Паровий двигун

 

Вступ

I. Парова машина Севері

II. Парова машина Дені Папена

III. Томас Ньюкомен і його парова машина

IV. Велика машина Джона Сміта

V. Парова машина Ползунова

VI. Джеймс Уатт. Універсальна парова машина подвійної дії

 

 

Першим механічним двигуном, що знайшов практичне застосування, була парова машина. Спочатку вона призначалася для використання в заводському виробництві, але пізніше паровий двигун стали встановлювати на самохідних машинах – паровозах, пароплавах, автомобілях і тракторах.

Аж до другої половини XVIII століття люди використовували для потреб виробництва в основному водяні двигуни. Тому що передавати механічний рух від водяного колеса на великі відстані неможливо, усі фабрики доводилося будувати на берегах рік, що не завжди було зручно. Крім того, для ефективної роботи такого двигуна часто були потрібні дорогі підготовчі роботи (улаштування ставків, будівництво гребель тощо). Були у водяних коліс і інші недоліки: вони мали малу потужність, робота їх залежала від пори року і з труднощами піддавалася регулюванню. Поступово стала гостро відчуватися нестача у принципово новому двигуні: сильному, дешевому, автономному і легкокерованому. Саме таким двигуном на ціле сторіччя стала для людини парова машина.

Ідея парового двигуна була почасти підказана його винахідникам конструкцією поршневого водяного насоса, що був відомий ще в часи античності. Принцип його роботи був дуже простий: при підйомі поршня нагору вода засмоктувалася в циліндр через клапан у його дні. Бічний клапан, що з'єднував циліндр із водопідйомною трубою, у цей час був закритий, тому що вода з труби також прагнула ввійти усередину циліндра і тим самим закривала цей клапан. При опусканні поршня він починав давити на воду в циліндрі, завдяки чому закривався нижній клапан і відкривався бічний. У цей час вода з циліндра подавався нагору по водопідйомній трубі. У поршневому насосі робота, одержувана ззовні, витрачалася на просування рідини через циліндр насоса.

Лише на рубежі 17-18 ст. вдалося знайти спосіб робити корисну роботу за допомогою пари. Пара пускала в хід насос, що качав воду в резервуар. Випливаючи з резервуара і падаючи на водяне колесо, вода змушувала його обертатися. Водяне колесо, у свою чергу, надавало руху заводським механізмам і машинам. Таким чином, і після винаходу парового насоса безпосереднім двигуном робочих машин залишалося водяне колесо. Минуло ще чимало часу, перш ніж допитливий людський розум створив надійний двигун, здатний безпосередньо пускати в хід різноманітні машини і механізми. Минуло більш ніж два сторіччя, перш ніж з'явився двигун, що став однією з передумов появи нового виду бойових машин – танків.

 

 

Перша спроба поставити пару на службу людині була в Англії в 1698 році: машина Севері призначалася для осушення шахт і перекачування води. Сам винахідник назвав її «вогневою машиною» і широко разрекламував як «друга шахтарів». Для одержання пари, що приводила машину в дію, був потрібний вогонь, але винахід Севері ще не був двигуном у повному значенні цього слова, оскільки крім декількох клапанів, що відкривалися і закривалися вручну, у ньому не було рухомих частин.

Машина Севері працювала в такий спосіб: спочатку герметичний резервуар наповнювався парою, потім зовнішня поверхня резервуара охолоджувалася холодною водою, пара конденсувалася і в резервуарі створювався частковий вакуум. Після цього вода, наприклад, із дна шахти засмоктувалася в резервуар через забірну трубу і після впуску чергової порції пари викидалася назовні через випуск. Потім цикл повторювався, але воду можна було піднімати тільки з глибини менш 10, 36 м, оскільки в дійсності її виштовхував атмосферний тиск.

 

 

Перша вдала парова машина з поршнем була побудована французом Дені Папеном, чиє ім'я частіше асоціюється з винаходом автоклава, що є сьогодні практично в кожнім будинку у вигляді каструлі-скороварки.

У 1674 році Папен побудував пороховий двигун, принцип дії якого ґрунтувався на запаленні в циліндрі пороху і переміщенні поршня усередині циліндра під впливом порохових газів. Коли надлишок газів виходив з циліндра через спеціальний клапан, а газ, що залишився, охолоджувався, у циліндрі створювався частковий вакуум, і поршень повертався у вихідне положення під дією атмосферного тиску.

Машина була не дуже вдалою, але вона навела Папена на думку замінити порох водою. І в 1698 році він побудував парову машину (у тому ж році свою «вогненну машину» побудував і англієць Севері). Вода нагрівалася усередині вертикального циліндра з поршнем усередині і пара, що утворилася, штовхала поршень нагору. Коли пара охолоджувалася і конденсувалася, поршень опускався вниз під дією атмосферного тиску. Таким чином, за допомогою системи блоків парова машина Папена могла пускати в хід різні механізми, наприклад насоси.

Почувши про парову машину Папена, Томас Ньюкомен, що часто бував на шахтах у Вест Кантрі, де він працював ковалем і краще чим хто-небудь іншої розумів, як потрібні гарні насоси для запобігання затопленню шахт, об'єднав зусилля з водопровідником і склярем Джоном Каллі в спробі побудувати досконалішу модель.

Їх перша парова машина була встановлена на вугільній шахті в