|
Здесь есть всё! Считается, что идея использования силы пара для превращения ее в энергию движения принадлежит Герону Александрийскому, жившему в 1 веке нашей эры и создавшему эолипил — «шар Эола».
Это был металлический шар, вращающийся под давлением пара. К сожалению движущая сила нагретого воздуха и водяного пара использовалась здесь только лишь для демонстрации забавной игрушки. Герон часто использовал энергию пара в своих изобретениях: для реализации раздвижных автоматических дверей в храмах, двигающих руками статуй богов и так далее. Он оставил много чертежей, по которым можно собрать реально действующие механизмы. Его изобретения, опередившие свое время, смогли по достоинству оценить лишь в средневековье. Интересно, что в середине XVIII столетия эолипил «переизобрел» венгерский ученый Янош Сегнер, от которого оно и получило свое имя «сегнерово колесо». Средневековая Европа стала собирать и осваивать технические изобретения и новинки со всех стран: Индии, Китая, Византии. XVIII век считается веком покорения пара. Результаты опытов с атмосферным давлением Торричелли и Отто Герике натолкнули ученых на мысль, что силу атмосферного давления можно использовать для производства механической работы. Паровая машина Дени Папена. Дени Папен был ассистентом у Гюйгенса, а с 1688 г. профессором математики в Марбургском университете. У него возникла идея использовать для атмосферного двигателя форму полого цилиндра с движущимся в нем поршнем . Перед Папеном стояла задача заставить поршень совершать работу силой атмосферного давления.
Вода в цилиндре при нагревании превращалась в пар и двигала поршень вверх.
Уже в 1707 г. он предложил новый, усложненный вариант парового двигателя. Паровая машина Томаса Севери. Совершенствование пароатмосферных машин продолжил Томас Севери. В 1698 году Томас Севери изобрел паровой насос для откачки воды из шахт. Его «друг рудокопов» работал без поршня. Паровая машина Т. Ньюкомена. В 1705 году механик Томас Ньюкомен получил патент на изобретенную им тепловую машину.. Паровой насос Ньюкомена начали использовать в Англии для откачки воды из шахт.. Главной деталью его был поршень, уравновешенный грузом и двигавшийся в большом вертикальном цилиндре (2). Давление пара, подаваемого в цилиндр из котла (1), поднимало поршень. Впрыскивание холодной воды из резервуара (5) осаждало пар и создавало в цилиндре вакуум.
После этого двигатель вновь был готов к следующему впрыскиванию пара. Основной недостаток машины Ньюкомена состоял в том, что рабочий цилиндр в ней являлся в то же время и конденсатором. Из-за этого приходилось поочередно то охлаждать, то нагревать цилиндр, и расход топлива оказывался очень велик.
Последующие изобретатели внесли много усовершенствований в насос Ньюкомена. Но принципиальная схема машины Ньюкомена оставалась неизменна на протяжении 50 лет. Паровой двигатель Джеймса Уатта. В 1765 году английский механик Джеймс Уатт создает паровой двигатель. В 1763-1764 годах ему пришлось чинить принадлежавший университету образец машины Ньюкомена. Уатт изготовил небольшую ее модель и принялся изучать ее действие.
С 1776 года началось фабричное производство паровых машин. В машину 1776 года по сравнению с конструкцией 1765 года было внесено несколько принципиальных улучшений. Поршень помещался внутри цилиндра, окруженный паровым кожухом. Кожух сверху был закрыт, а цилиндр — открыт. Пар поступал в цилиндр из котла по боковой трубе. Цилиндр соединялся с конденсатором трубой, снабженной паровыпускным клапаном. Выше этого клапана был размещен еще один уравновешивающий клапан.
Однако машина совершала только одно рабочее движение, работала рывками и потому могла использоваться только как насос. Чтобы паровая машина могла приводить в действие другие машины, необходимо было, чтобы она создавала равномерное круговое движение. Такой двигатель двойного действия был разработан Уаттом в 1782 году. Огромных усилий потребовало от Уатта создание механизма передающего движение от поршня к валу, но Уатт добился и этого, создав особое передающее устройство, которое так и называется параллелограммом Уатта. Теперь новый двигатель Уатта годился для привода других рабочих машин. За 1785-1795 годы было выпущено 144 таких паровых двигателей, а к 1800 году в Англии работала уже 321 паровая машина Уатта. Для измерения мощности паровых машинУатт ввел понятие «лошадиная сила», которая в качестве общепринятой единицы мощности используется и по настоящее время. Одну из машин Уатта купил пивовар, чтобы заменить ею лошадь, которая приводила в действие водяной насос. Паровые двигатели применяли во всех отраслях производства. Они широко использовались в промышленности, на транспорте и стали в свое время «двигателями технического прогресса». Однако коэффициент полезного действия самых лучших паровых двигателей не превышал 5%! Из каждых 1000 кг топлива на полезную работу тратилось всего лишь 50 кг! К концу 19 века схема паросиловой установки была значительно усовершенствована, и ее основные принципы сохранились до нашего времени. Интересно, что в 1735 году в здании английского парламента был установлен первый в систории вентилятор, который приводился в движение паровым двигателем. В 1800 году некий американец, владелец шахты по добыче каменного угля придумал первый паровой лифт. В 1835 году этот паровой лифт вошёл в обиход фабричного грузоподъемного дела в Англии, а потом получил распространение в США. Другие страницы по теме « Паровые двигатели » Паровые двигатели
|
Через специальный клапан пар выталкивал воздух, а при конденсации пара создавалось разреженное пространство; наружное давление двигало поршень вниз. Опускаясь, поршень тянул за собой веревку с грузом. 
Всасывание воды происходило путем конденсации пара и создания разреженного пространства над уровнем воды в сосуде. Севери отделил котел от сосуда, где производилась конденсация. Эта паровая машина обладала низкой экономичностью, но все-таки нашла широкое применение.
Атмосферное давление опускало поршень вниз. Охлаждающая вода и сконденсированный пар выпускались из цилиндра по трубе (6), а излишний пар из котла — через предохранительный клапан (7). 
Уатту сразу стало ясно, что для более экономичной работы двигателя целесообразнее держать цилиндр постоянно нагретым. В 1768 году на основе этой модели на шахте горнозаводчика Ребука была построена большая машина Уатта, на изобретение которой он получил в 1769 году свой первый патент. Самым принципиальным и важным в его изобретении было разделение парового цилиндра и конденсатора, благодаря чему не затрачивалась энергия на постоянный разогрев цилиндра. Машина стала более экономичной. Ее КПД увеличился.
При выборе необходимой мощности паровой машины пивовар определил рабочую силу лошади как восьмичасовую безостановочную работу до полного изнеможения лошади. Расчет показал, что каждую секунду лошадь поднимала 75 кг воды на высоту 1 метр, что и было принято за единицу мощности в 1 лошадиную силу. 
Паровая машина.Паровой двигатель Уатта.
Паровая машина.
Паровой двигатель Уатта.
Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию нагретого пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразовывает энергию пара в механическую работу
Первое известное устройство, приводимое в движение паром, было описано Героном из Александрии в первом столетии — это так называемая «баня Герона», или «эолипил».
Первым применённым на производстве паровым двигателем была «пожарная установка», сконструированная английским военным инженером Томасом Сейвери в 1698 году.
Английским кузнец, Томас Ньюкомен в 1712 году продемонстрировал свой «атмосферный двигатель». Он представлял собой усовершенствованную модель парового двигателя Севери. Он получил свое применение в качестве откачки воды из шахт.
Именно с появлением данного двигателя принято связывать начало английской промышленной революции.
Первая паровая машина Ньюкомена
Принцип работы машины Ньюкомена
А в 1769 году шотландский механик Джеймс Уатт запатентовал первые существенные усовершенствования к вакуумному двигателю Ньюкомена, которые сделали его значительно более эффективным по расходу топлива.
Слева – паровая машина Ньюкомена; справа – усовершенствованная модель Уатта
Джеймс Уатт
(James Watt, 1736-1819)
Выдающийся шотландский инженер и изобретатель, прославившийся прежде всего как создатель усовершенствованной паровой машины
Отлаживая университетскую модель пароатмосферной машины Т.Ньюкомена, Уатт убедился в низкой эффективности подобных машин. Он загорелся идеей улучшить параметры паровой машины. Ему было ясно, что основной недостаток машины Ньюкомена состоял в попеременном нагревании и охлаждении цилиндра.
Каким же образом избежать этого? Ответ пришел к Уатту воскресным весенним днем 1765 г. Он понял, что цилиндр может постоянно оставаться горячим, если до конденсации отводить пар в отдельный резервуар через трубопровод с клапаном. При этом перенос процесса конденсации пара за пределы цилиндра должен способствовать снижению расхода пара. Более того, цилиндр может оставаться горячим, а конденсор холодным, если снаружи их покрыть теплоизоляционным материалом. Усовершенствования, которые внес Уатт в паровую машину (центробежный регулятор, отдельный конденсатор пара, уплотнители и др.), не только подняли коэффициент полезного действия машины, но и окончательно превратили пароатмосферную машину в паровую, а главное — машина стала легко управляемой.
В 1768 г. он подал прошение о патенте на свое изобретение. Патент он в 1769 г. получил, но построить паровую машину ему долго не удавалось. И только в 1776 г. при материальной поддержке доктора Ребека, основателя первого металлургического завода в Шотландии, паровая машина Уатта была, наконец, построена и успешно прошла испытание.
Среди новшеств, внесённых в неё и в последующие модели, были:
- цилиндр двойного действия, в котором пар подавался попеременно по разные стороны от поршня, при этом отработанный пар поступал в конденсатор;
- жаровая рубашка, окружавшая рабочий цилиндр для снижения тепловых потерь, и золотник;
- преобразование возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала сначала посредством шатунно-кривошипного механизма, а затем с помощью шестеренчатой передачи, явившейся прообразом планетарного редуктора;
- центробежный регулятор для поддержания постоянства числа оборотов вала и маховик для уменьшения неравномерности вращения.
Принцип работы последних моделей паровых машин Джеймса Уатта.
Запатентованная Джеймсом Уаттом «ротативная паровая машина» сначала широко применялась для приведения в действие машин и станков прядильных и ткацких фабрик, а позже и других промышленных предприятий.
Это привело к резкому повышению производительности труда. Именно с этого момента англичане отсчитывают начало большой промышленной революции, которая вывела Англию на лидирующее положение в мире.
Применение Паровые машины могут быть классифицированы по их применению следующим образом: Стационарные машины Стационарные паровые машины могут быть разделены на два типа по режиму использования:
• Машины с переменным режимом, к которым относятся машины металлопрокатных станов, паровые лебёдки и подобные устройства, которые должны часто останавливаться и менять направление вращения.
• Силовые машины, которые редко останавливаются и не должны менять направление вращения. Они включают энергетические двигатели на электростанциях, а также промышленные двигатели, использовавшиеся на заводах, фабриках и на кабельных железных дорогах до широкого распространения электрической тяги. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах.
Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба
Паровой молот
Транспортные машины
Паровые машины использовались для привода различных типов транспортных средств, среди них:
• Пароход
Сухопутные транспортные средства:
• Паровой автомобиль
• Паровоз
• Локомобиль
• Паровой трактор
• Паровой экскаватор, и даже
• Паровой самолёт.
В России первый действующий паровоз был построен Е. А. и М. Е. Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе в 1834 году для перевозки руды. Он развивал скорость 13 вёрст в час и перевозил более 200 пудов (3,2 тонны) груза. Длина первой железной дороги составляла 850 м.
Основным преимуществом паровых машин является то, что они могут использовать практически любые источники тепла для преобразования его в механическую работу. Это отличает их от двигателей внутреннего сгорания, каждый тип которых требует использования определённого вида топлива.
Паровые локомотивы неплохо показывают себя на больших высотах, поскольку эффективность их работы не падает в связи с низким атмосферным давлением. Паровозы до сих пор используются в горных районах Латинской Америки, несмотря на то, что в равнинной местности они давно были заменены более современными типами локомотивов.
В Швейцарии и в Австрии новые паровозы, использующие сухой пар, доказали свою эффективность. Такие паровозы имеют на 60% меньшее потребление топлива и значительно меньшие требования к обслуживанию.
Кроме того, паровые локомотивы значительно легче, чем дизельные и электрические, что особенно актуально для горных железных дорог. Особенностью паровых двигателей является то, что они не нуждаются в трансмиссии, передавая усилие непосредственно на колёса.
Памятник Уатту скульптора Френсиса Легата Чантри.
Интересно, что в свое время в качестве единицы мощности Уатт предложил такую единицу, как «лошадиная сила».
Эта единица измерения дожила и до наших дней. Но в Англии, где Уатта почитают как пионера промышленной революции, решили иначе. В1882 г. Британская ассоциация инженеров решила присвоить его имя единице мощности. Теперь имя Джеймса Уатта можно прочесть на любой электрической лампочке. Это был первый в истории техники случай присвоения собственного имени единице измерения. С этого случая и началась традиция присвоения собственных имен единицам измерения.
Использованные ресурсы:
- http://www.critical.ru/calendar/1901watt.htm
- http://autohis.ru/parmashina.php
- http://ru.wikipedia.org/wiki/%D3%E0%F2%F2,_%C4%E6%E5%E9%EC%F1
- http://mycelebrities.ru/publ/sobytija/izobretenija/izobretenie_parovoj_mashiny/27-1-0-184
Атмосферный двигатель Ньюкомена
Наука и технологии
2 мин чтения
Изучите наши коллекции
Назад
Посетители галереи Scotland Transformed в Национальном музее Шотландии не могут пройти мимо мощного двигателя Ньюкомена.
Возвышаясь на 9,5 м, он образует центральную часть галереи, рассказывающей историю Шотландии с 18 по 19 века, от Союза 1707 года до промышленной революции.
Файл фактов Newcomen Engine
Дата
1811 (хотя некоторые детали были переработаны из более раннего двигателя Newcomen)
Сделано в
Falkirk, Scotland
, сделанные за
9000 2
. по проекту Томаса Ньюкомена (1664-1729)
Изготовлено из
Чугун, дерево
Размеры
Высота 9,5 м, длина 9,5 м, ширина 45 м
Вес
20 Тонн
Приобретен
Одарены Burgh of Kilmarnock
.
Шотландия
Знаете ли вы?
Томас Ньюкомен изобрел первую паровую машину в 1712 году.
Как работает машина Ньюкомена?
В его двигателе использовался поршень, работающий внутри цилиндра с открытым верхом. Поршень соединен цепями с качающейся балкой. На другом конце балка соединена с насосами в шахте с помощью штока. При внешнем ходе цилиндр наполняется паром из котла, а затем в цилиндр впрыскивается холодная вода, чтобы превратить пар обратно в воду и создать вакуум (когда вода превращается в пар, она расширяется в 1500 раз, поэтому содержащийся объем пар, сконденсировавшись обратно в воду, создаст вакуум). Затем вакуум тянет поршень вниз и через качающуюся балку поднимает поршень водяного насоса.
На схеме показан этот принцип в действии. Пар показан розовым, а вода синим. Клапаны перемещаются из закрытого (красный) в открытый (зеленый).
Узнать больше
- Общество Ньюкомен
Больше похоже на это
-
Большая галерея, открытия и окно в мир
-
Галереи науки и техники
-
Сообщения в блоге о нашей коллекции науки и техники
-
Двигатель Boulton & Watt
Теги
- История
- Наука и техника
История парового двигателя
История парового двигателя
[Главная страница истории Steam] [Карта сайта истории Steam] [Домашняя страница учебника по вводному химическому машиностроению] [Дополнительные материалы к учебнику]
Краткая история парового двигателя
Резюме Карла Лиры
Одной из наиболее важных промышленных задач 1700-х годов было удаление
воды из шахт.
Пар использовался для откачки воды из шахт. Теперь это
может показаться, что он имеет очень мало общего с современной паровой электроэнергетикой.
растения. Однако одним из основных принципов, используемых при разработке
Энергия на основе пара — это принцип, по которому конденсация водяного пара может создать
вакуум. В этой краткой истории обсуждается, как конденсация использовалась для создания вакуума.
для работы первых паровых насосов и как Джеймс Уатт изобрел раздельный
конденсатор. Хотя представленные в этой истории циклические процессы не используются
в современных паровых турбинах с непрерывным потоком в современных системах используются отдельные конденсаторы.
работающих при давлении ниже атмосферного, с учетом описанных здесь принципов.
Кроме того, истории изобретателей и их изобретений дают представление о
процесс технологических открытий.
Демонстрация вакуума
Один из самых важных принципов, применяемых в работе паровой энергии.
это создание вакуума путем конденсации.
Эта ссылка обеспечивает простую иллюстрацию
используя бутылку безалкогольного напитка и кипящую воду. Демонстрация иллюстрирует, как конденсация
внутри резервуара создается вакуум. Помпа Savery, описанная ниже, использует метод
очень похоже на продемонстрированный метод. Вакуум
Демо.
Насос Savery
В первые дни одним из распространенных способов удаления воды было использование ряда
ковшей на шкивной системе, управляемой лошадьми. Это было медленно и дорого
так как животные нуждались в кормлении, ветеринарной помощи и содержании. Использование
пар для перекачивания воды был запатентован Томасом Савери в 169 г.8, а по его словам
предоставил «двигатель для подъема воды огнем». Насос Савери заработал
путем нагревания воды для ее испарения, заполнения резервуара паром, а затем создания
вакуум, изолируя бак от источника пара и конденсируя пар.
Вакуум использовался для забора воды из шахт. Однако вакуум мог
брать воду только с небольшой глубины. Еще одним недостатком помпы был
использование давления пара для вытеснения воды, набранной в резервуар.
В принципе, давление можно использовать для нагнетания воды из резервуара вверх.
80 футов, но взрывы котлов не были редкостью, так как конструкция герметичных
котлы были не очень развиты. Эта ссылка содержит подробную информацию о работе Savery
Описание насоса..
Атмосферный двигатель Ньюкомена
Томас Ньюкомен (1663-1729), кузнец, в течение 10 лет экспериментировал с
первый по-настоящему успешный паровой двигатель, приводивший в действие насос для удаления воды из
шахты. Его способность продавать двигатель была затруднена из-за обширного патента Савери.
Он был вынужден основать фирму с Савери, несмотря на улучшение показателей.
его двигателя, существенные механические отличия, устранение
потребность в давлении пара и использование вакуума совершенно по-другому. А
Схема двигателя Ньюкомена показана на рис. 1. Двигатель называется
«атмосферный» двигатель, потому что наибольшее используемое давление пара близко к
атмосферное давление.
Рис.
1. Иллюстрация атмосферного двигателя Ньюкомена для откачки воды.
Принцип действия. Паровая машина состоит из
паровой поршень / цилиндр, который перемещает большую деревянную балку для привода водяного насоса.
Двигатель не использует давление пара для подъема парового поршня ! Скорее,
система сконструирована таким образом, что балка тяжелее со стороны главного насоса,
и гравитация тянет вниз балку со стороны главного насоса. Веса добавляются к
стороны главного насоса, если это необходимо. Насосы на рис. 1 вытесняют воду вверх.
ход поршня насоса, в соответствии с насосами, использовавшимися в оборудовании в то время, и обсуждение следует этой конструкции. Для того, чтобы рисовать
воды в основной насос в правой части схемы, рассмотрим цикл
это начинается с луча, опрокинутого вниз справа. Цилиндр под паром
поршень сначала заполняется паром атмосферного давления, а затем распыляется вода
в цилиндр для конденсации пара. Разность давлений между атмосферой и
возникающий вакуум выталкивает пар
поршень вниз, поднимая поршень основного насоса вверх, поднимая воду над поршнем основного насоса и заполняя нижнюю камеру основного насоса водой.
В нижней части хода парового поршня открывается клапан для восстановления
паровой цилиндр к атмосферному давлению, а луч направлен вниз справа
под действием силы тяжести, позволяя главному поршню упасть. Когда главный поршень падает, вода из-под поршня проходит в камеру над поршнем, как будет объяснено позже. Пар атмосферного давления поступает в паровой цилиндр.
на этом этапе, что позволяет повторить процесс.
Двигатель Ньюкомена был лучшей технологией на протяжении 60 лет! Некоторые двигатели Ньюкомена
использовались намного дольше, хотя и значительно уступали Ваттным
последующие двигатели. Более подробно о работе и фото старейшего
существующий двигатель Ньюкомена, см. Newcomen
Описание двигателя.
Атмосферный паровой двигатель мощностью
Вт
|
Рис. 2. Иллюстрация атмосферного двигателя Уатта для перекачивания воды.
|
Двигатели
Newcomen были крайне неэффективны. Пользователи узнали, как Принцип действия. Более подробная информация о работе и фотографии пары двигателей Watt |
,
Двигатель Ватта, какПоршень двойного действия и роторный двигатель
Бултон был прозорливым промышленником и воспользовался