Istoria creării unui motor cu aburi și a aplicării acestuia

Invenția motoarelor cu aburi a reprezentat un punct de cotitură în istoria omenirii. Undeva la sfârșitul secolelor al XVII-lea și al XVIII-lea, ineficiența muncii manuale, a roților de apă și a morile de vânt

Dar cine a inventat motorul cu aburi? Cui este omul acesta obligat? Și când a fost asta? Vom încerca să găsim toate răspunsurile la toate aceste întrebări.

Chiar înainte de epoca noastră

Istoria creării motorului cu aburi începe în primele secole ale Î.H. Geron de Alexandria a descris un mecanism care a început să funcționeze numai atunci când a fost afectat de abur. Dispozitivul era o minge pe care duzele erau fixate. Aburul a evadat din duze, cauzând astfel rotirea motorului. A fost primul dispozitiv care a lucrat pentru un cuplu.

Creatorul motorului cu aburi (sau mai degrabă a turbinei) - Tagi-al-Dinome (filosof arab, inginer și astronom). Invenția sa a devenit cunoscută în Egipt în secolul al XVI-lea. Mecanismul a fost aranjat după cum urmează: fluxurile de abur au fost direcționate direct la mecanism cu lame, iar când fumul se toarnă - lamele se roteau. Ceva similar în 1629 a oferit și inginerul italian Giovanni Branca. Principalul dezavantaj al tuturor acestor invenții a fost consumul de aburi prea mult, care, la rândul său, necesita costuri uriașe de energie și nu era recomandabil. Evoluțiile au fost suspendate, deoarece cunoștințele științifice și tehnice ale omenirii nu erau suficiente. În plus, necesitatea unor astfel de invenții este complet absentă.

desen

Până în secolul al XVII-lea, crearea unui motor cu aburi era imposibilă. Dar de îndată ce bara nivelului de dezvoltare a omenirii a dispărut, au apărut imediat primele exemplare și invenții. Deși nu a fost serios nimeni în acel moment nu a luat-o. De exemplu, în 1663 un om de știință englez a publicat în presă un proiect al invenției sale, pe care la instalat în castelul Reglan. Dispozitivul său a servit pentru a ridica apă pe pereții turnurilor. Cu toate acestea, ca totul nou și neexplorat, acest proiect a fost adoptat cu îndoială, iar sponsorii pentru dezvoltarea sa ulterioară nu au fost găsiți.

Istoria creării unui motor cu aburi începe cu inventarea unei mașini cu abur-atmosferic. În 1681, un om de știință din Franța Denis Papin a inventat un dispozitiv care a pompat apă din mine. Ca forță motrice la început, a fost folosit praf de pușcă și apoi a fost înlocuit cu vapori de apă. Deci a fost o mașină cu aburi și atmosferă. O contribuție imensă la îmbunătățirea sa a fost făcută de oamenii de știință din Anglia, Thomas Newcomen și Thomas Severin. Ajutorul neprețuit a fost oferit și de inventatorul rus, auto-predat de Ivan Polzunov.

Încercarea eșuată a lui Papen

Mașina cu abur-atmosferă, departe de a fi perfectă la acel moment, a atras atenție specială în industria construcțiilor navale. D. Papen și-a petrecut ultimele economii la achiziționarea unei nave mici, unde a fost implicat în instalarea unei mașini de producere a aburului și a atmosferei de ridicare a apei. Mecanismul de acțiune a fost că, de la o înălțime, apa a început să rotească roțile.

Inventatorul a efectuat testele sale în 1707 pe râul Fulda. O mulțime de oameni s-au adunat să privească la miracol: o navă care se deplasează pe un râu fără vâsle și vâsle. Cu toate acestea, în timpul testelor, a avut loc o catastrofă: motorul a explodat și mai mulți oameni au murit. Autoritățile s-au supărat pe inventatorul fără succes și i-au interzis orice muncă și proiecte. Nava a fost confiscată și distrusă, iar câțiva ani mai târziu el a murit.

eroare

Aburitorul lui Papen a avut următorul principiu de lucru. La baza cilindrului a fost necesar să se toarnă o cantitate mică de apă. Sub cilindrul în sine a fost amplasat un brazier, care a servit la încălzirea lichidului. Când apa a început să fiarbă, aburul se formează, se extinde, ridică pistonul. Din spațiul de deasupra pistonului, printr-o supapă special echipată, aerul a fost împins afară. După ce apa se fierbe și începe să se toarne aburul, era necesar să se scoată brazierul, să se închidă supapa pentru a îndepărta aerul și apă rece să se răcească pereții cilindrului. Datorită acestor acțiuni, vaporii din cilindru au condensat, sub piston un vid dezvoltat, și datorită forței de presiune atmosferică, pistonul a revenit la poziția inițială din nou. În timpul mișcării sale descendente, sa făcut o lucrare utilă. Cu toate acestea, eficiența motorului Papen cu aburi a fost negativă. Motorul navei era extrem de neeconomic. Și, cel mai important, a fost prea complicat și incomod să funcționeze. Prin urmare, invenția lui Papen nu a avut un viitor încă de la început.

adepți

Cu toate acestea, istoria creării unui motor cu aburi nu sa terminat acolo. Următorul, mult mai reușit decât Papen, a fost omul de știință englez Thomas Newcomen. El a studiat mult timp activitatea predecesorilor săi, concentrându-se asupra punctelor slabe. Și luând cele mai bune lucrări, a creat în 1712 aparatul. Noul motor cu aburi (imaginea de mai sus) a fost proiectat după cum urmează: a fost utilizat un cilindru care era în poziție verticală și un piston. Acest Newcomen a luat de la lucrările lui Papen. Cu toate acestea, aburul a fost format într-un alt cazan. În jurul pistonului a fost fixată întreaga suprafață a pielii, ceea ce a sporit considerabil etanșeitatea în interiorul cilindrului de abur. Această mașină a fost și abur-atmosferică (apa a crescut de la mina cu ajutorul presiunii atmosferice). Principalele dezavantaje ale invenției au fost greoaie și neeconomice: mașina "a mâncat" o mare cantitate de cărbune. Cu toate acestea, a adus mult mai multe beneficii decât invenția lui Papen. Prin urmare, a fost folosit aproape 50 de ani în dungeoni și mine. A fost folosită pentru pomparea apelor subterane, precum și pentru uscarea navelor. Thomas Newcomen a încercat să-și transforme mașina, astfel încât să poată fi aplicată pentru trafic. Cu toate acestea, toate încercările sale au fost nereușite.

Următorul om de știință care a pretins că este el însuși a fost D. Hull din Anglia. În 1736, el a introdus lumea invenției sale: o mașină cu abur-atmosferă, care avea rotoare ca propulsie. Dezvoltarea lui a avut mai mult succes decât cea a lui Papen. Imediat, au fost produse mai multe astfel de nave. Practic, ei erau obișnuiți să tragă barje, nave și alte nave. Cu toate acestea, fiabilitatea mașinii cu aburi și atmosferă nu era credibilă, iar vasele erau echipate cu pânze ca unitate principală de propulsie.

Și, deși Hoole era mai norocos decât Papen, invențiile lui au pierdut treptat relevanța și au fost abandonate. Totuși, mașinile cu aburi și atmosferă din acea vreme aveau multe dezavantaje specifice.

Istoria creării unui motor cu abur în Rusia

Următoarea descoperire a avut loc în Imperiul Rus. În anul 1766, la uzina metalurgică din Barnaul, a fost creat primul motor cu aburi, care a alimentat aerul în cuptoarele de topire cu ajutorul unor burdufuri speciale. Creatorul său a fost Ivan Ivanovich Polzunov, care pentru serviciile sale în fața patriei sale a primit chiar și un rang de ofițer. Inventatorul a prezentat superiorii săi planurile și planurile unei "mașini de foc" capabile să conducă burdufuri.

Cu toate acestea, soarta a jucat o glumă crudă cu Polzunova: a fost adoptat de șapte ani după proiectul său, iar masina este asamblat, el sa îmbolnăvit și a murit de tuberculoză - doar o săptămână înainte de testarea a început motorul. Cu toate acestea, instrucțiunile sale erau suficiente pentru a porni motorul.

Astfel, pe 7 august 1766, motorul cu abur Polzunov a fost lansat și pus sub încărcătură. Cu toate acestea, în luna noiembrie a aceluiași an, a izbucnit. Motivul era pereții prea subțiri ai cazanului, care nu erau destinați încărcării. Și inventatorul a scris în instrucțiunile sale că acest cazan poate fi folosit numai în timpul testelor. Producția unui cazan nou ar putea fi plătită cu ușurință, deoarece eficiența motorului cu abur Polzunov a fost pozitivă. Timp de 1023 de ore de lucru cu ajutorul său argintiu topit 14 pooduri!

Dar, în ciuda acestui lucru, nimeni nu a repara mecanismul nu. Motorul cu abur Polzunov a dărâmat mai mult de 15 ani în depozit, în timp ce lumea industriei nu sa oprit și sa dezvoltat. Și apoi a fost complet dezmembrat pentru piese de schimb. Aparent, la acea vreme, Rusia nu a crescut încă la motoarele cu aburi.

Cerințe de timp

Între timp, viața nu era în picioare. Și omenirea sa gândit constant să creeze un mecanism care să nu depindă de natura capricioasă, ci să guverneze soarta însăși. Din pânză, toată lumea a vrut să refuze cât mai repede posibil. Prin urmare, problema creării unui motor cu aburi a fost suspendată constant în aer. În 1753, la Paris, a fost lansat un concurs între maeștri, oameni de știință și inventatori. Academia de Științe a anunțat premiul pentru cineva care poate crea un mecanism care să înlocuiască puterea vântului. Dar, în ciuda faptului că concursul a implicat mintea ca L. Euler, D. Bernoulli, Canton de Lacroix și alții, nimeni nu a făcut nicio propunere sensibilă.

Ani au trecut. Și revoluția industrială a acoperit tot mai multe țări. Primatul și conducerea între celelalte puteri au fost inerente în Anglia. Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, Marea Britanie a devenit creatorul unei industrii de mari dimensiuni, datorită căruia a câștigat titlul de monopol mondial în această industrie. Întrebarea motorului mecanic a devenit din ce în ce mai relevantă zi de zi. Și a fost creat un astfel de motor.

Primul motor cu aburi din lume

1784 a fost un moment de cotitură pentru Anglia și întreaga lume în revoluția industrială. Și omul responsabil a fost mecanicul englez James Watt. Motorul cu aburi pe care la creat a fost cea mai tare descoperire a secolului.

James Watt timp de mai mulți ani a studiat desenele, structura și principiile de funcționare ale mașinilor cu aburi-atmosferice. Și pe baza tuturor acestor lucruri, el a concluzionat că pentru eficiența motorului este necesar să se egalizeze temperaturile apei din cilindru și aburul care intră în mecanism. Principalul dezavantaj al mașinilor cu abur-atmosferă a fost nevoia constantă de a răci cilindrul cu apă. Era consumabil și incomod.

Noul motor cu aburi a fost construit într-un mod diferit. Cilindrul era un cămașă de aburi specială. Astfel, Watt și-a atins starea constantă de încălzire. Inventatorul a creat un vas special scufundat în apă rece (condensator). O țeavă a fost atașată de o țeavă. Când aburul a fost prelucrat în cilindru, el a trecut prin conductă în condensator și acolo sa întors în apă. Lucrand la imbunatatirea masinii sale, Watt a creat un vacuum in condensator. Astfel, toate vaporii din cilindru au condensat în el. Datorită acestei inovații, procesul de extindere a aburului a crescut considerabil, ceea ce la rândul său a permis extragerea unei cantități mult mai mari de energie din aceeași cantitate de abur. A fost coroana succesului.

Creatorul motorului cu aburi a schimbat și principiul alimentării cu aer. Acum, aburul a căzut mai întâi sub piston, ridicându-l astfel, apoi colectat peste piston, coborând-o. Astfel, ambele lovituri ale pistonului din mecanism au început să funcționeze, ceea ce anterior nu era posibil nici măcar. Și consumul de cărbune pe cai putere a fost de patru ori mai mic decât, respectiv, pentru vehiculele cu aburi-atmosferice, ceea ce a căutat James Watt. Motorul cu aburi a câștigat rapid Marea Britanie și apoi întreaga lume.

Charlotte Dundas

După ce întreaga lume a fost lovită de invenția lui James Watt, a început o aplicare largă a motoarelor cu aburi. Deci, în 1802 în Anglia a apărut prima navă pentru un cuplu - barca "Charlotte Dundas". Creatorul său este William Simington. Barca a fost folosită ca barja de remorcare peste canal. Rolul propulsorului pe navă a fost jucat de o elice montată pe pupa. Barca de la prima dată a trecut cu succes testul: au tras două barje uriașe pentru 18 mile în șase ore. În același timp, a fost puternic împiedicat de un vânt de cap. Dar el a făcut-o.

Și totuși a fost pus pe o glumă, pentru că se temeau că, din cauza valurilor puternice care au fost create sub elice, malurile canalului ar fi estompate. Apropo, în încercările "Charlotte" a existat un om pe care întreaga lume îl consideră acum creatorul primului vapor.

Primul abur în lume

Constructor de nave englezești Robert Fulton din tinerețe a visat o navă cu un motor cu aburi. Și acum visul său a devenit realizabil. La urma urmei, invenția motoarelor cu aburi a devenit un nou impuls în construcția de nave. Împreună cu ambasadorul din America R. Livingstone, care a preluat partea materială a problemei, Fulton sa angajat într-un proiect al unei nave cu un motor cu aburi. A fost o invenție complexă bazată pe ideea unui motiv vesel. Pe părțile laterale ale navei, întinse într-un rând de plăci, imită o mulțime de vâsle. În același timp, plăcile se împiedicăau și se rup în mod constant. Astăzi, se poate spune cu ușurință că același efect ar putea fi obținut doar cu trei sau patru plăci. Dar, din punctul de vedere al științei și tehnologiei de atunci, era ireal să vedem. Prin urmare, constructorii de nave au fost mult mai dificili.

În 1803, invenția lui Fulton a fost prezentată întregii lumi. Vaporul a mers încet și liniștit de-a lungul Senei, lovind mințile și imaginația multor oameni de știință și figuri din Paris. Cu toate acestea, guvernul lui Napoleon a respins proiectul, iar constructorii frustrați au fost forțați să caute fericirea în America.

În august 1807, primul vas de navigație din lume numit Claremont, în care a fost folosit motorul cel mai puternic cu aburi (imaginea), a trecut de-a lungul golfului Hudson. Mulți pur și simplu nu au crezut în succes.

În primul său zbor, Claremont a plecat fără încărcătură și fără pasageri. Nimeni nu a vrut să meargă într-o călătorie la bordul unei nave care respiră de incendiu. Dar deja pe drumul înapoi a apărut primul pasager - un fermier local care a plătit șase dolari pentru un bilet. A devenit primul pasager din istoria companiei maritime. Fulton a fost atît de atins încât a dat îndrăznețului o linie de salvare liberă pentru toate invențiile sale.