Oamenii au putut să pună abur în slujba umanității abia la sfârșitul secolului al XVII-lea. Dar chiar și la începutul erei noastre, matematicianul și mecanicul grec antic Heron din Alexandria a arătat clar că cineva poate și ar trebui să fie prieten cu aburul. O confirmare clară a acestui lucru a fost aeolipilul Geronovsky, de fapt, prima turbină cu abur - o minge care se rotea cu puterea jeturilor de vapori de apă. Din păcate, multe invenții uimitoare ale grecilor antici au fost uitate cu fermitate timp de multe secole. Abia în secolul al XVII-lea există o descriere a ceva asemănător cu o mașină cu abur. Francezul Salomon de Caus, care a fost la un moment dat constructor și inginer pentru Frederic al V-lea al Palatinatului, în eseul său din 1615, a descris o minge goală de fier cu două tuburi: unul care primește și unul care eliberează lichid. Dacă umpleți mingea cu apă și o încălzești, atunci prin al doilea tub apa va începe să se ridice spre vârf, supunând influenței vaporilor. În 1663, englezul Edward Somerset, marchizul de Worchester, a scris o broșură în care vorbea despre o mașină care ar putea ridica apa în sus. În același timp, Somerset a primit un brevet („privilegiul”) pentru mașina descrisă. După cum vedem, toate gândurile inventatorilor New Age se învârteau în jurul pompei de apă din mine și mine, care, trebuie remarcat, a rezultat dintr-o sarcină urgentă. Prin urmare, nu este surprinzător că următorii trei inventatori, discutați mai jos, au fost, de asemenea, preocupați în primul rând de crearea unui motor cu abur pentru pomparea apei. Spre sfârșitul secolului al XVII-lea, doi oameni din Europa au lucrat mai eficient la îmblânzirea aburului - Denis Papin și Thomas Savery.

Mașina „de foc” a lui Savery.

La 2 iulie 1698, englezul Savery a primit un brevet pentru o mașină pentru pomparea apei din mine. Brevetul spunea: „Privilegiul îi este revendicat lui Thomas Savery pentru că a testat singur o nouă invenție pentru ridicarea apei, rotind tot felul de mori prin forțele focului, ceea ce va fi foarte important pentru drenarea minelor, alimentarea orașelor cu apă și răsturnarea tuturor felurilor. de mori.” Un prototip numit Fire Engine a fost expus la Royal Scientific Society din Londra în 1699. Mașina lui Savery a funcționat în acest fel: un rezervor etanș a fost umplut cu abur, iar apoi suprafața exterioară a rezervorului a fost răcită cu apă rece, ceea ce a făcut ca aburul să se condenseze, creând un vid parțial în rezervor. Apoi apa din partea inferioară a arborelui a fost aspirată în rezervor prin conducta de admisie și, după ce a fost introdusă o nouă porțiune de abur, a fost împinsă afară prin conducta de evacuare. Este demn de remarcat faptul că invenția lui Savery a fost similară cu mașina lui Somerset și mulți cred că Savery a fost inspirat direct de acesta din urmă. Din păcate, mașina „de foc” a lui Savery avea deficiențele ei. Cea mai importantă dintre ele este incapacitatea de a ridica apa de la o adâncime de peste 15 metri, deși la acea vreme existau deja mine a căror adâncime depășea 100 de metri. În plus, mașina consuma mult combustibil, ceea ce nu era justificat nici măcar prin apropierea unei cantități mari de cărbune la mină. Francezul Denis Papin, medic de pregătire, s-a mutat la Londra în 1675. Papen a făcut mai multe descoperiri care i-au înscris pentru totdeauna numele în istorie. Pentru început, Papen inventează o oală sub presiune - „Căunul lui Papen”. Fostul medic a reușit să stabilească relația dintre presiunea și punctul de fierbere al apei. Un cazan etanș cu supapă de siguranță, din cauza presiunii crescute din interior, a adus apa la fierbere mult mai târziu, astfel încât temperatura de procesare a produselor a crescut și acestea din urmă au fost gătite de multe ori mai repede. În 1674, Papin a creat un motor cu praf de pușcă: praful de pușcă a fost aprins într-un cilindru, determinând mișcarea pistonului din interiorul cilindrului. Un „lot” de gaze a fost eliberat din cilindru printr-o supapă specială, iar celălalt a fost răcit. S-a format un vid (deși slab) în cilindru, iar presiunea atmosferică a împins pistonul în jos. În 1698, Papin a inventat un motor cu abur folosind apă care era încălzită în interiorul unui cilindru vertical - aburul rezultat a mutat pistonul în sus. Cilindrul a fost apoi răcit cu apă, aburul s-a condensat și s-a creat un vid. Aceeași presiune atmosferică a forțat pistonul în jos. În ciuda progresivității mașinii sale (prezența unui piston), Papin nu a reușit să extragă dividende semnificative din aceasta, deoarece Savery a brevetat o pompă de abur și nu existau alte aplicații pentru motoarele cu abur la acel moment (deși brevetul lui Savery indica că posibilitatea de „mori rotative”). În 1714, în capitala Imperiului Britanic, Papen a murit în sărăcie și singurătate. Un alt englez, Thomas Newcomen, născut în 1663, s-a dovedit a avea mult mai mult succes. Newcomen a citit cu atenție lucrările atât ale lui Savery, cât și ale lui Papin, motiv pentru care a reușit să înțeleagă punctele slabe ale mașinilor anterioare, luând în același timp tot ce este mai bun de la ele. În 1712, împreună cu sticlatorul și instalatorul John Calley, și-a construit primul său motor cu abur. A folosit un cilindru vertical cu piston, ca mașina lui Papin. Cu toate acestea, aburul era generat într-un cazan de abur separat, care era similar cu principiul de funcționare al motorului „de foc” al lui Savery. Etanșeitatea în interiorul cilindrului de abur a fost mărită de o piele care era fixată în jurul pistonului. Aparatul lui Newcomen era, de asemenea, cu abur atmosferic, adică. ridicarea apei din mină s-a efectuat sub influență presiune atmosferică. Era destul de voluminos și „mânca” mult cărbune. Cu toate acestea, mașina lui Newcomen a adus beneficii incomparabil mai practice, motiv pentru care a fost folosită în mine timp de aproape jumătate de secol. În Anglia, de exemplu, a permis redeschiderea minelor abandonate care au fost inundate cu apă subterană. Și un alt exemplu izbitor al eficienței mașinii lui Newcomen - în 1722, în Kronstadt, într-un doc uscat, apa a fost pompată dintr-o navă în decurs de două săptămâni, în timp ce cu un sistem de pompare învechit care folosea morile de vânt ar fi durat un an. Cu toate acestea, Thomas Newcomen nu a primit un brevet pentru motorul său cu abur din cauza brevetului lui Savery. Posibilitatea de a folosi motorul cu abur al lui Newcomen pentru a propulsa un vehicul a fost considerată de designeri, în special, pentru a conduce o roată cu zbaturi pe o navă. Încercările au fost însă nereușite. James Watt a avut ocazia să inventeze un motor cu abur compact, dar puternic. În 1763, lui Watt, mecanic la Universitatea din Glasgow, i s-a dat sarcina de a repara motorul cu abur al lui Newcomen. În timpul procesului de reparație, Watt vine cu următoarea idee - cilindrul motorului cu abur trebuie menținut în mod constant încălzit, ceea ce va reduce drastic consumul de combustibil. Tot ce a rămas a fost să înțelegem cum să condensați aburul în acest caz. Watt i-a dat seama în timp ce el făcea exerciții de seară lângă spălătorii. Văzând nori de abur care încearcă să scape de sub capacele cazanului, inventatorul și-a dat seama brusc că aburul este un gaz și trebuie să se miște într-un cilindru cu tensiune arterială scăzută . Watt preia problema cu hotărâre. El folosește o pompă de apă și tuburi metalice, din care pompa va pompa apă și abur, creând o presiune redusă în acestea din urmă, iar aceasta, din tuburi, va începe să fie transferată în cilindrul de lucru al motorului cu abur. Pentru cursa de putere, Watt folosește presiunea aburului, abandonând astfel presiunea atmosferică, care a fost un mare pas înainte. În acest scop, pentru a preveni trecerea aburului între cilindru și piston, o frânghie de cânepă înmuiată în ulei a fost înfășurată în jurul pistonului de-a lungul canelurilor speciale. Această metodă a făcut posibilă obținerea unei etanșeități destul de ridicate în interiorul cilindrului de abur. În 1769, Watt a primit un brevet pentru „crearea unui motor cu abur în care temperatura motorului va fi întotdeauna egală cu temperatura aburului, deși aburul va fi răcit la o temperatură sub o sută de grade”. În 1772, James Watt l-a întâlnit pe industriașul Matthew Bolton. Acest domn bogat a cumpărat și i-a returnat lui Watt toate brevetele, pe care ghinionul inventator a fost obligat să le amaneteze pentru datorii. Cu sprijinul lui Bolton, munca lui Watt s-a accelerat. Deja în 1773, Watt își testa motorul cu abur; îndeplinea aceeași funcție ca o pompă de abur, dar necesita mult mai puțin cărbune. Văzând avantajele evidente ale mașinii lui Watt, Bolton a deschis o companie cu inventatorul pentru a produce motoare cu abur, iar în 1774 a început producția lor în Anglia. Vânzarea motoarelor cu abur mergea atât de bine încât Bolton dorea să construiască un nou atelier de laminare, pentru care i-a cerut lui Watt să creeze un motor cu abur special pentru a conduce mașinile de rulare. Watt s-a descurcat cu brio acestei sarcini, iar în 1781 a brevetat un motor cu abur „pentru deplasarea în jurul unei axe în scopul conducerii altor mașini”. Astfel, prima mașină cu abur a luat naștere nu pentru a ridica apa din fundul minelor, ci pentru a pune în mișcare mașinile. Noua mașină a lui Watt a avut o serie de îmbunătățiri. De exemplu, un regulator pentru rotirea uniformă a arborelui principal al unui motor cu abur, precum și un mecanism planetar pentru crearea mișcării circulare. Watt îl inventează pe acesta din urmă deoarece brevetul actual nu îi permite să folosească mecanismul manivelei. Dar în 1784, Watt a reușit încă să obțină permisiunea de a folosi un mecanism de manivelă într-un motor cu abur. Astfel, primul motor universal cu abur din lume, creat de Watt, a început să conducă mașini industriale, vestind apariția erei motoarelor cu abur. Foarte curând, aburul va începe să miște navele cu aburi și trenurile, datorită cărora viața umană se va schimba radical. Meritele enorme ale lui James Watt nu au trecut neobservate de posteritate - în 1819, din ordinul Parlamentului englez, a fost ridicat un monument de marmură marelui inventator în Westminster Abbey. Se crede că primul vapor cu aburi a fost construit de americanul Robert Fulton în 1807 - nava sa cu o roată cu zbaturi se numea Claremont. La început, Fulton a încercat să folosească aburul pentru a propulsa vâslele, dar apoi a trecut la ideea mai de succes a unei roți. Fulton a făcut prima sa călătorie numai pe Claremont, din moment ce locuitorii din zona înconjurătoare au refuzat categoric să se îmbarce pe vasul care fumea „diabolic”. Dar pe drumul de întoarcere la Fulton, un bărbat curajos a fost totuși cucerit, pentru care a primit de la inventator dreptul de a călători gratuit pe tot parcursul vieții pe Claremont. Apoi călătoriile navei lui Fulton au devenit obișnuite - Claremont a transportat oameni de-a lungul râului Hudson de la New York la Albany, atingând o viteză de aproximativ 5 noduri (9 km/h). Prima navă cu aburi cu șurub a fost construită în 1838 de englezul Francis Smith. Utilizarea elicelor în locul roților cu zbaturi a făcut posibilă îmbunătățirea semnificativă a performanței navelor cu aburi. Pânzele auxiliare dispar treptat pe navele cu aburi (amintiți-vă că în 1819 vaporul american Savannah a traversat Oceanul Atlantic în mare parte cu ajutorul pânzelor), iar până la începutul secolului al XX-lea, navele cu pânze însele au devenit istorie. Prima locomotivă cu abur a fost construită de britanicul Richard Trevithick. Era un vagon alimentat cu abur care se deplasa pe șine cu o viteză de 7 km/h și care transporta un tren cu o greutate de 7 tone. În 1804, o cale ferată mică a fost construită la Londra pentru a testa locomotiva cu abur Trevithick. În vremea noastră, atât navele cu aburi, cât și locomotivele cu abur au devenit de multă vreme o curiozitate istorică, care, totuși, poate fi găsită în cele mai multe tari diferite. Astfel, în Norvegia, pe lacul Mjøs, încă funcționează cel mai vechi vapor cu aburi din lume, Skibladner, construit încă din 1856. La rândul lor, locomotivele cu abur sunt folosite în mod activ în țările lumii a treia, ceea ce înseamnă că aburul încă servește cu fidelitate omenirea.

„Caruța cu aburi” de Cugno.

O piatră de hotar separată în istoria aburului sunt mașinile cu abur. Prima mașină cu abur funcțională („car cu abur”) a fost construită de francezul Nicolas-Joseph Cugot (Cugot) în 1769. Era un cărucior foarte greu, cântărind mai mult de o tonă, pe care doi oameni abia îl puteau descurca. Estetic, mașina nu arăta foarte frumos - centrala, ca o oală pe mâner, era așezată în fața vehiculului. „Caruta” lui Cugno dezvolta o viteza de aproximativ 2-4 km/h si putea transporta pana la 3 tone de marfa. A fost dificil de operat - pentru a menține presiunea aburului, care scădea rapid, a fost necesar să se oprească și să se aprindă focarul la fiecare sfert de oră. În cele din urmă, la următorul test drive, Cugnot și pompierul (apropo, pompierul în franceză sună ca „șofer”, de unde provine cuvântul „șofer”) au suferit un accident la o viraj bruscă, provocând cazanul. să explodeze, provocând zgomot în tot Parisul. Cunho a construit un nou „car”, dar nu a ajuns la mase. În 1794 a fost predat muzeului. Un alt francez, Leon Serpollet, a adus o contribuție semnificativă la dezvoltarea motoarelor cu abur. În 1875, a creat o mașină cu abur mică, dar puternică. Leon a decis că este mai bine să încălziți apa nu într-un cazan, ci în tuburi încălzite, unde se transformă foarte repede în abur. Primul vehicul de lucru al lui Serpolle a fost un cărucior cu două locuri și trei roți din lemn. La început, poliția i-a interzis francezului să călătorească chiar și noaptea, dar în 1888 au cedat în cele din urmă și au eliberat un document oficial cu permisiunea de a călători. Serpollet nu s-a oprit aici. În loc de cărbune, începe să folosească combustibil lichid, care este furnizat la două arzătoare. În 1900, a deschis o companie împreună cu americanul Frank Gardner - Gardner-Serpollet. În 1902, Serpollet a creat o mașină de curse cu abur și a stabilit cu ea un record mondial de viteză pe uscat - 120,77 km/h. Nu este surprinzător că la acea vreme mașinile cu abur concurau cu succes cu omologii lor pe benzină și electrice. Primele au înflorit mai ales în SUA, unde, de exemplu, în 1900, s-au produs 1690 de mașini cu abur, 1585 de mașini electrice și doar 936 de mașini pe benzină. Mașinile cu abur au fost folosite în SUA până în anii 1930. În prima jumătate a secolului al XIX-lea s-au construit și tractoare cu abur, în special cu șenile de omidă. Cu toate acestea, randamentul motoarelor cu abur a fost de numai 5%. Din acest motiv, la începutul secolului al XX-lea, motoarele cu abur din mașini au fost înlocuite cu motoare cu ardere internă. Cu ajutorul lor, mașinile au devenit mai economice, mai ușoare și mai rapide. Este imposibil să nu menționăm alte utilizări, mai puțin reușite, ale aburului la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea. Utilizarea pe scară largă a navelor cu aburi, a locomotivelor cu abur și a mașinilor cu abur i-a determinat pe inventatori să creadă că aburul ar putea fi folosit în aviație și armată. Din păcate, aburul nu a fost util în aceste zone. Deși până la mijlocul secolului al XIX-lea au existat mai multe încercări de a crea avioane cu un motor cu abur. Englezul William Henson a construit Ariel Steam Carridge, care avea un motor cu abur cu o putere de 25-30 CP, care conducea elice cu diametrul de 3,05 m. Pentru a reduce greutatea mașinii, cazanul convențional a fost înlocuit cu un sistem. a vaselor de formă conică folosind un condensator cu aer. În 1844-1847, Henson și-a testat avioanele fără succes. Toate s-au încheiat fără succes. Dar deja în 1848, John Stringfellow a construit în sfârșit un avion care a decolat de la sol, deși nu pentru mult timp. Apoteoza „maniei de feriboturi” în industria aeronautică a fost avionul Hayrem Stevens Maxim, care avea un motor cu abur cu o putere de 360 ​​CP și putea fi comparat ca mărime cu o casă cu două etaje. Nu este surprinzător că avionul lui Maxim s-a prăbușit peste noapte, ca toate visele oamenilor de a cuceri aerul cu ajutorul aburului. Deși, observăm că în 1896, americanul Samuel Pierpont Langley a construit totuși un avion cu motor cu abur, care a zburat aproximativ un kilometru fără pilot până a rămas fără combustibil. Langley a numit creația sa un „aerodrom” (tradus din greaca veche ca „a alerga în aer”). Cu toate acestea, până la începutul secolului al XX-lea, era clar pentru toată lumea că motoarele cu abur voluminoase nu erau potrivite pentru aeronautică, mai ales că până atunci motoarele pe benzină se dovediseră excelente în avioane - la 17 decembrie 1903, faimosul avion al Fraților Wright. , echipat cu motor pe benzină, a apărut pe cer. Lucrurile nu au stat mai bine cu abur în armată. Însă Leonardo da Vinci însuși a descris un tun care a tras proiectile doar cu forța focului și a apei. Marele Florentin a sugerat că un butoi lung de cupru cu un miez, plasat într-un cuptor la un capăt, ar putea ejecta un proiectil dacă se injecta puțină apă în compartimentul din spatele miezului când tubul devine foarte fierbinte. Leonardo credea că apa la o temperatură atât de ridicată se va evapora foarte repede și, devenind un analog al prafului de pușcă, ar împinge ghiulele cu mare viteză. Este de remarcat faptul că ideea pistolului cu abur este atribuită lui Arhimede. Manuscrisele antice menționează că în timpul asediului Siracuza din anul 212 î.Hr., navele romane erau trase cu tunuri. Dar atunci nu era praf de pușcă în Europa! Iar Leonardo da Vinci a sugerat că Arhimede, ale cărui dispozitive apărau Siracuza, avea tunuri cu abur. Inginerul grec Ionis Sakkas a decis să testeze această idee a lui da Vinci. A construit un tun de lemn, la spatele căruia era atașat un cazan încălzit la 400°C. După cum a sugerat Leonardo da Vinci, apa a fost furnizată către o supapă specială, care, evaporându-se instantaneu, a izbucnit în abur în butoi, făcând ca miezul de beton din experimentele lui Sakkas să zboare la o distanță de 30-40 m. Studenții de la MIT și participanți la serialul de televiziune „MythBusters”, deși fără succesul lui Sakkas. În secolul al XIX-lea, aburul a fost din nou folosit, dar nu a fost posibil să se creeze o armă cu adevărat pregătită pentru luptă (un tun sau o mitralieră). În 1826-1829, inginer-colonelul rus al Corpului Feroviar A. Karelin a fabricat un pistol cu ​​abur experimental cu 7 linii (17,5 mm). Tragerea a fost efectuată cu gloanțe cu bile folosind vapori de apă, cadența de foc a ajuns la 50 de cartușe pe minut. Însă testele efectuate în 1829 nu au impresionat „comitetul de selecție”, care a considerat pistolul prea complicat pentru utilizare în teren. La sfârșitul acestui articol, este imposibil să nu menționăm steampunk (în engleză: „steampunk”, de la „steam” – „steam” și „punk” – „protest”). Această direcție de science fiction descrie epoca aburului din Anglia victoriană (a doua jumătate a secolului al XIX-lea) și capitalismul timpuriu (începutul secolului al XX-lea). Peisajele urbane, personajele, dispozițiile publice etc. sunt descrise în consecință. Termenul în sine a apărut în 1987. Genul steampunk a câștigat popularitate după apariția romanului „The Difference Engine” de William Gibson și Bruce Sterling (1990). Precursorii steampunk-ului pot fi numiți Jules Verne și Grigory Adamov. ÎN anul trecut Au apărut multe filme steampunk, dintre care cele mai faimoase sunt „Wild Wild West” (1999), „The Time Machine” (2002), „The League of Extraordinary Gentlemen” (2003) și „Van Helsing” (2004). Dieselpunk este cronologic adiacent cu steampunk - un gen care descrie lumea tehnologică a anilor 20-50 ai secolului XX, foarte apropiată, trebuie menționat, de lumea tehnologică de la începutul secolului XX.

Toate preocupările globale se pregătesc să înceapă producția în masă de vehicule electrice, care ar trebui să înlocuiască mașinile urât mirositoare cu motoare cu ardere internă. Dar, pe lângă motoarele electrice și pe benzină, omenirea cunoaște motoarele cu abur și le cunoaște de câteva secole. Astăzi vom vorbi despre acești ajutatori nemeritat uitați ai omului.

secolul al 19-lea? Sau poate că primul motor cu abur a fost creat în secolul al XVIII-lea? Nu ghici, nu vei ghici. În secolul I î.Hr., adică. În urmă cu mai bine de 2 mii de ani, primul motor cu abur din istoria omenirii a fost creat de inginerul grec Heron din Alexandria.

Motorul era o bilă care se învârtea în jurul axei sale sub influența aburului care iese din el. Adevărat, grecii antici au avut dificultăți în înțelegerea esenței procesului, așa că dezvoltarea acestei tehnologii a înghețat timp de aproape 1500 de ani...

Jucărie cu aburi împăratul

Ferdinand Verbst, un membru al comunității iezuite din China, a construit primul automobil alimentat cu abur în jurul anului 1672 ca jucărie pentru împăratul chinez. Mașina era de dimensiuni mici și nu putea transporta un șofer sau un pasager, dar este posibil să fi fost primul vehicul alimentat cu abur („mașină”). Dar aceasta a fost prima mașină cu abur din istoria omenirii, deși una de jucărie.

proiectul lui Newton

Oamenii de știință renumiți au luat în considerare și ideea de a valorifica puterea aburului și de a crea un cărucior autopropulsat. Unul dintre celebrele astfel de proiecte a fost proiectul echipajului Isaac Newton. Echipajul era format dintr-un cărucior echipat cu un cazan de abur cu o duză prin care șoferul putea elibera abur folosind o supapă, accelerând astfel căruciorul. Dar marele om de știință nu și-a realizat niciodată proiectul; mașina cu abur a lui Newton a rămas pe hârtie.

Thomas Newkman și mașina lui de pompare a apei subterane

Primul dispozitiv pus în practică a fost motorul Newkman. Britanicul Thomas Newcomman a proiectat un motor cu abur similar cu motoarele moderne. Un cilindru și un piston care se mișcau în el sub influența presiunii aburului. Aburul era generat într-un cazan uriaș, ceea ce nu permitea ca această mașină să fie folosită în alt mod, ca mașină pentru pomparea apelor subterane.

James Watt

Scoțianul James Watt s-a angajat să îmbunătățească mașina lui Newxman. El a observat că, pentru a reduce consumul de cărbune, a fost necesar să se mențină constant o temperatură ridicată în cilindru și, de asemenea, a atașat un condensator la mașină, unde a fost colectat aburul rezidual, care a fost ulterior transformat în apă și, folosind o pompă, a fost trimis din nou la cazan. Toate acestea ar fi făcut posibilă instalarea motorului pe un cadru și crearea primei mașini cu abur, dar Watt a considerat acest tip de transport periculos și nu s-a angajat în dezvoltarea ulterioară. Mai mult, designerul a primit un brevet pentru mașina sa, care a devenit un obstacol pentru alți designeri în lucrul la prima mașină cu abur.

Nu încă o mașină, dar deja un cărucior

Creatorul primului vehicul autopropulsat a fost francezul Nicolas-Joseph Cugnot. În 1769, inventatorul a creat un cărucior cu trei roți - „căruța mică de Cugno”, care a fost numită și „Fardier”. După ideea autorului, acest vehicul ciudat trebuia să fie folosit pentru transportul de arme. Nu încă o mașină, dar deja un cărucior autopropulsat.

Numai căruța lui Cugno avea o mulțime de neajunsuri. Motorul cântărea aproximativ o tonă, așa că căruciorul cu greu putea fi controlat de două persoane. Un alt dezavantaj al căruciorului mic al lui Cugno a fost raza sa joasă - doar un kilometru. Alimentarea sub formă de apă în cazan și aprinderea unui incendiu pe drumul unde a fost transferat centrala au fost proceduri prea lungi și complicate. Viteza a vrut să fie și mai bună, doar 4 km/h.

Dar căruciorul avea și avantajele sale. Capacitatea de transport a fost de două tone, ceea ce i-a mulțumit foarte mult pe generalii cartierului general francez, care i-au alocat lui Cunya 20 de mii de franci pentru lucrări ulterioare la cărucior.

Proiectantul a folosit fondurile pe care le-a primit, iar cea de-a doua versiune a căruciorului se mișca deja cu viteze de până la 5-7 kilometri pe oră, iar focarul instalat sub boiler a făcut posibilă menținerea temperaturii în timpul mișcării, mai degrabă. decât să te oprești la fiecare 15 minute pentru a aprinde focul.

Acest embrion al viitoarei mașini a provocat primul accident din istorie. Roata căruței s-a blocat și s-a izbit de peretele casei.

În ciuda succeselor lui Cugno, munca a fost suspendată dintr-un motiv banal: banii s-au terminat. Dar spre bucuria noastră, căruciorul designerului francez a fost încă păstrat și îl putem vedea cu ochii noștri.

Bicicleta cu abur a lui Roper

Inventatorii erau într-o stare constantă de căutare. Dacă Cugno a mers pe calea creării unei mașini, atunci americanul Sylvester Howard Roper s-a angajat să creeze viitoarea motocicletă. Ar fi mai corect să spunem bicicletă cu abur.

Roper a plasat motorul cu abur sub scaun, cu aburul ieșind direct în spatele șei. Controlul vitezei a fost efectuat folosind un mâner de pe volan. Întorcându-l departe de el însuși, șoferul a mărit viteza, virând în sens opus, s-a efectuat frânarea.

Plimbările lui Roper cu prima bicicletă au provocat șoc și indignare printre altele, așa cum suntem acum revoltați de motocicletele zgomotoase. Ba chiar s-au plâns poliției despre Roper. Inventatorul a fost salvat de la închisoare și o amendă doar prin absența unei legi care să interzică mersul pe bicicletă dreptaci.

Și la fel ca motocicliștii moderni, Roper, pe bicicleta cu aburi, s-a prăbușit.

Amfibian cu abur

Oruktor Amphibolos, primul vehicul amfibiu, a fost dezvoltat în 1804 de inventatorul american Oliver Evans. Coca în formă de barcă avea 4 roți și o roată cu zbaturi la pupa. Era o mașinărie uriașă: nouă metri lungime și cântărind 15 tone.

Omnibus Enterprise

Dezavantajul tuturor primelor motoare cu abur a fost capacitatea lor redusă de încărcare și viteza mica. Cărucioarele trase de cai (omnibuzele) erau mai rapide decât cea mai rapidă mașină cu abur. Inginerii au intrat într-o luptă cu cai putere.

Prima mașină pentru opt persoane a fost proiectată de Richard Trevithick. Dar mașina lui Richard nu i-a interesat pe investitori. Treizeci de ani mai târziu, Walter Hancock a preluat ștafeta și a creat primul omnibus cu abur, numit Enterprise. O tonă de apă, un motor cu doi cilindri, o viteză de 32 de kilometri pe oră și o autonomie de până la 32 de kilometri. Acest lucru a permis chiar și ca Enterprise să fie folosită ca vehicul comercial. Și acesta a fost deja un succes pentru inventatori - primul autobuz a circulat pe străzi.

Prima mașină

Primul motor cu abur, care nu arăta ca un cărucior, ci ca o mașină obișnuită, a fost proiectat de frații Abner și John Doblow. Mașina Doblov avea deja multe componente familiare nouă, dar despre asta vom mai vorbi mai târziu.

Pe când era încă student, Abner a început să dezvolte motoare cu abur în propriul său atelier în 1910. Ceea ce au reușit frații a fost să reducă volumul de apă. După cum vă amintiți, Enterprise a folosit o tonă de apă. Modelul Doblov de 90 de litri avea o rezervă de putere de până la o mie și jumătate de kilometri. Frații-inventatorii și-au echipat mașinile cu un sistem automat de aprindere. Astăzi întoarcem cheia pentru a lovi o scânteie în motor. Sistemul de aprindere Doblow a injectat kerosen în carburator, unde a fost aprins și alimentat într-o cameră de sub boiler. Presiunea necesară a vaporilor de apă a fost creată într-un timp record de 90 de secunde. 1,5 minute și poți începe. Puteți spune că durează mult, dar motoarele cu abur ale altor designeri au început să se miște în 10 și chiar 30 de minute.

Mostra expusă a mașinii Dolbov la o expoziție din New York a făcut furori. Numai în timpul expoziției, frații au adunat comenzi pentru 5.500 de mașini. Dar apoi a început Primul Razboi mondial, care a provocat o criză și o penurie de metal în țară, iar producția a trebuit să fie uitată o vreme.

După război, Dobles au prezentat publicului un nou model îmbunătățit de mașină cu abur. Presiunea necesară în cazan a fost atinsă în 23 de secunde, viteza a fost de 160 de kilometri pe oră, iar în 10 secunde mașina a accelerat până la 120 de kilometri pe oră. Probabil singurul dezavantaj al mașinii a fost prețul ei. Ireal pentru acele vremuri, 18 mii de dolari. Cea mai mare mașină cu abur din istoria omenirii a fost produsă în doar 50 de exemplare.

Mai rapid decât aburul

Din nou frații-inventatorii, de data aceasta frații Stanley, s-au apucat să creeze o mașină folosind apă clocotită. Al lor mașină de curse era gata de sosire în 1906. Pe o plajă din Florida, mașina a accelerat până la 205,4 kilometri pe oră. La acea vreme, acesta era un record absolut, chiar și pentru o mașină cu motor pe benzină. Iată o tigaie pe roți.

Frații au fost opriți doar de rănirea unuia dintre ei, primită în urma unui accident parabolic. Recordul de viteză pentru mașina fraților Stanley a fost de nedepășit timp de mai bine de un secol.

Inspirație

Următorul record de viteză a fost stabilit pe 26 august 2009 într-o mașină Inspiration. Mașina, mai mult ca un avion de luptă, era condusă de două turbine, care se roteau datorită aburului furnizat la o presiune de 40 de bari de la douăsprezece cazane foarte eficiente. Sub capota acestui dispozitiv se ascunde 360 ​​de cai putere, ceea ce i-a permis să accelereze până la 225 de kilometri pe oră.

ParoRusia

Mașinile cu abur, desigur, nu puteau trece pe lângă Rusia. Primul model casnic care funcționează pe cărbune și apă în 1830 ar fi putut fi „Bystrokat” de Kazimir Yankevich. Conform calculelor proiectantului, acest feribot ar putea accelera până la o viteză de 32 de kilometri pe oră. Dar mașina a rămas pe hârtie.

Prima mașină cu abur a fost creată de talentatul țăran rus Fiodor Blinov. În 1879, a primit un brevet „pentru un design special al unui vagon cu șine nesfârșite pentru transportul mărfurilor pe autostrăzi și drumuri de țară”. Mai târziu, această mașină s-a transformat într-un tractor cu abur cu omidă, pe care Blinov l-a învățat și să îl rotească din cauza diferenței de cuplu pe fiecare dintre șenile. Dar creația inventatorului nu a fost apreciată, ci s-a acordat doar un mic bonus.

Primele mașini rusești cu abur au început să fie produse la uzina Dux din Moscova. Cei care colecționează modele retro cunosc această mașină elegantă „Locomobile”.

„Mașinile nu fac deloc zgomot, ceea ce încă nu se poate spune despre mașinile pe benzină. Chiar și mașinile electrice, conduse de electricitate, această putere a viitorului, fac mai mult zgomot (sau mai bine zis, zumzet) decât mașinile cu abur Dux. Întregul său mecanism este atât de simplu și compact încât se potrivește sub scaun și nu necesită piese proeminente pentru amplasarea lui, cum ar fi, de exemplu, nasul mașinilor pe benzină; nu are schimbătoare de viteze, baterii electrice, magnetouri, ușor. bujii sparte, într-un cuvânt, tot ceea ce este cauza majorității defecțiunilor și necazurilor la mașinile pe benzină”, scria revista Avtomobil la începutul secolului trecut.

Motoarele cu ardere internă care se dezvoltă rapid și funcționează pe benzină au marcat sfârșitul dezvoltării mașinilor cu abur. Inventatorii au încercat să reînvie această tehnologie, dar ideile lor nu au găsit susținere.

Motoarele cu abur au fost folosite ca motoare de propulsie în stații de pompare, locomotive, nave cu abur, tractoare, mașini cu abur și alte vehicule. Motoarele cu abur au contribuit la utilizarea comercială pe scară largă a mașinilor în întreprinderi și au constituit baza energetică a revoluției industriale din secolul al XVIII-lea. Mai târziu, motoarele cu abur au fost înlocuite cu motoare cu ardere internă, turbine cu abur, motoare electrice și reactoare nucleare, care sunt mai eficiente.

Motor cu abur în acțiune

Invenție și dezvoltare

Primul dispozitiv cunoscut condus de abur a fost descris de Heron din Alexandria în primul secol - aceasta este așa-numita „baia lui Heron” sau „aeolipil”. Aburul care iese tangențial din duzele atașate la minge a făcut ca aceasta din urmă să se rotească. Se presupune că transformarea aburului în mișcare mecanică a fost cunoscută în Egipt în perioada stăpânirii romane și a fost folosită în dispozitive simple.

Primele motoare industriale

Niciunul dintre dispozitivele descrise nu a fost folosit efectiv ca mijloc de rezolvare a unor probleme utile. Prima mașină cu abur folosită în producție a fost „mașina de pompieri”, proiectată de inginerul militar englez Thomas Savery în 1698. Savery a primit un brevet pentru dispozitivul său în 1698. Era o pompă de abur cu piston și evident nu foarte eficientă, deoarece căldura aburului se pierdea de fiecare dată în timpul răcirii recipientului și era destul de periculoasă de funcționare, deoarece din cauza presiunii mari a aburului, containerele și conductele motorului explodau uneori. . Deoarece acest dispozitiv putea fi folosit atât pentru a roti roțile unei mori de apă, cât și pentru a pompa apa din mine, inventatorul l-a numit „prietenul minerului”.

Atunci fierarul englez Thomas Newcomen și-a demonstrat „motorul atmosferic” în 1712, care a fost primul motor cu abur pentru care ar putea exista o cerere comercială. Acesta a fost motorul cu abur îmbunătățit al lui Savery, în care Newcomen a redus semnificativ presiunea de funcționare a aburului. Newcomen s-ar fi putut baza pe descrierile experimentelor lui Papin ținute la Societatea Regală din Londra, la care ar fi avut acces prin intermediul membrului societății Robert Hooke, care lucrase cu Papen.

Diagrama de funcționare a motorului cu abur al lui Newcomen.
– Aburul este afișat în violet, apa este afișat în albastru.
– Supapele deschise sunt indicate în verde, supapele închise sunt indicate în roșu

Prima utilizare a motorului Newcomen a fost pomparea apei dintr-o mină adâncă. Într-o pompă de mină, culbutorul era conectat la o tijă care cobora în puț până în camera pompei. Mișcările alternative ale împingerii erau transmise pistonului pompei, care furnizează apă în sus. Supapele motoarelor Newcomen timpurii au fost deschise și închise manual. Prima îmbunătățire a fost automatizarea supapelor, care erau acționate de mașina în sine. Legenda spune că această îmbunătățire a fost făcută în 1713 de băiatul Humphrey Potter, care trebuia să deschidă și să închidă supapele; când s-a săturat, a legat mânerele supapelor cu frânghii și s-a dus să se joace cu copiii. Până în 1715, a fost deja creat un sistem de control al pârghiei, acționat de mecanismul motorului însuși.

Primul motor cu abur în vid cu doi cilindri din Rusia a fost proiectat de mecanicul I. I. Polzunov în 1763 și construit în 1764 pentru a conduce suflante la fabricile Barnaul Kolyvano-Voskresensk.

Humphrey Gainsborough a construit un model de motor cu abur cu condensator în anii 1760. În 1769, mecanicul scoțian James Watt (posibil folosind ideile lui Gainsborough) a brevetat primele îmbunătățiri semnificative ale motorului cu vid Newcomen, ceea ce l-a făcut mult mai eficient din punct de vedere al consumului de combustibil. Contribuția lui Watt a fost separarea fazei de condensare a motorului cu vid într-o cameră separată, în timp ce pistonul și cilindrul erau la temperatura aburului. Watt a adăugat câteva detalii mai importante motorului lui Newcomen: a plasat un piston în interiorul cilindrului pentru a împinge aburul și a transformat mișcarea alternativă a pistonului în mișcarea de rotație a unei roți motoare.

Pe baza acestor brevete, Watt a construit un motor cu abur în Birmingham. Până în 1782, motorul cu abur al lui Watt era de peste 3 ori mai productiv decât motorul lui Newcomen. Îmbunătățirea eficienței motorului Watt a condus la utilizarea energiei aburului în industrie. În plus, spre deosebire de motorul lui Newcomen, motorul lui Watt permitea transmiterea mișcării de rotație, în timp ce la primele modele de motoare cu abur pistonul era conectat mai degrabă la un culbutor decât direct la o biela. Acest motor avea deja caracteristicile de bază ale motoarelor cu abur moderne.

O creștere suplimentară a eficienței a fost utilizarea aburului de înaltă presiune (americanul Oliver Evans și englezul Richard Trevithick). R. Trevithick a construit cu succes motoare industriale de înaltă presiune, într-un singur timp, cunoscute sub numele de „motoare Cornish”. Au funcționat la o presiune de 50 psi sau 345 kPa (3,405 atmosfere). Cu toate acestea, odată cu creșterea presiunii, a existat și un pericol mai mare de explozie la mașini și cazane, ceea ce a dus inițial la numeroase accidente. Din acest punct de vedere, cel mai mult element important Mașina de înaltă presiune avea o supapă de siguranță care elibera excesul de presiune. Funcționarea fiabilă și sigură a început doar odată cu acumularea de experiență și standardizarea procedurilor de construcție, exploatare și întreținere a echipamentelor.

Inventatorul francez Nicolas-Joseph Cugnot a demonstrat primul vehicul cu abur autopropulsat funcțional în 1769: „fardier à vapeur” (cărucior cu abur). Poate că invenția sa poate fi considerată primul automobil. Tractorul cu abur autopropulsat s-a dovedit a fi foarte util ca sursă mobilă de energie mecanică care conducea alte mașini agricole: treieratoare, prese etc. În 1788, un vapor cu aburi construit de John Fitch asigura deja serviciu regulat de-a lungul râului Delaware între Philadelphia (Pennsylvania) și Burlington (statul New York). Acesta a transportat 30 de pasageri și a călătorit cu o viteză de 7-8 mile pe oră. Nava cu aburi a lui J. Fitch nu a avut succes comercial, deoarece traseul său concura cu un drum bun de uscat. În 1802, inginerul scoțian William Symington a construit un vas cu aburi competitiv, iar în 1807, inginerul american Robert Fulton a folosit motorul cu abur al lui Watt pentru a propulsa primul vas cu aburi de succes comercial. La 21 februarie 1804, prima locomotivă cu abur autopropulsată, construită de Richard Trevithick, a fost expusă la fabrica Penydarren din Merthyr Tydfil din Țara Galilor de Sud.

Motoare cu abur alternative

Motoarele alternative folosesc puterea aburului pentru a muta un piston într-o cameră sau cilindru etanș. Acțiunea alternativă a pistonului poate fi transformată mecanic în mișcare liniară a pompelor cu piston sau în mișcare rotativă pentru a antrena părți rotative ale mașinilor-unelte sau roților vehiculului.

Mașini de vid

Motoarele cu abur timpurii au fost numite inițial „motoare de pompieri” și, de asemenea, motoarele „atmosferice” sau „condensante” ale lui Watt. Au funcționat pe principiul vidului și, prin urmare, sunt cunoscute și sub denumirea de „motoare cu vid”. Astfel de mașini au funcționat pentru a antrena pompele cu piston, în orice caz, nu există dovezi că ar fi fost folosite în alte scopuri. Când funcționează un motor cu abur de tip vid, la începutul cursei, în camera de lucru sau cilindrul este admis abur de joasă presiune. Supapa de admisie se închide apoi și aburul se răcește prin condensare. Într-un motor Newcomen, apa de răcire este pulverizată direct în cilindru, iar condensul se scurge într-un colector de condens. Acest lucru creează un vid în cilindru. Presiunea atmosferică din partea superioară a cilindrului apasă pe piston și îl face să se miște în jos, adică cursa de lucru.

Răcirea și reîncălzirea constantă a cilindrului de lucru al mașinii a fost foarte risipitoare și ineficientă, cu toate acestea, aceste motoare cu abur au făcut posibilă pomparea apei de la adâncimi mai mari decât era posibil înainte de introducerea lor. În anul a apărut o versiune a motorului cu abur, creată de Watt în colaborare cu Matthew Boulton, a cărei principală inovație a fost îndepărtarea procesului de condensare într-o cameră separată specială (condensator). Această cameră a fost plasată într-o baie de apă rece și a fost conectată la cilindru printr-un tub închis de o supapă. O pompă de vid specială mică (un prototip de pompă de condens) a fost atașată la camera de condensare, acționată de un culbutor și folosită pentru a îndepărta condensul din condensator. Apa caldă rezultată a fost furnizată de o pompă specială (un prototip al pompei de alimentare) înapoi la cazan. O altă inovație radicală a fost închiderea capătului superior al cilindrului de lucru, care acum conținea abur de joasă presiune în partea de sus. Același abur era prezent și în mantaua dublă a cilindrului, menținându-i temperatura constantă. Pe măsură ce pistonul se mișca în sus, acest abur a fost transferat prin tuburi speciale în partea inferioară a cilindrului pentru a suferi condens în cursa următoare. Mașina, de fapt, a încetat să mai fie „atmosferică”, iar puterea sa depindea acum de diferența de presiune dintre aburul de joasă presiune și vidul care putea fi obținut. În motorul cu abur al lui Newcomen, pistonul a fost lubrifiat cu o cantitate mică de apă turnată deasupra; în mașina lui Watt, acest lucru a devenit imposibil, deoarece acum exista abur în partea superioară a cilindrului; a fost necesar să treceți la lubrifiere cu un amestec de unsoare si ulei. Același lubrifiant a fost folosit la etanșarea tijei cilindrului.

Motoarele cu abur cu vid, în ciuda limitărilor evidente ale eficienței lor, erau relativ sigure și foloseau abur de joasă presiune, ceea ce era destul de în concordanță cu nivelul general scăzut al tehnologiei cazanelor din secolul al XVIII-lea. Puterea mașinii era limitată de presiunea scăzută a aburului, dimensiunea cilindrului, viteza de ardere a combustibilului și evaporarea apei în cazan, precum și dimensiunea condensatorului. Eficiența teoretică maximă a fost limitată de diferența relativ mică de temperatură pe ambele părți ale pistonului; aceasta a făcut ca mașinile de vid destinate utilizării industriale să fie prea mari și scumpe.

Comprimare

Fereastra de evacuare a cilindrului motorului cu abur se închide puțin mai devreme decât pistonul ajunge în poziția sa extremă, ceea ce lasă o anumită cantitate de abur rezidual în cilindru. Aceasta înseamnă că în ciclul de lucru există o fază de compresie, care formează o așa-numită „pernă de abur”, încetinind mișcarea pistonului în pozițiile sale extreme. În plus, acest lucru elimină căderea bruscă de presiune chiar la începutul fazei de admisie atunci când aburul proaspăt intră în cilindru.

Avans

Efectul de „pernă de abur” descris este, de asemenea, îmbunătățit de faptul că admisia de abur proaspăt în cilindru începe ceva mai devreme decât pistonul ajunge în poziția sa extremă, adică există un anumit avans al admisiei. Acest avans este necesar pentru ca înainte ca pistonul să-și înceapă cursa de lucru sub influența aburului proaspăt, aburul să aibă timp să umple spațiul mort care a apărut ca urmare a fazei anterioare, adică canalele de admisie-evacuare și volumul cilindrului neutilizat pentru deplasarea pistonului.

Extensie simplă

Expansiunea simplă presupune că aburul funcționează doar atunci când este extins în cilindru, iar aburul de evacuare este eliberat direct în atmosferă sau intră într-un condensator special. Căldura reziduală a aburului poate fi folosită, de exemplu, pentru a încălzi o cameră sau un vehicul, precum și pentru a preîncălzi apa care intră în cazan.

Compus

În timpul procesului de expansiune în cilindrul unei mașini de înaltă presiune, temperatura aburului scade proporțional cu expansiunea acestuia. Deoarece nu există schimb de căldură (proces adiabatic), se dovedește că aburul intră în cilindru la o temperatură mai mare decât iese din el. Astfel de schimbări de temperatură în cilindru duc la o scădere a eficienței procesului.

Una dintre metodele de a trata această diferență de temperatură a fost propusă în 1804 de inginerul englez Arthur Woolf, care a brevetat Motor cu abur compus de înaltă presiune Wulf. În această mașină, aburul la temperatură înaltă dintr-un cazan de abur a intrat într-un cilindru de înaltă presiune, iar apoi aburul evacuat din acesta la o temperatură și presiune mai scăzute a intrat în cilindrul (sau cilindrii) de joasă presiune. Acest lucru a redus diferența de temperatură în fiecare cilindru, ceea ce a redus în general pierderile de temperatură și a îmbunătățit eficiența generală a motorului cu abur. Aburul de joasă presiune avea un volum mai mare și, prin urmare, necesita un volum mai mare al cilindrului. Prin urmare, la mașinile compuse, cilindrii de joasă presiune aveau un diametru mai mare (și uneori mai lung) decât cilindrii de înaltă presiune.

Acest aranjament este cunoscut și sub denumirea de „expansiune dublă” deoarece expansiunea aburului are loc în două etape. Uneori, un cilindru de înaltă presiune era conectat la doi cilindri de joasă presiune, rezultând trei cilindri de dimensiuni aproximativ egale. Această schemă a fost mai ușor de echilibrat.

Mașinile de amestecare cu cilindru dublu pot fi clasificate astfel:

• Compus încrucișat- Cilindrii sunt situati in apropiere, canalele lor conductoare de abur sunt incrucisate.
• Compus tandem- Cilindrii sunt dispusi in serie si folosesc o tija.
• Compus unghiular- Cilindrii sunt amplasați în unghi unul față de celălalt, de obicei la 90 de grade, și funcționează pe o manivelă.

După anii 1880, motoarele cu abur compuse s-au răspândit în producție și transport și au devenit practic singurul tip folosit pe navele cu abur. Utilizarea lor pe locomotivele cu abur nu a devenit atât de răspândită, deoarece s-au dovedit a fi prea complexe, parțial din cauza condițiilor dificile de funcționare a motoarelor cu abur în transportul feroviar. Deși locomotivele cu abur compuse nu au devenit niciodată un fenomen larg răspândit (mai ales în Marea Britanie, unde erau foarte puțin obișnuite și nu au fost folosite deloc după anii 1930), ele au câștigat o oarecare popularitate în mai multe țări.

Expansiune multiplă

Diagrama simplificată a unui motor cu abur cu triplă expansiune.
Aburul de înaltă presiune (roșu) de la cazan trece prin mașină, ieșind în condensator la presiune joasă (albastru).

O dezvoltare logică a schemei compuse a fost adăugarea de etape suplimentare de expansiune, care au crescut eficiența muncii. Rezultatul a fost o schemă de expansiune multiplă cunoscută sub numele de mașini de expansiune triplă sau chiar cvadruplă. Astfel de motoare cu abur foloseau o serie de cilindri cu dublă acțiune, al căror volum creștea cu fiecare treaptă. Uneori, în loc de creșterea volumului cilindrilor de joasă presiune, se folosea creșterea numărului acestora, la fel ca la unele mașini compuse.

Imaginea din dreapta arată funcționarea unui motor cu abur cu triplă expansiune. Aburul trece prin mașină de la stânga la dreapta. Blocul de supape al fiecărui cilindru este situat în stânga cilindrului corespunzător.

Apariția acestui tip de mașină cu abur a devenit deosebit de relevantă pentru flotă, deoarece cerințele de dimensiune și greutate pentru motoarele de nave nu erau foarte stricte și, cel mai important, acest design a făcut ușoară utilizarea unui condensator care returnează aburul rezidual sub formă de apa proaspata inapoi in cazan (folositi apa de mare cu sare, era imposibil sa alimentati cazanele). Motoarele cu abur de pe uscat nu aveau, de obicei, probleme cu alimentarea cu apă și, prin urmare, puteau elibera aburi reziduali în atmosferă. Prin urmare, o astfel de schemă a fost mai puțin relevantă pentru ei, mai ales ținând cont de complexitatea, dimensiunea și greutatea acesteia. Dominația motoarelor cu abur cu expansiune multiplă sa încheiat doar odată cu apariția și utilizarea pe scară largă a turbinelor cu abur. Cu toate acestea, turbinele moderne cu abur folosesc același principiu de împărțire a fluxului în cilindri de înaltă, medie și joasă presiune.

Motoare cu abur cu flux direct

Motoarele cu abur care au trecut o singură dată au apărut ca urmare a încercării de a depăși un dezavantaj inerent motoare cu aburi cu distribuție tradițională a aburului. Faptul este că aburul dintr-un motor cu abur convențional își schimbă în mod constant direcția de mișcare, deoarece aceeași fereastră de fiecare parte a cilindrului este utilizată atât pentru admisia, cât și pentru evacuarea aburului. Când aburul de evacuare părăsește cilindrul, acesta își răcește pereții și canalele de distribuție a aburului. Aburul proaspăt, în consecință, cheltuiește o anumită cantitate de energie pentru încălzirea lor, ceea ce duce la o scădere a eficienței. Motoarele cu abur cu o singură trecere au o fereastră suplimentară, care este deschisă de piston la sfârșitul fiecărei faze și prin care aburul părăsește cilindrul. Acest lucru crește eficiența mașinii deoarece aburul se mișcă într-o direcție și gradientul de temperatură al pereților cilindrului rămâne mai mult sau mai puțin constant. Mașinile cu expansiune simplă cu flux direct prezintă aproximativ aceeași eficiență ca și mașinile compuse cu distribuție convențională a aburului. În plus, pot funcționa la viteze mai mari și, prin urmare, înainte de apariția turbinelor cu abur, erau adesea folosite pentru a antrena generatoare electrice care necesitau viteze mari de rotație.

Motoarele cu abur cu flux direct vin în ambele tipuri cu acțiune simplă și dublă.

Turbine cu abur

O turbină cu abur constă dintr-o serie de discuri rotative montate pe o singură axă, numită rotor de turbină, și o serie de discuri staționare alternative montate pe o bază, numită stator. Discurile rotorului au palete la exterior; aceste palete sunt furnizate cu abur și rotește discurile. Discurile statorice au palete asemănătoare montate în unghiuri opuse, care servesc la redirecționarea fluxului de abur către următoarele discuri de rotor. Fiecare disc rotor și discul stator corespunzător se numesc treaptă de turbină. Numărul și dimensiunea treptelor fiecărei turbine sunt selectate astfel încât să maximizeze energia utilă a aburului cu viteza și presiunea care îi este furnizată. Aburul de evacuare care iese din turbină intră în condensator. Turbinele se rotesc la viteze foarte mari și, prin urmare, transmisii speciale de reducere sunt utilizate de obicei atunci când se transferă rotația către alte echipamente. În plus, turbinele nu pot schimba direcția de rotație a acestora și adesea necesită mecanisme suplimentare de inversare (uneori sunt utilizate etape suplimentare de rotație inversă).

Turbinele convertesc energia aburului direct în rotație și nu necesită mecanisme suplimentare pentru a transforma mișcarea alternativă în rotație. În plus, turbinele sunt mai compacte decât mașinile cu piston și au o forță constantă asupra arborelui de ieșire. Deoarece turbinele au un design mai simplu, ele necesită, în general, mai puțină întreținere.

Alte tipuri de motoare cu abur

Aplicație

Motoarele cu abur pot fi clasificate în funcție de aplicația lor, după cum urmează:

Mașini staționare

Ciocan cu abur

Motor cu abur într-o veche fabrică de zahăr, Cuba

Motoarele cu abur staționare pot fi împărțite în două tipuri în funcție de modul lor de utilizare:

• Mașini cu modul variabil, care includ mașini de laminoare, troliuri cu abur și dispozitive similare, care trebuie să se oprească frecvent și să schimbe sensul de rotație.
• Acționează mașinile care se opresc rar și nu ar trebui să schimbe sensul de rotație. Acestea includ motoarele energetice din centralele electrice, precum și motoarele industriale utilizate în fabrici, fabrici și căi ferate pe cablu înainte de adoptarea pe scară largă a tracțiunii electrice. Motoarele de putere redusă sunt utilizate pe modelele marine și în dispozitivele speciale.

Un troliu cu abur este în esență un motor staționar, dar este montat pe un cadru de sprijin, astfel încât să poată fi mutat. Poate fi fixat cu un cablu la o ancoră și mutat prin propria sa tracțiune într-o nouă locație.

Vehicule de transport

Motoarele cu abur au fost folosite pentru a alimenta diferite tipuri de vehicule, printre care:

• Vehicule terestre:
  • Mașină cu abur
  • Tractor cu abur
  • Lopată cu abur și chiar
• Avion cu abur.

În Rusia, prima locomotivă cu abur funcțională a fost construită de E. A. și M. E. Cherepanov la uzina Nijni Tagil în 1834 pentru a transporta minereu. A atins o viteză de 13 verste pe oră și a transportat peste 200 de puds (3,2 tone) de marfă. Lungimea primei căi ferate a fost de 850 m.

Avantajele motoarelor cu abur

Principalul avantaj al motoarelor cu abur este că pot folosi aproape orice sursă de căldură pentru a o transforma în lucru mecanic. Acest lucru le diferențiază de motoarele cu ardere internă, fiecare tip necesită utilizarea unui anumit tip de combustibil. Acest avantaj este cel mai vizibil în utilizarea energiei nucleare, deoarece un reactor nuclear nu este capabil să genereze energie mecanică, ci doar produce căldură, care este folosită pentru a genera abur pentru a conduce motoare cu abur (de obicei turbine cu abur). În plus, există și alte surse de căldură care nu pot fi utilizate în motoarele cu ardere internă, cum ar fi energia solară. O direcție interesantă este utilizarea energiei din diferențele de temperatură din Oceanul Mondial la diferite adâncimi.

Proprietăți similare sunt posedate și de alte tipuri de motoare cu ardere externă, cum ar fi motorul Stirling, care poate oferi o eficiență foarte mare, dar au o greutate și o dimensiune semnificativ mai mari decât tipurile moderne de motoare cu abur.

Locomotivele cu abur funcționează bine în altitudini mari, deoarece eficiența lor nu scade din cauza presiunii atmosferice scăzute. Locomotivele cu abur sunt încă folosite în zonele muntoase America Latină, în ciuda faptului că în zonele plate au fost demult înlocuite cu mai multe tipuri moderne locomotive.

În Elveția (Brienz Rothorn) și Austria (Schafberg Bahn), noile locomotive cu abur care utilizează abur uscat și-au dovedit eficiența. Acest tip de locomotivă a fost dezvoltat pe baza modelelor Swiss Locomotive and Machine Works (SLM), cu multe îmbunătățiri moderne, cum ar fi utilizarea rulmenților cu role, izolarea termică modernă, arderea fracțiilor ușoare de petrol ca combustibil, linii de abur îmbunătățite etc. Drept urmare, astfel de locomotive au un consum de combustibil cu 60% mai mic și cerințe de întreținere semnificativ mai mici. Calitățile economice ale unor astfel de locomotive sunt comparabile cu cele moderne diesel și electrice.

În plus, locomotivele cu abur sunt mult mai ușoare decât cele diesel și electrice, ceea ce este deosebit de important pentru căile ferate montane. O caracteristică specială a motoarelor cu abur este că nu necesită o transmisie, transmițând puterea direct la roți.

Eficienţă

Coeficientul de performanță (eficiență) al unui motor termic poate fi definit ca raportul dintre munca mecanică utilă și cantitatea de căldură consumată conținută în combustibil. Restul energiei este eliberată în mediu inconjurator sub formă de căldură. Eficiența unui motor termic este

,

Acumularea de noi cunoștințe practice în secolele XVI-XVII a dus la progrese fără precedent în gândirea umană. Apa și roțile eoliene rotesc mașinile-unelte, pun în mișcare burduful fierarului, îi ajută pe metalurgiști să ridice minereu din mine, adică acolo unde mâinile omului nu pot face față muncii grele, apa și energia eoliană le vin în ajutor. Principalele realizări tehnologice ale acelei vremuri se datorau nu atât oamenilor de știință și științei, cât muncii minuțioase a inventatorilor pricepuți. Realizările în tehnologia minieră și în extracția diferitelor minereuri și minerale au fost deosebit de mari. Era necesar să se ridice minereul extras sau cărbunele din mină, să se pompeze în mod constant apa subterană care inunda mina, să se furnizeze în mod constant aer în mină și au fost necesare o varietate de alte lucrări care necesită multă muncă pentru ca producția să nu se oprească. . Astfel, industria în curs de dezvoltare a cerut în mod imperios din ce în ce mai multă energie, iar la acea vreme aceasta putea fi asigurată în principal de roți de apă. Ei au învățat deja cum să le construiască destul de puternice. Datorită creșterii puterii roților, metalul a început să fie folosit din ce în ce mai pe scară largă pentru arbori și alte piese. În Franța, pe râul Sena în 1682, maestrul R. Salem, sub conducerea lui A. de Ville, a construit cea mai mare instalație pentru acea vreme, formată din 13 roți cu diametrul de 8 m, care au servit la conducerea a peste 200 de roți. pompe care furnizează apă la o înălțime de peste 160 m și furnizează apă pentru fântânile din Versailles și Marly. Primele fabrici de bumbac foloseau un motor hidraulic. Mașinile de filat ale lui Arkwright au fost alimentate cu apă încă de la început. Cu toate acestea, roțile de apă puteau fi instalate doar pe un râu, de preferință adânc și rapid. Iar dacă pe malul râului mai putea fi construită o fabrică de textile sau de prelucrare a metalelor, atunci zăcămintele de minereu sau straturile de cărbune trebuiau dezvoltate doar în localitățile lor. Și pentru a pompa apa subterană care a inundat mina și pentru a ridica la suprafață minereul extras sau cărbunele, era nevoie și de energie. Prin urmare, în minele departe de râuri, trebuia folosită doar puterea animală.

Proprietarul unei mine engleze în 1702 a fost forțat să păstreze 500 de cai pentru a acționa pompele care pompau apa din mină, ceea ce era foarte neprofitabil.

Industria în curs de dezvoltare necesita noi tipuri puternice de motoare care să permită crearea producției oriunde. Primul imbold pentru crearea de noi motoare care puteau funcționa oriunde, indiferent dacă era sau nu un râu în apropiere, a fost tocmai nevoia de pompe și ascensoare în metalurgie și minerit.

Capacitatea aburului de a produce lucru mecanic este cunoscută de multă vreme omului. Primele urme ale utilizării inteligente efective a aburului în mecanică sunt menționate în 1545 în Spania, când un căpitan de naval

Blasco de Garay a construit o mașină cu ajutorul căreia a pus în mișcare roțile cu zbaturi laterale ale unei nave și care, la ordinul lui Carol al V-lea, a fost testată pentru prima dată în portul Barcelona când transporta 4.000 de chintale de marfă cu o navă trei mile marine în două. ore. Inventatorul a fost recompensat, dar mașina în sine a rămas nefolosită și a căzut în uitare.

La sfârșitul secolului al XVII-lea, în țările cu cea mai dezvoltată producție de producție, au luat naștere elemente ale noii tehnologii de mașini folosind proprietățile și puterea vaporilor de apă.

Încercările timpurii de a crea un motor termic au fost asociate cu necesitatea de a pompa apă din minele de unde se extragea combustibilul. În 1698, englezul Thomas Savery, fost miner și apoi căpitan al marinei comerciale, a propus pentru prima dată pomparea apei folosind un lift cu apă cu abur. Brevetul obținut de Severi spunea: „Aceasta este o nouă invenție pentru ridicarea apei și obținerea mișcării pentru toate tipurile de producție prin intermediul forta motrice focul are mare importanță pentru drenarea minelor, furnizarea de apă a orașelor și producerea de forță motrice pentru fabrici de tot felul, care nu pot folosi puterea apei sau munca constantă a vântului.” Liftul de apă Severi a funcționat pe principiul aspirării apei din cauza presiunii atmosferice într-o cameră în care a fost creat un vid atunci când aburul s-a condensat cu apă rece. Motoarele cu abur ale lui Severi erau extrem de neeconomice și incomod de funcționat, nu puteau fi adaptate pentru a acționa mașinile-unelte, consumau cantități uriașe de combustibil, iar eficiența lor nu era mai mare de 0,3%. Cu toate acestea, nevoia de pompare a apei din mine era atât de mare încât chiar și aceste motoare cu abur voluminoase de tip pompă au câștigat o oarecare popularitate.

Thomas Newcomen (1663–1729) - inventator englez, fierar de profesie. Împreună cu tinkerul J. Cowley, a construit o pompă de abur, experimente de îmbunătățire care au continuat aproximativ 10 ani până când a început să funcționeze corect. Motorul cu abur al lui Newcomen nu era un motor universal. Meritul lui Newcomen este că a fost unul dintre primii care au realizat ideea de a folosi abur pentru a produce lucrări mecanice. Societatea Istoricii Tehnologiei din Marea Britanie îi poartă numele. În 1711, Newcomen, Cowley și Severy au format Compania deținătorilor de drepturi asupra invenției unui aparat pentru ridicarea apei prin foc. În timp ce acești inventatori dețineau un brevet pentru „utilizarea puterii focului”, toată munca lor privind fabricarea mașinilor cu abur a fost efectuată cu cea mai strictă încredere. Suedezul Triewald, care a fost implicat în instalarea mașinilor lui Newcomen, a scris: „... inventatorii Newcomen și Cowley au fost foarte suspicioși și atenți în a păstra pentru ei și copiii lor secretul construcției și utilizării invenției lor. Trimisul spaniol la curtea engleză, care a venit de la Londra cu o mare suită de străini pentru a se uita la noua invenție, nu i s-a permis nici măcar să intre în camera în care se aflau mașinile.” Dar în anii 20 ai secolului al XVIII-lea, brevetul a expirat și mulți ingineri au început să producă instalații de ridicare a apei. A apărut literatura care descrie aceste atitudini.

Procesul de distribuție a motoarelor cu abur universale în Anglia până la începutul secolului al XIX-lea. confirmă semnificația enormă a noii invenții. Dacă în deceniul de la 1775 la 1785. Au fost construite 66 de mașini cu dublă acțiune cu o putere totală de 1288 CP, apoi din 1785 până în 1795. Au fost deja create 144 de mașini cu dublă acțiune, cu o putere totală de 2009 CP, iar în următorii cinci ani - din 1795 până în 1800. – 79 de vehicule cu o putere totală de 1296 CP.

De fapt, utilizarea motorului cu abur în industrie a început în 1710, când muncitorii englezi Newcomen și Cowley au construit pentru prima dată un motor cu abur care conducea o pompă instalată într-o mină pentru a pompa apa din ea.

Cu toate acestea, mașina lui Newcomen nu era o mașină cu abur în sensul modern al cuvântului, deoarece forța motrice din ea nu era încă vaporii de apă, ci presiunea aerului atmosferic. Prin urmare, această mașină a fost numită „atmosferică”. Deși în mașină vaporii de apă au servit, ca și în mașina Severi, în principal pentru a crea un vid în cilindru, aici a fost deja propus un piston mobil - partea principală a unui motor cu abur modern.

În fig. Figura 4.1 prezintă liftul cu apă cu abur Newcomen–Cowley. Când tija pompei 1 și sarcina 2 au fost coborâte, pistonul 4 s-a ridicat și aburul a intrat în cilindrul 5 prin supapa deschisă 7 din cazanul 8, a cărei presiune era puțin mai mare decât cea atmosferică. Aburul a servit la ridicarea parțială a pistonului într-un cilindru deschis în partea de sus, dar rolul său principal era acela de a crea un vid în el. În acest scop, când pistonul mașinii a ajuns în poziția superioară, robinetul 7 a fost închis și apă rece a fost injectată din recipientul 3 prin robinetul 6 în cilindru. Vaporii de apă s-au condensat rapid, iar presiunea atmosferică a readus pistonul în partea de jos a cilindrului, ridicând tija de absorbție. Condensul a fost eliberat din cilindru printr-un tub9, pistonul a fost ridicat din nou datorită alimentării cu abur, iar procesul descris mai sus a fost repetat. Aparatul Newcomen este un motor periodic.

Motorul cu abur al lui Newcomen era mai avansat decât cel al lui Severi, mai ușor de operat, mai economic și mai productiv. Cu toate acestea, mașinile din prima producție au funcționat foarte neeconomic; pentru a crea o putere de un cal putere pe oră, s-a ars până la 25 kg de cărbune, adică eficiența a fost de aproximativ 0,5%. Introducerea distribuției automate a debitelor de abur și apă a simplificat întreținerea mașinii; timpul de cursă a pistonului a fost redus la 12-16 minute, ceea ce a redus dimensiunea mașinii și a redus costul de proiectare. În ciuda consumului mare de combustibil, acest tip de mașină s-a răspândit rapid. Deja în anii douăzeci ai secolului al XVIII-lea, aceste mașini funcționau nu numai în Anglia, ci și în multe țări europene - în Austria, Belgia, Franța, Ungaria, Suedia și au fost folosite timp de aproape un secol în industria cărbunelui și pentru alimentarea cu apă. la orase. În Rusia, primul motor cu abur și atmosferă al lui Newcomen a fost instalat în 1772 la Kronstadt pentru a pompa apa din doc. Prevalența mașinilor Newcomen este evidențiată de faptul că ultima mașină de acest tip din Anglia a fost dezmembrată abia în 1934.

Ivan Ivanovici Polzunov (1728–1766) este un talentat inventator rus, născut într-o familie de soldați. În 1742, Nikita Bakharev, un mecanic la uzina din Ekaterinburg, avea nevoie de studenți ascuțiți. Alegerea a căzut pe I. Polzunov și S. Cheremisinov, în vârstă de paisprezece ani, care încă studiau la Școala de Aritmetică. Pregătirea teoretică la școală a făcut loc familiarizării practice cu funcționarea celor mai moderne mașini și instalații ale fabricii de la Ekaterinburg din Rusia la acea vreme. În 1748, Polzunov a fost transferat la Barnaul pentru a lucra la fabricile Kolyvano-Voskresensk. După ce a studiat în mod independent cărți de metalurgie și mineralogie, în aprilie 1763, Polzunov a propus un proiect pentru o mașină cu abur complet originală, care se deosebea de toate mașinile cunoscute la acea vreme prin faptul că era proiectată pentru a antrena burdufuri și era o unitate de funcționare continuă. În memoriul său despre „mașina de acționare a focului” din 26 aprilie 1763, Polzunov, în propriile sale cuvinte, dorea „ ... construind o mașină de foc gospodărirea apei să fie oprită și, în aceste cazuri, complet distrusă, iar în locul barajelor pentru fundația mobilă a centralei să fie înființate astfel încât să poată suporta și, după bunul plac, toate sarcinile impuse ei înșiși, care sunt de obicei necesare pentru a aprinde focul nostru, orice trebuie corectat.” Și mai departe a scris: „Pentru a obține această glorie (dacă forțele permit) pentru Patrie și pentru ca ea să fie în folosul întregului popor, datorită marii cunoștințe despre folosirea lucrurilor care încă nu sunt foarte familiare. (urmând exemplul altor științe), a introduce în obicei.” Mai târziu, inventatorul a visat să adapteze mașina pentru alte nevoi. Proiectul I.I. Polzunov a fost prezentat biroului regal din Sankt Petersburg. Decizia Ecaterinei a II-a a fost următoarea: „Majestatea Sa Imperială nu este doar mulțumită cu milă de ei, Polzunov, dar pentru o mai mare încurajare ea s-a dezinit să comandă: primiți-l, Polzunov, la mechanicus cu gradul și salariul de căpitan-locotenent și dă-i 400 de ruble drept recompensă.” .

Mașinile lui Newcomen, care funcționau excelent ca dispozitive de ridicare a apei, nu puteau satisface nevoia urgentă de un motor universal. Ei doar au deschis calea pentru crearea de motoare cu abur universale continue.

În stadiul inițial de dezvoltare a motoarelor cu abur, este necesar să se evidențieze „mașina de pompieri” a maestrului minier rus Polzunov. Motorul a fost destinat să conducă mecanismele unuia dintre cuptoarele de topire ale fabricii Barnaul.

Conform proiectului lui Polzunov (Fig. 4.2), aburul de la cazan (1) a fost furnizat către unul, să zicem, cilindru stâng (2), unde a ridicat pistonul (3) în poziția sa cea mai înaltă. Apoi a fost injectat un jet din rezervor în cilindru apă rece(4), care a dus la condensarea aburului. Ca urmare a presiunii atmosferice asupra pistonului, acesta a coborât, în timp ce în cilindrul drept, ca urmare a presiunii aburului, pistonul s-a ridicat. Distribuția apei și a aburului în mașina lui Polzunov a fost efectuată de un dispozitiv automat special (5). Forța de lucru continuă de la pistoanele mașinii era transmisă unui scripete (6), montat pe un arbore, din care mișcarea era transmisă dispozitivului de distribuție apă-abur, pompa de alimentare, precum și arborele de lucru, din pe care suflantele erau conduse.

Motorul lui Polzunov era de tip „atmosferic”, dar în el inventatorul a fost primul care a introdus însumarea muncii a doi cilindri cu pistoane pe un arbore comun, ceea ce a asigurat o cursă mai uniformă a motorului. Când unul dintre cilindri mergea la ralanti, celălalt mergea. Motorul avea distribuție automată a aburului și pentru prima dată nu era conectat direct la mașina de lucru. I.I. Polzunov și-a creat mașina în condiții extrem de dificile, cu propriile mâini, fără fondurile necesare și utilaje speciale. Nu avea la dispoziție meșteri pricepuți: conducerea fabricii ia repartizat patru studenți lui Polzunov și a alocat doi muncitori pensionari. Un topor și alte unelte simple folosite la fabricarea mașinilor convenționale de atunci erau de puțin folos aici. Polzunov a trebuit să proiecteze și să construiască în mod independent echipamente noi pentru invenția sa. Construcția unei mașini mari, de aproximativ 11 metri înălțime, chiar din tablă, nici măcar testată pe un model, fără specialiști, a necesitat un efort enorm. Mașina a fost construită, dar la 27 mai 1766 I.I. Polzunov a murit din cauza consumului tranzitoriu, cu o săptămână înainte de a testa „mașina mare”. Mașina în sine, testată de studenții lui Polzunov, nu numai că s-a plătit singură, ci și-a adus profit, a funcționat timp de 2 luni, nu a primit îmbunătățiri suplimentare și, după o defecțiune, a fost abandonată și uitată. După motorul Polzunov, a trecut o jumătate de secol înainte ca motoarele cu abur să înceapă să fie folosite în Rusia.

James Watt - inventator englez, creatorul motorului universal cu abur, membru al Societății Regale din Londra - s-a născut în orașul Greenock din Scoția. Din 1757 a lucrat ca mecanic la Universitatea din Glasgow, unde a făcut cunoștință cu proprietățile vaporilor de apă și a efectuat cercetări privind dependența temperaturii aburului saturat de presiune. În 1763–1764, în timp ce a creat un model de motor cu abur al lui Newcomen, el a propus reducerea consumului de abur prin separarea condensatorului de abur de cilindru. Din acel moment, munca sa a început pentru îmbunătățirea motoarelor cu abur, studierea proprietăților aburului, construirea de noi mașini etc., care a continuat de-a lungul vieții sale. Pe monumentul lui Watt din Westminster Abbey este sculptată inscripția: „... după ce a aplicat puterea geniului creator la îmbunătățirea mașinii cu abur, a extins productivitatea țării sale, a crescut puterea omului asupra naturii și a ocupat un loc proeminent printre cei mai faimoși oameni de știință și adevărații binefăcători ai omenirii.” În căutarea fondurilor pentru a-și construi motorul, Watt a început să viseze la un loc de muncă profitabil în afara Angliei. La începutul anilor 70, le-a spus prietenilor că „s-a săturat de patria sa” și a început serios să vorbească despre mutarea în Rusia. Guvernul rus ia oferit inginerului englez „o ocupație conformă cu gustul și cunoștințele sale” și un salariu anual de 1000 de lire sterline. Plecarea lui Watt în Rusia a fost împiedicată de un contract pe care l-a încheiat în 1772 cu capitalistul Bolton, proprietarul unei întreprinderi de inginerie din Soho, lângă Birmingham. Bolton știa de mult despre inventarea unei noi mașini „de foc”, dar a ezitat să-i subvenționeze construcția, îndoindu-se de valoarea practică a mașinii. S-a grăbit să încheie un acord cu Watt numai atunci când a existat o amenințare reală ca inventatorul să plece în Rusia. Acordul care leagă Watt de Bolton s-a dovedit a fi foarte eficient. Bolton s-a arătat a fi o persoană inteligentă și lungă de vedere. Nu s-a zgarcit cu costurile de construire a mașinii. Bolton și-a dat seama că geniul lui Watt, eliberat de grija meschină și obositoare a unei bucăți de pâine, se va desfășura cu putere și se va îmbogăți pe capitalistul întreprinzător. În plus, Bolton însuși a fost un mare inginer mecanic. Ideile tehnice ale lui Watt l-au fascinat și ele. Fabrica din Soho era renumită pentru echipamentele sale de primă clasă la acea vreme și avea muncitori calificați. Prin urmare, Watt a acceptat cu entuziasm oferta lui Bolton de a începe producția de noi motoare cu abur la fabrică. De la începutul anilor 70 până la sfârșitul vieții sale, Watt a rămas mecanicul șef al fabricii. La uzina din Soho, la sfârșitul anului 1774, a fost construită prima mașină cu dublă acțiune.

Mașina lui Newcomen a fost mult îmbunătățită de-a lungul secolului de existență, dar a rămas „atmosferică” și nu a îndeplinit nevoile tehnologiei de fabricație în creștere rapidă, care necesita organizarea mișcării de rotație la viteză mare.

Căutările multor inventatori au avut ca scop atingerea acestui scop. Numai în Anglia, în ultimul sfert al secolului al XVIII-lea, au fost emise peste o duzină de brevete pentru motoare universale de diferite sisteme. Cu toate acestea, doar James Watt a reușit să ofere industriei un motor cu abur universal.

Watt și-a început munca la motorul cu abur aproape simultan cu Polzunov, dar în condiții diferite. În Anglia, în acest moment, industria se dezvolta rapid. Watt a fost susținut activ de Bolton, proprietarul mai multor fabrici din Anglia, care a devenit ulterior partenerul său, parlament, și a avut ocazia să folosească personal de inginerie cu înaltă calificare. În 1769, Watt a brevetat un motor cu abur cu un condensator separat, iar apoi utilizarea presiunii excesive a aburului în motor, ceea ce a redus semnificativ consumul de combustibil. Watt a devenit pe bună dreptate creatorul motorului cu piston cu abur.

În fig. 4.3 prezintă o diagramă a unuia dintre primele mașini cu abur ale lui Watt. Un cazan de abur1 cu un cilindru cu piston3 este conectat printr-o linie de abur2, prin care aburul este admis periodic în cavitatea superioară a cilindrului de deasupra pistonului4 și în cavitatea inferioară de sub piston. Aceste cavități sunt conectate la condensator printr-o conductă5, unde aburul de evacuare este condensat cu apă rece și se creează un vid. Mașina dispune de un echilibrator6, care, folosind o biela7, leagă pistonul cu manivela arborelui, la capătul căruia este montat un volant8.

Mașina este prima care folosește principiul dublei acțiuni a aburului, care constă în faptul că aburul proaspăt este introdus în cilindrul mașinii alternativ în camerele de pe ambele părți ale pistonului. Introducerea de către Watt a principiului expansiunii aburului a fost că aburul proaspăt a fost admis în cilindru doar pentru o parte a cursei pistonului, apoi aburul a fost întrerupt și mișcarea ulterioară a pistonului a fost efectuată datorită expansiunii aburului și a unei picături. în presiunea ei.

Astfel, în mașina lui Watt, forța motrice decisivă nu a fost presiunea atmosferică, ci elasticitatea aburului de înaltă presiune care conducea pistonul. Noul principiu de funcționare cu abur necesar schimbare completăîn proiectarea mașinii, în special în distribuția cilindrului și a aburului. Pentru a elimina condensul de abur în cilindru, Watt a introdus mai întâi o manta de abur pentru cilindru, cu care a început să-și încălzească pereții de lucru cu abur și a izolat partea exterioară a mantalei de abur. Deoarece Watt nu putea folosi un mecanism bielă-manivelă în mașina sa pentru a crea o mișcare de rotație uniformă (un brevet de protecție a fost luat pentru o astfel de transmisie de către inventatorul francez Picard), în 1781 a obținut un brevet pentru cinci metode de conversie a unui mișcare de balansare într-una de rotație continuă. La început, în acest scop a folosit o roată planetară, sau solară. În cele din urmă, Watt a introdus un regulator de viteză centrifugal pentru a varia cantitatea de abur furnizată cilindrului mașinii pe măsură ce viteza se schimba. Astfel, Watt în motorul său cu abur a stabilit principiile de bază ale proiectării și funcționării unui motor cu abur modern.

Motoarele cu abur ale lui Watt funcționau cu abur saturat de joasă presiune de 0,2–0,3 MPa, la un număr redus de rotații pe minut. Motoarele cu abur, modificate în acest fel, au dat rezultate excelente, reducând consumul de cărbune pe CP/h (cai putere pe oră) de câteva ori în comparație cu utilajele lui Newcomen, și au înlocuit roata de apă din industria minieră. La mijlocul anilor '80 ai secolului al XVIII-lea. Designul motorului cu abur a fost în sfârșit dezvoltat, iar motorul cu abur cu dublă acțiune a devenit un motor termic universal, care și-a găsit o aplicare largă în aproape toate sectoarele economiei multor țări. În secolul al XIX-lea s-au răspândit centralele cu abur de ridicare a minelor, suflantele cu abur, centralele cu abur rulant, ciocanele cu abur, pompele cu abur etc.

Creștere în continuare a eficienței centrala electrică cu abur a fost realizată de contemporanul lui Watt, Arthur Wolf, în Anglia, prin introducerea expansiunii multiple a aburului succesiv în 2, 3 și chiar 4 trepte, în timp ce aburul trecea dintr-un cilindru al mașinii în altul.

Abandonarea balansierului și utilizarea expansiunii multiple a aburului au dus la crearea de noi forme structurale de mașini. Motoarele cu dublă expansiune au început să fie proiectate sub forma a doi cilindri - un cilindru de înaltă presiune (HPC) și un cilindru de joasă presiune (LPC), în care aburul de evacuare era furnizat după HPC. Cilindrii erau amplasați fie orizontal (mașină compusă, Fig. 4.4, a), fie secvenţial, când ambele pistoane erau montate pe o tijă comună (mașină tandem, Fig. 4.4, b).

Valoare mare pentru creșterea eficienței. Motoarele cu abur au început să folosească abur supraîncălzit cu temperaturi de până la 350°C la mijlocul secolului al XIX-lea, ceea ce a făcut posibilă reducerea consumului de combustibil la 4,5 kg per CP/h. Utilizarea aburului supraîncălzit a fost propusă pentru prima dată de omul de știință francez G.A. Girn.

George Stephenson (1781–1848) s-a născut într-o familie muncitoare și a lucrat în minele de cărbune din Newcastle, unde au lucrat și tatăl și bunicul său. A făcut multă autoeducație, a studiat fizica, mecanica și alte științe și era interesat de activități inventive. Abilitățile remarcabile ale lui Stephenson l-au condus la funcția de mecanic, iar în 1823 a fost numit inginer șef al companiei pentru construirea primei căi ferate publice, Stockton și Darlington; acest lucru i-a deschis mari oportunități în design și munca inventiva.

În Rusia, primele locomotive cu abur au fost construite de mecanicii și inventatorii ruși Cherepanovs - Efim Alekseevich (tatăl, 1774–1842) și Miron Efimovici (fiul, 1803–1849), care au lucrat la fabricile Nijni Tagil și au fost foști iobagi ai lui Demidov. proprietarii de fabrici. Soții Cherepanov, prin autoeducație, au devenit oameni educați, au vizitat fabrici din Sankt Petersburg și Moscova, Anglia și Suedia. Pentru activitățile lor inventive, Miron Cherepanov și soția sa au primit libertate în 1833. Efim Cherepanov și soția sa au primit libertate în 1836. Soții Cherepanov au creat aproximativ 20 de mașini cu abur diferite care lucrau la fabricile Nizhny Tagil.

Presiunea mare a aburului pentru motoarele cu abur a fost folosită pentru prima dată de Oliver Evans în America. Acest lucru a dus la o reducere a consumului de combustibil cu până la 3 kg per CP/h. Mai târziu, proiectanții de locomotive cu abur au început să folosească motoare cu abur cu mai mulți cilindri, abur sub presiune și dispozitive de inversare.

În secolul al XVIII-lea A existat o dorință complet de înțeles de a folosi motorul cu abur în transportul pe uscat și pe apă. În dezvoltarea motoarelor cu abur, locomotivele - unități mobile de putere cu abur - au format o direcție independentă. Prima instalație de acest tip a fost dezvoltată de constructorul englez John Smith. De fapt, dezvoltarea transportului de abur a început cu instalarea tuburilor de fum în cazanele cu tuburi de foc, care le-au crescut semnificativ producția de abur.

Au fost făcute multe încercări de dezvoltare a locomotivelor cu abur - locomotive cu abur, și au fost construite modele de lucru (Fig. 4.5, 4.6). Dintre acestea, se remarcă locomotiva cu abur „Rocket”, construită de talentatul inventator englez George Stephenson (1781–1848) în 1825 (vezi Fig. 4.6, a, b).

Rocket nu a fost prima locomotivă cu abur proiectată și construită de Stephenson, dar a fost superioară în multe privințe și a fost votată cea mai bună locomotivă la o expoziție specială din Raehill și recomandată pentru noua cale ferată Liverpool și Manchester, care la acea vreme a devenit model. . În 1823, Stephenson a organizat prima fabrică de locomotive cu abur în Newcastle. În 1829, în Anglia a fost organizat un concurs pentru cea mai bună locomotivă cu abur, al cărei câștigător a fost mașina lui J. Stephenson. Locomotiva sa cu abur „Raketa”, dezvoltată pe baza unui cazan cu fum, cu masa trenului de 17 tone, a atins o viteză de 21 km/h. Mai târziu, viteza „Rachetei” a fost mărită la 45 km/h.

Căile ferate au început să joace în secolul al XVIII-lea. rol imens. Prima cale ferată de călători din Rusia, cu lungimea de 27 km, prin decizia guvernului țarist, a fost construită de întreprinzători străini în 1837 între Sankt Petersburg și Pavlovsk. Calea ferată cu două șine Sankt Petersburg-Moscova a început să funcționeze în 1851.

În 1834, tatăl și fiul Cherepanovs au construit prima locomotivă cu abur rusească (vezi Fig. 4.6, c, d), transportând o încărcătură de 3,5 tone cu o viteză de 15 km/h. Locomotivele lor ulterioare transportau mărfuri cu o greutate de 17 tone.

Încercările de utilizare a motorului cu abur în transportul pe apă au fost făcute încă de la începutul secolului al XVIII-lea. Se știe, de exemplu, că fizicianul francez D. Papin (1647–1714) a construit o barcă condusă de un motor cu abur. Adevărat, Papen nu a avut succes în această chestiune.

Problema a fost rezolvată de inventatorul american Robert Fulton (1765–1815), născut în Little Briton (acum Fulton) din Pennsylvania. Este interesant de remarcat faptul că primele mari succese în crearea motoarelor cu abur pentru industrie, transport feroviar și pe apă au revenit mulțimii de oameni talentați care au dobândit cunoștințe prin autoeducație. În acest sens, Fulton nu a făcut excepție. Fulton, care mai târziu a devenit inginer mecanic, care provenea dintr-o familie săracă, a făcut inițial multă autoeducație. Fulton a trăit în Anglia, unde s-a angajat în construcția de structuri hidraulice și a rezolvat o serie de alte probleme tehnice. În Franța (Paris), a construit submarinul Nautilus și o navă cu aburi, care a fost testată pe râul Sena. Dar toate acestea au fost doar începutul.

Succesul real a venit la Fulton în 1807: revenit în America, a construit vasul cu abur cu vâsle „Clermont” cu o capacitate de ridicare de 15 tone, antrenat de un motor cu abur cu o putere de 20 CP. s., care în august 1807 a efectuat primul zbor de la New York la Albany cu o lungime de aproximativ 280 km.

Dezvoltarea ulterioară a transportului maritim, atât fluvial, cât și maritim, a decurs destul de repede. Acest lucru a fost facilitat de trecerea de la structurile navelor din lemn la cele din oțel, o creștere a puterii și vitezei motoarelor cu abur, introducerea unei elice și o serie de alți factori.

Odată cu inventarea mașinii cu abur, omul a învățat să transforme energia concentrată în combustibil în mișcare, în muncă.

Motorul cu abur este una dintre puținele invenții din istorie care a schimbat dramatic imaginea lumii, a revoluționat industria, transporturile și a dat impuls unei noi creșteri a cunoștințelor științifice. A fost un motor universal pentru industrie și transport pe tot parcursul secolului al XIX-lea, dar capacitățile sale nu mai îndeplineau cerințele de motor care au apărut în legătură cu construcția de centrale electrice și utilizarea mecanismelor de mare viteză la sfârșitul secolului al XIX-lea.

În loc de un motor cu abur de viteză mică, o turbină de mare viteză cu eficiență mai mare intră în arena tehnică ca un nou motor termic.

Interesul pentru vaporii de apă ca sursă accesibilă de energie a apărut odată cu primele cunoștințe științifice ale anticilor. Oamenii au încercat să îmblânzească această energie de trei mii de ani. Care sunt principalele etape ale acestui drum? Ale cui gânduri și proiecte au învățat omenirea să profite la maximum de ea?

Condiții preliminare pentru apariția motoarelor cu abur

Nevoia de mecanisme care să poată facilita procesele intensive în muncă a existat întotdeauna. Până la jumătatea secolului al XVIII-lea, în acest scop erau folosite mori de vânt și roți de apă. Posibilitatea de a folosi energia eoliană depinde direct de capriciile vremii. Iar pentru a folosi roți de apă, au trebuit construite fabrici de-a lungul malurilor râurilor, ceea ce nu este întotdeauna convenabil sau practic. Și eficiența ambelor a fost extrem de scăzută. Era nevoie de un motor fundamental nou, ușor de gestionat și lipsit de aceste dezavantaje.

Istoria invenției și perfecționării motoarelor cu abur

Crearea unui motor cu abur este rezultatul multor gândiri, succes și dezamăgire a multor oameni de știință.

Începutul drumului

Primele proiecte izolate au fost doar curiozități interesante. De exemplu, Arhimede a proiectat un pistol cu ​​abur, Stârcul Alexandriei a folosit puterea aburului pentru a deschide ușile temple antice. Iar cercetătorii găsesc note despre utilizarea practică a energiei aburului pentru a conduce alte mecanisme în lucru Leonardo da Vinci.

Să ne uităm la cele mai semnificative proiecte pe această temă.

În secolul al XVI-lea, inginerul arab Taghi al Din a dezvoltat un design pentru o turbină cu abur primitivă. in orice caz aplicație practică nu a primit din cauza dispersiei puternice a jetului de abur furnizat palelor roții turbinei.

Să ne întoarcem la Franța medievală. Fizicianul și talentatul inventator Denis Papin, după multe proiecte nereușite, s-a hotărât pe următorul design: un cilindru vertical a fost umplut cu apă, deasupra căruia a fost instalat un piston.

Cilindrul a fost încălzit, apa a fiert și s-a evaporat. Aburul în expansiune a ridicat pistonul. A fost fixat în punctul de vârf al ridicării și s-a așteptat ca cilindrul să se răcească și aburul să se condenseze. După condensarea aburului, s-a format un vid în cilindru. Pistonul, eliberat de prindere, s-a repezit în vid sub influența presiunii atmosferice. Era această cădere a pistonului care trebuia să fie folosită ca cursă de lucru.

Deci, cursa utilă a pistonului a fost cauzată de formarea unui vid din cauza condensării aburului și a presiunii externe (atmosferice).

Pentru că motorul cu abur al lui Papen ca majoritatea proiectelor ulterioare, acestea au fost numite mașini cu abur-atmosferă.

Acest design a avut un dezavantaj foarte semnificativ - repetabilitatea ciclului nu a fost furnizată. Denis vine cu ideea de a produce abur nu într-un cilindru, ci separat într-un cazan cu abur.

Denis Papin a intrat în istoria creării motoarelor cu abur ca inventator al unei părți foarte importante - cazanul cu abur.

Și din moment ce aburul a început să fie produs în afara cilindrului, motorul în sine a devenit un motor cu ardere externă. Dar din cauza lipsei unui mecanism de distribuție care să asigure funcționarea neîntreruptă, aceste proiecte nu și-au găsit aproape nicio aplicație practică.

O nouă etapă în dezvoltarea motoarelor cu abur

Timp de aproximativ 50 de ani, a fost folosit pentru pomparea apei în minele de cărbune. Pompa de abur Thomas Newcomen. A repetat în mare măsură modelele anterioare, dar conținea elemente noi foarte importante - o țeavă pentru îndepărtarea aburului condensat și o supapă de siguranță pentru eliberarea excesului de abur.

Dezavantajul său semnificativ era că cilindrul trebuia fie încălzit înainte de injectarea aburului, fie răcit înainte de a se condensa. Dar nevoia de astfel de motoare era atât de mare încât, în ciuda ineficienței lor evidente, ultimele exemplare ale acestor mașini au servit până în 1930.

În 1765 mecanicul englez James Watt, după ce a început să îmbunătățească mașina lui Newcomen, a separat condensatorul de cilindrul de abur.

A devenit posibil să se mențină cilindrul încălzit în mod constant. Eficiența mașinii a crescut imediat. În anii următori, Watt și-a îmbunătățit semnificativ modelul, echipându-l cu un dispozitiv pentru alimentarea cu abur pe o parte sau pe cealaltă.

A devenit posibilă utilizarea acestei mașini nu numai ca pompă, ci și pentru a conduce diverse mașini. Watt a primit un brevet pentru invenția sa - un motor continuu cu abur. Începe producția în masă a acestor mașini.

Până la începutul secolului al XIX-lea, în Anglia funcționau mai mult de 320 de wați de motoare cu abur. Alte țări europene au început să le cumpere. Acest lucru a contribuit la o creștere semnificativă a producției industriale în multe industrii atât în ​​Anglia însăși, cât și în țările vecine.

Cu douăzeci de ani mai devreme decât Watt, mecanicul din Altai Ivan Ivanovich Polzunov lucra la un proiect de mașină cu abur în Rusia.

Conducerea fabricii l-a invitat să construiască o unitate care să acționeze suflanta cuptorului de topire.

Mașina construită de el era cu doi cilindri și asigura funcționarea continuă a dispozitivului conectat la acesta.

După ce a funcționat cu succes mai bine de o lună și jumătate, centrala s-a scurs. Polzunov însuși nu mai era în viață până atunci. Mașina nu a fost reparată. Și minunata creație a singuraticului inventator rus a fost uitată.

Din cauza înapoierii Rusiei la acea vreme lumea a aflat cu mare întârziere despre invenția lui I. I. Polzunov...

Așadar, pentru a funcționa un motor cu abur, este necesar ca aburul produs de cazanul cu abur să se extindă și să apese pe paletele pistonului sau ale turbinei. Și apoi mișcarea lor a fost transmisă altor părți mecanice.

Utilizarea motoarelor cu abur în transport

În ciuda faptului că eficiența motoarelor cu abur din acea vreme nu depășea 5%, până la sfârșitul secolului al XVIII-lea au început să fie utilizate în mod activ în agricultură si la transport:

• o mașină alimentată cu abur apare în Franța;
• în SUA, o navă începe să opereze între orașele Philadelphia și Burlington;
• o locomotivă feroviară cu abur a fost demonstrată în Anglia;
• Un țăran rus din provincia Saratov a brevetat un tractor cu omidă de 20 de cai putere pe care l-a construit. Cu.;
• S-au încercat în mod repetat construirea unei aeronave cu motor cu abur, dar, din păcate, puterea scăzută a acestor unități cu greutate mare aeronava a făcut aceste încercări fără succes.

Deja de sfârşitul secolului al XIX-lea secolele, motoarele cu abur, jucandu-si rolul in progresul tehnic al societatii, lasa loc motoarelor electrice.

Dispozitivele cu abur în secolul 21

Odată cu apariția noilor surse de energie în secolele 20 și 21, apare din nou nevoia de a folosi energia cu abur. Turbine cu abur devin parte integrantă a centralei nucleare. Aburul care le alimentează este obținut din combustibil nuclear.

Aceste turbine sunt utilizate pe scară largă și în centralele termice în condensare.

Într-un număr de țări, se desfășoară experimente pentru a produce abur folosind energia solară.

Nici motoarele cu abur cu piston nu au fost uitate. În zonele muntoase ca locomotivă Locomotivele cu abur sunt încă folosite.

Acești lucrători de încredere sunt atât mai siguri, cât și mai ieftini. Nu au nevoie de linii electrice, iar combustibilul - lemn și cărbune ieftin - sunt întotdeauna la îndemână.

Tehnologiile moderne fac posibilă captarea a până la 95% din emisiile atmosferice și creșterea eficienței la 21%, astfel încât oamenii au decis să nu se despartă de ele deocamdată și lucrează la o nouă generație de locomotive cu abur.

Dacă acest mesaj ți-a fost de folos, m-aș bucura să te văd