Паровая машина Ньюкомена. Паровой двигатель ньюкомен


Паровая машина Ньюкомена

Анимационная схема паровой атмосферной машины Ньюкомена 1712 г. Гравюра двигателя Ньюкомена. Это изображение скопировано с рисунка в работе Дезаглирса «курс экспериментальной философии», 1744, которая является изменённой копией гравюры Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель Ньюкомена, установленный приблизительно в 1714 в угольной шахте Гриф в Уоркшире.

Паровая машина Ньюкомена  — пароатмосферная машина , которая использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке .

История

Паровой двигатель (эолипил) турбинного типа был изобретён Героном Александрийским в I веке н. э., но оставался забытой игрушкой, и лишь в конце XVII столетия паровые двигатели вновь привлекли внимание энтузиастов. Дени Папен изобрёл паровой котёл высокого давления с предохранительным клапаном и впервые высказал идею использования подвижного поршня в цилиндре. Но до практической реализации Папен не добрался.

В 1705 году кузнец по профессии Томас Ньюкомен совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой двигатель для водяного насоса (водоподъёмника), опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать ( 1712 ). По-видимому, Ньюкомен использовал ранее полученные экспериментальные данные Папена , который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре и поначалу нагревание и охлаждение пара для возвращения поршня в исходное состояние производил вручную.

Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери , с которым Ньюкомен позднее сотрудничал, поскольку патент Севери получил по акту Парламента право действия до 1733 года. Устройством Ньюкомена был поршневой паровой двигатель с водоподъёмным насосом, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации: вследствие высокого давления пара двигатели иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт, изобретатель назвал его «другом рудокопа». [1] [2]

Водоподъёмные насосы Ньюкомена с поршневым паровым двигателем нашли применение в Англии и в других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. К 1733 г. их было куплено 110, из которых 14 — на экспорт. С некоторыми усовершенствованиями их до 1800 г. произвели 1454 штуки, и они оставались в употреблении до начала XX века. [3]

Принцип работы

Рабочий ход в вакуумном двигателе Ньюкомена совершается не высоким давлением пара, а низким давлением вакуума, образующегося после впрыска воды в цилиндр заполненный горячим паром. Низкое давление вакуума увеличивало безопасность двигателя, но сильно уменьшало мощность двигателя.

Пар низкого давления впускается в вертикальный рабочий цилиндр, открытый сверху, поднимая поршень. Впускной клапан закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В классическом двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. При конденсации пара давление в цилиндре падает, и атмосферное давление с усилием двигает поршень вниз, совершая рабочий ход. Смазка и уплотнение поршня осуществляется небольшим количеством воды, налитой на него сверху.

Изначально распределение пара и охлаждающей воды было ручным, затем изобретено автоматическое распределение, т.н. "механизм Поттера".

Работа, производимая атмосферным давлением, тем больше, чем больше ход поршня и сила давления на него. Перепад давлений при этом зависит только от температуры, при которой пар конденсируется, и сила, равная произведению перепада давлений на площадь поршня, увеличивается при увеличении площади поршня, то есть, диаметра цилиндра и, следовательно, объема цилиндра. Совокупно получается, что мощность машины растёт с ростом объёма цилиндра.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, представляющего собой двуплечий рычаг. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла. При рабочем ходе поршня вниз насос выталкивает вверх порцию воды, а затем под собственным весом опускается вниз, а поршень поднимается, заполняя цилиндр паром.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно при помощи лошадей. Отопление машин углем, добытым в той же шахте, которую машина обслуживала, оказалось выгодно, несмотря на чудовищную прожорливость установки. Машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его машина стала предшественницей универсального двигателя Дж. Уатта .

Схожую технологию в наше время используют бетононасосы на стройках

Дальнейшее развитие

Схема паровой машины Ньюкомена с конденсатором Уатта

Рабочий ход поршня только в одну сторону (вниз), и постоянные потери тепла на нагревание остывшего цилиндра ограничивали эффективность машины (КПД менее 1%).

Первым усовершенствованием, введённым Уаттом , был отдельный конденсатор, позволивший держать цилиндр постоянно горячим.

В своём принципиально новом двигателе Уатт отказался от пароатмосферной схемы, создав коромысловую машину двойного действия, в которой рабочими были оба хода поршня. Цепь не могла более служить передаточным звеном к коромыслу во время хода поршня вверх, и возникла потребность в механизме, который передавал бы мощность от поршня к коромыслу в обоих направлениях. Этот механизм также был разработан Уаттом. Мощность увеличилась примерно в пять раз, что дало 75 % экономию в себестоимости угля. Тот факт, что на базе машины Уатта стало возможно преобразование поступательного движения поршня во вращательное, и стал толчком к промышленной революции. Тепловой двигатель теперь мог крутить колесо мельницы или фабричного станка, освободив производство от водяных колёс на реках. Уже к 1800 г. фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 таких механизмов, из которых только 164 использовались как насосы. Ещё 308 нашли применение на мельницах и фабриках, а 24 обслуживали доменные печи .

Примечания для "Паровая машина Ньюкомена"

  1. ↑ Hulse, David H: The Early Development of the Steam Engine; TEE Publishing, Leamington Spa, U.K., 1999 ISBN 1-85761-107-1
  2. ↑ L.T.C. Rolt and J. S. Allen, The Steam engine of Thomas Newcomen (Landmark, Ashbourne, 1997), 44.
  3. ↑ Rolt and Allen, 145

www.cruer.com

Паровая машина Ньюкомена

Паровая машина Ньюкомена — пароатмосферная машина, которая использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Принцип работы
  • 3 Дальнейшее развитие
  • 4 Примечания

История

Паровой двигатель (эолипил) турбинного типа был изобретён Героном Александрийским в I веке н. э., но оставался забытой игрушкой, и лишь в конце XVII столетия паровые двигатели вновь привлекли внимание энтузиастов. Дени Папен изобрёл паровой котёл высокого давления с предохранительным клапаном и впервые высказал идею использования подвижного поршня в цилиндре. Но до практической реализации Папен не добрался.

В 1705 году кузнец по профессии Томас Ньюкомен совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой насос, опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать (1712). По-видимому, Ньюкомен использовал ранее полученные экспериментальные данные Папена, который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре и поначалу нагревание и охлаждение пара для возвращения поршня в исходное состояние производил вручную.

Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери, с которым Ньюкомен позднее сотрудничал, поскольку патент Севери получил по акту Парламента право действия до 1733 года. Устройством Севери был беспоршневой паровой насос, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации: вследствие высокого давления пара двигатели иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт, изобретатель назвал его «другом рудокопа».

Насосы Ньюкомена нашли применение в Англии и других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. К 1733 г. их было куплено 110, из которых 14 — на экспорт. С некоторыми усовершенствованиями их до 1800 г. произвели 1454 штуки, и они оставались в употреблении до начала XX века.

Принцип работы

Пар низкого давления впускается в вертикальный рабочий цилиндр, открытый сверху, поднимая поршень. Впускной клапан закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В классическом двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. При конденсации пара давление в цилиндре падает, и атмосферное давление с усилием двигает поршень вниз, совершая рабочий ход. Смазка и уплотнение поршня осуществляется небольшим количеством воды, налитой на него сверху.

Изначально распределение пара и охлаждающей воды было ручным, затем изобретено автоматическое распределение, т.н. "механизм Поттера".

Работа, производимая атмосферным давлением, тем больше, чем больше ход поршня и сила давления на него. Перепад давлений при этом зависит только от температуры, при которой пар конденсируется, и сила, равная произведению перепада давлений на площадь поршня, увеличивается при увеличении площади поршня, то есть, диаметра цилиндра. наувеличении размера и, следовательно, объема цилиндра. Совокупно получается, что мощность машины растёт с ростом объёма цилиндра.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, представляющего собой двуплечий рычаг. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла. При рабочем ходе поршня вниз насос выталкивает вверх порцию воды, а затем под собственным весом опускается вниз, а поршень поднимается, заполняя цилиндр паром.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно при помощи лошадей. Отопление машин углем, добытым в той же шахте, которую машина обслуживала, оказалось выгодно, несмотря на чудовищную прожорливость установки. Машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его машина стала предшественницей универсального двигателя Дж. Уатта.

Схожую технологию в наше время используют бетононасосы на стройках

Дальнейшее развитие

Схема паровой машины Ньюкомена с конденсатором Уатта

Рабочий ход поршня только в одну сторону (вниз), и постоянные потери тепла на нагревание остывшего цилиндра ограничивали эффективность машины (КПД менее 1%).

Первым усовершенствованием, введённым Уаттом, был отдельный конденсатор, позволивший держать цилиндр постоянно горячим.

В своём принципиально новом двигателе Уатт отказался от пароатмосферной схемы, создав коромысловую машину двойного действия, в которой рабочими были оба хода поршня. Цепь не могла более служить передаточным звеном к коромыслу во время хода поршня вверх, и возникла потребность в механизме, который передавал бы мощность от поршня к коромыслу в обоих направлениях. Этот механизм также был разработан Уаттом. Мощность увеличилась примерно в пять раз, что дало 75 % экономию в себестоимости угля. Тот факт, что на базе машины Уатта стало возможно преобразование поступательного движения поршня во вращательное, и стал толчком к промышленной революции. Тепловой двигатель теперь мог крутить колесо мельницы или фабричного станка, освободив производство от водяных колёс на реках. Уже к 1800 г. фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 таких механизмов, из которых только 164 использовались как насосы. Ещё 308 нашли применение на мельницах и фабриках, а 24 обслуживали доменные печи.

Примечания

  1. ↑ Hulse, David H: The Early Development of the Steam Engine; TEE Publishing, Leamington Spa, U.K., 1999 ISBN 1-85761-107-1
  2. ↑ L.T.C. Rolt and J. S. Allen, The Steam engine of Thomas Newcomen (Landmark, Ashbourne, 1997), 44.
  3. ↑ Rolt and Allen, 145

Паровая машина Ньюкомена Информацию О

Паровая машина Ньюкомена Комментарии

Паровая машина НьюкоменаПаровая машина Ньюкомена Паровая машина Ньюкомена Вы просматриваете субъект

Паровая машина Ньюкомена что, Паровая машина Ньюкомена кто, Паровая машина Ньюкомена описание

There are excerpts from wikipedia on this article and video

www.turkaramamotoru.com

Паровая машина Ньюкомена - Википедия

Анимационная схема паровой атмосферной машины Ньюкомена 1712 г. Гравюра двигателя Ньюкомена. Это изображение скопировано с рисунка в работе Дезаглирса «курс экспериментальной философии», 1744, которая является изменённой копией гравюры Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель Ньюкомена, установленный приблизительно в 1714 в угольной шахте Гриф в Уоркшире.

Паровая машина Ньюкомена — пароатмосферная машина, которая использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке.

История[ | ]

Паровой двигатель (эолипил) турбинного типа был изобретён Героном Александрийским в I веке н. э., но оставался забытой игрушкой, и лишь в конце XVII столетия паровые двигатели вновь привлекли внимание энтузиастов. Дени Папен изобрёл паровой котёл высокого давления с предохранительным клапаном и впервые высказал идею использования подвижного поршня в цилиндре. Но до практической реализации Папен не добрался.

В 1705 году кузнец по профессии Томас Ньюкомен совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой двигатель для водяного насоса (водоподъёмника), опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать (1712). По-видимому, Ньюкомен использовал ранее полученные экспериментальные данные Папена, который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре и поначалу нагревание и охлаждение пара для возвращения поршня в исходное состояние производил вручную.

Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери, с которым Ньюкомен позднее сотрудничал, поскольку патент Севери получил по акту Парламента право действия до 1733 года. Устройством Ньюкомена был поршневой паровой двигатель с водоподъёмным насосом, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации: вследствие высокого давления пара двигатели иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт, изобретатель назвал его «другом рудокопа». [1][2]

Водоподъёмные насосы Ньюкомена с поршневым паровым двигателем нашли применение в Англии и в других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. К 1733 г. их было куплено 110, из которых 14 — на экспорт. С некоторыми усовершенствованиями их до 1800 г. произвели 1454 штуки, и они оставались в употреблении до начала XX века.[3]

Принцип работы[ | ]

Рабочий ход в вакуумном двигателе Ньюкомена совершается не высоким давлением пара, а низким давлением вакуума, образующегося после впрыска воды в цилиндр заполненный горячим паром. Низкое давление вакуума увеличивало безопасность двигателя, но сильно уменьшало мощность двигателя.

Пар низкого давления впускается в вертикальный рабочий цилиндр, открытый сверху, поднимая поршень. Впускной клапан закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В классическом двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. При конденсации пара давление в цилиндре падает, и атмосферное давление с усилием двигает поршень вниз, совершая рабочий ход. Смазка и уплотнение поршня осуществляется небольшим количеством воды, налитой на него сверху.

Изначально распределение пара и охлаждающей воды было ручным, затем изобретено автоматическое распределение, т.н. "механизм Поттера".

Работа, производимая атмосферным давлением, тем больше, чем больше ход поршня и сила давления на него. Перепад давлений при этом зависит только от температуры, при которой пар конденсируется, и сила, равная произведению перепада давлений на площадь поршня, увеличивается при увеличении площади поршня, то есть, диаметра цилиндра и, следовательно, объема цилиндра. Совокупно получается, что мощность машины растёт с ростом объёма цилиндра.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, представляющего собой двуплечий рычаг. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла. При рабочем ходе поршня вниз насос выталкивает вверх порцию воды, а затем под собственным весом опускается вниз, а поршень поднимается, заполняя цилиндр паром.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно при помощи лошадей. Отопление машин углем, добытым в той же шахте, которую машина обслуживала, оказалось выгодно, несмотря на чудовищную прожорливость установки. Машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его машина стала предшественницей универсального двигателя Дж. Уатта.

Схожую технологию в наше время используют бетононасосы на стройках

Дальнейшее развитие[ | ]

encyclopaedia.bid

WikiZero - Паровая машина Ньюкомена

open wikipedia design.

Анимационная схема паровой атмосферной машины Ньюкомена 1712 г. Гравюра двигателя Ньюкомена. Это изображение скопировано с рисунка в работе Дезаглирса «курс экспериментальной философии», 1744, которая является изменённой копией гравюры Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель Ньюкомена, установленный приблизительно в 1714 в угольной шахте Гриф в Уоркшире.

Паровая машина Ньюкомена — пароатмосферная машина, которая использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке.

Паровой двигатель (эолипил) турбинного типа был изобретён Героном Александрийским в I веке н. э., но оставался забытой игрушкой, и лишь в конце XVII столетия паровые двигатели вновь привлекли внимание энтузиастов. Дени Папен изобрёл паровой котёл высокого давления с предохранительным клапаном и впервые высказал идею использования подвижного поршня в цилиндре. Но до практической реализации Папен не добрался.

В 1705 году кузнец по профессии Томас Ньюкомен совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой двигатель для водяного насоса (водоподъёмника), опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать (1712). По-видимому, Ньюкомен использовал ранее полученные экспериментальные данные Папена, который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре и поначалу нагревание и охлаждение пара для возвращения поршня в исходное состояние производил вручную.

Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери, с которым Ньюкомен позднее сотрудничал, поскольку патент Севери получил по акту Парламента право действия до 1733 года. Устройством Ньюкомена был поршневой паровой двигатель с водоподъёмным насосом, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации: вследствие высокого давления пара двигатели иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт, изобретатель назвал его «другом рудокопа». [1][2]

Водоподъёмные насосы Ньюкомена с поршневым паровым двигателем нашли применение в Англии и в других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. К 1733 г. их было куплено 110, из которых 14 — на экспорт. С некоторыми усовершенствованиями их до 1800 г. произвели 1454 штуки, и они оставались в употреблении до начала XX века.[3]

Рабочий ход в вакуумном двигателе Ньюкомена совершается не высоким давлением пара, а низким давлением вакуума, образующегося после впрыска воды в цилиндр заполненный горячим паром. Низкое давление вакуума увеличивало безопасность двигателя, но сильно уменьшало мощность двигателя.

Пар низкого давления впускается в вертикальный рабочий цилиндр, открытый сверху, поднимая поршень. Впускной клапан закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В классическом двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. При конденсации пара давление в цилиндре падает, и атмосферное давление с усилием двигает поршень вниз, совершая рабочий ход. Смазка и уплотнение поршня осуществляется небольшим количеством воды, налитой на него сверху.

Изначально распределение пара и охлаждающей воды было ручным, затем изобретено автоматическое распределение, т.н. "механизм Поттера".

Работа, производимая атмосферным давлением, тем больше, чем больше ход поршня и сила давления на него. Перепад давлений при этом зависит только от температуры, при которой пар конденсируется, и сила, равная произведению перепада давлений на площадь поршня, увеличивается при увеличении площади поршня, то есть, диаметра цилиндра и, следовательно, объема цилиндра. Совокупно получается, что мощность машины растёт с ростом объёма цилиндра.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, представляющего собой двуплечий рычаг. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла. При рабочем ходе поршня вниз насос выталкивает вверх порцию воды, а затем под собственным весом опускается вниз, а поршень поднимается, заполняя цилиндр паром.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно при помощи лошадей. Отопление машин углем, добытым в той же шахте, которую машина обслуживала, оказалось выгодно, несмотря на чудовищную прожорливость установки. Машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его машина стала предшественницей универсального двигателя Дж. Уатта.

Схожую технологию в наше время используют бетононасосы на стройках

www.wikizero.com

Паровая машина Ньюкомена Вики

Анимационная схема паровой атмосферной машины Ньюкомена 1712 г. Гравюра двигателя Ньюкомена. Это изображение скопировано с рисунка в работе Дезаглирса «курс экспериментальной философии», 1744, которая является изменённой копией гравюры Генри Битона, датированной 1717 годом. Вероятно, изображён второй двигатель Ньюкомена, установленный приблизительно в 1714 в угольной шахте Гриф в Уоркшире.

Паровая машина Ньюкомена — пароатмосферная машина, которая использовалась для откачки воды в шахтах и получила широкое распространение в XVIII веке.

История[ | код]

Паровой двигатель (эолипил) турбинного типа был изобретён Героном Александрийским в I веке н. э., но оставался забытой игрушкой, и лишь в конце XVII столетия паровые двигатели вновь привлекли внимание энтузиастов. Дени Папен изобрёл паровой котёл высокого давления с предохранительным клапаном и впервые высказал идею использования подвижного поршня в цилиндре. Но до практической реализации Папен не добрался.

В 1705 году кузнец по профессии Томас Ньюкомен совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой двигатель для водяного насоса (водоподъёмника), опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать (1712). По-видимому, Ньюкомен использовал ранее полученные экспериментальные данные Папена, который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре и поначалу нагревание и охлаждение пара для возвращения поршня в исходное состояние производил вручную.

Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери, с которым Ньюкомен позднее сотрудничал, поскольку патент Севери получил по акту Парламента право действия до 1733 года. Устройством Ньюкомена был поршневой паровой двигатель с водоподъёмным насосом, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации: вследствие высокого давления пара двигатели иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт, изобретатель назвал его «другом рудокопа». [1][2]

Водоподъёмные насосы Ньюкомена с поршневым паровым двигателем нашли применение в Англии и в других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. К 1733 г. их было куплено 110, из которых 14 — на экспорт. С некоторыми усовершенствованиями их до 1800 г. произвели 1454 штуки, и они оставались в употреблении до начала XX века.[3]

Принцип работы[ | код]

Рабочий ход в вакуумном двигателе Ньюкомена совершается не высоким давлением пара, а низким давлением вакуума, образующегося после впрыска воды в цилиндр заполненный горячим паром. Низкое давление вакуума увеличивало безопасность двигателя, но сильно уменьшало мощность двигателя.

Пар низкого давления впускается в вертикальный рабочий цилиндр, открытый сверху, поднимая поршень. Впускной клапан закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В классическом двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. При конденсации пара давление в цилиндре падает, и атмосферное давление с усилием двигает поршень вниз, совершая рабочий ход. Смазка и уплотнение поршня осуществляется небольшим количеством воды, налитой на него сверху.

Изначально распределение пара и охлаждающей воды было ручным, затем изобретено автоматическое распределение, т.н. "механизм Поттера".

Работа, производимая атмосферным давлением, тем больше, чем больше ход поршня и сила давления на него. Перепад давлений при этом зависит только от температуры, при которой пар конденсируется, и сила, равная произведению перепада давлений на площадь поршня, увеличивается при увеличении площади поршня, то есть, диаметра цилиндра и, следовательно, объема цилиндра. Совокупно получается, что мощность машины растёт с ростом объёма цилиндра.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, представляющего собой двуплечий рычаг. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла. При рабочем ходе поршня вниз насос выталкивает вверх порцию воды, а затем под собственным весом опускается вниз, а поршень поднимается, заполняя цилиндр паром.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно при помощи лошадей. Отопление машин углем, добытым в той же шахте, которую машина обслуживала, оказалось выгодно, несмотря на чудовищную прожорливость установки. Машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его машина стала предшественницей универсального двигателя Дж. Уатта.

Схожую технологию в наше время используют бетононасосы на стройках

Дальнейшее развитие[ | код]

Схема паровой машины Ньюкомена с конденсатором Уатта

Рабочий ход поршня только в одну сторону (вниз), и постоянные потери тепла на нагревание остывшего цилиндра ограничивали эффективность машины (КПД менее 1%).

Первым усовершенствованием, введённым Уаттом, был отдельный конденсатор, позволивший держать цилиндр постоянно горячим.

В своём принципиально новом двигателе Уатт отказался от пароатмосферной схемы, создав коромысловую машину двойного действия, в которой рабочими были оба хода поршня. Цепь не могла более служить передаточным звеном к коромыслу во время хода поршня вверх, и возникла потребность в механизме, который передавал бы мощность от поршня к коромыслу в обоих направлениях. Этот механизм также был разработан Уаттом. Мощность увеличилась примерно в пять раз, что дало 75 % экономию в себестоимости угля. Тот факт, что на базе машины Уатта стало возможно преобразование поступательного движения поршня во вращательное, и стал толчком к промышленной революции. Тепловой двигатель теперь мог крутить колесо мельницы или фабричного станка, освободив производство от водяных колёс на реках. Уже к 1800 г. фирма Уатта и его компаньона Болтона произвела 496 таких механизмов, из которых только 164 использовались как насосы. Ещё 308 нашли применение на мельницах и фабриках, а 24 обслуживали доменные печи.

Примечания[ | код]

  1. ↑ Hulse, David H: The Early Development of the Steam Engine; TEE Publishing, Leamington Spa, U.K., 1999 ISBN 1-85761-107-1
  2. ↑ L.T.C. Rolt and J. S. Allen, The Steam engine of Thomas Newcomen (Landmark, Ashbourne, 1997), 44.
  3. ↑ Rolt and Allen, 145

ru.wikibedia.ru

История парового двигателя • ru.knowledgr.com

История парового двигателя простирается до 1-го века н. э.; первый зарегистрированный элементарный паровой двигатель, являющийся aeolipile, описан Херо Александрии. За тысячелетие после Херо (или «Цапля») эксперименты, со многими приведенными в действие паром устройствами провели эксперименты или предложили, но только в 1712, коммерчески успешный паровой двигатель был наконец разработан, атмосферный двигатель Томаса Ньюкомена. Во время промышленной революции паровые двигатели стали доминирующим источником власти и остались так в ранние десятилетия 20-го века, когда достижения в дизайне электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания привели к быстрой замене парового двигателя с помощью этих технологий. Однако паровая турбина, альтернативная форма парового двигателя, стала наиболее распространенным методом, которым ведут генераторы электроэнергии. Расследования превращаются в практичность восстановления парового двигателя оплаты как основание для новой волны 'передовой паровой технологии'.

Предшественники

Раннее использование энергии пара

Самая ранняя известная элементарная паровая турбина парового двигателя и реакции, aeolipile, описана греческим математиком и инженером под названием Герой Александрии (Цапля) в римлянине 1-го века Египет, как зарегистрировано в его рукописи Spiritalia seu Pneumatica. Пар, изгнанный мимоходом из носиков, заставил вертевшийся шар вращаться. Его тепловая эффективность была низкой. Это предполагает, что преобразование парового давления в механическое движение было известно в римском Египте в 1-м веке. Герой также изобрел машину, которая использовала воздух, нагретый в огне алтаря, чтобы переместить количество воды от замкнутого сосуда. Вес воды был сделан потянуть скрытую веревку, чтобы использовать двери храма. Некоторые историки соединяли эти два изобретения, чтобы утверждать, неправильно, что aeolipile был способен к полезной работе.

Согласно Уильяму Малмсбери, в 1125, Реймс являлся родиной церкви, которой привела орган в действие воздушным путем сбегание из сжатия «горячая вода», очевидно проектировал и построил преподавателем Джербертусом.

Среди бумаг Леонардо да Винчи, датирующегося к концу 15-го века, дизайн для приведенного в действие паром орудия, названного Architonnerre, который работает внезапным притоком горячей воды в запечатанное красное горячее орудие.

Элементарная паровая турбина воздействия была описана в 1551 al-шумом Taqi, философом, астрономом и инженером в османе 16-го века Египет, кто описал метод для вращения слюны посредством самолета пара, играющего на ротационных лопастях вокруг периферии колеса. Подобное устройство для вращения слюны было также позже описано Джоном Уилкинсом в 1648. Эти устройства тогда назвали «заводами», но теперь известны как паровые гнезда. Другую подобную элементарную паровую турбину показывает Джованни Бранка, итальянский инженер, в 1629 для превращения цилиндрического устройства избавления, которое поочередно поднималось, и позвольте падению пара пестиков, работающих в минометах. Паровой поток этих ранних паровых турбин, однако, не был сконцентрирован, и большая часть его энергии была рассеяна во всех направлениях. Это привело бы к большой трате энергии и таким образом, их серьезно никогда не рассматривали для промышленного использования.

В 1605 французский математик Флоренс Риво в его трактате на артиллерии написал на своем открытии, что вода, если бы заключено в бомбе и нагрелась, взорвал бы раковины.

В 1606, испанец, Херонимо де Айанц y Бомонт продемонстрировал и был предоставлен, патент для пара привел водный насос в действие. Насос успешно использовался, чтобы истощить наводненные шахты Гуадалканала, Испания.

В 1663 Эдвард Сомерсет, 2-й Маркиз Вустера издал проекты для подъема воды между этажами, использующими подобный принцип к той из кофеварки. Его система была первой, чтобы отделить котел от насосного действия. Воду допустили в укрепленный баррель от цистерны, и затем клапан был открыт, чтобы допустить пар от отдельного котла. Давление, построенное поверх воды, ведя его трубой. Он установил свое приведенное в действие паром устройство на стене Большой Башни в замке Raglan, чтобы поставлять воду через башню. Углубления в стене, где двигатель был установлен, должны были все еще быть замечены в 19-м веке. Однако никто не был готов рискнуть деньгами для такого революционного понятия, и без покровителей машина осталась неразработанной.

Цилиндры

В середине 1670-х Денис Пэпин сотрудничал с голландским физиком Христианом Гюйгенсом на двигателе, который вытеснил воздух от цилиндра, взорвав порох в ней. Понимание неполноты вакуума, произведенного этим, означает и при перемещении в Англию в 1680, Пэпин создал версию того же самого цилиндра, который получил более полный вакуум из кипящей воды и затем разрешения пара уплотнить; таким образом он смог поднять веса, приложив конец поршня к веревке, передающей по шкиву. Как демонстрация моделируют, система работала, но чтобы повторить процесс, целый аппарат должен был быть демонтирован и повторно собран. Пэпин быстро видел, что, чтобы сделать автоматический цикл пар должен будет быть произведен отдельно в котле; однако, поскольку он не брал проект далее. Пэпин также проектировал байдарку, которую управляет реактивная игра на колесе завода в комбинации Таки аль Дина и концепций Сэвери, и ему также приписывают много значительных устройств, таких как предохранительный клапан. Годы Пэпина исследования проблем использования пара должны были быть, играют ключевую роль в разработке первых успешных стационарных двигателей, которые скоро следовали за его смертью.

Паровой насос Savery

Первый паровой двигатель, который будет применен промышленно, был «пожарной машиной» или «Другом Шахтера», разработанный Томасом Сэвери в 1698. Это было pistonless паровым насосом, подобным тому, развитому Вустером. Сэвери сделал два ключевых вклада, которые значительно улучшили практичность дизайна. Во-первых, чтобы позволить водоснабжению быть помещенным ниже двигателя, он использовал сжатый пар, чтобы произвести частичный вакуум в насосном водохранилище (баррель в примере Вустера), и использование что потянуть воду вверх. Во-вторых, чтобы быстро охладить пар, чтобы произвести вакуум, он управлял холодной водой по водохранилищу.

Операция потребовала нескольких клапанов; когда водохранилище было пусто в начале цикла, клапан был открыт, чтобы допустить пар. Клапан был закрыт, чтобы запечатать водохранилище и охлаждающийся водный клапан, включенный, чтобы уплотнить пар и создать частичный вакуум. Клапан поставки был открыт, таща воду вверх в водохранилище, и типичный двигатель мог потянуть воду до 20 футов. Это было закрыто, и паровой клапан вновь открыт, строя давление по воде и качая его вверх, как в Вустерском дизайне. Цикл по существу удвоил расстояние, что вода могла быть накачана для любого данного давления пара, и производственные примеры подняли воду приблизительно 40 футов.

Двигатель Сэвери решил проблему, которая только недавно стала серьезным; поднимая воду из шахт в южной Англии, поскольку они достигли больших глубин. Двигатель Сэвери был несколько менее эффективным, чем Ньюкомен, но за это дал компенсацию факт, что отдельный насос, используемый двигателем Newcomen, был неэффективен, дав этим двум двигателям примерно ту же самую эффективность фунтов на 6 миллионов футов за бушель угля (меньше чем 1%). И при этом двигатель Savery не был очень безопасен, потому что часть его цикла потребовала пара под давлением, поставляемым котлом и данным технологию периода, камера высокого давления не могла быть сделана достаточно сильной и так была подвержена взрыву. Взрыв одного из его насосов в Широком Уотерсе (под Веднесбэри), приблизительно в 1705, вероятно отмечает конец попыток эксплуатировать его изобретение.

Двигатель Savery был менее дорогим, чем Ньюкомен и был произведен в меньших размерах. Некоторые строители производили улучшенные версии двигателя Savery до в конце 18-го века.

Атмосферные двигатели сжатия

Newcomen «атмосферный» двигатель

Именно Томас Ньюкомен с его «атмосферным двигателем» 1712, как могут говорить, объединил большинство существенных элементов, установленных Papin, чтобы разработать первый практический паровой двигатель, для которого могло быть коммерческое требование. Это приняло форму балансирного двигателя оплаты, установленного на поверхностном уровне, ведя последовательность насосов в одном конце луча. Двигатель, приложенный цепями от другого конца луча, работал над атмосферным, или вакуумный принцип.

Дизайн Ньюкомена использовал некоторые элементы более ранних понятий. Как дизайн Savery, двигатель Ньюкомена использовал пар, охлажденный с водой, чтобы создать вакуум. В отличие от насоса Сэвери, однако, Ньюкомен использовал вакуум, чтобы надеть поршень вместо того, чтобы надеть воду непосредственно. Верхний конец цилиндра был открыт для атмосферного давления, и когда вакуум сформировался, атмосферное давление выше поршня оттолкнуло его в цилиндр. Поршень был смазан струйкой воды от той же самой цистерны, которая поставляла охлаждающуюся воду. Далее, чтобы улучшить охлаждающийся эффект, он распылил воду непосредственно в цилиндр.

Поршень был приложен цепью к большому вертевшемуся лучу. Когда поршень потянул луч, другая сторона луча потянулась вверх. Этот конец был присоединен к пруту, который надел серию обычных ручек насоса в шахте. В конце этого удара власти был вновь открыт паровой клапан, и вес прутов насоса сбросил луч, сняв поршень и вовлекая пар в цилиндр снова.

Используя поршень и луч позволил двигателю Newcomen приводить в действие насосы на разных уровнях всюду по шахте, а также избавление от необходимости любой пар высокого давления. Вся система была изолирована к единственному зданию на поверхности. Хотя неэффективный и чрезвычайно тяжелый на угле (по сравнению с более поздними двигателями), эти двигатели подняли намного большие объемы воды и от больших глубин, чем ранее было возможно. Более чем 100 двигателей Newcomen были установлены по Англии к 1735, и считается, что целых 2,000 были в действии к 1800 (включая версии Уотта).

Джон Смитон сделал многочисленные улучшения двигателя Newcomen, особенно печати, и улучшая их смогли почти утроить свою эффективность. Он также предпочел использовать колеса вместо лучей для передачи власти от цилиндра, который сделал его двигатели более компактными. Смитон был первым, чтобы развить строгую теорию дизайна парового двигателя операции. Он работал назад от намеченной роли, чтобы вычислить сумму власти, которая будет необходима для задачи, размера и скорости цилиндра, который обеспечил бы его, размер котла должен был накормить его, и количество топлива, которое это будет потреблять. Они были развиты опытным путем после учащихся десятков двигателей Newcomen в Корнуолле и Ньюкасле и строительстве экспериментального собственного двигателя в его доме в Austhorpe в 1770. К тому времени, когда двигатель Ватта был введен только несколько лет спустя, Смитон встроил десятки еще более крупных двигателей в диапазон на 100 л. с.

Отдельный конденсатор ватта

Работая в Университете г. Глазго производителем инструментов и ремонтником в 1759, Джеймс Уотт был представлен власти пара профессором Джоном Робисоном. Очарованный, Уотт взял к чтению всего, что он мог на предмете, и независимо развил понятие скрытой высокой температуры, только недавно изданной Джозефом Блэком в том же самом университете. Когда Уотт узнал, что университет владел маленькой рабочей моделью двигателя Newcomen, он нажал, чтобы возвратить его из Лондона, где он неудачно восстанавливался. Уотт отремонтировал машину, но нашел, что это было едва функционально, даже когда полностью восстановлено.

После работы с дизайном Уотт пришел к заключению, что 80% пара, используемого двигателем, были потрачены впустую. Вместо того, чтобы обеспечить движущую силу, это вместо этого использовалось, чтобы нагреть цилиндр. В дизайне Newcomen каждый удар власти был начат с брызг холодной воды, которая не только уплотнила пар, но также и охладила стены цилиндра. Эта высокая температура должна была быть заменена, прежде чем цилиндр примет пар снова. В двигателе Newcomen высокая температура поставлялась только паром, поэтому когда паровой клапан был открыт снова подавляющее большинство, сжатое на холодных стенах, как только это допустили в цилиндр. Потребовалось значительное количество времени и пар, прежде чем цилиндр нагрелся назад, и пар начал заполнять его.

Уотт решил проблему водных брызг, удалив холодную воду к различному цилиндру, помещенному около цилиндра власти. Как только удар индукции был полон, клапан был открыт между этими двумя, и любой пар, который вошел в цилиндр, уплотнит в этом холодном цилиндре. Это создало бы вакуум, который потянет больше пара в цилиндр, и так далее пока пар не был главным образом сжат. Клапан был тогда закрыт, и операция главного цилиндра продолжалась, поскольку это будет на обычном двигателе Newcomen. Поскольку цилиндр власти остался при эксплуатационной температуре повсюду, система была готова к другому удару, как только поршень был задержан к вершине. Поддержание температуры было жакетом вокруг цилиндра, где пар допустили. В 1765 Уотт произвел рабочую модель.

Убежденный, что это было большим прогрессом, Уотт вступил в партнерства, чтобы обеспечить венчурный капитал, в то время как он работал над дизайном. Не довольный этим единственным улучшением, Уотт работал неустанно над рядом других улучшений практически каждой части двигателя. Уотт далее улучшил систему, добавив маленький вакуумный насос, чтобы вытащить пар из цилиндра в конденсатор, далее улучшающееся время цикла. Более радикальное изменение от дизайна Newcomen закрывало вершину цилиндра и вводило низкий пар давления выше поршня. Теперь власть не происходила из-за различия атмосферного давления и вакуума, но давления пара и вакуума, несколько более высокой стоимости. На восходящем обратном ходу пар на вершине был передан через трубу нижней стороне поршня, готового быть сжатым для нисходящего удара. Запечатывание поршня на двигателе Newcomen было достигнуто, поддержав небольшое количество воды на его верхней стороне. Это больше не было возможно в двигателе Уотта из-за присутствия пара. Уотт потратил значительное усилие найти печать, которая работала, в конечном счете полученная при помощи смеси масла и нефти. Поршневой прут также прошел через железу на главном цилиндрическом покрытии, запечатанном похожим способом.

Поршневая герметизирующая проблема происходила из-за наличия никакого способа произвести достаточно круглый цилиндр. Уотт попытался быть скучным цилиндров от чугуна, но они были также вне раунда. Уотт был вынужден использовать прибитый железный цилиндр. Следующая цитата от Косули (1916):

Уотт наконец считал дизайн достаточно хорошим, чтобы выпустить в 1774, и двигатель Уотта был выпущен на рынок. Поскольку части дизайна могли быть легко приспособлены к существующим двигателям Newcomen, не было никакой потребности построить полностью новый двигатель в шахтах. Вместо этого Уотт и его деловой партнер Мэтью Бултон лицензировали улучшения операторов двигателя, взимая с них часть денег, которые они будут экономить в уменьшенных топливных затратах. Дизайн был дико успешен, и компания Бултона и Уотта была создана, чтобы лицензировать дизайн и помочь новым изготовителям построить двигатели. Эти два позже открыли бы Литейный завод Сохо, чтобы произвести собственные двигатели.

В 1774 Джон Уилкинсон изобрел бурильную машину с шахтой, держащей буровой инструмент, поддержанный на обоих концах, простирающихся через цилиндр, в отличие от тогдашних используемых консольных бурильных молотков. С этой машиной он смог к успешно скуке цилиндр для первого коммерческого двигателя Бултона и Уотта в 1776.

Ватт никогда не прекращал улучшать его проекты. Это далее улучшило операционную скорость цикла, представленных губернаторов, автоматические клапаны, поршни двойного действия, множество ротационных взлетов власти и многих других улучшений. Технология ватта позволила широко распространенное коммерческое использование постоянных паровых двигателей.

Хамфри Гейнсборо произвел паровой двигатель сжатия модели в 1760-х, который он показал Ричарду Ловеллу Эджуорту, члену Лунного Общества. Гейнсборо полагал, что Уотт использовал свои идеи для изобретения; однако, Джеймс Уотт не был членом Лунного Общества в этом периоде и его многих счетах, объясняющих, что последовательность мыслительных процессов, приводящих к заключительному дизайну, будет иметь тенденцию противоречить этой истории.

Власть была все еще ограничена низким давлением, смещением цилиндра, сгорания и темпов испарения и мощности конденсатора. Максимальная теоретическая эффективность была ограничена относительно низким температурным дифференциалом по обе стороны от поршня; это означало, что для двигателя Уотта, чтобы обеспечить применимую сумму власти, первые производственные двигатели должны были быть очень большими, и были таким образом дорогими, чтобы построить и установить.

Ватт и вращательные двигатели двойного действия

Boulton & Watt разработала двигатель оплаты во вращательный тип. В отличие от двигателя Newcomen, двигатель Уотта мог работать достаточно гладко, чтобы быть связанным с карданным валом – через механизмы солнца и планеты – чтобы обеспечить ротационную власть наряду с цилиндрами сжатия двойного действия. Самый ранний пример был построен как демонстрант и был установлен на фабрике Бултона, чтобы работать машины на напуск (полировки) кнопки или подобный. Поэтому это было всегда известно как «двигатель коленей». В ранних паровых двигателях поршень обычно связывается прутом с уравновешенным лучом, а не непосредственно с маховым колесом, и эти двигатели поэтому известны как балансирные двигатели.

Двигатели высокого давления

Поскольку 18-й век продвинулся, требование было для более высоких давлений; этому сильно сопротивлялся Уотт, который использовал монополию, которую его патент дал ему, чтобы препятствовать тому, чтобы другие строили двигатели высокого давления и использовали их в транспортных средствах. Он подозревал сопротивление материалов и технологию котла дня.

Важные преимущества двигателей высокого давления были:

  1. Они могли быть сделаны намного меньшими, чем ранее для данной выходной мощности. Был таким образом потенциал для паровых двигателей, которые будут развиты, которые были маленькими и достаточно сильными, чтобы продвинуть себя и другие объекты. В результате энергия пара для транспортировки теперь стала практичностью в форме судов и наземных транспортных средств, которые коренным образом изменили грузовые компании, путешествие, военную стратегию, и по существу каждый аспект общества.
  2. Из-за их меньшего размера они были намного менее дорогими.
  3. Они не требовали значительных количеств воды охлаждения конденсатора, необходимой атмосферным двигателям.
  4. Они могли быть разработаны, чтобы бежать на более высоких скоростях, делая их более подходящими для включения оборудования.

Недостатки были:

  1. В низком диапазоне давления они были менее эффективными, чем сжатие двигателей, особенно если пар не использовался экспансивно.
  2. Они были более восприимчивы к взрывам котла.

Основное различие между тем, насколько с высоким давлением и работа паровых двигателей низкого давления источник силы, которая перемещает поршень. В двигателях Ньюкомена и Уотта это - уплотнение пара, который создает большую часть перепада давлений, заставляя атмосферное давление (Newcomen) или пар низкого давления (Ватт) выдвигать поршень; внутренние давления никогда значительно превышают атмосферное давление. В двигателе высокого давления большая часть перепада давлений обеспечена паром высокого давления от котла; низкая сторона давления поршня может быть при атмосферном давлении или, если это связано с конденсатором, это только обеспечивает маленькую пропорцию перепада давлений.

Первым известным защитником «прочного пара» был Джейкоб Леуполд в своей схеме двигателя, который появился в энциклопедических работах приблизительно с 1725. Различные проекты для пара продвинули лодки, и транспортные средства также появились в течение века один из самых многообещающих, являющихся Николасом-Джозефом Кагнотом, который продемонстрировал его «fardier» (паровой фургон) в 1769. Пока рабочее давление, используемое для этого транспортного средства, неизвестно, небольшой размер котла дал недостаточную норму выработки пара, чтобы позволить fardier продвигаться больше чем на несколько сотен метров за один раз прежде, чем иметь необходимость остановиться, чтобы поднять пар. Другие проекты и модели были предложены, но как с моделью Уильяма Мердока 1784, многие были заблокированы Бултоном и Уоттом.

Это не применялось в США, и в 1788 пароходе, построенном Джоном Фитчем, прооперированным в регулярной коммерческой службе вдоль Делавэрской реки между Филадельфией, Пенсильвания, и Берлингтоном, Нью-Джерси, неся целых 30 пассажиров. Эта лодка могла, как правило, делать 7 - 8 миль в час и поехала больше, чем во время ее короткого отрезка обслуживания. Пароход Fitch не был коммерческим успехом, поскольку этот маршрут был соответственно покрыт относительно хорошими дорогами фургона. В 1802 Уильям Симингтон построил практический пароход, и в 1807 Роберт Фалтон использовал паровой двигатель Уотта, чтобы привести первый коммерчески успешный пароход в действие.

Оливер Эванс в его очереди выступил за «прочный пар», который он обратился к лодочным двигателям и постоянному использованию. Он был пионером цилиндрических котлов; однако, котлы Эванса действительно переносили несколько серьезных взрывов котла, которые имели тенденцию придавать вес приступам растерянности Уотта. Он основал Pittsburgh Steam Engine Company в 1811 в Питсбурге, Пенсильвания.

Компания ввела паровые двигатели высокого давления торговле речным судном в водоразделе Миссисипи.

Важность подъема пара под давлением (с термодинамической точки зрения) состоит в том, что это достигает более высокой температуры. Таким образом любой двигатель, используя пар высокого давления работает при более высокой температуре и дифференциале давления, чем возможно с низким вакуумным двигателем давления. Двигатель высокого давления таким образом стал основанием для большей части дальнейшего развития оплаты паровой технологии. Несмотря на это, около 1800 года, «высокое давление» составило то, что сегодня будут считать очень низким давлением, т.е. 40-50 фунтов на квадратный дюйм (276-345 кПа), пункт, являющийся, который рассматриваемый двигатель высокого давления неуплотнял, ведомый исключительно экспансивной властью пара, и как только тот пар выполнил работу, это обычно исчерпывалось при более-высоком-,-чем-атмосферный давлении. Взрыв утомительного пара в дымоход мог эксплуатироваться, чтобы создать вызванный набросок через решетку огня и таким образом увеличить темп горения, следовательно создавая больше высокой температуры в меньшей печи, за счет создания назад давления на выхлопную сторону поршня.

21 февраля 1804 на металлургическом заводе Penydarren в Мертир-Тидвиле в Южном Уэльсе, первом самоходном железнодорожном паровом двигателе или паровозе, построенном Ричардом Тревизиком, был продемонстрирован.

Корнуоллский двигатель и сложение процентов

Приблизительно в 1811 Ричард Тревизик был обязан обновлять Уотта, качающего двигатель, чтобы приспособить его к одному из его новых больших цилиндрических корнуоллских котлов. Когда Тревизик уехал в Южную Америку в 1816, его улучшения были продолжены Уильямом Симсом. В параллели Артур Вульф разработал составной двигатель с двумя цилиндрами, так, чтобы пар расширился в цилиндре высокого давления прежде чем быть выпущенным в низкое давление один. Эффективность была далее повышена Сэмюэлем Гроэзом, который изолировал котел, двигатель и трубы.

Паровое давление выше поршня было увеличено, в конечном счете достигнув или даже и теперь обеспечило большую часть власти для нисходящего удара; в то же время сжатие было улучшено. Эта значительно поднятая эффективность и дальнейшие насосные двигатели на корнуоллской системе (часто известный как корнуоллские двигатели) продолжали строиться новые в течение 19-го века. Более старые двигатели Ватта были обновлены, чтобы соответствовать.

Натяжное приспособление этих корнуоллских улучшений было медленным в ткани производственные области, где уголь был дешевым, из-за более высоких капитальных затрат двигателей и большего изнашивания, которое они перенесли. Изменение только началось в 1830-х, обычно придя к соглашению посредством добавления другого (высокое давление) цилиндр.

Другое ограничение ранних паровых двигателей было изменчивостью скорости, которая сделала их неподходящими для многих текстильных заявлений, особенно вращаясь. Чтобы получить устойчивые скорости, ранний пар двинулся на большой скорости, текстильные заводы использовали паровой двигатель, чтобы накачать воду к водному колесу, которое вело оборудование.

Многие из этих двигателей поставлялись во всем мире и дали надежное и эффективное обслуживание за очень многие годы со значительно уменьшенным потреблением угля. Некоторые из них были очень большими, и тип продолжал строиться право вниз на 1890-е.

Двигатель Corliss

Паровой двигатель Corliss (запатентованный 1849) назвали самым большим улучшением начиная с Джеймса Уотта. Двигатель Corliss значительно улучшил регулировку скорости и лучшую эффективность, делая его подходящим для всех видов промышленного применения, включая вращение.

Корлисс использовал отдельные порты для подачи пара и выхлопа, который препятствовал тому, чтобы выхлоп охладил проход, используемый горячим паром. Корлисс также использовал частично вращающиеся клапаны, которые обеспечили быстрое действие, помогая уменьшить падение давления. Сами клапаны были также источником уменьшенного трения, особенно по сравнению с клапаном понижения, который, как правило, использовал 10% власти двигателя.

Корлисс использовал автоматическую отключенную переменную. Механизм клапана управлял скоростью двигателя при помощи губернатора, чтобы изменить выбор времени сокращения прочь. Это было частично ответственно за улучшение эффективности в дополнение к лучшей регулировке скорости.

Скоростной двигатель швейцара-Allen

Двигатель Швейцара-Allen, введенный в 1862, использовал современный механизм механизма клапана, разработанный для Швейцара Алленом, механиком исключительной способности, и был сначала общеизвестным как двигатель Аллена. Скоростной двигатель был машиной точности, которая была хорошо уравновешена, успехи, добитые возможный продвижениями в станках и производственной технологии.

Скоростной двигатель бежал на поршневых скоростях от три до пять раз скорости обычных двигателей. У этого также была изменчивость низкой скорости. Скоростной двигатель широко использовался в лесопилках, чтобы привести проспект в действие saws. Позже это использовалось для электрического поколения.

У

двигателя было несколько преимуществ. Это могло, в некоторых случаях, быть непосредственно соединено. Если бы механизмы или пояса и барабаны использовались, то они могли бы быть намного меньшими размерами. Сам двигатель был также маленьким для суммы власти, которую это развило.

Швейцар значительно улучшил губернатора шара мухи, уменьшив вращающийся вес и добавив вес вокруг шахты. Эта значительно улучшенная регулировка скорости. К 1880 губернатор швейцара стал ведущим типом.

Эффективность двигателя Швейцара-Allen была хороша, но не равна двигателю Corliss.

Uniflow (или unaflow) двигатель

uniflow двигатель был самым эффективным типом двигателя высокого давления. Это было изобретено в 1911 и использовалось в судах, но было перемещено паровыми турбинами и более поздними судовыми дизелями.

Библиография

Дополнительные материалы для чтения

ru.knowledgr.com

Паровая машина Ньюкомена - Вики

Паровой двигатель (эолипил) турбинного типа был изобретён Героном Александрийским в I веке н. э., но оставался забытой игрушкой, и лишь в конце XVII столетия паровые двигатели вновь привлекли внимание энтузиастов. Дени Папен изобрёл паровой котёл высокого давления с предохранительным клапаном и впервые высказал идею использования подвижного поршня в цилиндре. Но до практической реализации Папен не добрался.

В 1705 году кузнец по профессии Томас Ньюкомен совместно с лудильщиком Дж. Коули построил паровой двигатель для водяного насоса (водоподъёмника), опыты по совершенствованию которого продолжались около десяти лет, пока он не начал исправно работать (1712). По-видимому, Ньюкомен использовал ранее полученные экспериментальные данные Папена, который изучал давление водяного пара на поршень в цилиндре и поначалу нагревание и охлаждение пара для возвращения поршня в исходное состояние производил вручную.

Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог получить патент, так как паровой водоподъёмник был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери, с которым Ньюкомен позднее сотрудничал, поскольку патент Севери получил по акту Парламента право действия до 1733 года. Устройством Ньюкомена был поршневой паровой двигатель с водоподъёмным насосом, и, очевидно, не слишком эффективный, так как тепло пара каждый раз терялось во время охлаждения контейнера, и довольно опасный в эксплуатации: вследствие высокого давления пара двигатели иногда взрывались. Так как это устройство можно было использовать как для вращения колёс водяной мельницы, так и для откачки воды из шахт, изобретатель назвал его «другом рудокопа». [1][2]

Водоподъёмные насосы Ньюкомена с поршневым паровым двигателем нашли применение в Англии и в других европейских странах для откачивания воды из глубоких затопленных шахт, работы в которых без них производить было бы невозможно. К 1733 г. их было куплено 110, из которых 14 — на экспорт. С некоторыми усовершенствованиями их до 1800 г. произвели 1454 штуки, и они оставались в употреблении до начала XX века.[3]

Рабочий ход в вакуумном двигателе Ньюкомена совершается не высоким давлением пара, а низким давлением вакуума, образующегося после впрыска воды в цилиндр заполненный горячим паром. Низкое давление вакуума увеличивало безопасность двигателя, но сильно уменьшало мощность двигателя.

Пар низкого давления впускается в вертикальный рабочий цилиндр, открытый сверху, поднимая поршень. Впускной клапан закрывается, и пар охлаждается, конденсируясь. В классическом двигателе Ньюкомена охлаждающая вода распыляется непосредственно в цилиндр, и конденсат сбегает в сборник конденсата. При конденсации пара давление в цилиндре падает, и атмосферное давление с усилием двигает поршень вниз, совершая рабочий ход. Смазка и уплотнение поршня осуществляется небольшим количеством воды, налитой на него сверху.

Изначально распределение пара и охлаждающей воды было ручным, затем изобретено автоматическое распределение, т.н. "механизм Поттера".

Работа, производимая атмосферным давлением, тем больше, чем больше ход поршня и сила давления на него. Перепад давлений при этом зависит только от температуры, при которой пар конденсируется, и сила, равная произведению перепада давлений на площадь поршня, увеличивается при увеличении площади поршня, то есть, диаметра цилиндра и, следовательно, объема цилиндра. Совокупно получается, что мощность машины растёт с ростом объёма цилиндра.

Поршень связан цепью с концом большого коромысла, представляющего собой двуплечий рычаг. Насос под нагрузкой связан цепью с противоположным концом коромысла. При рабочем ходе поршня вниз насос выталкивает вверх порцию воды, а затем под собственным весом опускается вниз, а поршень поднимается, заполняя цилиндр паром.

Постоянное охлаждение и повторное нагревание рабочего цилиндра машины было очень расточительным и неэффективным, тем не менее, эти паровые машины позволяли откачивать воду с большей глубины, чем это было возможно при помощи лошадей. Отопление машин углем, добытым в той же шахте, которую машина обслуживала, оказалось выгодно, несмотря на чудовищную прожорливость установки. Машина Ньюкомена не была универсальным двигателем и могла работать только как насос. Попытки Ньюкомена использовать возвратно-поступательное движение поршня для вращения гребного колеса на судах оказались неудачными. Однако заслуга Ньюкомена в том, что он одним из первых реализовал идею использования пара для получения механической работы. Его машина стала предшественницей универсального двигателя Дж. Уатта.

Схожую технологию в наше время используют бетононасосы на стройках

Схема паровой машины Ньюкомена с конденсатором Уатта

Рабочий ход поршня только в одну сторону (вниз), и постоянные потери тепла на нагревание остывшего цилиндра ограничивали эффективность машины (КПД менее 1%).

Первым усовершенствованием, введённым Уаттом, был отдельный конденсатор, позволивший держать цилиндр постоянно горячим.

В своём принципиально новом двигателе Уатт отказался от пароатмос

ru.wikiredia.com