Первая паровая машина фото

Так сложилось, что даже люди с техническим образованием мало что знают об этом устройстве. Сегодня мы и восполним этот пробел, вспомним, как устроен паровой двигатель, его принцип действия. Его преимущества, недостатки и применении в современных условиях. И немного о истории изобретения.

Паровая машина кардинально изменила картину мира, произвела революцию в промышленности, на транспорте, дала импульс для новых открытий. Она служила универсальным двигателем на протяжении XIX века, и даже с появлением механизмов, требующих высоких скоростей, не канула в лету. Вместо тихоходной паровой машины ученые разработали быстроходную турбину с одним из самых высоких к.п.д.

История изобретения парового двигателя

Упоминание о первых паровых машинах датировано первым столетием нашей эры. Устройство, описано Героном Александрийским ‒ пар выходил из сопл, закреплённых на шаре, и приводил в движение двигатель.

Правда, настоящая паровая турбина появилась в Египте в 16 веке. Ее изобрел араб Таги-аль-Диноме.

Подобную машину построил 1629 году итальянский инженер Джованни Бранка. То есть, как только в обществе наступило экономическое благополучие и возникла необходимость в данном механизме, его тот час же изобрели.

В конце 17 века были созданы ещё две модели: в Испании двигатель сконструировал Аянс де Бомонт, а в Англии Эдвард Сомерсет в 1663 году установил паровую установку для закачки воды в Большую башню замка Реглан. Но все проекты быстро сворачивались и забывались. Тогда, как впрочем, и сейчас все новое не воспринималось большинством, и деньги на разработку никто давать не решался.

Паровой котёл создал француз Дени Папен. Он же изобрёл и предохранительный клапан для стравливания избыточного давления. Дело в том, что высокое давление, создаваемое паром, приводило к частым взрывам.

Кстати, в то же время появилось и расхожее выражение: «выпустить пар», которое означало ‒ успокоить нервы, пошумев на окружающих, без сноса собственного котелка и без жертв среди мирного населения.

Но на этом история паровых двигателей не прервалась. Англичанин Томас Ньюкомен в 1712 году сделал шахтный насос для подачи воды на верх. Двигатель Ньюкомена стал пользоваться спросом, с его массового выпуска началась английская промышленная революция.

В России первую паровую машину в 1763 году спроектировал И.И.Ползунов. С ее помощью приводились в действие воздуходувные меха на заводах.

А француз Николас-Йозеф Куньо шесть лет спустя сконструировал первую паровую телегу. Она приводила в движение сельскохозяйственные механизмы.

А в 1788 году Джон Фитч построил пароход, который вмещал 30 человек, и шел со скоростью до 12 километров в час.

В 1804 году на металлургическом заводе в Южном Уэльсе был испытан первый железнодорожный паровой поезд, его построил Ричард Тревитик.

Как устроен паровой двигатель. Принцип действия

Для работы паровой машины потребуется паровой котёл. Поступающий из него пар, расширяется и воздействует на поршень или же на лопатки паротурбины, затем их движение передаётся на другие механические части устройства.

Как устроен паровой двигатель показано на иллюстрации

Движение поршня через шток, ползун, шатун и кривошип передаётся на главный вал, который несет маховик, необходимый для снижения неравномерности вращения.

Эксцентрик, находящийся на главном валу, через эксцентриковую тягу воздействует на золотник, который управляет впуском пара в цилиндре. Пар из цилиндра выбрасывается в атмосферу или направляется в конденсатор.

Чтобы поддерживать постоянное число оборотов вала, при изменении нагрузки, на паровых машинах устанавливают центробежный регулятор, он автоматически изменяет сечение прохода пара, направляемого в паровую машину (при дроссельном регулировании) или момент отсечки наполнения (при количественном регулировании).

Поршень создает в цилиндре парового двигателя одну (две) полости переменного объёма, в них и происходят процессы сжатия и расширения.

Преимущества и недостатки

Основное преимущество паровой машины, как двигателя внешнего сгорания, отделение котла от самой машины. Это дает возможность использовать что угодно в качестве топлива хоть хворост, хоть урановое топливо, что выгодно отличает ее от двигателя внутреннего сгорания ‒ там для каждого типа требуется определённый вид горючего.

Заметнее всего это преимущество в случае с ядерным реактором, который не может производить механическую энергию, а вырабатывает лишь тепло, которое используют для получения пара, вращающего паровые турбины.

В двигателях внешнего сгорания можно использовать и другие источники тепла, например, энергию солнца или энергию разности температур океана на разной глубине.

Интересный факт, паровой локомотив хорошо работает на больших высотах, при чем эффективность двигателя не падает, а, наоборот, растет благодаря низкому атмосферному давлению.

Паровозы и сегодня используют в горной местности Латинской Америки и Китая, при том, что в равнинных районах они давно заменены на более современные типы локомотивов.

Даже в Швейцарии и в Австрии в ходу усовершенствованные тепловозы, работающие на сухом паре. Их разработали на основе модели SLM производства 1930 года. В конструкцию внесли ряд изменений: использовали роликовые подшипники, современную теплоизоляцию, новые виды топлива, специальные паропроводы и ряд других новшеств.

Благодаря этому потребление топлива уменьшилось на 60 процентов, а вес стал ниже, чем у дизельных и электрических аналогов, что актуально для железных дорог, проходящих в горной местности.

Среди других положительных качеств парового двигателя:

высокая надёжность;
возможность эксплуатации при значительных колебаниях нагрузки;
допустимость продолжительных перегрузок;
долговечность;
низкие расходы на эксплуатацию;
простота в обслуживании.

К недостаткам можно отнести:

наличие кривошипно-шатунного механизма;
низкий КПД по сравнению с другими типами двигателей.

Применение в настоящее время

Сегодня паровые машины нашли широкое применение в виде паровых турбин, которые работают как приводы электрогенераторов.

Паровая турбина состоит из вращающихся дисков, которые закреплены на одной оси. Этот узел называется ротором. Также есть статор ‒ его неподвижные диски чередуются с дисками ротора. На дисках ротора размещены лопатки, при попадании на них пара, механизм приходит в движение.

Аналогичные лопатки, только расположенные под противоположным углом, есть и на дисках статора. Они служат для перенаправления струи пара на следующий диск ротора.

Турбина преобразует энергию пара во вращательное движение без каких-либо дополнительных механизмов. То есть преобразование возвратно-поступательного хода во вращательное движение делать не нужно.

Также у турбин меньшие размеры нежели у возвратно-поступательных машин, и они отличаются постоянным усилием на выходном валу. Ещё один плюс ‒ простая конструкция, а значит придётся меньше тратить средств на эксплуатацию.

Сфера использования паровых турбин ‒ производство электроэнергии. Более 85 процентов электрической энергии вырабатывают именно паровые турбины. Также их используют как судовые двигатели, в частности на подводных лодках и атомоходах.

Теперь вы знаете, как устроен паровой двигатель, что паровая машина, изобретённая ещё в первом столетии нашей эры, вовсе не анахронизм, а современное высокотехнологичное устройство, благодаря которому жизнь многих людей стала комфортнее.

Перспективы применения паровых машин на автомобилях имеют пока туманные очертания, но творческая мысль изобретателя не имеет границ и я с полной уверенностью могу предположить, что скоро появятся двигатели с элементами парового носителя

Подписывайтесь на наш блог, чтобы узнать много нового и интересного. Поделитесь этой информацией с друзьями в социальных сетях ‒ пусть они повысят свой технический уровень, ну и вам будет приятно иметь умных друзей.

О истории развития парового двигателя, достаточно подробно описано в этой статье. Тут же – наиболее известные решения и изобретения времен 1672-1891 года.

Первые наработки.

Начнем с того, что еще в семнадцатом веке пар стали рассматривать как средство для привода, проводили с ним всяческие опыты, и лишь только в 1643 году Эванджелистом Торричелли было открыто силовое действие давления пара. Кристиан Гюйгенс через 47 лет спроектировал первую силовую машину, приводившуюся в действие взрывом пороха в цилиндре. Это был первый прототип двигателя внутреннего сгорания. На аналогичном принципе устроена водозаборная машина аббата Отфея. Вскоре Дени Папен решил заменить силу взрыва на менее мощную силу пара. В 1690 году им была построена первая паровая машина, известная также как паровой котел.

Она состояла из поршня, который с помощью кипящей воды перемещался в цилиндре вверх и за счет последующего охлаждения снова опускался – так создавалось усилие. Весь процесс происходил таким образом: под цилиндром, который выполнял одновременно и функцию кипятильного котла, размещали печь; при нахождении поршня в верхнем положении печь отодвигалась для облегчения охлаждения.

Позже два англичанина, Томас Ньюкомен и Коули – один кузнец, другой стекольщик, – усовершенствовали систему путем разделения кипятильного котла и цилиндра и добавления бака с холодной водой. Эта система функционировала с помощью клапанов или кранов – одного для пара и одного для воды, которые поочередно открывались и закрывались. Затем англичанин Бэйтон перестроил клапанное управление в подлинно тактовое.

Применение паровых машин на практике.

Машина Ньюкомена вскоре стала известна повсюду и, в частности, была усовершенствована, разработанной Джеймсом Уаттом в 1765 году системой двойного действия. Теперь паровая машина оказалась достаточно завершенной для использования в транспортных средствах, хотя из-за своих размеров лучше подходила для стационарных установок. Уатт предложил свои изобретения и в промышленности; он построил также машины для текстильных фабрик.

Первая паровая машина, используемая в качестве средства передвижения, был изобретена французом Николя Жозефом Куньо, инженером и военным стратегпм-любителем. В 1763 или 1765 году он создал автомобиль, который мог перевозить четырех пассажиров при средней скорости 3,5 и максимальной – 9,5 км/час. За первой попыткой последовала вторая – появился автомобиль для транспортировки орудий. Испытывался он, естественно, военными, но из-за невозможности продолжительной эксплуатации (непрерывный цикл работы новой машины не превышал 15 минут) изобретатель не получил поддержки властей и финансистов. Между тем в Англии совершенствовалась паровая машина. После нескольких безуспешных, базировавшихся на машине Уаттa попыток Мура, Вильяма Мердока и Вильяма Саймингтона, появилось рельсовое транспортное средство Ричарда Тревисика, созданное по заказу Уэльской угольной шахты. В мир пришел активный изобретатель: из подземных шахт он поднялся на землю и в 1802 году представил человечеству мощный легковой автомобиль, достигавший скорости 15 км/час на ровной местности и 6 км/час на подъеме.

Приводимые в движение паром транспортные средства все чаще использовались и в США: Натан Рид в 1790 году удивил жителей Филадельфии своей моделью парового автомобиля. Однако еще больше прославился его соотечественник Оливер Эванс, который спустя четырнадцать лет изобрел автомобиль-амфибию. После наполеоновских войн, во время которых «автомобильные эксперименты» не проводились, вновь началась работа над изобретением и усовершенствованием паровой машины. В 1821 году ее можно было считать совершенной и достаточно надежной. С тех пор каждый шаг вперед в сфере приводимых в движение паром транспортных средств определенно способствовал развитию будущих автомобилей.

В 1825 году сэр Голдсуорт Гарни на участке длиной 171 км от Лондона до Бата организовал первую пассажирскую линию. При этом он использовал запатентованную им карету, имевшую паровой двигатель. Это стало началом эпохи скоростных дорожных экипажей, которые, однако, исчезли в Англии, но получили широкое распространение в Италии и во Франции. Подобные транспортные средства достигли наивысшего развития с появлением в 1873 году «Реверанса» Амедэ Балле весом 4500 кг и «Манселя» – более компактного, весившего чуть более 2500 кг и достигавшего скорости 35 км/час. Оба были предвестниками той техники исполнения, которая стала характерной для первых «настоящих» автомобилей. Несмотря на большую скорость кпд паровой машины был очень маленький. Болле был тем, кто запатентовал первую хорошо действующую систему рулевого управления, он так удачно расположил управляющие и контрольные элементы, что мы и сегодня это видим на приборном щитке.

Несмотря на грандиозный прогресс в области создания двигателя внутреннего сгорания, сила пара все еще обеспечивала более равномерный и плавный ход машины и, следовательно, имела много сторонников. Как и Болле, который построил и другие легкие автомобили, например Rapide в 1881 году со скоростью движения 60 км/час, Nouvelle в 1873 году, которая имела переднюю ось с независимой подвеской колес, Леон Шевроле в период между 1887 и 1907 годами запустил несколько автомобилей с легким и компактным парогенератором, запатентованным им в 1889 году. Компания De Dion-Bouton, основанная в Париже в 1883 году, первые десять лет своего существования производила автомобили с паровым двигателями и добилась при этом значительного успеха – ее автомобили выиграли гонки Париж-Руан в 1894 году.

Успехи компании Panhard et Levassor в использовании бензина привели, однако, к тому, что и De Dion перешел на двигатели внутреннего сгорания. Когда братья Болле стали управлять компанией своего отца, они сделали то же самое. Затем и компания Chevrolet перестроила свое производство. Автомобили с паровыми двигателями все быстрее и быстрее исчезали с горизонта, хотя в США они использовались еще до 1930 года. На этом самом моменте и прекратилось производство и изобретение паровых машин

Захотелось показать вам немного фотографий старых паровых машин. Но перед этим немного предыстории. Первый паровой транспорт появился в 18 веке. А первые попытки использования энергии пара начались еще раньше. Британец Томас Ньюкомен сконструировал машину с цилиндром и поршнем внутри, который двигался под паровым давлением. А сам пар создавался в отдельном котле. Было в этой конструкции Ньюкомена только два небольших минуса: внушительные размеры и большое потребление угля, поэтому использовать его как транспортное средство не было возможности. Это устройство применялось только для откачивания грунтовых вод.

Первый личный паровой автотранспорт.

Создателем первого личного парового автотранспорта считается французский инженер Николя-Жозеф Кюньо. В 1769 году он создал трехколесную повозку — “малую телегу Кюньо”. Недостатком телеги Кюньо был низкий запас хода. Так как повозка была оснащена не вечным двигателем и без дозаправки могла проехать всего лишь около километра, затем экипажу приходилось останавливаться для пополнения запасов воды и разведения костра под котлом для увеличения давления. Весь этот процесс занимал столько же времени сколько и сама поездка. А максимальная скорость, которую набирала паровая телега была 4-4,5 километра в час. Но несмотря на такой черепаший ход высшим военным чинам Франции того времени телега понравилась. Наверное из-за огромной грузоподъемности: телега могла перевезти около двух тонн груза. Кюньо получил 20 тысяч франков на разработку и усовершенствование модели.

Телега Кюньо в разрезе

Благодаря этим инвестициям в 1770 году Кюньо представляет “телегу второго поколения”. Конструкция остается той же, но скорость уже в разы больше, около 5-7 км в час. Но главное усовершенствование заключалось в новой топке, которую не надо было разжигать каждые 15 минут.

Телега Кюньо

Во время первой презентации перед военными чинами произошел инцидент: у телеги заклинило переднее колесо и она протаранила стену ближайшего дома. По результатам аварии были сделаны выводы, что конструкция телеги обладает приличным запасом прочности, так как из-за удара пострадал только котел.

Но после этой демонстрации работа над машиной была прекращена, так как покровительствующие инженеру военные начальники попали в немилость властей и финансовая поддержка прекратилась. Как ни странно, хоть телега и не вышла в тираж, но до наших дней она сохранилась.

Первый личный паровой автотранспорт — телега Кюньо в музее

Паровой велосипед.

Сильвестр Говард Роупер в 1867 первый использовал двигатель внешнего сгорания на двухколесном транспорте. Так появился первый паровой велосипед Роупера, по сути первый мотоцикл. Двухцилиндровый паровой двигатель был размещен под сиденьем велосипеда весь механизм крепился к раме с помощью двух пружин. Пар выходил из трубы прямо за седлом, а вода поступала в котел из резервуара который являлся частью сиденья. Как ни странно, но управление ускорением осуществлялось так же как и на современных мотоциклах — с помощью ручки на руле: выкручивая ее от себя, водитель увеличивал скорость. Ну а при повороте ручки на себя активировались тормоза.

Велосипед Роупера

Паровой велосипед восхищал и заинтересовывал людей на различных выставках, тогда как в обычной жизни пешеходы пугались изобретения Сильвестра. В дальнейшем Роупер изобрел и модифицировал еще несколько вариантов паровых велосипедов. На одном из таких велосипедов талантливый инженер и погиб, катаясь по велотреку в американском Кембридже, получил не совместимую с жизнью травму головы.

Паровой велосипед

Паровой общественный транспорт.

В 1833 году Вальтеру Хэнкоку удалось построить машину не только для себя, но и приносящую пользу людям. Его омнибус под названием Enterprise, принадлежащий компании London and Paddington Steam Carriage Co, курсировал от Лондонской стены до района Паддингтон. Паровое устройство омнибуса состояло из большого двухцилиндрового парового двигателя, который раскручивался до ста оборотов в минуту. В двигатель подавался пар из бойлера под давлением в 6,1 бар.

Омнибус Хэнкока

Максимальную скорость омнибус мог развить до 32 км в час. Запаса хода у него хватало от 16 до 32 километров. Добиться преодоления такого огромного, по тем временам, расстояния позволяли дополнительные резервуары с водой расположенные под пассажирскими сиденьями. Для управления омнибусом нужно было три человека: один отвечал за ускорение и руление, второй за наличие воды в бройлере, а третий за поддержание в этих самих бройлерах нужной температуры и за включение ручного тормоза для контролирования скорости при спусках с холмов.

Омнибус Enterprise

За рулем омнибуса был сам изобретатель Хэнкок. Из-за плохих дорог у инженера от ударов об руль ужасно болели руки. И для того, что бы не держаться постоянно за руль изобретатель придумал специальное устройство: на полу находилась педалька, при нажатии на которую руль фиксировался в одном положении. К такому метод Хэнкок прибегал на прямых участках дороги. Омнибус прекратил ездить по маршруту в 1840 году из-за все тех же плохих дорог и большой конкуренции со стороны извозчиков, которые использовали для перевозки людей лошадиную тягу.

Паровой омнибус доживший до наших дней

Паровые автомобили братьев Доблов.

Талантливые инженеры американского происхождения начали разрабатывать свои паровые автомашины еще в студенческие годы в собственной мастерской в 1910 году.

Братья Абнер и Джон Доблы

Сначала они создали Model A, а затем Modal B. Modal B была усовершенствована уникальным конденсатором для отработанного пара, выполненного в виде сотового радиатора. Благодаря этому запас хода на 90 литрах воды увеличился до1500 км, тогда как прежде на этом количестве жидкости можно было проехать всего лишь 150 км. Такая машина заинтересовала инвесторов и благодаря им братья Доблы учредили компанию General Engineering.

Model A Model B.

В рамках этой компании им удалось усовершенствовать систему зажигания, что бы владельцу автомобиля не пришлось вручную разводить огонь под бройлером. Этим занимался Джон Добл, он хорошо разбирался в электронике. Он придумал систему электрического зажигания: керосин под давлением проходил через карбюратор и поджигался запальной свечой. После этого был установлен компрессор, который подавал горящую смесь в камеру сгорания, нагревающую воду в котле. И все это происходило от одного нажатия кнопки на приборной панели. До достижения нужно температуры уходило 90 секунд, после чего можно было отправляться в путь. Для сравнения: у аналогичных машин до изобретения Доблов на осуществление аналогичного процесса уходило от 10 до 30 минут. Машина со всеми новшествами и инновациями была представлена в 1917 году на автосалоне в Нью-Йорке.

Усовершенствованная модель Model B.

Автомобиль с такими большими преимуществами заинтересовал многих и за три месяца после премьеры братья собрали пять с половиной тысяч предварительных заказов. Но Первая мировая война оставила братьев без железа и выпуск машин был отложен. Да и между братьями на тот момент возник конфликт. Джон считал, что получает меньше внимания, чем его брат, потому что во всех публикациях в прессе главным конструктором написан был Абнер, а о Джоне практически ничего не упоминалось. Братья разругались, а в феврале 1921 года Джон умер в возрасте 28 лет от рака лимфатических узлов.

После смерти Джона к Абнеру присоединились двое других братьев — Билл и Уорен. Была учреждена фирма Doble Steam Motors где появился новый автомобиль Model E. Эта модель была доработана парогенератором и новым четырехцилиндровым мотором: два цилиндра высокого давления получали пар первыми, а два цилиндра низкого давления забирали из пара оставшуюся энергию и отправляли ее в конденсатор.

Model E-20

Зимой 1924 года братья Доблы привезли свое изобретение в Нью-Йорк. И устроили испытания на глазах у специалистов. Всю ночь перед испытаниями машина провела в холодном гараже, после чего еще час на морозе на улице. Но не смотря на это после активации двигатель сразу же завелся и через 23 секунды можно было ехать. Максимальную скорость, которую мог развить автомобиль Model E составляла 160 км в час, а до 120 км в час он разгонялся за 10 секунд. Но к сожалению сложные технические решения, лучшие составляющие (например электрика от Bosch), роскошная отделка салона (кожа, дерево, слоновая кость) подняли стоимость машины до огромных по тем временам 18 тысяч долларов. Такие машины могли позволить себе только очень богатые люди, поэтому один из самых величайших паровых автомобилей в истории человечества был выпущен тиражом всего лишь 50 экземпляров, после чего в 1931 году компания Doble Steam Motors перестала существовать.

Запредельная скорость на пару.

Задолго до разработок братьев Доблов, создали свой гоночный болид братья Стенли. К 1906 году они создали болид под названием Stanley Rocket. Для поездки на этом гоночном автомобиле был выбран гонщик Фред Марриотт, а местом на котором было решено набирать рекордную скорость был флоридский пляж, расположенный недалеко от Дайтон-бич. С первой же попытки Марриотт набрал на “Ракете” братьев Стенли рекордную скорость- 205,4 км в час, на тот момент быстрее не ездил еще никто!

Stanley Rocket

Спустя год братья конструкторы и их бесстрашный пилот решили преодолеть на паровом автомобиле рубеж в 300 км в час. Для такой запредельной скорости давление пара, подаваемого из котла в двигатель, было увеличено с 70 до 90 бар. “Ракета” с Марриоттом на борту набрала скорость более 240 км в час, когда подскочила на кочке и развалилась на части. Фред получил серьезные травмы, но тем не менее пообещал снова гоняться. Но братья Стенли и-за аварии отказались от экспериментов со скоростью, а Марриотта так больше ни в какие гонки никто не взял. Из- за того, что развитие паровых двигателей прекратилось и им на смену пришли бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания, рекорд братьев Стенли и гонщика Марриотта продержался более ста лет.

“Ракета” с Марриоттом на борту

Только 26 августа 2009 года на паровом автомобиле Inspiration под управлением Чарльза Барнетта Третьего был побит рекорд. Современный гоночный болид был похож на истребитель и приводился в движение двумя турбинами, которые вращались за счет пара, подаваемого под давлением в 40 бар из двенадцати высокоэффективных бойлеров. Мощность парового автомобиля составляла 360 лошадиных сил — этого хватило, что бы развить скорость 225,6 км в час на американской базе “Эдвардс” в Калифорнии.

Inspiration и Чарльз Барнетт Третий

Про российские и советские разработки паровых машин я расскажу вам в отдельной статье, а сейчас вернемся к тому из-за чего это статья была написана. В самом начале я написала, что хочу показать вам немного современных фотографий паровых машин которые дожили до наших дней. В Европе паровые машины продержались до начала Второй мировой войны, затем их вытеснили бензиновые и дизельные собратья.

Многие энтузиасты в Англии сохранили и поддерживают в хорошем состоянии паровые ретро машины и даже устраивают фестивали, где все эти машины выставляются на всеобщее обозрение. Все эти экземпляры до сих пор работают, а некоторые из них даже используются в качестве туристических автобусов.

Туристический паровой автобус