Еще в мануфактурный период мускульная сила человека была не единственной, применявшейся в производстве. Наряду с ней использовалась сила животных, а также сила ветра и воды. Однако все эти виды энергии не могли удовлетворить фабричное производство. Животные использовались лишь на некоторых работах. Ветер в качестве двигательной силы 54
был неудобен из-за непостоянства и невозможности строгого контроля за ним. Наиболее широко в фабричном производстве использовалась сила воды, имевшая также ряд существенных недостатков. Источники водной энергии не всегда были расположены в нужных местах, они зависели от времени года, погоды и других условий. С конца 60-х годов XVIII в. зарождающаяся фабричная система настоятельно требовала создания совершенно нового по своему типу мощного двигателя, универсального по техническому применению и находящегося всецело под контролем человека. Такой двигатель должен был освободить промышленность от обязательной привязанности к природным источникам энергии, т.е. дать возможность концентрировать производство в любом месте. Таким двигателем, удовлетворяющим всем этим условиям, и явилась паровая машина двойного действия, изобретение и распространение которой составило основное содержание второго этапа промышленной революции. Способность пара производить механическую работу давно известна человеку. Начиная с глубокой древности, появляется целый ряд механизмов, основанных на использовании силы пара. Известно, что еще Герон Александрийский применил пар для движения аппарата специальной конструкции. Леонардо да Винчи оставил описание паровой машины, которая, по его словам, была изобретена Архимедом. Атмосферное давление как источник двигательной силы, обращало на себя внимание многих ученых и изобретателей, особенно после опытов немецкого физика Отто фон Герике с так называемыми «магдебургскими полушариями» (1650). Большое значение имело творчество французского физика Дени Папена (1647 – 1714), изобретателя первого котла с предохранительным клапаном. Он первым в 1690 г. правильно описал паро-атмосферный цикл. Первый паровой насос «Друг рудокопа», схема которого представлена на рис. 2.3, создал англичанин Т. Севери (патент 1698 г.). (Под заявку на паровой насос он изловчился получить патент на «движущую силу огня». Много лет подряд изобретателей принуждали идти на поклон к Севери, отсылать ему богатую дань.) Новое в машине Севери по сравнению с паровым котлом Папена заключалось в том, что паровой котел был отделен от рабочего пространства. Но работа пара и его конденсация по-прежнему происходили в одном и том же сосуде. Машина была крайне не экономична и расходовала 80 кг угля на 1 л.с. Глубина всасывания не превышала 10 м. Дальнейший шаг вперед в деле совершенствования паровых машин сделал английский кузнец Томас Ньюкомен, который в 1711 г. для привода шахтных насосов предложил использовать свою конструкцию пароатмосферной машины. В этой машине (рис. 2.4) для конденсации пара в цилиндр впрыскивалась вода. Мощность машины составляла 8 л.с., глубина всасывания – 80 м, расход угля на 1 л.с. – 25 кг. 55
Рисунок 2.3 – Схема парового насоса Севери
Рисунок 2.4 – Схема паро-атмосферной машины Ньюкомена
В 1763 г. русский изобретатель И.И.Ползунов разработал проект создания «огнедействующей машины для заводских нужд». Это была 2-цилиндровая пароатмосферная машина со специальным автоматическим парораспределительным устройством (рис. 2.5). Ползунов не дожил до пуска своей машины, который состоялся в августе 1766 г. Машина отработала в течение двух месяцев, а затем вышла из строя в связи с протеканием котла. Машину остановили, а через несколько лет она была поломана и забыта. Однако пароатмосферные машины были совсем непригодны для роли универсального двигателя машинной индустрии. О них не без основания говорили, что для их изРисунок 2.5 – Схема теплового готовления нужен железный двигателя И. И. Ползунова рудник, а для обслуживания – угольная копь.
56
Универсальный паровой двигатель, пригодный для практической эксплуатации (рис. 2.6), был изобретен английским теплотехником Джеймсом Уаттом. Работу над паровыми машинами Уатт начал с 1764 г. Проведя целый ряд глубоких исследований и опытов, он предложил производить конденсацию пара в отдельном резервуаре – конденсаторе, сообщающемся с цилиндром. В 1772 г. Уатт заключил контракт с Болтоном, владельцем машиностроительного предприятия в городе Сохо близ Бирмингема. Болтон показал себя умным и дальновидным человеком. Он не поскупился на расходы по сооружению Рисунок 2.6 – Схема машины машины. Болтон понял, что Д. Уатта, построенной в 1775 г. гений Уатта, освобожденный от мелочной, изнурительной заботы о куске хлеба, развернется в полную мощь и принесет прибыль. Кроме того, сам Болтон был крупным инженером-механиком. Однако первая машина двойного действия не была пригодна для роли универсального двигателя. Нужно было, чтобы она имела вал с насаженным на него колесом, вращающимся непрерывно, от которого можно было передать работу машинам-орудиям посредством ременной передачи. В результате Уаттом была создана машина двойного действия (патент 1775 г.), которая и явилась универсальным тепловым двигателем (рис. 2.7). Принцип действия машины заключался в том, что пар из котла поступал через золотник в цилиндр. Золотник позволял подавать пар то с одной стороны поршня, то с другой, создавая тем самым необходимое давление на поршень. Для выравнивания вращательного движения Уатт применил маховое колесо. В 1781 г. он получил патент на пять способов преобразования качательного движения в непрерывное вращательное. (На кривошипно-шатунный механизм ранее был получен патент французским изобретателем Пикаром.) Был применен также механический центробежный регулятор, который при помощи специальной дроссельной заслонки в паропроводящей трубе регулировал поступление пара в машину.
57
Рисунок 2.7 – Схема машины двойного действия Д. Уатта Паровая машина двойного действия стала универсальным тепловым двигателем, нашедшим широкое применение почти во всех отраслях хозяйства многих стран.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Создание универсального теплового двигателя» з дисципліни «Історія інженерної діяльності»
