Кто придумал Паровой двигатель — Когда Изобрели?
15 ряд ли кто-то сомневается, что одной из главных движущих сил прогресса являются человеческая лень и стремление к комфорту. Это подтверждается бесчисленными сказками, где транспорт передвигается «по щучьему велению», а у счастливчиков имеются волшебные помощники, избавляющие хозяина от необходимости сделать хоть какое-то физическое усилие. Но поскольку в реальности «само» ничего не делается, на протяжении всей истории человечества лучшие умы корпели над изобретениями, которые помогли бы воплотить эти мечты в жизнь.
Если говорить на языке физики и техники, нужно было изобрести устройство, которое смогло бы преобразовать тот или иной вид энергии в полезную механическую работу. С древнейших времен главным и основным источником энергии была мускульная сила человека и животных, а все имеющиеся технические приспособления в лучшем случае помогали использовать ее более рационально и продуктивно. Позднее люди научились применять силу ветра и воды, текущей или падающей с высоты, заставив их работать в ветряных и водяных двигателях. Однако мощность таких двигателей была невелика, и надо было осваивать более перспективные виды энергии тепловую, химическую и электрическую.
Первое известное тепловое устройство, работавшее за счет силы пара, было построено греческим ученым Архимедом в III в. до н. э. Это была пушка, один конец которой нагревали, а затем заливали туда воду. Мгновенно нагреваясь, вода превращалась в пар, который, расширяясь, выталкивал из жерла ядро. Спустя два столетия другой греческий ученый Герон Александрийский создал и описал еще одну тепловую машину полый железный шар, способный вращаться вокруг горизонтальной оси. Из закрытого котла с кипящей водой пар по трубке поступал в шар, откуда выходил наружу через изогнутые сопла, при этом шар приходил во вращение.
Пароход «Мэйфлауэр» на реке Миссисипи. 1855 г.
Полтора тысячелетия «геронов шар» был всего лишь забавной игрушкой, и только в XVI в. ученые задумались о возможности практического применения тепловой энергии. Знаменитый изобретатель Леонардо да Винчи был первым, кто предположил, что пар может выполнять полезную работу. Об этом свидетельствуют рисунки в его рукописях, изображающие цилиндр и поршень. Да Винчи утверждал, что если под поршень в цилиндр поместить воду, а сам цилиндр нагреть, то образующийся водяной пар будет расширяться, что заставит его искать выход и перемещать поршень вверх. Параллельно арабский инженер Таги аль Дин разработал проект устройства, в котором пар, направляемый на закрепленные по ободу колеса лопасти, вращал вертел. В XVII в. похожую машину построил итальянский изобретатель Джованни Бранка. Приводимое в движение паром анкерное устройство поочередно поднимало и опускало пару пестов в ступах, в результате чего можно было дробить зерно. Однако в этих прообразах паровых турбин поток пара был слишком рассеянным, в результате чего происходила значительная потеря энергии.
До конца XVII в. создаваемые паровые машины были скорее единичными техническими диковинками, поскольку экономических предпосылок для их массового использования еще не было. В 1б70-х годах французский изобретатель Дени Папен и голландский физик Христиан Гюйгенс работали над машиной, в которой поршень поднимался за счет расширения газов при взрыве пороха. В 1680 г. Папен создал вариант двигателя, в котором вместо пороха использовалась вода. Ее наливали в цилиндр под поршень, а сам цилиндр разогревали снизу, при этом образующийся пар поднимал поршень. Затем цилиндр охлаждали, и находящийся в нем пар конденсировался, снова превращаясь в воду.
Паровой двигатель Д. Папена.
Поршень, как и в случае порохового двигателя, под действием своего веса и атмосферного давления опускался. Папен также считается изобретателем парового котла, поскольку именно он понял, что для автоматизации цикла пар должен подаваться в цилиндр извне (поэтому паровой двигатель считается двигателем внешнего сгорания: топливо, разогревающее воду сжигается вне рабочего цилиндра).
Первым паровым двигателем, который был не без успеха использован на производстве, стала сконструированная в 1698 г. английским военным инженером Томасом Севери «пожарная установка». Это устройство, самим изобретателем названное «друг рудокопа», представляло собой паровой насос, который использовался для вращения колес водяной мельницы и для откачки воды из шахт. Машина была не слишком эффективной из-за больших потерь тепла во время охлаждения контейнера и достаточно опасной в эксплуатации, поскольку из-за высокого давления пара трубопроводы и емкости двигателя нередко взрывались.
В 1712 г. английский кузнец Томас Ньюкомен продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Это был усовершенствованный паровой двигатель Севери, в котором рабочее давление пара удалось значительно снизить, следовательно, двигатель стал более безопасным. Пар из котла поступал в основание цилиндра и поднимал поршень.
Сколько лошадей?
Понятие лошадиной силы как единицы мощности паровой машины ввел Дж. Уатт. Но первым термин стал применять Т. Севери еще в 1698 г. При этом подход у них был разный. Севери оценивал мощность своего насоса, исходя из того, что для его работы в сутки потребуется 10 меняющихся по мере усталости лошадей. Уатт же учитывал только работающих на данный момент пару запряженных лошадей. В итоге получалось, что мощность почти одинаковых паровых машин Севери оценивал в 10 «лошадок», а Уатт только в две.
Откачка воды из угольной шахты при помощи паровой машины Т. Ньюкомена. Иллюстрация из The Universal Magazine. 1747 г.
К. Ф. фон Бреда. Потрет Джеймса Уатта. 1792 г.
При впрыскивании в цилиндр холодной воды пар конденсировался, образовывался вакуум, и под воздействием атмосферного давления поршень опускался. Этот обратный ход удалял воду из цилиндра и посредством цепи, соединенной с коромыслом, поднимал шток насоса. Именно машина Ньюкомена явилась первым паровым двигателем, с которым принято связывать начало промышленной революции в Англии. Она оказалась настолько удачной, что использовалась в Европе более 50 лет. Тем не менее в конструкцию вносились некоторые важные изменения. В частности, в 1718 г. англичанин Генри Бейтон изобрел распределительный механизм, который автоматически включал или отключал пар и впускал воду. Он же дополнил паровой котел предохранительным клапаном.
Проект первой в мире паровой машины, способной непосредственно приводить в действие любые рабочие механизмы, предложил в 1763 г. русский изобретатель Иван Иванович Ползунов, механик на Колывано-Воскресенских горнорудных заводах Алтая. Его машина представляла собой двухцилиндровый вакуумный агрегат с поршнями, соединенными цепью, перекинутой через шкив. Все действия в нем совершались автоматически. Вместо опытного образца заводское начальство потребовало сразу построить большую машину для мощной воздуходувки. Двигатель строили почти два года, и до запуска изобретатель не дожил. Машина успешно прошла испытания и была запущена в эксплуатацию. Уже через три месяца она не только оправдала затраты, но и дала прибыль. Однако через некоторое время котел дал течь, и по непонятным соображениям чинить машину не стали.
Примерно в это же время в Англии над созданием паровой машины работал шотландец Джеймс Уатт. Он занимался усовершенствованием двигателя Ньюкомена. Было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра. Уатт предположил, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. Более того, цилиндр может оставаться горячим, а конденсатор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом. В 1768 г. он получил на свое изобретение патент, но построить машину смог только в 1776 г. Она оказалась вдвое эффективнее машины Ньюкомена.
Паровая машина Ползунова.
В 1782 г. появилась созданная Уаттом первая универсальная паровая машина двойного действия. Ее крышка была оснащена сальником, который обеспечивал поршню свободное движение штока и в то же время предотвращал утечку пара из цилиндра. Пар поступал в цилиндр с двух сторон поршня попеременно, таким образом, поршень совершал с помощью пара и рабочий, и обратный ход, чего не было в прежних машинах. Уатт получил на свою «ротативную паровую машину» патент, и она начала широко применяться для приведения в действие станков и машин сначала на прядильных и ткацких фабриках, а затем и на других промышленных предприятиях.
Паровоз «Пыхтящий Билли».
Макет паровой машины Дж. Уатта.
Помимо промышленности паровые машины прочно заняли место в сельском хозяйстве и на транспорте. Еще в 1850 г. английский изобретатель Уильям Говард использовал для пахоты локомобиль компактный передвижной паровой двигатель. В 1879 г. крестьянин Федор Блинов из Саратовской губернии построил и запатентовал первый в мире гусеничный трактор, приводимый в действие паровой машиной мощностью 20 л. с.
Первый образец автомобиля с паровым двигателем в 1769 г. испытал французский изобретатель Николя Жозе Кюньо, его творение получило известность как «малая паровая телега Кюньо». Год спустя публике представили уже «большую паровую телегу Кюньо». В 1788 г. в США было организовано пароходное сообщение по реке Делавер между городами Филадельфия и Берлингтон. Сконструированный Джоном Фитчем пароход мог принять на борт 30 пассажиров и везти их со скоростью 7-8 миль в час. А в 1804 г. Ричард Тревитик продемонстрировал первый самоходный железнодорожный локомотив на паровой тяге, построенный на металлургическом заводе Пенидаррен в Мер-тир-Тидвиле (Южный Уэльс).
Несмотря на все усилия инженеров, довольно низкий КПД паровых двигателей повысить так и не удалось, и уже к концу XIX в. с полной отдачей послужившие техническому прогрессу машины начали постепенно сдавать свои позиции. На автомобильном транспорте они уступили место двигателям внутреннего сгорания, на железной дороге и в промышленности электродвигателям. Однако в теплоэнергетике и на отдельных видах транспорта паровые машины (в особенности паровые турбины) по-прежнему используются достаточно широко.
Паровая турбина сталелитейного завода.
Кто и когда изобрел первый в мире паровой двигатель – история создания
Создание паровой машины стало причиной значительного подъема в период промышленной революции семнадцатого века. Первые устройства способствовали стремительному развитию промышленности, пароходства и транспорта. Однако далеко не каждому известно, кто конкретно изобрел паровой двигатель. На самом деле энергию пара начали применять еще древние греки в начале нашей эры. Но впоследствии это изобретение претерпело много изменений.
Прототип машины в Александрии
Прообраз первой паровой машины создал египетский ученый Герон. Это произошло еще в 69 году нашей эры. В тот период Александрия считалась центром появления новых культов и религий.
Чтобы привлечь внимание к религии, греческие священники решились воспользоваться помощью ученого Герона. Публике требовалось чудо. Именно его попросили создать ученые. Во время работы Герон придумал «эолипил». Он получил название «Геронов шар» и стал первой паровой машиной в мире.
Устройство представляло собой закрытую тару с водой, которая нагревалась снизу посредством огня. На двух трубках над емкостью располагался шар с двумя патрубками. Они могли крутиться вокруг своей оси.
Пар, который поступал в трубки во время кипения воды, попадал в шар и вырывался из патрубков. Под влиянием силы пара возникала реактивная сила, которая раскручивала шар со скоростью 1500 оборотов в минуту.
Таким образом, ученый показал трансформацию тепловой энергии в механическую. Свои знания исследователь получал из книг, которые хранились в Великой Александрийской библиотеке. Но со временем его знание забыли.
Лишь в середине семнадцатого века труды Герона переиздали, и они снова приобрели популярность. Разработки исследователя начали применять в горнах при плавлении металла и стекла. Также их использовали в очагах и дымоходах.
Изобретение современных версий
По мере развития научного-технического прогресса мировой промышленности требовался мощный двигатель, который бы не зависел от природных сил. Исследователи многих стран работали над его созданием. Когда же появилась современная паровая машина? Это случилось в восемнадцатом веке.
Двигатель Севери
В 1698 году английский исследователь Томас Севери создал первый паровой насос без поршня, который был отделен от основной части устройства. Насос быстро нашел применение. Его стали использовать на пожарной установке.
Для этой разработки были характерны следующие минусы:
- паровая энергия была утрачена при охлаждении тары;
- в силу использования повышенного давления присутствовала угроза взрыва;
- затраты топлива были очень высоки;
- насос функционировал на глубине максимум 15 метров, хотя уже были шахты глубиной до 100 метров.
Несмотря на перечисленные минусы, устройство продолжало использоваться много лет, пока не была создана паровая установка Томаса Ньюкомена.
Аппарат Ньюкомена
В 1712 году английский ученый Ньюкомен разработал свою первую паровую машину. Он сделал это совместно с мастером по стеклам и водопроводам Джоном Калли. Это было первое устройство в мире, которое характеризовалось такими особенностями:
- сочетало вертикальный цилиндр с поршнем;
- пар создавался в отдельном котле;
- герметичность достигалась за счет кожи, которая обтягивала поршень.
Устройство Ньюкомена поднимало воду из копей посредством влияния атмосферного давления. Для машины были характерны достаточно крупные размеры. К тому же для ее работы требовалось много угля. Несмотря на такие минусы, устройство применялось в шахтах 50 лет. Это даже позволило открыть шахты, которые были заброшены в силу подтопления грунтовыми водами.
В 1722 году устройство Ньюкомена продемонстрировало свою эффективность во время откачивания воды из корабля в Кронштадте. Машине потребовалось на это всего 2 недели. Система на основе ветряной мельницы смогла бы сделать это только за 1 год.
Поскольку устройство было изготовлено на основе ранних вариантов, английский ученый не сумел получить на него патент. Конструкторы пытались использовать разработку для перемещения транспорта, но неудачно. Однако на этом история создания паровых машин не остановилась.
Изобретения Джеймса Уатта
Первым компактное и при этом мощное оборудование придумал ученый Джеймс Уатт. Его паровая машина стала первой в своем роде. Механик из университета Глазго в 1763 года начал чинить паровой агрегат ученого из Англии Ньюкомена. После ремонта он догадался, как можно уменьшить затраты топлива. Для этого требовалось держать цилиндр постоянно нагретым. Однако паровая машина не могла быть изготовлена до решения проблемы конденсации пара.
Решение появилось, когда механик шел возле прачечных и обратил внимание на пар, выходящий из-под крышек котлов. Он догадался, что пар представляет собой газ, которому необходимо двигаться в цилиндре с низким давлением.
Уатту удалось добиться герметичности в паровом цилиндре при помощи пеньковой веревки, пропитанной маслом. Это позволило ученому отказаться от атмосферного давления. Это стало важным прорывом в науке.
В 1769 году механик получил патент, в котором было написано, что температурные показатели двигателя и пара будут всегда равны. Однако дела изобретателя были не слишком хороши. Исследователь имел много долгов, потому ему пришлось заложить свой патент.
В 1722 году состоялось знакомство механика с богатым промышленником Мэтью Болтоном. Он выкупил патенты Уатта и возвратил их ученому. Изобретатель смог продолжить разработки при поддержке Болтона. В 1773 году устройство ученого прошло испытания и продемонстрировало прекрасную экономичность с точки зрения потребления угля. Спустя 1 год в Англии начали выпускать машины ученого.
В 1781 году исследователю удалось получить патент на свою следующую разработку – паровую машину, которая приводила в движение промышленные станки. Через некоторое время технологии начали использоваться для движения пароходов и поездов при помощи пара. Это стало настоящим переворотом в человеческой жизни.
Появление ПМ в России
Проект первой паровой машины в России придумал механик с Алтая Иван Ползунов. Это произошло в 1763 году. Его разработка представляла собой вакуумную двухцилиндровую машину, которая может приводить в действие воздуходувные меха на Барнаульском и Колывано-Воскресенском заводах.
Проект пришелся Екатерине II по душе. Она даже выделила Ползунову 400 рублей награды и присвоила чин капитана-поручика. Сооружение устройства поручили самому автору. Совместно с помощниками Ползунов создал агрегат в течение 1 года и 9 месяцев. Однако ученый скончался от чахотки, не дождавшись испытаний.
Тем не менее, помощники успешно провели испытания в 1766 году. Машину полностью автоматизировали и тут же ввели в эксплуатацию. Разработка полностью окупилась и стала источником прибыли. Однако со временем потребовался небольшой ремонт котла. Руководство завода не стало этим заниматься. Как следствие, великая разработка была заброшена и разобрана.
Принцип работы парового двигателя
В основе функционирования парового двигателя лежит горячий пар из кипящей воды, который нужен для движения поршней вперед и назад. После этого движение поршня применялось для вращения колес и привода машины. Для создания пара большая часть двигателей грела воду путем сжигания угля.
Где применяется изобретение
Паровой двигатель стал универсальной конструкцией, которая способствовала активному развитию научно-технического прогресса. До появления паровой энергии многие фабрики и мельницы функционировали на воде или ветре. Эти источники были ненадежными, поскольку реки могли засыхать или замерзать, а ветер дул не всегда.
Мощность пара давала возможность располагать фабрики в любых местах. К тому же он обеспечивал надежное питание. Но с течением времени паровой двигатель был во многом заменен электричеством и двигателем внутреннего сгорания.
Однако паровая энергия применяется в разных отраслях и сегодня. Множество современных электростанций использует пар, который выделяется при сжигании угля, для выработки электроэнергии.
Паровой двигатель стал важнейшим изобретением, которое оказало значительное влияние на развитие научно-технического прогресса. Эта конструкция сделала настоящий переворот в науке своего времени. При этом некоторые ее принципы применяются и сегодня.
История создания парового двигателя: когда и кем был изобретен
Паровой двигатель является одним из ключевых открытий промышленной революции, которое изменило ход истории человечества. В то время, когда энергией для привода машин служила ручная сила или сила животных, появление парового двигателя открыло новые горизонты и дало толчок развитию промышленности, транспорта и науки.
Изобретение парового двигателя связано с именем Джеймса Уатта — шотландского инженера и изобретателя, жившего в XVIII веке. В 1765 году Уатт усовершенствовал паровую машину, сделав ее более эффективной и несколько лет спустя, в 1776 году, запатентовал свой изобретение. Принцип работы парового двигателя Уатта основан на использовании расширения и сжатия пара.
Паровой двигатель Уатта сделал возможным использование пара как источника движения в различных сферах деятельности. Он стал основой для дальнейших исследований и разработок в области энергетики и транспорта.
Однако, следует отметить, что сама идея использования пара в качестве силы была предложена еще в I веке н.э. Александром Иерусалимским. В дальнейшем, в XVI веке, итальянский изобретатель Джованни Бранка использовал паровые двигатели для перемещения воды. Однако, эти устройства были неэффективными и их применение было ограничено.
Таким образом, можно сказать, что паровой двигатель был изобретен Джеймсом Уаттом во второй половине XVIII века, и его открытие стало своеобразным революционным скачком в развитии промышленности и техники. Именно благодаря паровому двигателю возникли первые промышленные предприятия, паровозы и суда, а также была заложена основа для дальнейшего развития науки и техники.
Первые шаги в развитии парового двигателя
История создания парового двигателя началась в древние времена. Уже в древности люди использовали пар для различных целей, но первые шаги в развитии парового двигателя были сделаны только в XVII веке.
Одной из первых известных конструкций, которую можно назвать прародителем парового двигателя, был устройство, созданное Хероном Александрийским в I веке н.э. Это был простой аппарат, который использовал пар для создания движения. Однако, идея Херона не была развита и усовершенствована.
Развитие парового двигателя началось в середине XVII века, когда итальянский ученый Денис Папин создал прототип устройства, которое могло использоваться для механической работы. Этот аппарат представлял собой закрытый сосуд, в котором создавался пар, а затем конденсировался, создавая разрежение и движение поршня. Папин также предложил использовать подобное устройство для работы на воде, что позволило бы увеличить эффективность парового двигателя.
Однако, дальнейшее развитие и улучшение парового двигателя было связано с именем Джеймса Уатта. В 1769 году Уатт создал двигатель с открытым поршнем, который использовал двойное действие пара для создания энергии. Множество улучшений было внесено в последующие годы, что привело к созданию более эффективных и мощных паровых двигателей.
Таким образом, первые шаги в развитии парового двигателя были сделаны в XVII веке, когда Денис Папин создал прототип устройства на паре. Однако, дальнейшее развитие и улучшение парового двигателя было связано с Джеймсом Уаттом, который создал нетолько более эффективные и мощные паровые двигатели, но и внес значительные инновации в саму конструкцию двигателей.
Джеймс Уатт и его вклад в создание парового двигателя
История создания парового двигателя связана с именем шотландского инженера Джеймса Уатта. Уатт является одним из главных участников в совершенствовании парового двигателя, который стал основой для развития промышленной революции.
Проблемы существующих паровых двигателей
Первые паровые двигатели, созданные Томасом Ньюкоменом и Денисом Папеном, были неэффективными и неэкономичными. В этих двигателях пар сжижался в камере и снова расширялся, что приводило к большим энергетическим потерям. Поэтому, Уатту предстояло решить эту проблему, чтобы сделать паровой двигатель более эффективным.
Основные усовершенствования Джеймса Уатта
Уатт внес несколько ключевых улучшений в паровой двигатель:
- В 1769 году он разработал конденсатор, который позволил пару конденсироваться в отдельной камере, а не прямо в цилиндре. Это снизило потери энергии и позволило улучшить эффективность двигателя.
- В 1781 году он добавил в двигатель двойную машину, которая позволяла использовать пар с двух сторон поршня. Это дало возможность более эффективно использовать пар и снизило затраты на топливо.
- В 1784 году Уатт разработал паровой регулятор скорости, который позволил автоматически регулировать скорость работы двигателя в зависимости от нагрузки.
Значение и наследие Джеймса Уатта
Уатт совершил революционный прорыв в создании парового двигателя, который стал фундаментом промышленной революции. Его усовершенствования позволили использовать паровые двигатели в широком спектре отраслей, включая текстильное производство, металлургию и транспорт. Благодаря Джеймсу Уатту, паровой двигатель стал одной из наиболее важных технологических инноваций своего времени и открыл путь к индустриальному прогрессу.
Развитие и усовершенствование паровых двигателей
Prоизводство паровых двигателей в Великобритании
Джеймс Уатт считается одним из основных революционеров в области паровых двигателей. Уатт усовершенствовал конструкцию парового двигателя, внедрив такие новшества, как отработка пара в отдельной камере, двойное действие поршня и конденсация отработанного пара. Благодаря этим нововведениям двигатель стал более эффективным и экономичным. Уатт также разработал схемы для использования парового двигателя в шахтах и фабриках, что привело к революции в промышленности Великобритании.
Сэмюэль Кугтер также внес значительный вклад в развитие паровых двигателей в Великобритании. Он разработал несколько модификаций усовершенствованного двигателя Уатта, увеличивая его мощность и эффективность. Кугтер также создал первый паровой двигатель, который использовал высокое давление пара и применялся на паровозах.
Применение паровых двигателей в промышленности
В конце XVIII и начале XIX веков паровые двигатели начали широко использоваться в различных отраслях промышленности.
- В текстильной промышленности паровые двигатели заменили ручные прядильные и ткацкие станки, увеличивая производительность и снижая затраты на рабочую силу.
- В железнодорожной промышленности паровые двигатели стали использоваться для привода паровозов и поездов, заменяя лошади и паруса.
- В судостроении паровые двигатели позволили создавать пароходы, которые могли перевозить грузы и пассажиров по рекам и морям.
Применение паровых двигателей в этих отраслях существенно ускорило технологический прогресс и способствовало экономическому развитию многих стран.
Современные паровые двигатели
Сегодня паровые двигатели не являются основным источником энергии, однако они до сих пор используются во многих отраслях, таких как производство электроэнергии и промышленность. Современные паровые двигатели имеют более эффективные системы работы и меньшую нагрузку на окружающую среду. Они по-прежнему играют важную роль в развитии истории промышленности и технологий.
Роль парового двигателя в промышленной революции
Паровой двигатель, изобретенный в XVIII веке, сыграл ключевую роль в промышленной революции, которая началась в Великобритании и затем распространилась по всему миру. Паровой двигатель обеспечил непрецедентный технологический прогресс и стал первым большим прорывом в области механизации и автоматизации производства.
Вот некоторые из основных вкладов парового двигателя в промышленную революцию:
1. Изменение процесса производства
- Паровой двигатель был использован для замены ручного или животного труда в различных отраслях промышленности, таких как текстильное производство, металлообработка и добыча полезных ископаемых.
- Автоматизация процессов производства с помощью парового двигателя позволила увеличить эффективность и производительность, снизить затраты на рабочую силу и сократить время производства.
2. Развитие транспорта
- Паровой двигатель стал основой для создания паровых локомотивов и пароходов. Это позволило значительно ускорить транспортное сообщение и сделать его более надежным.
- Транспортные средства на паровом двигателе способствовали развитию междугородной торговли и обмена товарами, а также упростили и удешевили перемещение людей и грузов.
3. Влияние на экономику и общество
- Благодаря паровым машинам производство стало более эффективным и масштабируемым, что привело к росту экономики и появлению новых отраслей промышленности.
- Паровой двигатель позволил создавать крупные предприятия и заводы, которые сменили мелких ремесленников и мастеров.
- Развитие парового двигателя привело к изменениям в структуре общества, открыв больше возможностей для предпринимателей и рабочих классов.
В итоге, развитие и применение парового двигателя стало одним из важнейших факторов, определивших направление и успех промышленной революции. Он обеспечил основу для дальнейшего технологического прогресса и современной индустрии, оказывая огромное влияние на развитие общества и экономики.
Современное использование паровых двигателей
Паровые двигатели, несмотря на свое появление еще в XVIII веке, до сих пор имеют широкое применение в различных отраслях промышленности. В этом разделе рассмотрим несколько сфер, где паровые двигатели используются в настоящее время.
Энергетика
Одной из главных сфер применения паровых двигателей является энергетика. В крупных тепловых электростанциях паровые двигатели применяются для преобразования тепловой энергии, получаемой от сжигания топлива, в механическую энергию и дальнейшего привода генераторов электричества. Паровые двигатели в данном случае являются основой для получения электроэнергии.
Морская и речная транспортировка
Паровые двигатели также нашли свое применение в судостроении. Благодаря своей надежности и высокой производительности, они используются в парусных судах, круизных лайнерах и грузовых судах. Паровые двигатели используются для привода гребных колес и винтов, обеспечивая движение судов по воде.
Индустрия
Паровые двигатели активно применяются в различных промышленных процессах, включая производство целлюлозы и бумаги, химическую и нефтеперерабатывающую промышленность, а также металлургическую и текстильную отрасли. Благодаря своей мощности и эффективности, паровые двигатели обеспечивают непрерывное производство и энергоснабжение в этих отраслях.
Транспорт
Существуют паровые машины, которые используются в экспериментальных транспортных средствах, таких как паровые автомобили и паровые поезда. В таких случаях пар получают из отдельного бака или отдельной котельной, что позволяет использовать паровые двигатели как экологически чистый источник энергии.
Примеры современного использования паровых двигателей
Первые паровозы в мире: история, создатели и значение
Технологию, которая легла в основу строительства паровозов, создал современник Иисуса Христа. Герон Александрийский считается древнеримским да Винчи, изобретения которого опередили время: он построил автоматический кукольный театр, торговый автомат, создал одометр, придумал прототип парового двигателя. Разработка инженера не обрела популярность, поэтому 1,6 тыс. лет находилась в забвении и была переизобретена в XVII веке. Паровой двигатель произвел революцию в машиностроении: появились пароходы, автомобили, первые паровозы. Подробнее о последних – в материале 24СМИ.
Создатель первого паровоза
В 1690-м Дени Папен создал двигатель, который выполнял полезную работу за счет нагревания воды и конденсации пара. Изобретатель собрал паровой котел с предохранительным клапаном, который позволял убрать лишний пар и не допустить взрыва устройства.
В 1705 году Томас Севери и Томас Ньюкомен построили вакуумную паровую машину для выкачивания воды из шахт. Паровой двигатель 50 лет использовался в горной промышленности. Джеймс Уатт заинтересовался машиной в 1759-м. Инженер разобрался в принципе работы, пытался усовершенствовать двигатель насоса, но у Джеймса получилось только пересоздать машину Севери-Ньюкомена, у которой обнаружились недостатки, и Уатт забросил работу с паровым мотором.
Интерес британского инженера вернулся в 1763 году, когда профессор университета попросил Джеймса отремонтировать действующий макет машины Севери-Ньюкомена. Уатт провел эксперименты с машиной и понял, что изобретение предшественников тратит 3/4 энергии впустую. Инженер сделал усовершенствованный двигатель, который впоследствии стал основой первого паровоза в мире.
Прототип паровоза построил в 1769 году военный инженер Николя-Жозе Кюньо. Образец прошел испытания и предназначался для нужд армии, но больше напоминал паровой автомобиль. В 1770-м Кюньо приступил к постройке второго экземпляра, но попал в ссылку после обвинений в оппозиционных взглядах.
Британский конструктор Ричард Тревитик родился в семье потомственного шахтера. В 19 лет новатор устроился на работу в шахту, где получил практический опыт и начал разрабатывать устройства, облегчающие труд горняков. Тревитик заинтересовался паровым двигателем высокого давления. Изобретатель дружил с конструктором Уильямом Мердоком, который проводил опыты по созданию автомобилей на паровом ходу.
В 1801 году Тревитик собрал колесный прототип паровоза, который назвал «Пыхтящий дьявол». Новаторство британца заключалось в использовании компактных двигателей. Уменьшить размер мотора удалось за счет увеличения атмосферного давления. Уатт осуждал решения Тревитика, предупреждая о возросшей вероятности взрыва.
Ричард Тревитик выяснил, что соприкосновение гладких колес с рельсами создает силу трения, которой хватает для движения паровоза с 3-4 вагонами. В феврале 1804-го изобретатель собрал и запатентовал первую в истории рельсовую машину.
- грузоподъемность: 10 т железа и 70 пассажиров;
- расстояние и время прохождения: 15,69 км, 4 ч 5 мин;
- скорость: 5–8 км/ч.
История развития
Тревитик усовершенствовал «Пенидаррен» и в 1808 году представил паровоз, который получил название «Поймай меня, кто сможет». Презентацию машины Ричард решил превратить в пиар-акцию. В пригороде Лондона изобретатель за личный счет построил кольцевой рельсовый путь – аттракцион. Тревитик устроил шоу, на которое продавал билеты, но презентация провалилась, и проект конструктора не обрел инвесторов.
Паровоз разгонялся до 19 км/ч и тащил пассажирские вагоны. Но 8-тонная машина разрушала хрупкие чугунные рельсы. У предыдущих моделей Тревитика была аналогичная проблема. Израсходовав все деньги на разработку паровозов, Ричард объявил о банкротстве в 1811-м и через пять лет отправился на войну в Перу. В 1827 году изобретатель вернулся в Британию и через шесть лет умер в нищете.
«Блюхер»
Джордж Стефенсон – создатель одного из первых паровозов – родился в Англии в семье шахтера. С 8 лет будущий изобретатель работал по найму. Он начинал с сортировки угля, занимался самообразованием и к 18 годам получил специальность механика по паровым машинам. Через десять лет Стефенсон занялся проектированием паровозов.
Паровоз «Блюхер» Джордж представил в 1814-м – через три года после банкротства Тревитика. Машину назвали в честь прусского фельдмаршала Гебхарда фон Блюхера, победившего войска Наполеона Бонапарта. Испытания паровоза прошли на пути с подъемом 0,3 %. К машине прицепили 8 груженых вагонов массой 30 т. Состав развивал скорость 6,4 км/ч.
«Пыхтящий Билли»
Опыты Тревитика вдохновили конструкторов на изыскания в сфере паровозостроения. «Пыхтящий Билли» в двухосном варианте построили в 1814-м, но 9-тонная английская машина ломала чугунные рельсы. В 1816 году инженеры представили четырехосный вариант. Нагрузка на рельсы снизилась, и паровоз с четырьмя осями успешно использовали до 1830 года, когда появились дороги из железа, поэтому «Билли» начали вновь выпускать с двумя осями.
«Ракета»
Англичанин Стефенсон и его паровоз «Ракета» победили в рейнхильских состязаниях. 6 октября 1829 года – дата, когда разработка Джорджа сделала инженера известным не только в Британии, но и во всей Европе. Паровоз пришел к финишу первым и был отобран для регулярного использования на новой дороге «Ливерпуль – Манчестер» (расстояние около 50 км).
- вес: 4,32 т;
- скорость: 48 км/ч;
- двигатель: два цилиндра.
«Персеверэнс»
Паровоз сконструировал Тимоти Берстол, который участвовал в рейнхильских гонках. На разработку инженер возлагал большие надежды. Победа означала старт производства серии паровозов, вложения инвесторов и славу. Но «Персеверэнс» стал аутсайдером испытаний еще до участия в гонках. Берстол не успел к началу состязаний: машина сломалась по пути к месту старта, и на ремонт потратили пять дней. Конструктор попытался нагнать соперников, но паровоз дал скорость 9,6 км/ч. Берстол получил утешительный приз – £ 25.
Первые паровозы в России
Информация о машинах Стефенсона разошлась по всему миру. Промышленники из Франции, Германии, США, России закупали паровозы у английского конструктора. Русские изобретатели присматривались к наработкам западных коллег и оценивали возможность создать паровоз российского производства в XIX веке.
Первая паровая рельсовая машина в России могла появиться в XVIII веке благодаря конструктору Ивану Ползунову. Изобретатель родился в Екатеринбурге и в 18 лет, проявив незаурядные способности, получил работу на медеплавильном заводе. Ползунов совершенствовал знания в механике и в 1763-м представил проект парового двигателя мощностью 1,8 л. с., а через год начал строить машину на паровой тяге. Начинания Ползунова оценила Екатерина II, которая наградила изобретателя премией в 400 руб. Для сравнения: в 1780-х крестьянской семье на год хватало 25 руб.
В 1764–1766 годах Ползунов строил новый паровой двигатель для плавильных печей. Мощность машины – 32 л. с., что стало рекордом того времени. Инженер неделю не дожил до испытания двигателя – скончался от чахотки в 38 лет. Мотор прошел проверку, окупился и принес прибыль, но через три месяца эксплуатации сломался. Умения для починки у мастеров не хватило, поэтому двигатель Ползунова заменили на более простую установку.
Паровые двигатели всколыхнули промышленность Российской империи. Конструкторы проводили опыты с моторами, которые в страну привозили из Англии. Первые паровозы в России появились в год, когда умер Ричард Тревитик. История создания началась в 1833 году в мастерской отца и сына Ефима и Мирона Черепановых, собравших паровоз, который прошел ходовые испытания в 1834-м.
Первый паровоз Черепановых:
- грузоподъемность: 3,3 т;
- скорость: 13–16 км/ч;
- пройденное расстояние: 853,5 м.
Второй паровоз Черепановых:
- грузоподъемность: 16,4 т;
- скорость: 16 км/ч;
- пройденное расстояние: 3,2 км.
Черепановы стали новаторами в России, но чиновники ориентировались на западные разработки, поэтому до 1870-х паровозы поставлялись из-за рубежа, а проекты русских конструкторов составляли только 1/3 общего парка паровиков. Значение разработок Черепановых признали позже. В Нижнем Тагиле конструкторам установлен памятник. Несмотря на преобладание импорта, с 1844 года в Россию приезжали европейские и американские специалисты, которые обучали отечественных инженеров строительству паровозов.
Паровоз «О»
Обмен опытом с западными инженерами создал условия для разработки серийного паровоза в дореволюционной России. Модель «О» («Основной») начали массово собирать в 1890 году и за 25 лет выпустили 9 тыс. единиц. Локомотив двигал бронепоезда в годы Гражданской и Великой Отечественной войн.
- вес без груза: 47 т;
- служебная масса: 50–55 т;
- мощность: 550–720 л. с.;
- скорость: 55 км/ч.
Первая железная дорога, которую построили в 1834 году в Нижнем Тагиле, предназначалась для перевозки грузов. Пассажирские вагоны в России пустили в первый рейс в 1837 году из Санкт-Петербурга в Царское Село. Кстати, на российских дорогах впервые в мире пустили спальные вагоны, в которых пассажиры жили от нескольких дней до недели. К 1917 году длина железнодорожных путей в России достигла 70,3 тыс. км.
Профессия — машинист
Массовое производство железнодорожного транспорта вызвало потребность в кадрах, которые занимались управлением локомотивов, обслуживанием пассажиров (проводники), ремонтом дорог и составов. Самой крупной железной дорогой в России считалась Московско-Казанская (2606 км к 1913 году), на которой трудились 40 тыс. человек. Всего в империи к 1916 году в ж/д сфере был занят 1 млн рабочих.
Элитой индустрии считались машинисты, которые становились во главе локомотивов и совершали рейсы на тысячи километров. Труд специалистов оплачивался выше других работников сферы – 80–100 руб. в месяц. По доходу водители паровозов уступали начальникам ж/д станций – 150–300 руб. в месяц. Машинист не только управлял рельсовым транспортом, но и отвечал за сохранность груза, ремонтировал машину в случае поломки, старался пригнать состав в срок.
Стоит учитывать, что в конце XIX – начале XX века аренда обычной квартиры стоила 15 руб. в месяц. Хлеб стоил 3–7 копеек, мясо (1 кг) – 30–50, рыба – 20–50, картофель – 5. Рубаха обходилась в 3 руб., пальто – в 15, яловые сапоги – в 5, а летние ботинки – в 2. Автомобиль считался роскошью, стоил 2 тыс. руб. и был по карману министрам и другим высшим чиновникам, которые ежемесячно получали от 1,5 тыс. руб. В СССР зарплаты машинистов находились на уровне 275–450 руб.
В Австрии на содержание одного работника в среднем выплачивалось 458 руб. в месяц, в Германии – 602 руб., в США – 1100 руб.
Значение изобретения
Строительство рельсовых дорог благоприятно влияло на развитие городов, а в некоторых случаях становилось основой для создания новых населенных пунктов. Появление станции Магнитогорск стало первым шагом к возникновению одноименного города в 1929 году.
Развитие железнодорожного транспорта требовало создания новых путей. В 1927–1930 годах в СССР строилась Туркестано-Сибирская магистраль (Турксиб) протяженностью 2375 км. Стройка стала главной в стране за всю первую пятилетку, поэтому активно освещалась в прессе. Фото процесса прокладывания дороги, которая индустриализировала сибирские регионы и Казахстан, публиковались на первых полосах советских газет. Вблизи Турксиба появлялись новые населенные пункты, расширялись существующие: к 1931 году построили 50 тыс. кв. м жилых домов, больниц, учебных заведений.
Железнодорожный транспорт породил индустрию, которая создала миллионы рабочих мест, ускорила развитие населенных пунктов, увеличила торговый оборот между государствами, сделала путешествия между городами и странами быстрее.
Аварии с участием первых паровозов
Первые паровозы – это не только транспортная революция, но и первые жертвы на рельсовых путях. 31 июля 1815 года в Британии во время испытания паровоза «Механический путешественник» произошел взрыв котла – погибло 13–16 человек. Происшествие считается первой железнодорожной катастрофой.
В ночь с 11 на 12 августа 1840 года на станции Шушары Царскосельской железной дороги произошло лобовое столкновение двух паровозов. Скончались шесть пассажиров, 78 получили ранения.
В 1851-м столкновение паровых железнодорожных машин случилось у станции Клин (ныне Московская область). В результате аварии погибли четыре человека.
22 октября 1875 года произошло крушение грузо-пассажирского поезда, который перевозил новобранцев для армии и нефть. Из-за метели на Одесском железном пути машинист не увидел заградительных сигналов, и паровоз вышел на участок разобранной дороги. Вагоны пошли под откос, а возгорание нефти вызвало пожар. 70 человек погибли, 120 получили ранения.
Разумеется, список происшествий далеко не полный. Но, несмотря на наличие столь неприятной статистики, нельзя не признать, что если бы не появились в свое время первые паровозы, привычный современному человеку мир выглядел бы совершенно по-другому. И это очень непросто – представить себе Землю без миллионов километров железнодорожных путей, опутывающих континенты и соединяющих города, страны и народы.