинив фінансування над машиною. Саме тоді Уатт отримав пропозицію продовжити над машиною від Метью Болтона, багатого фабриканта, власника металообробного заводи на Сохо. Стоїть за межею руйнування Ребек легко поступився своїх прав Болтону, й у 1773 р. Уатт впритул розпочав реалізацію своїх идей.

Дело не було такою простою, і до іспитів машини Уатт зміг почати лише кінці 1774 р., а перші результати одержав у 1775 р. Його машина, другий зразок якій він назвав «Вельзевул», по економічності перевершувала атмосферні машини Ньюкомена у два раза.

Можно було зайнятися її виробництвом і які розпочати отримувати прибуток. Але потрібно було зацікавити споживачів, які звикли до добре зарекомендували себе машинам Ньюкомена. І Уатт з Болтоном пропонують купувати в них машини на дуже привабливих умов. Вони дають свої машини безплатно.

Более того, беруть він витрати на монтажу нової машини та демонтажу машини Ньюкомена. А замість плати кожен власник нової машини протягом 25 років буде відраховувати їм третину вартості вугілля, зекономленого проти атмосферної машиною. Не відразу після придбання машини покупці починали розуміти, як вони прогадали.

Но, щоб втрачена прибуток, Уатту і Болтону доводилося утримувати штат висококваліфікованих інженерів, стежили за справністю і правильною експлуатацією. З іншого боку, потрібно було подбати про терміні дії патенту, оскільки він було видано на 14 років, з них минуло 6, і Уатт зайнявся клопотами про його продовженні. Після тривалих клопотань 22 травня 1775 р. його патент був продовжений поки що не 25 лет.

Уатт взагалі був добре з особливостями патентного права. Про це передусім свідчить формулювання його першого патенту № 013 від 5 січня 1769 р, наведена у книжці члена-кореспондента АН СРСР А. А. Радцига, з права вважається творцем вітчизняної школи паротурбостроения Патентна формула, як ми сказали б сьогодні, складається з шести пунктов:

Цилиндр чи посудину з пором зберігається в усі час так само нагрітим, як і входить у нього пар, що саме через те, що циліндр, по-перше, оточують оболонкою дерев’янний або з іншого матеріалу, погано яка проводить теплоту, по-друге, через те, що довкола нього пором чи іншими нагрітими тілами, і, в-третих, через те, що вода, ні інше якесь тіло, більш холодне, ніж пар, неприходить в зустріч із циліндром під час його роботи.

В машинах, які мають в цілому або частиною працювати у вигляді конденсації пара, звернення пара в воду має відбуватися у судинах, відділених від циліндра, але які можуть приходити з нею іноді у зіткнення Ці судини я називаю конденсаторами, і треба під час роботи машини у вигляді води чи іншого холодного тіла зберігати холодними з температурою не нижче від температури навколишнього повітря.

Воздух та інші газоподібні пружні тіла, не згущені внаслідок низькою температури конденсатора і заважають роботі машини, повинні віддалятися з конденсатора у вигляді насосів, наведених у дію самої машиною або іншими будь-яким чином.

Во часто я расчитываю застосувати пружну силу (тиску) пара на поршень й інші частини, які замінять його, так само, як застосовується атмосферне тиск у нинішніх звичайних вогненних машинах. Там коли вистачає холодної води, машини можуть працювати лише силою пара, причому останній по скоєнні роботи випускається просто у атмосферу".

В п’ятому пункті формули говориться про ротаційних парових машинах, у яких поршень обертається Така конструкція має низку переваг, зокрема відпадає потреба в преобразователе поступального руху поршня у вращательное.

В шостому пункті йдеться про неповної конденсації (ухудшенном вакуумі), про ущільненнях та про решту частинах машины.

Конечно, наведена вище формула винаходи відповідає сучасним вимогам до її викладу, але він чудово виконує своїх функцій: дає повне уявлення суть винаходу і надійно захищає права изобретателя.

Защите своїх винахідницьких прав Уатт приділяє багато уваги У 1781 р. він бере патент на зв’язок поршня з валом з допомогою шестеренчатой передачі, що явилася прообразом планетарного редуктора. Поява цього патенту, як і, як і більше пізнього патенти відомий «паралелограм Уатта», пов’язана з тим, що патент застосування шатунио-кривошипного механізму парових машинах вже було видано до цього часу 1779 р. винахідникам Вайсброу і Пикару.

Выдачу патенти застосування відомого тоді механізму Уатт вважав цілком неправомірної. Він: «Істинний винахідник кривошипного механізму був людина, створив звичайний верстат. Застосувати їх у паровий техніці була така ж легко, як скористатися ножем, призначеним для різання хліба, для розрізування сыра».

В 1782 р. він патентує розширення пара в циліндрі. До 1784 р. ставляться останні великі винаходи Уатта, достойні знаменитому патенті № 1432: подача пара з обох сторін поршня — подвійне дію пара; двухцилиндровая машина; відцентровий регулятор і параллелограммный механізм передачі руху осі поршня до балансиру.

К цьому часу було остаточно налагоджено виробництво заводі Болтона, розроблено інструкції зі складання, монтажу і експлуатації парових машин.

Дальнейшая діяльність великого винахідника звелася до незначним вдосконаленням конструкції і технології машин, рішенню поточних питань, що з фінансами та. У 1785 р. Уатт схиляється до того що, щоб «припинити досліди нових винаходів».

Он пише Болтону: «…особливо годі було нічого пробувати, що з будь-якої небезпекою невдачі чи може заподіяти нам труднощі при випробуванні. Будемо надалі виготовляти ті речі, які ми вміємо робити, і надамо інше молоді, якою загрожує втрата ані копійки, ні имени».

Надо сказати, проте, що патенти Уатта стримували діяльність цих «молодих людей». Тут доречно пригадати історію з Джонатаном Горнблоуэром, що у 1781 р. отримав патент на машину високого тиску з подвійним розширенням. Проте, коли Горнблоуэр почав у 1793 р. будівництво своєї машини, Уатт і Болтон порушили проти процес щодо порушення прав, що випливають із патенту № 1432.

Этот процес закінчився 1799 р. на користь позивачів, як і раніше що патент № 1432 було видано три роки пізніше, ніж патент Горнблоуэра. Щоб не порушення прав Уатта, Горнблоуэр було після прийняття рішення суду застосовувати конденсатор і використовувати пар високого тиску. Його машини було неможливо у зв’язку з цим конкурувати з машинами Уатта.

Уатт і Болтон загалом дуже уважно стежили те, щоб конкуренти не порушували їх патентних прав. Так відбувалось і у випадках, коли самі не збиралися використовувати запатентовані технічні рішення, наприклад, машину високого тиску, описану у першому патенті 1769 р., але з втілену Уаттом.

Его машини, як відомо, працювали за низького тиску (1,2−1,5 ат), але хто першим патент Уатта, сутнісно, блокував розвиток машин високого тиску весь період дії патента.

Любопытно, що Уатт і Болтон намагалися провести через парламент закону про заборону використання пара високого тиску, мотивуючи це міркуваннями громадської безпеки. Скептично ставився Уатт до ідеї локомотива, хоча вона була запатентована їм у 1784 г.

Около 1800 р. Уатт видаляється від справ. Невдовзі минає Термін дії його першого патенту, і парові машини починають випускати багато заводів. Їх вдосконалення пришвидшується.

Изобретатель парового молота Нэс-мит писав: «Люди, які мають достатніми коштами Німеччини та підприємливістю, почали застосовувати систему підвищеного тиску пара в усій своїй повноті й Болгарія запровадили у її слововжиток відповідно побудовані парові казани, розвиваючі тиск у 30, 40, 60 і 70 фунтів на 1 кв. дюйм — тиск, яке змусило б інженерів старої школи впасти втратив свідомість від страху» .

Но бо економічна результат цього підвищеного тиску пара вочевидь обернувся на абсолютно недвозначною формі фунтів, шилінгів, пенсів, парові казани високого тиску при конденсаційних машинах отримали майже загальне поширення".

Среди таких людей насамперед слід згадати інженерів Тревитика і Вульфа, які у свого часу, перебуваючи службі в Уатта і Болтона, стежили за належної експлуатацією водоподъемных машин. Зокрема, коли закінчився термін дії контрактів в Корнуэлле, якими винахідник підтримала п’ята частина зекономленого в процесі експлуатації вугілля, інженерний контроль було припинено і парове господарство рудників швидко занепало.

Восстановление і модернізацію цього господарства доручили Тревитику і Вульфу. Систематично удосконалюючи парові машини переважно шляхом збільшення тиску пара і ступінь розширення в циліндрах, вони у 1874 р. довели продуктивність кращих корнуэлльских машин (вважалися тоді найбільш вже економічними) до 141 000 кгм на 1 кг вугілля, що він відповідає ефективному ккд 4,1%.

Паровая машина — предок всіх сучасних двигунів. Упродовж багатьох років, попри велику вагу і невисокий ккд, була єдиним пристроєм для перетворення теплоти в роботу.

Создание парових машин призвело до виникнення нової виробничої бази, а досвід минулого і знання, накопичені у процесі їх розробки та експлуатації, дозволили згодом отримати скоєні двигуни. Саме процесі вироблення парових машин були пізнані і вивчені основні закони перетворення тепла в роботи й багатьох інших закони природи.

Однако з недостатнім розвитком капіталізму дедалі більше зростала потреба у інших приводних двигунах. Паровий двигун задовольняв підприємства з безперервним виробничим процесом (текстильна, гірська промисловість та інших.).

На тієї ж підприємствах, де парова машина використовувалася нерегулярно, у неї просто нерентабельна, тож потрібен був двигун принципово нового типу: без казана, малим часом запуску і з порівняно невисокою потужністю одиничної силовий установки. Робітникам тілом такого двигуна було бути пар. Почалися спроби створення двигунів, працівників інших робочих телах.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.